TW202147377A - 用於高功率高壓力製程的分段式氣體分配板 - Google Patents

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穆罕默德 索海爾 謝赫
克雷格 羅斯理
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Abstract

一種基板處理系統所用的氣體分配板，包括：外部環，包括位於其徑向內表面上的階狀界面；以及N個內部環，其中N為大於零的整數。該N個內部環的至少一者係環周向分段的，並包括內部階狀界面及外部階狀界面。該N個內部環的徑向外側一者的該外部階狀界面係配置以置放在該外部環的該內側階狀界面上，並與該內側階狀界面嚙合。中心部分包括位於其徑向外表面上的外部階狀界面，該外部階狀界面係配置以置放在該N個內部環的徑向內側一者的該內部階狀界面上，並與該內部階狀界面嚙合。

Description

用於高功率高壓力製程的分段式氣體分配板
本揭露係關於基板處理系統，更具體來說係關於用於基板處理系統的徑向及環周向（circumferentially）分段式氣體分配板。 [相關申請案的交互參照]
本申請案主張2020年1月28日提交的美國臨時申請案第62/966,816號之優先權。上方引述的該申請案之整體揭露係作為參考文獻而引入本文中。
此處所提供之先前技術描述係為了一般性呈現本揭露之背景的目的。本案列名發明人的工作成果、至此先前技術段落的所述範圍、以及申請時可能不適格作為先前技術的實施態樣，均不明示或暗示承認為對抗本揭露內容的先前技術。
基板處理系統可用以對例如半導體晶圓的基板上的膜進行蝕刻。基板處理系統通常包括處理腔室、氣體分配裝置、及基板支撐件。在處理期間，基板係配置在該基板支撐件上。可將不同的氣體混合物導引至處理腔室中，並可將射頻（RF）電漿用於啟動化學反應。
當前的微機電（MEMS）處理可在基板處理系統中使用變壓器耦合電漿（TCP）而加以執行。在這些基板處理系統中，於腔室外側係配置著一或更多線圈。在線圈與腔室之間係配置窗部。氣體混合物係供應至該腔室。將RF功率供應至所述線圈而產生磁場，以及在該腔室中點燃RF電漿並且維持著該RF電漿。
由於被引入而可能導致窗部破裂的高熱梯度，故電漿處理係功率受限的。該窗部應以具有低介電損失性質的惰性、RF通透（RF-transparent）材料所製成。另外，該窗部不應響應於典型的蝕刻化學品（例如，包括如氟、氯等鹵素物種的氣體混合物）而腐蝕。該窗部亦不應響應於熱及/或壓力循環而釋出非期望的副產物。
考慮上述的標準，窗部的材料選擇通常受限於氧化物陶瓷、石英、及一些氮化物陶瓷。氧化物陶瓷的不利點包括與相對高的熱膨脹係數連動的高熱絕緣性質。當氧化物陶瓷經受劇烈的熱梯度及/或衝擊時係具有毀滅性破裂的傾向。與氧化物陶瓷相比，由於石英的低熱膨脹係數（CTE）使其具有較高的尺寸穩定性。然而，石英係基於矽的而據此腐蝕地十分迅速，導致使用石英的成本過高。鋁氮化物提供足夠的性能，但其成本極端昂貴，且相對少的供應商能夠製造所需的大直徑胚料。
一種基板處理系統所用的氣體分配板，包括：外部環，包括位於其徑向內表面上的階狀界面；以及N個內部環，其中N為大於零的整數。該N個內部環的至少一者係環周向分段的，並包括內部階狀界面及外部階狀界面。該N個內部環的徑向外側一者的該外部階狀界面係配置以置放在該外部環的該內側階狀界面上，並與該內側階狀界面嚙合。中心部分包括位於其徑向外表面上的外部階狀界面，該外部階狀界面係配置以置放在該N個內部環的徑向內側一者的該內部階狀界面上，並與該內部階狀界面嚙合。
在其他特徵中，該N個內部環的至少一者包括複數氣體貫穿孔。該N個內部環的各者包括C個環周部分，其中C為大於一的整數。該C個環周部分的各者包括一本體，該本體具有第一弧形部分及第二弧形部分。該第一弧形部分係相對於該第二弧形部分而徑向地及環周向地偏移（offset）。
在其他特徵中，該第一弧形部分具有內直徑及外直徑。該第二弧形部分具有內直徑及外直徑。該第一弧形部分的該內直徑係大於該第二弧形部分的該內直徑，並且小於該第二弧形部分的該外直徑。該外部環、該N個內部環、及該中心部分係由RF通透的材料所製成。
在其他特徵中，該外部環、該N個內部環、及該中心部分係由氧化鋁所製成。在其他特徵中，該外部環、該N個內部環、及該中心部分係由鋁氮化物所製成。在其他特徵中，該外部環係由氧化鋁所製成，且該N個內部環、及該中心部分係由鋁氮化物所製成。
在其他特徵中，該外部環、該N個內部環、及該中心部分的界面表面係經拋光的。在其他特徵中，該C個環周部分的第一者之該第二弧形部分係位於該C個環周部分的該第一者之該第一弧形部分下方。該C個環周部分的該第一者之該第二弧形部分係包括開槽，該開槽界定圍繞著複數氣體貫穿孔的氣體空間。該開槽係位於該第二弧形部分的懸臂段上，該懸臂段係延伸自該C個環周部分的該第一者之該第二弧形部分。
在其他特徵中，氣體分配板更包括位於該C個環周部分的第二者之第一弧形部分上方的複數氣體貫穿孔，其中當進行組裝時，該C個環周部分的該第二者之該第一弧形部分的該等氣體貫穿孔係與該C個環周部分的該第一者之該第二弧形部分的該等氣體貫穿孔對準。
