CN200988860Y - 适于覆盖半导体处理腔室的至少一部分内壁的上腔室衬垫 - Google Patents

Abstract

本实用新型的实施例提供一种适于刻蚀高纵横比部件的装置，如处理腔室。其它实施例包括用在处理腔室中的上腔室衬垫。在一个实施例中，上腔室衬垫包括圆柱主体，其具有在外表面中形成的凹口。狭槽设置在凹口中并穿过所述主体形成。圆柱主体包括上边缘和下边缘。法兰从主体上边缘径向向外延伸。

Description

适于覆盖半导体处理腔室的至少一部分内壁的上腔室衬垫

技术领域

【001】本实用新型实施例一般涉及真空处理腔室，其用于在半导体衬底等中刻蚀高纵横比部件。更具体地，本实用新型一般涉及上腔室衬垫，其适合用在真空处理腔室中以刻蚀高纵横比部件。

背景技术

【002】对更快、功能更强的集成电路(IC)器件的要求已经对IC制造技术提出新的挑战，包括需要刻蚀高纵横比部件，如诸如半导体晶片的衬底上的沟槽或通孔。例如，在某些动态随机存取存储器中应用的深沟槽存储结构要求在半导体衬底中刻蚀深的高纵横比沟槽。深硅沟槽刻蚀通常是在反应离子刻蚀(RIE)工艺中用二氧化硅掩膜进行的。

【003】在刻蚀高纵横比部件中具有强大性能的传统系统是CENTURA HART^TM刻蚀系统，其可从位于加利福尼亚Santa Clara的应用材料公司得到。HART^TM刻蚀系统利用MERIE反应器，该反应器能够刻蚀具有高达70∶1纵横比的沟槽，同时保持从中央到边缘5％的沟槽深度一致性。然而，为了使得能够制造具有亚90纳米临界尺寸的集成电路，电路设计者要求提高的沟槽一致性，甚至在高纵横比的情况下。因此，希望提高刻蚀性能，从而使得下一代器件能够实现。

【004】因此，需要用于刻蚀高纵横比部件的改进装置。

实用新型内容

【005】本实用新型实施例提供一种装置，如适于刻蚀高纵横比的部件的处理腔室。其它实施例包括用在处理腔室中的上腔室衬垫。

【006】在一个实施例中，上腔室衬垫包括圆柱主体，其具有在外表面上形成的凹口。狭槽位于凹口中并穿过所述主体。圆柱主体包括上边缘和下边缘。法兰从所述主体的上边缘径向向外延伸。

【007】在另一个实施例中，上腔室衬垫适于覆盖半导体处理腔室内壁的至少一部分，其包括具有上边缘和下边缘的圆柱主体。该主体是由开口腔(atrium)形成或覆盖有氧化物。主体的上边缘具有径向向外延伸的法兰。主体的下边缘包括啮合部件，其经配置与第二衬垫紧密配合。凹口是在主体的外表面上形成的，并具有位于其中的狭槽。狭槽延伸穿过主体。

【007.1】在另一个实施例中，一种适于覆盖半导体处理腔室内壁的至少一部分的上腔室衬垫，该衬垫包括具有上边缘、下边缘、外壁和内壁的圆柱铝主体，钇或钇氧化物中的至少一种的涂层，其设置在所述主体的内壁上，从所述主体的上边缘径向向外延伸的法兰，形成在所述下边缘中，并经配置从而与第二衬垫匹配的阶梯状的啮合部件，从所述主体的内表面径向向内延伸并具有上表面的唇状体，该上表面具有形成在其中的O形圈凹槽，在所述主体的外表面中形成并具有多个固定孔的凹口，形成在所述主体的外壁中的凹陷，设置在所述凹陷处并穿过所述主体形成的孔；和设置在所述凹口中并穿过所述主体形成的狭槽。

【008】在一个实施例中，处理腔室包括腔室主体，其具有位于其中的喷头组件和衬底支撑组件。喷头组件包括至少两个流体地隔离的充气室(plenum)，可透射光学计量信号的区域，以及多个穿过喷头组件形成的气体通道，喷头组件将充气室流体地耦合至腔室主体的内部容积或空间(interior volume)。

【009】在另一个实施例中，处理腔室包括腔室主体，其具有位于其中的喷头组件和衬底支撑组件。喷头组件包括内部气体流动区、外部气体流动区和可透射光学计量信号的区域。所述内部和外部区彼此是流体地隔离的。衬底支撑组件包括至少两个独立可控制的且横向隔开的温度区。设置光学计量系统，以通过喷头组件的可透射区域观察腔室主体的内部容积。衬底支撑组件具有偏压电源和至少两个耦合到其上的等离子体电源。

【010】在另一个实施例中，处理腔室包括具有位于其中的气体分配板和衬底支撑组件的腔体。气体分配板具有一组外部气流孔、一种内部气流孔和一组光学计量孔。内部气体流动区是通过第一组气流孔流体地耦合到腔室主体内部容积。外部气体流动区与内部区隔离，并通过第二组气流孔耦合到所述内部容积。陶瓷插塞具有多个孔并与光学计量孔和窗口对齐。衬底支撑组件被安置在腔室主体中并具有至少两个独立可控制的且横向隔开的温度区。安置光学计量系统以便通过窗口、插塞中的孔和光学计量孔限定的光学通道观察腔室主体的内部容积。衬底支撑组件具有偏压电源和至少两个耦合到其中的等离子体电源。

