CN110383448A - 在后选择性蚀刻处理中减少基板上粒子形成的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本公开大体关于减少基板表面上的粒子污染物的设备与方法。在一个示例中，设备被实现为装载锁定腔室，包括被设置在加热器基座上方并且耦接至加热器基座的顶部加热器衬里。顶部加热器衬里通常包括顶部板与一个或多个壁，一个或多个壁将顶部加热器衬里支撑在加热器基座上方。由于顶部加热器衬里接触加热器基座，顶部加热器衬里通常被加热至污染粒子是挥发性的温度(例如，大于约100℃)。在操作中，通过或邻近热顶部加热器衬里的挥发性氟保持气态形式并由此排出装载锁定腔室。顶部加热器衬里因而有利地减少污染粒子沉积于基板表面上的可能性并改善整体产品收得率。
Description
技术领域
本公开的示例大体关于在半导体基板处理系统中减少在基板上的粒子形成的设备与方法。
现有技术
诸如平板显示器和集成电路的电子组件通常通过一系列处理来制造，在处理中层沉积在基板的表面上并且所沉积的材料被蚀刻成期望的图案。处理通常包括物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强CVD(PECVD)和其它等离子体处理方法。
在处理的多个阶段过程中遇到的一个问题是基板表面上污染粒子(例如，氟副产物)的浓度。在处理完成后，在装载锁定腔室内的加热器基座上加热基板时，这些污染粒子通常挥发成气体，随后在装载锁定腔室的较冷的顶壁或侧壁上凝固并积累。进一步加热通常导致积累的粒子裂开、自装载锁定腔室的顶壁或侧壁剥落并回落到基板表面上。这些表面污染粒子对组件功能性有害。将装载锁定腔室整体(包括较冷的顶壁或侧壁)加热以减少粒子污染物将为低效的，并且会降低可能在较高温度下无法操作的多个腔室部件的功能性。
因此，本领域需要在蚀刻处理之后有效地减少基板表面上的污染粒子产生的改进的设备和方法。
发明内容
本公开大体关于利用半导体基板处理系统中的装载锁定腔室中的加热器基座上方的顶部加热器衬里减少基板表面上的粒子污染物的设备与方法。在一个示例中，设备为装载锁定腔室。装载锁定腔室包括具有腔室壁与腔室盖的腔室主体。腔室壁的内部表面与腔室盖的底面限定内部体积。加热器基座被设置于内部体积中。顶部加热器衬里被设置为接触加热器基座。顶部加热器衬里包括顶部板。至少一个壁被设置为接触顶部板与加热器基座并将顶部板间隔于加热器基座上方。至少一个壁具有相隔180度设置的两个基板传送开口。
在另一个示例中，设备为装载锁定腔室。装载锁定腔室包括具有腔室壁与腔室盖的腔室主体。腔室壁的内部表面与腔室盖的底面限定内部体积。加热器基座被设置在内部体积中。顶部加热器衬里被设置为接触加热器基座。顶部加热器衬里包括顶部板；至少两个壁，被设置为与顶部板和加热器基座接触并且将顶部板间隔在加热器基座上方；两个基板传送开口，限定于至少两个壁之间并且位于顶部板下，基板传送开口相隔180度设置。
在又一个示例中，设备为顶部加热器衬里。顶部加热器衬里包括圆柱形顶部板、圆柱形顶部板与被设置为接触顶部板的至少一个壁。至少一个壁具有相隔180度设置的两个基板传送开口。
附图说明
为了可以详细地理解本公开的上文记载特征，可以通过参照实施例(某些描绘于附图中)而取得公开的更具体的描述内容(在上文中简短概述)。然而，值得注意的是附图仅描绘示例性示例并因此不被视为限制范围，因为此公开可以允许其他等效性示例。
图1是根据本文所述示例的示例性基板处理系统的示意性俯视图。
图2是根据本文所述示例的图1的装载锁定腔室的横截面图。
图3是根据本文所述的一个示例的图2的装载锁定腔室的顶部加热器衬里的透视图。
