CN115461836A - 具有喷头的预清洁腔室上屏蔽件 - Google Patents

Abstract

本文提供用于在工艺腔室中使用的工艺套件。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：顶板，具有设置在所述顶板的上部表面中的中央凹槽；通道，从顶板的外部部分延伸至中央凹槽；多个孔洞，通过顶板设置，从中央凹槽的底部表面至顶板的下部表面；覆盖板，配置成耦合至顶板，并且沿着中央凹槽的周围形成密封，使得覆盖的凹槽在顶板内界定气室；以及管状主体，从顶板的下部表面向下延伸，并且环绕多个孔洞，管状主体进一步配置成环绕基板支撑件。

Description

具有喷头的预清洁腔室上屏蔽件

技术领域

本公开内容的实施例总体而言涉及基板处理设备，并且更具体而言，涉及用于在基板处理设备中使用的工艺套件。

背景技术

配置成执行预清洁工艺的工艺腔室是已知的。举例而言，此类腔室配置成用于在基板上沉积一个或多个屏蔽层(例如钛(Ti)、铜(Cu)等等)的物理气相沉积(PVD)之前于基板的金属接触垫上移除天然氧化物并且移除其他材料。预清洁腔室通常使用离子轰击(通过RF等离子体诱发)以移除金属接触垫上的天然氧化物和其他材料。举例而言，预清洁工艺可从基板蚀刻天然氧化物和材料。预清洁工艺配置成降低在基板上的金属接触之间的接触电阻，以增强在基板上的集成电路的性能和功率消耗并提升粘着度。

为了执行等离子体清洁工艺，包括集成电路的基板放置于等离子体腔室中，并且泵从腔室移除大部分空气。电磁能量(例如，射频)施加至注入的气体(诸如氩气)，以将注入的气体激发成等离子体状态。等离子体释放轰击基板的表面的离子，以从基板移除污染物和/或材料。污染物和/或基板材料的原子或分子从基板蚀刻，并且大部分泵送离开腔室。然而，一些污染物和/或蚀刻的材料可沉积在腔室的表面上。工艺套件通常用以降低或避免污染物和/或蚀刻的材料沉积至腔室的表面上。然而，工艺套件可干扰将工艺气体的均匀流动提供至等离子体腔室中。

因此，发明人已提供改善的工艺套件的实施例。

发明内容

本文提供用于在工艺腔室中使用的工艺套件的实施例。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：顶板，所述顶板具有设置于所述顶板的上部表面中的中央凹槽；通道，所述通道从顶板的外部部分延伸至中央凹槽；多个孔洞，所述多个孔洞通过顶板设置，从中央凹槽的底部表面至顶板的下部表面；覆盖板，所述覆盖板配置成耦合至顶板，并且沿着中央凹槽的周围形成密封，使得覆盖的凹槽在顶板内界定气室；以及管状主体，所述管状主体从顶板的下部表面向下延伸，并且环绕多个孔洞，管状主体进一步配置成环绕基板支撑件，其中气体流动路径从通道延伸至气室，通过多个孔洞，并且延伸至管状主体内的空间中。

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：顶板，所述顶板具有设置于所述顶板的上部表面中的中央凹槽；通道，所述通道从顶板的外部部分延伸至中央凹槽；多个孔洞，所述多个孔洞通过顶板设置，从中央凹槽的底部表面至顶板的下部表面，其中多个孔洞沿着多个同心圆圈布置；以及管状主体，所述管状主题从顶板的下部表面向下延伸，并且环绕多个孔洞，管状主体进一步配置成环绕基板支撑件，并且其中管状主体的侧壁不包括任何通孔洞，并且其中气体流动路径从通道延伸至中央凹槽，通过多个孔洞，并且延伸至管状主体内的空间中。