【011】在另一个实施例中，提供了一种用于刻蚀高纵横比部件的方法，其包括向混合歧管提供多种气体，控制从混合歧管流到处理腔室中不同区域的混合气体比率；并旁路混合歧管向处理腔室的至少一个区域提供至少一种直接注入气体。

【012】在另一个实施例中，提供包括耦合到上部的气体分配板的喷头组件。气体分配板具有一组外部气流孔、一组内部气流孔和一组光学计量孔。所述上部具有流体地耦合到外部气流孔组的第一充气室，和流体地耦合到内部气流孔组的第二充气室。这些充气室在上部内流体地隔离。陶瓷插塞穿过上部并具有与光学计量孔对齐的光学透射区。

已经证明具有本实用新型的上腔室衬垫的上述处理腔室刻蚀高纵横比部件，衬底表面具有良好的一致性。在传统处理腔室中和在上述处理腔室中执行的刻蚀硅工艺之间的比较数据说明了边缘到中心纵横比一致性的改进。传统系统的边缘到中心的纵横比约为1.35，而上述处理腔室的边缘到中心的纵横比约为1.04，这使得本实用新型的腔室适于制造下一代器件。

附图说明

【013】为了使本实用新型上述部件能被详细地理解，可以参考实施例更详细描述上面已经概括的本实用新型，其中有些实施例在附图中示出。然而，应该注意，附图仅示出本实用新型典型的实施例，且因此不认为是本实用新型范围的限制，因为本实用新型可以采用其他等效实施例。

【014】图1是本实用新型处理腔室的一个实施例的剖视图；

【015】图2是喷头的一个实施例的剖视图；

【016】图3是图2中所示喷头的插塞的一个实施例的透视图；

【017】图4是图2中喷头的剖视图；

【018】图5是图2中喷头的另一个剖视图；

【019】图6是沿图5中截面线6-6的喷头部分剖视图；

【020】图7是另一个喷头实施例的剖视图；

【021】图8是气体控制装置示意图的一个实施例，该图示出了用于图1处理腔室的气体路线选择和控制；

【022】图9-10是衬垫的一个实施例的透视图和部分剖视图；

【023】图11是支撑盖环的一个实施例的衬底支撑组件的部分剖视图；和

【024】图12是说明顶杆导向组件(lift pin guide assembly)的一个实施例的衬底支撑组件的部分剖视图。

【025】为了促进理解，只要可能，各图中就使用相同标识号指示相同元件。考虑到一个实施例的元件可以有利地用在其他实施例中，因此不做进一步的重述。

具体实施方式

【026】图1是处理腔室100的一个实施例的剖视图，其适用于在衬底144中刻蚀高纵横比部件。虽然示出的处理腔室100包括多个部件从而使得能够实现优异的刻蚀性能，但是可以设想改进其他处理腔室，以从这里公开的一个或多个发明性特征受益。

【027】处理腔室100包括封闭内部容积106的腔室主体或腔体102和盖104。腔室主体102通常是由铝、不锈钢或其他合适材料制造的。腔室主体102一般包括侧壁108和底部110。衬底进出口(未示出)通常限定在侧壁108中并由缝阀门选择性地密封，从而方便衬底144进入和移出处理腔室100。排气口126限定在腔室主体102中，且将内部容积106耦合到泵系统128。泵系统128通常包括一个或多个泵和节流阀，其用来抽取和调节处理腔室100的内部容积106中的压力。在一个实施例中，泵系统128将内部容积106内的压力保持在工作压力，工作压力通常在约10mTorr到约20Torr之间。

【028】盖104被密封地支撑在腔室主体102的侧壁108上。盖104可打开以允许进入处理腔室100的内部容积106。盖104包括窗口142，其便于光学处理监视。在一个实施例中，窗口142由石英或其他合适材料组成，这些材料可透射光学监视系统140所用的信号。

【029】安置光学监视系统140，以通过窗口142观察腔室主体102的内部容积106和/或位于衬底支撑组件148上的衬底144中的至少一个。在一个实施例中，光学监视系统140耦合到盖104，并帮助集成刻蚀工艺，该工艺利用光学计量，从而提供使得能够进行工艺调整的信息，以补偿进入图案不一致性(如CD、厚度等等)、提供工艺状态监视(如等离子体监视、温度监视等等)、和/或终点检测，以及其他方面。一种受益于本发明益处而调整的光学监视系统是EyeD^全谱干涉计量模块，其可从加利福尼亚州Santa Clara的应用材料公司获得。

【030】在一个实施例中，光学监视系统140能够测量CD、膜厚度和等离子体属性。光学监视系统140可使用一个或多个非破坏性光学测量技术，如光谱学、干涉测量法、散射测量法、反射测量法等等。光学监视系统140例如可以经配置从而执行干涉测量监视技术(例如在时域中计算干涉条纹，在频域中测量干涉条纹位置等等)，从而实时测量在衬底144上正在形成的结构的刻蚀深度轮廓。如何使用光学监视的例子的细节已经在以下文献中揭示：共同转让给本申请人的美国专利申请60/479,601号，其于2003年6月18日申请，名称为“Methodand System for Monitoring an Etch Process(用于监视刻蚀工艺的方法和系统)”，2002年7月2日授权的美国专利6413837号，其名称为“FilmThickness Control Using Spectral Interferometry(使用谱干涉测量法的膜厚度控制)”，和2003年4月11日申请的美国专利申请60/462493号，其名称为“Process Control Enhancement and Fault Detection Using In-Situand Ex-situ Metrologies and Data Retrieval In Multiple Pass WaferProcessing(在多路晶片处理中使用原位和离位计量学和数据恢复的工艺控制增强和故障检测)”。

