CN104685608A - 具有闭环控制的底部和侧边等离子体调节 - Google Patents

具有闭环控制的底部和侧边等离子体调节 Download PDF

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Abstract

提供一种用于等离子体处理基板的装置。装置包含了处理腔室、设置于处理腔室里的基板支撑件,以及与处理腔室耦合的盖组件。盖组件包含了与电源耦合的导电性气体分配器。调节电极可设置在导电性气体分配器与腔室体之间用来调整等离子体的接地电路。第二调节电极可与基板支撑件耦合,且偏压电极亦可与基板支撑件耦合。

Description

具有闭环控制的底部和侧边等离子体调节
技术领域
本发明所述的实施例关于半导体制造装置与方法。具体言的,此处所述的实施例关于用于半导体基板的等离子体处理腔室。
背景技术
五十多年来,形成于集成电路上的晶体管数量大约每两年倍增一次。随着半导体芯片上形成的器件藉由现今设计的未来工艺,器件将从现今的临界尺寸20-30纳米缩小至未来的100埃以下,此两年倍增的趋势(亦被称为摩尔定律)预期将继续下去。因为器件尺寸的缩小,制造规模成长。随着几年前300毫米晶圆取代了200毫米晶圆,300毫米晶圆将在短期内被400毫米晶圆所取代。随着大面积半导体基板工艺在先进技术上的成长,用于逻辑芯片更大的制造规模指日可待。
工艺条件的均匀性对半导体制造一直非常重要,而随着器件的临界尺寸持续缩小与晶圆厂规模扩大,对非均匀性的容忍度也下降。产生非均匀性的原因众多,此些原因可能与器件性质、设备特征,以及制造过程中的化学与物理作用有关。由于半导体制造工业依循着摩尔定律发展,对于可具有高度均匀性处理的制造过程与设备仍有持续需求。
发明内容
本发明所述实施例提供一种处理半导体基板的装置,该装置具有处理腔室、设置在处理腔室里的基板支撑件,以及包含与电源耦合的导电性气体分配器的盖组件。电极被定位在导电性气体分配器与处理腔室体之间。电极可为用来调整腔室中等离子体条件的调节电极,且可为环绕处理空间一部份的环形构件。电极可被耦合至调节电路,该调节电路可能是包括电子控制器(例如可变电容器)的LLC电路,该电子控制器可用来调整处理腔室的接地通路。电子传感器可被用来监控电极的电力条件,并且可与电子控制器耦合以用于对等离子体条件的实时、闭环控制。
一或两个电极也可与基板支撑件耦合。一个电极可为偏压电极,且可与电源耦合。另一个电极可为第二调节电极,且可与具有第二电子传感器与第二电子控制器的第二调节电路耦合。
附图说明
本发明已简要概述于前,而经由对本发明更具体的描述以及参考的实施例(部分实施例绘示于附图中),上述所提的本发明技术特征可以得到更详尽的理解。然而,应当注意的是附图只绘示了本发明的典型实施例,且因为本发明可承认其它等效实施例,因此附图不应视为本发明范围的限制。
图1是依照一实施例的处理腔室的截面示意图。
图2是依照另一实施例的装置200的顶侧示意图。
图3是依照另一实施例的处理腔室的截面示意图。
为了便于理解,在可能的情况下,使用相同的参考标号代表附图中相同的元件。可以设想,一个实施例中所揭露的元件可在没有特别重述下有效地应用在其它实施例中。
具体实施方式
本发明所述的实施例提供一种用于处理半导体基板的装置。图1是依照一实施例的处理腔室100的截面示意图。处理腔室100的特征是具有腔体102、设置在腔体102内的基板支撑件104及与腔体102耦合并围住处理空间120内的基板支撑件104的盖组件106。基板经由开口126被提供给处理空间120,通常可使用门将开口126密封以作处理。
电极108可被设置在腔体102附近并将腔体102与盖组件106的其它元件隔离。电极108可为盖组件106的部分,或可为分离的侧壁电极。电极108可为环状或似环形的构件,且可为环形电极。电极108可以是绕着处理腔室100的周围的连续环,或如果需要的话,在选定的位置上可系非连续,处理腔室100包围处理空间120。电极108也可以是穿孔的电极,例如穿孔的环或网状电极。电极108也可以是平板电极,例如次级气体分配器。
隔离器110可为如陶瓷或金属氧化物的介电材料,例如氧化铝和/或氮化铝,隔离器110接触电极108并将电极108与气体分配器112和与腔体102作电绝缘或热隔绝。气体分配器112的特征是具有开口118,开口118用于接纳处理气体进入处理空间120。气体分配器112可以与电源142耦合,例如射频产生器。亦可使用直流电源、脉冲直流电源脉冲射频电源。
气体分配器112可为导电性气体分配器或非导电性气体分配器。气体分配器112也可由导电性和非导电性零件制成。例如,气体分配器112的主体可以是导电性的,而气体分配器112的面板可以是非导电性的。在等离子体处理腔室中,可供电给气体分配器112,如以下的图1和图3所示的实施例,或可将气体分配器112耦合至接地。
电极108可与控制处理腔室100的接地通路的调节电路128耦合。调节电路128包含电子传感器130与电子控制器134,电子传感器130与电子控制器134可为可变电容器。调节电路128可为LLC电路,LLC电路包括一个或多个电感器132。调节电路128可为任意电路,该任意电路的特征是在等离子体条件下具有可变的或可控制的阻抗,其中等离子体条件存在于处理过程中的处理空间120中。在图1的实施例中,调节电路128的特征是具有与电子控制器134串联的第一电感器132A以及与电子控制器134并联的第二电感器132B。电子传感器130可为电压或电流传感器,而且可与电子控制器134耦合以提供一定程度的处理空间120内的等离子体条件的闭环控制。
