CN101926232B - 具有流量均衡器与下内衬的蚀刻腔室 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示一种具有下流量均衡器(lowered flow equalizer)与下腔室内衬的等离子体处理腔室。在蚀刻处理中，可能从处理腔室不均匀地抽吸处理气体，这将导致不均匀的衬底蚀刻。通过将从腔室排出的处理气体的流量均等化，可以达成更均匀的蚀刻。通过将流量均衡器电气耦接到腔室内衬，来自流量均衡器的RF返回路径可以沿着腔室内衬行进，因此减少了处理期间被抽吸到衬底下方的等离子体的量。
Description
技术领域
本发明的实施例大致关于一种具有下流量均衡器(lowered flowequalizer)与下腔室内衬的等离子体处理腔室。
背景技术
集成电路已经发展成在单一芯片上包括有数百万个部件(例如晶体管、电容器、电阻器等等)的复杂器件。芯片设计的发展持续需要更快速的电路布线和更高的电路密度。更高电路密度的需求必须使集成电路部件的尺寸缩小。在此技术领域中，这样器件的特征结构的最小尺寸一般称为临界尺寸(critical dimension)。临界尺寸大体上包括诸如线、柱、开口、线之间的空间等等的特征结构的最小宽度。
随着这些临界尺寸缩小，横跨衬底的处理均匀性对于维持高产量变得重要。用来制造集成电路的传统等离子体蚀刻处理所涉及的问题是部分因真空泵所造成的横跨衬底的蚀刻速率的非均匀性，其中该真空泵将蚀刻气体朝向排出口抽吸且远离衬底。由于较易于从腔室最靠近排出口的区域(即衬底周围)抽吸气体，蚀刻气体会被朝向排出口吸引且远离衬底，由此在腔室内的衬底上导致非均匀蚀刻。此非均匀性可能显著地影响效能，并增加制造集成电路的成本。
因此，此技术领域存在一种设备的需求，其中该设备能在制造集成电路的期间均匀地蚀刻材料层。
发明内容
本发明的各方面大致关于一种具有下流量均衡器(lowered flowequalizer)与下腔室内衬的等离子体处理腔室。在一个实施例中，一种等离子体设备包含：腔室主体；第一腔室内衬，其设置在该腔室主体中；第二腔室内衬，其设置在该腔室主体中在该第一腔室内衬下方；及流量均衡器，其设置在该腔室主体中且电气耦接到该第一腔室内衬和该第二腔室内衬两者。
在另一实施例中，一种蚀刻设备包含：腔室主体；衬底支撑基座，其设置在该腔室主体中；气体引入喷头，其设置成与该衬底支撑基座相对；第一腔室内衬，其设置在该腔室主体中，以使该衬底支撑基座、该气体引入喷头和该第一腔室内衬至少部分地包围处理区域。环状挡件耦接到该衬底支撑基座，且至少部分地环绕该衬底支撑基座。第二腔室内衬耦接到该腔室主体，且设置在该第一腔室内衬下方。此外，流量均衡器设置在该挡件下方，且电气耦接到该第一腔室内衬和该第二腔室内衬两者。
在另一实施例中，一种蚀刻设备包含：腔室主体；衬底支撑基座，其设置在该腔室主体中；气体引入喷头，其设置成与该衬底支撑基座相对；第一腔室内衬，其设置在该腔室主体中，以使该衬底支撑基座、该气体引入喷头和该第一腔室内衬至少部分地包围处理区域。该第一腔室内衬具有切入底表面的第一环状凹槽，且第一导电环设置在该第一环状凹槽内。环状挡件耦接到该衬底支撑基座，且至少部分地环绕该衬底支撑基座。第二腔室内衬耦接到该腔室主体，且设置在该第一腔室内衬下方，其中该第二腔室内衬具有切入底表面的第二环状凹槽，第二导电环设置在该第二环状凹槽内。流量均衡器设置在该挡件下方且电气耦接到该第一腔室内衬和该第二腔室内衬两者，其中该流量均衡器耦接到该第一导电环和该第二导电环。该流量均衡器具有穿过其间的一开口，其中该开口的中心系偏离该流量均衡器的中心，以及其中该流量均衡器的宽度系从第一点渐渐减少到第二点，该第二点系从该第一点径向设置180°。
附图说明
本发明的实施例的前述特征、详细说明可以通过参照实施例而更加了解，其中一些实施例图示在附图中。然而，应了解，附图仅图示本发明的典型实施例，因而不会限制本发明范围，本发明允许其它等效的实施例。
