TW202107514A - 具有基板邊緣加強處理的處理腔室 - Google Patents

Abstract

本揭露的實施例大體提供用於處理基板之設備及方法。更特定言之，本揭露的實施例提供一種處理腔室，該處理腔室對設置於該處理腔室中的基板的邊緣具有加強的處理效率。在一個實施例中，處理腔室包含腔室主體，該腔室主體在處理腔室中界定內部處理區域；噴淋頭組件，該噴淋頭組件設置於處理腔室中，其中噴淋頭組件具有多重區，其中在噴淋頭組件的邊緣區處比中心區處的孔隙密度更高；基板支撐組件，該基板支撐組件設置於處理腔室的內部處理區域中；及集中環，該集中環設置於基板支撐組件的邊緣上且環繞基板支撐組件，其中集中環具有步階，該步階具有實質上類似於底部寬度的側壁高度。

Description

具有基板邊緣加強處理的處理腔室

本揭露的實施例大體係關於用於在半導體基板上製作元件之方法及設備。更特定言之，本揭露的實施例提供用於加強基板邊緣處理效能以供用於半導體應用之方法及設備。

在半導體元件的製造期間，經常在處理腔室中處理基板，其中可對基板實行沉積、蝕刻、熱處理。

隨著積體電路部件的尺寸減小（例如，至次微米尺寸），減少污染物的存在之重要性增加，因為此類污染物可導致半導體製作處理期間缺陷的形成。舉例而言，在蝕刻處理中，例如可在蝕刻處理期間產生的聚合物等副產物可成為微粒來源，從而污染形成於基板上的積體電路及結構。在一些實例中，此類副產物通常出現在基板的某些位置處，諸如基板的邊緣處。

半導體處理腔室大體包括腔室主體，該腔室主體界定用於處理基板的內部體積。基板支撐件通常設置於內部體積中，以在處理期間支撐基板。在處理期間，於處理期間產生的反應物可能並非均勻地分佈於基板表面上。舉例而言，在處理期間反應物可能未達到或延伸至基板的邊緣，因此導致基板邊緣處理不足或具有非所欲的污染、累積或副產物。在基板邊緣處處理不足可導致基板邊緣處相對於基板中心較低的蝕刻或沉積率。此外，在一些實例中，反應物可輕易達到基板中心用於處理，但可能無法具有足夠的動量或能量以行進至基板的邊緣用於處理。因此，在基板的中心及邊緣處可能獲得不同的處理輪廓，從而導致橫跨基板形成非所欲的不均勻所得輪廓。

因此，存在對處理腔室中的基板邊緣具有加強處理效能的處理腔室之需求。

本揭露的實施例大體提供用於處理基板之設備及方法。更特定言之，本揭露的實施例提供一種處理腔室，該處理腔室對設置於該處理腔室中的基板的邊緣具有加強的處理效率。在一個實施例中，處理腔室包含腔室主體，該腔室主體在處理腔室中界定內部處理區域；噴淋頭組件，該噴淋頭組件設置於處理腔室中，其中噴淋頭組件具有多重區，其中在噴淋頭組件的邊緣區處比中心區處的孔隙密度更高；基板支撐組件，該基板支撐組件設置於處理腔室的內部處理區域中；及集中環（focus ring），該集中環設置於基板支撐組件的邊緣上且環繞基板支撐組件，其中集中環具有步階，該步階具有實質上類似於底部寬度的側壁高度。

在另一實施例中，一種噴淋頭板，具有複數個孔隙形成於其中，其中噴淋頭板具有多個區，該多個區具有不同的孔隙密度，其中位於噴淋頭板的中心區域中的區具有比位於噴淋頭板的邊緣區域中的區更大的開口面積。

在又一實施例中，一種用於加強基板邊緣處理效率的方法包括以下步驟：將氣流從遠端電漿源經由分流器分流至噴淋頭組件的邊緣區；及將氣流引導穿過噴淋頭組件的邊緣區中的孔隙，朝向基板的邊緣。

