等离子体处理系统中射频信号接地回路的优化的制作方法

1.本公开涉及半导体器件制造。


背景技术：

2.等离子蚀刻工艺通常用于在半导体晶片上制造半导体器件。在等离子体蚀刻工艺中，包括制造中的半导体器件的半导体晶片暴露于等离子体处理体积内产生的等离子体。等离子体与半导体晶片上的材料相互作用，以便从半导体晶片上去除材料和/或改性材料以使它们能够随后从半导体晶片上去除。可以使用特定的反应物气体产生等离子体，该反应物气体将导致等离子体的成分与要从半导体晶片去除/改性的材料相互作用，而不会与晶片上不被去除/改性的其他材料显著相互作用。等离子体是通过使用射频信号为特定的反应气体提供能量而产生的。这些射频信号通过包含反应物气体的等离子体处理体积传输，同时半导体晶片保持暴露于等离子体处理体积。射频信号通过等离子体处理体积的传输路径会影响等离子体如何在等离子体处理体积内产生。例如，反应物气体可以在等离子体处理体积的传输大量射频信号功率的区域中更大程度地被激励，从而导致整个等离子体处理体积的等离子体特性的空间不均匀性。等离子体特性的空间不均匀性可以表现为离子密度、离子能量和/或反应成分密度以及其他等离子体特性的空间不均匀性。等离子体特性的空间不均匀性会相应地导致半导体晶片上等离子体处理结果的空间不均匀性。因此，射频信号通过等离子体处理空间的传输方式会影响半导体晶片上等离子体处理结果的均匀性。本公开正是在这种背景下产生的。


技术实现要素：

3.在一示例性实施方案中，公开了一种等离子体处理系统。该等离子体处理系统包括电极，其具有由顶表面、底表面和外侧表面限定的大致圆柱形形状。该等离子体处理系统还包括陶瓷层，其形成在所述电极的顶表面上。所述陶瓷层被配置为接收和支撑半导体晶片。该等离子体处理系统还包括射频信号发生器，其通过阻抗匹配系统电气连接到所述电极。所述射频信号发生器被配置为产生射频信号并将其提供给所述电极。该等离子体处理系统还包括固定外支撑凸缘，其形成为外接所述电极的所述外侧表面。所述固定外支撑凸缘相对于所述电极具有固定的空间关系。所述固定外支撑凸缘具有竖直部分和从所述竖直部分的下端径向向外延伸的水平部分。所述固定外支撑凸缘电气连接到参考接地电位。该等离子体处理系统还包括铰接式外支撑凸缘，其形成为外接所述固定外支撑凸缘。所述铰接式外支撑凸缘具有竖直部分和从所述竖直部分的下端径向向外延伸的水平部分。所述铰接式外支撑凸缘的所述竖直部分同心地定位在所述固定外支撑凸缘的所述竖直部分的外侧。所述铰接式外支撑凸缘与所述固定外支撑凸缘间隔开，使得所述铰接式外支撑凸缘相对于所述固定外支撑凸缘能竖直移动。该等离子体处理系统还包括多个导电带。所述多个导电带中的每一个都具有连接到所述铰接式外支撑凸缘的所述水平部分的第一端部和连接到所述固定外支撑凸缘的所述水平部分的第二端部。
4.在示例性实施方案中，公开了一种用于等离子体处理系统的接地回路组件。该接地回路组件包括固定外支撑凸缘，其形成为在所述等离子体处理系统内外接电极并且相对于所述电极具有固定的空间关系。所述固定外支撑凸缘具有竖直部分和从所述竖直部分的下端径向向外延伸的水平部分。该接地回路组件还包括铰接式外支撑凸缘，其形成为外接所述固定外支撑凸缘。所述铰接式外支撑凸缘具有竖直部分和从所述竖直部分的下端径向向外延伸的水平部分。所述铰接式外支撑凸缘的所述竖直部分同心地定位在所述固定外支撑凸缘的所述竖直部分的外侧。所述铰接式外支撑凸缘与所述固定外支撑凸缘间隔开，使得所述铰接式外支撑凸缘能沿所述固定外支撑凸缘的所述竖直部分移动。该接地回路组件包括多个导电带。所述多个导电带中的每一个都具有连接到所述铰接式外支撑凸缘的第一端部和连接到所述固定外支撑凸缘的第二端部。
5.在示例性实施方案中，公开了一种等离子体处理系统。该等离子体处理系统包括由导电材料形成的电极。该电极具有由顶表面、底表面和外侧表面限定的大致圆柱形形状。该等离子体处理系统还包括陶瓷层，其形成在所述电极的所述顶表面上。所述陶瓷层被配置为接收和支撑半导体晶片。该等离子体处理系统还包括由导电材料形成的设施板。所述电极的所述底表面通过物理方式和电气方式连接到所述设施板的顶表面。该等离子体处理系统还包括射频信号供应轴，其由导电材料形成。所述射频信号供应轴的上端通过物理方式和电气方式连接至所述设施板的底表面。该等离子体处理系统还包括射频信号供应杆，其由导电材料形成。所述射频信号供应轴的下端与所述射频信号供应杆的输送端通过物理方式和电气方式连接。该等离子体处理系统还包括射频信号发生器，其通过阻抗匹配系统与所述射频信号供应杆的供应端电气连接。该等离子体处理系统还包括围绕所述射频信号供应杆设置的管。所述管由导电材料形成。所述管具有沿所述管的全长通过空气与所述射频信号供应杆隔开的内壁。
6.在一示例性实施方案中，公开了一种用于等离子体处理系统的射频信号供应结构。该射频信号供应结构包括射频信号供应杆，其由导电材料形成。所述射频信号供应杆具有供应端和输送端。所述射频信号供应杆的所述供应端被配置成连接设置在所述射频信号供应杆和射频信号发生器之间的阻抗匹配系统。该射频信号供应结构还包括围绕所述射频信号供应杆设置的管。所述管由导电材料形成。所述管具有沿所述管的全长通过空气与所述射频信号供应杆隔开的内壁。
附图说明
7.图1a显示了根据一些实施方案的通过用于半导体芯片制造的等离子体处理系统的竖直截面图。
8.图1b显示了根据一些实施方案的图1a的系统，其中悬臂组件向下移动以使晶片w能够移动通过门。
9.图2显示了根据一些实施方案的陶瓷层和电极的俯视图。
10.图3显示了根据一些实施方案的阻抗匹配系统的电气示意图。
11.图4a显示了根据一些实施方案的穿过固定外支撑凸缘和铰接式外支撑凸缘的竖直横截面的特写视图。
12.图4b显示了根据一些实施方案的图4a的变体，其中多个导电带中的每一个的第一
端部通过夹持环连接到铰接式外支撑凸缘的水平部分的上表面。
13.图5显示了根据一些实施方案的铰接式外支撑凸缘和固定外支撑凸缘的俯视图，其中多个导电带连接在铰接式外支撑凸缘和固定外支撑凸缘之间。
14.图6显示了根据一些实施方案的铰接式外支撑凸缘和固定外支撑凸缘的顶部的透视图，其中多个导电带连接在铰接式外支撑凸缘和固定外支撑凸缘之间。
15.图7显示了根据一些实施方案的导电带的等距视图。
16.图8a显示了根据一些实施方案的上电极的竖直截面图。
17.图8b显示了根据一些实施方案的上电极的俯视图。
18.图9显示了根据一些实施方案的靠近如图1a中所引用的边缘环的区域的特写视图，其中电极具有延伸的直径。
19.图10显示了根据一些实施方案的图4a的替代版本，其中导电带被配置为朝向固定外支撑凸缘向内弯曲。
20.图11显示了根据一些实施方案的图4a的替代版本，其中导电带被配置为在铰接式外支撑凸缘和固定外支撑凸缘之间以s形弯曲。
21.图12示出了根据一些实施方案的图1a的控制系统的示例性示意图。
具体实施方式
22.在以下描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本公开的实施方案的理解。然而，对于本领域的技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践本公开的实施方案。在其他情况下，没有详细描述众所周知的处理操作以避免不必要地使本公开难以理解。
23.在用于半导体晶片制造的等离子蚀刻系统中，整个半导体晶片的蚀刻结果的空间变化可以通过径向蚀刻均匀性和方位角蚀刻均匀性来表征。径向蚀刻均匀性可以通过蚀刻速率的变化与半导体晶片上的径向位置的函数关系来表征，所述径向位置在半导体晶片上的给定方位角位置从半导体晶片的中心向外延伸到半导体晶片的边缘。并且，方位蚀刻均匀性可以通过蚀刻速率的变化与半导体晶片上的方位角位置的函数关系来表征，该方位角位置在半导体晶片上的给定径向位置处围绕半导体晶片的中心。在一些等离子体处理系统中，例如在本文描述的系统中，半导体晶片位于电极上，射频信号从该电极发出以在覆盖半导体晶片的等离子体产生区域内产生等离子体，等离子体具有受控制的特性以引起在半导体晶片上进行规定的蚀刻工艺。
24.从半导体晶片下方的电极发出的射频信号传播穿过覆盖在半导体晶片上的等离子体生成区域，到达周围电参考接地电位返回路径。这些周围电参考接地电位返回路径的空间排列和配置会影响射频信号如何在空间上传播通过等离子体生成区域，并且会影响射频信号遇到的阻抗，这进而会影响传递到等离子体的射频信号功率和等离子体产生区域的等离子体特性的空间变化两者。本文公开了各种系统，它们在等离子体处理系统内的射频信号参考接地返回路径的配置和控制方面提供了改进，从而提供了在整个晶片上的半导体处理结果均匀性的相应改进，包括径向蚀刻均匀性和整个半导体晶片上的方位角蚀刻均匀性的改进。