第二电极122可与基板支撑件104耦合。第二电极122可以被嵌入基板支撑件104或与基板支撑件104的表面耦合。第二电极122可以是板,多孔板,网状物,金属网,或任何其它的分布式装置。第二电极122可以是调节电极,且可藉由设置在基板支撑件104的轴144里的导管146与第二调节电路136耦合,例如,经由具有如50Ω选定电阻的缆线。第二调节电路136可具有第二电子传感器138与第二控制器140,第二控制器可为第二可变电容器。第二电子传感器138可为电压或电流传感器,并且可与第二电子控制器140耦合,以进一步控制处理空间120里的等离子体条件。
第三电极124(第三电极可为偏压电极和/或静电吸座电极)可与基板支撑件104耦合。第三电极可经由滤波器148与第二电源150耦合,滤波器148可为阻抗匹配电路。第二电源150可以是直流电源、脉冲直流电源、射频电源、脉冲射频电源,或以上所述的组合。
图1的盖组件106与基板支撑件104可与用于等离子体或热处理的任何处理腔室一起使用。等离子体处理腔室的一个实例(盖组件106与基板支撑件104可以有利地使用于该实例中)为可从Applied Materials,Inc.(位于Santa Clara,California)取得的平台与腔室。来自其它制造商的腔室也可与以上所述的零件使用。
在操作中,处理腔室100提供对处理空间120中等离子体条件的实时控制。基板设置在基板支撑件104上,且依据任何预期的流动计划而使用入口114将处理气体流过盖组件106。气体经由出口152离开腔室100。电源与气体分配器112耦合以建立处理空间120中的等离子体。如果需要,可使用第三电极124以使基板经受偏压。
一旦将处理空间120的等离子体加电,等离子体与第一电极108的电位差便产生。电位差亦产生于等离子体与第二电极122之间。电子控制器134和140可被用来调整由两个调节电路128与136所代表的接地路径的电流性质。设定点可被传递到第一调节电路128和第二调节电路136以提供对沉积速率与从中心到边缘等离子体密度均匀性的独立控制。在电子控制器都是可变电容器的实施例中,电子传感器可调整可变电容器以独立地最大化沉积速率以及最小化厚度非均匀性。
调节电路128与136各具有一个可变阻抗,可变阻抗可分别使用电子控制器134与140调整。当电子控制器134和140为可变电容器时,各可变电容器的电容范围,以及电感器132A和132B的电容,被选定以提供一阻抗范围,该阻抗范围取决于等离子体的频率与电压特性,阻抗范围在各可变电容器的电容范围中有一最小值。因此,当电子控制器134的阻抗为最小或最大值时,电路128的阻抗为高,而产生的等离子体形状具有一个覆盖于基板支撑件的最小表面覆盖。当电子控制器134的电容到达使电路128阻抗最小化的值时,等离子体的表面覆盖成长到最大值,从而有效地覆盖整个基板支撑件104的工作面积。随着电子控制器134的电容偏离最小阻抗设定,等离子体形状从腔室壁缩小且基板支撑件的表面覆盖缩小。电子控制器140具有类似的效应,当电子控制器140的电容改变时,增加及减少基板支撑件上的等离子体表面覆盖。
电子传感器130与138可分别用于闭环地调节电路128与136。关于电流或电压的设定点(取决于所使用传感器的类型)可建立于各传感器,且传感器可安装控制软件,控制软件分别调整各电子控制器134与140以减少与设定点的偏离。藉此方法,可以在处理过程中选择等离子体形状与动态控制等离子体形状。应当注意的是,前述讨论是基于为可变电容器的电子传感器134与140,任何有可调特性的电子元件可用于给调节电路128与136提供可变阻抗。
图2是依照另一实施例的装置200的顶侧示意图。装置200是处理腔室(所有的处理腔室都可为图1中处理腔室100的实施例)的集合,这些处理腔室与输送腔室208以及装载锁定组件204耦合。处理腔室100一般组合在串联单元202中,各串联单元202具有处理气体212的单独供应。串联单元202被定位在输送腔室208的周围,输送腔室208通常具有用于操作基板的机械手臂210。装载锁定组件204的特征是可具有两个装载锁定腔室206,装载锁定腔室206也是在串联装置中。
图3是依照另一实施例的处理腔室300的截面示意图。图3的处理腔室300在许多方面与图1的处理腔室100类似,且在两图中相同的元件有相同的编号。处理腔室300的特征是具有与基板支撑件104耦合的不同调节电路302。调节电路302具有与调节电路128相同的元件,也就是电子控制器140、电子传感器138、与电子控制器140串联的第一电感器304,以及与电子控制器140并联的第二电感器306。
图3中的调节电路302与图1中的调节电路136有相同的运作方式,在调整可变元件140时,图3中的调节电路302与图1中的调节电路136有不同的阻抗特性。调节电路302的阻抗与调节电路136的阻抗不同的方式取决于用于电感器304与306所选定的电感。因此,用于基板支撑件的调节电路的特性不仅可藉由选择可变电容器(可变电容器的电容值范围导致对于等离子体特性很有用的阻抗范围)而且还可藉由选择电感器(以更改使用可变电容器可得到的阻抗范围)来调整。如同调节电路136,可变电容器140调整经由基板支撑件到接地路径上的阻抗,改变电极122的电位与改变处理腔室120中的等离子体形状。
前面所述为本发明的实施例,在不背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的实施例。