本揭露的實施例提供用於在設置於處理腔室中的基板的邊緣部分處加強處理效率的處理腔室及方法。更特定言之，本揭露的實施例係關於一種處理腔室，該處理腔室具有噴淋頭組件、分流器、集中環的某些實施例而在設置於處理腔室中的基板的邊緣處加強處理效率。在一個實施例中，在噴淋頭組件的邊緣處具有加強的氣流的噴淋頭組件可用於協助承載相對較高量的反應物至基板的邊緣。分流器亦可用於限定且引導反應物流動路徑至基板的邊緣。此外，具有所欲輪廓的集中環亦用以提供延伸的反應流動路徑至基板的邊緣。

第1圖為根據本揭露的一個實施例的處理腔室100的示意性剖視圖。處理腔室100包括內部處理體積120，用於傳送及處理基板104。

處理腔室100包括腔室主體121。在一個實施例中，腔室主體121界定內部處理體積120。處理腔室100包含噴淋頭組件189、設置於內部處理體積120中的基板支撐組件153。噴淋頭組件189設置於基板支撐組件153上。基板支撐組件153在處理腔室100中於內部處理空間120中支撐基板104。

蓋襯墊127設置於腔室主體121的側壁103上，以在處理腔室100的側壁103及頂壁128之間提供輪廓密封。蓋襯墊127具有保持噴淋頭組件189及頂壁128的唇部。在一個實例中，頂壁128可為源配接器板126。源配接器板126具有與噴淋頭組件189的中心開口189a匹配的中心開口128a。遠端電漿源130經由石英插件131及噴淋頭組件189與內部處理體積120流體連通。

噴淋頭組件189包含具有複數個孔隙188形成於其中的下部板199。噴淋頭組件189的下部板199具有多個區190、191、192、193，該多個區具有不同密度及數量的孔隙188形成於其中。關於噴淋頭組件189中孔隙分佈及輪廓的細節將在下文參考第4圖進一步論述。

分流器170穿過下部板199上方的噴淋頭組件189的中心開口189a定位。分流器170將氣流從遠端電漿源130分流至下部板199的不同位置，使得氣流可進一步引導穿過孔隙188至基板104的不同位置。分流器170可具有預定的幾何輪廓，以使得氣流能夠處於某些方向上。因此，在一個方向上的氣流可具有比其他方向更大量的流動通量。在第1圖中描繪的實例中，分流器170使來自遠端電漿源130的氣流分流為徑向向外流動至噴淋頭組件189的外部區192、193（例如，邊緣區），而非流動至內部區190、191（例如，中心區）。因此，在基板104的邊緣需要以更高的反應物的通量密度加強處理的實例中，分流器170可用以引導反應物的流動至基板104的所欲邊緣位置。分流器170的配置細節將參考以下第5圖進一步論述。

遠端電漿源130大致連接至一或更多氣體面板。在一個實施例中，遠端電漿源130連接至第一氣體面板101及第二氣體面板102，第一氣體面板101配置用於提供處理氣體以供用於減廢處理，以在蝕刻之後移除殘留材料，且第二氣體面板102配置用於提供處理氣體以供用於灰化處理，以從基板104移除光阻劑或任何其他殘留物。

處理腔室100進一步包括基板支撐組件153，基板支撐組件153設置於內部處理體積120中以用於支撐基板104。集中環160可設置於基板支撐組件153的外部邊緣上。集中環160作用以保持基板104且亦在處理期間修改基板104的邊緣區域四周的處理率。底座支撐件180可插入在集中環160與基板支撐組件153的表面之間，以幫助支撐集中環160於適當的定位。集中環160以一方式定位且形成，以在集中環160的拐角處界定步階168。所界定的步階168可有效率地允許電漿或反應物以靠近基板斜角或基板邊緣的方向流動，以便協助反應物對基板邊緣或基板斜角反應。集中環160的更多細節將在下文參考第3A圖及第3B圖進一步說明。

