TW202230435A - 基座總成、反應器系統及電容耦合電漿設備 - Google Patents

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TW202230435A
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TW110133201A
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山姆 金
田中宏治
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荷蘭商Ａｓｍ Ｉｐ私人控股有限公司
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Abstract

用於反應器系統的基座總成可提供各種電漿控制益處。根據各種實施例，基座總成包括本體、加熱器元件、第一電極及第二電極。本體可具有頂表面、側表面及底表面，其中頂表面係基材支撐表面。加熱器元件可嵌入本體內。第一及第二電極亦可嵌入基座總成之本體內，其中第一電極設置於加熱器元件與本體之頂表面之間。第二電極可大致鄰近側表面及底表面之至少一者設置。

Description

用於電漿設備的基座總成
本發明大致上關於具有基座總成之半導體處理或反應器系統，詳言之，具有促進電漿控制的基座總成之電容耦合反應器系統。
反應室可用於處理其中的基材（例如，將各種材料層沉積至半導體基材上）。舉例而言，可將基材置放於反應室內之基座上，且基材及基座兩者中之一或兩者可加熱至希望的溫度設定點。在一實例基材處理製程中，一或多個反應物氣體可穿過經加熱基材上方，導致材料薄膜沉積在基材表面上。在後續的沉積、摻雜、微影、蝕刻及其他製程的整個過程中，這些層可製作成積體電路。
半導體處理時常包括電漿處理（例如，電漿清潔、電漿蝕刻或電漿輔助沉積）。電漿處理一般涉及產生一或多種反應物氣體之電漿，以電漿來促進清潔、膜沉積及/或蝕刻。然而，習知電漿設備通常在反應室中之非期望位置導致寄生電漿（parasitic plasma）之不經意的產生。此寄生電漿可能具有各種不良效應，諸如降低沉積膜的厚度一致性及/或反應器表面/壁上的膜殘留沉積。
提供本發明內容來以簡化形式介紹一系列概念。在以下揭露內容的示例實施例的實施方式中，將更詳細描述這些概念。本發明內容並不意欲鑑別所主張之標的事項的關鍵特徵或基本特徵，亦不意欲用以限制所主張之標的事項的範疇。
根據各種實施例，本文所揭露的是用於反應器系統的基座總成。根據各種實施例，基座總成包括本體、加熱器元件、第一電極及第二電極。本體可具有頂表面、側表面及底表面，其中該頂表面係基材支撐表面。加熱器元件可嵌入本體內。第一及第二電極亦可嵌入基座總成之本體內，其中第一電極設置於加熱器元件與本體之頂表面之間。第二電極可大致鄰近側表面及底表面之至少一者設置。
在各種實施例中，第二電極包括網格材料。基座總成之本體的主體材料可為陶瓷材料。根據各種實施例，第二電極經組態成以電接地，以抑制側表面及底表面之至少一者周圍的寄生電漿，同時第一電極經組態以可操作地在頂表面上方產生處理電漿。第二電極可延伸接近底表面，使得加熱器元件設置在第一電極與第二電極之間。
根據各種實施例，本文亦揭示一種反應器系統，其包含電容耦合電漿組態。反應器系統可包括基座總成及外殼。基座總成可包括上述特徵，且外殼可包括上部部分及下部部分。外殼亦可界定一室，基座總成在其中設置。基座總成之本體可將該室大致分成上部室及下部室，上部室被界定在外殼的上部部分與基座總成之本體的頂表面之間，下部室被界定在基座總成之本體的底表面與外殼之下部部分之間。反應器系統亦可包括設置在基座總成之本體的頂表面上方的第三電極。
反應器系統可進一步包括RF產生器，其以RF功率電耦合，提供與第一電極及第三電極之一者的通訊，而第一電極及第三電極之另一者則電接地，藉此在第一電極與第三電極之間可操作地產生電場，以在基座總成之本體之頂表面上方產生處理電漿。根據各種實施例，第二電極電接地以可操作地抑制在側表面及該底表面之至少一者周圍的寄生電漿。第三電極可與外殼的下部部分電絕緣。在各種實施例中，RF產生器係第一RF產生器，且反應器系統進一步包括第二RF產生器。第一電極可包含第一區及第二區，且第一RF產生器可以RF功率電耦合，提供與第一區的通訊，且第二RF產生器可單獨地單獨地以RF功率電耦合，提供與第二區的通訊。
在各種實施例中，第二電極延伸接近底表面，使得加熱器元件設置於第一電極與第二電極之間。在此組態中，反應器系統進一步包括一RF產生器，其以RF功率電耦合，提供與第二電極之通訊，而外殼之下部部分則電接地，藉此在第二電極與外殼之下部部分之間可操作地產生電場，以在基座總成之本體之底表面下方產生清潔電漿。在各種實施例中，該RF產生器係第一RF產生器，且反應器系統進一步包括一第二RF產生器。根據各種實施例，第二電極包含第一區和第二區。根據各種實施例，第一RF產生器以RF功率電耦合，提供與第一區之通訊，第二RF產生器單獨地以RF功率電耦合，提供與該第二區之通訊。
在各種實施例中，反應器系統包括設置在基座總成之本體之底表面下方的下部室中的金屬板，其中金屬板包括與外殼之下部部分電絕緣的第四電極。陶瓷絕緣體可設置在金屬板與外殼的下部部分之間。反應器系統可包括RF產生器，其以RF功率電耦合，提供與第二電極及第四電極中之一者的通訊，而第二電極及第四電極之另一者則電接地，藉此在第二電極與第四電極之間可操作地產生電場，以在基座總成之本體的底表面下方產生清潔電漿。金屬板可包括突出表面、擠製表面及圓錐擠製表面中之至少一者。在各種實施例中，基座總成之主體材料為金屬（例如，金屬材料）。
