TW202101506A - 具有減少的電漿弧的處理腔室 - Google Patents

Abstract

處理系統包括腔室主體、基板支撐件和蓋組件。該基板支撐件位於該腔室主體中並且包括第一電極。該蓋組件定位在腔室主體上方並界定處理空間。該蓋組件包括面板、定位於該面板和該腔室主體之間的第二電極、以及定位於該第二電極和該處理空間之間的絕緣構件。電源供應系統耦接該第一電極和該面板，並且設置為在該處理空間中生成電漿。

Description

具有減少的電漿弧的處理腔室

本文描述的實施例關於半導體製造設備和方法。 特定而言，本文描述的實施例關於用於半導體基板的電漿處理腔室。

許多處理系統運用蓋組件，該蓋組件包括定位在處理系統之腔室主體上的一個或多個絕緣環與一個或多個電極的堆疊。在處理期間，沉積材料可堆積在絕緣環、電極上及/或電極與絕緣環之間的隙縫中。隨著沉積材料的厚度增加，局部化的高電場增加，導致腔室主體內部有電弧。例如，在處理系統內歷經處理的基板之表面上累積的電荷可以電弧放電（arc）至在電極和絕緣環之間的隙縫附近所沉積的材料。因此，在處理腔室內發生電弧。電弧可能會有害地影響基板處理，造成處理腔室離線停機。因此，處理系統的停工時間增加，且生產率降低。

因此，需要具有減少的電弧的改良處理系統。

在一個實例中，一種處理系統包括腔室主體、配置在該腔室主體中的基板支撐件、和配置在該腔室主體上方且界定處理空間的蓋組件。該蓋組件面板、電極、及絕緣構件。該絕緣構件定位於該電極和該處理腔室之處理空間之間。再者，該電極定位在該面板與該腔室主體之間。

在一個實施例中，一種用於處理系統之蓋組件包括面板、電極、絕緣環、和絕緣構件。該絕緣構件定位在該電極和該絕緣環及該處理系統之處理空間之間。該電極定位於該面板和該處理系統之腔室主體之間。

在一個實施例中，一種處理腔室包括腔室主體、基板支撐件、和蓋組件。該基板支撐件位於該腔室主體中並且包括第一電極。該蓋組件位於該腔室主體上方，並且在該腔室主體內界定處理空間。該蓋組件包括面板、定位於該面板和該腔室主體之間的第二電極、以及絕緣構件。該絕緣構件定位在該第二電極和該處理空間之間。

在此描述的實施例提供一種用於處理半導體基板的設備。在許多情況中，當處理基板時，一層或多層材料沉積在基板之表面上，並且也沉積在處理系統的其他表面上。例如，材料可沉積在蓋組件的電極、蓋組件的絕緣環及/或電極與絕緣環之間的隙縫上。隨著時間流逝，在處理腔室之各表面上的沉積材料的厚度增加，從而增加在處理腔室內發生電弧的可能性。電弧會對基板處理及/或硬體組件產生不利的影響，而增加了報廢基板與維修停工時間的頻率。再者，使相對應的處理系統離線停機造成處理系統的生產率降低及相對應的生產成本增加。

當電極與絕緣環上的沉積厚度為約1.8微米或更大時，可能會發生電弧。在許多情況中，這種處理系統的沉積能力也約為1.8微米。因此，在這樣的處理系統中，發生電弧的可能性高。然而，限制沉積厚度以減少電弧是困難的，因為1.8微米或更小的沉積能力對於許多當代半導體元件的世代而言是有挑戰的。

然而，藉由在電極和絕緣環以及處理系統的處理空間之間納入絕緣構件，減少或消除了在電極、絕緣環上以及電極與絕緣環之間的隙縫上的材料堆積。因此，降低處理系統內電弧的發生，而減少了處理系統的停工時間且增加處理系統的生產率。此外，相對應的處理系統的沉積能力也增加。

