TW201334064A

TW201334064A - 基板處理腔室之多區塊直接氣流控制

Info

Publication number: TW201334064A
Application number: TW102100575A
Authority: TW
Inventors: Alexander Degis
Original assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2012-01-18
Filing date: 2013-01-08
Publication date: 2013-08-16
Also published as: US20130180954A1; WO2013109427A1

Abstract

在此提供用於處理基材的方法與設備。一些實施例中，用於處理基材的設備可包括：電漿處理腔室，具有處理空間與配置在該處理空間中的基材支座，該基材支座具有基材支撐表面以供支撐基材；複數個第一氣體入口，提供處理氣體至該處理空間，其中該電漿處理腔室設置成使得從每一第一氣體入口以相同流速使該處理氣體流入，而在該基材支撐表面處產生非均勻的電漿；以及複數個流量控制器，其中該複數個流量控制器的每一流量控制器耦接該複數個第一氣體入口中的相對應的一個第一氣體入口，以控制來自該相對應的一個第一氣體入口的該處理氣體的流量。

Description

基板處理腔室之多區塊直接氣流控制

本發明的實施例大體上關於用於處理基材的方法。

諸如電漿反應器之類的基材處理系統可用於在基材上沉積、蝕刻、或形成層。此系統中的不對稱性可能存在，而引發非期望的電漿分佈曲線形成，而造成低品質的基材處理。

因此，發明人在此已提供基材處理系統的實施例，該系統可提供改良的基材處理。

一些實施例中，用於處理基材的設備可包括：電漿處理腔室，具有處理空間與配置在該處理空間中的基材支座，該基材支座具有基材支撐表面以供支撐基材；複數個第一氣體入口，提供處理氣體至該處理空間，其中該電漿處理腔室設置成使得從每一第一氣體入口以相同流速使該處理氣體流入，而在該基材支撐表面處產生非均勻的電漿；複數個流量控制器，其中該複數個流量控制器的每一流量控制器耦接該複數個第一氣體入口中的相對應的一個第一氣體入口，以控制來自該相對應的一個第一氣體入口的該處理氣體的流量；電漿源，在該處理空間內生成電場，以由該處理氣體形成電漿；以及泵送通道，將一或多個氣體從該處理空間移除，其中該泵送通道相對於該處理空間不對稱地配置。

一些實施例中，在處理腔室中形成電漿的方法可包括以下步驟：使用電漿源在該處理腔室的處理空間內生成電場，該處理空間具有第一區域與第二區域，其中該第一區域與該第二區域具有不同的電漿形成環境；以及將處理氣體以第一流速注入該第一區域及以第二流速注入該第二區域，以在該處理空間中形成電漿，該第二流速與該第一流速不同。

下文中描述本發明的其他與進一步之實施例。

100‧‧‧設備

101‧‧‧電漿處理腔室

102‧‧‧下腔室主體

104‧‧‧上腔室主體

106‧‧‧頂壁

108‧‧‧處理空間

109‧‧‧第一區域

110‧‧‧可替換間隔件

111‧‧‧第二區域

112‧‧‧RF線圈

114‧‧‧RF源

116‧‧‧匹配電路

118‧‧‧泵送通道

120‧‧‧泵

122‧‧‧節流閥

124‧‧‧快速氣體交換系統

126‧‧‧第一氣體入口

128‧‧‧遞送線路

130‧‧‧第一閥

132‧‧‧質量流量計

134‧‧‧第二閥

136‧‧‧隔離閥

138‧‧‧共用T形管

142‧‧‧靜電夾盤

144‧‧‧熱隔離器

146‧‧‧舉升銷

148‧‧‧舉升板

150‧‧‧基材

152‧‧‧基材支座

154‧‧‧舉升件

156‧‧‧偏壓電源

158‧‧‧匹配電路

160‧‧‧背側氣源

162‧‧‧排放導管

164‧‧‧關閉閥

170‧‧‧電漿

171‧‧‧控制器

172‧‧‧中央處理單元

173‧‧‧心軸

174‧‧‧記憶體

176‧‧‧支援電路

180‧‧‧排放篩網

202‧‧‧第二氣體入口

204‧‧‧流量控制器

300‧‧‧方法

302‧‧‧步驟

304‧‧‧步驟

藉由參考實施例(一些實施例說明於附圖中)，可獲得於上文中簡要總結的本發明之更特定的說明，而能詳細瞭解上述的本發明之特徵。然而應注意附圖僅說明此發明的典型實施例，因而不應將該等附圖視為限制本發明之範疇，因為本發明可容許其他等效實施例。

