TW200903576A - Showerhead electrode assemblies for plasma processing apparatuses - Google Patents

Description

200903576 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 來處電極摩及使用此種喷淋頭電極組件 【先前技術】 行各種不同的處理，例如在基板上侧 貢谷種不同的材料、以及光阻剝除。隨荖车逡舻姑tl、私 ίί度電==低;晶圓處理以及心 ^的半導ί】里度。有各種用於包含涉及使用電漿之應 學氣相沉同ρ 1㈣1f ’例如電倾刻、電漿增強化 且必須在此_境=作設備類型包含配置在電漿室内並 電漿的曝露、舰H丨^711件。位於電漿室_環境可包含對 的材料必須可“以及熱循環。用於此種元件 含多重處理步驟之境條件’且對於每—晶圓可能包 種亓株、S A、诹之弁夕曰日®的處理而言亦然。為了成本效益，此 能性與千次晶圓循環，而同時保持其功 極難容忍產生這些^y >且不大於數十奈米時，-般而言 部的元件’以最;成本效;:方=2;;;於賴理室内 【發明内容】 力；支擇板，附接於=_職舰量供應電 個接觸點冑，細由、電極，…控制板’在橫越支樓板的多 熱導電襯塾，3?·=結件續接於支魏；以及至少-導 接觸點處分隔支撐板與熱控制板。 200903576 電漿蝕刻控制方法的告 件，將處理氣體供應衆餘&貝& = δ种透過噴淋頭電極組 :於其增半導體;;以極入位於喷淋頭電 :極的溫度，係藉由熱控制板透過至少一ϋ;其中噴淋頭 傳導而加以控制。 …、‘電襯塾之增強熱 喷淋碩电極組件的另一示範實施例包含. 帝 在真空室的内部；熱控制板 ^林碩笔極，安裝 ^頭電極與熱控制板，以及分隔形成在熱控制 【實施方式】 室歹ίΐ石夕晶圓之半導體基板的電漿處理設傷包含電將侧 I，此働]室用料導體裝置製造處理，以綱 氧化矽或氮化矽的齡在蝕刻處理J間 列如二 經所產生的熱應力。對於受 的t熱70件，此種溫度循環會導致增加微_產生 件 具有加熱器以防止喷淋頭電極下降至最 電極組件被揭露於共同擁有的美國專宰I的育淋頭 、_板1G1、以及頂請。 叹在产、、控制板101的上表面上。上電極1〇3係位於基板支座⑹ 200903576 勺上方，此支樓部用以支撐半導體基板162，例 頂板111能夠形成例如電漿蝕刻室之電漿處理讲= 式上壁。如同顯示，上電極103可包含 ^以^夕除 極構請。内電極構細典型上係選 =有”時’，外電極105、107可由例如化學氣相n 職)碳切、單晶料其他適合材料的單片 内電極構件105可具有小於、等於、或大於待 =’，上至200mm。為了處理例如3〇〇咖曰曰曰圓的車交=: $基板，外電極構件107將上電極1〇3的直徑從約 ^ 19 ’例如約15吋至約17吋。外電極構件1〇7可為連續j 如壞狀的多晶石夕或碳化石夕構件)或分段構件 列譬 分離段，例如單晶魏）。在上電極1〇3 實施例中，這些段較佳係具有相互重疊的邊緣，以保言ί 下層接δ材料免於曝露至電漿。内電極構件ω 多、 體通道綱’這些通道用以將處理氣體注人反 ^ 103下方的空間内。外電極107較佳係在電極1〇3的周 升，階梯。階式_的進一步細節可在共同擁有之美國:利㉚ 6824627射，其揭露内容藉由參考讀枝合併於此。 