CN115280464A - 用于在等离子体腔室中使用的低电阻限制衬垫 - Google Patents

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CN115280464A CN202180018031.8A CN202180018031A CN115280464A CN 115280464 A CN115280464 A CN 115280464A CN 202180018031 A CN202180018031 A CN 202180018031A CN 115280464 A CN115280464 A CN 115280464A
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Abstract

本文中提供在工艺腔室中使用的衬垫的实施例。在一些实施例中，一种在工艺腔室中使用的衬垫包括：上部衬垫，具有拥有中心开口的顶板和从顶板的外部周边部分向下延伸的管状主体，其中顶板具有起伏的内部表面，所述起伏的内部表面具有拥有第一内直径的第一阶和拥有比第一内直径要大的第二内直径的第二阶，并且其中管状主体具有开口以用于通过所述开口而传送基板；以及下部衬垫，抵靠管状主体的底部表面，其中下部衬垫从管状主体径向向内延伸，并且包括布置在下部衬垫周围的多个径向狭槽，其中上部衬垫以及下部衬垫形成C形的剖面。

Description

用于在等离子体腔室中使用的低电阻限制衬垫
技术领域
本公开内容的实施例总体涉及基板处理装备。
现有技术
在微电子集成电路的制造中的半导体晶片的等离子体处理例如使用在介电蚀刻、金属蚀刻、化学气相沉积和其他工艺中。在半导体基板处理中，趋势朝向更加小的特征尺寸以及线宽度以更大的精确度造成在半导体基板上掩模、蚀刻和沉积材料的能力的优势。
通常，蚀刻通过施加射频(RF)功率至供应到低压处理区域的工作气体在支撑构件所支撑的基板之上而完成。所获得的电场在处理区域中建立反应区，这将工作气体激发成等离子体。偏压支撑构件以吸引等离子体内的离子朝向支撑于所述支撑构件上的基板。离子迁移朝向邻接到基板的等离子体的边界层，并且在离开边界层时加速。加速的离子产生从基板的表面移除或蚀刻材料所需的能量。随着加速的离子可蚀刻处理腔室内的其他成分，将等离子体限制于基板上方的处理区域为重要的。
未限制的等离子体在腔室壁上造成蚀刻副产物沉积，且还可蚀刻腔室壁。在腔室壁上的蚀刻副产物沉积可造成工艺偏差。从腔室壁蚀刻的材料可通过重新沉积而污染基板和/或可创建腔室的粒子。此外，未限制的等离子体也可在下游区域中造成蚀刻副产物沉积。累积的蚀刻副产物可剥落且导致粒子。为了减少在下游区域中蚀刻副产物的沉积造成的粒子问题，需要额外的下游清洁，这可减少工艺产量并且增加处理成本。
因此，发明人在本文中已提供了经改进的限制衬垫。
发明内容
本文提供用于在工艺腔室中使用的衬垫的实施例。在一些实施例中，一种在工艺腔室中使用的衬垫包括：上部衬垫，所述上部衬垫具有拥有中心开口的顶板以及从顶板的外部周边部分向下延伸的管状主体，其中顶板具有起伏的(contoured)内部表面，所述起伏的内部表面具有拥有第一内直径的第一阶以及拥有比第一内直径要大的第二内直径的第二阶，并且其中管状主体具有开口以用于通过所述开口传送基板；以及下部衬垫，所述下部衬垫抵靠(abut)管状主体的底部表面，其中下部衬垫从管状主体径向向内延伸并且包括多个径向狭槽，所述多个径向狭槽布置于下部衬垫周围，其中上部衬垫和下部衬垫形成C形的剖面。
在一些实施例中，一种用于在工艺腔室中使用的工艺套件包括：衬垫，所述衬垫具有拥有中心开口的顶板、从顶板的外部周边部分向下延伸的管状主体、以及从管状主体径向向内延伸以形成衬垫的C形的剖面形状的下部衬垫，其中下部衬垫以及包括穿过所述下部衬垫的多个径向狭槽，且其中管状主体具有开口以促进通过所述开口传送基板；以及下部托盘，所述下部托盘具有外部侧壁、内部侧壁、以及从外部侧壁延伸至内部侧壁的下部壁，其中衬垫放置于下部托盘上。
