CN108140550A - 具有减少的背侧等离子体点火的喷淋头 - Google Patents
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Abstract
本公开的实施例关于在处理腔室中使用的喷淋头组件。喷淋头组件包括多孔插入件，该多孔插入件布置于气体分配板与底板之间的空间中，以缓和由等离子体点火导致的侵蚀性基团，从而减少腔室中的颗粒问题及金属污染。多孔插入件是诸如金属之类的导电材料，用以减少间隙电场强度，或可以是诸如陶瓷、聚四氟乙烯、聚酰胺酰亚胺或其他在高频及强电场的条件下具有低介电损失及高电场强度的材料之类的介电材料。如此，电击穿阈值被增强。多孔插入件可减少和/或消除喷淋头背侧等离子体点火，且可包括覆盖气体分配板的气孔的多个同心窄环。
Description
技术领域
本公开的实施例大致关于半导体处理腔室，且更具体而言，关于适合用于减少喷淋头背侧等离子体点火的喷淋头组件。
背景技术
半导体处理牵涉数种不同的化学及物理处理，其中在基板上建立精密集成电路。组成集成电路的材料层通过化学气相沉积、物理气相沉积、外延生长及类似者而建立。某些材料层使用光刻胶掩模及湿式或干式蚀刻技术来图案化。利用来形成集成电路的基板可以是硅、砷化镓、磷化铟、玻璃或任何其他适合的材料。
典型的半导体处理腔室可具有许多部件。某些部件包括限定处理区的腔室主体、经适配以从气体供应器供应处理气体至处理区中的气体分配组件、用以激发处理区内的处理气体的气体激发器(例如，等离子体产生器)、基板支撑组件、及气体排放。某些部件可由零件组装而成。举例而言，喷淋头组件可包括结合至陶瓷气体分配板的导电底板。
以往的喷淋头具有当暴露至高RF电场条件时在气体分配板与底板之间的间隙中等离子体点火的问题。等离子体可被点火因此造成气体分配板及底板的变色。等离子体点火通常当在寻求较高功率(例如高于2000瓦)时发生。放电的处理气体造成在气体分配板及底板的暴露的表面上的沉积聚合物。侵蚀性基团不仅攻击衬垫密封件或喷淋头组件的结合材料，因此导致结合密封件腐蚀和/或衬垫密封件腐蚀以及热接触的松动，而且亦攻击阳极化的底板及其他此类保护涂层。累积的聚合物、松动的结合填料和/或阳极化材料的颗粒可通过气体分配板的气孔并且至等离子体腔室中，因此造成颗粒问题及污染。
因此，在本领域中需要一种改良的喷淋头组件，以减少背侧等离子体点火。
发明内容
在一个实施例中，公开一种在处理腔室中使用的喷淋头组件。喷淋头组件包括气体分配板、底板及多孔插入件。气体分配板具有多个气孔延伸穿过气体分配板的第一表面。底板具有至少一或更多气体运送孔延伸穿过底板的第一表面。底板的第一表面与气体分配板的第一表面之间限定一空间。多孔插入件定位于此空间中。穿过喷淋头组件的气体流动路径通过延伸穿过底板的一或更多气体运送孔、多孔插入件及气体分配板的气孔而限定。
在另一实施例中，公开包括喷淋头组件的用于处理基板的处理腔室。喷淋头组件包括气体分配板、底板、在气体分配板与底板之间限定的空间、以及定位于此空间内的多孔插入件。
在又另一实施例中，公开一种气体分配板。气体分配板包括盘形主体、在主体中限定的第一区、在主体中限定的第二区、多个圆形衬垫密封件、及第一多孔插入件。第一区包括延伸穿过主体的第一多个气孔。第一多孔插入件覆盖第一多个气孔。第二区围绕第一区且包括延伸穿过主体的第二多个气孔。多个圆形衬垫密封件与气体分配板耦合，且同心地座落于第一区及第二区内。
附图说明
上面简要概述并且下面将更详细论述的本公开的实施例可通过参考随附附图中描绘的本公开的图示实施例来理解。然而，应了解随附附图仅图示本公开的典型实施例，且因此不应视为限制本公开的范围，因为本公开认可其他等效实施例。
图1根据此处所述的一个实施例，图示处理腔室的一个实施例的剖视图
图2A根据此处所述的一个实施例，示意性地图示喷淋头的剖视图。
图2B根据此处所述的一个实施例，示意性地图示图2A的喷淋头的放大部分。
图3根据此处所述的一个实施例，示意性地图示具有多孔插入件的喷淋头的气体分配板。
