專利名稱：限制環驅動器的制作方法
技術領域：
本發明一般地涉及半導體制造，且更特定地涉及用于提供限制環 驅動器的方法和設備，該限制環驅動器在行進范圍內提供了限制環之 間的比例間隔。
背景技術：
在基于半導體器件的制造期間，通常在基片上沉積材料層。每層 材料可以經歷蝕刻過程。層的蝕刻可以通過包括等離子體強化蝕刻的 廣泛的技術完成。
進行這些操作的等離子體蝕刻器可以包括限制環來將等離子體限 制在蝕刻室的區域內。限制環用于限制等離子體且也保護了室壁。如 果無法實現在所有限制環之間的等間隙，則存在為控制壓力而可驅動 環間隔的寬度的動態極限。比例限制環間隔的能力可以有效地增加壓 力控制的動態范圍，同時最小化不希望的效果，例如當超過這些非比 例間隔極限時等離子體不受限制。
根據前述描述，需要提供用于在限制環的行進范圍內均勻移動限
制環的方法和i殳備。
發明內容
廣泛地講，本發明通過提供用于按比例維持限制環之間的間隔的 方法和設備而滿足了這些需要。應i人識到的是，本發明可以以多種方 式實施，包括作為方法、系統或設備。如下描述了本發明的數個發明 的實施例。
在一個實施例中，提供了用于半導體處理室的限制組件。限制組 件包括多個相互上下布置的限制環。多個限制環的每個分開以空間且 多個限制環的每個具有多個限定在其內的孔。提供了延伸通過相應的 限制環的對齊的孔的柱塞。柱塞可在大體上垂直于限制環的平面內移 動。比例調整支承件固定到柱塞。比例調整支承件構造為支承限制環， 使得當柱塞在平面內移動時分開了多個限制環的每個的空間被按比例調整。在一個實施例中，比例調整支承件是波紋套管。
在另一個實施例中，提供了半導體處理室。半導體處理室包括多 個構造為將等離子體限制在室的區域內的限制環。也包括了多個支承 限制環的波紋套管。包括了多個固定到相應的波紋套管的柱塞。多個 柱塞沿大體上垂直于限制環的平面的軸線移動，使得多個柱塞的移動 導致按比例調整多個限制環的每個之間的空間。
在再另一個實施例中，提供了在具有多個限制環的蝕刻室內限制 等離子體的方法。方法以在蝕刻室內進行蝕刻處理開始。然后監測蝕 刻室的處理參數。然后以使得施加到多個限制環的每個的間隔調整大 體上相等的方式調整多個限制環的每個之間的間隔。
本發明的其他方面和優點將從如下的詳細描述中顯見，詳細描述 結合附圖通過例子圖示了本發明的原理。
本發明將通過結合附圖的如下詳細描述容易地理解，且類似的參 考數字表示類似的結構元件。
圖1是圖示了根據本發明的一個實施例的典型的等離子體蝕刻室 的簡化截面示意圖。
圖2圖示了根據本發明的一個實施例的用于按比例移動限制環的 基于凸輪的裝置的柱塞裝置的截面示意圖。
圖3示出了根據本發明的一個實施例的基于凸輪的裝置的頂視圖 的簡化示意圖。
圖4是根據本發明的一個實施例的能均勻地調整限制環之間的間 隔的柱塞和波紋套管的放大示意圖。
圖5是作為圖4中波紋套管的替代實施例的用于均勻地調整限制 環之間的間隔的鉸接杠桿組件的簡化示意圖。
圖6是圖5的鉸接杠桿組件的鉸接杠桿的一個的簡化示意圖。
圖7是根據本發明的一個實施例的用于將等離子體限制在具有多 個限制環的蝕刻室內的方法操作的流程圖。
具體實施例方式
描述了用于按比例調整限制環以增進半導體處理室內的蝕刻操作的系統、設備和方法的本發明。然而，對于本領域技術人員將顯見的 是，本發明可以不以這些特定細節的一些或全部來實行。在其他情形 中，未詳細描述已熟知的過程操作以避免不必要地模糊本發明。