在一些实施例中，一种工艺腔室，包括：腔室主体，所述腔室主体在所述腔室主体中界定内部空间；喷头，所述喷头设置于内部空间中并且耦合至腔室主体的盖；基板支撑件，所述基板支撑件设置于内部空间中与喷头相对；衬垫，所述衬垫具有拥有中心开口的顶板、从顶板的外部周边部分向下延伸的管状主体、以及环绕基板支撑件并从管状主体径向向内延伸的下部衬垫，其中顶板包括起伏的内部表面，其中下部衬垫包括穿过所述下部衬垫的多个径向狭槽，且其中管状主体具有开口以促进通过所述开口传送基板。
以下描述本公开内容的其他和进一步的实施例。
附图说明
以上简要概述且以下更详细讨论的本公开内容的实施例可通过参考在附图中描绘的本公开内容的说明性实施例而理解。然而，附图仅示出本公开内容的通常实施例，且因此不应被考虑为范围的限制，这是由于本公开内容可允许其他均等效果的实施例。
图1是根据本公开内容的一些实施例的具有衬垫的工艺腔室的示意性侧视图。
图2是根据本公开内容的一些实施例的衬垫的部分的等距顶视图。
图3是根据本公开内容的一些实施例的衬垫的部分的部分剖面视图。
图4是根据本公开内容的一些实施例的衬垫的部分的顶视图。
图5是根据本公开内容的一些实施例的衬垫的部分的部分剖面视图。
为了促进理解，已尽可能地使用相同的附图标号来指示附图中共同的元件。附图并非按照比例绘制，且为了清楚可简化。一个实施例的元件以及特征可有益地并入其他实施例中而无须进一步叙述。
具体实施方式
本文中提供用于在工艺腔室中使用的衬垫的实施例。本文中提供的衬垫或限制衬垫的实施例有利地将等离子体限制于其中，同时提供通过其的增强的流动导通。在一些实施例中，衬垫可由导电的材料制成，以当等离子体与衬垫接触时提供用于RF功率供应器的接地路径。举例而言，在一些实施例中，衬垫由具有小于或等于0.01欧姆-厘米(ohms-cm)的电阻的材料制成。在一些实施例中，衬垫可由减少或避免所处理的基板的污染的材料制成。在一些实施例中，衬垫由硅材料(例如碳化硅(SiC)或多晶硅)制成。在一些实施例中，衬垫以多晶硅材料涂布。对衬垫使用硅材料有利地减少所处理的基板的污染。
图1是根据本公开内容的一些实施例的具有衬垫的工艺腔室的部分的示意性侧视图。在一些实施例中，工艺腔室为蚀刻处理腔室。然而，配置用于不同工艺的其他类型的处理腔室也可使用或修改以用于与本文所述的衬垫的实施例一起使用。
工艺腔室100为适合适以在基板处理期间在内部空间120内维持次大气压力的真空腔室。工艺腔室100包括腔室主体106，腔室主体106具有侧壁和底部壁。腔室主体106通过盖104覆盖，且腔室主体106和盖104一起界定内部空间120。腔室主体106和盖104可由金属制成，诸如铝。腔室主体106可经由耦合至接地115而接地。
基板支撑件124设置于内部空间120内以支撑和保持基板122，诸如半导体晶片或可静电保持的其他此类基板。基板支撑件124可大致包括基座128以及用于支撑基座128的中空支撑杆112。基座128可包括静电夹盘150。电卡盘150包括介电板，所述介电板具有设置在所述介电板中的一个或多个电极154。中空支撑杆112提供导管，以将例如背侧气体、工艺气体、流体、冷却剂、功率等提供至基座128。
基板支撑件124耦合至夹持功率供应器140以及RF源(例如，RF偏压功率供应器117或RF等离子体功率供应器170)至静电夹盘150。在一些实施例中，背侧气体供应器142设置于腔室主体106的外侧，并且将传热气体供应至静电夹盘150。在一些实施例中，RF偏压功率供应器117经由一个或多个RF匹配网路116耦合至静电夹盘150。在一些实施例中，基板支撑件124可替代性地包括AC或DC偏压电源。
工艺腔室100还耦合至工艺气体供应器118且与工艺气体供应器118流体连通，工艺气体供应器118可将一个或多个工艺气体供应至工艺腔室100以用于处理设置于其中的基板122。在一些实施例中，喷头132设置于内部空间120中与基板支撑件124相对。在一些实施例中，喷头132耦合至盖104。喷头132和基板支撑件124部分地界定其间的处理空间144。喷头132包括多个开口，以从工艺气体供应器118将一个或多个工艺气体分配至处理空间144。喷头132可耦合至温度控制单元138，以控制喷头132的温度。在一些实施例中，上部电极136设置于内部空间120中，与基板支撑件124相对，以进一步界定处理空间144。上部电极136耦合至一个或多个功率源(例如，RF等离子体功率供应器170)，以点燃一个或多个工艺气体。在一些实施例中，上部电极136包括硅。