基板支撐組件153設置於腔室主體121中，以在處理期間支撐基板104。基板支撐組件153可為傳統機械或靜電夾盤，其中基板支撐組件153的至少部分為導電的，且藉由耦合至基板支撐組件153的RF偏壓功率源171而能夠用作處理偏壓陰極。設置於基板支撐組件153上的基板可藉助於晶圓舉升銷（未圖示）抬升及降低，以促進基板傳送到基板支撐組件153上及離開基板支撐組件153。

控制器172包括中央處理單元（CPU）174、記憶體176及支援電路178，該中央處理單元（CPU）174、記憶體176及支援電路178用於控制處理序列，且調節處理腔室100中實行的氣流及電漿處理。CPU 174可為可在工業環境中使用的任何形式的通用電腦處理器。諸如在處理腔室100中執行的處理等軟體常式可儲存於記憶體176中，例如隨機存取記憶體、唯讀記憶體、軟碟、或硬碟驅動、或其他形式的數位儲存器中。支援電路178耦合至CPU 174，且可包括快取、時鐘電路、輸入/輸出系統、電源供應及類似者。在控制器172與處理腔室100的各種部件之間的雙向通訊經由統稱為訊號匯流排的眾多訊號纜線操縱，某些訊號纜線圖示於第1圖中。

第2圖為根據本揭露案的一個實施例的在處理腔室100中使用的集中環160的一個實例的示意性透視圖。集中環160可為甜甜圈形狀的形式，具有中心開口205。當放置於基板支撐組件153四周時，中心開口205具有適用於容納具有所欲直徑範圍（例如，200 mm、300 mm或450 mm）的基板104定位於其中的直徑210。在一個實例中，直徑210可為介於約11吋及約13吋之間。

在一個實例中，集中環160具有連接至下部主體162的上部主體164。上部主體164具有上部外壁167及上部內壁165。上部內壁165界定開口205的直徑210。上部外壁167界定集中環160的外部周長。上部外壁167及上部內壁165藉由上部主體164的頂表面163連接。上部主體164的頂表面163界定平行於基板支撐組件153的上表面的平坦表面。下部主體162連接至上部主體164，從而形成集中環160的單一主體。在一些實例中，下部主體162及上部主體164可如所需地分開且重新組裝，例如當將處理腔室100安裝以環繞基板支撐組件153時。

下部主體162亦包括下部外壁306及下部內壁301。下部外壁306從集中環160的上部外壁167向內形成。相對地，下部內壁301從上部內壁165朝向集中環160的中心開口205向外延伸而形成。在一個實例中，集中環160可由包含介電材料的材料製成，例如氮化鋁、氧化鋁、氮氧化鋁或類似者。

第3A圖為沿著A-A’剖面線的描繪第2圖的集中環160的剖視圖。集中環160的步階168界定於上部內壁165與下部主體162的暴露表面315之間。上部主體164可具有介於約0.25吋與約0.5吋之間的厚度302，該厚度302界定步階168的高度。在第3A圖中描繪的實例中，上部內壁165可具有垂直於下部主體162的暴露表面315的實質上豎直的表面。上部內壁165亦界定步階168的側壁。下部主體162具有介於約0.25 mm與約1吋之間的厚度310（例如，高度），該厚度310允許集中環160對設置於基板支撐組件153上的底座支撐件180的適當接合。下部主體162的厚度310比上部主體164的厚度302更厚。在一個實例中，下部主體162的厚度310比上部主體164的厚度302大約20%與約50%之間。

下部主體162亦具有在約1吋與約5吋之間的範圍中的寬度312。藉由上部主體164暴露的下部主體162的暴露表面315具有介於約0.5吋與約5吋之間的寬度169，該寬度169亦界定步階168的寬度。暴露表面315亦為步階168的底表面。在一個實例中，厚度302（亦為步階168的側壁高度）實質上類似或等於暴露表面315的寬度169（亦為步階168的底表面）。應理解形成於集中環160中的步階168的尺寸可預定，以便允許足夠的空間以協助反應物從內部處理體積120流至靠近設置的基板的邊緣。步階168可協助保留可處理基板邊緣或基板斜角的反應物達較長時間。下部內壁301配置成接觸或接近基板104的邊緣，以便協助將基板104保留於所欲位置處。下部主體162的暴露表面315實質上平行於上部主體164的頂表面163。上部主體164具有介於約1吋與約5吋之間的總寬度314。