本發明的實施例提供了系統、設備和方法用以提供大體上對限制 環在柱塞的整個行進范圍內的運動的線性控制。這導致了限制環的均 勻移動，使得每個限制環之間的間隔大體上保持為相對于彼此相同。 即，在此描述的實施例允許對限制環之間的間隔的比例控制。在一個 實施例中，提供了可以通過波紋套管對于多個限制環提供均勻間隔控 制的限制環驅動器。限制環驅動器合并了基于凸輪的裝置，其驅動柱 塞而導致限制環的均勻移動，如在下文中更詳細地描述。
圖1是圖示了根據本發明的一個實施例的典型的等離子體蝕刻室
的簡化截面示意圖。在等離子體蝕刻室101內，電極109布置在其中 待生成等離子體111的體積上方。晶片支承結構105位于其中待生成 等離子體111的體積下方。在一個實施例中，晶片支承結構105是靜 電卡盤。晶片支承結構105限定為在暴露于等離子體111期間支承晶 片107。
圖1的等離子體蝕刻室lOl也包括一組繞其中待生成等離子體lll 的體積的外周布置的限制環320a至320d。提供了限制環控制器121 以控制限制環320a至320d的組的移動。在一個實施例中，限制環控 制器121由在計算機系統上執行的軟件來代表。在另一個實施例中， 限制環控制器121由硬件(例如在芯片上實施的電路)來代表。無論 特定實施例如何，限制環控制器121可以與構造為根據從限制環控制 器121接收的指令來移動限制環320a至320d的組的機械形成接口。 限制環控制器121也可以設定可編程時間期間，用于移動和/或保持 限制環320a至320d的組。
仍參考圖1，處理監測儀器119用于分析室101內的監測到的條 件。處理監測儀器119代表了能分離例如從用于分析的系統讀取的壓 力的捕獲到的輸入的一個或多個部件或部件系統。在一個實施例中， 從室101內測量到的壓力通過線路117傳遞且與預先設定的壓力控制 設定比較，且限制環凸輪根據此比較移動。即，如果室壓力過低，則 環之間的空間收緊以增加晶片區的壓力，且反之亦然。應認識到的是， 此壓力在圖2中圖示的限制區內被監測。壓力值或由通過處理監測儀器119捕獲的壓力值所觸發的信號傳遞到限制環控制器121。然后在 相對于限制環320a至320d垂直的方向驅動柱塞310。在一個實施例 中，凸輪環304的旋轉導致柱塞310移動。應i^識到的是，在室內的 壓力可以通過任何已知的裝置監測。監測到的壓力然后傳遞到限制環 控制器121以確定是否調整限制環間隔。
在圖1的室100的運4亍期間，限制環320a至320d的組用于將等 離子體111限制到特定的體積("等離子體限制體積")且控制等離子 體限制體積內的壓力。限制環320a至320d的組可以均勻地移動以按 比例增加和降低臨近的限制環之間的間隔或間隙。在 一 個實施例中， 限制環320a至320d的組通過使用凸輪環移動。然而，應認識到的是， 許多其他操縱器件可以用于根據蝕刻過程的要求移動限制環320a至 320d的組。限制環320a至320d的組的移動可以限定為導致臨近的限 制環之間的間隙均勻地改變。如將在下文中圖示，柱塞310的移動導 致限制環320a至320d按比例相互移動以均勻地加寬或閉合限制環之 間的間隙。
應認識到的是，因為在等離子體蝕刻室101內的熱變化，在等離 子體限制體積內的壓力控制在運行期間是必需的。室內的溫度可能在 運行期間因為處理條件而改變。例如，在運行期間可能發生在室內表 面上的蝕刻副產品的沉積。蝕刻副產品沉積將影響室的傳熱特征，因 此導致室101內的溫度變化。室101內的溫度變化將對室內的壓力具 有相應的影響。如在下文中將更詳細地討論，在要求大體上恒定壓力 的蝕刻過程期間，提供限制環驅動器以控制室內的壓力。