衬垫102设置于内部空间120中围绕在基板支撑件124和喷头132中的至少一者，以在其中限制等离子体。在一些实施例中，衬垫102由适合的工艺材料制成，诸如铝或含硅材料。举例而言，衬垫102可由碳化硅(SiC)、多晶硅或以碳化硅(SiC)或多晶硅涂布的材料制成，以有利地减少在基板122上的污染。衬垫102包括上部衬垫160和下部衬垫162。上部衬垫160可由任何以上所提及的材料制成。在一些实施例中，下部衬垫162由与上部衬垫160相同的材料制成。举例而言，上部衬垫160和下部衬垫162两者可均由多晶硅制成。在一些实施例中，上部衬垫160由与下部衬垫162不同的材料制成。举例而言，在一些实施例中，上部衬垫160由铝制成，且下部衬垫162由多晶硅或以多晶硅涂布的材料制成。在一些实施例中，上部衬垫160由碳化硅(SiC)制成，且下部衬垫162由多晶硅或以多晶硅涂布的材料制成。在一些实施例中，上部衬垫160放置于下部衬垫162上。在一些实施例中，上部衬垫160和下部衬垫162为整体形成。下部衬垫162从上部衬垫160径向向内延伸，以界定衬垫102的C形剖面形状。在一些实施例中，上部衬垫160的内直径大于下部衬垫162的内直径。
下部衬垫162包括多个径向狭槽164，多个径向狭槽布置在下部衬垫162周围，以提供至泵端口148(以下讨论)的工艺气体的流动路径。在一些实施例中，衬垫102与喷头132和基座128一起至少部分地界定处理空间144。在一些实施例中，喷头132的外直径小于衬垫102的外直径并且大于衬垫102的内直径。衬垫102包括开口105，开口105与在腔室主体106中的狭缝103对应，用于传送基板122进出工艺腔室100。
在一些实施例中，衬垫102耦合至加热器环180，以加热衬垫102至预定温度。在一些实施例中，衬垫102经由一个或多个紧固件158耦合至加热器环180。加热器功率源156耦合至加热器环180中的一个或多个加热元件，以对加热器环180和衬垫102进行加热。在一些实施例中，陶瓷环168设置于加热器环180与喷头132之间，以从喷头132热解耦加热器环180。
工艺腔室100耦合至真空系统114且与真空系统114流体连通，真空系统114包括节流阀和真空泵，用以排空工艺腔室100。在工艺腔室100内侧的压力可通过调整节流阀和/或真空泵来调节。真空系统114可耦合至泵端口148。
在一些实施例中，衬垫102放置于下部托盘110上。下部托盘110配置成将来自多个径向狭槽164的一个或多个工艺气体和处理副产物的流动引导至泵端口148。在一些实施例中，下部托盘110包括外部侧壁126、内部侧壁130以及从外部侧壁126延伸至内部侧壁130的下部壁134。外部侧壁126、内部侧壁130以及下部壁134在其之间界定排空空间184。在一些实施例中，外部侧壁126以及内部侧壁130为环状的。下部壁134包括一个或多个开口182(图1中示出一个)，以将排空空间184流体耦合至真空系统114。下部托盘110可放置于泵端口148上或耦合至泵端口148。在一些实施例中，下部托盘110包括壁架152，壁架152从内部侧壁130径向向内延伸以容纳腔室部件，例如基板支撑件124的基座128。在一些实施例中，下部托盘110由导电材料(诸如，铝)制成，以提供接地路径。
在操作中，举例而言，等离子体可在处理空间144中建立，以执行一个或多个工艺。等离子体可经由靠近或在内部空间120内的一个或多个电极(例如，上部电极136)，通过将来自等离子体功率源(例如，RF等离子体功率供应器170)的功率耦合至工艺气体而创建，以点燃工艺气体并且创建等离子体。偏压电源还可从偏压功率供应器(例如，RF偏压功率供应器117)供应至静电卡盘150内的一个或多个电极154，以从等离子体吸引离子朝向基板122。
