CN119811974A - 具有基板边缘增强处理的处理腔室 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例总体上提供用于处理基板的设备和方法。更具体地，本公开的实施例提供一种处理腔室，所述处理腔室对设置在处理腔室中的基板的边缘具有增强的处理效率。在一个实施例中，处理腔室包含：腔室主体，所述腔室主体在处理腔室中界定内部处理区域；设置在处理腔室中的喷头组件，其中喷头组件具有多个区，其中在喷头组件的边缘区处的孔隙密度比在喷头组件的中心区处的孔隙密度更高；设置在处理腔室的内部处理区域中的基板支撑组件；以及设置在基板支撑组件的边缘上并且围绕基板支撑组件的集中环，其中集中环具有台阶，所述台阶具有基本上类似于底部宽度的侧壁高度。

Description

具有基板边缘增强处理的处理腔室

本申请是申请日为2019年9月20日、申请号为“201980067121.9”、发明名称为“具有基板边缘增强处理的处理腔室”的发明专利申请的分案申请。

背景技术

技术领域

本公开的实施例总体上涉及用于在半导体基板上制造器件的方法和设备。更具体地，本公开的实施例提供用于增强半导体应用的基板边缘处理性能的方法和设备。

相关技术说明

在半导体器件的制造期间，通常在处理腔室中处理基板，其中可对基板执行沉积、蚀刻、热处理。

随着集成电路部件的尺寸减小(例如，至亚微米尺寸)，减少污染物的存在的重要性已经增加，因为此类污染物可导致在半导体制造工艺期间缺陷的形成。举例而言，在蚀刻工艺中，副产物(例如可在蚀刻工艺期间产生的聚合物)可成为微粒来源，从而污染在基板上形成的集成电路和结构。在一些实践中，通常在诸如基板的边缘处之类的基板的某些位置处发现此类副产物。

半导体处理腔室通常包括腔室主体，所述腔室主体界定用于处理基板的内部容积。基板支撑件通常设置在内部容积中，以在处理期间支撑基板。在工艺期间，在工艺期间产生的反应性物质可能并非均匀地分布于基板表面上。举例而言，在工艺期间反应性物质可能未达到或延伸至基板的边缘，因此导致基板边缘处理不足或具有不期望的污染、累积(buildup)或副产物。在基板边缘处处理不足可导致基板边缘处相对于基板中心的低蚀刻速率或沉积速率。此外，在一些示例中，反应性物质可轻易达到基板中心以用于处理，但可能不具有足够的动量或能量以行进至基板的边缘以用于处理。因此，可能在基板的中心和边缘处获得不同的处理轮廓，从而导致形成横跨基板的不期望的不均匀结果轮廓。

因此，存在对处理腔室中的基板边缘具有增强的处理性能的处理腔室的需求。

发明内容

本公开的实施例总体上提供用于处理基板的设备和方法。更具体地，本公开的实施例提供一种处理腔室，所述处理腔室对设置在处理腔室中的基板的边缘具有增强的处理效率。在一个实施例中，处理腔室包含：腔室主体，所述腔室主体在处理腔室中界定内部处理区域；设置在处理腔室中的喷头组件，其中喷头组件具有多个区，其中在喷头组件的边缘区处的孔隙密度比在喷头组件的中心区处的孔隙密度更高；设置在处理腔室的内部处理区域中的基板支撑组件；以及设置在基板支撑组件的边缘上并且围绕基板支撑组件的集中环(focus ring)，其中集中环具有台阶，所述台阶具有基本上类似于底部宽度的侧壁高度。

在另一实施例中，一种喷头板，所述喷头板具有形成在喷头板中的多个孔隙，其中喷头板具有多个区，所述多个区具有不同的孔隙密度，其中位于喷头板的中心区域中的区具有比位于喷头板的边缘区域中的区更大的开口面积。

在又另一实施例中，一种用于增强基板边缘处理效率的方法包括：将气流从远程等离子体源通过分流器转移至喷头组件的边缘区；以及引导气流穿过喷头组件的边缘区中的孔隙朝向基板的边缘。

附图说明

为了能够详细理解本公开的上述特征的方式，以上简要概述的本公开的更具体说明可通过参考实施例来获得，所述实施例中的一些在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出本公开的典型实施例，并且因此不应被认为限制其范围，因为本公开可允许其他等同有效的实施例。

