CN110730999A - 具有多气体注入的等离子体剥离工具 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于处理工件的等离子体处理设备。在一个示例性实施例中，一种用于处理工件的等离子体处理设备包括：处理室，通过分离格栅与处理室隔开的等离子体室，以及被配置为在等离子体室中产生等离子体的感应耦合等离子体源。该设备包括设置在处理室内的基座，其被配置为支撑工件。该设备被配置为在第一平坦表面处将处理气体注入等离子体室的第一气体注入区，和被配置为在第二平坦表面处将处理气体注入等离子体室的第二气体注入区。分离格栅具有多个孔，该多个孔被配置为允许在等离子体中产生的中性粒子通过而到达处理室。

Description

具有多气体注入的等离子体剥离工具
优先权
本申请要求2017年12月27日提交的标题为“具有多个气体注入区的等离子体剥离工具”的美国临时申请第62/610,582号的优先权的权益，出于所有目的，通过引用将其并入本文。本申请要求2017年6月9日提交的标题为“具有均匀性控制的等离子体剥离工具”的美国临时申请序列号62/517,365的优先权的权益，通过引用将其并入本文。本申请要求2018年2月9日提交的标题为“具有多个气体注入区的等离子体剥离工具”的美国申请序列第15/892,723号的优先权的权益，出于所有目的，通过引用将其并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及用于使用等离子体源处理基板的设备、系统和方法。
背景技术
等离子处理在半导体工业中广泛用于半导体晶片和其他基板的沉积、蚀刻、抗蚀剂去除以及相关处理。等离子体源(例如，微波、ECR、感应等)通常用于等离子体处理，产生高密度等离子体和反应性物质，以用于处理基板。等离子体剥离设备可用于剥离处理，例如去除光致抗蚀剂。等离子剥离工具可以包括在其中产生等离子体的等离子体室和在其中处理基板的单独的处理室。处理室可以在等离子体室的“下游”，使得基板不会直接暴露于等离子体。分离格栅可用于将处理室与等离子体室隔开。中性粒子可以透过分离格栅，而来自等离子体的带电粒子不能透过。分离格栅可以包括带有孔的材料片。
等离子体剥离工具中的均匀性控制对于提高性能(例如，提高灰化率性能)可能是重要的。在不操纵处理参数的情况下，例如气体压力和流量以及提供给用于产生等离子体的感应线圈的RF功率，很难在等离子剥离工具中调节均匀性。
发明内容
所公开技术的方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可以通过描述显然可见，或者可以通过实践公开内容来获知。
本公开的一个示例方面涉及一种等离子体处理设备。等离子体处理装置包括：处理室，通过分离格栅与处理室隔开的等离子体室，被配置为在等离子体室中产生等离子体的感应耦合等离子体源，以及布置在等离子体室中的气体注入插入件。气体注入插入件具有周边部分和中心部分，该中心部分延伸超过周边部分一定垂直距离。该设备包括设置在处理室内的基座，其被配置为支撑半导体晶片。该设备包括第一气体注入区，该第一气体注入区被配置为在第一平坦表面处将处理气体注入等离子体室。该设备包括第二气体注入区，该第二气体注入区被配置为在第二平坦表面处将处理气体注入等离子体室。分离格栅具有多个孔，该多个孔被配置为允许在等离子体中产生的中性粒子通过而到达处理室。
参考以下描述和所附权利要求，可以更好地理解所公开技术的这些和其他特征、方面和优点。结合在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了所公开技术的实施例，并且与说明书一起用于解释所公开技术的相关原理。
附图说明
参考附图，在说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的对实施例的详细讨论，其中：
图1示出了示例性等离子体剥离工具；
图2示出了根据本公开的示例性实施例的示例性等离子体剥离工具的一部分；
图3示出了根据本公开的示例性实施例的示例性等离子体剥离工具的一部分；
图4示出了根据本公开的示例性实施例的示例性等离子体剥离工具的一部分；
图5示出了根据本公开的示例性实施例的示例性等离子体剥离工具的一部分；
图6示出了根据本公开的示例性实施例的示例性等离子体剥离工具的一部分；
图7示出了根据本公开的示例性实施例的示例性分离格栅的一部分；
图8示出了根据本公开的示例性实施例的示例性分离格栅的一部分。