图4是具有图3的顶部加热器衬里的装载锁定腔室的示意图。
图5是根据本文所述的另一个示例的图2的装载锁定腔室的替代顶部加热器衬里的透视图。
图6是具有图5的顶部加热器衬里的装载锁定腔室的横截面图。
为了促进理解，已经尽可能利用相同的附图标记来标示附图中共有的相同组件。预期一个示例的组件与特征可有利地并入其他示例而不需要进一步详述。
具体实施方式
本公开大体关于在半导体基板处理系统中减少基板表面上的粒子污染物的设备与方法。在一个示例中，设备体现成装载锁定腔室。装载锁定腔室包括设置在加热器基座上方并且耦接至加热器基座的顶部加热器衬里。顶部加热器衬里通常包括穿孔的或实心的顶部板与将顶部加热器衬里支撑于加热器基座上方的一个或多个壁。由于顶部加热器衬里接触加热器基座，顶部加热器衬里通常被加热至基板表面污染粒子为挥发性的温度(例如，大于约100摄氏度(℃))。在操作中，通过热顶部加热器衬里或邻近热顶部加热器衬里的挥发性氟保持气态形式并由此排出装载锁定腔室。顶部加热器衬里由此有利地帮助减少污染粒子沉积于基板表面上的可能性并由此改善整体产品收得率。
图1是根据本文所述的示例的示例性基板处理系统100的示意性俯视图。示例性基板处理系统100包括多个处理腔室108a-f、传送腔室112、装载锁定腔室105与工厂接口114。传送腔室112耦接至装载锁定腔室105与处理腔室108a-f。装载锁定腔室105耦接于工厂接口114与传送腔室112之间。
工厂接口114保持在实质上大气压力，并且包括一个或多个机器人104，一个或多个机器人104用于在耦接至工厂接口114的晶片盒102与装载锁定腔室105之间传送基板。装载锁定腔室105操作用来在大气压力下从工厂接口114接收基板并接着将装载锁定腔室105的内部体积抽空至低压(即，真空)，此时基板通常接着由设置在传送腔室112中的第二机器人臂110从装载锁定腔室105传送进入传送腔室112中。
第二机器人臂110被配置为将基板传送进入基板处理腔室108a-f以进行处理。各个基板处理腔室108a-f可以经配备以执行基板处理运作，诸如干燥蚀刻处理、周期性层沉积(CLD)、原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、预清洗、基板除气、基板定向以及其他基板处理。基板处理腔室108a-f中的至少一个被配置为执行利用含卤素气体的处理。举例而言，基板处理腔室108a-f中的至少一个被配置为利用氟或含氟气体蚀刻基板。在基板处理腔室108a-f中的一个或多个中的处理后，基板由第二机器人臂110传送回装载锁定腔室105，并最终通过工厂接口114回到晶片盒102。
基板处理腔室108a-f中的至少一个被说明性地描述成蚀刻硅的处理腔室；然而，公开内容也适用于被配置为执行其他处理的处理腔室。如上所述，在处理的多个阶段过程中遇到的一个问题是基板表面上污染粒子的浓度。举例而言，氟化硅(SiF)为硅蚀刻常见的副产物，并且在大于约100摄氏度的温度下为挥发性的。在整个处理中，SiF表面污染粒子或蚀刻残留物积累在基板表面上。当在装载锁定腔室105中将处理过的基板排放到大气中时，这些表面污染粒子的至少某些污染粒子通常留在基板表面上。当基板在一对装载锁定腔室105中加热时，表面污染粒子通常挥发，然而，当包括来自SiF的氟的挥发副产物接触装载锁定腔室105的较冷的盖或侧壁时，氟与那些表面上的金属反应并通常形成膜，该膜易于裂开、剥落并作为污染物回落到基板表面上。如下方所论述的，该对装载锁定腔室105被配置为实质上减少装载锁定腔室105的表面上产生膜的可能性，该膜可以潜在地成为基板表面上的污染粒子。