在一些实施例中，一种用于在工艺腔室中使用的工艺套件，包括管状主体，所述管状主体配置成环绕基板支撑件；以及顶板，所述顶板耦合至管状主体的上部端部，其中顶板包括埋头孔和设置于埋头孔中并且延伸通过顶板的中央开口，其中顶板包括上部部分和下部部分，并且其中上部部分从下部部分径向向外延伸，并且下部部分的外部表面与管状主体的外部表面共平面。

在一些实施例中，一种工艺腔室，包括：腔室主体，所述腔室主体界定内部空间并且具有泵端口；适配器，所述适配器设置于腔室主体的侧壁上；基板支撑件，所述基板支撑件设置于内部空间中；上部屏蔽件，所述上部屏蔽件具有：气室，所述气室在所述上部屏蔽件中；通道，所述通道从上部屏蔽件的外部部分延伸至气室；多个孔洞，所述多个孔洞设置成通过上部屏蔽件从气室至上部屏蔽件的下部表面；以及管状主体，所述管状主体从下部表面向下延伸，其中管状主体设置于基板支撑件周边；以及泵，所述泵耦合至泵端口，并且配置成从内部空间通过间隙移除粒子，间隙介于管状主体和基板支撑件之间。

以下说明本公开内容的其他和进一步实施例。

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典型实施例，并且因此不应考虑为范围的限制，因为本公开内容可允许其他均等效果的实施例。

图1根据本公开内容的至少一些实施例，描绘工艺腔室的示意性侧视图。

图2A根据本公开内容的至少一些实施例，描绘上部屏蔽件的顶部等距剖面视图。

图2B根据本公开内容的至少一些实施例，描绘图2A的上部屏蔽件的放大视图。

图3根据本公开内容的至少一些实施例，描绘工艺套件的等距剖面视图。

为了促进理解，已尽可能地使用相同的参考标号代表附图中共同的相同元件。附图并非按照比例绘制，并且为了清楚可简化。一个实施例的元件和特征可有益地并入其他实施例中而无须进一步阐述。

具体实施方式

本文提供用于在工艺腔室中使用的工艺套件的实施例。工艺腔室可配置成对基板执行任何适合的工艺。在一些实施例中，工艺腔室配置成执行蚀刻工艺、沉积工艺或预清洁工艺。工艺腔室包括基板支撑件以支撑基板。泵可耦合至工艺腔室以从工艺腔室的内部空间移除粒子。工艺套件设置于基板支撑件周边，并且包括上部屏蔽件，所述上部屏蔽件有利地配置成屏蔽腔室部件避免非期望的材料，并且配置成充当喷头以将一个或多个工艺气体提供至上部屏蔽件和基板支撑件之间的处理空间。工艺套件还配置成提供高导通的流动通过工艺套件。

图1描绘了根据本公开内容的至少一些实施例的具有工艺套件的工艺腔室(例如，等离子体处理腔室)的示意性侧视图。在一些实施例中，等离子体处理腔室为预清洁处理腔室。然而，还可使用配置用于其他处理的其他类型的工艺腔室，或修改以用于与本文中所述的工艺套件的实施例一起使用。

腔室100为真空腔室，其适合地适于在基板处理期间在内部空间120内维持次大气压力。在一些实施例中，腔室100可维持约1.0毫托(mTorr)至约25.0毫托的压力。腔室100包括由盖104覆盖的腔室主体106，盖104包围定位于内部空间120的上半部中的处理空间119。在一些实施例中，适配器180放置于腔室主体106的侧壁上，位于腔室主体106和盖104之间。腔室主体106和适配器180可以由金属制成，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，以支撑并保留基板122，诸如半导体晶片，或举例而言，如可静电保留的其他这样的基板。基板支撑件124可大致包括基座136和用于支撑基座136的中空支撑轴112。基座136包括静电吸盘150，静电吸盘150具有嵌入其中的一个或多个吸附电极。在一些实施例中，静电吸盘150包括介电板。中空支撑轴112提供导管，以提供例如背侧气体、工艺气体、流体、冷却剂、功率等至静电吸盘150。在一些实施例中，基板支撑件124包括设置于静电吸盘150周边的边缘环187，以增强基板122的边缘处的工艺均匀性。在一些实施例中，边缘环187由氧化铝(Al₂O₃)制成。狭缝阀134可耦合至腔室主体106，以促进将基板122传送进出内部空间120。