在其他特徵中，當彼此套疊（nested）時，該外部環、該N個內部環、及該中心部分界定平坦的上表面及下表面。
基板處理系統包括處理腔室，該處理腔室包括基板支撐件。線圈係配置於該處理腔室的外側。氣體分配板係配置在該處理腔室與該線圈之間。
在其他特徵中，該N個內部環的至少一者包括複數貫穿孔。該N個內部環的各者包括C個環周部分，其中C為大於一的整數。該C個環周部分的各者包括一本體，該本體具有第一弧形部分及第二弧形部分，其中該第一弧形部分係相對於該第二弧形部分而徑向地及環周向地偏移。
在其他特徵中，提供氣體分配組件，且該氣體分配組件包括頂板及氣體分配板。該頂板係設置於該氣體分配板上。在該頂板與該氣體分配板之間存在間隙，使氣體通過而到達該N個內部環之一或更多者中的孔洞。
本揭露的進一步應用領域將從實施方式、申請專利範圍及圖式而變得顯而易知。實施方式及特定示例僅係說明的用意，而並非意旨於限制本揭露的範疇。
目前，微機電（MEMS）裝置係以具有高氣體流量及壓力、高RF功率、及高處理溫度的高蝕刻速率處理所製造。為了達到可接受的均勻性並保持高蝕刻速率，MEMS處理對於氣體分配的位置及均勻性係高度敏感的。因此，一些MEMS裝置係以利用TCP電漿的基板處理系統而製造。
本文中所闡述的示例包括氣體分配組件，所述氣體分配組件包括頂板及複數分段式氣體分配板。頂板及氣體分配板係執行作為RF通透的窗部，以允許所產生的RF信號從其通過而到達處理腔室。本揭露的該等分段式氣體分配板之各者為環形組件，並包括複數環體，其中各環體可包括一或更多環區段。不同環形組件的示例係顯示於圖1至10中。該等環體的至少一些可為徑向及/或環周向分段的。該等環區段係使用層疊式階部（cascading step）從外側相扣。在一些示例中，該等環區段具有拋光的接觸表面以減低微粒的產生，並產生間接路徑而防止不明的氣流。在一些示例中，該等環區段係由氧化鋁（Al2 O3 ）所製成，但可使用其他材料如鋁氮化物（AlN）。與相似材料所製成的非分段式氣體分配板相比，所述分段式氣體分配板可用於較高的溫度、較高功率設定，以及承受較高的壓力。在該等環區段之間存在著間隙以允許膨脹、減低壓力、及避免該等環區段受損。
比起Al2 O3 所形成的環區段，AlN所形成的環區段係具有改善的導熱性及熱膨脹係數。因此，包括由AlN所形成的環區段的相應環組件係經歷較小的溫度梯度、對於所給定操作溫度梯度的較少應力，而因此具有較穩固的結構。在一些實施例中，環組件的一或更多環區段係由Al2 O3 所形成，而一或更多其他環區段係由AlN所形成。在一實施例中，徑向最外側的一或更多環區段係由Al2 O3 所形成，而徑向最內側的一或更多其他環區段係由AlN所形成。
將氣體分配板徑向及環周向地進行分段係在複數層疊區段之間提供膨脹間隙，以將熱能轉移及排出，而不是形成可能發生破裂的應力點。該等區段的徑向部分可包括用以控制氣體輸送區域之貫穿孔所用的著陸部，而最外側環體的最外側環區段可包括為真空完整度而密封的O形環用溝槽。
現在請參照圖1，其顯示根據本揭露之基板處理系統110的示例。基板處理系統110包括線圈驅動電路111。如圖所示，線圈驅動電路111包括RF來源112及調諧電路113。該調諧電路113可直接連接至一或更多變壓器耦合電漿（TCP）線圈116。或者，調諧電路113可藉由任選的反向電路115而連接至該等TCP線圈116的一或更多者。
調諧電路113將RF來源112的輸出調整至所需頻率及/或所需相位、匹配該等TCP線圈116的阻抗、以及分離該等TCP線圈116之間的功率。反向電路115係用於將通過該等TCP線圈116之一或更多者的電流之極性進行選擇性切換。在一些示例中，線圈驅動電路111實行變壓器耦合電容調諧（TCCT）匹配網路，以驅動該等TCP線圈116。舉例來說，使用具有切換式電容器的TCCT匹配網路的處理腔室係顯示並描述於共同受讓之美國專利第9,515,633號中，其整體內容係作為參考文獻而引入本文。
處理腔室128的頂部124包括氣體分配組件121，該氣體分配組件121包括頂板123、及具有氣體貫穿孔（顯示於下方的圖2中）的分段式氣體分配板120。氣體分配組件121的徑向最外側部分可由腔室壁的一部分、或是如圖所示的承件125所支撐。氣體空間127係配置在分段式氣體分配板120上方、頂板123中。頂板123及氣體分配板120係配置在該等TCP線圈116與處理腔室128之間。在一些示例中，使用氣體噴嘴、氣體閥、出料板（disbursement plate）、導管等，以將處理氣體供應至氣體空間127。處理腔室128更包括基板支撐件（或基座）132。基板支撐件132可包括靜電卡盤（ESC）、或機械卡盤、或其他類型的卡盤。