第3B圖描繪集中環300的另一實例，該實例可用以在處理腔室100中環繞基板支撐組件153。類似於第3A圖中描繪的集中環160，集中環300亦具有上部主體354及下部主體352。步階360形成於上部主體354的上部內壁356與來自下部主體352的暴露表面358之間。集中環300在構造上類似於第3A圖的集中環160，但集中環300的上部內壁356可為不同的構造。不同於來自集中環160的實質上豎直的上部內壁165，集中環300的上部內壁356具有傾斜表面362，具有相對於來自下部主體352的暴露表面358的角度θ。角度θ為介於約20度與約110度之間。據信上部內壁356的傾斜表面362可幫助在步階360中保留更大量的反應物，以便幫助在基板的邊緣及斜角處的反應。集中環300的上部主體354及下部主體352的尺寸可與第3A圖中描繪的集中環160類似或相同。

第4圖描繪第1圖的噴淋頭組件189的俯視圖。噴淋頭組件189具有多個區190、191、192、193，該多個區具有不同數量及密度的孔隙188形成於其中。至少兩個區具有不同數量的孔隙188形成於噴淋頭組件189中。此外，在一些實施例中，不同區可根據需要以不同材料製成。區190、191、192、193可以不同幾何配置或圖案形成，例如根據需要佈置成同心環、網格或切片圖案、或不同幾何形狀的其他組合。在基板104的邊緣處期望加強反應物的氣流的一些實例中，基板104的邊緣面對的邊緣區192、193可配置成具有較高的孔隙密度。區190、191、192、193的密度可逐漸減小（例如，具梯度），以便與邊緣區192、193相比，控制相對小量的反應物供應至中心區190、191。在一些實例中，中心區190、191可不具有孔隙。因此，從邊緣區193至中心區190（例如，從區193至接著的區192、區191、且最終至區190），開口面積逐漸增加，使得孔隙數量及密度根據需要逐漸減少。在一個實例中，相對於各個相鄰區，孔隙密度減少或從約2%增加至約20%。在各個區中的孔隙可在水平表面中對齊。在不同區中形成的孔隙可以水平對齊或可以不水平對齊。

第5圖描繪可設置於處理腔室100中在噴淋頭組件189的下部板199上方的分流器170。分流器170可定位成與下部板199直接接觸，或略微高於下部板199，以期望距離與下部板199分隔開。分流器170具有錐形形狀。分流器170具有朝向中心的漸細部502，例如，具有在下部板199的平面處（或略微高於平面）比遠端或遠側端506更寬的一個底部端（或底座）504，亦即，第一尺寸508比第二尺寸510更大。應理解，考量到各種因素，例如腔室尺寸、幫浦配置、氣流速度、加強的流動配置等等，分流器170的漸細部、形狀或尺寸的程度，以及分流器170的形狀、位置及尺寸可根據特定設計及應用需求而改變。除了達成某些期望的處理率或均勻結果之外，選擇設計參數以提供具有相對較寬的裕度的處理。

在一個實例中，底部端504為圓形的形狀。第一尺寸508介於約1.5吋與約4吋之間，且第二尺寸510為介於約0.05吋與約0.5吋之間。在一些實施例中，其中第一尺寸508是第二尺寸510的約20倍與約40倍之間。分流器170亦具有介於約0.25吋與約1.5吋之間的高度512（從底部端504至遠側端506）。分流器170可由包含含鋁材料的材料作成。