在一些实施例中，中空支撑轴112耦合至举升机构113，诸如致动器或电机，其提供静电吸盘150在上部处理位置和下部传送位置之间的垂直运动。波纹管(bellow)组件110设置于中空支撑轴112周边，并且耦合于静电吸盘150和腔室100的底部表面126之间，以提供柔性密封，这允许静电吸盘150的垂直动作同时降低或避免从腔室100内损失真空。波纹管组件110还包括与O形环165接触的下部波纹管凸缘164或其他适合的密封元件，其接触底部表面126以帮助避免腔室真空的损失。

基板举升130可包括安装在连接至杆111的平台108上的升降杆109，杆111耦合至第二举升机构132以用于抬升和降低基板举升130，使得基板122可放置在静电吸盘150上或从静电吸盘150移除。静电吸盘150可包括穿孔洞，以接受升降杆109。波纹管组件131耦合于基板举升130和底部表面126之间，以提供柔性密封，这在基板举升130的垂直动作期间维持腔室真空。

中空支撑轴112提供导管，用于将背侧气体供应器141、吸附功率供应器140和RF功率供应器190耦合至静电吸盘150。在一些实施例中，吸附功率供应器140经由导管154将DC功率提供至静电吸盘150，以保留基板122。在一些实施例中，通过RF功率供应器190供应的RF能量可具有约10MHz或更大的频率。在一些实施例中，RF功率供应器190可具有约13.56MHz的频率。

在一些实施例中，背侧气体供应器141设置于腔室主体106的外侧，并且将气体供应至静电吸盘150。在一些实施例中，静电吸盘150包括气体通道138，气体通道138从静电吸盘150的下部表面延伸至静电吸盘150的上部表面152。气体通道138配置成将诸如氮(N)、氩(Ar)或氦(He)之类的背侧气体提供至静电吸盘150的上部表面152，以充当传热介质。气体通道138经由气体导管142而与背侧气体供应器141流体连通，以在使用期间控制基板122的温度和/或温度轮廓。举例而言，背侧气体供应器141可供应气体以在使用期间冷却基板122。

腔室100包括工艺套件，所述工艺套件限制各种腔室部件，以避免此类部件与蚀刻的材料和其他污染物之间非期望的反应。工艺套件包括上部屏蔽件117。上部屏蔽件117可由金属制成，诸如铝。在一些实施例中，上部屏蔽件117放置于适配器180或腔室主体106的侧壁上。腔室100还耦合至工艺气体供应器118并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腔室100以用于处理设置于其中的基板。上部屏蔽件117包括气体流动路径，以引导从工艺气体供应器118至处理空间119的流动。在一些实施例中，气体流动路径从工艺气体供应器118通过适配器180延伸至上部屏蔽件117。在一些实施例中，气体流动路径从工艺气体供应器118延伸至上部屏蔽件117而不延伸通过适配器180。在一些实施例中，工艺气体供应器118提供氩(Ar)气。

上部屏蔽件117包括在上部屏蔽件117中的气室162、和从上部屏蔽件117的外部部分延伸至气室163的通道166。上部屏蔽件117包括多个孔洞169，多个孔洞169从气室162至上部屏蔽件117的下部表面170。在一些实施例中，上部屏蔽件117包括管状主体，所述管状主体从下部表面170向下延伸并且设置于基板支撑件124周边。

在一些实施例中，工艺套件包括下部屏蔽件105，下部屏蔽件105限制基板支撑件124。在一些实施例中，下部屏蔽件105耦合至基座136的接地的部分。在一些实施例中，下部屏蔽件105由金属制成，诸如铝。在一些实施例中，下部屏蔽件105包括环绕基板支撑件124的环状环182、和从环状环182向上延伸的环状唇部184。在一些实施例中，环状唇部184从环状环182实质上垂直地延伸。在一些实施例中，一个或多个条带(未示出)设置于上部屏蔽件117和下部屏蔽件105之间，以有利地将上部屏蔽件117接地至接地的下部屏蔽件105。