處理氣體係經由氣體分配組件121而供應至處理腔室128。氣體空間127處所接收的氣體係被分配至分段式氣體分配板120中的孔洞。RF功率係供應至該等TCP線圈116。電漿140係產生並維持在該處理腔室128的內側。舉例來說，由該等TCP線圈116所產生的磁場行進通過該頂板123而進入處理腔室128中。磁場將處理腔室128內的氣體分子激發而產生電漿140。電漿140可用於處理（蝕刻、沉積、清潔等）基板134的暴露表面。RF來源150及偏壓匹配電路152可用於在操作期間將基板支撐件132進行偏壓，以控制離子能量。作為示例，該等TCP線圈116可包括徑向設置的內線圈、以及圍繞著該內線圈的徑向設置的外線圈。
氣體輸送系統156可用以將處理氣體混合物供應至處理腔室128。氣體輸送系統156可包括處理及惰性氣體來源157（例如，包括沉積氣體、蝕刻氣體、載體氣體、惰性氣體等）、例如閥部及流量控制器（例如，質量流量控制器MFC）的氣體計量系統158、以及歧管159。舉例來說，可配置氣體計量系統158及歧管159以在蝕刻期間將蝕刻氣體混合物提供至處理腔室128。
加熱器/冷卻器164可用於將基板支撐件132加熱/冷卻至預定溫度。排氣系統165包括閥部166及幫浦167，以藉由吹掃或抽真空將反應物從處理腔室128移除。
控制器154可用於控制蝕刻處理。控制器154監控著系統參數，以及控制氣體混合物的輸送、電漿的點燃、維持及熄滅、反應物的移除等。另外，控制器154可控制線圈驅動電路111、RF來源150、及偏壓匹配電路152等的各種態樣。在一些示例中，基板支撐件132係可調控溫度的。在一示例中，溫度控制器168可與配置在基板支撐件132中的複數加熱元件170連接，所述加熱元件170例如為熱控制元件（TCE）。溫度控制器168可用於控制該複數加熱元件170，以控制基板支撐件132及基板134的溫度。
現在請參照圖2，分段式氣體分配板200包括複數套疊式環區段，其中至少一些環區段係徑向及/或環周向分段的。分段式氣體分配板200可取代圖1的分段式氣體分配板120。分段式氣體分配板200包括外部環210。在一些示例中，外部環210包括環狀開槽214，該環狀開槽214係部分地、或完全地圍繞該外部環210之下表面。可在外部環210之下表面上的複數分隔徑向位置處配置一或更多額外的環狀開槽214。可包括環狀開槽並將其執行作為抗熱流部（thermal choke），以限制相鄰區域中的熱能傳輸。在一些實施例中，並未包括環狀開槽214，例如圖8至10的實施例。
在一些示例中，一或更多環狀開槽（或溝槽）215可位於外部環210的上表面上。開槽215可包括O形環，以在分段式氣體分配板200與頂板（如圖1之頂板123）之間提供真空密封。
第一階狀內部環220係徑向配置在外部環210的內側並與該外部環210嚙合。第一階狀內部環220係置放在其間所界定的階狀界面222上。如箭頭226所顯示，在一些實施例中，第一階狀內部環220係環周向地分段成為二或更多區段。
第二階狀內部環230係徑向配置在第一階狀內部環220的內側並與該第一階狀內部環220嚙合。第二階狀內部環230係置放在其間所界定的階狀界面232上。如箭頭236所顯示，在一些實施例中，第二階狀內部環230係環周向地分段成為二或更多區段。第二階狀內部環230可包括從其上表面延伸至下表面的一或更多氣體貫穿孔238。
第三階狀內部環240係徑向配置在第二階狀內部環230的內側並與該第二階狀內部環230嚙合。第三階狀內部環240係置放在其間所界定的階狀界面242上。如箭頭246所顯示，在一些實施例中，第三階狀內部環240係環周向地分段成為二或更多區段。
中心部分250係徑向配置在第三階狀內部環240的內側並與該第三階狀內部環240嚙合。中心部分250係置放在其間所界定的階狀界面252上。中心部分250並未環周向地分段。雖然顯示單一階狀外部環、三階狀內部環、以及一中心部分，但可使用額外或較少的階狀內部環。雖然將第二階狀內部環230顯示為包括氣體貫穿孔238，但該第二階狀內部環230可包括額外的貫穿孔。在一些示例中，該第一階狀內部環、該第三階狀內部環、及/或該中心部分亦可包括氣體貫穿孔（未顯示）。在一些示例中，分段式氣體分配板200的上表面及下表面係大致平坦的（除了環狀開槽214之外）。
雖然將分段式氣體分配板200顯示為包括三內部環，但該分段式氣體分配板200可包括一或更多內部環。分段式氣體分配板200可由Al2 O3 及/或AlN所形成。在一實施例中，分段式氣體分配板200係由Al2 O3 所形成。在另一實施例中，分段式氣體分配板200係由AlN所形成。在又另一實施例中，環體210係由Al2 O3 所形成，而內部環（例如，環體220、230、240）的一或更多者、及中心部分250係由AlN所形成。
現在請參照圖3A及3B，其更詳細地顯示圖2的該外部環210。外部環210包括環狀本體308，該環狀本體308具有平坦、環狀的環體形狀。環狀本體308包括上表面310及下表面314。外部環210更包括位於該上表面310上的環狀開槽320。外部環210的徑向內表面界定階狀界面330。換言之，下表面314係相對於上表面310而徑向朝內延伸，以形成階部。在一些示例中，該第一階狀內部環220係置放於該階狀界面330上。