25.图1a显示了根据一些实施方案的穿过用于半导体芯片制造的等离子体处理系统
100的竖直截面图。系统100包括由壁101a、顶部构件101b和底部构件101c形成的室101。壁101a、顶部构件101b和底部构件101c共同形成室101内的内部区域103。底部构件101c包括排放端口105，来自等离子体处理操作的废气被引导通过该排放端口。在一些实施方案中，在操作期间，在排放端口105处施加吸力，例如通过涡轮泵或其他真空设备施加，以将工艺废气抽出室101的内部区域103。在一些实施方案中，室101由铝制成。然而，在多种实施方案中，室101可以基本上由提供足够机械强度、可接受的热性能并且与它所连接的以及它在室101内的等离子体处理操作期间所接触的其他材料化学相容的任何材料(例如不锈钢等)形成。室101的至少一个壁101a包括门107，半导体晶片w通过门107进出室101。在一些实施方案中，门107被配置为狭缝阀门。
26.在一些实施方案中，半导体晶片w是经历制造过程的半导体晶片。为了便于说明，以下将半导体晶片w称为晶片w。然而，应该理解的是，在多种实施方案中，晶片w基本上可以是经受基于等离子体的制造工艺的任何类型的衬底。例如，在一些实施方案中，如本文所指的晶片w可以是由硅、蓝宝石、gan、gaas或sic或其他衬底材料形成的衬底，并且可以包括玻璃面板/衬底、金属箔、金属片、聚合物材料等等。此外，在多种实施方案中，如本文所指的晶片w可以在形式、形状和/或尺寸上有所不同。例如，在一些实施方案中，本文所指的晶片w可以对应于其上制造集成电路器件的圆形半导体晶片。在多种实施方案中，圆形晶片w可具有200mm(毫米)、300mm、450mm或其他尺寸的直径。此外，在一些实施方案中，本文所指的晶片w可以对应于非圆形衬底，例如用于平板显示器的矩形衬底等，以及其他形状。
27.等离子处理系统100包括位于设施板111上的电极109。在一些实施方案中，电极109和设施板111由铝形成。然而，在其他实施方案中，电极109和设施板111可以由具有足够机械强度并且具有兼容的热和化学性能特性的另一种导电材料形成。陶瓷层110形成在电极109的顶表面上。在一些实施方案中，陶瓷层具有约1.25毫米(mm)的竖直厚度，如垂直于电极109的顶表面测量的竖直厚度。然而，在其他实施方案中，陶瓷层110可以具有大于或小于1.25mm的竖直厚度。陶瓷层110被配置为在对晶片w执行等离子体处理操作期间接收和支撑晶片w。在一些实施方案中，位于陶瓷层110径向外侧的电极190的顶表面和电极109的外围侧表面覆盖有陶瓷喷涂层。
28.陶瓷层110包括一个或多个夹持电极112的布置，其用于产生静电力以将晶片w保持在陶瓷层110的顶表面。在一些实施方案中，陶瓷层110包括两个以双极方式操作以向晶片w提供夹持力的夹持电极112。夹持电极112连接到直流(dc)电源117，该直流电源117产生受控的夹持电压以将晶片w保持在陶瓷层110的顶表面上。电线119a、119b连接在dc电源117和设施板111之间。电线/导体穿过设施板111和电极109以将电线119a、119b电气连接到夹持电极112上。dc电源117通过一个或多个信号导体121连接到控制系统120。
29.电极109还包括温度控制流体通道123的布置，温度控制流体流过温度控制流体通道以控制电极109的温度并进而控制晶片w的温度。温度控制流体通道123是管道连接(流体连接)到设施板111上的端口。温度控制流体供应和返回管线连接到设施板111上的这些端口和温度控制流体循环系统125，如箭头126所示。温度控制流体循环系统125包括温度控制流体供应源、温度控制流体泵和热交换器以及其他设备，以提供通过电极109的温度控制流体的受控流动，以获得并保持规定的晶片w温度。温度控制流体循环系统125通过一个或多个信号导体127连接到控制系统120。在多种实施方案中，可以使用各种类型的温度控制流
体，例如水或制冷剂液体/气体。此外，在一些实施方案中，温度控制流体通道123被配置成能够对晶片w的温度进行空间(例如在晶片w上的二维(x和y)中)变化控制。
30.陶瓷层110还包括背面气体供应端口108(参见图2)的布置，这些端口与电极109内的相应背面气体供应通道流体连接。电极109内的背面气体供应通道通过电极109连接到电极109和设施板111之间的界面。一个或多个背面气体供应管线连接到设施板111上的端口和背面气体供应系统129，如箭头130所示。设施板111被配置为将来自一个或多个背面气体供应管线的背面气体供应到电极109内的背面气体供应通道。背面气体供应系统129包括背面气体供应源、质量流量控制器和流量控制阀以及其他设备，以通过陶瓷层110中的背面气体供应端口108的布置来提供受控的背面气体流量。在一些实施方案中，背面气体供应系统129还包括一个或多个用于控制背面气体温度的部件。在一些实施方案中，背面气体是氦气。此外，在一些实施方案中，背面气体供应系统129可用于向陶瓷层110中的背面气体供应端口108的布置供应清洁干燥空气(cda)。背面气体供应系统129通过一个或多个信号导体131连接到控制系统120。
31.三个升降销132延伸穿过设施板111、电极109和陶瓷层110以提供晶片w相对于陶瓷层110的顶表面的竖直移动。在一些实施方案中，升降销132由连接到设施板111的相应机电和/或气动升降设备133控制。三个升降设备133通过一个或多个信号导体134连接到控制系统120。在一些实施方案中，三个升降销132定位成具有关于电极109/陶瓷层110的竖直中心线的大致相等的方位角间距，该竖直中心线垂直于陶瓷层110的顶表面延伸。应该理解，升降销132被升高以将晶片w接收放入室101并从室101中取出晶片w，参见图1b。此外，升降销132被降低以使得在晶片w的处理期间晶片w能搁置在陶瓷层110的顶表面上。
32.图2显示了根据一些实施方案的陶瓷层110和电极109的俯视图。夹持电极112的示例性布置显示在陶瓷层110内。应当理解，夹持电极112设置在陶瓷层110的竖直厚度内，使得陶瓷层110的一部分存在于夹持电极112上方。图2还显示了背面气体供应端口108的示例性布置。应当理解，背面气体供应端口108的数量和空间布置可以在不同实施方案中变化。在一些实施方案中，背面气体供应端口108填充有多孔陶瓷材料，该多孔陶瓷材料使得背面气体能流动通过背面气体供应端口108，同时还在背面气体供应端口108的位置处提供固体表面。图2还显示了三个升降销132的示例性布置。
33.此外，在多种实施方案中，电极109、设施板111、陶瓷层110、夹持电极112、升降销132或与其相关联的基本上任何其他部件中的一者或多者可以被配备为包括一个或多个传感器，例如用于温度测量、电压测量和电流测量的传感器等。任何布置在电极109、设施板111、陶瓷层110、夹持电极112、升降销132或与其相关联的基本上任何其他部件内的传感器通过电线、光纤或通过无线连接而连接到控制系统120。
34.设施板111设置在陶瓷支撑件113的开口内，并由陶瓷支撑件113支撑。陶瓷支撑件113位于悬臂组件115的支撑表面114上。在一些实施方案中，陶瓷支撑件113具有大致环形形状，使得陶瓷支撑件113大致围绕设施板111的外径向周边，同时还提供支撑表面116，设施板111的底部外周表面搁置在该支撑表面116上。悬臂组件115延伸穿过室101的壁101a。在一些实施方案中，密封机构135设置在室101的壁101a内，悬臂组件115位于该密封机构135上以提供对室101的内部区域103的密封，同时还使悬臂组件115能够以受控方式沿z方向上下移动。
35.悬臂组件115具有开放区域118，各种设备、电线、电缆和管道通过该开放区域118布线以支持系统100的操作。悬臂组件内的开放区域118暴露于室101外部的环境大气条件，例如空气成分、温度、压力和相对湿度。此外，射频信号供应杆137定位于悬臂组件115的内部。更具体地，射频信号供应杆137位于导电管139的内部，使得射频信号供应杆137与管139的内壁间隔开。在一些实施方案中，管139的内径在从约1.5英寸到约6英寸的范围内。在一些实施方案中，射频信号供应杆137的外径在从约0.75英寸到约2英寸的范围内。在一些实施方案中，管139的内径和射频信号供应杆137的外径之间的差在从约0.25英寸到约4英寸的范围内。射频信号供应杆137和管139的尺寸可以不同。在管139的内壁和射频信号供应杆137之间的管139内部的区域被沿着管139的全长的空气占据。在一些实施方案中，射频信号供应杆137的外径(d