具体实施方式
现在将详细参考实施例，在附图中示出了其一个或多个示例。通过举例解释说明实施例而不是限制本公开的方式来提供每个示例。实际上，对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可以对实施例进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一实施例一起使用以产生又一实施例。因此，旨在使本公开的各方面覆盖这样的修改和变型。
本公开的示例方面涉及等离子体剥离工具和等离子体处理设备中的均匀性控制。应当注意，短语“等离子剥离工具”和“等离子处理设备”，包括它们的复数形式，在本文中可互换使用。本公开的示例性实施例可用于使用可提供径向可调性的特征在等离子剥离工具中提供均匀性可调性。
径向可调性可以指在等离子剥离工具中处理的工件的中心部分与等离子剥离工具中处理的基板的周边部分之间延伸的径向方向上的可调性。根据本公开的示例性方面，例如，可以使用在等离子体室和/或处理室内的多区气体注入来实现径向可调性。
例如，在一些实施例中，等离子体剥离工具可以包括提供多区气体注入的等离子体室，其中每个区位于等离子体室内部的不同平坦表面处。例如，可以在等离子体室内部，在邻近等离子体室的径向中心部分的第一平坦表面处提供中心气体区，并且可以在等离子体室的径向边缘部分处，在等离子体室的第二平坦表面处提供边缘气体区。可以在中心气体区和边缘气体区之间提供相同或不同的气体。可以提供在等离子体室内部的不同平坦表面处具有气体注入的更多区，例如三个区、四个区、五个区、六个区域等，而不脱离本公开的范围。
根据示例性实施例，提供了一种用于处理工件的等离子体处理设备。该等离子体处理设备可以包括处理室、通过分离格栅与处理室隔开的等离子体室，以及被配置为在等离子体室中产生等离子体的感应耦合等离子体源。等离子体处理设备可以进一步包括设置在处理室内的基座，该基座被配置为支撑工件。此外，等离子体处理设备可以包括：第一气体注入区，其被配置为在第一平坦表面处将处理气体注入等离子体室；和第二气体注入区，其被配置为在第二平坦表面处将处理气体注入等离子体室。根据该示例性实施例，分离格栅具有多个孔，该多个孔被配置为允许在等离子体中产生的中性粒子通过而到达处理室。
在一些实施例中，第一平坦表面与等离子体室的顶板相关联，而第二平坦表面与气体注入插入件的中心部分相关联。在一些实施例中，气体注入插入件可以布置在等离子体室中。气体注入插入件可以具有周边部分和中心部分。中心部分可以延伸超过周边部分一定垂直距离。
在一些实施例中，气体注入插入件邻近等离子体室的侧壁限定气体注入通道。在该示例中，气体注入通道可进行操作以将气体馈送到由平坦表面、气体注入插入件和侧壁限定的有源区域中。在一些实施例中，气体注入通道可进行操作以防止等离子体在等离子体室内扩散。
在一些实施例中，等离子体处理设备还可以包括联接至第一气体注入区和第二气体注入区的公共气体源。在一些实施例中，第一气体源可以联接至第一气体注入区，而第二气体源可以联接至第二气体注入区。在该示例中，第一和第二气体源可以是两个独立的气体源。另外，第一气体注入区和第二气体注入区也可以配置为向等离子体室提供不同的气体。
在一些实施例中，分离格栅具有形成在分离格栅的中心部分上的气体注入孔口。气体注入孔口被配置为允许将气体注入工件。在该示例中，气体注入孔口可以与气体注入插入件的中心部分同轴地对准。在一些实施例中，气体注入孔口还可以直接联接至穿过气体注入插件的中心部分的气体通道。在一些实施例中，气体注入孔口还可以联接至独立的气体源。
在一些实施例中，分离格栅具有形成在分离格栅的周边部分上的气体注入孔口。该气体注入孔口可以被配置为允许将气体注入工件。在该示例中，气体注入孔口可以联接至独立的气体源。
在一些实施例中，分离格栅具有形成在分离格栅的中心部分上的第一气体注入孔口和形成在分离格栅的周边部分上的第二气体注入孔口。第一气体注入孔口和第二气体注入孔口可以被配置为允许将气体注入工件。在一些实施例中，第一气体注入孔口和第二气体注入孔口可以联接至单个气体源。在一些实施例中，第一气体注入孔口和第二气体注入孔口也可以联接至独立的气体源。
另一示例性实施例涉及一种用于处理工件的等离子体处理设备。该等离子体处理设备可以包括处理室、通过分离格栅与处理室隔开的等离子体室，以及被配置为在等离子体室中产生等离子体的感应耦合等离子体源。等离子体处理设备还可包括设置在处理室内的基座。该基座被配置为支撑工件。分离格栅具有形成在分离格栅的中心部分上的第一气体注入孔口和形成在分离格栅的周边部分上的第二气体注入孔口。第一气体注入孔口和第二气体注入孔口被配置为允许将气体注入工件。