【031】气体板158被耦合到处理腔室100，从而提供处理和/或清洁气体至内部容积106。在图1中所示的实施例中，入口132’，132”提供于盖104中，从而允许气体从气体板158传输到处理腔室100的内部容积106中。

【032】喷头组件130被耦合到盖104的内部表面114。喷头组件130包括多个孔，其允许气体以预定的分布跨过腔室100中正被处理的衬底144的表面，从入口132流过喷头组件130进入处理腔室100的内部容积106中。

【033】喷头组件130附加包括透射光学计量信号的区域。光学透射区域或通道138适于允许光学监视系统140观察内部容积106和/或位于衬底支撑组件148上的衬底144。通道138可以是材料，在喷头组件130中形成或位于其中的一个或多个孔，喷头组件130可基本透射由光学测量系统140产生的能量波长，该能量波长反射回到光学测量系统140。在一个实施例中，通道138包括窗口142，从而防止气体泄漏。窗口142可以是蓝宝石片、石英片或其他合适材料。窗口142可替换地置于盖104中。

【034】在一个实施例中，喷头组件130经配置带有多个区域，其允许对进入处理腔室100的内部容积106中的气体分别控制。在图1的实施例中，喷头组件130具有内部区134和外部区136，其通过分开的入口132分开耦合到气体板158。

【035】图2是喷头组件130的一个实施例的剖视图。喷头组件130一般包括基座202、上充气板204和下充气板206、插塞208和气体分配板210。上充气板204和下充气板206以隔开的关系彼此耦合，并安置在形成在基座202中的凹口270中，从而限定喷头组件130的上结构。限定在板204、206之间的充气区域由阻挡壁236流体地分开成至少两个区。在图2所示的实施例中，壁236将内充气室218与外充气室220分开。充气室218、220分别由入口132’、132”馈送气体，入口132’、132”由通过基座202和上充气板204限定的气体馈送装置222、234在基座202中形成。下面讨论的气体通道242通过下充气板204和气体分配板210限定，从而允许充气室218、220中的气体进入腔室100的内部容积106。选择通道242的数量和分布，从而提供预定分配的气体进入腔室100。

【036】在基座202中形成的凹口270可包括一个或多个用于定位板204、206的阶梯。在图2中所示的实施例中，凹口270包括内阶梯240和外阶梯284。内阶梯240提供一个表面，下充气板206贴该表面设置。在内阶梯240和下充气板206之间提供密封件(未标号)，以防止气体泄漏。外阶梯284提供基座202中的凹口，其允许气体分配板210覆盖下充气板206和基座202之间限定的间隙。

【037】基座202一般包括从内外横断面(inner outer diameter)286向外延伸的唇状体216。在唇状体216和内外横断面286之间限定的凸出部分(ledge)288支撑盖104和/或外衬垫116上的喷头组件130。凸出部分288一般垂直于唇状体216和内外横断面286，它们一般与腔体中心线平行且同心。

【038】内外横断面286在基座202的底表面290处终止。底表面290一般面对处理区域，这样可以涂覆保护性材料，如Y₂O₃。

【039】基座202也包括在其中形成的多个通道212，这些通道212被耦合到流体源214。流体源214提供热传递流体，如空气或水，其在通道212中循环从而调节基座202和喷头组件130的温度。

【040】通道138穿过喷头组件130而形成，从而便于通过光学监视系统140监视腔室处理和/或衬底属性。通道138包括同轴对齐的孔226、264、254、262。第一孔226在基座202中形成。第二孔264在上充气板204中形成。第三孔254在下充气板206中形成，而孔262在气体分配板210中形成。窗口142密封地设置在通道138中，从而防止气体通过喷头组件130泄漏到光学监视系统140。在图2中所示的实施例中，在上充气板204中提供凹口258，从而安置窗口142。图2中没有标识号的O形圈被提供用来将窗口142密封到上充气板204和基座202。

【041】插塞208至少安置在上充气板204中形成的第二孔264中。插塞208经配置可透射光学监视系统140采用的信号。在一个实施例中，插塞208包括多个高纵横比通道260，其允许光学监视系统140与腔室100的内部容积相接，同时防止在通道260内形成等离子体。在一个实施例中，通道260的纵横比(高度对直径)至少约10∶1，例如14∶1。在另一个实施例中，通道260的直径小于或可与DEBYE长度，和/或电子束自由程相比，例如小于约1.5毫米，例如约0.9毫米。在另一个实施例中，通道260限定高达约60％的开口区域。在另一个实施例中，约37％的通道260是穿过插塞208形成的。

【042】在插塞208中形成的通道260与在气体分配板210中形成的计量孔262对齐。计量孔262集中在气体分配板210的中央，并具有一定密度、直径(或宽度)、轮廓，和适于促进计量信号有效透射穿过气体分配板210的开口区域。在一个实施例中，孔262的数量和截面轮廓类似于通道260的数量和截面轮廓。窗口142使通道260、262觉察不到气流感测，同时允许光学传输。因此，通道260、262和窗口142便于腔室100中的光学监视系统140进行光学监视，而不会降低真空度或产生对限定光学观察路径的结构的等离子体损坏。

【043】锥形座256是在上充气板204中形成的，其将第二孔264耦合到凹口258。锥形座256经配置与插塞208的张开部304紧密配合，如图3所示。张开部304位于头部302和插塞208的伸长杆之间。