i. 早晶矽為用於内電極構件105與外電極構件1〇7之電褒曝 ^面的較佳材料。料高純度的單晶雜將最低量的不期望成分 ^進反應室内，所以其可在電漿處理_使基板的污染降至最 -並且亦可在電漿處理期間平穩咖，藉以將微粒降至最低。 噴，頭電極組件刚之尺寸是為了處理較大的基板而製造， 例如具有300_直徑的半導體晶圓。對於3〇〇mm的晶圓，上電 極丄03至少具有300mm的直徑。然而，喷淋頭電極組件之尺寸可 依處理其他晶圓尺寸或具有非圓形構造·板之需要而製造。 μ f撐構件1〇2包含支撐板1〇6以及選用的支撐環108。在此種 ^ ，内電極構件105係與支標板1〇6共同延伸，而外電極構 200903576 ==支2Γ =申。然而，支樓板106可延伸超 的外電極構件，或者内電極件以及分段 件105與外電極構件二/叮已3早片材料。内電極構 件102，例如彈性接合材1 =由接合材1，而附接於支構 通道與位於内電極構^ 1Q # =6包=^通道113，這些 供進入電緣技。氣體通道= G =氣體提 而氣104典型上可具有約直t 怕直捏， JLA型△撐板106與支撐環108係由鋁材料所製成， 成liii ° 1%與支撐環⑽可由裸=製 hi ^生氧化物。 _以蝴1:接於支撐 命±μ 丧口柯料可调即熱應力，並且在上雷楣 支稽板106及支撐環1〇8之間傳沪敎Ι + &j 號，其内容藉由參考文f有之美國專利第607助 ㈣it =與支魏⑽健細適合的扣結件，附接於敎 可為螺紋螺栓、螺絲等等。舉例而言，螺栓 位於熱控制板101中的孔洞，並且旋入位於支樓 號的說明，此申輸;内j 板1G1包含撓曲部分lG9，並且健係由已加 ^金屬材_製成’例純、例如紹合金嶋_合金 可t獅所製成，即具有表面原生氧化物(並且未經 =處理)_。頂板lu較佳係祕或例如紹合金6G6i的紹 勺ίίι電制束組件nG被顯示在喷淋頭電極組件_的外面。 已3垂直可_額束環組件的合適賴圍雜件被說明於共同 200903576 ^有之美國專 55期丨f虎，其崎灿參考讀方式合併於 孰哭熱少;;可與溫度控制頂板協同操作的加 被第-凸部所圍繞；[加埶即试广弟一加熱器區域， 熱，域的數量可加以改變;例如在其:實?=二刀2。加 含單-個加熱器區域、兩個加熱器區域=二=可包 域。或者㈣設置在魅偷的下叫上的加熱器區 加熱益較佳係包含複層，此複層包 料層之間的耐熱材料，此高分子材料可經 ^^巧/刀子材 操作溫度。可被使用的示範高分子材^c到達的 C〇mpany 〇 ^ΐ ΐ^ Ι Ir/ Ν~ ^ 熱器(例如鑄型熱控制板中的加熱式加 力:熱元件)。加熱器的另一實施例包含 導及的電阻式加熱元件。熱控制板•熱 加熱ϋ材料可具有任何適t_f 區域、第二加熱器區域、以教可對第-加熱器 舉例而言，複層加熱器可具有規供熱均勻加熱。 例如鋸齒形、螺旋形、或同心圖案戈熱線圖案， 行加熱，配合溫度控制頂板的操作，^ 對熱控制板進 間於整個^極提供理想的溫度分佈。在極組件操作期 位於第一加熱器區域、第_ 域中的加熱器區段可藉由任何適^二h、以及第三加熱器區 劑、扣結件等_，_定在熱控%=7熱與壓力、黏著 上電極可被電性接地，或者較佳係可藉由無線射擊，威^ 200903576 freq職y)電源1?〇供應電力。在較 而-個以上鮮的電力施加 ，^巾，上電極被接地， 漿。