rod
)和管139的内径(d
tube
)被设定为满足关系ln(d
tube
/d
rod
)》＝e1。
36.在一些实施方案中，射频信号供应杆137在管139内基本居中，使得在射频信号供应杆137和管139的内壁之间存在沿管139的长度方向存在基本均匀径向厚度的空气。然而，在一些实施方案中，射频信号供应杆137不在管139内居中，而是在射频信号供应杆137和管139的内壁之间沿着管139的长度的所有位置处都存在管139内的气隙。射频信号供应杆137的输送端通过电气和物理方式连接到射频信号供应轴141的下端。在一些实施方案中，射频信号供应杆的输送端137用螺栓栓接到射频信号供应轴141的下端。射频信号供应轴141的上端通过电气和物理方式连接到设施板111的底部。在一些实施方案中，射频信号供应轴141的上端用螺栓栓接到设施板111的底部。在一些实施方案中，射频信号供应杆137和射频信号供应轴141均由铜形成。在一些实施方案中，射频信号供应杆137由铜、铝或阳极氧化铝形成。在一些实施方案中，射频信号供应轴141由铜、铝或阳极氧化铝形成。在其他实施方案中，射频信号供应杆137和/或射频信号供应轴141由提供射频电信号传输的另一种导电材料形成。在一些实施方案中，射频信号供应杆137和/或射频信号供应轴141涂有提供射频电信号传输的导电材料(例如银或其他导电材料)。此外，在一些实施方案中，射频信号供应杆137是实心杆。然而，在其他实施方案中，射频信号供应杆137是管。另外，应当理解，射频信号供应杆137和射频信号供应轴141之间的连接部周围的区域140被空气占据。
37.射频信号供应杆137的供应端通过电气和物理方式连接到阻抗匹配系统143。阻抗匹配系统143连接到第一射频信号发生器147和第二射频信号发生器149。阻抗匹配系统143还通过一个或多个信号导体144连接到控制系统120。第一射频信号发生器147还通过一个或多个信号导体148连接到控制系统120。第二射频信号发生器149也通过一个或多个信号导体150连接到控制系统120。阻抗匹配系统143包括电感器和电容器的布置，电感器和电容器的尺寸和连接被设置为提供阻抗匹配，使得射频功率可以沿着射频信号供应杆137、沿射频信号供应轴141传输，通过设施板111，通过电极109，并进入陶瓷层110上方的等离子体处理区域182。在一些实施方案中，第一射频信号发生器147是高频射频信号发生器，而第二射频信号发生器149是低频射频信号发生器。在一些实施方案中，第一射频信号发生器147产生在从约50兆赫(mhz)延伸至约70mhz的范围内，或在从约54mhz至约63mhz延伸的范围内，或在约60mhz的射频信号。在一些实施方案中，第一射频信号发生器147提供在从约5千瓦(kw)延伸至约25kw的范围内，或在从约10kw延伸至约20kw的范围内，或在从约15kw延伸至约20kw的范围内，或约10kw，或约16kw的射频功率。在一些实施方案中，第二射频信号发生器149产生在从约50千赫兹(khz)延伸至约500khz的范围内，或在从约330khz延伸至约
440khz的范围内，或在约400khz的射频信号。在一些实施方案中，第二射频信号发生器149提供在从约15kw延伸至约100kw的范围内、或在从约30kw延伸至约50kw的范围内、或约34kw、或约50kw的射频功率。在一示例性实施方案中，第一射频信号发生器147被设置为产生约60mhz的射频信号，并且第二射频信号发生器149被设置为产生约400khz的射频信号。
38.图3显示了根据一些实施方案的阻抗匹配系统143的电气示意图。阻抗匹配系统143包括第一支路302a(高频支路)和第二支路302b(低频支路)。第一支路302a包括电路元件，例如电感器l4、电容器c2、电容器c7和电容器c3。第二支路302b包括电路元件，例如电感器l1、电感器l2、电容器c1、电容器c4、电容器c5、电容器c6和电感器l3。在一些实施方案中，电容器c1、c2和c3是可变电容器。电容器c1和c2为主电容器，电容器c3为辅助电容。电感器l1、l2、l3和l4中的每一个形成为导电材料(例如铜)线圈。第一支路302a具有连接到第一射频信号发生器147的输出端的输入端i1。第二支路302b具有连接到第二射频信号发生器149的输出端的输入端i2。输入端i2连接到电感器l1。
39.举例来说，如本文所提及的rf带是由诸如铜之类的导电材料制成的扁平细长金属片。因此，rf带具有长度、宽度和厚度。rf带的长度大于rf带的宽度。并且，rf带的宽度大于rf带的厚度。在一些实施方案中，rf带是柔性的以提供rf带的弯曲或变形。
40.第一支路302a包括rf带部分304a(表示为电感la)、rf带部分304b(表示为电感器lb)、rf带304c(表示为电感lc)、rf带304d(表示为电感器ld)和rf带304e(表示为电感器le)。在一些实施方案中，rf带部分304a和304b是一个rf带的相应部分，使得电感la和lb代表一个rf带的单独部分。然而，在一些实施方案中，不是具有包括两个rf带部分304a和304b的一个rf带，而是两个单独的rf带分别用于rf带部分304a和304b。例如，具有rf带部分304a的电感的第一rf带通过导电连接器连接到具有rf带部分304b的电感的第二rf带。
41.电容器c3经由rf带304c耦合到rf带上的规定位置p1，该rf带包括rf带部分304a和304b两者。这样，rf带304c与包括rf带部分304a和304b两者的rf带连接的规定位置p1是决定rf带部分304a和304b的长度的位置。此外，电容器c7耦合到rf带部分304a的与规定位置p1相反的端部。规定位置p1经由rf带部分304b耦合到射频信号供应杆137。rf带304d和304e在规定位置p2处耦合在一起。电容器c2还具有连接到规定位置p2的端子。rf带304d耦合到电感器l4和阻抗匹配系统143的输入端i1。每个rf带部分304a和304b以及每个rf带304c、304d和304e具有各自的电感。例如，rf带部分304a具有电感la，射频带部分304b作为另一电感lb，射频带304c具有另一电感lc，射频带304d具有电感ld，射频带304e具有电感le。应当注意，本文描述的任何rf带，例如rf带304a-304e中的任何一个，都不是缠绕成线圈以形成电感器，而是扁平的细长金属片。
42.在多种实施方案中，图3中所示的任何电容器和/或非带状电感器可以是固定的或可变的。例如，在多种实施方案中，电容器c4至c7中的任何一个或多个是固定电容器，这意味着它的电感是不可改变的/可调的。并且，在一些实施方案中，电容器c4至c7中的任何一个或多个是可变电容器，这意味着其电容可以改变/调谐。在多种实施方案中，电感器l1至l4中的任何一个或多个是固定电感器，这意味着其电感不是可改变/可调的。此外，在多种实施方案中，电感器l1至l4中的任何一个或多个是可变电感器，这意味着其电感可以改变/调谐。
43.返回参考图1a，陶瓷环161被配置和定位成围绕电极109的外径向周边延伸。此外，
在一些实施方案中，第一石英环163被配置和定位成围绕陶瓷环161和陶瓷支撑件113两者的外径向周边延伸。在一些实施方案中，陶瓷环161和第一石英环163被配置成当第一石英环163围绕陶瓷环161和陶瓷支撑件113定位时具有基本对齐的顶表面。此外，在一些实施方案中，陶瓷环161和第一石英环163的基本对齐的顶表面与电极109的顶表面基本对齐，所述顶表面存在于陶瓷层110的径向周边之外。此外，在一些实施方案中，第二石英环165被配置和定位成围绕第一石英环163的顶表面的径向外周边延伸。在一些实施方案中，第二石英环165被配置为在第一石英环163的顶表面上方竖直延伸。以这种方式，第二石英环165提供让边缘环167位于其中的外围边界。
44.边缘环167被配置为便于等离子体鞘径向向外延伸超出晶片w的外围边缘，以改善晶片w外围附近的处理结果。在多种实施方案中，形成边缘环167导电材料，例如晶体硅、硅多晶体(多晶硅)、掺硼单晶硅、氧化铝、石英、氮化铝、氮化硅、碳化硅或氧化铝层顶部的碳化硅层，或硅合金或其组合，以及其他材料。应当理解，边缘环167形成为环状结构，例如环状结构。边缘环167可以执行许多功能，包括保护边缘环167下面的部件不被等离子体处理区域182内形成的等离子体180的离子损坏。此外，边缘环167提高了晶片w的外围区域处和沿着该外围区域的等离子体180的均匀性。
