CN101960568A - 适合于用在衬底处理室中的气流均衡板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种适合于用在衬底处理室中的气流均衡板。一种气流均衡板用于用在衬底处理室中。该气流均衡板具有环形形状，其具有气流阻碍内部区域，以及允许处理气体通过但是留住处理气体中的诸如离子和自由基的特定成分的穿孔外部区域。内部和外部区域具有变化的径向宽度，以在衬底的表面上平衡处理气体的流动。在特定实施例中，气流均衡板可以被用来校正由于排气口相对于衬底支撑件的中心线偏移而引起的、在处理容积与排气口之间的室流动不对称性。

Description

适合于用在衬底处理室中的气流均衡板
技术领域
本发明的实施例涉及半导体衬底处理系统的领域。更具体地，本发明涉及适合于用在衬底处理室中的气流均衡板(equalizer plate)。
背景技术
随着半导体器件的尺寸逐渐减小，对于维持高产量最重要的是跨越衬底(其上形成有半导体元件)的处理均匀性。实际上，与在半导体器件制造中应用的传统等离子蚀刻处理相关的问题是跨越经处理的衬底蚀刻速率的非均匀性，该问题部分是由于反应组分与被蚀刻的衬底之间的横向偏移(lateral offset)引起的。造成反应组分从衬底中心偏移的一个因素是室排气口的径向位置。因为气体更容易被从更接近排气口的室区域吸出，所以反应组分会被吸向排气口，因而变得相对于衬底中心偏移。此偏移会造成衬底表面上的蚀刻均匀性损失。
为了进一步说明以上问题，图1是示出了传统的衬底处理室100的简要截面图。处理室100耦合到气体分配盘(gas panel)102以及真空泵104。处理室100包括侧壁110和底部112，它们部分地限定上方由盖子116封闭的处理容积114。衬底支撑件120大致设置在衬底容积114的中央区域，以在处理过程中支撑衬底122。气体分配板组件130设置在盖子116内侧，以使得从气体分配盘104提供的处理气体流动并分配。处理气体从气体分配板组件130朝向衬底支撑件120流动，并且经由耦合到真空泵104的排气口132而排出。设置在排气口132附近的节流阀134与真空泵104结合使用来控制处理容积114中的压力。为了确保由处理气体形成的等离子体被限制在容积114中，在衬底支撑件120的周围设置等离子体遮蔽板140。等离子体遮蔽板140包括多个夹缝142，而这些狭缝142的尺寸经过设计以阻挡等离子体进入衬底支撑件120下方的室的区域，而允许气体通过而到达排气口132。
在操作过程中，在将处理气体从气体分配板组件1 30朝向设置在衬底支撑件120上方的衬底122供应时，真空泵104被操作以排出流动通过等离子体遮蔽板140而到达排气口132的处理气体。然而，由于排气口132偏向衬底支撑件120的一侧定位，所以在衬底支撑件120的与排气口132相对应的那一侧上处理气体的流动趋向于更快。因此，在气体分配板组件130与衬底支撑件120之间的处理气体的流动不是对称的。因此在衬底表面上方的处理均匀性受到不利的影响。
因此，需要一种可以增进处理过程器件关于衬底表面上方的处理气体流动的均匀性的设备。
发明内容
本发明的实施例提供了适合于用在衬底处理室中的气流均衡板。在一个实施例中，气流均衡板包括具有中央开口的板主体，其中包主体包括邻近地围绕中央开口的内部区域，以及围绕内部区域的穿孔外部区域。内部区域具有沿着板主体的周长变化的第一径向宽度，来阻碍进入到内部区域的处理气体流，并且穿孔外部区域具有沿着板主体的周长变化的第二径向宽度并允许气流从其穿过。
在另一个实施例中，提供了具有改善的气体流动均匀性的衬底处理室。该处理室包括：具有处理容积的室主体，该处理容积限定在设置在室主体中的衬底支撑件与室主体的顶壁之间；真空泵，其耦合到位于衬底支撑件的一个横向侧的排气口；以及围绕衬底支撑件安装的气流均衡板。该气流均衡板包括具有中央开口的环形板主体，该板主体包括邻近地围绕中央开口的内部区域以及围绕内部区域的穿孔外部区域。内部区域具有沿着板主体的周长变化的第一径向宽度，来阻碍进入到所述内部区域的处理气体的气流，并且穿孔外部区域具有沿着板主体的周长变化的第二径向宽度并允许气流从其穿过。
附图说明
为了使得本发明的上述特征更明显易懂，可配合参考实施例的说明，其部分如图所示。然而，附图仅示出了本发明的典型实施例并且因此不能被认为是其范围的限制，本发明可以允许其他等价有效实施例。
图1是传统衬底处理室的简要截面图；
图2A是气流均衡板的实施例的等角图；
图2B是图2A的气流均衡板的平面图；
图2C是设置在气流均衡板中的一个狭缝的一个实施例的简要截面图；