图1为根据本公开的一个实施例的处理腔室的示意性剖视图。

图2为根据本公开的一个实施例的在处理腔室中使用的集中环的示意性透视图。

图3A至图3B为根据本公开的一个实施例的图2的集中环的横截面视图的一部分。

图4为根据本公开的一个实施例的图1的喷头组件的仰视图。

图5为根据本公开的一个实施例的图1的喷头组件中使用的分流器的透视图。

为了促进理解，已尽可能地使用相同的附图标记代表附图中共有的相同元件。构想了在一个实施例中公开的元件可有益地用于其他实施例而无须特别说明。

具体实施方式

本公开的实施例提供用于在设置在处理腔室中的基板的边缘部分处增强处理效率的处理腔室和方法。更具体地，本公开的实施例涉及一种处理腔室，所述处理腔室具有在设置在处理腔室中的基板的边缘处增强处理效率的喷头组件、分流器、集中环的某些实施例。在一个实施例中，在喷头组件的边缘处具有增强的气流的喷头组件可用于协助将相对较高量的反应性物质携载至基板的边缘。分流器也可用于将反应性物质流动路径限制并引导至基板的边缘。此外，具有期望的轮廓的集中环也用于向基板的边缘提供延伸的反应性流动路径。

图1为根据本公开的一个实施例的处理腔室100的示意性剖视图。处理腔室100包括内部处理容积120，以用于传送和处理基板104。

处理腔室100包括腔室主体121。在一个实施例中，腔室主体121界定内部处理容积120。处理腔室100包含喷头组件189、设置在内部处理容积120内的基板支撑组件153。喷头组件189设置在基板支撑组件153之上。基板支撑组件153在处理腔室100中的内部处理容积120中支撑基板104。

盖衬垫127设置在腔室主体121的侧壁103之上，以在处理腔室100的侧壁103与天花板128之间提供轮廓密封。盖衬垫127具有保持喷头组件189和天花板128的唇部。在一个示例中，天花板128可以是源适配器板126。源适配器板126具有与喷头组件189的中心开口189a匹配的中心开口128a。远程等离子体源130通过石英插入件131和喷头组件189与内部处理容积120流体连通。

喷头组件189包含下部板199，下部板199具有形成在下部板199中的多个孔隙188。喷头组件189的下部板199具有多个区190、191、192、193，所述多个区具有形成在多个区中的具有不同密度和数量的孔隙188。关于喷头组件189中孔隙分布和轮廓的细节将在下文参考图4进一步讨论。

分流器170穿过下部板199上方的喷头组件189的中心开口189a定位。分流器170将来自远程等离子体源130的气流转移至下部板199的不同位置，使得气流可被进一步引导穿过孔隙188到基板104的不同位置。分流器170可具有预定的几何轮廓，以使得气流能够处于某些方向上。因此，在一个方向上的气流可具有比其他方向上的气流更大量的流动通量。在图1中描绘的示例中，分流器170将来自远程等离子体源130的气流转移为径向向外流动至喷头组件189的外部区192、193(例如，边缘区)，而非流向内部区190、191(例如，中心区)。因此，在基板104的边缘需要用更高的反应性物质的通量密度来增强处理的示例中，分流器170可用于将反应性物质的流动引导至基板104的期望的边缘位置。以下将参考图5进一步讨论分流器170的配置细节。

远程等离子体源130通常连接至一个或多个气体面板。在一个实施例中，远程等离子体源130连接至第一气体面板101和第二气体面板102，第一气体面板101配置用于提供用于消除(abatement)工艺的处理气体以在蚀刻之后移除残留材料，第二气体面板102配置用于提供用于灰化工艺的处理气体以从基板104移除光刻胶或任何其他残留物。

处理腔室100进一步包括基板支撑组件153，基板支撑组件153设置在内部处理容积120中以用于支撑基板104。集中环160可设置在基板支撑组件153的外边缘上。集中环160用于保持基板104并且还用于在处理期间修改基板104的边缘区域周围的处理速率。底座支撑件180可插入在集中环160与基板支撑组件153的表面之间，以帮助以适当的定位来支撑集中环160。集中环160以在集中环160的拐角处界定台阶168的方式定位和形成。所界定的台阶168可高效地允许等离子体或反应性物质在靠近基板斜角或基板边缘的方向上流动，以便协助反应性物质对基板边缘或基板斜角的反应。集中环160的更多细节将在下文参考图3A和图3B进一步说明。

基板支撑组件153设置在腔室主体121内，以在处理期间支撑基板104。基板支撑组件153可以是传统的机械卡盘或静电卡盘，其中基板支撑组件153的至少一部分是导电的，并且能够由耦合至基板支撑组件153的RF偏压功率源171用作工艺偏压阴极。设置在基板支撑组件153上的基板可借助于晶片升降杆(未示出)抬升及降低，以促进将基板传送到基板支撑组件153上和传送离开基板支撑组件153。