45.固定外支撑凸缘169附接到悬臂组件115上。根据一些实施方案，图4a显示了穿过固定外支撑凸缘169的竖直截面的特写视图。固定外支撑凸缘169被构造成围绕陶瓷支撑件113的外竖直侧表面113a、围绕第一石英环163的外竖直侧表面163a以及围绕第二石英环165的下外竖直侧表面165a延伸。固定外支撑凸缘169具有外接陶瓷支撑件113、第一石英环163和第二石英环165的组件的环形形状。固定外支撑凸缘169具有包括竖直部分169a和水平部分169b的l形竖直截面。固定外支撑凸缘169的l形横截面的竖直部分169a具有内竖直表面169c，该内竖直表面169c抵靠陶瓷支撑件113的外竖直侧表面113a，并抵靠第一石英环163的外竖直侧表面163a，且抵靠在第二石英环165的下部外竖直侧表面165a定位。在一些实施方案中，固定外支撑凸缘169的l形横截面的竖直部分169a在陶瓷支撑件113的整个竖直侧表面113a、第一石英环163的整个外竖直侧表面163a以及第二石英环165的下部外竖直侧表面165a上延伸。在一些实施方案中，第二石英环165在固定外支撑凸缘169的l形横截面的竖直部分169a的顶表面169e上方径向向外延伸。并且，在一些实施方案中，第二石英环165的上部外竖直侧表面165b(位于固定外支撑凸缘169的l形横截面的竖直部分169a的顶表面169e上方)与固定外支撑凸缘169的l形横截面的竖直部分169a的外竖直表面169d基本竖直对齐。固定外支撑凸缘169的l形横截面的水平部分169b定位并固定在悬臂组件115的支撑表面114上。固定外支撑凸缘169由导电材料制成。在一些实施方案中，固定外支撑凸缘169由铝或阳极氧化铝形成。然而，在其他实施方案中，固定外支撑凸缘169可以由另一种导电材料形成，例如由铜或不锈钢形成。在一些实施方案中，固定外支撑凸缘169的l形横截面的水平部分169b用螺栓栓接到悬臂组件115的支撑表面114上。
46.铰接式外支撑凸缘171被配置和定位为围绕固定外支撑凸缘169的l形横截面的竖直部分169a的外竖直表面169d的至少一部分延伸，并且围绕第二石英环165的上部外竖直侧表面165b延伸。铰接式外支撑凸缘171具有环形形状，其外接固定外支撑凸缘169的l形竖直截面的竖直部分169a的至少一部分和第二石英环165的上部外竖直侧表面165b。铰接式外支撑凸缘171具有l形竖直截面，其包括竖直部分171a和水平部分171b。铰接式外支撑凸
缘171的l形横截面的竖直部分171a具有内竖直表面171c，该内竖直表面171c位于靠近固定外支撑凸缘169的l型横截面的竖直部分169a的外竖直侧表面169d的至少一部分和第二石英环165的上部外竖直侧表面165b两者定位并与其间隔开。这样，铰接式外支撑凸缘171可沿固定外支撑凸缘169的l形竖直截面的竖直部分169a和第二石英环165的上部外竖直侧表面165b两者在竖直方向(z方向)上移动，如箭头172所示。铰接式外支撑凸缘171由导电材料制成。在一些实施方案中，铰接式外支撑凸缘171由铝或阳极氧化铝形成。然而，在其他实施方案中，铰接式外支撑凸缘171可以由另一种导电材料形成，例如由铜或不锈钢形成。
47.多个导电带173连接在铰接式外支撑凸缘171和固定外支撑凸缘169之间，围绕铰接式外支撑凸缘171和固定外支撑凸缘169的外径向周边。图5显示了根据一些实施方案的铰接式外支撑凸缘171和固定外支撑凸缘169的俯视图，其中多个导电带173连接在铰接式外支撑凸缘171和固定外支撑凸缘169之间。图6根据一些实施方案显示了铰接式外支撑凸缘171和固定外支撑凸缘169的顶部的透视图，其中多个导电带173连接在铰接式外支撑凸缘171和固定外支撑凸缘169之间。在一些实施方案中，导电带173由不锈钢形成。然而，在其他实施方案中，导电带173可以由另一种导电材料形成，例如由铝或铜等制成。
48.在图1a、1b、5和6的示例中，四十八(48)个导电带173以基本等间距的方式分布在铰接式外支撑凸缘171和固定外支撑凸缘169之间的外径向周边。然而，应该理解的是，导电带173的数量可以在不同的实施方案中变化。在一些实施方案中，导电带173的数量在从约24延伸至约80的范围内，或在从约36延伸至约60的范围内，或在从约40延伸至约56的范围内。在一些实施方案中，导电带173的数量小于24。在一些实施方案中，导电带173的数量大于80。因为导电带173的数量对于在等离子体处理区域182的周边周围的射频信号的接地返回路径有影响，因此导电带173的数量可以对整个晶片w上的处理结果的均匀性产生影响。此外，导电带173的尺寸可以在不同的实施方案中变化。图7显示了根据一些实施方案的导电带173的等距视图。导电带173具有由宽度(d1)、长度(d2)和厚度(d3)限定的矩形棱柱形状。在一些实施方案中，导电带173的宽度(d1)在从约0.125英寸延伸到约2英寸的范围内。在一些实施方案中，导电带173的长度(d2)在从约2英寸延伸到约10英寸的范围内。在一些实施方案中，导电带173的厚度(d3)在延伸至最多约0.125英寸的范围内。
49.此外，图5显示了当连接在铰接式外支撑凸缘171和固定外支撑凸缘169之间时，相邻导电带173之间的方位角间距(d4)。在一些实施方案中，导电带173围绕铰接式外支撑凸缘171的外周，并且类似地围绕固定外支撑凸缘169的外周，以基本上等间距的方式定位。因此，在这些实施方案中，围绕铰接式外支撑凸缘171的l形竖直截面的水平部分171b的外周的相邻导电带173之间的方位角间距(d4)取决于导电带173的数量、导电带173的宽度尺寸(d1)和铰接式外支撑凸缘171的l形竖直截面的水平部分171b的外径。类似地，围绕固定外支撑凸缘169的l形竖直截面的水平部分169b的外周边的相邻导电带173之间的方位角间距(d4)取决于导电带173的数量、导电带173的宽度尺寸(d1)和固定外支撑凸缘169的l形竖直截面的水平部分169b的外径。在一些实施方案中，方位间距(d4)在相邻导电带173之间的距离在从约0.125英寸延伸到约4英寸的范围内。
50.在一些实施方案中，导电带173通过经由将夹持环175固定到固定外支撑凸缘169的l形横截面的水平部分169b的顶表面169f所施加的夹持力连接到固定外支撑凸缘169。在一些实施方案中，夹持环175用螺栓栓接到固定外支撑凸缘169。在一些实施方案中，将夹持
环175固定到固定外支撑凸缘169的螺栓定位在导电带173之间的位置。然而，在一些实施方案中，将夹持环175固定到固定外支撑凸缘169的一个或多个螺栓可以定位成延伸穿过导电带173。在一些实施方案中，夹持环175由与固定外支撑凸缘169相同的材料制成。然而，在其他实施方案中，夹持环175和固定外支撑凸缘169可以由不同材料形成。
51.在一些实施方案中，如图4a所示，导电带173通过经由将夹持环177固定到铰接式外支撑凸缘171的l形横截面的水平部分171b的底表面171d所施加的夹持力连接到铰接式外支撑凸缘171。图4b显示了根据一些实施方案的图4a的变体，其中多个导电带173中的每一个的第一端部分通过夹持环177连接到铰接式外支撑凸缘171的水平部分171b的上表面171f。在一些实施方案中，夹持环177用螺栓栓接到铰接式外支撑凸缘171。在一些实施方案中，将夹持环177固定到铰接式外支撑凸缘171的螺栓定位在位于导电带173之间的位置。然而，在一些实施方案中，将夹持环177固定到铰接式外支撑凸缘17上的一个或多个螺栓可以定位成延伸穿过导电带173。在一些实施方案中，夹持环177由与铰接式外支撑凸缘171相同的材料形成。然而，在其他实施方案中，夹持环177和铰接式外支撑凸缘171可以由不同的材料形成。
52.一组支撑杆201围绕悬臂组件115定位，以竖直延伸穿过固定外支撑凸缘169的l形横截面的水平部分169b。支撑杆201的上端被构造成与铰接式外支撑凸缘171的l形横截面的水平部分171b的底表面171d接合。在一些实施方案中，每个支撑杆201的下端与阻力机构203接合。阻力机构203被配置为向相应的支撑杆201提供向上的力，该向上的力将抵抗支撑杆201的向下运动，同时允许支撑杆201的一些向下运动。在一些实施方案中，阻力机构203包括弹簧以向对应的支撑杆201提供向上的力。在一些实施方案中，阻力机构203包括具有足够弹簧常数的材料(例如弹簧和/或橡胶)以向对应的支撑杆201提供向上的力。应该理解的是，当铰接式外支撑凸缘171向下移动以接合支撑杆201的组时，支撑杆201的组和对应的阻力机构203向铰接式外支撑凸缘171提供向上的力。在一些实施方案中，支撑杆201的组包括三个支撑杆201和相应的阻力机构203。在一些实施方案中，支撑杆201被定位为相对于电极109的竖直中心线具有基本上相等的方位角间距。然而，在其他实施方案中，支撑杆201被定位成相对于电极109的竖直中心线具有不相等的方位角间距。此外，在一些实施方案中，提供了多于三个的支撑杆201和相应的阻力机构203以支撑铰接式外支撑凸缘171。