图1为根据本发明一个实施例的蚀刻设备的示意截面图。
图2为上内衬、下内衬与流量均衡器间的耦接结构的示意截面图。
图3A为根据本发明另一实施例的流量均衡器的示意俯视图。
图3B为图3A的流量均衡器的示意截面图。
图4A为根据本发明一个实施例的下内衬的示意立体图。
图4B为图4A的下内衬的示意仰视图。
图4C为图4A的下内衬的耦接位置的示意截面图。
为了促进了解，图式中尽可能使用相同的参考符号来表示相同的元件。应了解，一个实施例中揭示的元件可以有利地用在其它实施例中而不需赘述。
具体实施方式
本发明的实施例大致上包含一种等离子体处理腔室，其具有下流量均衡器(lowered flow equalizer)与下腔室内衬。本发明的各种实施例将在下文就蚀刻腔室进行叙述。但是，许多等离子体沉积与蚀刻腔室可以受益自本文揭示的教示，尤其是可为半导体晶圆处理系统(例如系统)的一部分的介电质蚀刻腔室(例如蚀刻腔室)、蚀刻腔室、蚀刻腔室等等，其均可从美国加州圣克拉拉市(Santa Clara)的应用材料公司(Applied Materials，Inc.)获得。可了解的是，其它等离子体反应器(包括来自其它制造商的等离子体反应器)可适于受益自本发明。
图1为根据本发明一个实施例的蚀刻设备100的示意截面图。设备100包含腔室主体102，衬底104于该腔室主体102内放置在基座106上而面对气体引入喷头108。可以从气体源110经由喷头108来供应处理气体到腔室102。在一个实施例中，可以用来自电源130的电流对基座106施加偏压。在另一实施例中，可以用来自电源112的电流对喷头108施加偏压。
在处理期间，处理气体经由喷头108供应到处理区域128，等离子体形式的处理气体在处理区域128中从衬底104蚀刻材料。等离子体不仅可以延伸到衬底104，并且可以延伸到腔室壁。为了保护腔室壁免于等离子体，可以设置上内衬126。上内衬126可以保护腔室壁免于暴露到等离子体。此外，在处理停止期间，可以移除上内衬126以将其清洁或更换。
下挡件116可以围绕衬底104和基座106。下挡件116可以延伸靠近上内衬126且具有穿过其间的复数个狭孔。挡件116中的该狭孔允许欲被抽吸穿过其间的处理气体能被排出处理腔室主体102。可以设计该狭孔的尺寸，以去除或减少穿过挡件116的等离子体的量。
也可以在挡件116周围于挡件116与上内衬126之间的区域中抽吸处理气体。通常，大部分的等离子体将被限制在处理区域128中，但一些等离子体可以延伸超过挡件116的外围且因而被抽吸到挡件116下方。因此，可以设置下腔室内衬120，以保护下腔室壁免于等离子体。在处理停止期间，可以移除下内衬120以将其清洁或更换。下内衬120可以通过埋头固定机构124耦接到腔室主体102的底部。在一个实施例中，固定机构124可以包含螺钉。
真空泵114可以将处理腔室主体102排空，并且因此吸引处理气体穿过挡件116且穿过挡件116和上内衬126之间的区域。可以在下内衬120与腔室主体102的一侧和腔室主体102的底部之间设置一个或多个气室122。该一个或多个气室122用以扩增该真空抽吸。该一个或多个气室122可以沿着仅一部分的下内衬120来设置。因此，最大的真空抽吸将位于最靠近气室122的区域中，其最靠近真空泵114而相对于最远离气室122和真空泵114的区域。
可以设置流量均衡器118以将来自处理区域128的真空抽吸予以均匀化。流量均衡器118可以耦接在上内衬126与下内衬120之间，并且在一部分的挡件116下方延伸。流量均衡器118可以具有穿过其间的开口，以让流量均衡器118置于基座106周围。挡件116的宽度大于流量均衡器118的开口的直径。流量均衡器118在挡件116下方延伸。流量均衡器118在最靠近气室122的位置处在挡件116下方延伸较大的距离。流量均衡器118在挡件116下方延伸的距离沿着基座106周围180°半径渐渐减少。