第1圖描繪根據本發明一些實施例的用於處理基材的設備的側面示意圖。

第2圖描繪根據本發明一些實施例的用於處理基材的設備的頂部示意圖。

第3圖描繪根據本發明一些實施例的在處理腔室中形成電漿的方法之流程圖。

為了助於瞭解，如可能則使用相同的元件符號標注共通於該等圖式的相同元件。然而應注意附圖僅說明此發明的典型實施例，因而不應將該等附圖視為限制本發明之範疇，因為本發明可容許其他等效實施例。

在此揭露用於處理基材的方法與設備。本發明之方法與設備可有利地控制處理氣體的流量，而形成具有處理基材所用的期望分佈曲線的電漿。例如，處理氣流的控制可用於克服設備中的一或多種不對稱性，這些不對稱性引發非期望的電漿分佈曲線形成。不對稱性可包括不對稱配置的泵送通道、不對稱的電場、或可能需要實質上腔室重新設計進而改正的類似不對稱性。因此，本發明可進一步提供針對現存腔室不對稱性的節省成本的解決方案。

第1圖描繪根據本發明一些實施例的設備100的側面示意圖。例如，設備100可設置成用於蝕刻、沉積、或任何適合的電漿製程。設備100可包括電漿處理腔室101，該電漿處理腔室101具有包圍處理空間108的下腔室主體102、上腔室主體104、與頂壁106。頂壁106可為平坦或具有一些其他的幾何形狀。一些實施例中，頂壁106是圓頂。一些實施例中，可在頂壁106與上腔室主體104之間設置可替換的間隔件110，使得頂壁106相對於上腔室主體104的傾斜及/或高度可如期望般選擇性地改變。

RF線圈112可配置在頂壁106上方且透過匹配電路116耦接RF源114。頂壁106對RF功率具傳輸性，使得由RF源114施加至線圈112的源功率可感應式耦合配置在反應器100的處理空間108中的氣體，以例如形成及/或維持電漿170。雖然RF線圈112可相對於處理腔室(或相對於配置在處理腔室中的基材支座的支撐表面)的中央軸對稱(如第1圖所繪示)，然而，線圈112產生的電場中的不對稱仍會由腔室101的其他態樣所造成，諸如由可能扭曲電場的其他金屬部件或類似物所造成。施加至線圈112的功率可稱源功率。

可用功率處於約10瓦至約5000瓦之範圍內的約2 MHz至約60 MHz之範圍內的射頻提供源功率。源功率可經脈衝化，或以連續波的形式施加。

上腔室主體104可包括泵送通道118，該泵送通道118將反應器100的處理空間108透過節流閥122連接至泵120。一些實施例中，排放篩網180可配置在上腔室主體104內，以進一步控制處理空間108與泵送通道118之間的排放物的流量。泵送通道118可從處理空間108移除一或多種氣體。如第1圖中所繪示，泵送通道118可相對於處理空間108不對稱地配置。泵送通道108的不對稱性可能造成操作期間處理空間108的區域中有變化的壓力，這些區域諸如相鄰泵送通道108的第一區域109以及在泵送通道108對面的第二區域111。一些實施例中，第一區域109中的第一壓力大於第二區域111中的第二壓力，這是由於操作泵120的緣故。泵120與節流閥122可經操作而控制反應器100的處理空間108內的壓力。泵120也移除處理副產物。隔板180可配置在泵送通道118中，以盡量減少泵120的污染以及改善處理空間108內的傳導性。