【044】插塞208一般由与工艺化学性质兼容的材料制造。在一个实施例中，插塞208由介电材料，如陶瓷制造。在另一个实施例中，插塞208是铝。

【045】上下充气板204、206耦合到基座202。上充气板204也耦合到下充气板206。在一个实施例中，上充气板204通过多个销228耦合到下充气板206。销228的末端被插入到分别在上下充气板204和206中形成的孔230、232中。销228可通过锁定化合物或粘结剂固定，或被挤压以便摩擦配合。图4的截面视图示出销228从在下充气板206中形成的孔232延伸。由于孔230、232不延伸穿过各板204、206，就防止了围绕销228的气体泄漏。

【046】再参考图5-6的截面视图，气体分配板210耦合到下充气板206或基座202中的至少一个。在一个实施例中，粘结层502将气体分配板210耦合到下充气板206，其耦合方式限定了多个位于其间的环形充气室508。充气室508允许通道242沿流体地耦合的公共半径或半径范围设置，以便提高在预定的半径位置通过喷头组件130的气体流动均匀性。

【047】在一个实施例中，粘结剂层502包括多个粘结环504和多个粘结珠506。多个粘结环504被同心地设置从而限制充气室508。多个粘结珠506也同心设置在环504之间。珠506与环504隔开，从而允许气体绕共享充气室508的通道242之间的珠506流过。

【048】回到图2，在下充气板206中形成的通道242的部分一般包括第一钻孔244、节流孔246和第二钻孔248。第一钻孔244对充气室220(或218)开口从而允许气体进入通道242。第二钻孔248与穿过气体分配板210形成的孔250对齐，以便输送气体进入腔室100的内部容积106中。

【049】在一个实施例中，钻孔244、248在直径和深度上相对于节流孔246大许多，从而促进有效地制造通道242。在图2所示的实施例中，第一钻孔244对充气室220(或218)开口，其具有比向腔室100的内部容积106开口的第二钻孔248较大的直径和较低的纵横比。

【050】气体分配板210可以是平盘。孔250的空间分布为气体分配板210的中央区域的向外图案。一组孔250流体地耦合到外充气室136，而第二组孔250流体地耦合到内充气室134。孔250作为通道242的一部分，允许气体通道穿过气体分配板210并且进入腔室100的内部容积106中。

【051】为了延长喷头组件130的使用寿命，气体分配板210至少是用钇或其氧化物制造的或涂覆的。在一个实施例中，气体分配板210是由块状钇或其氧化物制造的，从而提供抗氟化化学性质。在其他实施例中，气体分配板210是由块状Y₂O₃制造的。

【052】图7是喷头组件700的另一个实施例。喷头组件700基本类似于喷头组件138，其具有插塞708用于防止等离子体在穿过喷头组件700中形成的通道726中点火，从而便于光学计量。窗口142提供于通道726中，作为气体障碍物。

【053】喷头组件700包括耦合到充气板704的基板702。充气板704具有在其中形成的一对环形凹槽712、714，它们由基板702界定以便限定内充气室和外充气室716、718。气体从气体板158通过各自的端口132’、132”提供到充气室716，718，从而允许气体在从喷头组件700延伸到腔室100的内部容积106中的每个区134、136中单独受控。

【054】充气板704包括插塞孔720，以便接收插塞708。插塞孔720与在基座702中形成的孔706和在气体分配板710中形成的计量孔728对齐，从而限定通道726。插塞孔720一般包括凹口722，用于容纳窗口142和锥形座724。锥形座724与插塞708的张开区域啮合，从而在充气板704中定位插塞708。

【055】图8是一个示意图实施例，其说明从气体板158输送到处理腔室100的气体的路线选择和控制。气体板158一般包括多个耦合到混合歧管810和流量控制器814的气体源。

【056】一般来自每个气体源的流量由控制阀门808控制。控制阀门808控制由所述源提供的流体的流量、流速、压力等中的至少一个。控制阀门808可包括一个以上的阀门，调节器和/或其他流量控制装置。

【057】在一个实施例中，气体板158包括至少一种直接气体源802、至少一种处理气体源804和至少一种载体气源806。处理气体源804和载体气源806通过各条气体线流体地耦合到混合歧管810。来自所述源804、806的不同气体在混合歧管810中被混合为预送气体混合物。这样，在混合歧管810中的预送气体混合物的成分可通过选择性打开各自的阀门808而选择，因此载体和处理气体806、804的预定混合得以实现。例如，至少一种来自处理气体源804的处理气体，和可选至少一种来自载体气源806的载体气体可在混合歧管810中以任意组合混合。处理气体的例子包括SiCl₄、HBr、NF₃、O₂和SiF₄，以及其他气体。载体气体的例子包括N₂、He、Ar、对工艺惰性的其他气体和非反应性气体。

【058】流量控制器814通过主气体馈送装置812被耦合到混合歧管810。流量控制器814经配置从而将从混合歧管810流出的预送气体混合物通过分开的气体馈送线分为输送到腔室100的子混合物。一般地，气体馈送线的数量与在喷头组件130中限定的区域(或隔离的充气室)的数量相当。在图8所示的实施例中，两条气体馈送线816、818将流量控制器814耦合到各自的入口132’、132”。