圖1是根據一個或多個實施例的處理系統的處理腔室100的示意性剖面圖。處理腔室100特徵是腔室主體102、配置在腔室主體102內的基板支撐件104、以及耦接腔室主體102且將基板支撐件104包封在處理空間120中的蓋組件106。透過開口126將基板105提供至處理空間120，可透過使用閥組件（未示出）之門將該開口密封以供處理。處理腔室100特別可以是化學氣相沉積（CVD）處理腔室、原子層沉積（ALD）處理腔室、金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）處理腔室、電漿增強化學氣相沉積（PECVD）處理腔室、或電漿增強原子層沉積（PEALD）處理腔室之其中一者。

腔室主體102包括腔室壁103。此外，襯墊101可位於腔室壁103上，使得襯墊101位於腔室壁103和處理空間120之間。該襯墊101可包括鋁。替代地，襯墊101可包括其他導電或絕緣材料。

蓋組件106包括電極108、絕緣環110和面板112。進一步而言，蓋組件106包括位於絕緣環110和電極108的徑向內側的絕緣構件111。例如，絕緣構件111定位在絕緣環110與電極108和處理空間120之間，使得絕緣環110和電極108之表面不暴露於處理空間120。蓋組件106和基板支撐件104可以與設置用於電漿或熱處理的處理腔室一併使用。

電極108配置成與腔室主體102相鄰，並且定位於腔室主體102與蓋組件106的其他部件之間。電極108是環形或環狀構件，並且可稱為環形電極。電極108可以是繞著處理腔室120的周邊而環繞處理空間120的連續迴圈，或者可在所選位置處不連續。電極108也可以是穿孔電極，例如穿孔環或網狀電極。在一些實例中，電極108可以透過電絕緣材料例如陶瓷（例如，圖3的絕緣環310）與腔室主體102電隔離，該電絕緣材料位於該電極108與腔室主體102之間。

絕緣環110可以是諸如陶瓷或金屬氧化物（例如，氧化鋁及/或氮化鋁）之類的介電材料，該絕緣環110接觸電極108並且使電極108與面板112在電隔離及/或熱隔離。

面板112特徵是開口118，該開口118允許處理氣體進入處理空間120。面板可以稱為噴頭（showerhead）。面板112可耦接電源供應器142，諸如RF（射頻）發生器、直流（DC）電源供應器、脈衝DC電源供應器、及脈衝RF電源供應器。此外，電源142利用脈衝DC訊號、脈衝RF訊號、和接地電壓（或任何其他恆定電壓）訊號之一者驅動面板112，以在處理空間120中生成電漿。

絕緣構件111是由介電材料形成，並且將電極108和絕緣環110遮蔽隔離處理空間120。例如，絕緣構件111可以是陶瓷或金屬氧化物（例如，氧化鋁及/或氮化鋁）。絕緣構件111形成繞處理腔室100之內徑環繞處理空間120連續環圈。進一步而言，絕緣構件111是由單一的連續材料形成。替代地，絕緣構件111可由具有一或多個分立（discrete）區段的一種或多種材料形成。此外，絕緣構件111配置在腔室主體102的襯墊101上方。例如，絕緣構件111可定位在襯墊101和面板112之間。此外，絕緣構件111和襯墊101之間的距離是在約1mm至約20mm的範圍內。替代地，絕緣構件111與襯墊101之間的距離可小於1mm或大於約20mm。

絕緣構件111形成阻障層，將電極108和絕緣環110隔離處理空間120。絕緣構件111保護電極108和絕緣環110不受處理空間120內的處理氣體與熱變化影響。例如，在基板處理期間，材料沉積發生在絕緣構件111上而非電極108和絕緣環110上。進一步而言，隨著發生在電極108和絕緣環110上、或是在電極108與絕緣環110、絕緣構件111之間的隙縫中的沉積由於絕緣構件111的存在而減輕，從而降低處理腔室100內電弧的整體可能性。換言之，絕緣構件111減少在電極108和絕緣環110上沉積或在電極108和絕緣環之間的隙縫中沉積的材料的厚度。

