【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在半导体处理模块中使用的约束环设计。
技术介绍
1、在半导体处理中，衬底会经历各种操作而形成限定集成电路的特征。例如，在沉积操作中，衬底被接收到处理室中，并取决于待形成的特征类型而将特定类型的反应气体供应至室中，并且施加射频功率以产生等离子体。将衬底接收在例如静电卡盘的衬底支撑件上，该衬底支撑件被定义为下电极。上电极(例如，喷头)用于将特定类型的反应气体提供至处理室中。经由相应的匹配网络将射频功率施加至反应气体以产生等离子体，该等离子体用于将离子选择性沉积在衬底表面上以形成微观特征。反应气体会产生副产物(例如，微粒、气体等)，必须将这些副产物从等离子体室中迅速移除，以保持在衬底表面上形成的微观特征的完整性。
2、为了将所产生的等离子体约束在处理区域内，因此将一组约束环限定成围绕该处理区域。此外，为了提高产量，以及确保等离子体主体是位于被接收以进行处理的衬底上方，故可将围绕着等离子体区域的约束环设计成扩展处理区域，使其不仅覆盖衬底上方的区域，还覆盖着当衬底被接收用于处理时被设置成围绕该衬底的边缘环，以及与该边缘环邻近设置的外部约束环上方的区域。该组约束环不仅用于将等离子体约束在处理区域内，还用于保护处理室的内部结构，包括室壁。该组约束环通常为c形结构(即，c形罩)。
3、在衬底表面上形成的特征的完整性依赖于处理区域中的均匀等离子体密度。通过调整该组约束环(例如，c形罩)的形状以增加处理区域的容积，可调整等离子体均匀性。约束环的形状或设计的任何改变都必须确保这些改变不会损害约束环的机械强度，或减
4、正是在这种背景下出现了本专利技术的实施方案。
技术实现思路
1、本专利技术的各种实现方案限定在等离子体处理室中使用且用于约束等离子体区域内的等离子体的约束环。该约束环与等离子体处理室的顶部所设置的上电极结构耦合，且被设置成具有s形结构。根据一些实现方案，s形约束环被限定成包括上水平段、上竖直段、中间段、下竖直段、下水平段及竖直延伸部。该上水平段被限定成在第一外半径与内上半径之间延伸。该中间段被限定成在该内上半径与第二外半径之间延伸。该下水平段被限定成在该第二外半径与内下半径之间延伸。该上竖直段被限定成在该内上半径处的该上水平段与该中间段之间延伸，而该下竖直段被限定成在该第二外半径处的该中间段与该下水平段之间延伸。竖直延伸部被限定成从该内下半径处的该下水平段朝下延伸。
2、该约束环的s形结构有助于提高径向等离子体密度的均匀性，同时保持与传统约束环(即，c形约束环)相同的气体传导性。此外，s形有助于减小等离子体区域中的等离子体容积，同时改善衬底径向蚀刻均匀性。还可以考虑附加的设计配置(例如，包括中间段的底表面中的斜面，和/或下水平段的顶表面中的斜面，和/或倾斜的下水平段等)以改善径向等离子体密度均匀性、减少容积并改善蚀刻均匀性。s形结构有助于调整等离子体区域内的等离子体密度均匀性，而不需要重新设计等离子体处理室的其他硬件构件。此外，该约束环的s形设计确保维持机械强度，并且保持或改善消耗性约束环的寿命。
3、下水平段包括多个槽(也称作“传导槽”)，该多个槽沿着该下水平段的长度限定，以移除等离子体区域内所产生的副产物及中性气体物质。该多个槽被设计成确保最佳地约束等离子体区域中的等离子体。各槽被限定为沿着该下水平段从内径径向延伸至外径，且在该下水平段的顶表面与底表面之间竖直延伸。在一些实现方案中，该多个槽中的每个槽被限定为包括平行槽几何形状，其中在内径处所限定内槽半径等于在外径处所限定的外槽半径。在替代实现方案中，该多个槽中的每个槽使用锥形槽几何形状来限定，其中在内径处所限定的内槽半径小于在外径处所限定的外槽半径。