根據各種實施例，本文亦揭示一種電容耦合電漿設備。電容耦合電漿裝置可包括如上文所介紹之基座總成、外殼及第三電極。電容耦合電漿設備可進一步包括RF產生器，其以RF功率電耦合，提供與第二電極之通訊，而外殼之下部部分則電接地，藉此在第二電極與外殼之下部部分之間可操作地產生電場，以在基座總成之本體之底表面下方產生清潔電漿。
出於概述本發明及所達成之優於先前技術之優點的目的，已在上文中描述本發明之某些目標及優點。當然，應瞭解的是，可無須根據本發明之任何具體實施例來達成所有此類目標或優點。因此，例如，所屬技術領域中具有通常知識者將認知到，可以達成或最佳化如本文中所教示或建議之一個優點或一組優點而未必達成本文中可教示或建議之其他目標或優點的方式來實行本文所揭示之實施例。
這些實施例之全部者係意欲屬於本發明的範疇。所屬技術領域中具有通常知識者將從已參照隨附圖式之某些實施例的下列詳細描述輕易明白這些及其他實施例，本發明並未受限於任何所論述的（多個）特定實施例。
雖然在下文揭示某些實施例及實例，所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解本發明延伸超出本發明及其明顯的修改與等同物之具體揭示的實施例及/或用途。因此，意欲使本發明的範疇不應受本文所述之特定實施例的限制。
本文呈現的圖式並非意指任何特定材料、設備、結構或裝置的實際視圖，而僅係用以描述本發明之實施例的表示。
如本文中所使用，用語「基材（substrate）」可指可使用或在其上可形成裝置、電路或膜之任何（多個）下伏材料。
如本文中所使用，用語「原子層沉積（atomic layer deposition, ALD）」可指一氣相沉積製程，其中沉積循環（較佳的係複數個接續的沉積循環）係在一製程室中實施。一般而言，在各循環期間，前驅物係化學吸附至一沉積表面（例如一基材表面或一先前沉積的下伏表面，諸如來自一先前ALD循環的材料），形成不易與額外前驅物起反應的一單層或次單層（亦即，一自限制反應）。其後，若有必要，可隨後將一反應物（例如，另一前驅物或反應氣體）引入至製程室中，以用於在沉積表面上將經化學吸附之前驅物轉化成期望材料。一般而言，此反應物能夠進一步與前驅物起反應。進一步地，亦可在各循環期間利用驅淨步驟以從製程室移除過量前驅物及/或在轉化經化學吸附之前驅物之後從製程室移除過量反應物及/或反應副產物。進一步地，當使用（多個）前驅物組成物、反應性氣體及吹掃（例如惰性載體）氣體的交替脈衝執行時，如本文中所使用之用語「原子層沉積（atomic layer deposition）」亦意欲包括由相關用語指定的製程，諸如「化學氣相原子層沉積（chemical vapor atomic layer deposition）」、「原子層磊晶（atomic layer epitaxy, ALE）」、分子束磊晶（molecular beam epitaxy, MBE）、氣體源MBE或有機金屬MBE及化學束磊晶（chemical beam epitaxy）。
如本文中所使用，用語「化學氣相沉積（chemical vapor deposition, CVD）」可指任何製程，其中一基材係暴露於至一或多種個揮發性前驅物，該等前驅物在基材表面上起反應及/或分解以產生期望沉積物。
如本文中所使用，用語「膜（film）」及「薄膜（thin film）」可指藉由本文所揭示之方法沉積之任何連續或不連續的結構及材料。例如，「膜」及「薄膜」可包括2D材料、奈米棒、奈米管或奈米粒子，或甚至部分或完整分子層、部分或完整原子層或原子及/或分子團簇。「膜」及「薄膜」可包含具有針孔，但仍為至少部分連續之材料或層。
如本文中所使用，用語「污染物（contaminant）」可指可影響經設置在反應室中之一基材的純度之任何經設置在反應室內之非所要的材料。用語「污染物（contaminant）」可指，但不限於，設置在反應室內之非所要的沉積物、金屬與非金屬粒子、雜質、寄生電漿及廢物。
根據各種實施例，本文所揭露的係大致組態成促進電漿控制的反應器系統的基座總成。在各種實施例中，反應器系統為電漿設備且基座總成包含一或多個影響電漿產生之電極，以抑制反應室內之寄生電漿。如下文更詳細描述，術語「寄生電漿」係指對基材處理有不利影響的電漿。例如，「寄生電漿」可指在反應室中之非所要位置或區域中產生的電漿，諸如在基座之下方或側部上。在各種實施例中，本文中所揭露的基座總成及相關反應器系統大致上組態成促進電容耦合電漿之控制，如下面更詳細描述。
用於ALD、CVD及/或類似者之反應器系統可用於各種應用，包括於基材表面上沉積及蝕刻材料。在各種實施例中，參照圖1，反應器系統50可包含反應室4；基座6，其用以在處理期間固持基材30；流體分配系統8（例如噴淋頭），其用以分配一或多個反應物至基材30的表面；一或多個反應物源10、12及/或載體及/或吹掃氣體源14，其等經由管線16、18、20及閥或控制器22、24、26流體耦合至反應室4。系統50亦可包含真空源28，其經流體耦合至反應室4。
如下以更多細節描述，可將本發明之各種細節及實施例用在經組態用於多數沉積製程（包括，但不限於ALD、CVD、金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）、分子束磊晶（MBE）、物理氣相沉積（PVD）、電漿增進化學氣相沉積（PECVD）及電漿蝕刻）的反應室中。本發明之實施例亦可用在經組態用於以反應性前驅物處理基材的反應室中，其亦可包括蝕刻製程（諸如，例如，反應性離子蝕刻（RIE）、電容耦合電漿蝕刻（CCP）及電子迴旋共振蝕刻（ECR））。在各種實施例中，反應器系統具有電漿組態，諸如電容耦合電漿組態，其利用將射頻（RF）功率施加至反應室內的氛圍以產生電漿。因此，反應器系統可為電容耦合電漿反應器（在本文中亦稱為電容耦合電漿設備），如下參考圖3B以更多細節描述。
