CN107112191B - 用于下一代先进等离子体技术的腔室主体设计架构 - Google Patents

用于下一代先进等离子体技术的腔室主体设计架构 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于处理基板的设备，且在一个实施例中，该设备包括：双腔室壳体，该双腔室壳体具有穿过该双腔室壳体形成的两个开口，第一泵接口构件，该第一泵接口构件与该双腔室壳体中形成的该两个开口中的一个开口同轴地对齐，以及第二泵接口构件，该第二泵接口构件与该双腔室壳体中形成的该两个开口中的另一个开口同轴地对齐，其中该泵接口构件的各者包含与该两个开口的中心线同心的三个通道。

Description

用于下一代先进等离子体技术的腔室主体设计架构
背景
技术领域
本文所述实施例一般涉及模块化的两腔室设计，该设计在两腔室的各者中提供独立处理。更具体来说，本文公开的实施例涉及蚀刻等离子体腔室技术与硬件设计架构，其提供了双腔室架构中用于多个工艺配方的独立可变间隙处理容积。
背景技术
随着技术节点进步与器件几何形状大小的缩小，需要有精准输入参数控制的蚀刻等离子体处理腔室。输入参数包括电、射频(RF)、气体流量与热控制。输入参数中的一或多个的对称性对于改善晶片上的均匀性与产量是重要的。可通过改善腔室硬件来提供输入参数的对称性。
因此，在本技术领域中对于改良的腔室以及使用该改良的腔室的方法是有所需求的。
发明内容
本发明公开一种用于处理基板的设备，且在一个实施例中，该设备包括：双腔室壳体，该双腔室壳体具有穿过该双腔室壳体形成的两个开口，第一泵接口构件，该第一泵接口构件与该双腔室壳体中形成的该两个开口中的一个开口同轴地对齐，及第二泵接口构件，该第二泵接口构件与该双腔室壳体中形成的该两个开口中的另一个开口同轴地对齐，其中该泵接口构件的各者包含与该两个开口的中心线同心的三个通道。
在另一个实施例中，提供一种用于处理基板的设备。该设备包括双腔室壳体，模块化泵接口，该模块化泵接口具有至少两个分开的内部容积，该至少两个分开的内部容积耦接至该双腔室壳体并且在该双腔室壳体内提供两个分开的处理容积。
在另一个实施例中，提供一种双容积基板处理腔室。该双容积基板处理腔室包括腔室主体，该腔室主体具有穿过该腔室主体形成的第一开口与第二开口，第一泵接口构件，该第一泵接口构件与该第一开口的中心线同轴地对齐，该第一泵接口构件具有平行于该中心线而于该第一泵接口构件中形成的多个第一通道，及第二泵接口构件，该第二泵接口构件与该第二开口的中心线同轴地对齐且与该第一泵接口构件流体地分隔，该第二泵接口构件具有平行于该中心线而于该第二泵接口构件中形成的多个第二通道。
附图说明
因此，以能详细地理解本公开的上述特征的方式，可通过参考实施例来获得对上面所简要概述的本公开的更具体的描述，所述实施例中的一些图示于所附附图中。然而，要注意的是，所附附图只描绘了本公开的典型实施例，并且由于本公开可允许其他等效的实施例，所以所附附图不应被视为对本公开的范围的限制。
图1A描绘双腔室壳体的等角视图。
图1B表示图1A中所示的双腔室壳体的分解视图。
图2A是腔室主体的顶视平面图。
图2B是图2A的腔室主体的侧视图。
图2C是沿着图2A的线2C-2C的腔室主体的侧视截面图。
图3A是双腔室壳体的顶视平面图，该双腔室壳体具有与腔室主体的开口轴向对齐的泵接口构件。
图3B是泵接口构件的一个实施例的等角视图。
图4A是腔室主体的截面平面图。
图4B是沿着图4A的线4B-4B的腔室主体的等角截面图。
图5是根据一个实施例的处理腔室系统的示意性截面图。
图6是耦接至泵接口的一个实施例的两个泵接口构件的部分的示意性侧视截面图。
图7是耦接至泵接口的另一个实施例的两个泵接口构件的部分的示意性侧视截面图。
图8是耦接至泵接口的另一个实施例的两个泵接口构件的部分的示意性侧视截面图。
为便于理解，在可能的情况下，已使用相同的数字编号代表附图所共有的相同的组件。可以预期，一个实施例中的要素与特征可被有利地纳入其他实施例中而无需赘述。
具体实施方式
