TW202232574A - 具有改善的離子阻斷器的遠端電容耦合電漿源 - Google Patents

Abstract

提供用於產生一流量的自由基的設備及方法。離子阻斷器位於與遠端電漿源的面板相距一距離處。離子阻斷器具有開口以允許電漿流過。相對於位於離子阻斷器相對側上的噴淋頭極化離子阻斷器，使得實質上沒有電漿氣體離子通過噴淋頭。

Description

具有改善的離子阻斷器的遠端電容耦合電漿源

本揭示案的實施例係關於用於半導體處理腔室的氣體分配板。特別地，本揭示案的實施例係關於使用偏壓離子濾波器的遠端電容耦合等電漿(RCCP)源。

當前的遠端電容耦合電漿(RCCP)源可造成薄膜中的過載缺陷。這被認為是由於來自RCCP源的離子洩漏。對於可流動薄膜，宜適當地阻擋具有高能量的離子且流動可與揮發性先質反應的自由基。在反應之後，先質可轉化成具有低揮發性的低分子量聚合物，以沉積於晶圓上作為可流動薄膜。當前的處理使用氧自由基與先質反應。由於氧自由基在鋁表面上具有非常低的壽命及高重組率，使用具有大孔洞的離子阻斷器以防止孔洞內部的氧自由基重組。然而，由於大孔洞，大量的氧及氬離子與自由基一起被載送至反應腔室。該等離子減低沉積薄膜的流動性並且還產生缺陷。因此，本領域中需要RCCP設備及方法以減低過載缺陷及/或減低離子洩漏。

本揭示案的一或更多個實施例係關於氣體分配設備，包括：遠端電漿源、離子阻斷器及噴淋頭。該遠端電漿源具有面板，且該離子阻斷器具有面對該面板的背表面。該離子阻斷器的背表面及前表面界定該離子阻斷器的厚度。該離子阻斷器的該背表面與該面板間隔一距離以形成空隙。該離子阻斷器包含延伸穿過該離子阻斷器的該厚度的複數個開口。噴淋頭具有背表面及前表面。該噴淋頭的該背表面面對且與該離子阻斷器的該前表面間隔，該噴淋頭包括複數個孔隙以允許來自該遠端電漿源的自由基流過該噴淋頭。電壓調節器連接至該離子阻斷器及該噴淋頭以相對於該噴淋頭極化該離子阻斷器。

本揭示案額外的實施例係關於提供自由基至處理腔室的方法。在由離子阻斷器設界的電漿孔穴中產生電漿，該電漿包括第一量的離子及自由基。極化該離子阻斷器以將通過該離子阻斷器中的開口的離子自該第一量的離子減少至第二量且產生一流量的自由基。將該流量的自由基通過噴淋頭，該噴淋頭相鄰於該離子阻斷器且與該離子阻斷器間隔，該噴淋頭包括複數個孔隙以允許該等自由基通過該噴淋頭。相對於該噴淋頭極化該離子阻斷器。

本揭示案進一步的實施例係關於非暫態電腦可讀取媒體，包含指令，在由處理腔室的控制器執行時，該等指令使得該處理腔室實行以下操作：產生電漿，該電漿包括電漿孔穴中的第一量的離子及自由基；相對於噴淋頭極化離子阻斷器；及提供一流量的電漿氣體進入由離子阻斷器設界的電漿孔穴。

本揭示案的實施例係關於包含偏壓離子阻斷器板的遠端電容耦合電漿(RCCP)源。一些實施例允許RCCP以比傳統電漿源更高的功率操作。一些實施例提供用於電漿處理方法的自由基(例如，氧自由基)的增加。一些實施例有利地提供了RCCP設備和方法，以減低缺陷並改善可流動薄膜沉積處理中的流動性。

在當前的半導體製造處理中，缺陷規格非常嚴格，特別是在線程前端(FEOL)處理中。根據一些實施例，採用具有偏壓離子阻斷器的RCCP源以防止離子自RCCP源洩漏以損壞薄膜。發明人驚奇地發現，薄膜缺陷實質上僅由遠端氬電漿及在腔室中流動的先質形成。本揭示案的一或更多個實施例有利地提供了設備及方法以減低或消除可流動薄膜中的缺陷形成。