面板112是導電氣體分配器或非導電氣體分配器。面板112由導電及/或非導電部件製成。在電漿處理腔室中，面板112可以例如由電源供應器142供電，或者面板112可耦接接地端。

絕緣構件111可以接觸面板112。替代地，絕緣構件111可以例如透過陶瓷間隔件與面板112隔離。在一個實施例中，絕緣構件111包括定位在絕緣環110和面板112之間的徑向延伸的唇部204。唇部204將絕緣構件111保持在處理空間120內。在其他實施例中，絕緣構件111可例如透過使用緊固件而耦接面板112或蓋組件106之另一部分。替代地，絕緣構件111可安置在處理腔室100的另一部分上，以保持絕緣構件111在處理腔室100內的位置。

電極108可以耦接電源供應器128。電源供應器128可利用功率訊號驅動電極108。功率訊號可包括RF源或DC源。功率訊號可以是可調的。例如，可以改變功率訊號的電壓的量值及/或電壓的正負號。此外，功率訊號的電壓可以為正或負。

電極122是基板支撐件104的一部分。電極122嵌在基板支撐件104內或是耦接基板支撐件104的表面。電極122可以是板、穿孔板、篩網、絲網、或任何其他分佈式的排列。此外，電極122藉由配置在基板支撐件104的軸桿144中的導管（例如電纜）耦接電源供應器136。

電源供應器136包括電子感測器和電子控制器，其可以是可變電容器。該電子感測器可以是電壓或電流感測器，並且可耦接電源供應器136的電子控制器，以提供對處理空間120中的電漿條件進一步控制。電源供應器136利用脈衝DC訊號、脈衝RF訊號、和接地電壓（或任何其他恆定電壓）訊號驅動電極122，以在處理空間120中生成電漿。再者，電極122可以有別於（例如，相反）面板112之方式驅動，以在處理空間120中生成電容​​耦合電漿。例如，面板112和電極122之一者由脈衝RF訊號驅動，而面板112和電極122中的另一者由接地電壓訊號驅動。電源供應器142和136可組合而形成電源供應系統。電源供應系統可包括電源供應器142和136以及其他電源供應器。

電極124可以是偏壓電極及/或靜電吸盤電極，該電極124是基板支撐件104的一部分。電極124嵌入基板支撐件104內或是耦接基板支撐件104。進一步，電極124耦接電源供應器150。例如，電極124透過濾波器耦接電源供應器150，該濾波器可以是阻抗匹配電路。電源供應器150提供DC功率、脈衝DC功率、RF功率、脈衝RF功率之一或多者。

在操作中，處理腔室100可提供對處理空間120中電漿狀況的即時控制。基板105定位於基板支撐件104上，並且處理氣體使用入口114從氣體供應源160根據期望的流動規劃流過蓋組件106。氣體透過出口152離開處理腔室100。例如，真空泵可耦接出口152。

雖然圖1的實施例說明包括絕緣環110、電極108、與絕緣構件111的蓋組件106，但考量可省略電極108和絕緣環110。

圖2A是根據一或多個實施例的處理腔室100的蓋組件106的一部分的示意性剖面圖。絕緣構件111包括表面202、表面203、和唇部204。表面203面對電極108與絕緣環110，例如，表面203定向成徑向向外。進一步而言，表面203不接觸電極108和絕緣環110，而在表面203與電極108和絕緣環110之間形成小的均勻隙縫。表面202面向處理空間120，例如，表面202定向成徑向向內。表面203與電極108和絕緣環110之間的隙縫小於約1mm。進一步而言，表面203與電極108和絕緣環110之間的隙縫可以小於約0.5mm。例如，隙縫可以為約0.1mm至約0.5mm。在一個實施例中，省略表面203與電極108和絕緣環110之間的隙縫，並且表面203接觸電極108和絕緣環110。表面203與電極108和絕緣環110之間的隙縫容納（accomodate）處理期間的熱膨脹。表面203與電極108和絕緣環110之間的隙縫的尺寸減輕處理氣體與電極108和絕緣環110的接觸，減輕由於材料在電極108和絕緣環110上沉積而可能發生的電弧。以此方式，絕緣構件111充當沉積遮蔽件。