【059】流量控制器814一般经配置从而控制每条馈送线816、818中流动的子混合物的比率。以这种方式，可以控制流到各个区，并最终达到衬底144的每个区域的气体子混合物的比率。流量控制器814可以用电子或机械装置将预送气体混合物分开。在一个实施例中，流量控制器814能够响应来自控制器150的信号来动态地控制比率，从而使得比率能够在各批衬底之间、衬底之间改变，和/或就地处理单个衬底。在另一个实施例中，设定流量控制器814，以便比率在线816、818之间被固定。比率可以通过一个或多个设置在流量控制器814中的孔设定，以便来自主气体馈送装置812的流量优选地在气体馈送线816、818之间分开。

【060】在一个实施例中，流量控制器814向内部区134提供比外部区136多的气体。在另一个实施例中，流量控制器814提供比内部区134多的气体至外部区136。在另一个实施例中，流量控制器814在衬底处理的第一时段提供比外部区136多的气体给内部区134，然后改变比率，就地处理衬底，从而在衬底处理的第二时段提供比内部区134多的气体至外部区136。设想流量控制器814可经配置，从而以其他的顺序或比率控制输送到处理腔室100中不同区域的流量的比率。

【061】也提供了从气体板158的直接注入气体源802到处理腔室100的内部容积106的直接注入气体。从直接注入气体源802流出的直接注入气体量由阀门808控制。

【062】在一个实施例中，直接注入气体被提供至气体馈送装置816、818中的至少一个。在另一个实施例中，直接注入气体被馈送到两条直接馈送线820、822中，它们被分别馈送到气体馈送线816、818。在另一个实施例中，直接注入气体被提供给耦合到入口132’、132”的至少一个气体馈送装置。在另一个实施例中，直接注入的气体被提供至喷头组件130(700)的充气室218、220(716，718)中的至少一个。

【063】在图8所示的实施例中，相同量的直接注入气体被提供给每个区134、136。可选地，第二气流控制器824(以虚线示出，并类似于气流控制器814)可用来提供不同比率的直接注入气体至每个区134、136。

【064】回到图1，衬底支撑组件148被设置在喷头组件130下面的处理腔室100的内部容积106中。衬底支撑组件148在处理过程中固定衬底144。衬底支撑组件148一般包括多个穿过其中设置的顶杆(末示出)，这些顶杆经配置以从支撑组件148提升衬底，并便于以传统方式与机械臂(未示出)交换衬底144。

【065】在一个实施例中，衬底支撑组件148包括固定板162、基座164和静电卡盘166。固定板162被耦合到腔室主体102的底部110，腔室主体102包括用于路线选择用途的通道，如流体、电源线和传感器引脚等的通道，该通道连接到基座164和卡盘166。

【066】至少一个基座164或卡盘166可包括至少一个可选的嵌入加热器176，至少一个可选的嵌入绝缘体174和多个导管，以便控制支撑组件148的横向温度分布。在图1所示的实施例中，一个环形绝缘体174和两个导管168、170被置于基座164中，同时电阻加热器176被置于卡盘166中。导管流体地耦合到流体源172，流体源172中循环着温度调节流体。加热器176由电源178调节。导管168、170和加热器176被用来控制基座164的温度，从而加热和/或冷却静电卡盘166，从而至少部分控制设置在静电卡盘166上的衬底144的温度。

【067】两个形成在基座164中的分离的冷却通道168、170限定至少两个独立可控制的温度区。设想可安置额外的冷却通道和/或通道布局，从而限定额外的温度控制区。在一个实施例中，第一冷却通道168向第二冷却通道170的内部被径向设置，这样温度控制区是同心的。设想通道168、170可径向定向，或具有其他几何格局。冷却通道168、170可耦合到温度控制的热传递流体的单个源172，或可以分别耦合到分开的热传递流体源。

【068】绝缘体174是由导热系数与基座164相邻区域材料不同的材料构成的。在一个实施例绝缘体，174具有比基座164小的导热系数。在另外的实施例中，绝缘体174可由具有各向异性(即依赖方向的)导热系数的材料构成。绝缘体174用来相对于穿过在热传递路径中无绝缘体的基座164相邻部分的热传递率，局部改变支撑组件148之间穿过基座164到导管168、170的热传递率。绝缘体174横向设置在第一和第二冷却通道168、170之间，从而提供温度控制区之间增强的热绝缘，温度控制区穿过衬底支撑组件148而限定的。

【069】在图1所示的实施例中，绝缘体174设置在导管168、170之间，从而阻碍横向热传递并促进跨越衬底支撑组件148的横向温度控制区。因此，通过控制插件的数量、形状、尺寸、位置和热传递系数，静电卡盘166和位于其上的衬底144的温度分布可以被控制。虽然图1中所示的绝缘体174的形状为环状，但是绝缘体174的形状可以采用任意形式。

【070】可选的导热浆糊或粘结剂(未示出)可设置在基座164和静电卡盘166之间。导电浆糊促进静电卡盘166和基座164之间的热交换。在一个示例性实施例中，粘结剂将静电卡盘166机械粘结到基座164。可替换地(未示出)，衬底支撑组件148可包括硬件(如夹子，螺钉等等)，它们适于将静电卡盘166固定到基座164上。

【071】静电卡盘166和基座164的温度是用多个传感器监视的。在图1所示的实施例中，第一温度传感器190和第二温度传感器192是在径向隔开的方向上示出的，这样第一温度传感器190可向控制器150提供支撑组件148的中央区域的温度计量指示，而第二温度传感器192向控制器150提供支撑组件148的周边区域的温度计量指示。