在室101內，處理氣體流過臨近的限制環之間的間隙以離開等離 子體限制體積。因此，限制環組的移動用于調整提供為處理氣體從等 離子體限制體積流出的流動區。因此，調整對象流動區提供了對等離 子體限制體積內的壓力的相應的控制。在蝕刻過程期間，限制環320a
至320d的組均勻地移動，如在下文中更詳細地描述，以在處理期間 維持等離子體限制體積內的目標壓力。
根據本發明的一個方面，提供了基于凸輪的裝置以均勻地升高和 降低在等離子體處理室101內的限制環320a至320d。基于凸輪的裝 置利用凸輪從動件和凸輪環304來升高和降低連接到限制環的柱塞 310。當凸輪環304旋轉時，柱塞310以協調的方式升高或下降以升高或下降限制環320a至320d。
根據本發明的另一個方面，凸輪環的凸輪區域可以形成為實現對 限制環運動的精細控制以微調跨過限制環區的壓降。通過僅移動限制 環來控制跨過限制環區的壓降(該壓降影響基片表面處的壓力)，基 片表面處的壓力可以在不顯著地影響其他蝕刻參數的情況下控制。
圖2圖示了根據本發明的一個實施例的基于凸輪的裝置的柱塞裝 置的截面示意圖，用于按比例移動限制環。柱塞裝置300包括輪302， 輪302示出為與凸輪環304滾動接觸。輪302可調整地安裝在背板306 上(例如通過螺栓和槽裝置)。背板306可以安裝在反應器頂部且基 本上相對于反應器頂部不可移動。
凸輪從動件308安裝在柱塞310上。柱塞310和接附的凸輪從動 件308被彈簧314向凸輪環304的下表面312推動。凸輪從動件308 保持與下表面312的滾動接觸以允許柱塞310隨下表面312的輪廓升 高或下降。彈簧314總是向凸輪環304的下表面312推動柱塞310和 凸輪從動件308。如所示出，柱塞310平行于軸線380向上和向下移 動，該軸線380大體上垂直于由限制環320a至320c限定的平面。
仍參考圖2，波紋套管500布置在柱塞310上且固定到其上。波 紋套管500包括多個用于支承限制環320a至320c的突出物。當柱塞 310升高或降低時，限制環320a至320c相應地以均勻的方式升高或 降低。應認識到的是，波紋套管5 00的突出物將類似于手風琴而折疊 和展開且導致限制環320a至320c均勻地分開或聚攏。安裝在形成于 室頂部內的凹槽內的一對密封件360允許當柱塞310跟隨凸輪環304 的下表面312的輪廓而上下移動時維持等離子體處理室內的壓力。應 認識到的是，雖然示出了兩個密封件，但可以如希望地使用任何個數 的密封件。另外，任何合適的限制環個數可以4吏用在處理室內。
如上文已提及，通過凸輪環304的下表面312的輪廓來控制柱塞 310的上下移動。如在圖2中示出，下表面312包括凸輪區域362， 優選地每個柱塞組件具有一個凸輪區域362。凸輪區域362優選地包 括傾斜表面366，當凸輪環304在箭頭368的方向旋轉時，傾斜表面 366導致柱塞310向上移動，還包括下降表面370，當凸輪環304在 箭頭390的方向旋轉時，下降表面370導致柱塞310向下移動。在一 個實施例中，不使用下降表面370控制柱塞310。作為替代，僅使用傾斜表面366使得當凸輪環來回旋轉時柱塞310向上和向下移動，且 凸輪從動件308跟隨傾斜表面366的輪廓。