4、锥形槽几何形状被设计成解决由于持续暴露于等离子体所导致沿着槽的长度所经历的差别磨损。一般而言，槽在内径处的磨损大于外径处的磨损。这种不均匀的磨损可归因于槽内径附近对比外径的等离子体容积差异。当磨损达到临界尺寸时，必须及时更换约束环以确保不会发生未约束等离子体事件。锥形槽几何形状通过在内径处限定窄端而提供更多的磨损区域，以及在外径处限定宽端而提供更少的磨损区域，从而有效地利用槽周围的区域。这种锥形几何形状允许窄端承受更大的磨损，使槽的窄端处的磨损与槽的宽端的磨损几乎同时接近临界尺寸，导致整个槽长度在使用寿命的最后达到临界约束尺寸。锥形槽几何形状有效地管理所述槽之间的有限空间，从而延长约束环的使用寿命，同时保持在等离子体区域内的最佳等离子体限制。因此，消耗性约束环相关的成本会随着在等离子体处理室中可使用约束环的处理循环的数量增加而降低。约束环的s形结构提供了以较小的容积改善等离子体密度均匀性的额外优点，且无需重新设计等离子体处理室的其他硬件构件。
5、在一种实现方案中，公开了一种在等离子体处理室中使用的约束环。所述约束环包括上水平段、上竖直段、中间段、下竖直段、下水平段及竖直延伸部。所述上水平段在内上半径与第一外半径之间延伸。所述中间段在所述内上半径与第二外半径之间延伸。所述下水平段在所述约束环的内下半径与所述第二外半径之间延伸。所述上竖直段在所述内上半径附近的所述上水平段与所述中间段之间延伸。所述下竖直段在所述第二外半径附近的所述中间段与所述下水平段之间延伸。所述竖直延伸部在所述内下半径附近朝下延伸。
6、在一实现方案中，等离子体容积被设置在所述等离子体处理室的上电极结构、下电极与所述约束环之间。
7、在一实现方案中，外部容积被限定在所述上水平段、所述上竖直段与所述中间段之间，所述外部容积位于所述等离子体容积的外侧。
8、在一实现方案中，内部容积被限定在所述中间段、所述下竖直段与所述下水平段之间，所述内部容积位于所述等离子体容积的内侧。
9、在一实现方案中，外部容积被限定在所述上电极结构、所述上竖直段与所述中间段之间；以及内部容积被限定在所述中间段、所述下竖直段与所述下水平段之间。所述内部容积位于所述等离子体处理室的等离子体容积的内侧，而所述外部容积位于所述等离子体容积的外侧。所述外部容积使所述等离子体容积减小。
10、在一实现方案中，所述上水平段、所述上竖直段、所述中间段、所述下竖直段以及所述下水平段共同限定s形结构。
11、在一实现方案中，所述中间段的长度与所述下水平段的长度具有均匀厚度。
12、在一实现方案中，所述中间段的顶表面包括平坦轮廓，而所述中间段的底表面从所述内上半径朝向所述第二外半径向下倾斜，使得在所述内上半径附近的所述中间段的第一厚度小于在所述第二外半径附近的所述中间段的第二厚度。
13、在一实现方案中，在所述第二外半径附近的所述下水平段的顶表面和所述中间段的底表面之间所限定的第一高度小于在所述内上半径附近的所述中间段的顶表面与所述上水平段的底表面之间所限定的第二高度。
14、在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种在等离子体处理室中使用的约束环，其包括：
2.根据权利要求1所述的约束环，其中等离子体容积被设置在所述等离子体处理室的上电极结构、下电极与所述约束环之间。
3.根据权利要求2所述的约束环，其中外部容积被限定在所述上水平段、所述上竖直段与所述中间段之间，所述外部容积位于所述等离子体容积的外侧。
4.根据权利要求2所述的约束环，其中内部容积被限定在所述中间段、所述下竖直段与所述下水平段之间，所述内部容积位于所述等离子体容积的内侧。
5.根据权利要求1所述的约束环，其中外部容积被限定在所述上水平段、所述上竖直段与所述中间段之间；以及
6.根据权利要求1所述的约束环，其中所述上水平段、所述上竖直段、所述中间段、所述下竖直段以及所述下水平段共同限定S形结构。