請轉向圖2A及圖2B，本發明之實施例可包括反應器系統及方法，其等可用於在反應器系統100內處理基材。在各種實施例中，反應器系統100可包含用於處理基材之反應室110。在各種實施例中，反應室110可包含反應空間112（亦即，上部室），其可經組態用於處理一或多個基材；及/或下部室空間114（亦即，下部室）。下部室空間114可經組態用於從反應室裝載及卸載基材，及/或用於在下部室空間114與反應空間112之間提供壓差。
在各種實施例中，反應空間112及下部室空間114可藉由設置在反應室110中之基座130來分開。在各種實施例中，反應空間112及下部室空間114實質上可彼此流體分開或隔離。例如，基座130可藉由在基座130與設置為近接基座130的基座外緣132之反應室110的室側壁111之間建立至少部分的密封（亦即，至少限制流體流動）而使反應空間112與下部室空間114流體分開。也就是說，可最小化或消除基座130與室側壁111之間的空間108，使得基座130與室側壁111之間極少有或沒有流體移動。
在各種實施例中，欲防止或減少基座130與室側壁111之間的流體流動，一或多個密封構件（例如密封構件129）可從基座130（例如從基座外緣132）及/或從反應室110的室側壁111延伸至另一者，在基座130與室側壁111之間建立至少部分的密封（亦即，限制或防止流體流動）。可能期望在反應空間112與下部室空間114的至少部分密封，以防止或減少用於處理基材150之前驅物氣體及/或其他流體進入及/或接觸反應室110的下部室空間114。例如，用於在反應空間中處理基材的前驅物氣體可包含腐蝕性沉積前驅物，其等可接觸下部室空間114，產生非所要的沉積物/污染物/粒子，該等沉積物/污染物/粒子繼而可再引入反應空間112中，從而提供污染源至設置在反應空間中的基材。
在各種實施例中，雖然在基座130與反應室110的室側壁111之間延伸的密封構件129及/或由基座130與反應室110的室側壁111之間的直接接觸所形成之至少部分密封可限制或實質上防止反應空間112與下部室空間114之間通過空間108的流體連通，仍可能有少量的前驅物氣體藉由擴散而進入下部室空間114，其可在反應器系統之反應室的下部室中導致可能的腐蝕、非所要的沉積及污染物。
在各種實施例中，基座130可包含一或多個銷孔137。各銷孔137可從基座130之頂表面（例如，可在其上設置用於處理之基材150的基材支撐表面135）跨展通過基座130至基座130之底表面136。基座頂表面（例如基材支撐表面135）可係基座130近接反應室110之反應空間112的表面。基座底表面136可係基座130近接反應室110之下部室空間114的表面。在銷孔137中未設置舉升銷的情況下，反應空間112及下部室空間114可通過銷孔137彼此流體連通。也就是說，（多個）銷孔137可與反應空間112及下部室空間114流體連通。
各銷孔137中可設置舉升銷140（或其他相似物體）。各舉升銷可包含舉升銷本體，其經組態以在設置於銷孔137中時跨展銷孔137的至少一部分。舉升銷本體可包含與銷孔137之截面形狀互補的截面形狀。在各種實施例中，各舉升銷的銷頂表面可經組態以接觸基材150以相對於基座130移動基材150。例如，（多個）舉升銷140可導致基材150相對於基座130上下移動（亦即，增加或減小基材150與基座130之間的空間）。在舉升銷上設置基材可促成例如通過室側壁中的開口（例如開口98）從反應室裝載或卸載基材。
如所討論，基材150及基座130可相對於彼此移動。例如，在各種實施例中，一或多個舉升銷140可經組態以允許基材150與基座130分開，並允許將基材150放置為與基座130接觸（亦即，由該基座支撐該基材）。在各種實施例中，基座130可例如經由基座升降機104上下移動，使得基座130相對於基材150移動。在各種實施例中，舉升銷140可例如經由舉升銷升降機/平台142上下移動，使得基材150相對於基座130移動。在各種實施例中，基座130及/或舉升銷140可在另一者移動的同時靜止不動。在各種實施例中，基座130及/或舉升銷140可經組態以相對於另一者移動。
在各種實施例中，反應器系統可包含基座（例如基座130）。基材（例如基材150）可直接設置在基座頂部上（例如，在基座130之基材支撐表面135上）以供處理。在各種實施例中，基座頂表面可設置在與基材支撐表面135相同的平面上。在各種實施例中，基材支撐表面可凹入至基座中，使得基座之頂表面中存在凹部。包含基材支撐表面135之凹部可包含高度，使得基材150之高度的至少一部分經設置在凹部中。凹部可包含高度，使得當基材經設置在基材支撐表面上及在凹部內時，基材頂表面與基座頂表面齊平。
在各種實施例中，一旦基材150經設置在舉升銷140上，基座130可從裝載位置103移動至處理位置106，在此類移動期間接納基材150。在此類實施例中，可由銷孔137接納舉升銷140的銷頂端及/或銷頭部或頂表面，且因此基材150可直接接觸基座130。在各種實施例中，一旦基材150經設置在舉升銷140上，舉升銷140可向下移動至基座130中，使得基材150由基座130接納（亦即，使得基材150靜置於基材支撐表面135上）。作為回應，銷頂端可與基材支撐表面135齊平及/或低於該基材支撐表面。基材150隨後可在反應室內進行處理。