現在請參照圖4A至4C，其更詳細地顯示圖2的該第一階狀內部環220。在圖4A中，該第一階狀內部環220在徑向及環周向均係分段的。雖然將第一階狀內部環220顯示為具有二環周向分段，但可使用額外的環周向分段。
第一階狀內部環220包括第一環周部分406，該第一環周部分406包括本體408，該本體408具有上表面410及下表面414。該本體408包括第一弧形部分416，該第一弧形部分416係相對於第二弧形部分418而轉動。換言之，該第一弧形部分416及該第二弧形部分418具有類似但偏移的弧形長度。在一些示例中，該第一弧形部分416及該第二弧形部分418在徑向方向中具有相似厚度。在一些示例中，第一弧形部分416的內直徑大於第二弧形部分418的內直徑，且小於第二弧形部分418的外直徑。在一些示例中，第一弧形部分416及第二弧形部分418係由單一、整塊材料所製成。在其他示例中，第一弧形部分416及第二弧形部分418係分別製作，並接著附接或接合在一起。
第一弧形部分416的端部422係相對於第二弧形部分418的對應端部423而環周向地延伸。同樣地，第二弧形部分418的端部426係相對於第一弧形部分416的對應端部427而環周向地延伸。在圖4B中，第一階狀內部環220包括與第一環周部分406類似的第二環周部分440。第一弧形部分416及第二弧形部分418界定出內部及外部階狀界面430。
現在請參照圖5A至5C，其更詳細地顯示圖2的該第二階狀內部環230。在圖5A中，該第二階狀內部環230在徑向及環周向均係分段的。雖然將第二階狀內部環230顯示為具有二環周向分段，但可使用額外的環周向分段。
第二階狀內部環230包括第一環周部分506，該第一環周部分506包括本體508，該本體508具有上表面510及下表面514。該本體508界定第一弧形部分516，該第一弧形部分516係相對於第二弧形部分518而轉動。換言之，該第一弧形部分516及該第二弧形部分518具有類似但偏移的弧形長度。在一些示例中，該第一弧形部分516及該第二弧形部分518在徑向方向中具有相似厚度。在一些示例中，第一弧形部分516的內直徑大於第二弧形部分518的內直徑，且小於第二弧形部分518的外直徑。
第二弧形部分518的端部522係相對於第一弧形部分516的對應端部523而環周向地延伸。同樣地，第一弧形部分516的端部526係相對於第二弧形部分518的對應端部527而環周向地延伸。第一弧形部分516及第二弧形部分518界定出內部及外部階狀界面530。
第二階狀內部環230包括複數貫穿孔532。端部522及526的其中一者或二者（其懸臂段）可包括開槽528，該開槽528界定出圍繞著該等貫穿孔532之一或更多者的氣體空間。在圖5B中，第二階狀內部環230包括與第一環周部分506類似的第二環周部分540（倒置顯示）。
現在請參照圖6A至6B，其更詳細地顯示圖2的該第三階狀內部環240。在圖6A中，該第三階狀內部環240在徑向及環周向均係分段的。雖然將第三階狀內部環240顯示為具有二環周向分段，但可使用額外的環周向分段。
第三階狀內部環240包括第一環周部分606，該第一環周部分606包括本體608，該本體608具有上表面610及下表面614。該本體608界定第一弧形部分616，該第一弧形部分616係相對於第二弧形部分618而轉動。
該本體608界定第一弧形部分616，該第一弧形部分616係相對於第二弧形部分618而轉動。換言之，該第一弧形部分616及該第二弧形部分618具有類似但偏移的弧形長度。在一些示例中，該第一弧形部分616及該第二弧形部分618在徑向方向中具有相似厚度。在一些示例中，第一弧形部分616的內直徑大於第二弧形部分618的內直徑，且小於第二弧形部分618的外直徑。
第一弧形部分616的端部622係相對於第二弧形部分618的對應端部623而環周向地延伸。第二弧形部分618的端部626係相對於第一弧形部分616的對應端部627而環周向地延伸。在圖6B中，第三階狀內部環240包括與第一環周部分606類似的第二環周部分640。第一弧形部分616及第二弧形部分618界定出內部及外部階狀界面630。
現在請參照圖7A至7B，其更詳細地顯示圖2的該中心部分250。中心部分250包括本體708，該本體708具有上表面710及下表面714。該本體708的上部722具有圓柱形狀及第一直徑。該本體708的下部724具有圓柱形狀、及小於該第一直徑的第二直徑。
圖8顯示氣體分配組件800，其包括頂板802及分段式氣體分配板804。氣體分配組件800可取代圖1的氣體分配組件121。頂板802包括用於接收氣體的置中氣體空間806，其中該氣體空間806具有中心孔808。氣體係接收於該氣體空間806處、被導引穿過該中心孔808、以及在頂板802與分段式氣體分配板804之間進行分配，而到達分段式氣體分配板804的一或更多環體810。
