CN105027269B - 通过聚合物管理提高蚀刻系统的生产率 - Google Patents

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Abstract

本文所述的多个实施方式大体涉及用于减少半导体处理腔室中聚合物沉积的装置与方法。提供了加热器外壳与多个热源，该加热器外壳与多个热源可被配置成保持该处理腔室的均匀温度剖面。还提供了一种保持该处理腔室介电顶板的均匀温度剖面的方法。

Description

通过聚合物管理提高蚀刻系统的生产率
发明背景
发明领域
本文所述的多个实施方式大体涉及用于减少半导体处理腔室中的聚合物沉积的装置与方法。更具体地，本文所述的多个实施方式涉及通过聚合物管理来提高蚀刻系统的生产率。
现有技术描述
等离子体腔室可在某些基板蚀刻处理中使用。这些腔室通常包括位于该腔室的圆顶或室顶背侧上的射频(RF)感应线圈，该腔室则覆盖正被处理的基板。可连接RF电源至该线圈，以将感应能量耦合至该腔室中，以在该正被处理的基板的远程处产生等离子体源区域。
使用这些腔室壁部及圆顶的循环(recurring)问题是：即使在蚀刻环境中，由该蚀刻工艺的多种副产物所造成的残留物也可能形成于这些壁部与该圆顶上。这样的副产物可能是从该基板移除的光刻胶层或其他材料。这些副产物可能呈气相或固相，并可能沉积于该腔室这些壁部与该圆顶上。除了这些副产物之外，某些蚀刻化学过程(chemistries)可能使用多种聚合(polymerizing)反应性气体，以增强在该基板上所蚀刻的某些类型的特征(例如过孔或沟槽)的侧壁保护。这些聚合反应性气体也可能沉积于邻近等离子体的这些诸如这些壁部或圆顶之类的内部表面上。
附着于这些腔室壁部与圆顶的残留物可能剥离并掉落于该腔室的处理区域中。任何落于该基板上的这样的颗粒都可能对制造于该基板上的集成电路造成故障或可靠度问题。如果使用陶瓷圆顶，该圆顶作为多个线圈天线的介电窗口，颗粒问题可能恶化。源线圈(source coil)用来耦合大量能量至该腔室中，并因此时常以高功率级(power level)操作。不可避免地，实质一小部分的RF能量在该圆顶中以热能方式消散。
然而，当多个基板循环进出该腔室时，该线圈仅以断断续续的方式操作，而陶瓷材料一般为不良的热传导体。因此，该圆顶材料承受重复及显著的温度摆动(swing)，这造成该圆顶重复性的热膨胀和收缩的循环。在紧邻该线圈的这些区域中，热效应(thermaleffect)是最大的。在这些条件下，该残留物更可能剥落并产生多种颗粒。
如先前所述，在蚀刻期间在这些壁部或圆顶上的残留物通常是不受欢迎的。该残留物可能对系统效能及所产生的基板上的结果而言是破坏性的。一种用以管理该残留物的方法是周期性置换该圆顶。然而，此方法非常昂贵且耗时。另一种管理该残留物的方法是清洁该腔室内部体积。然而，此方法强迫需要显著的系统停工期(downtime)，且需要技术人员的手动干涉(manual involvement)。
据此，该领域中需要的是一种用于以减少处理腔室停工期的及时(timely)及有成本效益的(cost efficient)方式来减少或控制在基板处理腔室中的聚合物沉积的装置与方法。
发明内容
本文所述的多个实施方式大体涉及减少半导体处理腔室中的聚合物沉积的装置与方法。更具体地，本文所述的多个实施方式涉及通过聚合物管理来提高蚀刻系统的生产率。
在一个实施方式中，提供用于处理基板的装置。该装置包括介电顶板、传导主体、基板支撑件与泵送口(pump port)，该介电顶板具有经粗糙化的表面，该传导主体设置于绝热器中，该泵送口设置于加热器外壳中。该加热器外壳包括设置于该加热器外壳中的多个加热元件，这些加热元件被配置成保持该泵送口的均匀温度剖面。还提供了多个热源，这些热源被配置成保持该介电顶板的均匀温度剖面。