在各種實施例中，且參照圖3A，基座總成330具備加熱器元件339及嵌入於基座總成330之本體335中的第一電極331。基座總成330可相同或類似於上文參照圖1、圖2A及圖2B描述之基座6、130，或基座總成330可至少包括前述基座6、130的部分或所有特徵。根據各種實施例，一般而言，基座總成330之本體335包含用於支撐基材（本文中亦稱為基材支撐表面）的頂表面336、側表面337及底表面338。第一電極331通常可設置在加熱器元件339與頂表面336之間的本體335中。如下文更詳細地描述，第一電極331通常可經組態以充當電容耦合電路的一個電極。
如本文中所使用，當電極被指稱耦接至一組件或嵌入其中時，該電極可佔據、跨展或可大致設置為近接該組件之至少一部分。因此，包括一或多個電極之反應器系統可包含多個電極，其等耦接至反應器系統之一區域、區段或部分或包含於其中。在各種實施例中，電極可跨展或設置在或近接於基座的不同部分及/或基座之基材支撐表面的不同部分之處。電極可沿著相同平面（例如，近接、相鄰於、平行於及/或毗連基材之基材支撐表面的平面）跨展。電極可設置在基座內，使得電極沿著其跨展之平面在基座本體內距離基座之基材支撐表面大約0.1公分（cm）（其中在此上下文中，「大約」意指正負0.05 cm）。
在各種實施例中，且參照圖3B，反應器系統300具備來自圖3A之基座總成330，且具有外殼310，其大致上界定反應空間或室，在該反應空間或室中設有基座總成330。反應器系統300可相同或類似於上文參考圖1、圖2A及圖2B描述的反應器系統50、100，或反應器系統300可至少包括前述反應器系統50、100的部分或全部特徵。例如，儘管其餘圖式中未顯示基材以避免遮蔽繪圖之各種態樣，但在操作中，基材將受基座總成支撐。根據各種實施例，基座總成330之本體335將室大致分成界定於外殼310之上部部分316與基座總成330之本體335的頂表面336之間之上部室312，以及界定於基座總成330之本體335的底表面338與外殼310之下部部分318之間的下部室314。
在各種實施例中，基座總成330之本體335包含陶瓷材料。換言之，基座總成330之本體335的主體材料可為陶瓷材料。例如，基座總成330之本體335的材料可選自由包含氮化鋁（AlN）、氧化鋁（Al 2O 3）、二氧化矽（SiO 2）、碳化矽（SiC）、氧化釔（Y 2O 3）及氮化硼（BN）等之材料群。在各種實施例中，本發明之基座總成之本體的材料係選自由氮化鋁（AlN）、氧化鋁（Al 2O 3 ）、二氧化矽（SiO 2 ）、碳化矽（SiC）、氧化四環（Y 2O 3 ）及氮化硼（BN）所組成之材料群組。本文所揭示之電極可由金屬材料製成。例如，（多個）電極之材料可選自包含鉬（Mo）、鎢（W）、鎳（Ni）、鉻（Cr）、鉭（Ta）及矽（Si）等之材料群。在各種實施例中，本發明之（多個）電極的材料係選自由鉬（Mo）、鎢（W）、鎳（Ni）、鉻（Cr）、鉭（Ta）及矽（Si）所組成之材料群組。
反應器系統300可包括各自耦接至反應器系統300的兩個組件以於兩個組件之間的氣氛中可操作地生成電漿的兩個電路元件342、344。圖3B大致描繪在基座總成330之頂表面336上方（例如，在上部室312中）處理電漿322的產生。如上文所提及，寄生電漿325可能會在外殼310內之各種位置中不希望地產生，且此寄生電漿325可能對基材處理有各種負面影響。例如，寄生電漿325可能形成於基座總成之本體335的側面及/或下方。例如，寄生電漿325可因往返加熱器元件及/或第一電極的有線電力輸送而不經意地產生。亦即，延伸通過基座總成330至及自第一電極331及/或加熱器元件339的電線可產生促進寄生電漿325的產生之電場。因此，圖3B可描繪本發明欲減輕的處理情況。
如下文更詳細描述，且暫時參照圖4A、圖4B、圖5A及圖5B，基座總成430A、430B可包括嵌入本體335中接近側表面337及底表面338的至少一者之第二電極432，且此第二電極432可經組態以提供各種電漿控制益處。例如，嵌入基座總成之本體中的第二電極432可（1）電接地，且因此可經組態以可操作地抑制寄生電漿325（圖3B）及/或（2）第二電極432可用於在基座總成之本體下方或側邊（例如，在下部室314中）產生清潔電漿324。在下文參照圖4A更詳細描述在基座總成中具有兩個電極之此組態及其各種優點。
回頭參考圖3B，提供更多處理電漿322之細節。如上所述，第一電極331可設置於基座總成330之本體335的頂表面336旁且另一電極（在本文中稱為第三電極）可設置於基座總成之本體335的頂表面336上方。例如，第三電極可耦接至外殼310的上部部分316或嵌入其中。為簡化圖3B，上部部分316大致顯示成電連接至電路元件344，但實際上此電路元件344可耦接至嵌入於此上部部分316中的電極，或耦接至上部室312內的上部部分316。在各種實施例中，當上部部分316為第三電極時，電絕緣體317可設置在上部部分316與外殼310之剩餘區域/部分之間，從而使第三電極與外殼310之其餘部分電絕緣。如本文中所使用，本文中所揭露之電絕緣區域的材料可選自包含氮化鋁（AlN）、氧化鋁（Al 2O 3）、二氧化矽（SiO 2）及碳化矽（SiC）等之材料群。在各種實施例中，本發明之電絕緣區域的材料係選自由氮化鋁（AlN）、氧化鋁（Al 2O 3）、二氧化矽（SiO 2）及碳化矽（SiC）所組成之材料群。
在各種實施例中，術語「電路元件」342、344通常係指電連接至相對電極且經組態以產成電容耦合電漿的電線和其他電路。換言之，電路元件可包括供電流流入/流出電極的構件。一對電極之電路元件中之一或兩者可電接地。在各種實施例中，電路元件中之一者（例如電路元件342）包括射頻（RF）產生器345，且另一電路元件（例如電路元件344）電接地，因此可操作地使電極之間建立電場，該電場產生電漿。因此，反應器系統300可包括RF產生器，以RF功率電耦合，提供第一電極331及第三電極（例如上部部分316）之一者的通訊，而第一電極3331及第三電極之另一者則電接地，藉此得以在上部室312中產生處理電漿322。