該等環體810可包括支撐環820、一或更多內部（或中間）環（例如所顯示的三個示例性中間環822、824、826）、以及中心部分（或階狀圓形栓部）828。在該等環體820、822、824及826之間存在階狀界面830、832及834。在環體826與中心部分828之間存在階狀界面836。環體820支撐著環體822，而該環體822依序支撐著環體824。環體824支撐著環體826，而該環體826依序支撐著中心部分828。該等中間環的各者可為分段式的且包括複數環區段，示例性環區段840、842、844、846、848、850、852及854係為環體822、824及826而顯示。在圖8中，係將環區段840、842、844、846、848、850、852及854顯示成可通過頂板802而看見的，但實際上並不能通過頂板802而看見。
環體820並未包括環狀開槽（例如，圖2的開槽214），但包括環狀溝槽860，在該環狀溝槽860中可設置O形環（未顯示），以在頂板802與分段式氣體分配板804之間提供環狀的真空密封。
頂板802及分段式氣體分配板804可由Al2 O3 及/或AlN所形成。在一實施例中，頂板802及分段式氣體分配板804係由Al2 O3 所形成。在另一實施例中，頂板802及分段式氣體分配板804係由AlN所形成。在又另一實施例中，頂板802及環體820係由Al2 O3 所形成，而一或更多中間環（例如，環體822、824、826）、及中心部分828係由AlN所形成。
氣體分配組件800係參照圖9至10而進一步描述於下。圖9顯示分段式氣體分配板804。分段式氣體分配板804包括環體820、822、824、826、及中心部分828。環體820包括環狀溝槽860。環體820、822、824及826包括環區段，例如環區段840、842、844、846、848、850、852及854。圓形界面900、902及904係顯示於該等環體820、822、824、826之間。圓形界面906係顯示於環體826與中心部分828之間。徑向延伸界面910、912、914、916、918、920及922係顯示於環體822、824、826的複數環區段之間。
中間環824的環區段840、850、及其他環區段可包括氣體孔洞924，其中係顯示出一些氣體孔洞924。雖然係將中間環824的環區段顯示為具有氣體孔洞，但環體822及826的環區段可包括氣體孔洞。氣體係接收於該等孔洞處，並通過而進入相應的處理腔室中。
圖10顯示氣體分配組件800，其繪示介於板體802、804與互鎖環區段之間的氣流及間隙。頂板802包括氣體空間806及中心孔808。分段式氣體分配板804包括環體820、822、824、826及中心部分828，其中該等環體及中心部分係包括環狀界面830、832、834及836。
在（i）頂板802與（ii）環體824、826及中心部分828之間存在著標稱間隙G1。間隙G1可藉由頂板802的圓形凹陷部分而提供。另外地或作為替代地，環體824、826及中心部分828可較短於環體820及822，以提供間隙G1。介於板體802、804之間且與間隙G1相關的區域可側向地延伸橫跨中心部分828、環體826及部分環體824，且徑向地朝內延伸直到孔洞1000。
在所顯示的示例中，氣體係於氣體空間806處被接收、垂直地穿越通過孔洞808、在間隙G1內徑向地被分配至環體824中的孔洞（例如，孔洞1000、或圖9的孔洞924）、並且垂直地穿越通過該等孔洞而進入處理腔室。此係藉由箭頭1002而加以說明。在一實施例中，間隙G1係介於0.011英吋（或大約0.25毫米）與0.023英吋（或大約0.58毫米）之間。在另一實施例中，間隙G1係等於或約為0.017英吋（或大約0.43毫米）。在所顯示的示例中，環體822與頂板802之間並不存在間隙，然而若環體822包括氣體孔洞則可存在間隙。
環狀界面830、832、834及836包括各自的上部垂直部分1010、1012、1014及1016、中間水平部分1020、1022、1024及1026、以及下部垂直部分1030、1032、1034及1036。該等上部垂直部分1010、1012、1014及1016可具有相同尺寸的間隙，其在圖10中係稱為G2。該等下部垂直部分1030、1032、1034及1036具有相同尺寸的間隙，其在圖10中係稱為G3。雖然G2及G3係僅為界面834而顯示，但亦可將界面830、832及836的垂直部分的間隙標示為G2及G3。在一實施例中，間隙G2及G3係各自介於0.010英吋（或大約0.25毫米）與0.025英吋（或大約0.61毫米）之間。在另一實施例中，間隙G2及G3係各自等於或約為0.013英吋（或大約0.33毫米）。提供垂直部分1010、1012、1014、1016、1030、1032、1034及1036的間隙G2及G3，以允許環體820、822、824、826及中心部分828的膨脹。由於相應的中心部分或內部環係置放於相應的外部環上，因此中間水平部分1020、1022、1024及1026的各者不具有間隙。
在一實施例中，與環狀界面830、832、834及836相關的環體820、822、824、826及中心部分828之嚙合表面係經過拋光而提供氣體密封。氣體密封係提供以避免氣體從環體820、822、824、826之間、及/或環體826與中心部分828之間通過。