通过渐渐减少流量均衡器118在挡件116下方延伸的距离，自处理区域128的真空抽吸可以沿着衬底104整个周围是实质均匀的。流量均衡器118在最靠近真空泵114与该一个或多个气室122的位置处在挡件116下方延伸最大，在此处来自真空泵114的吸引是最大的。同样地，流量均衡器118在最远离真空泵114与该一个或多个气室122的位置处在挡件116下方延伸最小，在此处来自真空泵114的吸引是最小的。通过渐渐减少流量均衡器118在挡件116下方延伸的距离，自处理区域128的真空抽吸可以是实质均匀的。自处理区域128的均匀真空抽吸可有助于均匀的衬底104蚀刻。
图2为上内衬204、下内衬206与流量均衡器202之间的耦接结构200的示意截面图。流量均衡器202耦接在上内衬204与下内衬206之间。上内衬204在其中具有环形凹槽210。可以在凹槽210内设置导电材料208，以确保上内衬204与流量均衡器202之间的良好电气接触。同样地，下内衬206可以在其中具有环形凹槽212。可以在凹槽212内设置导电材料208，以确保下内衬206与流量均衡器202之间的良好电气接触。在一个实施例中，导电材料208可以包含铜。在另一实施例中，导电材料208可以包含镍。
由于流量均衡器202电气耦接到上内衬204与下内衬206，流量均衡器202以内衬204、206来接地。因此，当存在RF等离子体时，寻求返回路径到接地的RF电流可以沿着流量均衡器202行进，并且上达上内衬204(如箭头“A”所示)或下达下内衬206(如箭头“B”所示)。腔室中的RF电流将沿最容易的路径行进到接地。通过将流量均衡器202电气耦接到内衬204、206，流量均衡器202将处于与内衬204、206相同的电位，并提供相同的到接地的路径。流量均衡器202(其电气耦接到内衬204、206)增加了通过内衬204、206到接地的路径的表面积，并且因此可以使等离子体于腔室中在衬底上方更均匀地延伸。若流量均衡器202电气漂浮或接地到基座，流量均衡器可能实际上吸引等离子体且产生边缘高蚀刻等离子体或中心高蚀刻等离子体(取决于其耦接到何处)，并且造成不均匀的蚀刻。
图3A为根据本发明另一实施例的流量均衡器300的示意俯视图。图3B为图3A的流量均衡器300的示意截面图。流量均衡器300具有悬部302，其放置在下腔室内衬上，并且其在蚀刻腔室中是流量均衡器300对下内衬和上内衬的电气耦接点。流量均衡器300具有穿过其间的孔308，孔308的中心线312偏离流量均衡器300的中心线310一距离(如箭头“G”所示)。在一个实施例中，此偏离可以在约0.75至约1.25英寸之间。在另一实施例中，此偏离可以在约0.90至约1.10英寸之间。该偏心孔308允许流量均衡器300的凸部304沿着180°半径渐渐减少宽度。凸部304设置在悬部302下方的位置处，从而使凸部304于蚀刻腔室中位于挡件下方。
图4A为根据本发明一个实施例的下内衬400的示意立体图。下内衬400包含内壁402，内壁402从底壁406向上延伸。内壁402保护基座下方的区域免于任何等离子体暴露。外壁404保护上内衬下方的腔室壁免于等离子体暴露。在外壁404与底壁406内，可以切穿其间形成一个或多个气体通道408。在一个实施例中，该气体通道408可以沿着外壁404与底壁406交错。在另一实施例中，该气体通道可以实质相同的，并且横跨外壁404与底壁406配置。
外壁404中的气体通道408可以在外壁404周围延伸仅相应于腔室中气室的部分。若气室在整个下内衬400周围延伸，则该气体通道408可在整个外壁404周围延伸。在一个实施例中，该气体通道408可以存在于外壁404上小于约50％的面积。同样地，在底壁406中的该气体通道可以在底壁406周围延伸仅相应于腔室中气室的部分。若气室在整个底部周围延伸，则该气体通道408可以沿着整个底壁406存在。