設備100可包括與該設備100耦接的快速氣體交換系統124，此快速氣體交換系統124透過複數個第一氣體入口126提供處理氣體及/或其他氣體至處理空間108，該等第一氣體入口126定位在上腔室主體108的內部周圍或其他適合的位置。

第2圖描繪根據本發明一些實施例的設備100的頂部示意圖。如第2圖所繪示，複數個第一氣體入口126可對稱地或等距地繞著處理空間108間隔開。一些實施例中(且如圖所示)，複數個第一氣體入口126中的第一氣體入口126的數目是4個。然而，可設置額外或更少的第一氣體入口126。一些實施例中，配置成鄰近泵送通道118的任一側的該複數個第一氣體入口126中的兩個第一氣體入口從泵送通道118等距配置，如第2圖所繪示，圖中顯示，兩個第一氣體入口126配置於處理空間108的第一區域109中。第2圖中所繪示的第一氣體入口126的配置方式僅是示例性，其他配置方式也是可行的，諸如將第一氣體入口配置在泵送通道118正上方，或能夠產生期望處理氣體流量而生成具有期望分佈曲線的電漿的任何適合的配置方式。

一些實施例中，設備100可進一步包含複數個第二氣體入口202。如第2圖所繪示，且在一些實施例中，可將超過一個第二氣體入口202耦接複數個第一氣體入口126之相對應的一個第一氣體入口，以將處理氣體提供至處理空間108。例如，第二氣體入口202可用於進一步以期望的分配方式將處理氣體分配至處理空間。雖然如第2圖中所繪示，兩個第二氣體入口202對應各第一氣體入口126，然而，其他配置方式也是可行的，諸如多於兩個或少於兩個第二氣體入口202對應各第一氣體入口126。再者，儘管如第2圖中所繪示，第一氣體入口與第二氣體入口呈對稱配置方式(其中，每一第一氣體入口126具有兩個耦接至該第一氣體入口126的第二氣體入口202)，但不對稱的配置方式也是可行的，諸如該等第一氣體入口126中的一個或多個耦接不同數目的第二氣體入口202或完全不耦接第二氣體入口。

設備100可包括複數個流量控制器204，其中該複數個流量控制器204中的每一個流量控制器耦接該複數個第一氣體入口126中的相對應的一個第一氣體入口，以控制經由各別第一氣體入口126提供至處理腔室的處理氣體的流量。例如，複數個流量控制器204可配置在快速氣體交換系統124與複數個第一氣體入口126之間，使得由系統124提供的處理氣體之流量可在每一相對應的第一氣體入口126之處個別受到控制。

回到第1圖，快速氣體交換系統124選擇性地使任何單獨氣體或氣體組合得以提供至處理空間108。一些實施例中，快速氣體交換系統124具有四個遞送線路128，每一遞送線路耦接不同的氣源。每一遞送線路128包括第一閥130、質量流量計132、與第二閥134。第二閥134耦接共用T形管138，該共用T形管138耦接第一氣體入口126。氣體從質量流量計132流至處理空間108所通過的導管在長度上短於2.5 m，從而容許氣體之間有更快的切換時間。快速氣體交換系統124可與反應器100的處理空間108透過隔離閥136隔離，該隔離閥136配置在T形管138與第一氣體入口126之間。

排放導管162耦接在隔離閥136與T形管138之間，以容許殘餘氣體得以從快速氣體交換系統124沖淨，而不進入反應器100。當遞送氣體至反應器100的處理空間108時，將關閉閥164設置成關閉排放導管162。