參考圖1，本揭示案的一或更多個實施例係關於包含使用可極化離子阻斷器210的氣體分配設備200的處理腔室100。處理腔室100包括頂部102、底部104、及封閉內部容積105的至少一個側壁106。氣體分配設備200包含具有前表面222的噴淋頭220。

基板支撐110位於處理腔室100的內部容積105中。一些實施例的基板支撐110連接至支撐軸件114。支撐軸件114可與基板支撐110整體形成，或可為與基板支撐100分開的部件。一些實施例的支撐軸件114經配置以繞著基板支撐110的中央軸112旋轉113。所圖示實施例包含在基板支撐110的支撐表面111上的基板130。基板130具有面對噴淋頭220的前表面222的基板表面131。支撐表面111及噴淋頭的前表面222之間的空間可被稱為反應空間133。

在一些實施例中，支撐軸件114經配置以移動117支撐表面111更靠近或進一步遠離噴淋頭220的前表面222。為了旋轉113或移動117支撐表面111，一些實施例的處理腔室包含一或更多個馬達119，經配置以用於旋轉或平移移動之一或更多者。儘管圖1中圖示了單一馬達119，本領域技術人員將熟悉合適的馬達及合適的部件佈置以執行旋轉或平移移動。

氣體分配設備200包括遠端電漿源205。一般而言，遠端電漿源205在距離反應空間133一距離處的孔穴或腔室中產生電漿。在遠端電漿源205中產生的電漿經由合適的連接輸送至反應空間133。例如，在遠端電漿源205中產生的電漿可流過噴淋頭進入反應空間133。

圖2根據本揭示案的一或更多個實施例圖示遠端電漿源205的示意視圖。圖3根據本揭示案的一或更多個實施例展示包含氣體分配組件200的處理腔室100的部分視圖。

參考圖2及圖3兩者，遠端電漿源205包含面板207及離子阻斷器210。面板207及離子阻斷器210封閉電漿產生區域206，也稱為電漿孔穴。遠端電漿源的面板面對電漿產生區域206。

離子阻斷器210具有面對面板207且將電漿產生區域206設界的背表面211、及前表面212。背表面211間隔了距離D _P，距離D _P界定電漿產生區域206的高度。背表面211及前表面212界定離子阻斷器210的厚度T。離子阻斷器210包含延伸穿過厚度T的複數個開口215，使得在背表面211中形成開口215a，且在前表面212中形成開口215b。開口215允許氣體自電漿產生區域206流動至電漿產生區域206外部的區域。

氣體分配設備200包含與離子阻斷器210隔開一距離的噴淋頭220，以形成空隙227。噴淋頭220具有前表面222及背表面224。噴淋頭220的背表面224面對離子阻斷器210的前表面212。噴淋頭220的背表面224及離子阻斷器210的前表面212之間的距離界定具有距離D _S的空隙227。

噴淋頭220包含自背表面224延伸至前表面222的複數個孔隙225，以允許電漿部件(例如，自由基)流過噴淋頭220。背表面224中的孔隙開口225a延伸穿過噴淋頭220至前表面222中的孔隙開口225b以產生孔隙225。孔隙225作用如同通路以允許空隙227及反應空間133之間的流體連通。

圖2中所圖示的噴淋頭220可稱為單一通道噴淋頭。為了通過噴淋頭220，氣體必須流過孔隙225，產生單一流動路徑。本領域技術人員將認識到這僅僅是一個可能配置，且不應被視為限制本揭示案的範圍。例如，圖3中所圖示的噴淋頭220為雙通道噴淋頭，其中存在兩個分開的流動路徑以用於物質通過噴淋頭，使得物質在自噴淋頭進入反應空間133之前不會混合。

一些實施例的氣體分配設備200包含連接至離子阻斷器210及噴淋頭220的電壓調節器230。電壓調節器230可為本領域技術人員已知的可在離子阻斷器210及噴淋頭220之間產生電壓差的任何合適的部件，包含但不限於恆電位器。電壓調節器230藉由本領域技術人員已知的任何合適的連接器連接至離子阻斷器210及噴淋頭220，包含但不限於同軸連接，其中內導體或外導體中之一者連接至離子阻斷器210且內導體或外導體中之另一者連接至噴淋頭220。同軸傳輸線的內導體及外導體藉由合適的絕緣體彼此電性隔離。