在一個實例中，分流器170可為實心主體而不允許氣流流動穿過（例如，漸細部502包含由底部端504至末端506形成的實心主體）。在另一實例中，分流器170為從底部端504至遠側端506的中心中空件（例如，漸細部502為中空主體，具有從底部端504至末端506形成的腔體），以便當氣體或反應物流動穿過時，允許從末端506至底部端504的開口流通。在分流器170為中心中空件的實例中，來自遠端電漿源130的氣體或反應物亦可引導至中心中空件所在的中心區190。

在一個實施例中，來自氣體面板102、101的氣流向下豎直流動穿過連接至分流器170的通道155（如第1圖中所圖示）。氣流接著藉由分流器170偏轉或重新引導至主要在邊緣區193、192處的孔隙188。因此，氣流不會流至具有較少或不具孔隙的中心區190、191。藉由調整分流器170的位置、幾何及尺寸，可控制從分流器170穿過的離子、中性物及反應物的空間或橫向分佈，此繼而允許調諧基板邊緣處理率輪廓。儘管在第1圖中描繪的實例中分流器170中心定位在噴淋頭組件189的下部板199的上或上方，但是其亦可設置於其他位置處，或以不同形狀及尺寸提供，以便建立適合用於其他應用需求的所需流動圖案。在處理期間，處理氣體被點燃且形成為遠端電漿源，該遠端電漿源待從遠端電漿源130供應至內部處理體積120。

儘管以上說明本揭露的實施例在處理腔室中應用，本揭露的實施例可應用至任何處理腔室，例如裝載閘腔室或傳送腔室。特別地，本揭露的實施例可用於期望於基板邊緣處具有加強的處理率的具有加強的基板邊緣處理效率的應用中。

儘管以上針對本揭露的實施例，可設計本揭露的其他及進一步實施例，而不會悖離本揭露案的基本範疇，且本揭露案的範疇由以下申請專利範圍確定。

100:處理腔室 101:第一氣體面板 102:第二氣體面板 103:側壁 104:基板 120:內部處理空間 121:腔室主體 126:源配接器板 127:蓋襯墊 128:頂壁 128a:中心開口 130:遠端電漿源 131:石英插件 153:基板支撐組件 155:通道 160:集中環 162:下部主體 163:頂表面 164:上部主體 165:上部內壁 167:上部外壁 168:步階 169:寬度 170:分流器 171:RF偏壓電源 172:控制器 174:CPU 176:記憶體 178:支援電路 180:底座支撐件 188:孔隙 189:噴淋頭組件 189a:中心開口 190:區 191:區 192:區 193:區 199:下部板 205:中心開口 210:直徑 300:集中環 301:下部內壁 302:厚度 306:下部外壁 310:厚度 312:寬度 314:總寬度 315:暴露表面 352:下部主體 354:上部主體 356:上部內壁 358:暴露表面 360:步階 362:傾斜表面 502:漸細部 504:底部端 506:末端 508:第一尺寸 510:第二尺寸 512:高度

可詳細理解以上所述本揭露的特徵，以上簡要概述的本揭露的更特定說明可藉由參考實施例而獲得，某些實施例圖示於隨附圖式中。然而，應理解隨附圖式僅圖示本揭露的典型實施例，且因此不應考量為其範疇之限制，因為本揭露認可其他等同效果的實施例。