圖2的傾斜表面366可以包括具有兩個不同斜面的兩個分開的區 域。如所示出，傾斜表面366的斜面374比斜面372陡，以允許在凸 輪旋轉每度時柱塞310向上和向下移動更大的距離。斜面374可以用 于例如在晶片運輸期間的粗略控制，且斜面372可以用于例如在壓力 控制期間限制環位置的精細控制。應認識到的是，波紋套管500的使 用提供了對限制環320a至320c之間間隙的按比例調整。另外，可以 調整絕緣體150和頂部限制環之間的間隙和表面108和底部限制環之 間的間隙。絕緣體150進一步包括壓力監測口 151以捕獲室的限制區 內的壓力。布置在監測口 151內且與圖1的處理監測儀器119通信的 壓力感測器件提供了用于確定是否要求限制環320a至320c的任何比 例移動的信號。本領域技術人員將認識到，壓力監測口 151可以位于 任何適合捕獲等離子體區域內的壓力的位置，例如在絕緣體150的內 邊緣內，且不必靠近限制環驅動器組件。關于凸輪驅動器組件的進一 步的信息可以在美國專利6， 019， 060中找到。
圖3示出了根據本發明的一個實施例的基于凸輪的裝置的頂視圖 的簡化示意圖，基于凸輪的裝置包括用于使凸輪環304旋轉的馬達 402。馬達402通過皮帶404聯接到凸輪環304。皮帶404在點406和 408處接附到凸輪環304，但如果希望可使皮帶404纏繞凸輪環304。 張緊裝置410拉緊皮帶404內的松馳且將凸輪環304向馬達402牽拉 以推動凸輪環404的內表面與滾輪412和414 (需要兩個滾輪來限定 凸輪環的旋轉中心，但可以提供任何另外個數的滾輪)滾動接觸。
三個柱塞組件416示出為圍繞圖3中的凸輪環布置。然而，任何 個數的柱塞組件可以與凸輪環一起使用。如本領域技術人員可認識 到，當組件416內的柱塞的已接附的凸輪從動件依靠在凸輪環的下表 面上且當馬達402 (通過皮帶404 )使凸輪環順時針和逆時針旋轉時， 組件416內的柱塞以協調的方式移動。可以實施為線性電位計形式的 選擇性位置反饋裝置420聯接到皮帶404。然而，可以使用任何其他 類型的位置傳感器裝置以提供關于凸輪環的旋轉的數據。從反饋數據 和凸輪環內的凸輪區域的已知外形可以導出等離子體處理室內的柱塞 310和限制環的位置。根據本發明的另一個方面，基于凸輪的裝置均勻升高或降低限制 環而不影響室體積的能力使得在此描述的實施例實現了在蝕刻期間的 壓力控制。雖然蝕刻壓力(即蝕刻期間在基片表面處的壓力)可能被 多種機制(例如，蝕刻劑源氣體的輸入速度的改變)改變，但如果局 部(即在基片附近)實現壓力控制則將改進響應。
圖4是根據本發明的一個實施例的能均勻調整限制環之間的間隔 的柱塞和波紋套管的放大示意圖。波紋套管500布置在柱塞310上。 在一個實施例中為塑料螺栓的緊固件318將波紋套管500錨定到柱塞 310的底表面。應認識到，波紋套管500也可以固定到柱塞310的頂 部部分。通過柱塞310的移動，由收縮或擴張波紋套管500的突出物 之間的間隔，將改變相應的限制環之間的間隔。即由箭頭A和箭頭B 所代表的距離將以均勻的方式即按比例相對于彼此改變。另外，柱塞 310可以定位在室內，使得頂部和底部限制環分別限定在距室的頂表 面和底表面的某距離處。應認識到的是，通過將限制環的每個均勻間 隔開避免了限制環之間的最大空間支配等離子體如何保持限制。在一 個實施例中，波紋套管500的表面具有涂敷到其上的涂層，例如 TEFLON 涂層。應認識到的是，涂層可以是與等離子體環境相容且不 發出將污染被蝕刻的基片的粒子的任何合適的涂層。另外，涂層是順 性的以適應波紋套管500的收縮和擴張。