絕緣構件111的唇部204定位於絕緣環110和面板112之間。唇部204有助於將絕緣構件111保持在處理腔室100的處理空間120內。在一個或多個實施例中，可省略唇部204。在另一實例中，唇部204可包括在該唇部204之上表面或下表面上的一或多個突出部。該等突出部可以與形成在絕緣環的上表面及/或面板112的下表面中的相對應的凹部相配（index）。

圖2B是絕緣構件111的頂部平面圖。如圖2B所說明，絕緣構件111具有圓形形狀，並且包括具有唇部的圓柱體。如上所述，絕緣構件111包括沿絕緣構件111之周邊定位的唇部204。唇部204是配置在平面中的環形構件。唇部204用於將絕緣構件111固定在處理腔室100內。例如，絕緣構件111的唇部204定位於絕緣環110（或是，在省略絕緣環的實施例中，電極108）與面板112之間。 唇部204從絕緣構件111的圓柱205、於該圓柱之遠端徑向向外延伸。唇部204相對於圓柱（例如，圓柱之側壁或軸向中心線）定位呈直角。

在基板處理期間，材料沉積發生在絕緣構件111的表面202上，而非電極108與絕緣環110上及電極108和絕緣環110之間的隙縫上。因此，在電極108和絕緣環110之間的沉積材料的堆積減少，從而降低電場跨越電極108和絕緣環110之間的隙縫電弧放電的可能性。絕緣構件111保護電極108與絕緣環110免受處理空間120內的處理氣體和熱變化的影響。此外，表面202是光滑的，使得在表面202上發生的任何材料沉積都是均勻的並且可在清潔循環期間移除。表面202可以是光滑的，使得沉積的材料的堆積遍及表面202上為實質均勻。表面202的粗糙度至少約8Ra。另外，表面202的粗糙度小於約250Ra。因此，絕緣構件111上的不同點之間的局部化高電場不會發生。表面202是連續的。因為任何沉積發生在絕緣構件111上而不是在電極108和絕緣環110上，所以減輕了相對應電場的增加，從而減少處理腔室內的電弧。另外，表面202和203至少彼此實質上同心，使得表面202和203之間的距離在整個絕緣構件111上實質上相等。

絕緣構件111的高度210至少等於電極108的高度214和絕緣環110的高度212的組合。替代地，絕緣構件111的高度210可大於高度212與214之組合。在這樣的實例中，絕緣構件111至少部分與襯墊101重疊，使得在電極108之底表面和絕緣構件111之底表面不共面。絕緣構件111之高度範圍是約10mm至約120mm。替代地，絕緣構件111的高度小於約10mm或大於約120mm。此外，高度212和214可以彼此相似，或是高度212和214之一或多者可大於高度212和214的另一者。此外，絕緣構件111之寬度220範圍是約1mm至約7mm。替代地，絕緣構件111之寬度可小於約1mm或大於約7mm。

絕緣構件111定位成離襯墊101一距離（例如，垂直及/或水平距離）。舉例而言，該距離可以小於約1mm。替代地，取決於襯墊101的厚度及定位，該距離可以大於約1mm。

襯墊101包括表面230和表面232。表面230和232彼此同心。例如，表面230和232之間的距離可遍及襯墊101之整個表面上實質上相等。進一步而言，襯墊101的寬度（例如，介於230和232之間的距離）可大於絕緣構件111之寬度220。

圖3是根據一個或多個實施例的處理腔室300的示意性剖面圖。處理腔室300設置成類似於處理腔室100；然而，雖然蓋組件106包括電極108和絕緣環110，但是蓋組件306​​包括絕緣環110、電極108、和絕緣環310。替代地，蓋組件306​​可以包括額外的電極108。再者，蓋組件306​​可包括一或多個絕緣環110、一或多個絕緣環310、及/或一或多個電極108。