图3A是示出了使用气流均衡板的衬底处理室的一个实施例的截面图；
图3B是图3A的处理室的俯视平面图，其示出了气流均衡板是如何围绕衬底支撑件定向的。
为了便于了解，在可能的情况下，相同附图标记被用来表示对于附图共有的相同元件。可以预料到一个实施例的原件和特征不需要特别描述而可有利地结合到其他实施例。
然而，需注意的是因为本发明可以承认其他相等效果的实施例，所以附图仅示出了本发明的示例实施例并且因此不能认为是范围的限制。
具体实施方式
这里描述的实施例提供了适合于用在衬底处理室中的气流均衡板。衬底处理室包括衬底支撑件、气体分配器、限定在衬底支撑件与处理室的顶壁之间的处理容积以及耦合至排气口的真空泵，其中排气口定位在衬底支撑件的横向侧面。气流均衡板设置在衬底支撑件的周围而位于排气口的上方和气体分配器的下方。气流均衡板具有环形形状，其具有气流阻碍内部区域以及允许处理气体通过但是防止等离子体通过的穿孔外部区域。外部区域的开口面积在板的不同部分具有变化，因此在处理气体从处理容积流动到排气口时，可以使得沿着衬底边缘通过的处理气体流均衡(equalize)。由此可以改善衬底表面上方的处理的均匀性。
图2A和图2B是示出了气流均衡板202的一个实施例的简化图。气流均衡板202具有环形形状，其设置有与衬底支撑组件的配置相对应的中央开口204。在一个实施例中，气流均衡板202可以由碳化硅(SiC)制成。在其它实施例中，气流均衡板202可以由含有钇的材料制成，诸如氧化钇(Y2O3)。气流均衡板202一般围绕板而具有开口面积的不对称分布，使得可以调整流经板的气流以对衬底上方的流动不对称性进行校正。
在一个实施例中，气流均衡板202被划分为与中央开口204的边缘相邻的非气流穿透性内部区域206以及围绕内部区域206的穿孔外部区域208。内部区域206由实心材料(solid material)形成，具有沿着气流均衡板202的周长而在最小宽度Vmin与最大宽度Vmax之间变化的径向宽度V，以阻挡气体流动。孔210可以围绕中央开口204而设置在内部区域206中，来将气流均衡板202固定到处理室中。也可以预料到内部区域206可以是穿孔的而外部区域208是实心的。
外部区域208包括多个孔，这些孔设置以允许更多的气流穿过板202的一侧，以平衡穿过衬底表面的气流。孔可以具有适合于控制流经其中的气流并且限制等离子体通过的多种形状或形式。在一个实施例中，孔主要由设置在内部区域206周围的多个邻接狭缝212构成。在一个实施例中，各个狭缝212的宽度可以小于等离子鞘层的厚度或宽度，因此，等离子体中的中性粒子可以通过狭缝212，但是可以阻挡住离子和自由基。
狭缝212可以具有除了图2B中示出的径向朝向之外的朝向。图2C是一个狭缝212的一个实施例的简要截面图。在一个实施例中，每个狭缝212的宽度L可以在约3mm到约4mm之间并且每个狭缝212的高度H可以在约12mm到约15mm之间。
往回参照图2B，外部区域208具有沿着气流均衡板202的周长而在最小宽度Wmin与最大宽度Wmax之间变化的径向宽度W。在一个实施例中，内部区域206的最小宽度部分Vmin小于外部区域208的最小宽度部分Wmin，并且内部区域206的最大宽度部分Wmax小于外部区域208的最大宽度部分Wmax。在一个实施例中，内部区域206的径向宽度V以及外部区域208的径向宽度W可以沿着气流均衡板202的周长互补地变化，以在将气流均衡板202用在具有对于衬底支撑件的中央而偏移的抽气口的处理室中时，使得穿过气流均衡板202的处理气体的流动均衡。
围绕外部区域208的狭缝(或其他几何形式的孔)的宽度差异导致板202的一侧相对于板的另一侧具有较大的开口面积。这允许在具有最大开口面积的区域设置在距离排气口180度的区域的状态下，将板的、具有最小开口面积的那一侧设置在处理室的抽气口附近和/或上方，以平衡由于排气口的偏移位置而引起的抽气不对称。也可以预料到如果需要将处理室的传导性限制为所选择的，以产生期望的效应，那么最大与最小开口面积的区域在板202上不一定相距180度或如上所述相对于排气口而定位。