本文所述的实施例一般涉及具有对称流动设计的腔室硬件与相关的方法以将处理后的副产品从腔室内部抽出并维持真空而能够改善流动传导性。本说明书所述的实施例亦提供具有用于在依轴向方向抽出气体之前的气流行进的较短平均自由路径的腔室。本发明提供的轴向对称的腔室硬件帮助减少晶片偏斜以及改善流动传导性。本发明公开的实施例包括双腔室主体设计，其包含处理部分与流动阻挡部分(flow block portion)。流动阻挡部分提供轴对称流且能够提供用于多个应用与工艺配方的可变处理容积。流动阻挡设计还可实现模块化设计解决方案和/或具有成本效益的制造。
图1A描绘双腔室壳体100的等角视图。图1B表示图1A中所示的双腔室壳体100的分解视图。双腔室壳体100包括具有双处理容积110A与110B的腔室主体105。处理容积110A与110B的各者可由腔室侧壁115与盖件(未图示)界定，盖件耦接至盖件接口120。双腔室壳体100亦包括模块化泵接口125，模块化泵接口125包含两个泵接口构件130，其形成处理容积110A与110B的边界。可将双腔室壳体100安装或改装于现有的半导体基板制造平台上，其中使用了可自加利福尼亚州圣克拉拉的应用材料公司商业取得的
Figure BDA0001349538540000031
处理系统。在其中可使用双腔室处理壳体100的平台的示例包括可自加利福尼亚州圣克拉拉的应用材料公司取得的
Figure BDA0001349538540000032
平台。双腔室处理壳体100的实施例亦可用于具有绕中心传送腔室设置的处理腔室的其他适用的处理系统或平台，其包含来自于其他制造商的处理系统或平台。如本说明书所述的双腔室壳体100可以耦接至平台或处理系统，而不增加平台或处理系统的占地面积。
双腔室壳体100包括分开的双处理容积110A与110B，其中个别的半导体基板可通过在基板上沉积材料、移除基板上的材料、加热基板或在基板上执行其他处理而被处理。处理容积110A与110B的各者可装配有喷头与基板支撑件(皆未图示)以实现诸如蚀刻、沉积或其他热处理之类的处理。处理容积110A与110B是环境分离的，使得处理参数可在各处理容积110A与110B中分别被控制。双腔室壳体100可由铝或其他处理兼容金属制成。可调整处理容积110A与110B的各者的大小以处理具有200毫米(mm)直径、300mm直径或450mm直径的基板。
盖件接口120可包括密封构件135(如o型环)，其利于盖件(未图示)之间的密封，盖件耦接至腔室主体105。在一些实施例中，可以铰链将盖件耦接至腔室主体105。在其他实施例中，可利用紧固件将盖件耦接至腔室主体105，紧固件耦接至形成于腔室主体105中的螺纹孔140。还在腔室主体105中形成开口145，用于传输基板进出处理容积110A和110B。
如图1B所示，泵接口构件130的各者可包括在其相对的两端上的凸缘142A和凸缘142B。第一凸缘142A(上凸缘)可包括形成于其中的开口145，以利于将个别的泵接口构件130耦接至腔室主体105。第二凸缘142B(下凸缘)可包括形成于其中的开口145，以利于将个别的泵接口构件130耦接至真空泵(未示出)。泵接口构件130包括形成于其中的沟槽150，且沟槽150被个别泵送通道155所环绕。在所示的实施例中，泵接口构件130的各者具有三个沟槽150与三个泵送通道155。沟槽150和/或泵送通道155可相对于彼此等间距。
双腔室壳体100包括于腔室主体105中形成的一对第一开口160A以及一组第二开口160B(对应于泵接口构件130的泵送通道155)，该组第二开口160B形成处理容积110A与110B(如图1A所示)。泵送通道155各者的容积在一些实施例中可以是实质上相等的。作为与泵送通道155有关的“实质上相等”包括彼此相同或在约1％至约5％内的体积度量。双腔室壳体100的中心线165由第一开口160A的各者与泵接口构件130的各者共享。泵送通道155与中心线165同心或同轴。因此，由第一开口160A与多个第二开口160B形成的处理容积110A与110B是轴向对称的，其能够增强处理容积110A与110B各者中的泵送和/或传导。
再次参照图1A，腔室主体105包括开口172，用于耦接至平台，如以上所述的
Figure BDA0001349538540000051
平台。腔室主体105亦可包括铰链特征174，以用于耦接至盖件(未示出)。腔室主体105亦可针对处理容积110A与110B的各者而包括一个观察端口170以及用于传感器(诸如端点检测装置)的端口175容积。对于处理容积110A与110B的各者，亦可包括用于压力感测装置的端口180。