在另一个实施方式中，提供控制聚合物沉积的方法。该方法包括：通过提供电力至一个或更多个射频(RF)线圈的方式而在处理腔室中形成等离子体，当实质上不提供电力至这些RF线圈时，提供电力至多个热源，以及将这些热源配置成通过交替对这些RF线圈与这些热源进行供电的方式来保持恒定的介电顶板温度。
而在又一个实施方式中，提供加热器外壳。该加热器外壳包括外壳主体、第一加热元件、第二加热元件与第三加热元件，该外壳主体绕着泵送口而设置，该第一加热元件设置在该泵送口的第一区域附近，该第二加热元件设置在该泵送口的第二区域附近，而该第三加热元件设置在该泵送口的第三区域附近。
附图简要说明
因此，以能够详细理解本发明的上述所列举的多个特征的方式，上文所简要概述的本发明的更具体的描述可通过参考这些实施方式来获得，这些实施方式中的一些实施方式图示于这些附图中。然而，要注意的是，这些附图只图示了本发明的典型实施方式，且因此不应被视为对本发明范围的限制，因为本发明可允许其他等效的实施方式。
图1为蚀刻反应器的示意侧视图。
为促进理解，在这些图式中已尽可能使用相同的附图标记来指示各图所共有的相同元件。预期，在一个实施方式中所公开的这些元件也可有益地在其他实施方式中使用，而无需特别详述。
详细说明
本文所述的多个实施方式可以是对任何等离子体辅助的基板工艺有益的，这些工艺诸如是蚀刻、沉积或其他类似工艺。适宜工艺的非限制实例包括在形成微机电系统(MEMS)器件或穿透硅的通孔(thru silicon via；TSV)应用中所使用的深硅(Si)蚀刻工艺。
图1为蚀刻反应器100的示意侧视图。该蚀刻反应器100可单独使用，或更一般地可作为群集工具或整合式(integrated)半导体基板处理系统的处理模块使用，该群集工具或整合式半导体基板处理系统诸如是可从Santa Clara,CA(美国加利福尼亚州圣克拉拉)的Applied Materials,Inc.(应用材料公司)购得的整合式半导体基板处理系统。可根据本文所述的这些实施方式被修改的适宜蚀刻反应器的实例包括ADVANTEDGETM线蚀刻反应器(诸如是AdvantEdge S或AdvantEdge H)、线蚀刻反应器(诸如是II、AE、HT、G3 poly etcher(多晶硅蚀刻器)、+、DT+DTM)，或其他蚀刻反应器，这些蚀刻反应器同样可从Santa Clara,CA(美国加利福尼亚州圣克拉拉)的Applied Material,Inc.(应用材料公司)购得。其他蚀刻反应器或非蚀刻等离子体处理设备(包括那些可从其他制造商购得的诸如是用于沉积、表面处理或其他类似处理的处理设备)也可根据本文所提供的这些教导进行修改。
该蚀刻反应器100包括处理腔室110，该处理腔室110具有处理空间115，在该处理空间115中设置基板支撑件116。等离子体产生器可在使用该蚀刻反应器100期间产生和/或维持等离子体于该处理空间115中，或可传送等离子体至该处理空间115。在某些实施方式中，该腔室110可提供设置于传导主体(壁部)130上方的圆顶形的介电顶板(也称为圆顶或介电窗口)。在某些实施方式中，该顶板120可具有其他几何形状，例如具有实质平坦的几何形状。该处理空间115可封闭于该传导主体130与该介电顶板120中。
该介电顶板120可包含诸如石英或矾土(alumina)之类的陶瓷材料。在一个实施方式中，可对该介电顶板120的经粗糙化的表面122进行粗糙化。该介电顶板120可经喷砂处理(bead blast)或用另一种适宜方法来进行粗糙化，以提供预定的表面粗糙度。在一个实施方式中，该表面粗糙度(以μin为单位进行测量)可在从约20Ra至约120Ra的范围内。可根据一部分被暴露于其中的特定处理条件(例如，诸如是但不限于在上面沉积的材料形式与厚度之类的半导体处理条件)来改变该预定表面粗糙度。该经粗糙化的表面122可提供较大的表面区域，该被沉积材料可附着及积聚至该表面区域。此外，经粗糙化的表面122可在该介电顶板120与该被沉积材料之间提供较佳的粘附，并使该被沉积材料更能抵抗剥落。