圖5是作為圖4中波紋套管的替代實施例的鉸接杠桿組件的簡化 示意圖。鉸接杠桿組件503包括多個可樞轉地通過樞轉點502相互連 接的鉸接杠桿504。柱塞310固定到橫檔件501。因此，柱塞310的 移動促使限制環320a至320c相互按比例移動，使得限制環之間的間 隔保持相對地一致。更特定地，當柱塞310向下向限制環320a至320c 移動時，限制環之間的間隔均勻地變小。當柱塞310在向上的方向移 動離開限制環320a至320c時，限制環之間的間隔均勻地變大。
圖6是圖5的鉸接杠桿組件的鉸接杠桿的一個的簡化示意圖。鉸 接杠桿504包括多個樞轉點502。在一個實施例中樞轉點502是限定 為通過杠桿504的孔。在另一個實施例中，杠桿504的角部508和510 是倒圓的。另外，限制環擱在其上的表面512可以是帶角度的，以在 行進范圍上更好地容納限制環且補償任何歪斜。在圖6中，鉸接杠桿 504示出為在具有表面512的支承部分帶有略微的凹痕。在一個實施例中，鉸接杠桿504可以包括例如不銹鋼的金屬。在另一個實施例中， 金屬可以涂覆有如上關于波紋套管涂層所提及的相容的涂層。此處同 樣，金屬和涂層可以是任何與蝕刻應用和環境相容的材料。
圖7是根據本發明的一個實施例的用于將等離子體限制在具有多 個限制環的蝕刻室內的方法操作的流程圖。方法以操作520開始，在 操作520處在蝕刻室內進行蝕刻過程。此處，可以進行要求限制和生 成等離子體的任何合適的蝕刻過程。方法前進到操作522，在操作522 處監測蝕刻室的處理參數。例如，可以通過已知的^支術監測室內的壓 力。當蝕刻操作進行時，溫度改變和其他因素可能導致壓力改變。一 個應對壓力改變的技術是才艮據在此描述的實施例調整限制環之間的間 隔。在操作524中，限制環之間的間隔被調整為使得每個限制環之間 的間隔調整量大體上相等。如參考圖2至圖6在以上所描述，波紋套 管或鉸接杠桿組件的使用結合凸輪驅動器將保證每個限制環的按比例 移動。通過維持限制環之間的按比例 一 致的間隔實現了對蝕刻操作的 增強的控制，以及防止了 一個大空間支配等離子體如何保持限制。
總之，以上所描述的實施例提供了用于限制環間的間隔的增強的 控制的方法和設備。通過以上所描述的驅動器系統，通過在寬的設定 點范圍內按比例變化限制環間隔實現了限制環之間的大體上的等間 隔。波紋套管或鉸接杠桿組件用作將柱塞的移動轉化為限制環的每個 的比例移動的比例調整支承件。
雖然前述發明已在一些細節上為理解清晰的目的而描述，但將顯 見的是可以在附帶的權利要求書范圍內實行某些改變和修改。因此， 本實施例被考慮為示例性的而非限制性的，且本發明不限制于此處給 出的細節，而是可以在附帶的權利要求書的范圍以及等價物內修改。 在權利要求書中，除非明確地在權利要求中陳述，否則元件和/或步 驟不意味著任何特定的操作次序。
權利要求
1. 一種用于半導體處理室的限制組件，其包括多個相互上下布置的限制環，該多個限制環的每個分開以空間，該多個限制環的每個具有多個限定在其內的孔；延伸通過相應的限制環的對齊的孔的柱塞，該柱塞可在大體上垂直于限制環的平面內移動；和固定到柱塞的比例調整支承件，該比例調整支承件構造為支承限制環，使得當柱塞在該平面內移動時，分開了多個限制環的每個的空間被按比例調整。
2. 根據權利要求1所述的限制組件，其中比例調整支承件是波 紋套管。
3. 根據權利要求2所述的限制組件，其中波紋套管包括多個突 出物，突出物的個數與限制環的個數相等。