环状环182包括延伸通过环状环246的多个环插槽186。在一些实施例中，多个环插槽186沿着环状环182以规则间隔设置。在一些实施例中，多个环插槽186包括多个第一环插槽和从多个第一环插槽径向向外设置的多个第二环插槽。在一些实施例中，环状唇部184包括延伸通过环状唇部184的多个唇部插槽188。在一些实施例中，多个唇部插槽188沿着环状唇部184以规则间隔设置。在一些实施例中，多个唇部插槽188包括多排，其中多个唇部插槽188沿着多排中的各排布置。举例而言，多个唇部插槽188可包括靠近环状环182的下排、靠近环状唇部184的上部表面的上排和设置于上排和下排之间的中央排。

多个环插槽186和多个唇部插槽188有利地经尺寸设计以提供增加的导通，同时最小化通过插槽的等离子体泄漏。如此，多个环插槽186基于内部空间120中的压力、内部空间120中的温度和提供至腔室100的RF功率的频率(例如，经由RF功率供应器190)进行尺寸设计。泵端口128配置成促进从内部空间120通过下部屏蔽件105的多个环插槽186和多个唇部插槽188移除粒子。

腔室100耦合至真空系统114并且与真空系统114流体连通，真空系统114包括节流阀(未示出)和用以排空腔室100的泵(未示出)。在一些实施例中，真空系统114耦合至设置于腔室主体106的底部表面126上的泵端口128。泵端口128促进从内部空间120通过介于上部屏蔽件117和基板支撑件124之间的间隙移除粒子。腔室100内部的压力可通过调整节流阀和/或真空泵而调节。在一些实施例中，泵具有约每秒1900公升至约每秒3000公升的流率。

在操作中，举例而言，可在内部空间120中创建等离子体102，以执行一个或多个工艺。可通过从等离子体功率源(例如，RF功率供应器190)经由静电吸盘150耦合功率至工艺气体来创建等离子体102，以点燃工艺气体并且创建等离子体102。RF功率供应器190还配置成从等离子体吸引离子朝向基板122。上部屏蔽件117配置成在使用期间限定等离子体102。

图2A描绘了根据本公开内容的至少一些实施例的上部屏蔽件117的等距剖面视图。上部屏蔽件117大致包括顶板210和从顶板210的下部表面204向下延伸的管状主体220。在一些实施例中，上部屏蔽件117包括在顶板210和管状主体220之间的界面处的半径。管状主体220具有内部表面212，内部表面212配置成环绕基板支撑件124。管状主体220的内部表面212和顶板210的下部表面204至少部分界定处理空间119。在一些实施例中，管状主体220的侧壁不包括任何通孔洞。在一些实施例中，顶板210为圆形的形状。在一些实施例中，顶板210具有比管状主体220的外部直径要大的外部直径。在一些实施例中，管状主体220从顶板210直向下延伸。在一些实施例中，管状主体220的外部直径小于环状唇部184的内部直径，使得环状唇部184设置于管状主体220周边。在一些实施例中，管状主体220的内部直径为约15.0英寸至约19.0英寸。在一些实施例中，顶板210的外部直径为约22.0英寸至约25.0英寸。

在一些实施例中，顶板210包括设置于顶板210的上部表面208中的中央凹槽206。在一些实施例中，顶板210包括从顶板210的外部部分214延伸至中央凹槽206的通道166。在一些实施例中，通道166从顶板210的外部侧壁216延伸。在一些实施例中，通道166从外部侧壁216水平延伸到中央凹槽206。在一些实施例中，气体流动路径从工艺气体供应器118延伸至通道166，在外部侧壁216处至中央凹槽206。在一些实施例中，第二通道238从顶板210的下部表面204延伸至通道166，并且通道116在顶板210的外部侧壁216处堵塞。第二通道238流体耦合至适配器180中的通道，适配器180配置成从工艺气体供应器118使工艺气体流动通过适配器180并且流动至第二通道238中。