装载锁定腔室105说明性地图示成单一基板支撑式装载锁定腔室；然而，本公开也适用于被配置为支撑两个或更多个基板的装载锁定腔室。举例而言，本公开也适用于具有下槽与上槽的堆叠式装载锁定腔室，下槽被配置为支撑第一基板而上槽被配置为支撑第二基板。此外，装载锁定腔室105说明性地图示成被配置为支撑圆形基板(例如，300毫米(mm)基板)的装载锁定腔室；然而，本公开也适用于具有任何形状与任何尺寸的基板以及被配置为支撑这些基板的装载锁定腔室。
图2是根据本文所述的示例的图1的装载锁定腔室105的横截面图。装载锁定腔室105通常包括由腔室壁206和腔室盖208所限定的腔室主体204。各个腔室壁206具有内部表面206a与外部表面206b。内部表面206a暴露至腔室主体204的内侧而外部表面206b暴露至大气，即腔室主体204外侧的环境。腔室壁206包括穿过腔室壁形成的两个狭缝阀开口222，其中一个图示于图2中。狭缝阀开口222选择性将腔室主体204连接至工厂接口114与传送腔室112。腔室盖208具有上表面208a与底面208b。内部体积224由腔室壁206的内部表面206a与腔室盖208的底面208b所限定。真空泵214耦接至装载锁定腔室105的内部体积224以将内部体积224中的压力控制在真空与大气状态之间。
加热器基座210与顶部加热器衬里212被设置在内部体积224中。加热器基座210耦接至支撑轴216，支撑轴216延伸通过腔室主体204。电阻加热组件202被设置在加热器基座210中并由延伸通过支撑轴216的缆线218耦接至电源(未图示)。加热组件202可以替代地为电阻加热器以外的适当加热组件。
顶部加热器衬里212通常包括顶部板260与一个或多个壁262。顶部板260与加热器基座210的上表面210a间隔距离226。距离226通常在约1000密尔与约2000密尔之间，例如约1300密尔。顶部板260与腔室盖208的底面208b间隔距离228。距离228通常在约50密尔与约200密尔之间，例如约100密尔。
图2说明性地图示被设置在装载锁定腔室105中的基板220。加热器基座210通常被设置大小以将基板220容纳在顶部加热器衬里212的壁262之间。如图2中所示，加热器基座210与顶部加热器衬里212的直径通常为实质上相等。加热器基座210的直径与顶部加热器衬里212的直径大于基板220的直径。举例而言，基板220的边缘与加热器基座210的边缘之间的距离230通常在约200与约500密尔之间，例如约470密尔。这些说明性距离例如利用300mm基板；然而，装载锁定腔室105与装载锁定腔室105的部件可以被配置为容纳其他形状与尺寸的基板。
由具有高导热率的材料(例如，金属，例如铝)制造顶部加热器衬里212。壁262将顶部加热器衬里212与加热器基座210耦接并将热自加热器基座210传导至顶部加热器衬里212。此耦接提供顶部加热器衬里212与加热器基座210之间的更稳健接触。顶部加热器衬里212与加热器基座210之间的稳健接触提高自加热器基座210至穿孔顶部板260的热传送。
图3是根据本文所述的一个示例被设置为接触加热器基座210的图2的装载锁定腔室105的顶部加热器衬里212的透视图。顶部加热器衬里212的顶部板260通常为穿孔的或实心的。在图3中所描绘的示例中，顶部板260通常包括允许气体通过的多个开口306。顶部板260具有自顶部板260的底面260a延伸的多个壁262(图3中图示为第一壁304a与第二壁304b)。壁304将顶部板260耦接至加热器基座210。一个或多个壁304通常通过紧固件或其他紧固机构将顶部板260耦接至加热器基座210。在一个示例中，加热器基座210包括形成于加热器基座210的表面中的一个或多个凹口或凹槽，凹口或凹槽被配置为与一个或多个壁304对齐并且耦接至一个或多个壁304。