在一些实施例中，第一气体注入孔口和第二气体注入孔口可以联接至单个气体源。在一些实施例中，第一气体注入孔口和第二气体注入孔口也可以联接至独立的气体源。
为了说明和讨论的目的，参考“晶片”或半导体晶片来讨论本公开的各方面。但是通过使用本文提供的公开内容，本领域普通技术人员可以理解，本公开的示例性方面可以与任何半导体基板或其他合适的基板结合使用。此外，术语“约”与数值结合使用旨在指在所述数值的10％范围以内。术语“基座”的使用可以指可进行操作以在处理期间支撑工件的任何结构。
现在参考附图，现在将阐述本公开的示例性实施例。图1示出了示例性等离子体剥离工具100。剥离工具100包括处理室110和与处理室110隔开的等离子体室120。处理室110包括可进行操作以保持基板114的基板保持器或基座112。可以在等离子体室120(即，等离子体产生区域)中产生感应等离子体，并且随后，通过设置在将等离子体室120与处理室110(即下游区域)隔开的分离格栅116上的孔，将期望的粒子从等离子体室120引导到基板114的表面。
分离格栅可以包括多个孔、穿孔、通道或其他开口，以允许粒子从等离子体室120流到处理室110。粒子用于如本文所述处理半导体基板。例如，分离格栅116可以分离等离子体中的带电离子，并允许其他粒子通过而到达半导体晶片。分隔格栅可以由任何合适的材料形成。
等离子体室120还可以包括电介质侧壁122和顶124。电介质侧壁122和顶124限定等离子体室内部125。电介质侧壁122可以由诸如石英的任何电介质材料形成。顶124也可以被称为“顶板”。
感应线圈130可以邻近等离子体室120周围的电介质侧壁122设置。感应线圈130可以通过合适的匹配网络132联接到RF功率发生器134。感应线圈130可以由任何合适的材料形成，包括适合于在等离子体室120内诱导等离子体的导电材料。例如，可将反应物和载气从气体供应源150提供到室内部。当使用来自RF功率发生器134的RF功率来激励感应线圈130时，在等离子室120中会引起实质上感应的等离子体。在特定实施例中，等离子体剥离工具100可以包括接地的法拉第屏蔽128，以减少感应线圈130到等离子体的电容耦合。接地的法拉第屏蔽128可以由任何合适的材料或导体形成，包括与感应线圈130相似或基本相似的材料。
为了提高效率，等离子剥离工具100可以包括设置在室内部125中的气体注入插入件140。气体注入插入件140可以可移除地插入室内部125中，或者可以是等离子体室120的固定部分。气体注入插入件140还可以包括或限定一个或多个如下所述的气体注入通道。
在一些实施例中，气体注入插入件140可以邻近等离子体室的侧壁限定气体注入通道。气体注入通道可以将处理气体馈送到邻近感应线圈130的室内部中，并馈送到由气体注入插件140和侧壁122限定的有源区域中。该有源区域在等离子体室内提供了一个约束区域，以用于电子的有源加热。
根据一种实施方式，气体注入通道相对较窄。狭窄的气体注入通道防止等离子体从室内部扩散到气体通道中。气体注入插入件140还可以迫使处理气体通过其中电子被有源加热的有源区域。现在将参照图2至图6阐述用于改善剥离工具或等离子处理设备(例如，剥离工具100)的均匀性的各种特征。
图2示出了根据本公开的示例性实施例的示例性等离子体剥离工具的一部分。如图所示，剥离工具包括在等离子体室120中的不同平坦部分(例如，平坦表面)处的多个气体注入区。
例如，在图2中，中心气体注入区152位于插入件140的平坦表面上。边缘气体注入区154位于顶板124的平坦表面上。气体分流器155可用于在中心气体注入区152和边缘气体注入区154之间对来自公共气体源的处理气体进行分流(例如，相同的气体组合)。在一些示例实施例中，可以使用独立的气体源来供给多个气体注入区。
图3示出了根据本公开的示例性实施例的示例性等离子体剥离工具的一部分。如图所示，剥离工具包括在等离子体室120中的不同平坦部分(例如，平坦表面)处的多个气体注入区。例如，中心气体注入区152位于插入件140的平坦表面上。边缘气体注入区154位于顶板124的平坦表面上。中心气体注入区152可具有独立的气体源156。边缘气体注入区154可以具有独立的气体源157。可以将相同或不同的气体或气体组合提供给中心气体注入区152和边缘气体注入区154。尽管被示出为使单个气体注入开口与不同的气体注入区相关联，但是根据一些示例性实施例，可以将多个气体注入开口与气体注入区中的一个或多个相关联。