分段式氣體分配板對於極端熱輸入所致的破裂具有抗性，而不依賴如石英的折衷材料、或是如氮化物陶瓷的高成本材料。分段式氣體分配板係被動、免保養的裝置，並可經由習知方法而製造。使用由鋁氧化物所製成的分段式氣體分配板減低首要的成本（upfront cost）、以及延長在嚴峻處理條件中氣體分配板的壽命。由鋁氮化物所製成的分段式氣體分配板提供改善的耐久性。
前述的實施方式在本質上僅為說明性的，且並非意旨對本揭露、其應用、或使用進行限制。本揭露的廣義教示得以各種形式而實施。因此，雖然本揭露包括特定示例，但本揭露的真實範圍應當不因此而受限，原因在於在對圖式、說明書、及下列申請專利範圍的研讀後，其他的修正將變得顯而易知。應當理解，在不變更本揭露之原則的情況下，一方法中的一或更多步驟得以不同順序（或同時地）執行。此外，雖然係將各實施例在上方描述成具有某些特徵，但可將對於本揭露之任何實施例所描述的任一或更多這些特徵實施在、及/或組合至任何其他實施例的特徵，即使該組合並未明確地描述。換言之，所描述的實施例並非是彼此互斥的，且一或更多實施例的彼此替換仍落入本揭露的範圍內。
在複數元件之間（例如，在模組、電路元件、半導體層等之間）的空間與功能性關係可使用各種術語來加以描述，包括「連接」、「接合」、「耦接」、「相鄰」、「在…旁」、「在…的頂部」、「上方」、「下方」、以及「設置在…」。除非明確地描述為「直接」，否則在上述揭露中描述第一與第二元件之間的關係時，該關係可為在第一與第二元件之間不存在其他中間元件的直接關係，亦可為在第一與第二元件之間存在一或更多中間元件（不論是空間性、或功能性）的非直接關係。如本文中所使用，應該將詞組「A、B、及C的至少一者」、及「A、B、或C的至少一者」視為是代表使用非排他性的邏輯OR的邏輯（A或B或C），而不應該被視為是代表「至少一個A、至少一個B、與至少一個C」。
在一些實行例中，控制器為系統的一部份，該系統可為上述示例的一部分。這樣的系統可包括半導體處理設備，該半導體處理設備包括一或更多處理工具、一或更多腔室、用於處理的一或更多平台、及/或特定處理組件（晶圓台座、氣體流動系統等）。這些系統可與電子元件進行整合，以在半導體晶圓、或基板的處理之前、期間、與之後控制它們的操作。所述電子元件可被稱為「控制器」，其可控制一或更多系統的各種組件或子部件。取決於處理需求、及/或系統類型，可將控制器進行編程以控制本文所揭露的任何處理，包括處理氣體的運輸、溫度設定（例如，加熱、及/或冷卻）、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻（RF）產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流量設定、流體運輸設定、定位及操作設定、對於一工具、及其他傳輸工具、及/或連接至或與特定系統相互連接的傳送室之晶圓傳輸進出。
廣義來說，可將控制器定義成具有各種積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體的電子設備，以接收指令、發送指令、控制操作、啟動清除操作、啟動終點測量等。所述積體電路可包括以韌體形式儲存程式指令的晶片、數位訊號處理器（DSP）、定義為特殊應用積體電路（ASIC）的晶片、及/或一或更多執行程式指令（例如，軟體）的微處理器或微控制器。程式指令可係以各種獨立設定（或程式檔案）形式而傳送至控制器的指令，而定義出用於在半導體基板上、或針對半導體基板、或對系統執行特定步驟的操作參數。在一些實施例中，操作參數可係為由製程工程師所定義之配方的一部分，以在將一或更多層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或晶圓的晶粒進行加工的期間完成一或更多的處理步驟。
在一些實行例中，控制器可為電腦的一部分、或耦接至電腦，所述電腦係整合並耦接至所述系統，或係以其他方式網路連接至所述系統，或是其組合。例如，控制器可位於「雲端」中、或FAB主電腦系統的全部、或一部分而可允許基板處理的遠端存取。電腦可使對系統的遠端存取能夠監控加工操作的當前進程、檢視過去加工操作的歷史、檢視來自複數加工操作的趨勢或性能度量、變更當前處理的參數、設定當前處理之後的處理步驟、或是開始新的處理。在一些示例中，遠端電腦（例如，伺服器）可透過網路向系統提供處理配方，其中該網路可包括區域網路、或網際網路。遠端電腦可包括使用者介面，而能夠對參數及/或設定進行輸入或編寫，所述參數及/或設定則接著從遠端電腦傳達至系統。在一些示例中，控制器接收數據形式的指令，所述指令為在一或更多操作期間待執行之每一處理步驟指定參數。應當理解的是，所述參數可特定於待執行的步驟類型，及控制器所配置以連接或控制的工具類型。因此，如上所述，控制器可例如藉由包括一或更多離散控制器而進行分佈，所述離散控制器係彼此以網路連接且朝向共同的目的（例如本文所述的步驟與控制）而運作。為此目的所分佈的控制器之示例將係位於腔室上的一或更多積體電路，其與遠端設置（例如，位於平台層或作為遠端電腦的一部分）、且結合以控制腔室上之步驟的一或更多積體電路連通。