在另一个示例中，一个或多个壁304进一步包括紧固支架，紧固支架通过紧固件(诸如，螺丝、螺栓或销)耦接至加热器基座210。在又一个示例中，顶部加热器衬里212与加热器基座210可以由单一金属块制成，使得顶部加热器衬里212与加热器基座210为包括多个部件的单一单元。顶部加热器衬里212与加热器基座210之间的通过壁304的耦接提供顶部加热器衬里212与加热器基座210之间的更稳健接触。顶部加热器衬里212与加热器基座210之间的稳健接触提高从加热器基座210至穿孔顶部板260的热传送。
如图3中所示，顶部板260为圆柱形，且第一壁304a与第二壁304b间隔180度。第一壁304a与第二壁304b为弯曲的，使得壁304的外表面与加热器基座210的外边缘的周边齐平。第一壁304a与第二壁304b在加热器基座210与顶部板260之间产生两个基板传送开口302。基板传送开口302间隔180度使得两个基板传送开口302与两个狭缝阀开口222对齐，以促进将基板220传送进出装载锁定腔室105的相反侧。
基板传送开口302的高度足够大以允许机器人(例如，第二机器人臂110)与基板220通过基板传送开口302。由于第一壁304a与第二壁304b被间隔开，基板传送开口302也足够宽以容纳基板220通过基板传送开口302。在使用300mm基板的示例中，基板传送开口302通常宽于350mm。在使用450mm基板的示例中，间隔302通常宽于500mm。在使用200mm基板的示例中，基板传送开口302通常宽于250mm。尽管图3中所示的示例被描绘成第一壁304a与第二壁304b间隔180°并且基板传送开口302的高度从加热器基座210延伸至顶部板260，但顶部加热器衬里212可以包括具有两个基板传送开口302于其中的单一壁304，各个基板传送开口302的高度小于加热器基座210与顶部板260之间的高度，但仍足够大以容纳带有基板220的机器人通过基板传送开口302，并且基板传送开口302的宽度足够宽以容纳基板220通过基板传送开口302。
顶部板260的开口区域或开口306的尺寸和密度通常经选择以有效地促进在基板表面或较冷腔室壁和盖上的蚀刻残余物的挥发，并使挥发的材料450通过顶部板260的开口区域或开口306。换句话说，开口区域被选择以促进蚀刻残余物挥发成为气态挥发的材料450。通常响应于蚀刻残余物的粒子的预期大小选择顶部板260的开口区域，使得其为来自蚀刻残余物的剥落物提供物理阻障。
如上所述，蚀刻残余物通常在处理的多个阶段过程中积累于基板220的表面上。当基板220在经历多个处理(例如，硅蚀刻)后进入装载锁定腔室105时，蚀刻剂SiF副产物通常已经积累于基板220的表面上。在装载锁定腔室105中，基板220在加热器基座210上被加热。加热器基座210通常被加热至约200℃与约350℃之间的温度，而腔室主体通常处于约65℃与约90℃之间的温度。相较之下，由于壁304的传导性，顶部板260通常被加热至大于约100℃的温度或蚀刻残余物变为挥发性的温度。
如图4中所示，当基板220在加热器基座210上被加热时，如挥发的材料150的箭头所示，存在于基板上的蚀刻残余物470被挥发并向上移动而接触腔室主体204的较冷表面(通常为腔室盖20的底面208b)。蚀刻残余物与腔室主体204凝结并形成蚀刻残余物470的膜。由于腔室盖208的加热和冷却，蚀刻残余物470的积累膜通常裂开且剥落。在传统的系统中，来自蚀刻残余物470的膜的剥落物通常掉落并且沉积于基板220的表面上。然而，顶部加热器衬里212的存在使剥落物再挥发并且实质上减少或消除剥落物到达且污染基板220的表面。