53.再次参考图1a，等离子体处理系统100还包括定位在电极109上方的c形护罩构件185。c形护罩构件185被配置为与铰接式外支撑凸缘171对接。具体而言，密封件179设置在铰接式外支撑凸缘171的l形横截面的水平部分171b的顶表面171e上，使得当铰接式外支撑凸缘171朝c形护罩构件185向上移动时，密封件179与c形护罩构件185接合。在一些实施方案中，密封件179是导电的以帮助形成在c形护罩构件185和铰接式外支撑凸缘171之间的导电。在一些实施方案中，c形护罩构件185由多晶硅形成。然而，在其他实施方案中，c形护罩构件185由与将在等离子体处理区域182中形成的工艺化学兼容并且具有足够机械强度的另一种类型的导电材料形成。
54.c形护罩被配置为围绕等离子体处理区域182延伸，并且提供径向延伸到c形护罩构件185内限定的区域中的等离子体处理区域182体积。c形护罩构件185包括下壁185a、外竖直壁185b和上壁185c。在一些实施方案中，c形护罩构件185的外竖直壁185b和上壁185c是实心的非穿孔构件，并且c形护罩构件185的下壁185a包括多个通风口186，来自等离子体
处理区域182内的工艺气体通过这些通风口流动。在一些实施方案中，节流构件196设置在c形护罩构件185的通风口186下方以控制通过通风口186的工艺气体的流动。更具体地，在一些实施方案中，节流构件196被配置为在z方向上相对于c形护罩构件185竖直上下移动以控制工艺气体通过通风口186的流动。在一些实施方案中，节流构件196被配置为与通风口186接合和/或进入通风口186。
55.c形护罩构件185的上壁185c被构造成支撑上电极187a/187b。在一些实施方案中，上电极187a/187b包括内部上电极187a和外部上电极187b。替代地，在一些实施方案中，存在内部上电极187a并且不存在外部上电极187b，内部上电极187a径向延伸以覆盖本来由外部上电极187b占据的位置。在一些实施方案中，内部上电极187a由单晶硅形成，并且外部上电极187b由多晶硅形成。然而，在其他实施方案中，内部上电极187a和外部上电极187b可以由在结构上、化学上、电气上和机械上与待在等离子体处理区域182内执行的工艺兼容的其他材料形成。内部上电极187a包括多个直通端口197，这些直通端口197被定义为延伸穿过内部上电极187a的整个竖直厚度的孔。直通端口197相对于x-y平面分布在整个内部上电极187a上，以提供工艺气体从上电极187a/187b上方的增压区域188到上电极187a/187b下方的等离子体处理区域182的流动。
56.图8a显示了根据一些实施方案的上电极187a/187b的竖直截面图。在一些实施方案中，内部上电极187a包括由半导体材料例如单晶硅形成的板211。在一些实施方案中，高导电层213形成在板211的顶表面上并与板211一体形成。高导电层213具有比板211的半导体材料低的电阻。每个直通端口197从内部上电极187a的顶表面215到内部上电极187a的底表面217延伸穿过内部上电极187a的整个厚度。如前所述，内部上电极187a被配置为将工艺气体增压区域188与等离子体处理区域182物理分离，并提供工艺气体从工艺气体增压区域188穿过分布的直通端口197到达等离子体处理区域182的流动。
57.图8b显示了根据一些实施方案的上电极187a/187b的俯视图。图8b显示了直通端口197在整个内部上电极187a上的示例性分布。应当理解，对于不同的实施方案，可以以不同的方式配置在整个内部上电极187a上的直通端口197的分布。例如，内部上电极187a内的直通端口197的总数和/或内部上电极187a内的直通端口197的空间分布可以在不同实施方案之间变化。此外，直通端口197的直径可以在不同实施方案之间变化。通常，将直通端口197的直径减小到足够小的尺寸以防止等离子体180从等离子体处理区域182侵入直通端口197是有意义的。在一些实施方案中，随着直通端口197的直径减小，内部上电极187a内的直通端口197的总数增加以维持从工艺气体增压区域188通过内部上电极187a到达等离子体处理区域182的工艺气体的规定总流率。此外，在一些实施方案中，上电极187a/187b电气连接到参考接地电位。然而，在其他实施方案中，内部上电极187a和/或外部上电极187b通过对应的阻抗匹配电路电气连接到相应的直流(dc)电源或相应的射频电源。
58.返回参考图1a，增压区域188由上部构件189限定。一个或多个气体供应端口192穿过室101和上部构件189形成以与增压区域188流体连通。一个或多个气体供应端口192流体连接(连通)到工艺气体供应系统191。工艺气体供应系统191包括一个或多个工艺气体供应源、一个或多个质量流量控制器、一个或多个流量控制阀以及其他设备，以提供一种或多种工艺气体通过一个或多个气体供应端口192到达增压区域188的受控流动，如箭头193所示。在一些实施方案中，该工艺气体供应系统191还包括一个或多个用于控制工艺气体温度的
部件。工艺气体供应系统191通过一个或多个信号导体194连接到控制系统120。
59.处理间隙(g1)被定义为在陶瓷层110的顶表面和内部上电极187a的底表面之间测量的竖直(z方向)距离。处理间隙(g1)的大小可以通过在竖直方向(z方向)上移动悬臂组件115来调整。当悬臂组件115向上移动时，铰接式外支撑凸缘171最终接合c形护罩构件185的下壁185a，此时铰接式外支撑凸缘171随着悬臂组件115继续向上移动而沿固定外支撑凸缘169移动，直到支撑杆组201接合铰接式外支撑凸缘171并且达到规定的处理间隙(g1)尺寸。然后，为了逆转从室中取出晶片w的这种移动，悬臂组件115向下移动，直到铰接式外支撑凸缘171移离c形护罩构件185的下壁185a。图1b示出了根据一些实施方案的图1a的系统100，其中悬臂组件115向下移动以使晶片w能够移动通过门107。在多种实施方案中，在晶片w的等离子体处理期间的处理间隙(g1)的尺寸被控制在最多约10厘米的范围内，或在最多约8厘米的范围内，或在最多约5厘米的范围内。此外，在图1b中，晶片w通过升降销133显示在升高位置。应该理解，图1a显示系统100处于闭合配置中，其中晶片w位于陶瓷层110上以进行等离子体处理。
60.在等离子处理系统100内的等离子体处理操作期间，一种或多种工艺气体通过工艺气体供应系统191、增压区域188和在内部上电极187a内的直通端口197被供应到等离子处理区域182。此外，射频信号通过第一和第二射频信号发生器147、149、阻抗匹配系统143、射频信号供应杆137、射频信号供应轴141、设施板111、电极109并穿过陶瓷层110传送到等离子体处理区域182。射频信号将工艺气体转换成等离子体处理区域182内的等离子体180。等离子体的离子和/或反应成分与晶片w上的一种或多种材料相互作用，以使晶片w上存在的特定材料的组成和/或形状发生变化。在施加在排放端口105处的吸力的影响下，来自等离子体处理区域182的废气流过c形护罩构件185中的通风口186并流过室101内的内部区域103，到达排放端口105，如箭头195所示。
61.在多种实施方案中，电极109可以被配置为具有不同的直径。然而，在一些实施方案中，为了增加电极109的表面(边缘环167搁置在其上)，电极109的直径被延长。例如，图9显示了根据一些实施方案的靠近如图1a中所提及的边缘环167的区域220的特写视图，其中电极109具有延伸的直径。在电极109直径延伸之前，电极109的外边缘由虚线222表示。电极109的外边缘在虚线222处，边缘环167搁置在电极109的具有径向距离(d5)的一部分上，径向距离(d5)小于边缘环167的径向距离(d7)的二分之一。随着电极109的直径延伸，电极109的外边缘224位于更靠近边缘环167的外径的位置，使得边缘环167搁置在电极109的具有径向距离(d6)的部分上。在一些实施方案中，径向距离(d6)大于或等于边缘环167的径向距离(d7)的二分之一。在一些实施方案中，径向距离(d6)大于或等于边缘环167的径向距离(d7)的三分之一。在一些实施方案中，导电凝胶226设置在边缘环167的底部和电极109的顶部之间。在这些实施方案中，电极109的增加的直径提供了更大的表面积，导电凝胶在该表面积上设置在边缘环167和电极109之间。