图2A、2B与2C是双腔室壳体100的腔室主体105的各式视图。图2A是腔室主体105的顶视平面图。图2B是腔室主体105的侧视图。图2C是沿着图2A的线2C-2C的腔室主体105的侧视截面图。
如图2C所示，腔室主体105包括门200，门200在开口145内是可移动的。门200可与平台(诸如如上所述的
Figure BDA0001349538540000052
平台)上的传送腔室(未示出)交界。开口145亦可包括衬垫组件205。流体通道210亦可在腔室主体105中形成，以用于冷却腔室主体105。
图3A是具有泵接口构件130的双腔室壳体100的顶视平面图，泵接口构件130与腔室主体105的开口160A轴向对齐。泵接口构件130的泵送通道155(第二开口160B)的各者与中心线165同心。
图3B是泵接口构件130的一个实施例的等角视图。泵接口构件130包括邻近沟槽150的多个泵送通道155。沟槽150可被用于安装和/或可在处理容积110A与110B(图1A中所示)中使用的服务装置，如基板支撑件或基座。沟槽150向大气压力与温度开放，且可用于提供到基板支撑件或基座的控制连接(电气、液压、气动线路等)。
泵送通道155的各者由内侧壁300与外侧壁305包围。第一密封接口310A(如o型环或o型环通道或凹槽)可被包括以环绕由内侧壁300与泵接口构件130的底部320限定的大气区域315。第二密封接口310B(如o型环或o型环通道或凹槽)可被包括以环绕泵送通道155各者的周界。多个耦接构件325可至少部分地设置于沟槽150中。可使用耦接构件325来紧固周边部件(如基板支撑件或基座)或控制到基板支撑件或基座、到泵接口构件130的连接(电气、液压、气动线路等)。
图4A是腔室主体105的截面平面图及图4B是沿着图4A的线4B-4B的腔室主体105的等角截面图。
流体通道210被示出在腔室主体105中，流体通道210至少部分地环绕第一开口160A的各者。流体通道210可通过轧钻(gin drilling)形成。如图4B所示。流体通道210可经由入口400与出口405而耦接至流体源。
图5是根据一个实施例的处理腔室系统500的示意性截面图。处理腔室系统500包括根据本说明书描述的实施例的双腔室壳体100。但是，双腔室壳体100只有一侧示于此截面图中。处理腔室系统500可经配置而执行蚀刻处理，但也可用来执行化学气相沉积处理、外延沉积处理、硅通孔处理或在基板上的电子器件的制造中所使用的其他热处理。
处理腔室系统500包括处理容积110A，处理容积110A由第一开口160A与泵接口构件130的多个泵送通道155组成。所示基板支撑件或基座505至少部分定位于泵接口构件130与第一开口160A的大气区域315中。气体分配板或喷头510可设置在第一开口160A中。在一些实施例中，喷头510可用作阳极电极，而基座505的基板支撑表面515可用作阴极。气体可自气体源520被提供至处理容积110A，且由喷头510分布通过处理容积110A。盖件512可耦接至腔室主体105以封围处理容积110A。真空泵525可耦接至泵接口构件130，并且在一些实施例中，对称阀主体530被设置在真空泵525与泵接口构件130之间。真空泵525可以是涡轮分子泵而阀主体530可以是球形流量阀。
在一些实施例中，基座505耦接至升降电机，升降电机相对于喷头510垂直(Z方向)移动基座505的基板支撑表面515。支撑表面515的垂直移动可用来调整设置于基座505的基板支撑表面515上的基板(未图示)与喷头510之间的间隙。可基于基座505的垂直行程(stroke)来选择泵接口构件130的高度H。如果基座具有较短或较长的行程长度(或完全没有行程长度)，则可改变高度H以放大或最小化泵送通道155的容积。
图6是耦接至泵接口600的一个实施例的两个泵接口构件130的部分的示意性侧视截面图。泵接口600包括耦接至泵接口构件130和单一真空泵525的配接器壳体605。配接器壳体605包括内部容积610，内部容积610经由泵送通道155而与处理容积110A和110B(示于图1A中)选择性地流体连通。配接器壳体605包括第一阀615A，第一阀615A可操作来控制处理容积110A与内部容积610之间的流体连通。配接器壳体605还包括第二阀615B，第二阀615B可操作来控制处理容积110B与内部容积610之间的流体连通。可分别通过专用致动器620A与620B选择性地打开与关闭第一阀615A与第二阀615B的各者。每个致动器620A、620B可被耦接至控制器625，控制器625独立地控制阀615A和615B的打开与关闭。在一个实施例中，当阀615A与615B处于打开状态时，处理容积110A与110B的一者或两者与内部容积610流体连通。在另一个实施例中，当阀615A或615B中的一个被关闭时，仅相应的处理容积(110A或110B)与内部容积610流体连通。在一些实施例中，阀615A与615B可被部分地打开以用作与处理容积110A和110B的各者一起的节流阀。