可相对于该处理空间115以非对称方式设置泵送口125，以从该处理空间115移除一种或多种气体。在一个实施方式中，该泵送口125可设置至该处理空间115的一侧，因此，在使用期间在该处理空间115中形成高低压不对称区域，这引起流动不对称性(flowasymmetry)。可用节流阀(未图示)及真空泵136来控制该处理空间115中的压力。在某些实施方式中，用于传送基板114进出该处理腔室110的狭缝阀102、和/或该处理腔室110本身的几何形状可能是该处理腔室110中任何流动不对称性的成因，或可有助于该流动不对称性。
在某些实施方式中，可提供加热器外壳160。该加热器外壳160可实质上围绕该泵送口125，因此该泵送口125可设置于该加热器外壳160中。该加热器外壳160可包括诸如多个电阻式(resistive)元件之类的多个加热器，这些加热器可被配置成保持该泵送口125的均匀温度剖面。
第一加热器162可设置在该泵送口125的第一区域126附近。该第一区域126可为该泵送口125的实质水平顶部部分，并可设置于该传导主体130与第二区域127之间。第二加热器164可设置在该泵送口125的该第二区域127附近。该第二区域127可以是设置于该第一区域126与第三区域128之间的竖直部分。在某些实施方式中，该第二区域可为实质环形。第三加热器166可设置在该泵送口125的该第三区域128附近。该第三区域128可为实质水平底部部分，该底部部分可设置在该腔室绝热器150与该第二区域127之间。在某些实施方式中，所述多个加热器与这些各自的区域可被独立地控制，以提供该泵送口125的均匀温度剖面。在某些实施方式中，所述多个加热器可被配置成保持该泵送口125于介于约50℃与约150℃之间诸如介于约80℃与约130℃之间的温度下。
所述等离子体产生器可以是任何适宜的等离子体产生器，诸如是射频(RF)等离子体产生器、远程等离子体产生器、或其他类似的等离子体产生器。在某些实施方式中，所述等离子体产生器包括耦接至电极的信号产生器118。一般而言，该信号产生器118以适宜在该处理腔室110中形成和/或保持等离子体的频率提供能量，或从该处理腔室110远程处提供能量。例如，该信号产生器118可提供频率约50kHz至约2.45GHz的信号。所述等离子体产生器可被配置成提供非对称等离子体于该处理腔室110中，该非对称等离子体可抵消该处理腔室110中的该非对称压力/流动条件。该信号产生器118可通过第一匹配网络119耦接至该电极，以将使用期间的反射功率(reflected power)最小化。
在某些实施方式中，该电极可为天线111，该天线111包括至少一个RF线圈112。在某些实施方式中，该天线111(如图1中所示)可设置于该介电顶板120上方，并可被配置成以感应方式将RF能量耦合至被提供到该处理空间115的处理气体。可通过注入器(未图示)从气体面板138提供该处理气体至该处理空间115。该天线111可通过该第一匹配网络119耦接至该信号产生器118。
该天线111可设置于该基板支撑件116上方。该基板支撑件116可通过第二匹配网络124耦接至偏压电源122。该偏压电源122可能能够产生在适宜频率下最大约1500W的RF能量。在某些实施方式中，由该偏压电源122所提供的信号频率可以是约400kHz至约13.56MHz。该偏压电力可以是连续或脉冲电力。在某些实施方式中，该偏压电源122可以是DC或脉冲式DC源。