62.应该理解的是，铰接式外支撑凸缘171、导电带173和固定外支撑凸缘169的组合在电气上处于参考接地电位，并且共同形成用于从电极109传输穿过陶瓷层110进入等离子体处理区域182的射频信号的接地返回路径。围绕电极109周边的该接地返回路径的方位角均匀性会对晶片w上的处理结果的均匀性产生影响。例如，在一些实施方案中，晶片w上的蚀刻速率的均匀性会受到围绕电极109周边的接地返回路径的方位角均匀性的影响。为此，应当
理解，围绕电极109周边的导电带173的数量、配置和布置会影响整个晶片w的工艺结果的均匀性。
63.在图1a、1b、4a、4b、5和6的示例性实施方案中，导电带173显示为具有“向外”配置，因为导电带173向外弯曲远离固定外支撑凸缘169。在其他实施方案中，导电带173构造成朝向固定外支撑凸缘169向内弯曲。图10显示了根据一些实施方案的图4a的替代版本，其中导电带173a构造成朝向固定外支撑凸缘169向内弯曲。图10中的导电带173a的配置被称为“向内”配置。在其他实施方案中，导电带173b被配置为在铰接式外支撑凸缘171和固定外支撑凸缘169之间以s形弯曲。图11显示了根据一些实施方案的图4a的替代版本，其中导电带173b被配置为在铰接式外支撑凸缘171和固定外支撑凸缘169之间弯曲成s形。图11中的导电带173b的配置被称为“s形”配置。
64.应当理解，导电带173、173a、173b的向外、向内和s形配置在系统100内具有关于射频信号的接地返回路径方面的不同的性能特性。特别是，导电带173、173a、173b的向外、向内和s形配置的阻抗特性由于导电带173、173a、173b与固定外支撑凸缘169的竖直部分169a的外部竖直表面169d的接近度不同而变化，特别是当铰接式外支撑凸缘171在竖直方向(z方向)上移动时。当处理间隙(g1)增大时，铰接式外支撑凸缘171在z方向上相对于固定外支撑凸缘169更高，这往往会减小导电带173、173a、173b的曲率，或者朝向或远离固定外支撑凸缘169的竖直部分169a，具体视情况而定。并且，当处理间隙(g1)减小时，铰接式外支撑凸缘171在z方向上相对于固定外支撑凸缘169较低，从而趋于增大导电带173、173a、173b的曲率，朝向或远离固定外支撑凸缘169的竖直部分169a，具体视情况而定。导电带173、173a、173b的曲率随处理间隙(g1)尺寸的变化，以及导电带173、173a、173b相对于固定外支撑凸缘169的竖直部分169a的接近度的变化可以引起沿由导电带173、173a、173b形成的射频信号接地返回路径的阻抗变化。
65.对导电带173、173a、173b的向外、向内和s形配置的研究表明，在处理间隙(g1)尺寸的可操作范围内，导电带173的向外配置(如在图1a、1b、4a、4b、5、6中所示)提供：1)在整个晶片w的径向上更好的蚀刻速率均匀性，以及2)在更高的频率例如60mhz下向等离子体180输送的更高的射频功率。此外，对导电带173、173a的向外和向内配置的研究表明，导电带173a的向内配置导致在从阻抗匹配系统143传送到射频信号供应杆137的射频信号中的更高次谐波(4次、5次、6次、7次、10次、11次、12次谐波)。因此，为了避免放大传送到等离子体的射频信号中的这些高次谐波，使用导电带173的向外配置是有益的。在一些实施方案中，所有导电带173都具有向外配置。然而，在一些实施方案中，导电带173的子集具有向外配置，并且导电带173的一个或多个其他子集具有另一种配置，例如向内配置或s形配置。在这些实施方案中的一些中，具有向外配置的导电带173基本上均匀地分布在铰接式外支撑凸缘171和固定外支撑凸缘169周围。此外，在这些实施方案中的一些中，具有向外配置的导电带173的子集是导电带173总数的主要子集。
66.在示例性实施方案中，等离子体处理系统100包括电极109、陶瓷层110、射频信号发生器147/149、固定外支撑凸缘169、铰接式外支撑凸缘171和多个导电带173。电极109具有由顶表面、底表面和外侧表面限定的大致圆柱形形状。电极109的顶表面对应于参考水平面(x-y面)，参考竖直方向(z-方向)竖直于参考水平面延伸。陶瓷层110形成在电极109的顶表面上。陶瓷层110被配置为接收和支撑晶片w。射频信号发生器147、149通过阻抗匹配系统
143电气连接到电极109。射频信号发生器147、149被配置为产生射频信号并将其提供给电极109。
67.固定外支撑凸缘169形成为外接电极109的外侧表面。固定外支撑凸缘169相对于电极109具有固定的空间关系。固定外支撑凸缘169具有竖直部分169a和从竖直部分169a的下端径向向外延伸的水平部分169b。固定外支撑凸缘169例如通过悬臂组件115电气连接到参考接地电位。铰接式外支撑凸缘171形成为外接固定外支撑凸缘169。铰接式外支撑凸缘171具有竖直部分171a和从竖直部分171a的下端径向向外延伸的水平部分171b。铰接式外支撑凸缘171的竖直部分171a同心地定位在固定外支撑凸缘169的竖直部分169a的至少一部分的外侧。铰接式外支撑凸缘171与固定外支撑凸缘169间隔开，使得铰接式外支撑凸缘171可相对于固定外支撑凸缘169竖直移动。
68.多个导电带173中的每一个都具有连接到铰接式外支撑凸缘171的水平部分171b的第一端部和连接到固定外支撑凸缘169的水平部分169b的第二端部。多个导电带173中的每一个远离固定外支撑凸缘169的竖直部分169a向外弯曲。在一些实施方案中，多个导电带173围绕铰接式外支撑凸缘171和固定外支撑凸缘169以基本等间距的配置定位。多个导电带173被配置为随着铰接式外支撑凸缘171相对于固定外支撑凸缘169移动而弯曲。多个导电带173中的每一个都具有在连接到铰接式外支撑凸缘171的水平部分171b的第一端部和连接到固定外支撑凸缘169的水平部分169b的第二端部之间延伸的可弯曲长度。根据多个导电带173的向外弯曲，多个导电带173中的每一个的可弯曲长度的整体位于铰接式外支撑凸缘171和/或固定外支撑凸缘169的外侧。在一些实施方案中，多个导电带173中的每一个的第一端部连接到铰接式外支撑凸缘171的水平部分171b的下表面171d(见图4a)。在一些实施方案中，多个导电带173中的每一个的第一端部连接到铰接式外支撑凸缘171的水平部分171b的上表面171f(参见图4b)。在一些实施方案中，多个导电带173中的每一个的第二端部连接到固定外支撑凸缘169的水平部分169b的上表面169f(参见图4a和4b)。
69.在一些实施方案中，夹持环177(第一夹持环)连接到铰接式外支撑凸缘171的水平部分171b。多个导电带173的第一端部定位于夹持环177和铰接式外支撑凸缘171的水平部分171b之间。夹持环177将多个导电带173固定成与铰接式外支撑凸缘171的水平部分171b物理和电气连接。此外，夹持环175(第二夹持环)连接到固定外支撑凸缘169的水平部分169b。多个导电带173的第二端部位于夹持环175和固定外支撑凸缘169的水平部分169b之间。夹持环175将多个导电带173固定为与固定外支撑凸缘169的水平部分169b物理和电气连接。在一些实施方案中，夹持环177用螺栓栓接到铰接式外支撑凸缘171的水平部分171b，并且夹持环175用螺栓栓接到固定外支撑凸缘169的水平部分169b。此外，在一些实施方案中，用于将夹持环177栓接到铰接式外支撑凸缘171的水平部分171b的螺栓定位在导电带173的第一端部之间。类似地，在一些实施方案中，用于将夹持环175栓接到固定外支撑凸缘169的水平部分169b的螺栓定位在导电带173的第二端部之间。
70.在一些实施方案中，铰接式外支撑凸缘171、固定外支撑凸缘169、夹持环177和夹持环175中的每一者都由铝形成。在一些实施方案中，铰接式外支撑凸缘171、固定外支撑凸缘169、夹持环177和夹持环175中的每一者都由阳极氧化铝形成。在一些实施方案中，多个导电带173中的每一个由不锈钢形成。在一些实施方案中，多个导电带173中的每一个由铜形成。在一些实施方案中，多个导电带173的数量在从约6到约80的范围内。
71.在一些实施方案中，多个导电带173中的每一个都具有矩形棱柱形状，例如关于图7所描述的。此外，在一些实施方案中，在铰接式外支撑凸缘171的水平部分171b的外周边的多个导电带173中的相邻导电带173之间存在方位角间距带，例如关于图5所述的。方位角间距是相对于铰接式外支撑凸缘171的中心轴测量的，该中心轴在z方向上延伸。