氣體分配設備200包含至少一個氣體入口240。在圖2中所圖示的實施例中，其中使用單一通道噴淋頭，氣體入口240與電漿產生區域206流體連通。電漿產生區域206可用於電漿及非電漿氣體兩者。例如，電漿氣體(成為電漿的氣體)可流動進入電漿產生區域，被點燃成為電漿，且流動進入反應空間133。在電漿暴露之後，非電漿氣體可流動經過電漿產生區域，而不點燃電漿以允許基於非電漿的物質進入反應空間133。在一些實施例中，處理腔室在腔室的主體中具有氣體入口(例如，側壁、頂部、或底部)且在遠端電漿源中具有氣體入口。

在一些實施例中，使用離子阻斷器210將自由基提供至處理腔室，以減少電漿中存在的離子量到達反應空間133。參考圖2，在一些實施例中，使用功率來源257在電漿孔穴(電漿產生區域206)中產生電漿251。電漿251具有第一量的離子252及第一量的自由基253。圖2中所圖示的實施例展示了五個離子以作為電漿251中的第一量的離子252，及一個離子以作為通過離子阻斷器210之後的空隙227中的第二量的離子252。本領域技術人員將認識到：使用該圖以圖示一或更多個實施例的操作且並不反映被離子阻斷器「過濾」的離子的比例。

可藉由本領域技術人員已知的任何合適技術來產生電漿251，包含但不限於電容耦合電漿、電感耦合電漿、及微波電漿。在一些實施例中，電漿251為藉由應用RF及/或DC功率在電漿孔穴(電漿產生區域206)中產生的電容耦合電漿，以在面板207及離子阻斷器210或噴淋頭220中之一或更多者之間產生差異。

在遠端電漿源105中產生的電漿可包含任何合適的反應氣體，其中自由基(而不是離子)用於反應。在一些實施例中，電漿氣體包括以下一或更多者：分子氧(O ₂)、分子氮(N ₂)、氦(He)、分子氫(H ₂)、氖(Ne)、氬(Ar)或氪(Kr)。

離子阻斷器210被極化以防止或最小化來自電漿的離子數量通過開口215。極化離子阻斷器210將通過開口215的離子252自第一量減少至小於第一量的第二量。離子阻斷器210產生一流量的自由基253，根據一些實施例，實質上不含離子252。如此方式中所使用，用語「實質上不含離子」是指進入反應空間133的離子成分小於或等於進入反應空間133的自由基數量的約10%、5%、2%、1%、0.5%、或0.1%。

一些實施例的離子阻斷器210將電漿251中的離子252的數量自電漿產生區域206中的第一數量減少至反應空間133或空隙227中的第二數量。在一些實施例中，第二數量小於或等於第一數量的約50%、40%、30%、20%、10%、5%、2%、1%或0.5%。

由於離子252帶電，極化的離子阻斷器210作用如同離子252通過開口215的障礙。而自由基253不帶電，極化的離子阻斷器210對自由基通過開口215的移動具有最小的影響(如果有的話)，使得自由基253可通過離子阻斷器210。接著，自由基253可通過噴淋頭220中的開口225並進入反應空間133。

離子阻斷器210可由具有任何合適厚度的任何合適材料製成。在一些實施例中，離子阻斷器210包括鋁或不銹鋼。在一些實施例中，離子阻斷器210具有約0.5 mm至約50 mm的範圍中、或在約1 mm至約25 mm的範圍中、或在約2 mm至約20 mm的範圍中、或在約3 mm至約15 mm的範圍中、或在約4 mm至約10 mm的範圍中之厚度T。