【072】静电卡盘166设置在基座164上并被由盖环146环绕。静电卡盘166可由铝、陶瓷或其它适于在处理过程中支撑衬底144的材料制造。在一个实施例中，静电卡盘166是陶瓷。可替换地，静电卡盘166可由真空卡盘、机械卡盘或其它适合的衬底支撑件取代。

【073】静电卡盘166通常由陶瓷或类似的介电材料构成，并包括至少一个用夹持电源182控制的夹持电极180。电极180(或其它设置在卡盘166或基座164中的电极)可进一步耦合到一个或多个RF电源，用于在处理腔室100中维持工艺所形成的等离子体和/或的其它气体。

【074】在图1所示的实施例中，电极180通过匹配电路188耦合到第一RF电源184和第二RF电源186。电源184、186一般能够产生RF信号，其频率从约50kHz到约3GHz，且功率高达10000瓦特。匹配网络188使电源184、186的阻抗和等离子体阻抗匹配。单一馈送器将来自电源184、186的能量耦合到电极180。可替换地，每个电源184、186可经分开的馈送器耦合到电极180。

【075】静电卡盘166也可包括至少一个嵌入的加热器176，其由电源178控制。静电卡盘166可进一步包括多个气体通道(未示出)，如凹槽，其在卡盘的衬底支撑表面中形成并流体地耦合到热传递(或后部)气体源。在操作中，后部气体(如，氦(He))以受控的压力提供到气体通道中，从而增强静电卡盘166和衬底144之间的热传递。传统地，至少静电卡盘的衬底支撑表面176提供有涂层，其抵抗在处理衬底过程中所用的化学物质和温度。

【076】图12是衬底支撑组件148的部分截面视图，其示出顶杆导向组件1200的一个实施例。通常，在衬底支撑组件148中使用至少三个顶杆导向组件1200。

【077】顶杆导向组件1200主要设置在阶梯孔1204中，该孔1204形成在衬底支撑组件148的基座164中。阶梯孔1204与穿过静电卡盘166形成的孔1202对准。顶杆导向组件1200的一部分延伸到孔1202中，从而在基座164和卡盘166之间提供对准部件。

【078】顶杆导向组件1200通常包括导向装置1210和保持器1218。弹性元件1220设置在导向装置1210和保持器1218之间，从而提供顶杆导向组件1200的承台组件(cushion upon assembly)进入衬底支撑组件148，并容纳组件148、1200的热胀冷缩。在一个实施例中，弹性元件1220是O形圈，由弹性体材料组成，其与工艺化学性质及工艺环境兼容。

【079】导向装置1210包括主体1216，其具有上凸起1240和下凸起1228。导向装置1210也包括同心的第一和第二钻孔1224、1226，其容放穿过顶杆导向组件1200的顶杆(未示出)的通道。上凸起1240延伸到凹口1238中并与之啮合，该凹口形成在面对基座164的静电卡盘166的表面中。下凸起1228被从保持器1218延伸的套管1230环绕并与其啮合。底切装置1222被设置在下凸起1228和主体1216之间，以保持弹性元件1220。

【080】保持器1218包括从套管1230延伸的有螺纹的部分1232。有螺纹的部分1232包括驱动部件1234，从而便于将保持器1218旋进基座164。驱动部件1234可以是挟槽、菲利普斯驱动器(Philips drive)、六角驱动部件、扳手孔或其它用于旋转保持器1218的部件。穿过保持器1218形成的通道1236与导向装置1210的孔1224、1226对准，从而容放顶杆。

【081】在基座164中形成的阶梯孔1204包括主孔1208、阶梯1206和进入孔1212。阶梯1208延伸到主孔1208中，而进入孔1212包括有螺纹的部分1214以便与保持器1218啮合。在将保持器1218与基座164有螺纹部分1232旋紧后，保持器1218与弹性元件1220接触，该弹性元件偏压主体1216，使其靠着在基座164中形成的阶梯孔1204的阶梯1206，从而将顶杆导向组件1200固定在衬底支撑组件148的基座164中。

【082】图9-10描绘外衬垫116的一个实施例的分解透视图和部分截面视图。外衬垫116可用抗等离子体或氟的材料制造和/或涂覆。在一个实施例中，外衬垫116是由铝制造的。在另一个实施例中，外衬垫116是由钇、钇合金或其氧化物制造或涂覆的。在另一个实施例中，外衬垫116是由块状Y₂O₃制造的。内衬垫118可由相同材料制造。

【083】在图9-10中所描绘的实施例中，外衬垫116包括上衬垫902和下衬垫904。下衬垫904的上边缘908经配置与上衬垫902的下边缘910在啮合部件紧密配合，例如在如图9所示的兔节(rabbit joint)中。在一个替代实施例中，下衬垫904的上边缘经配置与上衬垫902的下边缘910紧密配合，例如在如图10所示的半兔节中。

【084】下衬垫904一般是中空圆柱体，其经配置以隐藏地靠着侧壁108的内表面112安装。下衬垫904包括槽口或端口906，其与腔室主体102的排气口126对准，从而便于抽空和排放内部容积106。

【085】上衬垫902一般包括主体914，其具有从其上部延伸的法兰912。法兰912一般是多边形形式的，且在这里所描绘的实施例中，多边形法兰912的角度(indices)是在约45度角处截顶的。

【086】主体914一般是圆柱形的，具有内壁916和外壁934。一旦安装在腔室100中，唇状体918就从内壁916向内径向延伸并为喷头组件130提供支撑地。O形圈凹槽920是在唇状体918的上表面中形成的，从而为喷头组件130提供气体密封件。