顶板210包括多个孔洞168，多个孔洞168从中央凹槽206的底部表面222延伸至顶板的下部表面204。管状主体220环绕多个孔洞168，以随着气体流动通过多个孔洞168限定来自处理气体供应器118的处理气体，并且至管状主体220内的空间中。在一些实施例中，顶板210的上部表面208包括从中央凹槽206径向向外设置的第一环状凹槽224，以容纳O形环310。在一些实施例中，上部表面208包括从中央凹槽206径向向外的第二环状凹槽234，以容纳RF垫片320。在一些实施例中，第二环状凹槽234从第一环状凹槽224径向向外设置。

在一些实施例中，顶板210包括多个安装孔洞228，多个安装孔洞228配置成将顶板210安装至适配器180或腔室主体106。在一些实施例中，多个安装孔洞228从第一环状凹槽224径向向外设置。在一些实施例中，顶板210包括多个盖安装孔洞230，多个盖安装孔洞230配置成将顶板210安装至盖104。在一些实施例中，多个盖安装孔洞230从多个安装孔洞228径向向内设置。在一些实施例中，顶板210包括多个覆盖板孔洞232，多个覆盖板孔洞232配置成将覆盖板302(见图3)安装至顶板210。

图2B描绘了根据本公开内容的至少一些实施例的图2A的上部屏蔽件117的放大视图250。在一些实施例中，多个孔洞168沿着多个同心圆圈布置。在一些实施例中，多个孔洞168沿着三个同心圆圈布置。在一些实施例中，径向最内同心圆圈255具有约3.0英寸至约5.0英寸的直径。在一些实施例中，径向最外同心圆圈260具有约10.0英寸至约13.0英寸的直径。在一些实施例中，多个孔洞168中的每一者具有类似的直径。在一些实施例中，多个孔洞168具有约.01英寸至约0.1英寸的直径。在一些实施例中，多个孔洞包括约200个至约350个孔洞。

图3描绘了根据本公开内容的至少一些实施例的工艺套件的等距视图。在一些实施例中，覆盖板302耦合至顶板210以沿着中央凹槽206的周围形成密封，使得覆盖的凹槽在顶板210内形成气室162。在一些实施例中，O形环310设置在第一环状凹槽224中，以沿着中央凹槽206的周围形成密封。在一些实施例中，RF垫片320设置于第二环状凹槽234中，以维持顶板210和覆盖板302之间的电连接。覆盖板302可以由金属制成，诸如铝。覆盖板302可为圆形盘。在一些实施例中，覆盖板302包括与顶板210的多个覆盖板孔洞232对齐的多个安装孔洞308，以促进将覆盖板302耦合至顶板210。在一些实施例中，顶板210的外部侧壁216包括插槽306，以促进将气体线耦合至通道166。在一些实施例中，插槽306可容纳插头，用于在外部侧壁216处密封通道166，并且引导工艺气体从第二通道238流动到通道166中至气室162。

尽管以上针对本公开内容的实施例，但在不脱离本公开内容的基本范围的情况下，可以设计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工艺套件，包括：

顶板，所述顶板具有中央凹槽，所述中央凹槽设置于所述顶板的上部表面中；

通道，所述通道从所述顶板的外部部分延伸至所述中央凹槽；

多个孔洞，所述多个孔洞通过所述顶板设置，从所述中央凹槽的底部表面至所述顶板的下部表面；

覆盖板，所述覆盖板配置成耦合至所述顶板，并且配置成沿着所述中央凹槽的周围形成密封，以在所述顶板内界定气室；以及

管状主体，所述管状主体从所述顶板的所述下部表面向下延伸并且环绕所述多个孔洞，所述管状主体进一步配置成环绕基板支撑件，其中气体流动路径从所述通道延伸至所述气室，通过所述多个孔洞，并且延伸到所述管状主体内的空间中。