離子阻斷器210中的開口215可具有均勻的寬度或可在寬度上變化。在一些實施例中，開口215具有根據離子阻斷器210內的位置而變化的直徑。例如，在一些實施例中，離子阻斷器210中的開口215在繞著離子阻斷器210的外周邊緣處可大於離子阻斷器210的中央中的開口。在一些實施例中，任何給定開口215的寬度(或圓形開口的直徑)在離子阻斷器210的厚度T上變化。例如，在一些實施例中，開口215a的寬度(或圓形開口的直徑)在背表面211上最大，逐漸變細至離子阻斷器210的前表面212中的開口215b的較小寬度(或圓形開口的直徑)。在一些實施例中。開口215為圓形且具有在約1/8”至約1/2”的範圍中、或在約3/16”至約7/16”的範圍中、或在約1/4”至約3/8”的範圍中、或約5/16”的直徑。在一些實施例中，開口215為圓形且具有在約3 mm至約13 mm的範圍中、或在約4 mm至約12 mm的範圍中、或在約5 mm至約11 mm的範圍中、或在約6 mm至約10 mm的範圍中、或在約7 mm至約9 mm的範圍中、或約8 mm的直徑。

在一些實施例中，使用電壓調節器230相對於噴淋頭220極化離子阻斷器210。在一些實施例中，電壓調節器經配置以提供在約±2 V至約±100 V的範圍中、或在約±5 V至約±50 V的範圍中的離子阻斷器210相對於噴淋頭220的直流(DC)極化。換言之，在約2 V至約100 V的範圍中、或在約5 V至約50 V的範圍中相對於噴淋頭220極化離子阻斷器210，使用正或負偏壓。

參考圖3，本揭示案的一些實施例具有雙通道噴淋頭220。雙通道噴淋頭220具有第一氣體通道220a及第二氣體通道220b。第一氣體通道220a作用如同第一氣體流動路徑以允許空隙227中的第一氣體通過噴淋頭220至反應空間133。第二氣體通道220b作用如同第二氣體流動路徑以允許第二氣體流動進入反應空間133而不與第一氣體混合。在所圖示的實施例中，有兩個氣體入口240a、240b，一個連接至遠端電漿源205的電漿產生區域206，另一個繞過遠端電漿源205且直接耦合至第二氣體通道220b。

在所圖示的實施例中，雙通道噴淋頭220的第一氣體通道220a與離子阻斷器210及面板207之間的空隙227流體連通，使得噴淋頭220中的複數個孔隙225包括自前表面222延伸至噴淋頭220的背表面224的第一複數個孔隙225a。空隙227可作用如同用於來自遠端電漿源205的氣體的充氣部，以提供至反應空間133的均勻氣體流動。

在一些實施例中，雙通道噴淋頭220的第二氣體通道220b與第二複數個孔隙225b流體連通。第二複數個孔隙225b自噴淋頭220的前表面222延伸至氣體容積229。氣體容積229可作用如同氣體入口240b及反應空間133之間的充氣部，使得第二氣體可流動至反應空間，而不通過空隙227或與第一氣體接觸，直到第一氣體及第二氣體皆在反應空間133中。換言之，第二複數個孔隙225b不直接連接第二氣體通道與噴淋頭220的背表面224。如此方式中所使用，用語「不直接連接」是指流過第二複數個孔隙225b的氣體不與噴淋頭220的背表面224接觸，而不通過第一複數個孔隙225a中之一者。

在一些實施例中，離子阻斷器210中的至少一些開口215與噴淋頭220中的至少一些第一複數個開口225a對齊。如此方式中所使用，用語「對齊」是指通過開口215的中央自背表面211延伸至前表面212所繪製的假想線也將通過噴淋頭220中的開口225a。在圖3圖示的實施例中，離子阻斷器210中的每一開口215與第一複數個開口225a中之一者對齊，以提供通過離子阻斷器210時自電漿產生區域206至反應空間133的更直接的流動路徑。在一些實施例中，離子阻斷器210中的開口215中沒有一個直接與第一複數個開口225a中之一者對齊。

返回參考圖1，處理腔室100的一些實施例包含耦合至以下一或更多者的至少一個控制器190：處理腔室100、基板支撐110、支撐軸件114、馬達119、遠端電漿源205、離子阻斷器210或電壓調節器230。在一些實施例中，存在多於一個連接至個別部件的控制器190，且主控制處理器耦合至分開的控制器或處理器之每一者以控制系統。控制器190可為任何形式的一般用途電腦處理器、微控制器、微處理器等之一者，可在工業設定中用於控制多種腔室及子處理器。

至少一個控制器190可具有處理器192、耦合至處理器192的記憶體194、耦合至處理器192的輸入/輸出裝置196、及在不同電子部件之間通訊的支援電路198。記憶體194可包含暫態記憶體(例如，隨機存取記憶體)及非暫態記憶體(例如，儲存器)之一或更多者。