例如，吾人可藉由兩單獨控^ ’ 處理室中產生電 MHz的頻率，而對下電極供應电源以2 MHz及27 基板經過轉侧)之後，停1=處理(例如半導體 生。從電聚處理室移除已ίίϋ电極的電力供應以結束電聚產 =ϊ理的基板載台上。在另 對熱控制板及上電二= 處理，藉以改善處理良率。電源"較^吏基板被更均勻地 實際溫度以及期望、、W产，“翻2係了控制式，以根據電極的 熱器。H皿度，而以期望的強度與速率將電力供應至加 如以溫度，例 熱噴淋頭電極的至少五人180(：的溫度持續加 ί 口 =熱°此_可包含細半導體基板上位於氧化層中的 汗“將处的開口係由圖案化的光阻加以界定。 s

包含例如：溫度控制器；電源’以敎塑應於溫产 :鄕將電力供應至用以加熱熱控制板的加熱流ί ^ σο 以s應於溫度控制器而將流體供應至腔室5、、Θ py U 二:;及r，器装置，用以量測喷淋頭電 上的μ度’並且將資訊供應至溫度控制器。 以將ΪΐΪί極示例實施例亦包含_板環裝置120,其用 電漿室中。圖1中的銘槽板環裝置120包含 量呂合金之1呂合金所製成的環，此紹合金以重 ίί ϋ的A1、約0·8至約u%的峋、約0·4 0 ' 1、約0.15至約0.4%的Cu、約〇 〇4至約〇 35%的 10 200903576 々Fe、Mn、Zn及/或Ti。檔板環120可且㈣ ^人。/、、、:!!板03下方的充氣腔内。舉例來說，中央充氣妒可 ，早’鄰接的充氣腔可包含 、 上。舉包°這些環以螺絲安裝在熱控制板101 哼之穿孔的^ =%可包含朋_支座或具有用以容納螺 ί；Γ〇 0 0 ^ ° 樓板極組件100的一部分。如同顯示，在銘支 yt^mWk Π9 4與熱控制板101的環狀凸部136之間存在 約ιί至約板101 *，接觸點132覆蓋支撐板⑽ 厶封___呂 咖，藉由填隙片直以： 100 ^ ^ 、,L++ /、匕3支撐板106與支撐環1〇8的鋁支撐構件102 !ίΙ^"^ν ； 理室中進域理 =移會在轉縣板於電漿處 ^ιίίΞ^ 力量使這些元件分離然後需要過度的 200903576 ι〇3 ΐΐ^。101與銘支撐構件102的擦傷亦會增加清理上電極 件的ΐ:外侧㈣的_損害這些元 圖3與圖4顯示噴琳頭電極組件的示 Γ文並:板二與峨板106及她二以 生並且亦因此減少與此種擦傷相關的上 盆 .=，襯墊144係位於熱控制板之環狀凸部13ϋ; 3 ::=包 的嫂I^、H彳从/幻 斤不具有約相同於襯墊144之i声 = 羯控制㈣的下表= 熱控制板101包含數個用以在支擇 136，„M〇 2 ^ 1〇 , tiliit 將熱控制板固定於i:)。牙過位於母一個環狀概塾中的開口，以 圖4顯不支撐板1〇6與支撐環1〇8 板 106 與支二= 156内，以在被設置在形成於環15〇中的溝搰 外電極麟術之間維持密封，並且防止 105 H強通過接觸點的熱傳遞，*人可減少包含内電極構件 105的上電極103與熱控制_之間的溫度差異， 12 200903576 圓效應」亦可在一系列連貫的晶圓處理期間被降低。較佳係， 一晶圓效應可被降低至小於約〇_5。〇。舉例而言，為了在導雕 板中蝕刻高縱橫比的接觸介層窗(c〇ntactvias)，較佳係可 約/rnn/KTC之臨界尺寸(CD，出咖出職―靈敏度之』= 1A(大約0.1 nm)的再現性。 