控制器172包括中央处理单元(CPU)174、存储器176和支持电路178，用于控制工艺顺序并且调节气流和在处理腔室100中执行的等离子体工艺。CPU 174可以是可在工业环境中使用的任何形式的通用计算机处理器。诸如在处理腔室100中实施的工艺之类的软件例程可被储存在存储器176中，诸如随机存取存储器、只读存储器、软盘、或硬盘驱动、或其他形式的数字储存中。支持电路178耦合至CPU 174，并且可包括高速缓存、时钟电路、输入/输出系统、电源供应等。通过统称为信号总线的众多信号电缆来操纵在控制器172与处理腔室100的各种部件之间的双向通信，信号电缆中的一些示出在图1中。

图2为根据本公开的一个实施例的在处理腔室100中使用的集中环160的一个示例的示意性透视图。集中环160可以是具有中心开口205的甜甜圈形状的形式。当集中环160被放置在基板支撑组件153周围时，中心开口205的直径210可适应定位在中心开口205中的具有期望的直径范围(例如，诸如200mm、300mm或450mm)的基板104的尺寸。在一个示例中，直径210可在约11英寸与约13英寸之间。

在一个示例中，集中环160具有连接至下部主体162的上部主体164。上部主体164具有上部外壁167和上部内壁165。上部内壁165界定开口205的直径210。上部外壁167界定集中环160的外周。上部外壁167和上部内壁165通过上部主体164的顶表面163连接。上部主体164的顶表面163界定平行于基板支撑组件153的上表面的平坦表面。下部主体162连接至上部主体164，从而形成集中环160的单个主体。在一些示例中，下部主体162和上部主体164可根据需要(诸如当安装在处理腔室100中以围绕基板支撑组件153时)分离和重新组装。

下部主体162还包括下部外壁306和下部内壁301。下部外壁306从集中环160的上部外壁167向内形成。相对地，下部内壁301从上部内壁165朝向集中环160的中心开口205向外延伸而形成。在一个示例中，集中环160可由包含介电材料(诸如氮化铝、氧化铝、氮氧化铝等)的材料制成。

图3A描绘沿着截面线A-A’的图2的集中环160的横截面视图。集中环160的台阶168界定在上部内壁165与下部主体162的暴露表面315之间。上部主体164可具有在约0.25英寸与约0.5英寸之间的厚度302，厚度302界定台阶168的高度。在图3A中描绘的示例中，上部内壁165可具有垂直于下部主体162的暴露表面315的基本上竖直的表面。上部内壁165还界定台阶168的侧壁。下部主体162具有在约0.25mm与约1英寸之间的厚度310(例如，高度)，厚度310允许集中环160对设置在基板支撑组件153上的底座支撑件180的适当配合。下部主体162的厚度310比上部主体164的厚度302更厚。在一个示例中，下部主体162的厚度310比上部主体164的厚度302更大约20％与约50％之间。

下部主体162还具有在约1英寸与约5英寸之间的范围中的宽度312。通过上部主体164暴露的下部主体162的暴露表面315具有在约0.5英寸与约5英寸之间的宽度169，宽度169还界定台阶168的宽度。暴露表面315还是台阶168的底表面。在一个示例中，厚度302(还是台阶168的侧壁高度)基本上类似于或等于暴露表面315的宽度169(还是台阶168的底表面)。应注意，形成在集中环160中的台阶168的尺寸可被预定为允许足够的空间以协助反应性物质从内部处理容积120流至设置在附近的基板的边缘。台阶168可协助保留可处理基板边缘或基板斜角的反应性物质达较长时间。下部内壁301配置成接触或紧邻基板104的边缘，以便协助将基板104保留在期望的位置处。下部主体162的暴露表面315基本上平行于上部主体164的顶表面163。上部主体164具有在约1英寸与约5英寸之间的总宽度314。

图3B描绘可用于在处理腔室100中围绕基板支撑组件153的集中环300的另一示例。类似于图3A中描绘的集中环160，集中环300也具有上部主体354和下部主体352。台阶360形成在上部主体354的上部内壁356与来自下部主体352的暴露表面358之间。集中环300在构造上类似于图3A的集中环160，但集中环300的上部内壁356可被不同地构造。与来自集中环160的基本上竖直的上部内壁165不同，集中环300的上部内壁356具有倾斜表面362，倾斜表面362具有相对于来自下部主体352的暴露表面358的角度θ。角度θ在约20度与约110度之间。据信，上部内壁356的倾斜表面362可帮助在台阶360中保留更大量的反应性物质，以便帮助在基板的边缘和斜角处的反应。集中环300的上部主体354和下部主体352的尺寸可与图3A中描绘的集中环160类似或相同。