處理器的記憶體194或電腦可讀取媒體可為容易取得的記憶體中之一或更多者，例如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、軟碟、硬碟、或任何其他形式的數位儲存器，本地或遠端。記憶體194可保留可由處理器192操作的指令集，以控制系統的參數及部件。支援電路198耦合至處理器192，以用於以傳統方式支援處理器。電路可包含例如快取記憶體、電源供應器、時脈電路、輸入/輸出電路、子系統等。

通常可將處理作為軟體常式儲存在記憶體中，當由處理器執行時，使得處理腔室實行本揭示案的處理。也可藉由第二處理器(未展示)儲存及/或執行軟體常式，該第二處理器位於處理器控制的硬體的遠端。本揭示案的一些或所有方法也可以硬體實行。因此，處理可用軟體實作並使用電腦系統來執行，可用硬體實作，例如特殊應用積體電路或其他類型的硬體實作，或作為軟體及硬體的組合。當由處理器執行時，軟體常式將一般用途電腦轉換成控制腔室操作的特定用途電腦(控制器)，以便實行處理。

在一些實施例中，控制器190具有一或更多個配置以執行個別處理或子處理以實行本揭示案的實施例。控制器190可連接至且經配置以操作中間部件以實行方法的功能。例如，控制器190可連接至且經配置以控制氣閥、致動器、馬達、狹縫閥、真空控制等之一或更多者。

一些實施例的控制器190或非暫態電腦可讀取媒體具有從以下配置中選擇的一或更多個配置或指令：繞著中央軸旋轉基板支撐；提供一流量的氣體進入遠端電漿源；在遠端電漿源中產生電漿；在離子阻斷器及噴淋頭之間提供一電壓差;或提供一流量的第二氣體至噴淋頭的第二通道。

貫穿本說明書對「一個實施例」、「某些實施例」、「一或更多個實施例」或「一實施例」的引用是指結合該實施例所描述的特定特徵、結構、材料或特性被包含於本揭示案的至少一個實施例中。因此，在貫穿本說明書各處中出現的用語諸如「在一或更多個實施例中」、「在某些實施例中」、「在一個實施例中」或「在一實施例中」不必參照本揭示案的相同實施例。進一步地，可在一或更多個實施例中以任何合適的方式組合特定特徵、結構、材料或特性。

儘管已參考特定實施例描述了此處的本揭示案，本領域技術人員將理解，所描述的實施例僅僅是對本揭示案的原理及應用的說明。對於本領域技術人員顯而易見的是，在不脫離本揭示案的精神及範圍的情況下，可對本揭示案的方法及設備進行多種修改及變化。因此，本揭示案可包含在所附申請專利範圍及其等效物的範圍內的修改及變化。

100:處理腔室 102:頂部 104:底部 105:內部容積 106:側壁 110:基板支撐 111:支撐表面 112:中央軸 113:旋轉 114:支撐軸件 117:移動 119:馬達 130:基板 131:基板表面 133:反應空間 190:控制器 192:處理器 194:記憶體 196:輸入/輸出裝置 198:支援電路 200:氣體分配設備 205:遠端電漿源 206:電漿產生區域 207:面板 210:離子阻斷器 211:背表面 212:前表面 215:開口 215a:開口 215b:開口 220:噴淋頭 222:前表面 224:背表面 225:孔隙 225a:孔隙開口 225b:孔隙開口 227:空隙 229:氣體容積 230:電壓調節器 240:氣體入口 240a:氣體入口 240b:氣體入口 251:電漿 252:離子 253:自由基 257:功率來源

於是可以詳細理解本揭示案上述特徵中的方式，可藉由參考實施例而具有本揭示案的更特定描述(簡短總結如上)，其中一些圖示於所附圖式中。然而，注意所附圖式僅圖示本揭示案典型的實施例，因此不考慮限制其範圍，因為本揭示案可允許其他等效實施例。此處描述的實施例藉由範例的方式圖示，而不是限制在所附圖式中，其中相同的元件符號指示相似的元件。