图7是耦接至泵接口700的另一个实施例的两个泵接口构件130的部分的示意性侧视截面图。泵接口700包括耦接至泵接口构件130和单一真空泵525的配接器壳体705。配接器壳体705包括第一内部容积710A，第一内部容积710A与处理容积110A(示于图1A中)和中心或第三内部容积710C选择性地流体连通。配接器壳体705包括第二内部容积710B，第二内部容积710B与处理容积110B(示于图1A中)和第三内部容积710C选择性地流体连通。配接器壳体705包括第一阀715A，第一阀715A可操作来控制处理容积110A与第三内部容积710C之间的流体连通。配接器壳体705还包括第二阀715B，第二阀715B可操作来控制处理容积110B与第三内部容积710C之间的流体连通。可分别通过专用致动器720A与720B选择性地打开与关闭第一阀715A与第二阀715B的各者。每个致动器720A、720B可耦接至控制器625，控制器625独立地控制阀715A和715B的打开与关闭。在一个实施例中，当阀715A与715B处于打开状态时，处理容积110A与110B的一者或两者与第三内部容积710C流体连通。在另一个实施例中，当阀715A或715B中的一个被关闭时，仅相应的处理容积(110A或110B)与第三内部容积710C流体连通。在一些实施例中，阀715A与715B可被部分地打开以用作与处理容积110A和110B的各者一起的节流阀。
图8是耦接至泵接口800的另一个实施例的两个泵接口构件130的部分的示意性侧视截面图。泵接口800包括两个配接器壳体805A与805B，其具有各自的内部容积810A、810B。每个适配器壳体805A和805B耦接至专用真空泵525。内部容积810A与处理容积110A(示于图1A中)选择性地流体连通，而内部容积810B与处理容积110B(示于图1A中)选择性地流体连通。配接器壳体805A包括第一阀815A，第一阀815A可操作来经由泵送通道155而与处理容积110A选择性地流体连通。同样地，配接器壳体805A包括第二阀815B，第二阀815B可操作来经由泵送通道155而与处理容积110B选择性地流体连通。可分别通过专用致动器820A与820B选择性地打开与关闭第一阀815A与第二阀815B的各者。每个致动器820A、820B可耦接至控制器625，控制器625独立地控制阀815A和815B的打开与关闭。
图6-8中所示与所述的泵接口600、700与800的实施例提供了对于图1A的双腔室壳体100的处理容积110A与110B的各者的独立真空应用。可使用配接器壳体605、705与805A和805B以通过相应阀的致动而提供独立的流动方法(regime)。因此，可在处理容积110A与110B的各者中提供不同的或似相的压力。在一些实施例中，可关闭一个处理容积(即110A或110B)，使得可使用其他处理容积，如果需要的话，该其他处理容积提供对双腔室壳体100的一个腔室的利用。
如本文所述的双腔室壳体100的实施例包括处理腔室硬件的轴对称定位，其可改善处理容积110A与110B内部的处理流动的均匀性/传导性。双腔室壳体100的模块化提供不同尺寸(即容积和/或高度)的泵接口构件130的易于移除与附接。例如，泵接口构件130可基于泵接口构件130的制造高度H(图5)而于泵送通道155中包括可变的容积。高度H可基于基座505的行程长度。此外，双腔室壳体100的泵接口构件130提供了三个沟槽150和大气区域315以容纳基板支撑件的部件、RF/DC供给、水管线路、氦供给线路(用于背侧冷却)及类似物。将对称泵接口600、700或800与真空泵525安装于泵接口构件130提供了双腔室壳体100的处理容积110A与110B的各者中的对称流动与传导性。此外，工具的占地面积基本上是不变的。