更具体地，当加热器基座210被加热至约200℃与约350℃之间时，由例如铝的传导材料所制成的一个或多个壁304将在加热器基座210处产生的热传导通过壁304并到达顶部板260，使得穿孔顶部板260的温度处于约150℃与约350℃之间。由于顶部加热器衬里212处于约150℃与约350℃之间的温度，挥发且通过或邻近顶部板260的蚀刻残余物保持挥发的且不积累于基板220的表面上。换句话说，顶部加热器衬里212允许来自已经积累于基板220的表面上的蚀刻残余物的挥发的材料450朝向腔室主体204向上移动。顶部加热器衬里212也避免来自由腔室主体204剥落的蚀刻残余物470的膜的材料落回至基板220的表面上。因此，顶部加热器衬里212将挥发的材料450捕获在限定在腔室主体204和顶部加热器衬里212之间的捕获区域416中。挥发的材料450通常接着由真空泵(图示于图2中)通过出口排出装载锁定腔室105。
图5是可以与图2的装载锁定腔室105一起使用的顶部加热器衬里512的另一个实施例的透视图。顶部加热器衬里512与顶部加热器衬里212相似；然而顶部加热器衬里512通常包括实心顶部板502与一个或多个壁504(说明性地图示第一壁504a与第二壁504b)。一个或多个壁504将实心顶部板502耦接至加热器基座210。一个或多个壁504通常通过紧固件或其他紧固机构将实心顶部板502耦接至加热器基座210。在一个示例中，加热器基座210包括形成于加热器基座210的表面中的一个或多个凹口或凹槽，凹口或凹槽被配置为与一个或多个壁504对齐并且耦接至一个或多个壁504。在另一个示例中，一个或多个壁504进一步包括紧固支架，紧固支架通过紧固件(诸如，螺丝、螺栓或销)耦接至加热器基座210。在又一个示例中，顶部加热器衬里512与加热器基座210可以由单一金属块制成，使得顶部加热器衬里512与加热器基座210为包括多个部件的单一单元。
如图5中所示，实心顶部板502为圆柱形，并且第一壁504a与第二壁504b间隔180度。第一壁504a与第二壁504b为弯曲的，使得壁504的外表面与加热器基座210的外边缘的周边齐平。
顶部加热器衬里512的直径通常如上所述参照顶部加热器衬里212而选择。
蚀刻残余物通常在处理的多个阶段过程中积累于基板220的表面上。当基板220在经历多个处理(例如，硅蚀刻)后进入装载锁定腔室105时，蚀刻剂SiF副产物通常已经积累于基板220的表面上。在装载锁定腔室105中，基板220在加热器基座210上被加热。加热器基座210通常被加热至约200℃与约350℃之间的温度，而腔室主体通常处于约65℃与约90℃之间的温度。
如图6中所示，当基板220在加热器基座210上被加热时，蚀刻残余物被挥发并形成挥发的材料450，挥发的材料450朝向实心顶部板502向上移动。在操作中，顶部加热器衬里512将挥发的材料650捕获在加热器基座210和实心顶部板502之间的空间中，并迫使挥发的材料450在基板表面与实心顶部板502之间横向移动。更具体地，当加热器基座210被加热至约200℃与约350℃之间时，由例如铝的传导材料所制成的一个或多个壁504将加热器基座210处产生的热传导通过壁504并到达实心顶部板502，使得实心顶部板502的温度处于约150℃与约350℃之间。由于顶部加热器衬里512处于约150℃与约350℃之间的温度，从基板220的表面朝向实心顶部板502移动的挥发的材料450保持挥发的。换句话说，顶部加热器衬里512允许积累在基板220的表面上的挥发的材料450朝向实心顶部板502向上移动，顶部加热器衬里512的热传播以保持挥发的材料450处于挥发的气态形式并且在捕获区域616中捕获挥发的材料450。挥发的材料450通常接着通过例如真空泵(图示于图2中)的出口排出装载锁定腔室105。