不具限制地，示例性系統可包括電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉–清洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、清潔腔室或模組、晶邊蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積（PVD）腔室或模組、化學氣相沉積（CVD）腔室或模組、原子層沉積（ALD）腔室或模組、原子層蝕刻（ALE）腔室或模組、離子植入腔室或模組、軌道腔室或模組、或可有關於或使用於半導體晶圓之加工及/或製造中的其他半導體處理系統。
如上所述，取決於工具所待執行的一或更多處理步驟，控制器可連通至一或更多其他工具電路或模組、其他工具組件、群集式工具、其他工具介面、相鄰工具、鄰近工具、遍布於工廠的工具、主電腦、另一控制器、或材料輸送中所使用的工具，而將基板的容器帶進及帶出半導體製造工廠的工具位置、及/或裝載通口。
110:基板處理系統 111:線圈驅動電路 112:RF來源 113:調諧電路 115:反向電路 116:變壓器耦合電漿（TCP）線圈 120:分段式氣體分配板 121:氣體分配組件 123:頂板 124:頂部 125:承件 127:氣體空間 128:處理腔室 132:基板支撐件 134:基板 140:電漿 150:RF來源 152:偏壓匹配電路 154:控制器 156:氣體輸送系統 157:處理及惰性氣體來源 158:氣體計量系統 159:歧管 164:加熱器/冷卻器 165:排氣系統 166:閥部 167:幫浦 168:溫度控制器 170:加熱元件 200:分段式氣體分配板 210:外部環 214,215:環狀開槽 220:第一階狀內部環 222:階狀界面 226:箭頭 230:第二階狀內部環 232:階狀界面 236:箭頭 238:氣體貫穿孔 240:第三階狀內部環 242:階狀界面 246:箭頭 250:中心部分 252:階狀界面 308:環狀本體 310:上表面 314:下表面 320:環狀開槽 330:階狀界面 406:第一環周部分 408:本體 410:上表面 414:下表面 416:第一弧形部分 418:第二弧形部分 422,423,426,427:端部 430:內部及外部階狀界面 440:第二環周部分 506:第一環周部分 508:本體 510:上表面 514:下表面 516:第一弧形部分 518:第二弧形部分 522,523,526,527:端部 528:開槽 530:內部及外部階狀界面 532:貫穿孔 540:第二環周部分 606:第一環周部分 608:本體 610:上表面 614:下表面 616:第一弧形部分 618:第二弧形部分 622,623,626,627:端部 630:內部及外部階狀界面 640:第二環周部分 708:本體 710:上表面 714:下表面 722:上部 724:下部 800:氣體分配組件 802:頂板 804:分段式氣體分配板 806:氣體空間 808:中心孔 810:環體 820:支撐環 822,824,826:中間環 828:中心部分 830,832,834,836:界面 840,842,844,846,848,850,852,854:環區段 860:環狀溝槽 900,902,904,906:圓形界面 910,912,914,916,918,920,922:徑向延伸界面 924:氣體孔洞 1000:孔洞 1002:箭頭 1010,1012,1014,1016:上部垂直部分 1020,1022,1024,1026:中間水平部分 1030,1032,1034,1036:下部垂直部分 G1,G2,G3:間隙
本揭露將從實施方式及隨附圖式而被更加完整地理解，其中：
圖1係根據本揭露的基板處理系統之示例的功能方塊圖，其中該基板處理系統包括氣體分配組件；
圖2係根據本揭露的徑向及環周向分段式氣體分配板的橫截面、立體圖，該氣體分配板包括階狀外部環、及一或更多分段式且階狀內部環；
圖3A係根據本揭露的外部環之上表面的立體圖；
圖3B係根據本揭露的外部環之橫截面側視圖；
圖4A係根據本揭露的第一分段式且階狀內部環之第一部分的上表面之立體圖；
圖4B係根據本揭露的第一分段式且階狀內部環之第二部分的上表面之立體圖；
圖4C係根據本揭露的第一分段式且階狀內部環之第一部分的橫截面側視圖；
圖5A係根據本揭露的第二分段式且階狀內部環之第一部分的上表面之立體圖；
圖5B係根據本揭露的第二分段式且階狀內部環之第一部分的下表面之立體圖；
圖5C係根據本揭露的第二分段式且階狀內部環之第一部分的橫截面側視圖；
圖6A係根據本揭露的第三分段式且階狀內部環之第一部分的上表面之立體圖；
圖6B係根據本揭露的第三分段式且階狀內部環之第一部分的下表面之立體圖；
圖7A係根據本揭露的第四階狀內部環之第一部分的上表面之立體圖；
圖7B係根據本揭露的第四階狀內部環之第一部分的下表面之立體圖；