【087】孔928可以提供于上衬垫902的主体914中，从而允许通过在腔体102中形成的窗口(未示出)对内部容积106进行视觉检查。围绕孔928的上衬垫902的外壁934的部分可以由可拆装的窗口插件924覆盖。窗口插件924通过多个扣件926固定在上衬垫902中的凹陷处(未示出)，所以插件924和外壁934是齐平的。因此，由于窗口插件924的保护涂层与窗口/腔体界面接触而磨损，所以可以在保护性涂层被破坏暴露外衬垫116的基材料之前，替换窗口插件924。

【088】狭槽938在圆柱体914中形成，从而允许衬底通道进出腔室100。凹口932是在围绕狭槽938的上衬垫902的外壁934中形成的。可拆装的门插件930设置在狭槽938的上方，从而避免衬垫902的表面由于与缝阀门端口接触而磨损。插件930具有狭槽940，其与在上衬垫902中形成的狭槽938对齐，以便于衬底通道穿过外衬垫116。插件930通过容纳在固定孔中的多个扣件936固定在凹口932中，以便插件930和外壁934是齐平的。因此，因为插件930的保护涂层由于与缝阀门端口/腔室主体界面接触而磨损，所以插件930可在保护涂层被破坏、暴露外衬垫116的基材料之前被替换。插件924、930一般由与衬垫相同的材料制造和/或涂覆。

【089】图11描绘与盖环146啮合的内衬垫118的实施例，盖环146覆盖衬底支撑组件148的外部上表面。内衬垫118一般包括较大直径的上部1140和较小直径的下部1142。倾斜部限定在衬垫188的外部直径上，从而耦合较大直径上部1140和较小直径下部1142。

【090】法兰1132从部分1140、1142的结合处向内延伸。法兰1132具有底表面1134，其利用衬底支撑组件148定位内衬垫118。O形圈凹槽1136在法兰1132的上表面中形成从而密封内衬垫118。

【091】盖环146位于衬底支撑组件148上并和内衬垫118的上端1128交错。盖环146一般具有由抗等离子体和/或化学物质的材料形成和/或涂覆的环状主体1102。在一个实施例中，盖环146由钇或其氧化物形成和/或涂覆。在一个实施例中，气体盖环146由块状钇制造，从而提供对氟化化学性质的抵抗性。在另一个实施例中，盖环146由石英制造。

【092】主体1102一般具有顶表面1104和底表面1126。第一凸脊1118、第二凸脊1122和第三凸脊1120从主体1102的底表面1126向下延伸。在图11所示的实施例中，凸脊1118、1122、1120是同心环。

【093】第一和第二凸脊1118、1122被设置在盖环146的内部上，并在其之间限定俘获内衬垫118的上端1128的狭槽。第一凸脊1118比第二凸脊1122从主体1102延伸更多。第三凸脊1120也比第二凸脊1122从主体1102延伸更多。第三凸脊1120延伸到在衬底支撑组件148中形成的狭槽1180中，从而固定盖环146和支撑组件148之间的取向。

【094】凸出部1116从主体1102径向向内延伸，靠近第三凸脊1120。凸出部1116包括上表面1150，其基本与静电卡盘166的上表面1152共面。当衬底设置在衬底支撑组件148上时，衬底(在图11中未示出)的周边盖住静电卡盘166和凸出部1116的上表面1150之间的界面。

【095】内壁1114设置在凸出部1116和主体1102的顶表面1104之间。内壁1114具有大于凸出部1116内侧直径的直径。通常，选择内壁1114的直径，从而提供与衬底间的适当间距。

【096】主体1102的顶表面1104通常包括内部区域1110和外部区域1108。内部区域1110相对于外部区域1108升高。内部区域1110可平行于顶表面1104的外部区域1108定向。在图11所示的实施例中，倾斜的区域1112限定顶表面1104的内部和外部区域1110、1108之间的过渡。

【097】图11也包括静电卡盘166的一个实施例的细节。静电卡盘166包括阶梯状的外直径表面，其限定在卡盘上表面1152和下表面1198之间。阶梯状的外直径通常包括上壁1188、中壁1192和下壁1196。壁1188、1192、1196通常是垂直的，且上壁1188短于中壁1192。中壁1192短于下壁1196。上壁1188从上表面1152开始并向下延伸到上凸出部分1190。上凸出部分1190将上壁1188耦合到中壁1192。下凸出部分1194将中壁1192耦合到下壁1196。下壁1196被耦合到底表面1198。凸出部分1190、1194一般是水平的，下凸出部分1194比上凸出部分1190大。由壁1188、1192、1196和凸出部分1190、1192产生的阶梯状外直径产生有边线的轮廓，其与盖环146匹配并将盖环146保持于衬底支撑组件148上的预定位置。

【098】在操作中，处理腔室100可以用来在衬底中刻蚀高纵横比的部件。在一个实施例中，用于在衬底上沉积的硅层中刻蚀高纵横比沟槽的方法可在腔室100中执行。硅层以成图案的掩膜覆盖，如传统实践的那样。该方法从在0到300毫托(mT)之间调节腔室压力开始。衬底被约500到约2800瓦特(W)的偏压功率偏置。在一个实施例中，偏压功率是在约2兆赫兹(MHz)的频率施加的。

【099】从通过喷头组件多个气流区域提供的气体形成的等离子体是通过向衬底支撑组件施加约500到2800W偏压功率保持的。在一个实施例中，功率在60MHz频率施加。磁场B是跨腔室施加的，其在约0到约140高斯(G)之间。硅层是通过掩膜中的开口等离子体刻蚀的，从而形成具有高达至少80∶1的纵横比的沟槽。