图4示出了根据本公开的示例性实施例的示例性等离子体剥离工具的一部分。如图所示，剥离工具包括在等离子体室120中的不同平坦部分(例如，平坦表面)处的多个气体注入区。例如，中心气体注入区152位于插入件140的平坦表面上。边缘气体注入区154位于顶板124的平坦表面上。气体分流器155可用于在中心气体注入区152和边缘气体注入区154之间对处理气体进行分流(例如，相同的气体组合)。可以在中心气体注入区152处设置多个气体注入开口。在一些示例性实施例中，中性气体注入区可以与分离格栅116相关联，以向处理室110和/或基板114提供气体。
图5示出了根据本公开的示例性实施例的示例性等离子体剥离工具的一部分。如图所示，等离子体剥离工具包括在分离格栅116的中心部分上的中心气体注入孔口162。等离子体剥离工具包括在分离格栅116的边缘部分处的边缘气体注入孔口164。中心气体注入孔口162可以具有独立的气体源157。边缘气体注入区164可以具有独立的气体源158。可以将相同或不同的气体或气体组合提供给中心气体注入孔口162和边缘气体注入区164。可以经由孔口162和/或164将中性气体(例如，氮气、氦气、氩气)注入工件。
图6示出了根据本公开的示例性实施例的另一示例性等离子体剥离工具的一部分。等离子体剥离工具包括在分离格栅116的中心部分上的中心气体注入孔口162。等离子体剥离工具包括在分离格栅116的边缘部分处的边缘气体注入孔口164。气体分流器155可用于在中心气体注入孔口162和边缘气体注入孔口164之间对来自公共气体源的气体进行分流(例如，相同的气体组合)。
如上所述，已经详细描述了等离子体处理设备的若干示例性实施例。等离子体处理设备可以包括多个气体注入区，其被配置为增加对基板(诸如半导体晶片)的等离子体处理中的均匀性。多个气体注入区中的每个气体注入区可以包括独立的气体源，可以共享气体源，或者可以包括气体源的多个组合。例如，两个气体注入区可以共享第一气体源，而第三气体注入区联接至一不同的气体源。另外，多种不同的气体和相关的源可以如本文所述和所示地组合。
等离子体处理设备还可以包括在分离格栅格处并被配置为向工件提供气体(例如，中性气体)的气体注入区/孔口。气体注入区可以由气体源馈送。此外，每个气体注入区可以包括不同的气体源或可以共享公共的气体源。这些以及其他实施方式被认为在示例性实施例的范围内。
出于示例目的，参考用来控制径向均匀性的两个不同的气体注入区来讨论本公开的各方面。还可以使用多个气体注入区，例如三个气体注入区、四个气体注入区、五个气体注入区等，而不脱离本公开的范围。
这些区还可以用于提供其他均匀性控制，例如方位均匀性。例如，在一些实施例中，等离子体处理设备可以包括被布置为在等离子体室内的不同方位位置处在等离子体室中的平坦表面处注入气体的多个气体注入区。在一些实施例中，等离子体处理设备可包括被布置为将气体从分离格栅的不同方位部分注入工件的多个气体注入区。
为了说明和讨论的目的，气体注入区被示为沿垂直方向注入气体。但是本领域普通技术人员可以理解，气体注入区可以沿任何方向注入气体。例如，气体注入区可以沿垂直方向、水平方向或倾斜方向注入气体。
作为示例，图7示出了分离格栅116，分离格栅116的中心部分上具有中心气体注入孔口162。分离格栅116包括在分离格栅116的边缘部分处的边缘气体注入孔口164。中心气体注入孔口162可以沿与边缘气体注入孔口164不同的方向注入气体。例如，中心气体注入孔口162可以沿第一倾斜方向注入气体。边缘气体注入孔口164可以沿第二倾斜方向注入气体。
作为示例，图8示出了分离格栅116，分离格栅116的中心部分上具有中心气体注入孔口162。分离格栅116包括在分离格栅116的边缘部分处的边缘气体注入孔口164。中心气体注入孔口162可以沿与边缘气体注入孔口164不同的方向注入气体。例如，中心气体注入孔口162可以沿第一水平方向注入气体。边缘气体注入孔口164可以沿第二水平方向注入气体。
尽管已经针对本主题的特定示例性实施例详细描述了本主题，但是应当理解，本领域技术人员在对前述内容的理解之后，可以容易地对这些实施例进行更改、变型和等同。因此，本公开的范围是作为示例而不是作为限制，并且本公开不排除包括对本主题的这种修改、变型和/或添加，因为这对于本领域普通技术技术人员而言是显而易见的。

Claims (20)