在各種實施例中，（多個）電路元件可包括經組態以提供可調電流流動的可調電路，藉此使所得的電容耦合電漿得以被調整。舉例而言，在基材處理期間（例如，在原子層沉積期間、化學氣相沉積（CVD）及/或類似者），當電子在其間行進時可在電極之間形成電場，且此等電場可經控制及調節以提供期望的電漿生成參數。
在各種實施例中，且參照圖4A，基座總成430A包括嵌入基座總成430A之本體335中之第二電極432。第二電極432可為固體板/面板或第二電極可包含網格材料，否則可具有網格組態。換言之，第二電極432可具有一網格結構，其設置在基座總成之本體的底部及/或側表面附近。如圖4A所示，第二電極432可沿基座總成430A之本體335的底表面338延伸。因此，加熱器元件339可設置在第一電極331與第二電極432之間。如圖4B所示，基座總成430B可具有沿著本體335之側表面337設置的第二電極432。在各種實施例中，第二電極432係嵌入本體335中，以便沿著底表面338及側表面337兩者延伸及鄰近。
在各種實施例中，且參照圖5A及5B，提供將第二電極432納入基座總成中之各種益處。雖然圖5A及5B的反應器系統500A及500B中顯示了圖4A之基座總成430A（其具有在底表面338旁的第二電極），但圖4B之基座總成430B（其具有設置在側表面337旁的第二電極）亦可在反應器系統500A、500B中實施。如上文所介紹，第二電極432可提供各種益處，包括減輕寄生電漿及促進清潔電漿之產生。圖5A顯示根據各種實施例，具有經組態以提供寄生電漿減輕效益的第二電極432之反應器系統500A，以及圖5B顯示根據各種實施例，具有經組態以提供清潔電漿效益之第二電極的反應器系統500B。此等組態並非相互排斥，且因此反應器系統500A、500B可經組態以根據多種模式操作，諸如寄生電漿抑制模式及清潔電漿模式。
在各種實施例中，且參照圖5A，第二電極432經組態以經由電路元件544電接地。因此，第二電極432可電接地以抑制基座總成之本體的底表面及側表面之至少一者周圍的寄生電漿。在各種實施例中，第二電極432之此電接地可有助於將電漿產生隔離於上部室312（亦即圖3B的處理電漿322）。例如，第二電極432可經組態以減少基座總成430A（特別係加熱器元件339）之表面電位以抑制寄生電漿。因此，降低通常會因與基座總成430A之間之RF功率、加熱器功率或其他電力通訊而生的基座總成430A之表面電位。亦即，在第二電極432電接地時，來自加熱器元件539之加熱器功率及ESC電壓被切斷，且降低加熱器元件之電位（例如變成零）。當陶瓷加熱器的表面電位降低時，可減輕寄生電漿。
在各種實施例中，且參照圖5B，反應器系統500B包括電路元件542、544，其中電路元件之一包含RF產生器545。在各種實施例中，反應器系統500B包括設置於基座總成430A之本體335的底表面338下方的另一電極（在本文中稱為第四電極）。例如，第四電極可耦接至、嵌入於或大致上設置在外殼310之下部部分318之下表面附近。為了簡單起見，外殼310之下部部分318大致顯示為電連接至電路元件544，但實際上此電路元件544可耦接至嵌入於此下部部分318中的電極，或耦接至下部室314中的下部部分318（例如參見圖6）。在各種實施例中，當外殼310的下部部分318為第四電極時，可在下部部分318與外殼310的其餘區域/部分之間設置電絕緣材料，從而使第四電極與外殼310的其餘部分電絕緣。
電路元件542中之一者的RF產生器545可耦接至第二電極及第四電極中之一者，而第二電極及第四電極中之另一者電接地。此類組態可在下部室314中生成清潔電漿324。根據各種益處，清潔電漿324可經組態以容許下部室314之快速清潔/蝕刻，藉此使反應器系統500B得以快速自反應器之此區域移除膜殘餘物或其他污染物，從而改善習知（其可能需要較長時間來清潔反應器之此區域/區）反應器的通量。因此，本文揭示一種清潔反應器之方法，其包含使用相對電極啟動在下部室中清潔電漿的產生，該等電極之一者設置於基座之下方區域中，且另一者鄰接界定下部室之外殼的下部部分。例如，第一電路元件542之RF產生器545以RF功率電耦合，提供通訊至第二電極432，而外殼310之下部部分318則電接地，藉此在第二電極432與外殼310之下部部分318之間可操作地產生電場，以在基座總成430A的本體335之底表面338下方產生清潔電漿324。
在各種實施例中，且參照圖6，反應器系統600之第四電極可為設置於鄰近外殼310之下部部分318之下部室314中之金屬板650。亦即，金屬板650可設置在基座總成430A之底表面338下方，使得在金屬板650與基座總成430A之底表面338之間界定一間隙，其中可產生清潔電漿324。金屬板650之材料可選自包含鋁（Al）、不銹鋼、鈦（Ti）及矽（Si）等之材料群。在各種實施例中，金屬板650之材料可選自由鋁（Al）、不銹鋼、鈦（Ti）及矽（Si）組成之材料群。
在各種實施例中，第一電路元件642之RF產生器645可以RF功率電耦合，提供與第二電極432及第四電極（例如金屬板650）之一者的通訊，而第二電極432及第四電極（例如金屬板650）之另一者則電接地，從而在第二電極432及第四電極之間可操作地生成電場，以產生清潔電漿324。在各種實施例中，反應器系統600可包括介於金屬板650與外殼310之下部部分318之間的電絕緣層655，以將金屬板650與外殼310電絕緣。此電絕緣層655可為陶瓷絕緣體。