7.根据权利要求1所述的约束环，其中所述中间段的长度与所述下水平段的长度具有均匀厚度。
8.根据权利要求1所述的约束环，其中所述中间段的顶表面包括平坦轮廓，而所述中间段的底表面从所述内上半径朝向所述第二外半径向下倾斜，其中在所述内上半径附近的所
9.根据权利要求1所述的约束环，其中在所述第二外半径附近的所述下水平段的顶表面和所述中间段的底表面之间所限定的第一高度小于在所述内上半径附近的所述中间段的顶表面与所述上水平段的底表面之间所限定的第二高度。
10.根据权利要求1所述的约束环，其中在第二外半径附近的所述下水平段的顶表面与所述中间段的底表面之间所限定的第一高度等于在所述内上半径附近的所述中间段的顶表面与所述上水平段的底表面之间所限定的第二高度，并且等于在所述内上半径附近的所述下水平段的所述顶表面与所述中间段的所述底表面之间所限定的第三高度。
11.根据权利要求1所述的约束环，其中所述第二外半径延伸超出所述第一外半径，所述第二外半径限定所述约束环的外半径，并且
12.根据权利要求1所述的约束环，其中所述下水平段包括多个槽，所述多个槽中的每个槽沿着所述下水平段从内径径向延伸至外径，其中每个槽的所述内径大于所述内下半径限定的所述约束环的内环直径，并且所述槽的所述外径小于所述第二外半径限定的所述约束环的外环直径，每个槽从所述下水平段的顶表面延伸至底表面。
13.根据权利要求12所述的约束环，其中所述内径处的每个槽的内槽半径小于所述外径处的每个槽的外槽半径，
14.根据权利要求12所述的约束环，其中所述内槽半径与所述外槽半径的比率介于约1:1.1与1:1.5之间。
15.根据权利要求12所述的约束环，其中所述内径处的每个槽的内槽半径等于所述外径处的每个槽的外槽半径。
16.根据权利要求1所述的约束环，其中所述下竖直段的第一高度等于所述上竖直段的第二高度。
17.根据权利要求1所述的约束环，其中所述下竖直段的第一高度与所述上竖直段的第二高度不同。
18.根据权利要求1所述的约束环，其中所述上水平段、所述上竖直段、所述中间段、所述下竖直段以及所述下水平段形成整体的S形结构，并且在所述内下半径附近限定的所述竖直延伸部使所述S形结构整体向下延伸，所述整体的S形结构被配置成约束所述等离子体处理室中所限定的等离子体区域内的等离子体。
19.根据权利要求1所述的约束环，其中所述上水平段、所述上竖直段、所述中间段以及所述下竖直段限定第一整体部件，而所述下水平段限定第二部件，
20.根据权利要求1所述的约束环，其中所述下水平段包括从所述下竖直段朝向所述内下半径往下延伸的斜面，其中沿着所述下水平段的长度的厚度是均匀的。
21.根据权利要求1所述的约束环，其中所述竖直延伸部由倾斜顶段和竖直底段所限定，所述倾斜顶段被限定在所述内下半径附近的所述下水平段的顶表面上，而所述竖直底段被限定为从所述内下半径附近的所述倾斜顶段的底部朝下延伸。
22.根据权利要求1所述的约束环，其中所述下竖直段包括一个或更多个光学发射光谱(OES)孔，其中所述一个或更多个OES孔中设置有探针以监测所述等离子体处理室内的等离子体以进行终点检测。
23.根据权利要求1所述的约束环，其中所述上水平段的顶表面包括多个孔来接收多个凸轮键以将所述约束环耦合至所述等离子体处理室中设置的背板的底表面上所设置的相应凸轮锁，每个凸轮键被设置成与相应凸轮锁对准。
24.一种在等离子体处理室中使用的约束环，其包括：
25.根据权利要求24所述的约束环，其中所述下水平段的顶表面由第一斜面限定，所述第一斜面...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种在等离子体处理室中使用的约束环，其包括：
2.根据权利要求1所述的约束环，其中等离子体容积被设置在所述等离子体处理室的上电极结构、下电极与所述约束环之间。