本文所述的双腔室壳体100亦最小化或消除气体传导问题以及提供良好的处理控制与晶片上的均匀性。双腔室壳体100的基本轴对称减少了晶片的偏斜以及改善了腔室内部的流动传导性。此外，由双腔室壳体100提供的解决方案是简单、可扩展、可改造的且处理是透明的。通过将腔室主体简化成两个分开的部分(一个是腔室主体105，而另一个是泵接口构件130)来最小化制造成本，其减少了处理问题、精加工问题、工具问题和/或占地面积问题中的一或多个。由泵接口构件130促成的可变腔室容积提供了改善的均匀性以及对于16纳米(nm)节点的控制以及未来维持/应用的扩展(小于10nm节点)。
虽然前面所述是针对本公开的实施例，但在不背离本公开的基本范围的情况下，可设计本公开的其他与进一步的实施例，并且本公开的范围由随后的权利要求来确定。

Claims (12)

1.一种用于处理基板的设备，所述设备包括：
双腔室壳体，所述双腔室壳体具有穿过所述双腔室壳体形成的两个开口；
第一泵接口构件，所述第一泵接口构件与所述双腔室壳体中形成的所述两个开口中的一个开口同轴地对齐；及
第二泵接口构件，所述第二泵接口构件与所述双腔室壳体中形成的所述两个开口中的另一个开口同轴地对齐，其中所述泵接口构件的各者包含与所述两个开口的中心线同心的三个通道，各个所述泵接口构件的所述三个通道中的每两个通道由沟槽分隔，其中多个耦接构件被定位在所述沟槽中的每一个中，
其中，所述第一泵接口构件与所述第二泵接口构件耦接至配接器壳体上，所述配接器壳体具有内部容积并且耦接至真空泵，所述配接器壳体包括第一阀，所述第一阀可操作来控制所述第一泵接口构件的所述三个通道与所述配接器壳体的所述内部容积之间的流体连通，所述配接器壳体包括第二阀，所述第二阀可操作来控制所述第二泵接口构件的所述三个通道与所述配接器壳体的所述内部容积之间的流体连通。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述三个通道的各者具有实质上相等的容积。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述第一泵接口构件的所述三个通道的各者选择性地与第一真空泵连通以及所述第二泵接口构件的所述三个通道的各者选择性地与第二真空泵连通。
4.如权利要求1所述的设备，其中所述内部容积在所述第一泵接口构件的所述三个通道与所述第二泵接口构件的所述三个通道之间共享。
5.如权利要求1所述的设备，其中所述配接器壳体包括第一壳体与第二壳体。
6.如权利要求5所述的设备，其中，所述内部容积包括在所述第一壳体内的内部容积，所述第一壳体的所述内部容积与所述第二壳体的内部容积分隔。
7.一种用于处理基板的设备，所述设备包括：
双腔室壳体，所述双腔室壳体具有主体，流体通道形成在所述主体中；
模块化泵接口，所述模块化泵接口包含：
第一泵接口构件和第二泵接口构件，其中所述泵接口构件中的每一个包含三个通道，
至少两个分开的内部容积，所述至少两个分开的内部容积耦接至所述双腔室壳体并且在所述双腔室壳体内提供两个分开的处理容积，
其中，所述第一泵接口构件与所述第二泵接口构件耦接至配接器壳体上，所述配接器壳体具有内部容积并且耦接至真空泵，所述配接器壳体包括第一阀，所述第一阀可操作来控制所述第一泵接口构件的所述三个通道与所述配接器壳体的所述内部容积之间的流体连通，所述配接器壳体包括第二阀，所述第二阀可操作来控制所述第二泵接口构件的所述三个通道与所述配接器壳体的所述内部容积之间的流体连通。
8.如权利要求7所述的设备，其中所述第一泵接口构件与所述双腔室壳体中形成的两个开口中的一个开口同轴地对齐；并且
所述第二泵接口构件与所述双腔室壳体中形成的所述两个开口中的另一个开口同轴地对齐。
9.如权利要求8所述的设备，其中所述泵接口构件的各者的所述三个通道与所述两个开口的中心线同心。
10.如权利要求9所述的设备，其中所述第一泵接口构件的所述三个通道的各者包括实质上相同的容积。
11.如权利要求9所述的设备，其中所述第二泵接口构件的所述三个通道的各者包括实质上相同的容积。
12.如权利要求9所述的设备，其中所述第一泵接口构件的所述三个通道与所述第二泵接口构件的所述三个通道包括实质上相同的容积。
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