當第四電極為金屬板650時，基座總成之本體可包含金屬材料（而非陶瓷材料）。換言之，基座總成之本體的主體材料可為金屬材料。例如，基座總成之本體的材料可選自包括鋁（Al）、不銹鋼及鈦（Ti）之材料群。在各種實施例中，本發明之基座總成之本體的材料係選自由鋁（Al）、不銹鋼及鈦（Ti）所組成之材料群。
在各種實施例中，且參照圖7A、圖7B及圖7C，提供金屬板650之各種實施的各種表面特徵。在各種實施例中，金屬板650之上表面具有一系列的突出物或突出物圖案（圖7A）以促進清潔電漿324之產生。換句話說，金屬板650可具有突出表面。在各種實施例中，金屬板650之上表面具有一系列的凹部或凹部圖案（圖7B和7C）。凹部可由圓柱形或直型側壁界定，使得凹部具有平坦底部（圖7B），因此金屬板650可具有擠製表面。在各種實施例中，凹部可為圓錐性，使得界定凹部之側壁為錐形/傾斜，且因此金屬板650可具有圓錐形擠製表面。
在各種實施例中，且參照圖8，反應器系統800包括用於產生清潔電漿824A、824B之多區電極組態。反應器系統800可包括兩個RF產生器，諸如第一電路元件842A之第一RF產生器845A及第二電路元件842B之第二RF產生器845B。第二電極可包括第一區832A及第二區832B。第一RF產生器845A可以RF功率電耦合，提供與第二電極之第一區832A的通訊，且第二RF產生器845B可單獨地以RF功率電耦合，提供與第二電極之第二區832B的通訊。可單獨控制個別的RF功率產生器以提供不同的電場以調整清潔電漿。因此，在此組態中，可產生清潔電漿的多個區。例如，清潔電漿824A之第一區可產生於第二電極之第一區832A與第四電極（例如外殼310之下部部分318，其可經由電路元件844電接地）之間，而清潔電漿824B之第二區可產生於第二電極之第二區832B與第四電極之間。
在各種實施例中，第二電極之第一區832A可位於或接近基座總成之本體之下部區域的外（亦即邊緣）部，且第二電極之第二區832B可位於或接近基座之內（亦即中心）部或其附近。作為另一實例，基座可分成四分體或部分，且第二電極的一區可設置於或接近基座的各四分體或部分，或者可沿著該各四分體或部分跨展。每個電極區可分別耦接至其自己的電路元件（例如RF產生器）。
在各種實施例中，且參照圖9，反應器系統900包括用於產生處理電漿922A、922B的多個區之多區電極組態。反應器系統900可包括兩個RF產生器，諸如第一電路元件942A之第一RF產生器945A及第二電路元件942B之第二RF產生器945B。第一電極可包括第一區931A及第二區931B。第一RF產生器945A可以RF功率電耦合，提供與第一電極之第一區931A的通訊，且第二RF產生器945B可單獨地以RF功率電耦合，提供與第一電極之第二區931B的通訊。可單獨控制個別RF發電機以提供不同的電場，以便調整處理電漿。因此，在此組態中，可產生處理電漿的多個區域。例如，處理電漿922A之第一區可產生於第一電極之第一區921A與第三電極之間（例如外殼310之上部部分316，其可經由電路元件944A電接地），而處理電漿922B之第二區可產生於第一電極之第二區931B與第三電極之間。
在各種實施例中，第一電極之第一區931A可位在或接近基座總成之本體的上部區域之外（亦即邊緣）部，且第一電極之第二區931B可位於或接近基座之內（亦即中心）部分。作為另一實例，基座可分成四分體或部分，且第一電極的一區可設置於或接近基座的各四分體或部分，或者可沿著該各四分體或部分跨展。每個電極區可分別耦接至其自己的電路元件（例如RF產生器）。在各種實施例中，反應器系統900更包括另一電路元件944B，其經組態以將第二電極932電接地，藉此提供前述優點，即在處理電漿區的產生期間減少寄生電漿。
已在本文中就特定實施例描述益處、其他優點及問題之解決方案。然而，益處、優點、問題之解決方案及可導致任何益處、優點或解決方案發生或變得更加明顯的任何元件均不應解釋為本發明之關鍵、必需或基本的特徵或元件。
在整份此說明書中提及特徵、優點或類似語言並不意味著本發明可實現的所有特徵及優點皆應在或於本發明的任何單個實施例中。相反地，提及特徵和優點之語言應理解為意指所述關於一實施例的特定特徵、優點或特性係包括在本文中所揭露之標的之至少一實施例中。因此，本說明書中對特徵及優點及類似語言之論述可（但不一定）指同一實施例。
此外，所述之特徵、優點或特性可在一或多個實施例中以任何合適方式組合。熟習此項技術者將瞭解，本案之標的可在不具有一特定實施例之特定特徵或優點之一或多者下實施。在其他實例中，可在某些實施例中認識額外特徵及優點，其等不存在於本發明的所有實施例中。此外，在某些情況下，眾所周知的結構、材料或操作並未詳細顯示或描述以避免混淆本發明標的之態樣。本文所主張的元件不應依據35 U.S.C. 112(f)的條款解釋，除非使用短語「構件，其用於（means for）」明白地述及該元件。
本發明的範疇因此僅藉由附加之申請專利範圍來限制，其中除非明確地如此陳述，否則以單數形提及元件並非意欲意指「有且僅有一個（one and only one）」，而是指「一或多個（one or more）」。應理解，除非另外具體地提及，否則「一」及/或「該」可包括一或多個，且以單數形提及一個項目亦可包括複數個該項目。此外，術語「複數個」可界定為「至少兩個」。如本文中所用，當與一項目清單一起使用時，短語「至少一者」意指可使用所列項目之一或多者之不同組合，且可能只需清單中項目中之一者。該項目可以是一特定物件、物品或類別。此外，在申請專利範圍中使用類似於「A、B及C的至少一者」之短語時，意欲使該短語解釋為意指A可單獨存在於一實施例中，B可單獨存在於一實施例中，C可單獨存在於一實施例中，或該等元件A、B及C之任何組合可存在於單一實施例中；例如A和B，A和C，B和C，或A、B及C。在某些情況中，「項目A、項目B和項目C之至少一者」可意指例如（但不限於）項目A的兩個，項目B的一個，及項目C的十個；項目B的四個及項目C的七個；或其他合適的組合。
