TW202336805A - 用於大面積電感耦合電漿處理設備的天線單元 - Google Patents
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Abstract
本揭示案的實施例一般係關於適用於一半導體處理腔室中的蓋。該蓋包括複數個介電窗，該複數個介電窗耦合至一穿孔面板。該蓋也包括複數個支撐構件，該複數個支撐構件耦合至該穿孔面板且放置於相鄰的介電窗之間。該蓋進一步包括複數個電感耦合器。電感耦合器之其中一者或更多者包括：一第一下部分；一第二下部分；及一橋部。該橋部設置於該複數個支撐構件之其中至少一者上方。該第一下部分放置於該複數個介電窗的一第一介電窗上。該第二下部分放置於該複數個介電窗的一第二介電窗上。該第二介電窗相鄰於該第一介電窗。
Description
本揭示案的實施例大體係關於處理腔室，例如半導體製造中使用的高密度電漿(HDP)腔室。更具體地，本揭示案的實施例係關於用於處理腔室的天線配置。
在太陽能面板或平板顯示器的製造中，採用許多製程在基板上沉積薄膜，例如半導體基板、太陽能面板基板、和液晶顯示器(LCD)及/或有機發光二極體(OLED)基板，以在其上形成電子元件。沉積一般藉由將前驅物氣體引導進入腔室來實現，該腔室具有設置在溫度受控的基板支撐件上的基板。前驅物氣體通常被引導穿過設置在基板支撐件上方的氣體分配組件。藉由應用電感耦合到前驅物氣體的單個或陣列的射頻(RF)天線來將腔室中的前驅物氣體賦能(例如，激發)成電漿以形成電漿。激發的氣體反應以在放置於溫度受控的基板支撐件上的基板表面上形成材料層。
用於形成電子元件的基板尺寸的表面面積超過一平方公尺。很難跨該等基板實現薄膜厚度的均勻性。在處理腔室內產生電漿而施加的功率可產生渦流，這會對電漿均勻性產生負面影響，從而影響沉積均勻性，且也可產生其他硬體問題，例如但不限於電弧和RF功率損耗。
因此，需要用於產生更均勻的電漿及/或減低其他硬體問題的方法和設備。
本揭示案一般係關於用於處理腔室的電感耦合器佈置，例如適用於半導體製造的彼等。本揭示案一般也係關於具有電感耦合器的蓋和處理腔室。
在一個範例中，提供適用於一半導體處理腔室中的蓋。該蓋包括複數個介電窗，該複數個介電窗耦合至一穿孔面板。該蓋也包括複數個支撐構件，該複數個支撐構件耦合至該穿孔面板且放置於相鄰的介電窗之間。該蓋進一步包括複數個電感耦合器，包括一第一子集的電感耦合器及一第二子集的電感耦合器。該第一子集的電感耦合器之每一電感耦合器包括：一第一下部分；一第二下部分；及一橋部。該橋部設置於該複數個支撐構件之其中至少一者上方。該第一下部分放置於該複數個介電窗的一第一介電窗上。該第二下部分放置於該複數個介電窗的一第二介電窗上。該第二介電窗相鄰於該第一介電窗。
在另一範例中，提供適用於一半導體處理腔室中的蓋。該蓋包括複數個介電窗，該複數個介電窗耦合至一穿孔面板，該複數個介電窗具有一第一子集的介電窗及一第二子集的介電窗。該蓋進一步包括複數個支撐構件，該複數個支撐構件耦合至該穿孔面板且放置於相鄰的介電窗之間。該蓋包括複數個電感耦合器，該複數個電感耦合器包括一第一子集的電感耦合器及一第二子集的電感耦合器。該第一子集的電感耦合器為非平面的。該第二子集的電感耦合器為平面的。該第一子集的介電窗具有放置於其上的該第一子集的電感耦合器的兩個電感耦合器的一部分。該第二子集的介電窗具有放置於其上的該第一子集的電感耦合器的一個電感耦合器及該第二子集的電感耦合器的一個電感耦合器的一部分。