第1圖為根據本揭露的一個實施例的處理腔室的示意性剖視圖。

第2圖為根據本揭露的一個實施例的在處理腔室中使用的集中環的示意性透射圖。

第3A圖至第3B圖為根據本揭露案的一個實施例的第2圖的集中環的剖視圖的一部分。

第4圖為根據本揭露的一個實施例的第1圖的噴淋頭組件的仰視圖。

第5圖為根據本揭露的一個實施例的第1圖的噴淋頭組件中使用的分流器的透視圖。

為了促進理解，已儘可能地使用相同的元件符號代表圖式中共用的相同元件。應考量在一個實施例中揭露的元件可有益地利用於其他實施例上而無須特別說明。

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:第一氣體面板

102:第二氣體面板

103:側壁

104:基板

120:內部處理空間

121:腔室主體

126:源配接器板

127:蓋襯墊

128:頂壁

128a:中心開口

130:遠端電漿源

131:石英插件

153:基板支撐組件

155:通道

160:集中環

162:下部主體

163:頂表面

164:上部主體

165:上部內壁

167:上部外壁

168:步階

169:寬度

170:分流器

171:RF偏壓電源

172:控制器

174:CPU

176:記憶體

178:支援電路

180:底座支撐件

188:孔隙

189:噴淋頭組件

189a:中心開口

190:多重區

191:多重區

192:多重區

193:多重區

199:下部板

Claims (20)

1. 一種處理腔室，包含： 一腔室主體，該腔室主體在一處理腔室中界定一內部處理區域；及一噴淋頭組件，該噴淋頭組件設置於該處理腔室中，其中該噴淋頭組件具有多個區，其中在該噴淋頭組件的一邊緣區處比一中心區處的一孔隙密度更高；一基板支撐組件，該基板支撐組件設置於該處理腔室的該內部處理區域中；及一集中環（focus ring），該集中環設置於該基板支撐組件的一邊緣上且環繞該基板支撐組件，其中該集中環具有一步階，該步階具有實質上類似於一底部寬度的一側壁高度。
2. 如請求項1所述之處理腔室，進一步包含： 一分流器，該分流器設置於該噴淋頭組件的上方。
3. 如請求項2所述之處理腔室，其中該分流器與一遠端電漿源流通。
4. 如請求項2所述之處理腔室，其中該分流器具有一底座，該底座漸細至一遠端的。
5. 如請求項2所述之處理腔室，其中該分流器具有一底座，該一底座向上漸細至一遠端。
6. 如請求項5所述之處理腔室，其中該底座具有一第一尺寸且該遠端具有第二尺寸，其中該第一尺寸大於該第二尺寸。
7. 如請求項6所述之處理腔室，其中該第一尺寸是該第二尺寸的介於約20倍與約40倍之間。
8. 如請求項6所述之處理腔室，其中該底座的形狀為圓形。
9. 如請求項2所述之處理腔室，其中該分流器以含鋁材料製成。
10. 如請求項1所述之處理腔室，其中該噴淋頭組件的該中心區不具有孔隙。
11. 如請求項1所述之處理腔室，其中該步階具有一傾斜側壁。
12. 如請求項1所述之處理腔室，其中該集中環具有設置於一下部主體上的一上部主體，其中該下部主體具有比該下部主體的一第二厚度更厚的一第一厚度。
13. 如請求項12所述之處理腔室，其中該上部主體暴露該下部主體的一表面，從而界定該步階的一底表面。
14. 如請求項12所述之處理腔室，其中該上部主體具有界定該步階的一側壁的一上部內壁。
15. 如請求項1所述之處理腔室，其中該集中環由含鋁材料製成。
16. 一種噴淋頭組件，包含： 一噴淋頭板，該噴淋頭板具有複數個孔隙形成於其中，其中該噴淋頭板具有多個區，該多個區具有不同的孔隙密度，其中位於該噴淋頭板的一中心區域中的該等區具有比位於該噴淋頭板的一邊緣區域中的該等區更大的一開口面積。
17. 如請求項16所述之噴淋頭組件，其中位於該邊緣區域中的該等區具有比位於該中心區域中的該等區更大的一孔隙密度。
18. 一種用於加強一基板邊緣處理效率之方法，包含以下步驟： 將一氣流從一遠端電漿源經由一分流器分流至一噴淋頭組件的一邊緣區；及將該氣流引導穿過該噴淋頭組件的該邊緣區中的孔隙，朝向該基板的一邊緣。
19. 如請求項18所述之方法，其中該分流器位於該噴淋頭組件上方。
20. 如請求項18所述之方法，進一步包含以下步驟： 藉由一步階保持在該基板的該邊緣四周的該氣流，該步階從環繞該基板的一集中環形成。

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