[发明专利]等离子体处理系统中温度依赖型晶片间隙变化的被动补偿

说明书

背景技术

等离子体长期以来被用于将衬底（例如，晶片、平板等）处理成电子产品（如半导体集成电路、平板显示器、液晶显示器等）。衬底的等离子增强处理典型地涉及将衬底置于合适的等离子体处理系统（诸如等离子体处理集工具）的等离子体处理腔室中，将衬底定位在工件夹持器上或卡盘上，将合适的源气体引入腔室，并且根据用于淀积或蚀刻目的的特定配方来将源气体激发成等离子体。

因为衬底上的特征尺寸越来越小并且工艺要求变得越来越严格，有必要更严格地控制工艺参数，以确保蚀刻或沉积的结果令人满意。在等离子体处理过程中要控制的一个参数是驻留在晶片外边缘的晶片倒角状态。在倒角上，在器件生成过程中在高的机械张力或压力下沉积薄膜。在晶片加工和处理期间，这些薄膜可能剥落，并且可能在晶片的表面上形成缺陷，从而导致管芯产量减少。在倒角蚀刻处理应用中，要特别控制好的参数之一是晶片间隙。作为在这里所采用的术语，晶片间隙是指在上部电极（其可以接地或者可以用DC或RF电源等供电，或者可以是绝缘板或电绝缘材料和导电材料的组合）和衬底之间的距离。更具体地说，在本文的倒角蚀刻例中，晶片间隙指的是在被设置在衬底之上并与衬底呈空间隔开关系（用于抑制在衬底的中心区域形成等离子体，其中在倒角蚀刻期间不希望在衬底的中心区域有等离子处理）的上部绝缘器板的下表面和衬底的上表面之间的距离。在倒角蚀刻应用中，晶片间隙对于控制朝向晶片中心的蚀刻边界是很重要的。这一蚀刻边界被定义为使得衬底的蚀刻速率已经下降到低于某一临界值以致蚀刻变得不重要的半径。这个临界值通常为约50纳米/分钟。换句话说，这个关键的间隙确定了等离子从晶片周围的外部区向晶片的中心能侵蚀多远。这个侵蚀距离是随应用而不同的，但刚好从晶片的边缘（顶点）测量，通常是在500微米的数量级的范围上。

一般来说，晶片间隙由驱动机构控制，该驱动机构根据需要来提高或降低上部绝缘器板以例如使衬底的装载和卸载变得方便并控制上述晶片间隙以用于不同的应用中。举例而言，一些驱动器机制可能采用步进电机和/或相关的传动装置或螺旋装置来按照由工艺配方设定的晶片间隙值精密地控制晶片间隙。

衬底的等离子体增强处理在某些情况下可能涉及升高的衬底和腔室硬件的温度。例如，一些倒角蚀刻配方可能要求衬底和腔室硬件设备的温度处在大约80摄氏度或更高的范围内。这一升高的温度是通过有源加热腔室部件实现的，并且已经观察到，当腔室部件升温时，这些腔室部件的热膨胀改变晶片间隙。由于热膨胀而产生的晶片间隙变化足够大，使得在各个温度上的腔室间隙要重新校准以引起温度依赖型的晶片间隙的变化。因为需要打开腔室，所以重新校准增加了模块离线的时间，因而是不期望的。此外，对温度依赖型的间隙的重新校准的需要会阻止工具用户在单次运行中在不同温度下处理给定的晶片。对于一些倒角蚀刻应用，这样的飞速温度变化的能力可能是理想的处理节点。

举例来说，在某些情况下可能需要改变驱动机构采用来重新定位上部绝缘器板以引起与温度相关的热膨胀的晶片间隙值。在一个示例性倒角蚀刻应用中，晶片间隙可以小至350微米，在某些系统中，与温度相关的热膨胀可以使得：温度每改变10摄氏度，晶片间隙其指定值即收缩3％左右。通过增加配方中的晶片间隙值来引起与温度相关的晶片间隙收缩，驱动机构可以能够在腔室部件升温时提供一定程度的补偿。

如上所述，晶片间隙校准是劳力密集且耗时的过程，是处理影响晶片间隙的热膨胀问题的相对繁琐的方式。而本发明的实施例提供了改进的装置和方法来解决影响到等离子处理系统中的晶片间隙的、与温度相关的热膨胀的问题。

发明内容

在一个实施例中，本发明涉及用于处理衬底的等离子体处理系统。等离子体处理系统具有：带有至少一个衬底支撑件和在衬底之上的朝向衬底的部件的腔室，该朝向衬底的部件朝向衬底的上表面，衬底支撑件和朝向衬底的部件有空间隔开关系。在处理期间，衬底被设置在衬底支撑件的顶端，并在衬底支撑件和朝向衬底的部件之间。该等离子体处理系统还包括联接在朝向衬底的部件和等离子体处理腔室的上部腔室部件之间的朝向衬底的部件支撑结构，其在处理过程中将朝向衬底的部件定位在衬底上面，使得在朝向衬底的部件的下表面和衬底的上表面之间存在所希望的间隙。等离子体处理系统还包括用于响应于等离子体处理腔室的至少一个部件所经历的温度变化被动地移动朝向衬底的部件的装置。如果朝向衬底的部件没有被动地移动，则至少一个部件所经历的温度变化导致所希望的间隙改变。用于被动地移动朝向衬底的部件的装置依赖于该装置的热驱动的尺寸变化来完成移动。

本发明的这些和其它特征将在下面在本发明的详细说明中结合附图更详细地说明。