图4描绘图1的喷头组件189的仰视图。喷头组件189具有多个区190、191、192、193，所述多个区具有形成在多个区中的不同数量和密度的孔隙188。至少两个区具有不同数量的孔隙188形成在喷头组件189中。此外，在一些实施例中，不同区可根据需要以不同材料制成。区190、191、192、193可以以不同几何配置或图案形成，例如，诸如根据需要布置成同心环、网格或切片图案、或不同几何形状的其他组合。在基板104的边缘处期望反应性物质的增强的气流的一些示例中，基板104的边缘面对的边缘区192、193可配置成具有较高的孔隙密度。区190、191、192、193的密度可逐渐减小(例如，梯度)，以便控制与边缘区192、193相比相对较少量的供应至中心区190、191的反应性物质。在一些示例中，中心区190、191可不具有孔隙。因此，从边缘区193至中心区190(例如，从区193至随后的区192、区191、并最终至区190)，开口面积逐渐增加，使得孔隙数量和密度根据需要逐渐减少。在一个示例中，相对于每个相邻区，孔隙密度减少或增加约2％至约20％。每个区中的孔隙可在水平表面中对齐。在不同区中形成的孔隙可以是水平对齐的或可以不是水平对齐的。

图5描绘可设置在处理腔室100中在喷头组件189的下部板199上方的分流器170。分流器170可定位成与下部板199直接接触，或略微高于下部板199、与下部板199间隔开期望的距离。分流器170具有圆锥形形状。分流器170具有朝向中心的渐细部(taper)502，例如，渐细部502具有在下部板199的平面处(或略微高于平面)的比远端或远侧端506更宽的一个底部端(或底座)504，即，第一尺寸508比第二尺寸510更大。应注意，考虑到诸如腔室尺寸、泵送配置、气流速度、增强的流动配置等等各种因素，分流器170的锥度、形状或尺寸，以及分流器170的形状、位置和尺寸可根据特定设计和应用需求而变化。除了实现某些期望的处理速率或均匀性结果之外，设计参数还被选择为提供具有相对较宽的裕度的工艺。

在一个示例中，底部端504是圆形形状。第一尺寸508在约1.5英寸与约4英寸之间，并且第二尺寸510在约0.05英寸与约0.5英寸之间。在一些实施例中，其中第一尺寸508是第二尺寸510的约20倍与约40倍之间。分流器170还具有在约0.25英寸与约1.5英寸之间的高度512(从底部端504至远侧端506)。分流器170可由包含含铝材料的材料制成。

在一个示例中，分流器170可以是不允许气流流动穿过的实心主体(例如，渐细部502包含由底部端504至远侧端506形成的实心主体)。在另一示例中，分流器170从底部端504至远侧端506是中空件(例如，渐细部502是具有从底部端504至远侧端506形成的腔体的中空主体)，以便当气体或反应性物质流动穿过时，允许从远侧端506至底部端504的开放流动连通。在分流器170是中空件的示例中，还可将来自远程等离子体源130的气体或反应性物质引导至中空件所在的中心区190。

在一个实施例中，来自气体面板102、101的气流向下竖直流动穿过连接至分流器170的通道155(如图1图示)。气流接着由分流器170偏转或重新引导至主要在边缘区193、192处的孔隙188。因此，气流不会流至具有较少孔隙或不具孔隙的中心区190、191。通过调整分流器170的位置、几何形状和尺寸，可控制由分流器170通过的离子、中性物质和反应性物质的空间或横向分布，这进而允许调谐基板边缘处理速率分布。尽管在图1中描绘的示例中分流器170中心地位于喷头组件189的下部板199上或上方，但是分流器170也可设置在其他位置处，或以不同形状和尺寸提供，以便建立适合于其他应用需求的期望的流动模式。在处理期间，处理气体被点燃并形成为远程等离子体源，所述远程等离子体源待从远程等离子体源130被供应至内部处理容积120。

尽管以上在处理腔室的应用中描述了本公开的实施例，本公开的实施例可应用于任何工艺腔室，例如装载锁定腔室或传送腔室。特别地，本公开的实施例可用于期望具有增强的基板边缘处理效率和在基板边缘处增强的处理速率的应用中。

尽管前述针对本公开的实施例，可在不脱离本公开的基本范围的情况下设计本公开的其他和进一步实施例，并且本公开的范围由所附权利要求确定。

Claims (2)

1.一种喷头组件，包含：

喷头板，所述喷头板具有形成在所述喷头板中的多个孔隙，其中所述喷头板具有至少四个区，所述至少四个区具有不同的孔隙密度，其中所述至少四个区具有在中心区域中的第一区和在边缘区域中的第二区，其中位于所述中心区域中的所述第一区不具有孔隙并且具有比位于所述喷头板的所述边缘区域中的所述第二区更大的开口面积，并且其中所述至少四个区的所述孔隙密度从所述边缘区域至所述中心区域逐渐减小。

2.如权利要求1所述的喷头组件，其中所述至少四个区中的每个区具有比所述至少四个区中定位成更靠近所述中心区域的紧密相邻的区的孔隙密度更大的孔隙密度。