为了帮助理解，尽可能地使用相同的组件符号标示附图中共有的相同组件。附图并非依照比例绘制，且为了清楚而可能被简化。应考虑一个实施例的组件及特征可有益地并入其他实施例中而无须进一步说明。
具体实施方式
本公开的实施例提供在处理腔室中使用的喷淋头组件。喷淋头组件包括在气体分配板与底板之间的空间中的多孔插入件，以缓和由等离子体点火导致的侵蚀性基团，从而减少腔室中的颗粒问题及金属污染。多孔插入件可以是诸如金属之类的导电材料，用以减少间隙电场强度，或可以是诸如陶瓷、聚四氟乙烯、聚酰胺酰亚胺或其他在高频及强电场的条件下具有低介电损失及高电场强度的材料之类的介电材料。如此，电击穿阈值被增强。多孔插入件可减少和/或消除喷淋头背侧等离子体点火，且可包括覆盖气体分配板的气孔的多个同心窄环。
图1为根据本公开的半导体处理腔室100的一个实施例的剖视图。适合的处理腔室100的一个示例可包括从加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司(Applied Materials,Inc.)可取得的ENABLERTM蚀刻系统。应考虑亦可将其他处理腔室，包括来自其他制造商的处理腔室，适配成从此处所公开的一或更多发明技术获得利益。
处理腔室100包括围封内部容积106的腔室主体102及盖104。腔室主体102通常由铝、不锈钢、或其他适合的材料制成。腔室主体102通常包括侧壁108及底部110。基板进出口(未显示)通常限定于侧壁108中，且由狭缝阀选择性地密封以帮助基板144进入及离开处理腔室100。外衬套116可定位为抵靠腔室主体102的侧壁108。外衬套116可用抗等离子体或抗含卤素气体的材料制成和/或涂布。
排气口126限定于腔室主体102中，且将内部容积106耦合至泵系统128。泵系统128通常包括一或更多泵及节流阀，用以排放及调节处理腔室100的内部容积106的压力。
盖104密封地支撑在腔室主体102的侧壁108上。盖104可开启以允许进入处理腔室100的内部容积106。盖104可任选地包括窗142，窗142帮助光学处理监控。在一个实施例中，窗142包含石英或对光学监控系统140利用的信号而言是可穿透的其他适合的材料。可经适配以从本公开获得利益的一个光学监控系统为从加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司(Applied Materials,Inc.)可取得的全光谱、干涉计量模块。
气体面板158耦合至处理腔室100以将处理和/或清洁气体提供至内部容积106。处理气体的示例可包括诸如C2F6、SF6、SiCl4、HBr、NF3、CF4、Cl2、CHF3、CF4及SiF4等等的含卤素气体，以及诸如O2或N2O之类的其他气体。载气的示例包括N2、He、Ar和/或对处理为惰性的其他气体以及非反应气体。在图1中所描绘的实施例中，入口132'、132”(总称为通口132)提供于盖104中以允许气体从气体面板158穿过喷淋头组件130运送至处理腔室100的内部容积106。
喷淋头组件130耦合至盖104的内表面114。喷淋头组件130包括耦合至导电底板196的气体分配板194。在某些实施例中，气体分配板194可结合或夹持至导电底板196。导电底板196可作为RF电极。在一个实施例中，导电底板196可由铝、不锈钢或其他适合的材料制成。气体分配板194可由硅结晶材料和/或陶瓷材料制成(例如碳化硅、块状钇或氧化钇)，以提供对含卤素化学物的抗性。或者，气体分配板194可涂布有钇或氧化钇，以延长喷淋头组件130的使用寿命。
导电底板196可通过热衬垫和/或黏着材料122结合或夹持至气体分配板194。
气体分配板194可以是平坦的盘形主体195。多个气孔134可穿过气体分配板194的主体195形成，且可退出气体分配板194的面向基板144的下表面。气体分配板194的气孔134与穿过导电底板196形成的相对应气孔154对齐。此对齐可允许气体从入口132(显示为132'、132”)穿过一或更多充气室(显示为127、129)流至处理腔室100的内部容积106中，以预定分布横跨正在腔室100中进行处理的基板144的表面。