耦接至快速氣體交換系統124的氣源可提供適合用於待執行的期望製程的氣體。例如，在示範性蝕刻製程中，所提供的氣體可包括(但不限於)：六氟化硫(SF₆)、氧氣(O₂)、氬氣(Ar)、三氟甲烷(CHF₃)、八氟環丁烷(C₄F₈)、三氟化氮(NF₃)、四氟化碳(CF₄)、三氟甲烷(CHF₃)、三氟化氯(ClF₃)、三氟化溴(BrF₃)、三氟化碘(IF₃)、氦氧氣(HeO₂)、氦氫氣(HeH₂)、氫氣(H₂)、氦氣(He)、及/或用於如此述的製程中的其他氣體。流量控制閥可包括氣動式操作，以容許快速反應。一個範例中，可操作快速氣體交換系統124以遞送多達約1000 sccm的SF₆與C₄F₈、約500 sccm的氦氣、與約200 sccm的氧氣(O₂)與氬氣。替代性實施例中，快速氣體交換系統124可進一步包括由電漿維持氣體(例如氬氣及/或氦氣)組成的第三氣體分配盤，且可操作快速氣體交換系統124在循環蝕刻方法期間連續遞送氣體至反應器100，如下文進一步所述。

腔室101額外包括基材支座152，該基材支座152配置於處理空間108中。基材支座152可包括裝設在熱隔離器144上的靜電夾盤142。熱隔離器144使靜電夾盤142與心軸173絕緣，該心軸173位在下腔室主體102之底部上方且支撐靜電夾盤142。

舉升銷146可配置成穿過基材支座152。舉升板148配置在基材支座152下方，且可由舉升件154致動，以選擇性地將舉升銷146移位，以舉升基材150及/或將基材150放置在靜電夾盤142的上表面上。

靜電夾盤142包括至少一個電極(圖中未示)，該電極可被賦予能量，以靜電式將基材150保持在靜電夾盤142之上表面。靜電夾盤142的電極可透過匹配電路158耦接偏壓電源156。偏壓電源156可選擇性賦予靜電夾盤142的電極能量，以在蝕刻期間控制離子的方向性。

偏壓電源156施加至靜電夾盤142的偏壓功率可以經過脈衝化，例如，反覆地儲存或收集能量一段時間，隨後快速釋放能量另一段時間，以遞送瞬間增加量的功率，同時可連續地施加源功率。

一些實施例中，背側氣源160可耦接穿過基材支座152，以提供一或多個氣體至界定在基材150與靜電夾盤142之上表面(例如基材支撐表面)之間的空間(圖中未示)。背側氣源160提供的氣體可包括氦氣及/或背側處理氣體。該背側處理氣體是自基材與基材支座之間遞送的氣體，在蝕刻循環期間，該氣體透過與腔室中的材料反應而可例如影響蝕刻或聚合速率，所述腔室中的材料諸如處理氣體、蝕刻副產物、配置在基材上的光罩或其他層、或蝕刻的目標材料。一些實施例中，背側處理氣體可以是含氧氣體，諸如O₂。一些實施例中，對矽蝕刻應用而言，背側氣體中He對O₂的比以體積計或以質量計可以是約50：50至約70：30。應考量可利用其他背側處理氣體控制接近基材邊緣附近的製程。使用背側處理氣體可有利地用於單步驟蝕刻製程以及循環式蝕刻製程。

為了使背側氣源160提供的處理氣體抵達基材150邊緣，背側氣體由基材150邊緣下方漏出的速率高於習知背側氣體系統的速率。一些實施例中，可透過將基材150與靜電夾盤142的上表面之間的空間(圖中未示)中的氣體壓力維持在約4 Torr與26 Torr之間，而提升漏出速率。一些實施例中，壓力可維持在約10 Torr與22 Torr之間。一些實施例中，壓力可維持在約14 Torr與20 Torr之間。也可透過在支撐基材150與靜電夾盤142之上表面的唇部(圖中未示)中設置切口(圖中未示)或其他特徵而達成漏出速率，此舉促進靜電夾盤142與基材150之間的背側氣體的漏出。