本文所述的设备与方法的好处包括进一步减少或消除基板经处理后装载锁定腔室中基板的表面上的粒子污染物。此基板表面粒子污染物的减少或消除造成提高的产量、均匀性与整体的半导体基板功能性。
尽管上文针对本公开的示例，但是可以在不背离本公开的基本范围下设计出本公开的其他或进一步示例，而本公开的范围由随附的权利要求所确定。
Claims (15)
1.一种装载锁定腔室，包括：
腔室主体，所述腔室主体具有腔室壁与腔室盖，所述腔室壁的内部表面与所述腔室盖的底面限定内部体积；
加热器基座，所述加热器基座被设置在所述内部体积中；以及
顶部加热器衬里，所述顶部加热器衬里被设置为接触所述加热器基座，所述顶部加热器衬里包括：
顶部板；以及
至少一个壁，所述至少一个壁被设置为接触所述顶部板与所述加热器基座，并且将所述顶部板间隔在所述加热器基座的上方，所述至少一个壁具有相隔180度设置的两个基板传送开口。
2.如权利要求1所述的装载锁定腔室，其中所述腔室盖的所述底面与所述顶部板之间的距离在约50密尔与约200密尔之间。
3.如权利要求2所述的装载锁定腔室，其中所述腔室盖的所述底面与所述顶部板之间的所述距离是约100密尔。
4.如权利要求1所述的装载锁定腔室，其中所述加热器基座与所述顶部板之间的距离在约1,000密尔与约2,000密尔之间。
5.如权利要求4所述的装载锁定腔室，其中所述加热器基座与所述顶部板之间所述该距离是约1,300密尔，并且其中，所述加热器基座与所述顶部板具有相同尺寸。
6.如权利要求1所述的装载锁定腔室，其中所述顶部板包括多个开口，所述多个开口的大小被设置为允许挥发的材料通过所述多个开口，但避免凝固的污染粒子通过所述多个开口。
7.如权利要求1所述的装载所述腔室，其中所述顶部加热器衬里至少包括相隔180度的第一壁与第二壁。
8.一种装载锁定腔室，包括：
腔室主体，所述腔室主体具有腔室壁与腔室盖，所述腔室壁的内部表面与所述腔室盖的底面限定内部体积；
加热器基座，所述加热器基座被设置在所述内部体积中；以及
顶部加热器衬里，所述顶部加热器衬里被设置为接触所述加热器基座，所述顶部加热器衬里包括：
顶部板；
至少两个壁，所述至少两个壁被设置为接触所述顶部板与所述加热器基座，并且将所述顶部板间隔在所述加热器基座的上方；以及
两个基板传送开口，所述基板传送开口被限定在所述至少两个壁之间并且位于所述顶部板下，所述基板传送开口被设置为相隔180度。
9.如权利要求8所述的装载锁定腔室，其中所述腔室盖的所述底面与所述顶部板之间的距离在约50密尔与约200密尔之间。
10.如权利要求9所述的装载锁定腔室，其中所述腔室盖的所述底面与所述顶部板之间的所述距离是约100密尔。
11.如权利要求8所述的装载锁定腔室，其中所述加热器基座与所述顶部板之间的距离在约1,000密尔与约2,000密尔之间，并且其中所述加热器基座与所述顶部板的直径大约相同。
12.如权利要求8所述的装载锁定腔室，其中所述加热器基座与所述顶部板之间的所述距离是约1,300密尔。
13.一种顶部加热器衬里组件，包括：
圆柱形顶部板；以及
至少一个壁，所述至少一个壁被设置为从所述顶部板延伸，所述至少一个壁具有被设置为相隔约180度的两个基板传送开口。
14.如权利要求13所述的顶部加热器衬里组件，其中所述顶部板是实心的，并且其中所述顶部板与所述至少一个壁由传导材料所制成。
15.如权利要求13所述的顶部加热器衬里组件，其中所述顶部板是穿孔的，并且包括穿过所述顶部板形成的多个开口。
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