图3A是示出了使用气流均衡板202的处理室300的一个实施例的简要截面图。处理室300耦合至气体分配盘302以及真空泵304。处理室300具有包括侧壁306和底部308的室主体，其中侧壁306和底部308部分地限定上方由盖子312封闭的处理容积310。衬底支撑件314大致设置在衬底容积310的中央区域，以在处理过程中支撑衬底316。一个或多个气体分配器设置在室中并在衬底支撑件314上方，以将处理气体和其他气体提供到处理容积310中。气体分配器可以是形成在室盖中的一个或多个喷嘴或口。在图3示出的实施例中，气体分配器是设置在盖子312内侧上的气体分配板组件320，以使得从气体分配盘302提供的处理气体流动并分配。处理气体从气体分配板组件320朝向衬底支撑件314流动，并且经由真空泵304从朝向衬底支撑件314的侧面偏移地定位的排气口322排出。设置在排气口322附近的节流阀324与真空泵304结合使用来控制处理容积310中的压力。气流均衡板202设置在衬底支撑件314周围，例如固定在形成在衬底支撑件的外径上的突出部或阶梯部328上。
图3B是示出了气流均衡板202是如何围绕支撑件314定向设置的俯视平面图。在一个实施例中，气流均衡板202可以设置为使得内部区域206的最大宽度部分Vmax以及外部区域208的最小宽度部分Wmin位于排气口322的一侧，例如位于排气口322的正上方；并使得内部区域206的最小宽度部分Vmin以及外部区域的最大宽度部分Vmax位于排气口的那一侧的径向相反侧。在从气体分配板组件320供应处理气体并操作真空泵304以经由排气口322排出处理气体时，因此会在排气口的那一侧上提供最大的流动限制。因此，可以获得跨越设置在衬底支撑件314上的衬底表面的处理气体的对称流动。
也可以预料到，可选择排气口的位置和/或板202的倾斜相对于水平面的旋转偏置，来校准由排气口位置所引起的流动的不对称性。也可以预料到，如果期望的话，也可以期望使用板202来引起跨越衬底的不对称的流动。
虽然上述内容关于本发明的实施例，但是在不超出本发明的基本范围的情况下，可以设计出本发明的其他实施例，并且本发明的范围由以下权利要求来决定。

Claims (15)

1.一种气流均衡板，包括：
具有中央开口的环形板主体，其中，所述板主体包括邻近地围绕所述中央开口的内部区域，以及围绕所述内部区域的穿孔外部区域；
其中，所述内部区域具有沿着所述板主体的周长变化的第一径向宽度，来阻碍进入到所述内部区域的处理气体流；并且
其中，所述穿孔外部区域具有沿着所述板主体的周长变化的第二径向宽度并允许气流从其穿过。
2.根据权利要求1所述的气流均衡板，其中，所述第一径向宽度与所述第二径向宽度沿着所述板主体的周长相反地变化。
3.根据权利要求1所述的气流均衡板，其中，所述第一径向宽度的最小值小于所述第二径向宽度的最小值。
4.根据权利要求1所述的气流均衡板，其中，所述第一径向宽度的最大值小于所述第二径向宽度的最大值。
5.根据权利要求1所述的气流均衡板，其中，所述外部区域包括围绕所述内部区域分布的多个狭缝，并且所述狭缝构造为防止等离子体从其通过。
6.根据权利要求5所述的气流均衡板，其中，所述狭缝具有在约3mm到约4mm之间的宽度以及在约12mm到约15mm之间的高度。
7.一种处理室，包括：
具有处理容积的室主体，所述处理容积限定在设置在所述室主体中的衬底支撑件与所述室主体的顶壁之间；
真空泵，其耦合到位于所述衬底支撑件的一个横向侧面的排气口；
气流均衡板，其外接所述衬底支撑件，其中，所述气流均衡板包括：
具有中央开口的板主体，其中，所述板主体包括邻近地围绕所述中央开口的内部区域，以及围绕所述内部区域的穿孔外部区域；
其中，所述内部区域具有沿着所述板主体的周长变化的第一径向宽度，来阻碍进入到所述内部区域的气流；并且
其中，所述穿孔外部区域具有沿着所述板主体的周长变化的第二径向宽度并允许气流从其穿过。
8.根据权利要求7所述的处理室，其中，所述板主体的内部区域紧固至所述衬底支撑件而所述外部区域不紧固到任何结构。
9.根据权利要求7所述的处理室，其中，所述第一径向宽度与所述第二径向宽度沿着所述板主体的周长相反地变化。
10.根据权利要求7所述的处理室，其中，所述第一径向宽度的最小值小于所述第二径向宽度的最小值。
11.根据权利要求7所述的处理室，其中，所述第一径向宽度的最大值小于所述第二径向宽度的最大值。
12.根据权利要求7所述的处理室，其中，所述外部区域包围绕所述内部区域分布的多个狭缝，并且所述狭缝构造为防止等离子体从其通过。
13.根据权利要求12所述的处理室，其中，所述狭缝具有在约3mm到约4mm之间的宽度以及在约12mm到约15mm之间的高度。
14.根据权利要求7所述的处理室，其中，所述板主体确定方向为使得所述第一径向宽度的最大值与所述第二径向宽度的最小值位于所述排气口的所述横向侧面。
15.根据权利要求7所述的处理室，其中，所述第二径向宽度的最小值位于所述排气口的正上方。
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