在又一範例中，提供適用於一半導體處理腔室中的蓋。該蓋包括複數個介電窗，該複數個介電窗耦合至一穿孔面板，其中該複數個介電窗包括一第一子集的介電窗及一第二子集的介電窗。該蓋進一步包括複數個支撐構件，該複數個支撐構件耦合至該穿孔面板且放置於相鄰的介電窗之間。該蓋包括一第一子集的電感耦合器，其中該電感耦合器包括：一第一下部分；一第二下部分；及一橋部。該蓋進一步包括一第二子集的電感耦合器，其中該第二子集的電感耦合器為平面的。該第一子集的介電窗之每一者具有放置於其上的該第一子集的電感耦合器的兩個電感耦合器的一部分。該第二子集的介電窗之每一者具有放置於其上的該第一子集的電感耦合器的一個電感耦合器及該第二子集的電感耦合器的一個電感耦合器的一部分。該橋部設置於該複數個支撐構件之其中至少一者上方。
本揭示案一般係關於用於處理腔室的電感耦合器佈置，例如適用於半導體製造的彼等。本揭示案一般也係關於具有電感耦合器的蓋和處理腔室。本揭示案的電感耦合器相對於彼此佈置，使得相鄰電感耦合器產生的渦流減低，從而改善電漿均勻性。
在一個範例中，適用於半導體處理腔室的蓋包括複數個介電窗、放置於相鄰介電窗之間的複數個支撐構件、及放置相鄰於介電窗的複數個電感耦合器。複數個介電窗之每一介電窗具有放置於其上方的複數個電感耦合器的兩個電感耦合器的至少一部分。
圖1是根據本揭示案的一個實施例的處理腔室100的示意性橫截面側視圖。示例性基板102被展示為在腔室主體104內的基板表面120上。基板102例如可為具有表面面積大於1平方公尺的大面積基板。處理腔室100也包括蓋組件106、設置相對於蓋組件106的底部118、及設置於蓋組件106和底部118之間的基座或基板支撐組件108。蓋組件106設置在腔室主體104的上端處，且基板支撐組件108至少部分地設置在腔室主體104內。基板支撐組件108耦合到軸件110。軸件110耦合到在腔室主體104內垂直(在z方向上)移動基板支撐組件108的驅動器112。圖1中所展示的處理腔室100的基板支撐組件108處於處理位置。然而，基板支撐組件108可在Z方向上降低至相鄰於傳送端口114的位置。
蓋組件106包括安置在腔室主體104上的背板122。蓋組件106也包括氣體分配組件或噴頭124。噴頭124將處理氣體從氣體源輸送到噴頭124和基板102之間的處理區域126。噴頭124也耦合到清潔氣體源以向處理區域126提供清潔氣體，例如含氟、氯或含氧的氣體。
噴頭124也用作電漿源。為了充當電漿源，噴頭124包括一個或更多個電感耦合電漿產生部件，或電感耦合器130a、130b(例如，天線或線圈)。一個或更多個電感耦合器130a、130b之每一者跨功率源和接地133耦合。雖然圖1描繪了並聯連接到功率源和接地133的電感耦合器130a、130b之每一者以便於控制和可調諧性，但也可考慮串聯連接。在一些實施例中，接地133是電容器或經由電容器接地的。噴頭124也包括面板132，面板132包括複數個離散的穿孔片134。功率源包括匹配電路或用於調整電感耦合器的電特性的調諧能力。
由複數個支撐構件136支撐每一穿孔片134。一個或更多個電感耦合器130a、130b之每一者或該一個或更多個電感耦合器的多個部分被放置於相應的介電窗138上或上方。由介電窗138、穿孔片134、和支撐構件136的表面來限定複數個氣體容積140(展示三個)。一個或更多個電感耦合器130a、130b之每一者經配置以產生電磁場，當氣體流動進入氣體容積140並經由相鄰的穿孔片134進入其下方的腔室容積時，該電磁場將處理氣體賦能成為電漿。在可與其他實施例組合的一些實施例中，經由支撐構件136中的導管將來自氣體源的處理氣體提供給每一氣體容積140。在噴頭124的不同區中控制進入和離開噴頭的氣體的容積或流率。藉由複數個流量控制器提供處理氣體的區控制，例如圖1中所圖示的質量流量控制器142、143和144。當需要清潔腔室時，來自清潔氣體源的清潔氣體流動到每一氣體容積140並從那裡進入處理容積140，在處理容積140內清潔氣體被賦能成為離子、自由基、或兩者。賦能的清潔氣體流動穿過穿孔片134並進入處理區域126以便清潔腔室部件。