、'力 此外，襯塾144較佳係亦可將新的與使用過的銘支撐 間的溫度偏移降至最低，而小於約5。〇。 車乂佺係’福瞻144亦可降低或防止熱控制板j 厂的纖擦傷，此可使這些元件被以最小力量力 至約::較佳係在例如^ 性;可適用於調節位特 件搬之清理期間將微粒產生降至最244 ’以及可在铭支撐構 體不mt·為具傳導性的石夕铺夾層襯墊結構，或彈性 體-不銹鋼夾層襯墊結構。在祛每 ^僻欢评汪 Q-Pad Π褶人姑料，貝例中，襯墊144為Bergquist

BergquiSt 這些材料係谪用於畫等…橡膠塗佈在兩側的鋁。 件的接觸表面，各自反之銘支撐構 面粗繞度，並且有效雜^錢其赠翻表面的表 觸表面之間的熱^真充接觸表面的區域(例如微孔），以增強接 為了使自襯墊材料的石墨產生 水加以清理，例如藉由棒只 降取低，襯墊可使用去離子 加以塗佈，例如氟彈性^材料或者襯墊材料可以適當的塗佈材料 圖5顯示鋁支撐板1〇6的 一 中使用(位在接觸點的)這些 ^ ’ = 示在真空處理室 间具有Q-Pad ϋ襯墊材料的這 200903576 巧件之後，熱控制板1Q1之環狀凸部的下表面。如所頻 了呂lGf的上表面以及環狀凸部的下表面並無擦傷痕跡為 艇」比的接觸開口 ’實施以17忙溫度協同5KW益線射 6所 如_作12無__之後，麟圖5、與圖 置在試結果，其證明當卩祝11複合材料被放 .可ίίΐ，表面與熱控制板之環狀凸部的下表面之間i， 有^'、、、性能並且將第—晶81效應降至最低。在® 7巾，對於、力 -㈣㈣’顯示支撐板奴與處理時間之間白$ 不同的襯墊材料係奸在銘支樓板的上表面二: 的關係；曲線Β係關於由_製成之 Π複合缝之間_係。在圖 與⑽d 支撐板與未使用襯墊之門Μ線A Β以及C係關於鋁 續ad ΐΖΪΐ ’，而曲線D與E係關於鋁支撐板

8 ^ B C .係小於0.5。(: 而在曲線中，第一晶圓效應 圖9A至9D以及圖i〇A至〗on如_也丨 i率輪廓，其係關於在熱控制板與支撐試的蝕刻速 合襯墊材料(圖9八至奶说及不使用具有㈣d Π複 撐板。 ’ 乂及不3襯墊材料(圖10A至i〇D)之铭支 如圖7與8、以及圖9A至9D盥Fi1nA 果證明，Q-况π複合襯墊材料之順^ =所示之測試結 與支撐板之間的接觸表面(触盎線係稭由增加在熱控制板 料地改善性能。 .........、'射頻路僅)之熱接觸，而出乎意 圖η顯示噴淋頭電極组件 與圖3，圖η所示之趣# 貫施例的一部分。參考圖2 被直接固定於内電極構圖構而熱控制板ιοί 斤不之噴淋頭電極組件亦能 14 200903576 夠包含可選擇的外電極構件，例 電極構件可具有由複數個節段J斤 =戶 =外严f们〇7。外 可以任何適當的方式被直接固定於熱^板ίο! 外_=，繼件卿的 如圖；π所不，在内電極權侔川 坪汪虹接合。 環狀凸和6之間存在有接觸點=⑻的 觸點158的表面之f此声、％例中，除了位在接 過陽極處理。_面可經 熱路徑，以及用以使無線射f移除熱的 頻路徑。例如〇形環的穷封杜ηδ、广内电極構件105的無線射 16〇. ；3? t 120 ^ 射酬咖，舰= 圖2續不對於圖u所示之喷淋頭電極組件的修改 與内電極構件1G5(並且與可選擇的外電極之 争低μ著位於其間之接觸點所發生的拷曰 種擦傷有關的問題，例如微粒的產生:舉而+亦與此 所示’襯塾144係位於熱控輸1〇1 ^ ^圖12 内電極構件奶的上表面⑽與 板101中的鄰接充氣腔彼此分隔。 