本文所揭示之所有範圍及比率限制可經組合。除非另外指明，否則術語「第一」、「第二」等在本文中僅用作標籤，且不意在對這些術語所指之項目施加順序、位置或階級要求。此外，提及例如「第二」項目不需要或排除例如「第一」或較低編號項目，及/或例如「第三」或較高編號項目的存在。
對於附接、固定、連接或類似之任何提及可包括永久、可移除、暫時、部分、完整及/或任何其他可能的附接選項。此外，對無接觸（或類似短語）的任何提述亦可包括減少的接觸或最少的接觸。在上述說明中，可使用某些術語，諸如「上」、「下」、「上部」、「下部」、「水平」、「垂直」、「左」、「右」等。這些術語用於（在適用情況下）在處理相對關係時提供描述的一些明確性。但是，這些術語並非欲在暗示純粹的關係、位置和/或定向。例如，就一物件而言，只要將物件翻過來，「上表面」即可成為「下表面」。儘管如此，它仍是相同的物件。
此外，在此說明書中，其中一個元件「耦接」到另一個元件的實例可包括直接和間接耦接。直接耦接可定義為與一個元件耦接另一個元件接並與其接觸。間接耦接可定義為兩個元件之間的耦接，該等耦接元件不彼此直接接觸，但在其之間有一或多個額外的元件。此外，如本文中所用，將一個元件固定至另一個元件可包括直接固定及間接固定。此外，如本文中所用，「鄰接（adjacent）」不一定表示接觸。例如，一個元件可鄰接另一個元件而不與那個元件接觸。
雖然本文提出本發明之例示性實施例，應理解本發明並未因此受限。例如，雖然連同各種特定組態描述反應器系統，本發明非必然受限於這些實例。在不偏離本發明之精神及範疇的情況下，可對本文提出的系統及方法作出各種修改、變化及增強。
本發明之標的包括本文中所揭示之各種系統、組件及組態以及其他特徵、功能、動作及/或性質的所有新式及非顯而易見的組合及子組合以及其等之任何及所有等同物。
4:反應室 6:基座 8:流體分配系統 10,12:反應物源 14:載體及/或吹掃氣體源 16,18,20:管線 22,24,26:閥或控制器 28:真空源 30:基材 50:反應器系統 98:開口 100:反應器系統 103:裝載位置 104:基座升降機 106:處理位置 108:空間 110:反應室 111:室側壁 112:反應空間 114:下部室空間 129:密封構件 130:基座 132:基座外緣 135:基材支撐表面 136:基座底表面 137:銷孔 140:舉升銷 142:舉升銷升降機/平台 150:基材 300:反應器系統 310:外殼 312:上部室 314:下部室 316:上部部分 317:電絕緣體 318:下部部分 322:處理電漿 324:清潔電漿 325:寄生電漿 330:基座總成 331:第一電極 335:本體 336:頂表面 337:側表面 338:底表面 339:加熱器元件 342,344:電路元件 345:射頻（RF）產生器 430A,430B:基座總成 432:第二電極 500A,500B:反應器系統 542,544:電路元件 545:RF產生器 600:反應器系統 642:第一電路元件 645:RF產生器 650:金屬板 655:電絕緣層 800:反應器系統 824A,824B:清潔電漿 832A:第一區 832B:第二區 842A:第一電路元件 842B:第二電路元件 844:電路元件 845A:第一RF產生器 845B:第二RF產生器 900:反應器系統 922A,922B:處理電漿 931A:第一區 931B:第二區 932:第二電極 942A:第一電路元件 942B:第二電路元件 944A:電路元件 944B:電路元件 945A:第一RF產生器 945B:第二RF產生器
雖然本說明書以特別指出且明確主張被視為本發明的實施例之權利的申請專利範圍作為結論，但是當結合伴隨圖式閱讀時，可從本發明的實施例之某些實例的描述更容易地探知本發明之實施例的優點。各圖式中具有相似元件編號的元件係意欲相同。 ［圖1］係根據各種實施例之一例示性反應器系統的示意圖； ［圖2A］係根據各種實施例之具有設置在下部位置中之基座之一例示性反應室的示意圖； ［圖2B］係根據各種實施例之具有設置在升高位置中之基座之一例示性反應室的示意圖； ［圖3A］係根據各種實施例之具有加熱器元件及電極的基座總成之示意截面圖； ［圖3B］係根據各種實施例之具有基座總成及電容耦合電漿組態之反應器系統的示意截面圖； ［圖4A］係根據各種實施例之具有加熱器元件、第一電極及第二電極之基座總成的示意截面圖； ［圖4B］係根據各種實施例之具有加熱器元件、第一電極及第二電極之基座總成的示意截面圖； ［圖5A］係根據各種實施例之具有基座總成的反應器系統的示意截面圖，其中第二電極經組態以可操作地抑制寄生電漿； ［圖5B］係根據各種實施例之具有基座總成及用於在基座總成下方產生電漿之電容耦合電漿組態的反應器系統之示意截面圖； ［圖6］係根據各種實施例之具有基座總成、金屬板及用於在基座總成下方生成電漿之電容耦合電漿組態的反應器系統之示意截面圖； ［圖7A、圖7B及圖7C］係根據各種實施例的反應器系統之金屬板的各種實施的各種表面特徵之示意截面圖； ［圖8］係根據各種實施例之具有基座總成及用於在基座總成下方產生多個電漿區之多區電容耦合電漿組態之反應器系統的示意截面圖；及 ［圖9］係根據各種實施例之具有基座總成及用於在基座總成上方生成多個電漿區的多區電容耦合電漿組態之反應器系統的示意截面圖。