外罩140可设置于该处理腔室110的该传导主体130上方。该介电顶板120与该天线111可设置于该外罩140中。诸如多个灯具之类的多个热源142可设置于该外罩140中。这些热源142可设置于该天线111上方。这些热源142可被配置成例如尤其在该天线111未被供能时加热该介电顶板120。风扇144可设置于该外罩140内且在这些热源142上方，并可被配置成使得在该外罩140内的空气循环，以提供从这些热源142至该介电顶板120的均一热分布。该风扇144也可被配置成冷却该天线111的这些RF线圈112。这些热源142与该天线111可被配置成保持该介电顶板120的均匀温度剖面。在某些实施方式中，这些热源142可被配置成保持该介电顶板120的实质恒定的温度。
在某些实施方式中，腔室绝热器150可绕着该传导主体130的一部分而形成。在某些实施方式中，实质上该传导主体130的全部都可被该腔室绝热器150所围绕。该腔室绝热器150可被配置成隔绝该处理腔室110，并在该天线111未被供能时提供遍及该处理腔室110各种区域的均匀温度剖面。该腔室绝热器150也可包括设置于该腔室绝热器150内的热交换器(未图示)。该热交换器可包括流体传输系统，以用于传输诸如水或乙二醇之类的液体。保持该传导主体130的均匀温度剖面可减少在该传导主体130上的残留物沉积。在某些实施方式中，该热交换器与该腔室绝热器150可将该传导主体130保持在介于约50℃与约150℃之间诸如介于约80℃与约90℃之间的温度。
虽然未在图1中图示，但是控制器可耦接至各种诸如以上所述的那些元件之类的元件，以在基板处理期间控制该蚀刻反应器100中所执行的各种处理参数。该控制器可以是任何形式的多种通用计算机处理器之一，并可用于工业设定中，以用于控制各种腔室与多种子处理器(sub-processor)。该控制器可包括中央处理单元(CPU)、存储器与用于该CPU的多种支持电路。该CPU的计算机可读介质或该存储器可以是一或多种立即可用存储器(readily available memory)，该立即可用存储器诸如是随机存取存储器、只读存储器、软盘、硬盘或任何其他形式的以局部(local)或远程方式存储的数字存储器。这些支持电路耦接至该CPU，以用于以传统方式支持该处理器。这些电路可包括高速缓冲存储器(cache)、多种电源、多种时钟(clock)电路、输入/输出电路与多种子系统、以及其他类似电路。操作的方法可作为软件程序(routine)被储存于该存储器中。该软件程序也可由第二CPU来储存和/或执行，该第二CPU位于正被该CPU所控制的该硬件的远程处。
将该处理腔室110保持在均匀的温度剖面对于控制该传导主体130与该介电顶板120上的残留物或多种聚合物材料的沉积是有益的。在一个实施方式中，这些热源142可被配置成保持该介电顶板120的均匀温度剖面。操作中，该天线111的这些RF线圈112可在“开”与“关”之间循环，以在该处理空间115中产生等离子体。当这些RF线圈112被供电时，这些线圈112加热该介电顶板120。当这些RF线圈112关闭时，这些RF线圈112便不对该介电顶板120提供热能。如果该介电顶板120冷却，在该介电顶板120上形成增加量的材料，而由于该介电顶板120与上面沉积的该材料之间的热膨胀系数的不同，后续便可能因为该介电顶板120受热而使该材料剥落于正被处理的该基板114上。
这些热源142可以以保持该介电顶板120的均匀温度剖面的方式在开与关之间循环。在一个实施方式中，当该RF线圈112开启时，这些热源142可关闭。在另一个实施方式中，当这些RF线圈112关闭时，这些热源142可开启。这些RF线圈112与这些热源142的循环可提供该介电顶板120的均匀温度剖面，这可减少来自该介电顶板120的残留物剥落。在某些实施方式中，这些热源142可被配置成将该介电顶板120保持在介于约50℃与约150℃之间诸如介于约80℃与约130℃之间的温度下。