喷淋头组件130可包括布置于盖104与导电底板196之间的分隔件125，分隔件125将内充气室127及外充气室129分开。形成于喷淋头组件130中的内充气室127及外充气室129可帮助防止从气体面板提供的气体在通过气体分配板194之前混合。当使用分隔件125时，黏着材料122的相对应层布置于气体分配板194与导电底板196之间，以在通过气体分配板194且至内部容积106中时隔绝提供至各个充气室127、129的气体。再者，喷淋头组件130可进一步包括区域穿透或通道138，适合用于允许光学监控系统140检视内部容积106和/或放置在基板支撑组件148上的基板144。通道138包括窗142，以防止气体从通道138泄漏。
在某些实施例中，喷淋头组件130可以是电浮动的(electrically floated)。一或更多RF功率源131可经由匹配电路133与诸如导电底板196之类的RF电极耦合。RF功率源131通常能够产生RF信号。RF功率源131可在底板196与气体分配板194之间产生电压，因此造成背侧等离子体点火。再者，喷淋头组件130可包括绝缘体135。
基板支撑组件148布置于处理腔室100的内部容积106中，在喷淋头组件130的下方。基板支撑组件148在处理期间保持基板144。基板支撑组件148通常包括布置成穿过此组件的多个升降销(未显示)，多个升降销被配置成从支撑组件148抬升基板144且帮助以传统的方式用机械手臂(未显示)替换基板144。内衬套118可涂布于基板支撑组件148的外围。内衬套118可以是抗含卤素气体的材料，实质上类似于外衬套116所使用的材料。在一个实施例中，内衬套118可由与外衬套116相同的材料制成。内衬套118可包括内部导管120，来自流体源124的热传递流体通过此导管提供以调节温度。
在一个实施例中，基板支撑组件148包括安装板162、底座164及静电卡盘166。底座164或卡盘166的至少一者可包括至少一个可选的内嵌加热器176、至少一个可选的内嵌隔离器174及多个导管168、170，以控制支撑组件148的横向温度分布。导管168、170流体耦合至将温度调节流体循环通过导管的流体源172。加热器176通过功率源178调节。导管168、170及加热器176用以控制底座164的温度，因而加热和/或冷却静电卡盘166。静电卡盘166及底座164的温度可使用多个温度传感器190、192监控。
静电卡盘166包含使用卡持功率源182控制的至少一个夹持电极180。电极180(或布置于卡盘166或底座164中的其他电极)可通过匹配电路188进一步耦合至一或更多RF功率源184、186，用于维持处理腔室100内的从处理和/或其他气体形成的等离子体。源184、186通常能够产生具有约50kHz至约3GHz频率及高达约10,000瓦功率的RF信号。
底座164通过结合材料136固定至静电卡盘166，结合材料136可实质上类似于用于结合喷淋头组件130中的气体分配板194及导电底板196的黏着材料122或与之相同。
图2A图示图1的喷淋头组件130的剖视图。如上所述，喷淋头组件130包括耦合至导电底板196的气体分配板194。气体分配板194可由含硅材料制成。气体分配板194可具有延伸穿过气体分配板194的第一表面210的多个气孔134。各个气孔134可具有介于约0.001英寸与约0.2英寸之间的直径。气体分配板194可具有与气体分配板194的第一表面210耦合的多个衬垫密封件212。在某些实施例中，衬垫密封件212可以是热衬垫密封件。在某些实施例中，衬垫密封件212可以是同心的。当底板196夹持至气体分配板194时，衬垫密封件212可压缩。在某些实施例中，衬垫密封件212可包含硅树脂类型的材料。在某些实施例中，衬垫密封件212可包含约80％的氧化铝材料。气体分配板194可包含气体分配板194的第一表面210附近的多个过滤环220。在某些实施例中，过滤环220可以是多孔过滤环。在某些实施例中，过滤环220可以是聚酰胺酰亚胺过滤环。在某些特定实施例中，过滤环220可以是多孔聚酰胺酰亚胺过滤环。