等离子体鞘可在基板122的边缘处弯折，这造成离子正交于等离子体鞘而加速。离子可通过在等离子体鞘中的弯折而在基板边缘处聚焦或偏转。在一些实施例中，基板支撑件124包括围绕静电夹盘150设置的边缘环146。在一些实施例中，边缘环146和静电夹盘150界定基板接收表面。边缘环146可耦合至功率源，诸如RF偏压功率供应器117或第二RF偏压功率供应器(未示出)，以控制和/或减少等离子体鞘的弯折。
图2是根据本公开内容的一些实施例的适合使用作为上部衬垫160的衬垫的部分的等距顶视图。上部衬垫160包括具有中心开口208的顶板204。上部衬垫160包括管状主体206，管状主体206从顶板204的周边部分向下延伸以界定L形的剖面形状。在一些实施例中，顶板204的上部表面202包括多个开口216，以促进将衬垫102耦合至加热器环180。在一些实施例中，多个开口216保持紧固件158。
在一些实施例中，顶板204具有起伏的内部表面210。在一些实施例中，起伏的内部表面210包括具有第一内直径的第一阶212。第一阶212配置成容纳第一腔室部件，例如，上部电极136或喷头132。在一些实施例中，起伏的内部表面210额外包括具有拥有比第一内直径大的第二内直径的第二阶214。第二阶214配置成容纳第二腔室部件。举例而言，陶瓷环168可放置于第二阶214上。在一些实施例中，第一腔室部件和第二腔室部件可为相同的部件，例如喷头132的上部电极136。
图3是根据本公开内容的一些实施例的上部衬垫160的部分的部分剖面视图。在一些实施例中，管状主体206的底部表面304包括O形环沟槽306。O形环沟槽306可装载O形环308，以提供上部衬垫160与下部衬垫162之间的密封。在一些实施例中，管状主体206包括缺口的下部内部边缘326，以在其中容纳下部衬垫162。在一些实施例中，管状主体206可包括窗320，从内部表面延伸至管状主体206的外部表面。窗320可以以塞子332填充，以密封窗320。塞子332以允许检视至工艺腔室100中且收集处理数据的材料制成。在一些实施例中，塞子332以氧化铝(Al2O3)制成。
在一些实施例中，第一阶212包括O形环沟槽328，以装载O形环340，以提供上部衬垫160与放置于第一阶212上的腔室部件之间的密封。在一些实施例中，起伏的内部表面210包括第一侧壁314，第一侧壁314从顶板204的底部表面342延伸至第一阶212。在一些实施例中，第一侧壁314向上且径向向外延伸。在一些实施例中，起伏的内部表面210包括第二侧壁316，第二侧壁316从第一阶212延伸至第二阶214。在一些实施例中，第二侧壁316向上且径向向外延伸。在一些实施例中，起伏的内部表面210包括第三侧壁318，第三侧壁318从第二阶214延伸至顶板204的上部表面202。在一些实施例中，第三侧壁318向上且径向向外延伸。在一些实施例中，顶板204的内直径为约9.0英寸至约10.0英寸。在一些实施例中，衬垫102具有约2.0英寸至约3.0英寸的高度。
图4是根据本公开内容的一些实施例的衬垫102的部分的顶视图。下部衬垫162的多个径向狭槽164配置成将来自处理空间144的流动引导至泵端口148。多个径向狭槽164适合地尺寸设计以减少或避免等离子体逃脱处理空间144。在一些实施例中，多个径向狭槽164以规则间隔布置。在一些实施例中，多个径向狭槽164包括约200个至约300个狭槽。在一些实施例中，多个径向狭槽164中的每一者的宽度为约0.02英寸至约0.2英寸。在一些实施例中，多个径向狭槽164中的每一者的宽度为约0.02英寸至约0.08英寸。在一些实施例中，通过多个径向狭槽164界定的总开口面积为下部衬垫162的总顶表面面积的约百分之30至约百分之50。在一些实施例中，下部衬垫162包括上部内部缺口402，以支撑基座128。在一些实施例中，下部衬垫162包括上部外部缺口404，以支撑上部衬垫160。