4:反應室
6:基座
8:流體分配系統
10,12:反應物源
14:載體及/或吹掃氣體源
16,18,20:管線
22,24,26:閥或控制器
28:真空源
30:基材
50:反應器系統

Claims (20)

  1. 一種用於一反應器系統之基座總成，該基座總成包含： 一本體，其包含一頂表面、一側表面及一底表面，其中該頂表面係一基材支撐表面；一加熱器元件，其嵌入該本體內； 一第一電極，其嵌入該加熱器元件與該頂表面之間的該本體內；及 一第二電極，其嵌入鄰近該側表面及該底表面之至少一者的該本體內。
  2. 如請求項1之基座總成，其中該第二電極為網格材料。
  3. 如請求項1之基座總成，其中該本體之一主體材料包含一陶瓷材料。
  4. 如請求項1之基座總成，其中該第二電極經組態以電接地，以在該側表面及該底表面之至少一者周圍抑制寄生電漿，同時該第一電極經組態以可操作地在該頂表面上方產生一處理電漿。
  5. 如請求項4之基座總成，其中該第二電極延伸靠近該底表面，使得該加熱器元件設置於該第一電極與該第二電極之間。
  6. 一種反應器系統，其包含一電容耦合電漿組態，該反應器系統包含： 一基座總成，其包含： 一本體，其包含一頂表面、一側表面及一底表面，其中該頂表面係一基材支撐表面； 一加熱器元件，其嵌入該本體內； 一第一電極，其嵌入該加熱器元件與該頂表面之間的該本體內；及 一第二電極，其嵌入鄰近該側表面及該底表面之至少一者的該本體內； 一外殼，其包含一上部部分及一下部部分，其中該外殼界定一室，該基座總成設置在該室內，其中該基座總成之該本體將該室大致分成一上部室及一下部室，該上部室被界定在該外殼的該上部部分與該基座總成之該本體的該頂表面之間，而該下部室被界定在該基座總成的該本體之該底表面與該外殼之該下部部分之間；及 一第三電極，其設置於該基座總成之該本體之頂表面上方。
  7. 如請求項6所述之反應器系統，其進一步包括一RF產生器，其以RF功率電耦合，提供與該第一電極及該第三電極之一者的通訊，而該第一電極及該第三電極之另一者則電接地，藉此在該第一電極與該第三電極之間可操作地產生一電場，以在該基座總成之該本體的該頂表面上方產生一處理電漿。
  8. 如請求項7所述之反應器系統，其中該第二電極電接地以可操作地抑制該側表面及該底表面之至少一者周圍的寄生電漿。
  9. 如請求項8所述之反應器系統，其中該第二電極包括一網格組態。
  10. 如請求項8所述之反應器系統，其中該第三電極與該外殼的該下部部分電隔離。
  11. 如請求項8所述之反應器系統，其中： 該RF產生器係一第一RF產生器且該反應器系統進一步包括一第二RF產生器； 該第一電極包含一第一區及一第二區；及 該第一RF產生器以RF功率電耦合，提供與該第一區的通訊，且該第二RF產生器係單獨地以RF功率電耦合，提供與該第二區的通訊。
  12. 如請求項6所述之反應器系統，其中該第二電極延伸接近該底表面，使得該加熱器元件設置在該第一電極與該第二電極之間。
  13. 如請求項12所述之反應器系統，其進一步包括一RF產生器，其以RF功率電耦合，提供與該第二電極的通訊，而該外殼的該下部部分則電接地，藉此在該第二電極與該外殼的該下部部分之間可操作地產生一電場，以在該基座總成之該本體的該底表面下方產生一清潔電漿。
  14. 如請求項8所述之反應器系統，其中： 該RF產生器係一第一RF產生器且該反應器系統進一步包括一第二RF產生器； 該第二電極包含一第一區和一第二區；及 該第一RF產生器以RF功率電耦合，提供與該第一區的通訊，且該第二RF產生器單獨地以RF功率電耦合，提供與該第二區的通訊。
  15. 如請求項12所述之反應器系統，其進一步包括一金屬板，其設置於該基座總成之該本體之該底表面下方之該下部室中，其中該金屬板包含一第四電極，該第四電極與該外殼之該下部部分電隔離。
  16. 如請求項15所述之反應器系統，其進一步包括一陶瓷絕緣體，其設置於該金屬板與該外殼的該下部部分之間。
  17. 如請求項15所述之反應器系統，其進一步包括一RF產生器，其以RF功率電耦合，提供與該第二電極及該第四電極之一者的通訊，而該第二電極及該第四電極之另一者則電接地，藉此在該第二電極與該第四電極之間可操作地產生一電場，以在該基座總成之該本體之該底表面下方產生一清潔電漿。
  18. 如請求項17之反應器系統，其中該金屬板包含一突出表面、一擠製表面及一圓錐擠製表面之至少一者。
  19. 如請求項15之反應器系統，其中該基座總成之該本體的一主體材料包含金屬。
  20. 一種電容耦合電漿設備，其包含： 一基座總成，其包含： 一本體，其包含一頂表面、一側表面及一底表面，其中該頂表面係一基材支撐表面； 一加熱器元件，其嵌入該本體內； 一第一電極，其嵌入該加熱器元件與該頂表面之間的該本體內；及 一第二電極，其嵌入鄰近該底表面的該本體內，使得該加熱器元件設置於該第一電極與該第二電極之間； 一外殼，其包含一上部部分及一下部部分，其中該外殼界定一室，該基座總成設置在該室內，其中該基座總成之該本體將該室大致分成一上部室及一下部室，該上部室被界定在該外殼的該上部部分與該基座總成之該本體的該頂表面之間，而該下部室被界定在該基座總成之該本體之該底表面與該外殼之該下部部分之間； 一第三電極，其設置於該基座總成之該本體之該頂表面上方；及 一RF產生器，其以RF功率電耦合，提供與該第二電極之通訊，而該外殼之該下部部分則電接地，藉此在該第二電極與該外殼之該下部部分之間可操作地產生一電場，以在該基座總成之該本體之該底表面下方產生一清潔電漿。
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