2.如权利要求1所述的工艺套件，其中所述顶板的所述上部表面包括第一环状凹槽以容纳O形环，所述O形环配置成沿着所述中央凹槽的所述周围形成所述密封。

3.如权利要求2所述的工艺套件，其中所述顶板包括多个安装孔洞，所述多个安装孔洞从所述第一环状凹槽径向向外，并且配置成将所述顶板安装至适配器。

4.如权利要求2所述的工艺套件，其中所述顶板的所述上部表面包括第二环状凹槽，以在所述顶板和所述覆盖板之间容纳RF垫片。

5.如权利要求1所述的工艺套件，其中所述通道从所述顶板的外部侧壁水平延伸至所述气室。

6.如权利要求1所述的工艺套件，其中所述顶板的外部直径大于所述管状主体的外部直径。

7.如权利要求1至6中任一项所述的工艺套件，其中所述多个孔洞具有约0.01英寸至约0.1英寸的直径。

8.如权利要求1至6中任一项所述的工艺套件，其中所述工艺套件由铝制成。

9.如权利要求1至6中任一项所述的工艺套件，其中所述多个孔洞沿着多个同心圆圈布置。

10.如权利要求1至6中任一项所述的工艺套件，其中所述覆盖板为圆形盘。

11.如权利要求1至6中任一项所述的工艺套件，进一步包括：

环状环，所述环状环配置成环绕所述基板支撑件；以及

环状唇部，所述环状唇部从所述环状环的上部表面延伸，其中所述环状环包括多个环插槽，所述多个环插槽延伸通过所述环状环并且沿着所述环状环以规则间隔设置，并且其中所述环状唇部包括多个唇部插槽，所述多个唇部插槽延伸通过所述环状唇部沿着所述环状唇部以规则间隔设置。

12.如权利要求1至6中任一项所述的工艺套件，其中所述顶板包括多个安装孔洞，所述多个安装孔洞配置成将所述顶板安装至工艺腔室部件。

13.如权利要求1至6中任一项所述的工艺套件，其中所述通道从所述顶板的所述下部表面延伸至所述中央凹槽。

14.如权利要求1至6中任一项所述的工艺套件，其中所述多个孔洞包括约200个至约350个孔洞。

15.如权利要求1至6中任一项所述的工艺套件，其中所述管状主体不包括任何通孔洞。

16.一种工艺腔室，包括：

腔室主体，所述腔室主体界定内部空间并且具有泵端口；

适配器，所述适配器设置在所述腔室主体的侧壁上；

基板支撑件，所述基板支撑件设置在所述内部空间中；

如权利要求1至6中任一项所述的工艺屏蔽件，其中所述管状主体设置在所述基板支撑件周边；以及

泵，所述泵耦合至所述泵端口，并且配置成从所述内部空间通过间隙移除粒子，所述间隙介于所述管状主体和所述基板支撑件之间。

17.如权利要求16所述的工艺腔室，进一步包括下部屏蔽件，所述下部屏蔽件包括配置成环绕所述基板支撑件的环状环、和从所述环状环的上部表面延伸的环状唇部，其中所述环状环包括多个环状插槽，并且其中所述环状唇部包括多个唇部插槽。

18.如权利要求16所述的工艺腔室，其中所述基板支撑件包括具有静电吸盘的基座。

19.如权利要求18所述的工艺腔室，其中所述静电吸盘包括气体通道，所述气体通道通过所述静电吸盘延伸并且配置成使工艺气体流动至所述静电吸盘的上部表面。

20.如权利要求16所述的工艺腔室，其中所述上部屏蔽件包括：顶板，所述顶板具有设置在所述顶板的上部表面中的中央凹槽；以及覆盖板，所述覆盖板耦合至所述顶板并且配置成覆盖所述中央凹槽以界定所述气室。

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