、夕成在…、控制 概墊144可由相同於上述關於圖3與圖 〇 144 J Jf； J； ，以在熱控制板101與内電極構件1〇5(以及可二:导… ^之間提供電與熱的傳導，即襯墊144在點門卜=構 性熱介面。 甘妖蜩點之間k供導電 同樣如圖12所示，具有約相同於襯墊144之厚产 糸位於銘檔板環120與熱控制板1〇1的表 又之門、，措46 146可為介電材料。 囬⑷之間。填隙片 200903576 本項特定實施綱進行詳細的說明，但孰習 •^技*者可明白在不離開隨附請求項之範圍 谁、 各種不同的變化與修改，以及等效設計。 τ進订 【圖式簡單說明】 實施=顯示半導體村料賴處理雜之嘴淋頭電極組件的示範 圖1所示之噴淋頭電極組件之—部分的放大圖； g ，不圖2所示之包含介面襯墊之噴淋頭電極組件的部分. 分的圖1所示之包含介面襯墊之嘴淋頭電極組件之另-部 的下表ί 材料的元件之後，熱控制板之環狀凸部 材料及不使_ 至91)以及圖ι〇Α至10D顯示使用熱控制板盥 圖；Z u係鎌另-實施例之倾輯極組件之—部分的放大 分。囷12顯示圖u所示之包含介面觀墊之嘴淋頭電極組件的部 【主要元件符號說明】 1〇〇噴淋頭電極組件 101熱控制板 102支撐構件 103上電極 16 200903576 104氣體通道 105内電極構件 106 支撐板 107 外電極構件 108 支撐環 109撓曲部分 110電漿圍束組件 • 111頂板 112熱閘口 " 113氣體通道 f' 120檀板環 132 接觸點 134 上表面 136環狀凸部 138 密封件 139 支距 140填隙片 142 下表面 ' 144襯墊 π 146填隙片 150 環 152介面 154 密封件 156溝槽 158 接觸點 160 上表面 161基板載台 162半導體基板 170無線射頻電源

Claims (1)

1. 200903576 十、申請專利範圍： 1. 一種喷淋頭電極組件，包含： 一喷淋頭電極，安裝在一直空玄 、， (RP, radio frequency)能量供應^力；、σ ’亚且藉由無線射頻 一支撐板，附接於該喷淋頭電極； 一熱控制板，在橫越該支撐板的多 扣結件而附接於該支撐板；及 ”、、免！由稷數個 至少一導熱導電襯墊，用以在誃聱技 該熱控制板。 ^接U處》隔該支撐板與 2. 如申請專利範圍帛！項之噴淋頭電極組件，其中 制板之下表面上的間隔.凸部，該至少·導敎 觀墊包含依尺寸製作成可覆蓋該等環狀凸部的複數個環1墊導电 3. 如申請專利範圍第丨項之喷淋頭電 支撐板係由裸輯製成，制板與該 (laminate)。 灣為麵知分子材料的複層 3内:極以及-外電極，以及該内電極為單 ^^ 而該外_為-由複數段單晶销組成的環電極。0开廣’ 5.如申請專利範圍第2項之喷淋頭電極組件 槽板環:該等檔板環係位於該等環狀凸部之理， 個檔板裱包含一鄰接於該等環狀凸部1 母 該等接觸點的支 中的0桃，該等0形環用以在該等接觸點的相對‘ 18 200903576 如申請專利範圍帛！項之噴㈣ 旋入該支撐板的螺栓，該等襯墊包八中該等扣結件包含 透過該等穿孔而穿入該支撐板内。3 :/、的穿孔，該等螺栓 ^如申請專利範jg第5項之喷辦 等垂直壁的上端係藉由具有與該等導熱 ^轉檔板環之該 隙片而與該熱控制板的下表面隔開。