底板196可包含铝材料。在某些实施例中，底板196可包含多孔Teflon材料。底板196具有至少一或更多气孔154延伸穿过底板196的第一表面216。气体分配板194的第一表面210及底板196的第一表面216可与夹具222耦合在一起。在某些实施例中，夹具222可包含铝材料。气体分配板194的第一表面210与底板196的第一表面216的耦合可在气体分配板194的第一表面210与底板196的第一表面216之间限定空间218，其空间218中限定充气室127、129。空间218具有介于约0.01英寸与约0.2英寸之间的高度，例如介于约0.02英寸与约0.1英寸之间。
图2B示意性地图示图2A的喷淋头组件130的一部分的放大剖视图。如图2B所显示，在某些实施例中，插入件300可插入限定于气体分配板194的第一表面210与底板196的第一表面216之间的空间218中。
图3示意性地图示插入件300与气体分配板194耦合。插入件300可插入介于气体分配板194的第一表面210与底板196的第一表面216之间的空间218中。在某些实施例中，插入件300可以是多孔的。插入件300可包含导电材料，例如金属。导电材料可减少间隙电场强度。在其他实施例中，插入件300可包含介电材料，例如陶瓷、聚四氟乙烯、聚酰胺酰亚胺或其他在高频及强电场的条件下具有低介电损失和/或高电场强度的此类材料。如此，可增强电击穿阈值。在某些实施例中，插入件300包含定位于多个衬垫密封件212之间的多个同心环。插入件300可具有介于约2微米与约200微米之间的孔隙尺寸，例如介于约5微米与约120微米之间。在利用多孔插入件的某些实施例中，插入件300可具有介于约15％与约75％之间的孔隙度，例如介于约20％与约70％之间。插入件300可以是环形的和/或可匹配喷淋头组件130的形状。此外，插入件300可以是涂布气体分配板的顶面的一层材料。
如图3的实施例所显示，插入件300可包含多个同心窄环，以覆盖气体分配板194的气孔134。如此，插入件300可以是环形的。插入件300可屏蔽以防止喷淋头组件130内的等离子体点火。
在某些实施例中，喷淋头组件130可包含气体分配板194，气体分配板194包括形成在主体195中的多个区，例如第一区310及第二区320。第一区310可以是内区且第二区320可以是外区，其中第二区320围绕第一区310。气体分配板194的第一区310可包括第一多个气孔312，延伸穿过气体分配板194的主体195。第二区320可包含第二多个气孔322，延伸穿过气体分配板194的主体195。第一多个气孔312及第二多个气孔322可类似于如上所述的气孔134。气体分配板194可进一步包括多个衬垫密封件212，衬垫密封件212与气体分配板194耦合且同心地座落于诸如第一区310及第二区320之类的多个区的每一个区内。当底板196与气体分配板194夹持时，衬垫密封件212可压缩。在某些实施例中，衬垫密封件212可包含硅树脂材料。在某些实施例中，衬垫密封件212可包含约80％的氧化铝材料。插入件300可定位于第一区310内，使得插入件覆盖第一多个气孔312。插入件300可以是多孔插入件。在某些实施例中，多孔插入件300可以是导电材料。在某些实施例中，多孔插入件300可以是介电材料。在某些实施例中，插入件300具有介于约2微米与约200微米之间的孔隙尺寸，例如介于约5微米与约120微米之间。在某些实施例中，多孔插入件300具有介于约15％与约75％之间的孔隙度，例如介于约20％与约70％之间。在某些实施例中，气体可流动穿过插入件300并且离开第一多个气孔312和/或第二多个气孔322。
在某些实施例中，第二区320可包括第二插入件，其中第二插入件类似于如上所述的插入件300。如此，第二插入件可覆盖第二多个气孔322。