4. 根據權利要求2所述的限制組件，其中波紋套管包括耐久性 非反應聚合物涂層。
5. 根據權利要求1所述的限制組件，進一步包括 固定到柱塞的凸輪從動件；和凸輪環，其中凸輪從動件與其滾動接觸。
6. 根據權利要求1所述的限制組件，其中比例調整支承件包括 多個支承腿，支承腿的每個與至少一個其他支承腿可樞轉地相互連 接。
7. 根據權利要求6所述的限制組件，其中多個支承腿構造為使 得當柱塞在該平面內向限制環移動時，分開多個限制環的每個的空間 按比例變大。
8. 根據權利要求6所述的限制組件，其中多個支承腿包括石英、 碳化物或不銹鋼中的一個。
9. 一種半導體處理室，其包括 多個構造為將等離子體限制在室的區域內的限制環； 多個支承限制環的波紋套管；和多個固定到相應的波紋套管的柱塞，該多個柱塞沿大體上垂直于 限制環的平面的軸線移動，使得該多個柱塞的移動導致按比例調整該 多個限制環的每個之間的空間。
10. 根據權利要求9所述的處理室，進一步包括布置在處理室 頂表面上的凸輪環。
11. 根據權利要求10所述的處理室，進一步包括相應地固定 到柱塞的每個的凸輪從動件，凸輪從動件的每個可滾動地連接到凸輪 環。
12. 根據權利要求10所述的處理室，進一步包括對應于多個 柱塞的每個的彈簧，彈簧提供了張力而促使相應的凸輪從動件靠在凸 輪環的表面上。
13. 根據權利要求9所述的處理室，其中多個波紋套管的每個包 括多個突出物，突出物的直徑大于限定為通過多個限制環的每個的孔 的直徑，其中柱塞的一個和波紋套管的一個布置為通過孔。
14. 根據權利要求10所述的處理室，其中凸輪環包括傾斜表面 和下降表面。
15. —種用于將等離子體限制在具有多個限制環的蝕刻室內的方 法，其包括如下方法操作在蝕刻室內進行蝕刻過程； 監測蝕刻室的處理參數；和以使得施加到多個限制環的每個的間隔調整量大體上相等的方式 調整多個限制環的每個之間的間隔。
16. 根據權利要求15所述的方法，其中監測蝕刻室的處理參數 的方法操作包括監測室壓力；確定是否要增加或降低室壓力。
17. 根據權利要求15所述的方法，其中調整多個限制環的每個 之間的間隔的方法操作包括擴張一組波紋管以降低室的壓力；和 收縮一組波紋管以增加室的壓力。
18. 根據權利要求15所述的方法，其中調整多個限制環的每個 之間的間隔包括使柱塞在大體上垂直于該多個限制環的方向移動。
19. 根據權利要求18所述的方法，其中使柱塞在大體上垂直于 該多個限制環的方向移動的方法操作包括改變固定到柱塞的凸輪從 動件的位置。
20.根據權利要求15所述的方法，其中通過處理參數的一個的 改變來觸發間隔調整。
全文摘要
提供了用于半導體處理室的限制組件。限制組件包括多個相互上下布置的限制環。多個限制環的每個分開以空間且多個限制環的每個具有多個限定在其內的孔。提供了延伸通過相應的限制環的對齊的孔的柱塞。柱塞可在大體上垂直于限制環的平面內移動。比例調整支承件固定到柱塞。比例調整支承件構造為支承限制環，使得當柱塞在平面內移動時分開了多個限制環的每個的空間被按比例調整。在一個實施例中，比例調整支承件是波紋套管。提供了半導體處理室和用于將等離子體限制在具有多個限制環的蝕刻室內的方法。
文檔編號H01L21/306GK101512040SQ200680003234
公開日2009年8月19日 申請日期2006年1月24日 優先權日2005年1月27日
發明者P·西瑞格里安諾 申請人:蘭姆研究有限公司