、......塾約相同厚度的填 .8·如申請專利範圍第丨項之魏 板之上表面上的熱閘口。 、、’牛，更包含位於該熱控制 9.如申請專利範圍第！項之喷淋 不含銀、錄以及銅，而該等接觸點兮^中该導熱導電概墊 表面積。 皿該支撐板約1〇/〇至約30〇/〇的 1〇·如申請專利範圍第i項之噴淋頌 包含一矽電極板，其—側上且右、、'、牛，、中该噴淋頭電極 由裸鋁所組成的該支撐板之彈、性^ / 口，而其相對侧有黏合至 含包含申請糊麵第1項之該翁頭電極組件， 一溫度控制器； 該溫度二加熱器’該加熱器係熱回應於 之該溫度控制器而將流體供應至該真空室 的；溫ϊΐϊ器裝置’用以量測該噴淋頭電極之一個部分以上 的胍度，並且將資訊供應魏溫度控彻， U丨刀乂上 其中使該真空室的該上壁選擇性電性接地。 19 200903576 12.一種控制電漿韻刻的方法，包含. 透過申請專利範圍第 供應至-電驗刻室之林頭電極組件，將處理氣體 上支撐-半導體基板之一 立於該喷淋頭電極與於其 藉由將無線射頻電力間間隙’·及 體供應能量使其成為電漿能广：：位：：極’並且對該處理氣 導體基板，其中該嘻漱薛二4蝕』位於该電漿處理室中的該半 至少道為、货妹頭电極的溫度’係藉由兮埶如T4U + D牛 至> —導熱導電襯墊之增強熱料而加以控^該熱控制板透過該 如申凊專利範圍第12項之丨+ 噴淋頭電極於至少約8(rc^f。电__方法，更包含加熱該 14. 如申請專利範圍第13項之 f頭電極的步驟包含加熱並維持該喷^頭曾H法’其中加熱該噴 少約KKTC的溫度。 料碩電極的至少-部分於至 15. 如申請專利範11第13項之控制 淋頭電極的步驟包含加熱並維持該噴;Htf，其中加熱該噴 少約⑽。C的温度。 ㈣碩電極的至少—部分於至 =·如申請專利範圍帛12項之控制電裝 淋碩電極的步驟係在蝕刻該半導體 x、方法’其中加熱該喷 包含對該半導體基板上由-氧化層行，而該钱刻步驟 口進行餘刻。 圖案化光阻所界定的開 17. —種噴淋頭電極組件，包含： —噴淋頭電極，安裝在一真空室的内部. —熱控制板，在橫越該喷淋頭電極的^個 個接觸點處附接於該 20 200903576 喷淋頭電極；及 至J 一導熱導電觀塾，用 極與該熱控制板，以及分隔开用接觸點處分隔該喷淋頭電 形成在邊熱控制板中的鄰接充氣腔。 極組件，其中： 边“4接觸包含汉置在該熱控制板之下表面上之HP”⑽几 二的表面，該等接觸點覆蓋該嘴淋頭電極約ι%至約3日。 環狀珥;;該環狀概塾係位於每-該等 έ亥等襯藝係由不含銀、链 所構成。 銅之至屬與咼分子材料的複層 專利範圍第17項之喷淋頭電極組件，其中： °亥噴淋頭電極包令—内電;feu e 單晶石夕所製成的圓形板，而：極*該内電極為一由 之環電極；及 电桎為一由禝數段單晶矽所組成 該噴淋頭電極組件更包含： 1%極處理铭的檔板環，位於該 板環包含-鄰接於該等環狀 輕直壁包含在其下端上鄰接於轉 啦直土 ’该 〇形環，位於該等支距中，傀的支距’ 成密封，射該_娜之該較f姉侧上形 開；及 ，、隙片而與該熱控制板的下表面隔 熱閘口，位於該熱控制板的上表面上。 20.如申請專利範圍第18項之噴淋 所組成之該等接賴上之外，該鄉;且’，、巾除了在由裸紹 "工制板具有一陽極處理外表面。