72.在一些实施方案中，c形护罩构件185设置在电极109上方。密封件179设置在铰接式外支撑凸缘171的竖直部分171a的上端171e上。密封件179被配置成当铰接式外支撑凸缘171向上移动以到达c形护罩构件185时与c形护罩构件185接合。在一些实施方案中，密封件179是导电的以提供c形护罩构件185和铰接外支撑凸缘171之间的导电性。
73.在一些实施方案中，陶瓷结构(例如陶瓷支撑件113)设置在电极109和固定外支撑凸缘169之间。陶瓷结构形成为外接电极109的外侧表面。此外，在一些实施方案中，诸如第一石英环163之类的石英结构设置在陶瓷结构和固定外支撑凸缘169之间。石英结构形成为外接陶瓷结构的竖直部分。此外，在一些实施方案中，边缘环167设置在铰接式外支撑凸缘171和陶瓷层110之间。在一些实施方案中，石英环，例如第二石英环165，设置在边缘环167和铰接式外支撑凸缘171之间。
74.在示例性实施方案中，公开了一种用于等离子体处理系统100的接地回路组件。接地回路组件包括固定外支撑凸缘169、铰接式外支撑凸缘171和多个导电带173。固定外支撑凸缘169形成为在等离子体处理系统100内外接电极109，并且相对于电极109具有固定的空间关系。固定外支撑凸缘169具有竖直部分169a和从竖直部分169a的下端径向向外延伸的水平部分169b。铰接式外支撑凸缘171形成为外接固定外支撑凸缘169。铰接式外支撑凸缘171具有竖直部分171a和从竖直部分171a的下端径向向外延伸的水平部分171b。铰接式外支撑凸缘171的竖直部分171a同心地定位在固定外支撑凸缘169的竖直部分169a的至少一部分的外侧。铰接式外支撑凸缘171与固定外支撑凸缘169间隔开，使得铰接式外支撑凸缘171可沿固定外支撑凸缘169的竖直部分169a移动。多个导电带173中的每一个都具有连接到铰接式外支撑凸缘171的第一端部和连接到固定外支撑凸缘169的第二端部。多个导电带173中的每一个从固定外支撑凸缘169的竖直部分169a向外弯曲。
75.在示例性实施方案中，等离子体处理系统100包括电极109、陶瓷层110、设备板111、射频信号供应轴141、射频信号供应杆137、射频信号发生器147、149、阻抗匹配系统143和管139。电极109由导电材料形成。电极109具有由顶表面、底表面和外侧表面限定的大致圆柱形状。陶瓷层110形成在电极109的顶表面上，并被配置为接收和支撑晶片w。设施板111由导电材料形成。电极109的底表面与设施板111的顶表面通过物理方式和电气方式连接。射频信号供应轴141由导电材料形成。射频信号供应轴141的上端与设施板111的底表面通过物理方式和电气方式连接。射频信号供应杆137由导电材料形成。射频信号供应轴141的下端与射频信号供应杆137的输送端通过物理方式和电气方式连接。射频信号发生器147、149通过阻抗匹配系统143电气连接到射频信号供应杆137的供应端。管139设置在射频信号供应杆137周围。管139由导电材料形成。管139具有沿管139的全长通过空气与射频信号供应杆137隔开的内壁。
76.在一些实施方案中，射频信号供应杆137和射频信号供应轴141之间的物理和电气连接通过空气与周围导电材料隔开。在一些实施方案中，射频信号供应杆137的供应端与阻抗匹配系统143之间的物理连接、以及射频信号供应杆137的输送端与射频信号供应轴141
的下端之间的物理连接、以及射频信号供应轴141的上端和设施板111的底表面之间的物理连接共同沿着管139的全长保持射频信号供应杆137和管139的内壁之间的气隙的物理尺寸。在一些实施方案中，管139形成用于通过射频信号供应杆137传输的射频信号的接地电位返回路径的一部分。考虑到电极109的顶表面对应于参考水平面(x-y平面)，参考竖直方向(z方向)竖直于参考水平面延伸，在一些实施方案中，射频信号供应杆137在基本平行于参考水平面的基本线性方向上延伸，其中射频信号供应轴141具有定位为基本平行于参考竖直方向的中心轴。
77.在一些实施方案中，射频信号供应杆137由铜、铝或阳极化铝形成。在一些实施方案中，射频信号供应杆137是实心杆。在一些实施方案中，射频信号供应杆137是管。在一些实施方案中，射频信号供应杆137的外径在从约0.75英寸到约2英寸的范围内。在一些实施方案中，管139的内径在从约1.5英寸到约6英寸的范围内。在一些实施方案中，管139的内径和射频信号供应杆137的外径之间的差在从约0.25英寸到约4英寸的范围内。
78.在一些实施方案中，管139是第一管，等离子体处理系统100包括第二管139a，该第二管139a设置在射频信号供应轴141的至少下部周围。第一管139连接到第二管139a使得第一管139的内部容积对第二管139a的内部容积敞开(见图1a)。第一管139和第二管139a的内部容积形成在射频信号供应轴141的下端与射频信号供应杆137的输送端通过物理方式和电气方式连接的位置140(见图1a)处的围绕射频信号供应杆137和射频信号供应轴141的连续空气区域。
79.在示例性实施方案中，公开了一种用于等离子体处理系统100的射频信号供应结构。射频信号供应结构包括射频信号供应杆137和管139。射频信号供应杆137由导电材料形成并且具有供应端和输送端。供应端被配置为连接到设置在射频信号供应杆137和射频信号发生器147、149之间的阻抗匹配系统143。管139设置在射频信号供应杆137周围。管139是由导电材料形成并且具有沿管139的全长通过空气与射频信号供应杆137隔开的内壁。在一些实施方案中，管139从靠近阻抗匹配系统143的位置延伸到位置靠近射频信号供应杆137的输送端。在一些实施方案中，管139形成用于通过射频信号供应杆137传输的射频信号的接地电位返回路径的一部分。
80.图12显示了根据一些实施方案的图1a的控制系统120的示例性示意图。在一些实施方案中，控制系统120被配置为用于控制在等离子体处理系统100中执行的半导体制造工艺的工艺控制器。在多种实施方案中，控制系统120包括处理器1201、存储硬件单元(hu)1203(例如存储器)、输入hu 1205、输出hu 1207、输入/输出(i/o)接口1209、i/o接口1211、网络接口控制器(nic)1213和数据通信总线1215。处理器1201、存储器hu 1203、输入hu 1205、输出hu 1207、i/o接口1209、i/o接口1211和nic 1213通过数据通信总线1215相互进行数据通信。输入hu 1205被配置为从多个外部设备接收数据通信。输入hu 1205的示例包括数据采集系统、数据采集卡等。输出hu 1207被配置为将数据传输到多个外部设备。输出hu 1207的示例是设备控制器。nic 1213的示例包括网络接口卡、网络适配器等。i/o接口1209和1211中的每一个被定义为提供耦合到i/o接口的不同硬件单元之间的兼容性。例如，i/o接口1209可以被定义为将从输入hu 1205接收的信号转换成与数据通信总线1215兼容的形式、幅度和/或速度。此外，i/o接口1207可以被定义为将从数据通信总线1215接收的信号转换成与输出hu 1207兼容的形式、幅度和/或速度。尽管各种操作在本文中被描述为由
控制系统120的处理器1201执行，但应当理解，在一些实施方案中，可以由控制系统120的多个处理器和/或由与控制系统120进行数据通信的多个计算系统的多个处理器来执行各种操作。
81.在一些实施方案中，控制系统120用于部分地基于感测值来控制各种晶片制造系统中的设备。例如，控制系统120可以基于感测值和其他控制参数来控制阀1217、过滤器加热器1219、晶片支撑结构加热器1221、泵1223和其他设备1225中的一个或多个。阀1217可以包括与背面气体供应系统129、工艺气体供应系统191和温度控制流体循环系统125的控制相关联的阀。控制系统120接收来自例如压力计1227、流量计1229、温度传感器1231和/或其他传感器1233(例如电压传感器、电流传感器等)的感测值。控制系统120还可用于在等离子体处理系统100中在晶片w上执行等离子体处理操作期间控制等离子体处理系统100内的处理条件。例如，控制系统120可以控制从工艺气体供应系统191供应到等离子体处理体积182的工艺气体的类型和数量。此外，控制系统120可以控制第一射频信号发生器147、第二射频信号发生器149、和阻抗匹配系统143的操作。此外，控制系统120可以控制用于夹持电极112的直流电源117的操作。控制系统120还可以控制用于升降销132的升降设备133的操作和门107的操作。控制系统120还控制背面气体供应系统129和温度控制流体循环系统125的操作。控制系统120还控制悬臂组件115的竖直运动。控制系统120还控制节流构件196和泵的操作，该泵控制排放端口105处的抽吸。应当理解，控制系统120被配备为提供程序化和/或手动控制等离子处理系统100内的任何功能。