圖1根據本揭示案的一或更多個實施例展示處理腔室的橫截面示意視圖；

圖2根據本揭示案的一或更多個實施例展示氣體分配設備的橫截面示意視圖；及

圖3根據本揭示案的一或更多個實施例圖示使用雙通道噴淋頭的處理腔室的部分視圖。

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

102:頂部

104:底部

105:內部容積

106:側壁

110:基板支撐

111:支撐表面

112:中央軸

113:旋轉

114:支撐軸件

117:移動

119:馬達

130:基板

131:基板表面

133:反應空間

190:控制器

192:處理器

194:記憶體

196:輸入/輸出裝置

198:支援電路

200:氣體分配設備

205:遠端電漿源

210:離子阻斷器

220:噴淋頭

230:電壓調節器

Claims (15)

1. 一種氣體分配設備，包括： 一離子阻斷器，該離子阻斷器與一遠端電漿源的一面板間隔一距離，該離子阻斷器具有由一前表面及一後表面界定的一距離，且厚度包括延伸穿過該厚度的複數個開口；一噴淋頭，該噴淋頭與該離子阻斷器間隔一距離，該噴淋頭包括複數個孔隙以允許來自該遠端電漿源的自由基流過該噴淋頭；及一電壓調節器，該電壓調節器連接至該離子阻斷器及該噴淋頭，該電壓調節器經配置以相對於該離子阻斷器極化該噴淋頭，以產生穿過該噴淋頭的實質沒有離子的一流量的自由基。
2. 如請求項1所述之氣體分配設備，其中該離子阻斷器將一電漿中的一離子數量減少至小於或等於10%的一量。
3. 如請求項1所述之氣體分配設備，其中該離子阻斷器的該厚度在0.5 mm至50 mm的範圍中。
4. 如請求項3所述之氣體分配設備，其中該離子阻斷器的該厚度在2 mm至20 mm的範圍中。
5. 如請求項1所述之氣體分配設備，其中電壓調節器經配置以提供在約±2 V至約±100 V的範圍中該離子阻斷器相對於該噴淋頭的一直流(DC)極化。
6. 如請求項1所述之氣體分配設備，其中該電壓調節器經配置以提供在約±5 V至約±50 V的範圍中該離子阻斷器相對於該噴淋頭的一直流(DC)極化。
7. 如請求項1所述之氣體分配設備，其中該離子阻斷器中的該等開口具有在約1/8”至約1/2”的範圍中的一直徑。
8. 如請求項7所述之氣體分配設備，其中該離子阻斷器中的該等開口具有在約1/4”至約3/8”的範圍中的一直徑。
9. 如請求項1所述之氣體分配設備，其中該離子阻斷器中的該等開口為具有在3 mm至13 mm的範圍中的一直徑的圓形。
10. 如請求項1所述之氣體分配設備，其中該離子阻斷器中的該等開口的至少一些與該噴淋頭中的該等開口的至少一些對齊。
11. 如請求項1所述之氣體分配設備，其中該離子阻斷器中的該等開口之每一者與該噴淋頭中的該等開口之其中一者對齊。
12. 一種處理腔室，包括： 一遠端電漿源，該遠端電漿源具有一電漿產生區域，該電漿產生區域連接至一氣體分配設備，該氣體分配設備具有一離子阻斷器及一噴淋頭，該離子阻斷器及該噴淋頭之間具有一空隙；及 一電壓調節器，該電壓調節器連接至該離子阻斷器及該噴淋頭，該電壓調節器經配置以相對於該離子阻斷器極化該噴淋頭，以將由該遠端電漿源所產生的一電漿中的一離子數量從一第一數量減少至一第二數量，該第二數量小於或等於該第一數量的20%。
13. 如請求項12所述之處理腔室，進一步包括一基板支撐，該基板支撐具有面對該噴淋頭的一前表面的一支撐表面。
14. 如請求項13所述之處理腔室，進一步包括具有選自一配置的一或更多個配置的一控制器，用以：繞著一中央軸旋轉該基板支撐；提供一流量的氣體進入該遠端電漿源；在該遠端電漿源中產生一電漿；在該離子阻斷器及該噴淋頭之間提供一電壓差。
15. 如請求項12所述之處理腔室，其中該離子阻斷器具有在0.5 mm至50 mm的範圍中的一厚度。

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