絕緣環310是介電材料，例如陶瓷或金屬氧化物，例如氧化鋁及/或氮化鋁，且該絕緣環310與電極108接觸，並且將電極108與腔室主體102電隔離且熱隔離。進一步，絕緣環310配置在電極108與腔室主體102之間。

圖3的絕緣構件311設置成類似於絕緣構件111的絕緣構件。絕緣構件311定位在絕緣環110、電極108、和絕緣環310與處理空間120之間。進一步而言，如關於圖1所述，絕緣構件311保護絕緣環110、310及電極108、以及在任何絕緣環110、310和電極108之間的隙縫（在相對接觸表面處）免於受到處理空間120內的熱變化及處理氣體的影響。例如，任何材料沉積都發生在絕緣構件311上，而不是發生在絕緣環110和310以及電極108上（或在上述部件之間的界面處的隙縫）。在圖3的實例中，絕緣構件311跨越至少絕緣環110、310和電極108的組合高度。

圖4是根據一或多個實施例的處理腔室300的蓋組件306​​的部分的示意性剖面圖。絕緣構件311包括表面402和表面403。表面403面向電極108以及絕緣環110和310。類似於絕緣構件111的表面，絕緣構件311包括唇部204，該唇部204從絕緣構件111之圓柱205於圓柱205之遠端徑向向外延伸。再者，表面403不接觸電極108和絕緣環110、310，使得在表面403和電極108與絕緣環110、130之間形成小於約1mm的小隙縫。在一個實施例中，表面403接觸電極108和絕緣環110、310，並且省略隙縫。省略隙縫可進一步防止處理氣體接觸電極108和絕緣環110、310，從而減輕上面的沉積材料。另外，表面402面向處理空間120。在基板處理期間，材料沉積發生在絕緣構件311的表面402上而不是在電極108和絕緣環110和310上、及在上述部件之間的任何隙縫。因此，絕緣構件311保護電極108以及絕緣環110和310以及上述部件之間的任何相應的隙縫不受處理空間120內的處理氣體和熱變化的影響。絕緣構件311的高度410至少等於下述高度之組合：電極108之高度414、絕緣環110之高度412、與絕緣環310之高度416。替代地，絕緣構件311的高度410可以大於高度412、414和416之組合。此外，高度412、414和416可以相似，或者是高度412、414和416中的一或多者可以大於高度412、414和416中的另一者。

揭示一種處理系統，該處理系統具有蓋組件，該蓋組件有定位在蓋組件之電極與絕緣環和處理空間之間的絕緣構件。揭示的處理系統歷經減少的電極、絕緣環、以及電極之間的隙縫上的材料堆積。因此，處理系統的處理腔室內發生電弧的可能性降低，而減少處理系統的停工時間並且增加處理系統的生產率。此外，藉由減少電極、絕緣環、及電極與絕緣環之間的隙縫上的沉積材料的厚度，增加了相對應的處理系統的沉積能力。

雖然前述內容是針對本案揭示內容的實施例，但是在不背離本案揭示內容的基本範疇的情況下，可以設計本案揭示內容的其他和進一步的實施例。

100:處理腔室 101:襯墊 102:腔室主體 103:腔室壁 104:基板支撐件 105:基板 106:蓋組件 108:電極 110:絕緣環 111:絕緣構件 112:面板 114:入口 118:開口 120:處理空間 122,124:電極 126:開口 128,136,142:電源供應器 144:軸桿 150:電源供應器 152:出口 160:氣體供應源 202,203:表面 204:唇部 205:圓柱 210,212,214:高度 220:寬度 230,232:表面 300:處理腔室 306:蓋組件 310:絕緣環 311:絕緣構件 420,403:表面 410,412,414,416:高度

為了能夠詳細地理解本案揭示內容的上述特徵的方式，可以透過參考實施例（其中一些在附圖中說明）而對上文簡要總結的本案揭示內容進行更特定的描述。然而，應注意附圖僅說明本案揭示內容的典型實施例，且因此不應視為是對本案揭示內容之範疇的限制，因為本案揭示內容可允許其他等效的實施例。