1.一种用于处理工件的等离子体处理设备，所述等离子体处理设备包括：
处理室；
等离子体室，其通过分离格栅与所述等离子体室隔开；
感应耦合等离子体源，其被配置为在所述等离子体室中产生等离子体；
基座，其设置在所述处理室内，所述基座被配置为支撑工件；
第一气体注入区，其被配置为在第一平坦表面处将处理气体注入所述等离子体室；以及
第二气体注入区，其被配置为在第二平坦表面处将处理气体注入所述等离子体室；
其中所述分离格栅具有多个孔，所述多个孔被配置为允许在所述等离子体中产生的中性粒子通过而到达所述处理室。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其中，所述第一平坦表面与所述等离子体室的顶板相关联，而所述第二平坦表面与设置在所述等离子体室内的气体注入插入件相关联。
3.根据权利要求2所述的等离子体处理设备，其中，所述气体注入插入件具有周边部分和中心部分，所述中心部分延伸超过所述周边部分一定垂直距离。
4.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其进一步包括公共气体源，所述公共气体源联接至所述第一气体注入区和所述第二气体注入区。
5.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其进一步包括联接至所述第一气体注入区的第一气体源和联接至所述第二气体注入区的第二气体源。
6.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其中所述第一气体注入区和第二气体注入区可进行操作以向所述等离子体室提供不同的气体。
7.根据权利要求3所述的等离子体处理设备，其中所述气体注入插入件邻近所述等离子体室的侧壁限定气体注入通道。
8.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其中所述分离格栅具有形成在所述分离格栅的中心部分上的气体注入孔口，所述气体注入孔口被配置为允许将气体注入所述工件。
9.根据权利要求8所述的等离子体处理设备，其中所述气体注入孔口与所述气体注入插入件的所述中心部分同轴地对准。
10.根据权利要求8所述的等离子体处理设备，其中所述气体注入孔口联接至穿过气体注入插件的中心部分的气体通道。
11.根据权利要求8所述的等离子体处理设备，其中所述气体注入孔口联接至独立的气体源。
12.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其中所述分离格栅具有形成在所述分离格栅的周边部分上的气体注入孔口，所述气体注入孔口被配置为允许将气体注入所述工件。
13.根据权利要求12所述的等离子体处理设备，其中所述气体注入孔口联接至独立的气体源。
14.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中所述分离格栅具有形成在所述分离格栅的中心部分上的第一气体注入孔口和形成在所述分离格栅的周边部分上的第二气体注入孔口，所述第一气体注入孔口和所述第二气体注入孔口被配置为允许将气体注入所述工件。
15.根据权利要求14所述的等离子体处理设备，其中所述第一气体注入孔口和所述第二气体注入孔口联接至公共气体源。
16.根据权利要求14所述的等离子体处理设备，其中所述第一气体注入孔口和所述第二气体注入孔口联接至独立的气体源。
17.一种用于处理工件的等离子体处理设备，所述等离子体处理设备包括：
处理室；
等离子体室，其通过分离格栅与所述等离子体室隔开；
感应耦合等离子体源，其被配置为在所述等离子体室中产生等离子体；
基座，其设置在所述处理室内，所述基座被配置为支撑工件；
其中所述等离子体处理设备包括形成在所述分离格栅的中心部分上的第一气体注入孔口和形成在所述分离格栅的周边部分上的第二气体注入孔口，所述第一气体注入孔口和所述第二气体注入孔口被配置为允许将气体注入所述工件。
18.根据权利要求17所述的等离子体处理设备，其中所述气体注入孔口联接至穿过气体注入插件的中心部分的气体通道。
19.根据权利要求17所述的等离子体处理设备，其中所述第一气体注入孔口和所述第二气体注入孔口联接至公共气体源。
20.根据权利要求17所述的等离子体处理设备，其中所述第一气体注入孔口和所述第二气体注入孔口联接至独立的气体源。
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