【100】向腔室提供处理气体、直接注入物和惰性气体的混合物，用于等离子体刻蚀。混合物可包括HBr、NF₃、O₂、SiF₄、SiCl₄和Ar中的至少一种。在一个实施例中，提供到混合歧管中的处理气体包括HBr和NF₃，可选地也可提供O₂、SiF₄和SiCl₄。在示例性实施例中，对于适于刻蚀300毫米衬底的工艺，将在约50到约500sccm之间的HBr，在约10到约200sccm之间的NF₃，在约0到约200sccm之间的O₂，在约0到约200sccm之间的SiF₄，在约0到约200sccm之间的SiCl₄，和在约0到约200sccm之间的Ar提供到混合歧管。在与部件密度、尺寸和横向位置相称的选定流速，混合气体被提供到充气室。SiCl₄可以旁路混合歧管，作为提供到喷头组件的充气室的直接注入气体。

【101】已经证明上述处理腔室刻蚀高纵横比部件，衬底表面具有良好的一致性。在传统处理腔室中和在上述处理腔室中执行的刻蚀硅工艺之间的比较数据说明了边缘到中心纵横比一致性的改进。传统系统的边缘到中心的纵横比约为1.35，而上述处理腔室的边缘到中心的纵横比约为1.04，这使得本实用新型的腔室适于制造下一代器件。

【102】虽然前面的说明针对本实用新型实施例，但是本实用新型其他和另外的实施例可以在不偏离本实用新型的基本范围的情况下设计，并且本实用新型的范畴由所附的权利要求限定。

Claims (20)

1.一种适于覆盖半导体处理腔室的至少一部分内壁的上腔室衬垫，该衬垫的特征是包括：

圆柱主体，其具有上边缘和下边缘；

法兰，其从所述主体的上边缘径向向外延伸；

凹口，其在所述主体的外表面上形成；和

狭槽，其设置在所述凹口中并穿过所述主体形成。

2.根据权利要求1所述的衬垫，其特征是进一步包括：

唇状体，其从所述主体的内表面径向向内延伸。

3.根据权利要求2所述的衬垫，其特征是所述唇状体进一步包括：

具有形成在其中的O形圈凹槽的上表面。

4.根据权利要求1所述的衬垫，其特征是所述凹口进一步包括：

多个固定孔。

5.根据权利要求1所述的衬垫，其特征是所述主体的下边缘进一步包括：

啮合部件，其被配置成与第二衬垫配合。

6.根据权利要求5所述的衬垫，其特征是所述啮合部件进一步包括：

兔节。

7.根据权利要求1所述的衬垫，其特征是进一步包括：

穿过所述主体形成的孔。

8.根据权利要求7所述的衬垫，其特征是所述主体进一步包括：

所述孔置于其中的凹陷。

9.根据权利要求1所述的衬垫，其特征是所述主体进一步包括：

铝。

10.根据权利要求9所述的衬垫，其特征是所述衬垫涂覆有Y₂O₃。

11.根据权利要求1所述的衬垫，其特征是所述主体的内表面涂覆有Y₂O₃。

12.根据权利要求1所述的衬垫，其特征是所述主体是以下情况中至少之一：由钇或其氧化物制造或涂覆有钇或其氧化物。

13.根据权利要求5所述的衬垫，其特征是所述啮合部件进一步包括半个兔节。

14.根据权利要求1所述的衬垫，其特征是所述法兰是多角形的。

15.根据权利要求14所述的衬垫，其特征是所述多角形法兰进一步包括：

斜切的角度。

16.一种适于覆盖半导体处理腔室的至少一部分内壁的上腔室衬垫，所述衬垫的特征是包括：

圆柱主体，其具有上边缘和下边缘，其中所述主体是以下情况中的至少一种：由钇或钇氧化物制造或涂覆；

法兰，其从所述主体的上边缘径向向外延伸；

啮合部件，其在所述下边缘中形成并经配置与第二衬垫配合；

凹口，其在所述主体的外表面上形成；和

狭槽，其设置在所述凹口中并穿过所述主体形成。

17.根据权利要求16所述的衬垫，其特征是进一步包括：

唇状体，其从所述主体的内表面径向向内延伸并具有上表面，所述上表面具有形成在其中的O形圈凹槽。

18.根据权利要求16所述的衬垫，其特征是所述凹口进一步包括：

多个固定孔。

19.根据权利要求16所述的衬垫，其特征是所述法兰是多边形并包括：

斜切的角度。

20.一种适于覆盖半导体处理腔室的至少部分内壁的上腔室衬垫，所述衬垫的特征是包括：

圆柱形铝主体，其具有上边缘、下边缘、外壁和内壁；

钇或钇氧化物中的至少一种的涂层，其设置在所述主体的内壁上；

法兰，其从所述主体的上边缘径向向外延伸；

阶梯状的啮合部件，其在所述下边缘中形成，并经配置从而与第二衬垫匹配；

唇状体，其从所述主体的内表面径向向内延伸，并具有上表面，该上表面具有形成在其中的O形圈凹槽；

凹口，其在所述主体的外表面中形成，并具有多个固定孔；

凹陷，其在所述主体的外壁中形成；

孔，其设置在所述凹陷处并穿过所述主体形成；和

狭槽，其设置在所述凹口中并穿过所述主体形成。

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