尽管腔室中大部分等离子体(即约99％)可以包含在挡件上方，一些等离子体被吸引到基座、挡件和流量均衡器下方是可能的。为了降低等离子体被吸引到气室、真空线路或真空泵内的可能性，可以设计气体通道408的尺寸从而得以避免等离子体通过其间。
图4B为图4A的下内衬400的示意仰视图。如图4B所示，底壁406中的该气体通道408可以延伸仅一部分的内衬400周围。在一个实施例中，该气体通道408可以存在小于底壁406的约25％。底壁406的底表面410可以具有导电材料412设置其中，以将下内衬400电气耦接到接地。在一个实施例中，导电材料412包含镍。在一个实施例中，导电材料412可以在下内衬400的底表面410周围径向延伸约270°。
图4C为图4A的下内衬400的耦接位置的示意截面图。此耦接可以包含埋头固定位置414。通过利用直通道对面的埋头固定位置414，下内衬400可以稳固地固定到腔室主体，以将因膨胀和收缩或腔室震动所造成的下内衬400的任何移动保持到最小。
通过将流量均衡器接地到下腔室内衬和上腔室内衬，流量均衡器可以提供经由该内衬到接地的路径，因此使腔室的处理区域内的等离子体分布予以均匀化。通过将等离子体分布予以均匀化，可以增加蚀刻均匀性。
虽然前述说明指向本发明的实施例，在不脱离本发明的基本范围下可以设计出本发明的其它与进一步实施例，并且本发明的范围由权利要求来决定。
Claims (11)
1.一种用于处理腔室的多部分内衬，包括：
下腔室内衬，包括耦接到内侧壁和外侧壁的底壁；
上腔室内衬，设置在所述下腔室内衬的上方；
环形挡件，设置在所述下腔室内衬的所述内侧壁的上方并且围绕基座；以及
流量均衡器，接触所述下腔室内衬和所述上腔室内衬两者并且在一部分的所述环形挡件下方延伸，所述流量均衡器包括：
悬部；以及
凸部，耦接到所述悬部且从所述悬部径向向内延伸，所述凸部具有穿过所述凸部的中心开口，其中，所述中心开口的中心线偏离所述流量均衡器的中心线一距离，其中，所述凸部在沿着所述凸部的第一位置处比沿着所述凸部的第二位置处在所述环形挡件的下方延伸更大的距离，
其中，所述上腔室内衬、所述下腔室内衬和所述流量均衡器电耦接在一起并且与所述基座电隔离。
2.根据权利要求1所述的多部分内衬，其中，所述上腔室内衬具有切入所述上腔室内衬的底表面中的第一环形凹槽，并且所述下腔室内衬包括切入所述下腔室内衬的顶表面中的第二环形凹槽，并且其中第一导电环设置在所述第一环形凹槽内，第二导电环设置在所述第二环形凹槽内，以及所述流量均衡器耦接至所述第一导电环和所述第二导电环。
3.根据权利要求1所述的用于处理腔室的多部分内衬，其中，所述内侧壁和所述外侧壁为实质环状。
4.根据权利要求1所述的用于处理腔室的多部分内衬，其中，所述凸部在所述挡件下方延伸的距离沿着所述凸部周围的180度半径逐渐减小。
5.根据权利要求1所述的用于处理腔室的多部分内衬，其中，所述内侧壁延伸到第一高度，并且所述外侧壁延伸到与所述第一高度不同的第二高度。
6.根据权利要求1所述的用于处理腔室的多部分内衬，其中，所述底壁和所述外侧壁各具有穿过所述底壁和所述外侧壁的多个气体通道，其中，所述外侧壁的至少两个气体通道具有不同的尺寸，并且其中，所述底壁的至少两个气体通道具有不同的尺寸。
7.根据权利要求1所述的用于处理腔室的多部分内衬，其中，所述外侧壁的至少两个气体通道具有实质相同的宽度，并且其中，所述底壁的至少两个气体通道具有实质相同的宽度。
8.根据权利要求6所述的用于处理腔室的多部分内衬，其中，所述外侧壁的至少两个气体通道和所述底壁的至少两个气体通道具有不同的长度。
9.根据权利要求6所述的用于处理腔室的多部分内衬，其中，所述内侧壁不具有穿过所述内侧壁设置的气体通道。
10.根据权利要求1所述的用于处理腔室的多部分内衬，其中，所述环形挡件的直径大于所述流量均衡器的中心开口的直径。
11.根据权利要求6所述的用于处理腔室的多部分内衬，其中，所述气体通道占所述外侧壁的面积小于50％。
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