圖1是根據一個實施例的處理系統的示意性剖面圖。

圖2A是根據一個實施例的處理系統的一部分的示意性剖面圖。

圖2B是根據一個實施例的絕緣構件的底部平面圖。

圖3是根據一個實施例的處理系統的示意性剖面圖。

圖4是根據一個實施例的處理系統的一部分的示意性剖面圖。

為助於理解，只要可能則使用相同的元件符號來指定圖式中共用的相同元件。考量一個實施例中揭示的元件可在沒有特定記敘的情況下有利地運用於其他實施例。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

100:處理腔室

101:襯墊

102:腔室主體

103:腔室壁

104:基板支撐件

105:基板

106:蓋組件

108:電極

110:絕緣環

111:絕緣構件

112:面板

114:入口

118:開口

120:處理空間

122,124:電極

126:開口

128,136,142:電源供應器

144:軸桿

150:電源供應器

152:出口

160:氣體供應源

Claims (20)

1. 一種處理腔室，包括： 一腔室主體； 一基板支撐件，定位在該腔室主體中；及 一蓋組件，位於在該腔室主體上方且界定該腔室主體內的一處理空間；該蓋組件包括： 一面板； 一電極，位在該面板與該腔室主體之間；及 一絕緣構件，定位於該電極之徑向向內處，位於該電極和該處理空間之間，以及該面板與該腔室主體之間。
2. 如請求項1所述之處理腔室，其中該蓋組件進一步包括： 一絕緣環，定位在該面板與該腔室主體之間。
3. 如請求項2所述之處理腔室，其中該絕緣構件進一步定位在該絕緣環與該處理空間之間。
4. 如請求項1所述之處理腔室，進一步包括一襯墊，該襯墊定位在該腔室主體之一表面上，且其中該絕緣構件與該襯墊隔離。
5. 如請求項1所述之處理腔室，其中該絕緣構件耦接該面板。
6. 如請求項1所述之處理腔室，其中該絕緣構件包括一陶瓷。
7. 如請求項1所述之處理腔室，其中該絕緣構件包括一連續的環。
8. 如請求項1所述之處理腔室，其中該絕緣構件的厚度是在約1mm至約7mm的範圍內。
9. 一種用於處理系統之蓋組件，該蓋組件包括： 一面板； 一電極，配置在該面板與該處理系統之一腔室主體之間；及 一絕緣構件，定位在該電極之徑向向內之間。
10. 如請求項9所述之蓋組件，進一步包括： 一絕緣環，配置在該面板與該電極之間。
11. 如請求項10所述之蓋組件，其中該絕緣構件進一步定位該絕緣環的徑向向內處。
12. 如請求項11所述之蓋組件，其中該絕緣構件以一隙縫與該電極及該絕緣環隔離。
13. 如請求項12所述之蓋組件，其中該隙縫至少約1mm。
14. 如請求項9所述之蓋組件，其中該絕緣構件包括一陶瓷。
15. 如請求項9所述之蓋組件，其中該絕緣構件包括一連續的環。
16. 如請求項9所述之蓋組件，其中該絕緣構件之厚度是在約1mm至約7mm的範圍內。
17. 一種處理腔室，包括： 一腔室主體； 一基板支撐件，位於該腔室主體中，該基板支撐件包括一第一電極；及 一蓋組件，定位於該腔室主體上方，並且在該腔室主體內界定一處理空間，該蓋組件包括： 一面板； 一第二電極，定位於該面板和該腔室主體之間；及 一絕緣構件，定位於該第二電極之徑向向內處，位在該第二電極和該處理空間之間，且在該面板與該腔室主體之間。
18. 如請求項17所述之處理腔室，其中該蓋組件進一步包括： 一絕緣環，定位在該面板與該腔室主體之間，且其中該絕緣構件進一步定位在該絕緣環與該處理空間之間。
19. 如請求項17所述之處理腔室，其中該絕緣構件之厚度是在約1mm至約7mm的範圍內。
20. 如請求項17所述之處理腔室，其中一襯墊形成於該腔室主體上，且該絕緣構件與該襯墊隔離。

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