82.在一些实施方案中，控制系统120被配置为执行计算机程序，计算机程序包括用于控制工艺时序、工艺气体输送系统温度和压差、阀位置、工艺气体混合物、工艺气体流速、背面冷却气体流速、室压力、室温度、晶片支撑结构温度(晶片温度)、rf功率电平、rf频率、rf脉冲、阻抗匹配系统143设置、悬臂组件位置、偏置功率和其他特定工艺参数的指令集。在一些实施方案中，可以采用存储在与控制系统120相关联的存储器设备上的其他计算机程序。在一些实施方案中，存在与控制系统120相关联的用户界面。用户界面包括显示器1235(例如，装置和/或工艺条件的显示屏和/或图形软件显示器)，以及用户输入设备1237，例如指点设备、键盘、触摸屏、麦克风等。
83.可以以许多不同的方式设计或配置用于指导控制系统120的操作的软件。用于指导控制系统120的操作以执行工艺序列中的各种晶片制造工艺的计算机程序可以用：例如，汇编语言、c、c 、pascal、fortran或其他语言等任何传统的计算机可读编程语言编写。编译的目标代码或脚本由处理器1201执行以执行程序中识别的任务。控制系统120可以被编程以控制与工艺条件相关的各种工艺控制参数，所述工艺条件例如过滤器压差、工艺气体成分和流率、背面冷却气体成分和流速、温度、压力、等离子体条件(例如射频功率水平和射频频率、偏置电压、冷却气体/流体压力和室壁温度)等。可以在晶片制造工艺期间监控的传感器的示例包括但不限于质量流量控制模块、压力传感器，例如压力计1227和温度传感器1231。经适当编程的反馈和控制算法可以与来自这些传感器的数据一起使用以控制/调整一个或多个工艺控制参数来维持所需的工艺条件。
84.在一些实施方案中，控制系统120是更广泛的制造控制系统的一部分。这样的制造控制系统可以包括半导体处理设备，包括用于晶片处理的处理工具、室和/或平台，和/或特定的处理部件，例如晶片基座、气流系统等。这些制造控制系统可以与电子设备集成，以用
于在晶片处理之前、期间和之后控制它们的操作。控制系统120可以控制制造控制系统的各种部件或子部分。取决于晶片处理要求，控制系统120可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括处理气体的输送、背面冷却气体的输送、温度设置(例如加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、射频(rf)产生器设置、rf匹配电路设置、频率设置、流率设置、流体输送设置、位置和操作设置、晶片转移进出工具和其他转移工具和/或与具体系统连接或通过接口连接的装载锁。
85.概括地说，控制系统120可以定义为电子器件，电子器件具有接收指令、发出指令、控制操作、启用晶片处理操作、启用端点测量等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(dsp)、定义为专用集成电路(asic)的芯片、和/或一个或多个微处理器、或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式发送到控制系统120的指令，单独设置(或程序文件)定义用于在系统100内的晶片w上执行特定工艺的操作参数。在一些实施方案中，操作参数可以是由工艺工程师定义的配方的一部分，以在一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或晶片的管芯的制造期间完成一个或多个处理步骤。
86.在一些实现方案中，控制系统120可以是与等离子体处理系统100集成、耦合到系统100、以其它方式联网到系统100或其组合的计算机的一部分或耦合到该计算机。例如，控制系统120可以在晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分的“云”中，其可以允许对晶片处理的远程访问。计算机可以实现对系统100的远程访问以监视制造操作的当前进展、检查过去制造操作的历史、检查多个制造操作的趋势或性能标准，改变当前处理的参数、设置处理步骤以跟随当前的处理、或者开始新的处理。在一些示例中，远程计算机(例如服务器)可以通过网络(其可以包括本地网络或因特网)向系统100提供工艺配方。
87.远程计算机可以包括使得能够输入或编程参数和/或设置的用户界面，然后将该参数和/或设置从远程计算机发送到系统100。在一些示例中，控制系统120接收数据形式的指令，其指定在一个或多个操作期间要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以特定于要在等离子体处理系统100中执行的工艺的类型和工具的类型。因此，如上所述，控制系统120可以是例如通过包括联网在一起并朝着共同目的(例如本文所述的工艺和控制)工作的一个或多个分立的控制器而呈分布式。用于这种目的的分布式控制器的示例是在与远程(例如在平台级或作为远程计算机的一部分)的一个或多个集成电路通信的等离子体处理系统100上的一个或多个集成电路，其组合以控制在等离子体处理系统100上执行的工艺。
88.控制系统120可以对接的示例系统可以包括但不限于等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转漂洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(pvd)室或模块、化学气相沉积(cvd)室或模块、原子层沉积(ald)室或模块、原子层蚀刻(ale)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及可以与半导体晶片的制造和/或制备相关联或用于半导体晶片的制造和/或制备的任何其它半导体处理系统。如上所述，根据将由工具执行的一个或多个处理步骤，控制系统120可以与一个或多个其他工具电路或模块、其它工具部件、群集工具、其他工具接口、相邻工具、邻近工具、位于整个工厂中的工具、主计算机、另一控制器、或在将晶片容器往返半导体制造工厂中的工具位置
和/或装载口运输的材料运输中使用的工具通信。
89.本文描述的实施方案也可以结合各种计算机系统配置来实现，所述计算机系统配置包括手持硬件单元、微处理器系统、基于微处理器的或可编程的消费电子产品、小型计算机、大型计算机等。这里描述的实施方案也可以结合分布式计算环境来实现，其中任务由通过网络链接的远程处理硬件单元执行。应该理解，这里描述的实施方案，特别是与控制系统120相关联的实施方案，可以采用涉及存储在计算机系统中的数据的各种计算机实现的操作。这些操作是需要对物理量进行物理操纵的操作。在此描述的形成实施方案的一部分的任何操作都是有用的机器操作。实施方案还涉及用于执行这些操作的硬件单元或装置。该装置可以专门为专用计算机构建。当定义为专用计算机时，该计算机还可以执行不属于专用目的的部分的其他处理、程序执行或例程，同时仍能够为专用目的进行操作。在一些实施方案中，操作可以由通用计算机处理，该通用计算机由存储在计算机存储器、高速缓存中或通过网络获得的一个或多个计算机程序选择性地激活或配置。当通过网络获取数据时，该数据可能由网络(例如计算资源云)上的其他计算机处理。
90.在此描述的各种实施方案可以通过在非暂时性计算机可读介质上被实例化为计算机可读代码的工艺控制指令来实现。非暂态计算机可读介质是可以存储数据的任何数据存储硬件单元，所述数据之后可以被计算机系统读取。非暂时性计算机可读介质的示例包括硬盘驱动器、网络附加存储(nas)、rom、ram、光盘-rom(cd-rom)、可记录cd(cd-r)、可重写cd(cd-rw)、磁带和其他光学和非光学数据存储硬件单元。非暂时性计算机可读介质可以包括分布在网络耦合计算机系统上的计算机可读有形介质，使得计算机可读代码以分布式方式存储和执行。
91.尽管前述公开内容包括为了清楚理解的目的的一些细节，但显然可以在所附权利要求的范围内实施某些改变和修改。例如，应当理解，来自本文公开内容的任何实施方案的一个或多个特征可以与本文公开的任何其他实施方案的一个或多个特征组合。因此，所呈现的实施方案被认为是说明性的而非限制性的，并且所要求保护的内容不限于本文给出的细节，而是可以在所描述的实施方案的范围和等同方案内进行修改。