在另一个实施方式中，该加热器外壳160与该多个加热器可保持该泵送口125的均匀温度剖面。保持泵送口125的均匀温度剖面可减少在该泵送口125的这些区域126、127及128上的残留物沉积。在某些实施方式中，该第一加热器162可将该第一区域126保持在第一温度下，该第二加热器164可将该第二区域127保持在第二温度下，而该第三加热器166可将该第三区域128保持在第三温度下。在一个实施方式中，该第一、第二与第三温度可被保持在约50℃与约150℃之间诸如约80℃与约130℃之间。
由于在该泵送口126的各种区域之间的不同热通量的缘故，多加热器与加热区域可提供对该泵送口125的改善的温度控制。例如，该第三区域128可能由于这些气体移动通过该泵送口125而经历较大的热通量。在该第一区域126附近可能有较少的气体流动，而因此在该处经历较小的热通量。据此，所述各种区域的独立控制可提供该泵送口的改善的温度均匀性。该泵送口125的各种区域的相对质量也可能影响温度均匀性。例如，该第一区域126可能比该第二区域127具有更大的质量，并可能需要较多的热输入，以将该第一区域126保持在与该第二区域127相同的温度下。该多区域加热器外壳160抵消由于该泵送口125的各种区域的气流与相对质量所造成的温度通量，并提供该泵送口125的改善的温度均匀性。
虽然前述内容针对本发明的多个实施方式，但在不背离本发明的基本范围的情况下可设计本发明的其他与进一步的实施方式，及本发明的范围由以下权利要求书来确定。

Claims (9)

1.一种用于处理基板的装置，所述装置包括：
介电顶板，所述介电顶板具有经粗糙化的表面；
传导主体，所述传导主体连接至所述介电顶板，所述传导主体设置在绝热器中，所述传导主体具有第一部分；
基板支撑件，所述基板支撑件设置在所述传导主体中，连接至所述传导主体的所述介电顶板界定所述基板支撑件之上的内部区域，并且所述基板支撑件被所述传导主体限定；
泵送口，所述泵送口从所述传导主体的第二部分形成并侧向耦接至所述传导主体的所述第二部分，并且所述泵送口与所述内部区域流体连通，来自所述传导主体所述第二部分的所述泵送口设置在加热器外壳中，所述加热器外壳具有设置在所述加热器外壳中的多个加热元件，这些加热元件被配置成将所述泵送口保持在介于80℃与130℃之间的温度下；以及
多个热源，这些热源被配置成保持所述介电顶板的均匀温度剖面。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述加热器外壳包括三个加热元件。
3.如权利要求2所述的装置，其中第一加热元件被配置成加热所述泵送口的第一区域。
4.如权利要求2所述的装置，其中第二加热元件被配置成加热所述泵送口的第二区域。
5.如权利要求2所述的装置，其中第三加热元件被配置成加热所述泵送口的第三区域。
6.如权利要求1所述的装置，其中所述多个加热元件被配置成保持所述泵送口的均匀温度剖面。
7.如权利要求1所述的装置，其中这些热源将所述介电顶板保持在介于80℃与130℃之间的恒定温度下。
8.一种加热器外壳，所述加热器外壳包括：
外壳主体，所述外壳主体绕着泵送口而设置，所述外壳主体耦接至传导主体的第一部分，而所述传导主体的第二部分设置成与所述外壳主体分离，其中当基板设置在所述传导主体的所述第二部分中时所述传导主体的所述第二部分被配置成限定所述基板；
第一加热元件，所述第一加热元件设置在所述泵送口的第一区域附近；
第二加热元件，所述第二加热元件设置在所述泵送口的第二区域附近；及
第三加热元件，所述第三加热元件设置在所述泵送口的第三区域附近，其中所述第一加热元件、所述第二加热元件和所述第三加热元件可操作以保持在介于80℃与130℃之间的温度下。
9.如权利要求8所述的加热器外壳，其中所述第一加热元件被配置成保持第一温度，所述第二加热元件被配置成保持第二温度，而所述第三加热元件被配置成保持第三温度，且其中所述第一温度、所述第二温度与所述第三温度是不同的。
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