应考虑喷淋头组件130可包含任何数量的区，例如一个区、两个区、或超过两个区。区可以是同心的。亦应考虑插入件300可布置于任何区中。举例而言，在图3的实施例中，第一区310可包含插入件，同时第二区320不包含插入件300；第二区320可包含插入件300，同时第一区310不包含插入件300；和/或第一区310及第二区320中的每一个可各自包含插入件300。亦应考虑在某些实施例中，第一区310和/或第二区320的部分面积可由一或更多插入件300覆盖，同时剩余面积不含插入件300。
本公开的益处包括插入件的制造及生产并不昂贵，因此可减少成本。典型的气体分配组件在约600RF小时之后需要清洁，然而此处所公开的喷淋头组件需要少得多的清洁。额外的益处可包括减少或消除喷淋头组件及处理腔室中的颗粒或污染，且因为较少需要清洁而增加处理腔室的保养间隔。此处所公开的喷淋头组件可透过在气体分配板与底板之间的空间中包括插入件，而减少和/或消除喷淋头内的背侧点火、电弧及颗粒。再者，已完成测试且多孔插入件的使用将该空间减少至低于0.025英寸。已完成测试且结果显示在诸如高于约2.5kW的较高功率源可避免等离子体点火。
尽管上述内容针对本公开的实施例，但可作成本公开的其他及进一步实施例，而不悖离本公开的基本范围，且本公开的范围由以下的权利要求决定。
Claims (15)
1.一种在处理腔室中使用的喷淋头组件，包含：
气体分配板，所述气体分配板具有多个气孔延伸穿过所述气体分配板的第一表面；
底板，所述底板具有至少一或更多气体运送孔延伸穿过所述底板的第一表面，所述底板的第一表面与所述气体分配板的第一表面之间限定一空间；及
多孔插入件，所述多孔插入件位于所述空间中，其中穿过所述喷淋头组件的气流路径通过延伸穿过所述底板的所述一或更多气体运送孔、所述多孔插入件、及所述气体分配板的所述气孔来限定。
2.如权利要求1所述的喷淋头组件，其中所述多孔插入件是导电材料或介电材料。
3.如权利要求1所述的喷淋头组件，其中所述气体分配板进一步包含：
多个衬垫密封件，所述多个衬垫密封件被布置在所述气体分配板的第一表面与所述底板的第一表面之间。
4.如权利要求1所述的喷淋头组件，其中所述空间具有介于约0.02英寸与约0.1英寸之间的高度。
5.如权利要求3所述的喷淋头组件，其中所述多孔插入件包含：
多个同心环，所述多个同心环位于所述多个衬垫密封件之间。
6.如权利要求1所述的喷淋头组件，其中所述多孔插入件具有介于约5微米与约120微米之间的孔隙尺寸，且其中所述多孔插入件具有介于约20％与约70％之间的孔隙度。
7.如权利要求1所述的喷淋头组件，其中所述多孔插入件为环形的。
8.一种用于处理基板的腔室，包含：
喷淋头组件，所述喷淋头组件包含：
气体分配板；
底板；
限定于所述气体分配板与所述底板之间的空间；及
位于所述空间内的多孔插入件。
9.如权利要求8所述的腔室，进一步包含：
夹具，所述夹具用于接合所述气体分配板、所述底板及所述多孔插入件。
10.如权利要求8所述的腔室，其中所述多孔插入件是导电材料或介电材料。
11.如权利要求9所述的腔室，其中所述夹具包含铝材料，所述气体分配板包含铝材料，且所述底板包含硅材料。
12.如权利要求8所述的腔室，其中所述多孔插入件具有介于约5微米与约120微米之间的平均孔隙尺寸，且其中所述多孔插入件具有介于约20％与约70％之间的孔隙度。
13.一种气体分配板，包含：
盘形主体；
限定于所述主体中的第一区，所述第一区包含延伸穿过所述主体的第一多个气孔；
限定于所述主体中且围绕所述第一区的第二区，所述第二区包含延伸穿过所述主体的第二多个气孔；
多个圆形衬垫密封件，所述多个圆形衬垫密封件与所述气体分配板耦合且同心地座落于所述第一区及所述第二区内；及
第一多孔插入件，所述第一多孔插入件覆盖所述第一多个气孔。
14.如权利要求13所述的气体分配板，进一步包含：
第二多孔插入件，所述第二多孔插入件覆盖所述第二多个气孔。
15.如权利要求13所述的气体分配板，其中所述第一多孔插入件是导电材料或介电材料，其中所述第一多孔插入件具有介于约5微米与约120微米之间的平均孔隙尺寸，且其中所述第一多孔插入件具有介于约20％与约70％之间的孔隙度。
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