圖8顯示根據本揭露的另一氣體分配組件的橫截面立體圖，該氣體分配組件包括頂板及分段式氣體分配板；
圖9顯示圖8之分段式氣體分配板的橫截面立體圖；以及
圖10顯示氣體分配組件的橫截面圖，以繪示介於板體、與相鄰且互鎖環區段之間的氣流及間隙。
在該等圖式中，可將元件符號再次使用以辨識相似及/或相同的元件。
200:分段式氣體分配板
210:外部環
214,215:環狀開槽
220:第一階狀內部環
222:階狀界面
226:箭頭
230:第二階狀內部環
232:階狀界面
236:箭頭
238:氣體貫穿孔
240:第三階狀內部環
242:階狀界面
246:箭頭
250:中心部分
252:階狀界面

Claims (21)

  1. 一種基板處理系統所用的氣體分配板，包括： 外部環，包括位於其徑向內表面上的階狀界面； N個內部環，其中： N為大於零的整數， 該N個內部環的至少一者係環周向分段的，並包括內部階狀界面及外部階狀界面，以及 該N個內部環的徑向外側一者的該外部階狀界面係配置以置放在該外部環的該階狀界面上，並與該階狀界面嚙合；以及 中心部分，包括位於其徑向外表面上的外部階狀界面，該中心部分的該外部階狀界面係配置以置放在該N個內部環的徑向內側一者的該內部階狀界面上，並與該內部階狀界面嚙合。
  2. 如請求項1所述之基板處理系統所用的氣體分配板，其中該N個內部環的至少一者包括複數氣體貫穿孔。
  3. 如請求項2所述之基板處理系統所用的氣體分配板，其中當彼此套疊（nested）時，該外部環、該N個內部環、及該中心部分界定平坦的上表面及下表面。
  4. 如請求項1所述之基板處理系統所用的氣體分配板，其中N = 2。
  5. 如請求項1所述之基板處理系統所用的氣體分配板，其中N = 3。
  6. 如請求項1所述之基板處理系統所用的氣體分配板，其中： 該N個內部環的各者包括C個環周部分，其中C為大於一的整數，以及 該C個環周部分的各者包括一本體，該本體具有第一弧形部分及第二弧形部分， 其中該第一弧形部分係相對於該第二弧形部分而徑向地及環周向地偏移（offset）。
  7. 如請求項6所述之基板處理系統所用的氣體分配板，其中C = 2。
  8. 如請求項6所述之基板處理系統所用的氣體分配板，其中： 該第一弧形部分具有內直徑及外直徑， 該第二弧形部分具有內直徑及外直徑，以及 該第一弧形部分的該內直徑係大於該第二弧形部分的該內直徑，並且小於該第二弧形部分的該外直徑。
  9. 如請求項6所述之基板處理系統所用的氣體分配板，其中： 該C個環周部分的第一者之該第二弧形部分係位於該C個環周部分的該第一者之該第一弧形部分下方， 該C個環周部分的該第一者之該第二弧形部分係包括開槽，該開槽界定圍繞著複數氣體貫穿孔的氣體空間，以及 該開槽係位於該第二弧形部分的懸臂段上，該懸臂段係延伸自該C個環周部分的該第一者之該第二弧形部分。
  10. 如請求項9所述之基板處理系統所用的氣體分配板，更包括位於該C個環周部分的第二者之第一弧形部分上方的複數氣體貫穿孔，其中當進行組裝時，該C個環周部分的該第二者之該第一弧形部分的該等氣體貫穿孔係與該C個環周部分的該第一者之該第二弧形部分的該等氣體貫穿孔對準。
  11. 如請求項1所述之基板處理系統所用的氣體分配板，其中該外部環、該N個內部環、及該中心部分係由RF通透的材料所製成。
  12. 如請求項1所述之基板處理系統所用的氣體分配板，其中該外部環、該N個內部環、及該中心部分係由氧化鋁所製成。
  13. 如請求項1所述之基板處理系統所用的氣體分配板，其中該外部環、該N個內部環、及該中心部分係由鋁氮化物所製成。
  14. 如請求項1所述之基板處理系統所用的氣體分配板，其中： 該外部環係由氧化鋁所製成；以及 該N個內部環、及該中心部分係由鋁氮化物所製成。
  15. 如請求項1所述之基板處理系統所用的氣體分配板，其中該外部環、該N個內部環、及該中心部分的界面表面係經拋光的。
  16. 一種氣體分配組件，包括： 頂板；以及 如請求項1所述之氣體分配板， 其中 該頂板係設置於該氣體分配板上，以及 在該頂板與該氣體分配板之間存在間隙，使氣體通過而到達該N個內部環之一或更多者中的孔洞。
  17. 一種基板處理系統，包括： 處理腔室，包括基板支撐件； 線圈，配置於該處理腔室的外側；以及 如請求項1所述之氣體分配板，配置在該處理腔室與該線圈之間。
  18. 如請求項17所述之基板處理系統，其中該N個內部環的至少一者包括複數貫穿孔。
  19. 如請求項17所述之基板處理系統，其中N = 2。
  20. 如請求項17所述之基板處理系統，其中： 該N個內部環的各者包括C個環周部分，其中C為大於一的整數，以及 該C個環周部分的各者包括一本體，該本體具有第一弧形部分及第二弧形部分，其中該第一弧形部分係相對於該第二弧形部分而徑向地及環周向地偏移。
  21. 如請求項20所述之基板處理系統，其中C = 2。
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