Claims (15)

1.一种用于处理半导体基板的装置,包括:
处理腔室,所述处理腔室包含腔体;
基板支撑件,所述基板支撑件设置在所述处理腔室中;
盖组件,所述盖组件包含与电源耦合的导电性气体分配器;及
调节电极,所述调节电极设置在所述腔体与所述导电性气体分配器之间。
2.如权利要求1所述的装置,其中所述调节电极与调节电路耦合。
3.如权利要求2所述的装置,其中所述调节电路包括与电子控制器耦合的电子传感器。
4.如权利要求3所述的装置,其中所述电子传感器为电压或电流传感器且所述电子控制器为可变电容器。
5.如权利要求2所述的装置,其中所述调节电极通过隔离器与所述导电性气体分配器所隔离。
6.如权利要求5所述的装置,其中所述调节电路为所述处理腔室的接地通路。
7.一种用于处理半导体基板的装置,包括:
处理腔室,所述处理腔室包含腔体;
基板支撑件,所述基板支撑件设置在所述处理腔室中;
盖组件,所述盖组件包括与电源耦合的导电性面板;及
侧壁电极,所述侧壁电极设置在所述腔体与所述盖组件之间,其中所述侧壁电极与第一阻抗调节电路耦合。
8.如权利要求7所述的装置,其中所述基板支撑件包括偏压电极与调节电极。
9.如权利要求8所述的装置,其中所述偏压电极与电源耦合且所述调节电极与第二阻抗调节电路耦合。
10.如权利要求9所述的装置,其中所述偏压电极与阻抗匹配电路耦合。
11.如权利要求10所述的装置,其中所述侧壁电极与所述第一阻抗调节电路形成用于所述处理腔室的接地通路。
12.如权利要求9所述的装置,其中所述第一阻抗调节电路与所述第二阻抗调节电路各自包括与可变元件耦合的电子传感器。
13.如权利要求12所述的装置,其中所述电子传感器是电压或电流传感器且所述可变元件为可变电容器。
14.如权利要求13所述的装置,进一步包括控制器,所述控制器与每个阻抗调节电路耦合,其中所述控制器接收来自所述电子传感器的信号并调整所述可变电容器。
15.如权利要求7所述的装置,进一步包括第一隔离器,所述第一隔离器介于所述侧壁电极与所述盖组件之间,以及第二隔离器,所述第二隔离器介于所述侧壁电极与所述腔体之间。
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