图5是根据本公开内容的一些实施例的衬垫102的部分的部分剖面视图。在一些实施例中，上部衬垫160放置于上部外部缺口404的上部表面上。在一些实施例中，O形环308放置于上部外部缺口404的上部表面上，以在下部衬垫162与上部衬垫160之间形成密封。在一些实施例中，下部衬垫162包括下部外部缺口502，以容纳下部托盘110的外部侧壁126。在一些实施例中，下部衬垫162包括下部内部缺口506，以容纳下部托盘110的内部侧壁130。在一些实施例中，下部衬垫162的外直径约等于下部托盘110的外直径。在一些实施例中，多个径向狭槽具有约4.5英寸至约5.5英寸的长度504。在一些实施例中，下部衬垫162具有约0.25英寸至约0.75英寸的高度516。
尽管以上针对的是本公开内容的实施例，但可在不背离其基本范围的情况下设想本公开内容的其他和进一步的实施例。

Claims (20)

1.一种用于在工艺腔室中使用的衬垫，包括：
上部衬垫，所述上部衬垫具有拥有中心开口的顶板以及从所述顶板的外部周边部分向下延伸的管状主体，其中所述顶板具有起伏的内部表面，所述起伏的内部表面具有拥有第一内直径的第一阶以及拥有比所述第一内直径要大的第二内直径的第二阶，并且其中所述管状主体具有开口以用于将基板传送穿过所述开口；以及
下部衬垫，所述下部衬垫抵靠所述管状主体的底部表面，其中所述下部衬垫从所述管状主体径向向内延伸并且包括多个径向狭槽，所述多个径向狭槽布置于所述下部衬垫周围，其中所述上部衬垫和所述下部衬垫形成C形的剖面。
2.如权利要求1所述的衬垫，其中所述上部衬垫和所述下部衬垫由多晶硅制成或以多晶硅材料涂布。
3.如权利要求1所述的衬垫，其中通过所述下部衬垫的所述多个径向狭槽界定的总开口面积为所述下部衬垫的总顶表面面积的约百分之30至约百分之50。
4.如权利要求1所述的衬垫，其中所述多个径向狭槽以规则间隔布置。
5.如权利要求1所述的衬垫，其中所述上部衬垫的内直径大于所述下部衬垫的内直径。
6.如权利要求1所述的衬垫，其中所述管状主体包括窗口，所述窗口从所述管状主体的内表面延伸至外表面。
7.如权利要求1至6中任一项所述的衬垫，其中所述管状主体延伸至所述下部衬垫的上部外部缺口中。
8.如权利要求1至6中任一项所述的衬垫，其中所述管状主体的所述底部表面包括O形环沟槽。
9.如权利要求1至6中任一项所述的衬垫，其中所述衬垫具有约2.0英寸至约3.0英寸的高度。
10.如权利要求1至6中任一项所述的衬垫，其中所述多个径向狭槽具有约4.5英寸至约5.5英寸的长度。
11.一种用于在工艺腔室中使用的工艺套件，包括：
如权利要求1至6中任一项所述的衬垫；以及
下部托盘，所述下部托盘具有环状主体，所述环状主体包括外部侧壁、内部侧壁、从所述外部侧壁延伸至所述内部侧壁的下部壁、和中心开口，其中所述衬垫放置于所述下部托盘上。
12.如权利要求11所述的工艺套件，其中所述下部托盘包括壁架，所述壁架从所述内部侧壁径向向内延伸以容纳基板支撑件。
13.如权利要求11所述的工艺套件，其中所述下部托盘由铝制成。
14.如权利要求11所述的工艺套件，其中所述顶板的起伏的内部表面包括具有第一内直径的第一阶以及具有比所述第一内直径要大的第二内直径的第二阶。
15.如权利要求14所述的工艺套件，其中所述第一阶包括O形环沟槽。
16.一种工艺腔室，包括：
腔室主体，所述腔室主体在所述腔室主体中界定内部空间；
喷头，所述喷头设置于所述内部空间中并且耦合至所述腔室主体的盖；
基板支撑件，所述基板支撑件设置于所述内部空间中与所述喷头相对；以及
如权利要求1至6中任一项所述的衬垫，所述衬垫设置于所述内部空间中并且围绕所述基板支撑件设置。
17.如权利要求16所述的工艺腔室，其中所述基板支撑件包括边缘环，所述边缘环耦合至功率源。
18.如权利要求16所述的工艺腔室，进一步包括由硅制成的上部电极，所述上部电极设置于所述起伏的内部表面上。
19.如权利要求16所述的工艺腔室，进一步包括加热器环，所述加热器环设置于所述顶板上并且配置成加热所述衬垫。
20.如权利要求19所述的工艺腔室，进一步包括陶瓷环，所述陶瓷环设置在所述加热器环与所述喷头之间。
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