3.根据权利要求2所述的约束环，其中外部容积被限定在所述上水平段、所述上竖直段与所述中间段之间，所述外部容积位于所述等离子体容积的外侧。
4.根据权利要求2所述的约束环，其中内部容积被限定在所述中间段、所述下竖直段与所述下水平段之间，所述内部容积位于所述等离子体容积的内侧。
5.根据权利要求1所述的约束环，其中外部容积被限定在所述上水平段、所述上竖直段与所述中间段之间；以及
6.根据权利要求1所述的约束环，其中所述上水平段、所述上竖直段、所述中间段、所述下竖直段以及所述下水平段共同限定s形结构。
7.根据权利要求1所述的约束环，其中所述中间段的长度与所述下水平段的长度具有均匀厚度。
8.根据权利要求1所述的约束环，其中所述中间段的顶表面包括平坦轮廓，而所述中间段的底表面从所述内上半径朝向所述第二外半径向下倾斜，其中在所述内上半径附近的所述中间段的第一厚度小于在所述第二外半径附近的所述中间段的第二厚度。
9.根据权利要求1所述的约束环，其中在所述第二外半径附近的所述下水平段的顶表面和所述中间段的底表面之间所限定的第一高度小于在所述内上半径附近的所述中间段的顶表面与所述上水平段的底表面之间所限定的第二高度。
10.根据权利要求1所述的约束环，其中在第二外半径附近的所述下水平段的顶表面与所述中间段的底表面之间所限定的第一高度等于在所述内上半径附近的所述中间段的顶表面与所述上水平段的底表面之间所限定的第二高度，并且等于在所述内上半径附近的所述下水平段的所述顶表面与所述中间段的所述底表面之间所限定的第三高度。
11.根据权利要求1所述的约束环，其中所述第二外半径延伸超出所述第一外半径，所述第二外半径限定所述约束环的外半径，并且
12.根据权利要求1所述的约束环，其中所述下水平段包括多个槽，所述多个槽中的每个槽沿着所述下水平段从内径径向延伸至外径，其中每个槽的所述内径大于所述内下半径限定的所述约束环的内环直径，并且所述槽的所述外径小于所述第二外半径限定的所述约束环的外环直径，每个槽从所述下水平段的顶表面延伸至底表面。
13.根据权利要求12所述的约束环，其中所述内径处的每个槽的内槽半径小于所述外径处的每个槽的外槽半径，
14.根据权利要求12所述的约束环，其中所述内槽半径与所述外槽半径的比率介于约1:1.1与1:1.5之间。
15.根据权利要求12所述的约束环，其中所述内径处的每个槽的内槽半径等于所述外径处的每个槽的外槽半径。
16.根据权利要求1所述的约束环，其中所述下竖直段的第一高度等于所述上竖直段的第二高度。
17.根据权利要求1所述的约束环，其中所述下竖直段的第一高度与所述上竖直段的第二高度不同。
18.根据权利要求1所述的约束环，其中所述上水平段、所述上竖直段、所述中间段、所述下竖直段以及所述下水平段形成整体的s形结构，并且在所述内下半径附近限定的所述竖直延伸部使所述s形结构整体向下延伸，所述整体的s形结构被配置成约束所述等离子体处理室中所限定的等离子体区域内的等离子体。
19.根据权利要求1所述的约束环，其中所述上水平段、所述上竖直段、所述中间段以及所述下竖直段限定第一整体部件，而所述下水平段限定第二部件，
20.根据权利要求1所述的约束环，其中所述下水平段包括从所述下竖直段朝向所述内下半径往下延伸的斜面，其中沿着所述下水平段的长度的厚度是均匀的。
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【专利技术属性】
技术研发人员：阿列克谢·马拉赫塔诺夫，迈克尔·C·凯洛格，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：
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