設備100可進一步包括控制器171，該控制器171大體上包含中央處理單元(CPU)172、記憶體174、與支援電路176，且該控制器171直接耦接且控制蝕刻反應器100及各種系統部件，諸如RF源114、快速氣體交換系統124、與類似部件(如第1圖中所示)；或者，該控制器經由與處理腔室及/或支援系統相連的其他電腦或控制器(圖中未示)，耦接且控制蝕刻反應器100及各種系統部件，諸如RF源114、快速氣體交換系統124、與類似部件。控制器171可以是能用於工業設施中控制各種腔室與次處理器的任何形式的通用電腦處理器之其中一種。CPU 172的記憶體(或電腦可讀媒體)174可以是一或多種易於取得的記憶體，諸如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、軟碟、硬碟、或任何其他形式的本地端或遠端數位儲存裝置。支援電路176耦接CPU 172，以用習知方式支援處理器。這些電路包括高速緩衝存儲器、電源供應器、時脈電路、輸入/輸出電路系統與次系統、及類似物。如此所述的本發明的方法(諸如下文中所述的方法300)可儲存在記憶體中做為軟體常式。該軟體常式由CPU 172執行時，將通用電腦轉換成特定用途電腦(控制器)178，該特定用途電腦(控制器)178以此述的方式控制反應器100的操作。軟體常式也可儲存在第二CPU(圖中未示)及/或由該第二CPU執行，該第二CPU位在由控制器174的CPU 172控制的硬體的遠端。

第3圖描繪根據本發明之一些實施例用於形成電漿 (例如，以處理基材)的方法300的流程圖。該方法300可在設備100或其他適合的電漿處理腔室中實施。下文中根據如第1圖至第2圖中所描繪的設備100描述方法300。

方法300開始於302，該步驟為：使用電漿源114在處理腔室108的處理空間108內生成電場，該處理空間108具有第一區域109與第二區域111，其中第一區域109與第二區域111具有不同的電漿形成環境。如此所用，「不同的電漿形成環境」之詞彙並非僅指處理腔室的不同區域，反而是指例如由於不對稱地配置的泵送通道118所引發的不對稱性造成的不同環境，或RF線圈112生成的電場中的不對稱性造成的不同環境，上述因素可能影響每一不同環境中所形成的電漿之特性。

例如，電場可以是不對稱的，使得處理空間的第一區域109中的電場之性質有別於處理空間的第二區域111中的電場之性質。示範性的電場不對稱性可包括電場形狀、電場量級、電場密度、或類似物中的不對稱。

例如，處理空間108可被泵送通道118不對稱地抽吸(pumped)，使得鄰近泵送通道118的處理空間108的第一區域109中的第一壓力大於在泵送通道118對面的處理空間108的第二區域111中的第二壓力。

在304，處理氣體可以第一流速注入第一區域109中且以第二流速注入第二區域111中，以在處理空間108中形成電漿(例如電漿170)，該第二流速與該第一流速不同。例如，第一流速與第二流速可被選以克服腔室101中的任何不對稱性，諸如泵送通道118相對處理空間108的位置所引發的不對稱流動分佈曲線，或線圈112產生的電場中的不對稱性。第一流速與第二流速可選以產生處理氣體的流動分佈曲線，此流動分佈曲線造成具有處理配置在基材支座152上的基材所用的期望分佈曲線的電漿。

一些實施例中，第二流速可大於第一流速。例如，第一流速可以是配置在第一區域109中的第一氣體入口126與視情況任選的第二氣體入口202之各者處提供的流速。或者，第一流速可以是配置在第一區域109中的第一氣體入口126與視情況任選的第二氣體入口202之各者處提供的平均流速。類似地，可於配置在第二區域111中的第一氣體入口126與視情況任選的第二氣體入口202之各者處提供第二流速，或該第二流速可以是平均流速。

進一步而言，第一區域109與第二區域111僅為示例性。可用任何期望方式界定第一區域109與第二區域111，如第1圖至第2圖中繪示的相等的兩半部，或其他非相等的配置方式。進一步而言，方法300不限於僅只第一區域與第二區域，諸如前文界定的第一區域109與第二區域111。例如，可有任何期望數目的所界定的區域，且這些區域可包括任何期望數目的第一氣體入口126與第二氣體入口202，且各區域可個別受到控制，以提供期望的處理氣體流速，而形成具有處理配置在基材支座152上的基材所用的期望分佈曲線的電漿。

雖然前述內容涉及本發明之實施例，然而可不背離本發明基本範疇設計其他與進一步的本發明之實施例。