圖2是圖1的蓋組件106的一部分的放大橫截面側視圖。穿孔片134包括延伸穿過其中的複數個開口218。由於開口218的直徑，複數個開口218之每一者允許氣體以預定的流率從氣體容積140流動進入處理區域126。安裝部分225在相鄰的穿孔片134的介面處圍繞相鄰的穿孔片134的側面。安裝部分225包括支撐穿孔片134的周邊或邊緣的一部分的壁架或架子。安裝部分225藉由緊固件緊固到支撐構件136，緊固件例如螺栓或螺絲。每一支撐構件136包括支撐介電窗138的周邊或邊緣的一部分的壁架或架子。
多個介電窗138的使用在氣體容積140和處理區域126之間提供了實體屏障，而不會在窗上施加大的應力(否則如果使用更少/更大的介電窗會發生這種情況)。在一些實施例中，在處理期間，氣體容積140具有約10 mTorr至約3 Torr的壓力。
基於電特性、強度和化學穩定性之其中一者或更多者來選擇用於噴頭124的材料。電感耦合器由導電材料製成，例如銅或鋁。背板122和支撐構件136由能夠支撐被支撐的部件的重量和大氣壓力負載的材料製成，可包括金屬或其他類似材料，例如鋁或鋁合金、或鋼。背板122和支撐構件136可由非磁性材料(例如，非順磁性或非鐵磁性材料)製成，例如鋁或其合金。穿孔片134由陶瓷材料製成，例如石英、氧化鋁或其他類似材料。介電窗138由石英、氧化鋁或藍寶石製成。在可與其他實施例組合的一些實施例中，介電窗138包括銅、銀、鋁、鎢、鉬、鈦、上述之組合、或上述之合金。
蓋組件106包括兩個不同的電感耦合器130a和130b。電感耦合器130a是平面線圈(例如，設置在平面中的螺旋線圈)且整體放置於單個介電窗138上方。電感耦合器130b是橋接線圈(例如，非平面線圈)，其包括下部分280和橋部281。橋部281設置在相應的支撐構件136上方，使得電感耦合器130b放置於相鄰的介電窗138上方。在一個範例中，電感耦合器130a的佔地面積約為電感耦合器130b佔地面積的一半，例如約70%至約30%，例如約60%至約40%或約55%至約45%。在可與本文的實施例組合的另一實施例中，設想電感耦合器130a可具有類似於電感耦合器130b的橋接配置，即便電感耦合器130a不跨越支撐構件136。在該配置中，電感耦合器130a相對於電感耦合器130b仍具有減低的佔地面積。
圖3A和圖3B圖示了根據一個實施例的蓋106的電感耦合器佈置的示意性平面視圖。蓋106包括呈2×3陣列的複數個介電窗138(展示六個)，及複數個電感耦合器130a(展示四個)和電感耦合器130b(展示四個)。為了便於解釋，電感耦合器130a被個別標記為130a
1至130a
4(統稱為130a)，類似地，電感耦合器130b被個別標記為130b
1至130b
4(統稱為130b)。
每一電感耦合器130a橫向相鄰放置於蓋106的向外邊緣，且整體位於單個相應的介電窗138上方。每一電感耦合器130b放置於電感耦合器130a的內部。每一電感耦合器130b放置於兩個介電窗上方。在所圖示的配置中，每一電感耦合器130a也(部分地)與電感耦合器130b共享介電窗138。類似地，每一電感耦合器130b也與另一電感耦合器130b共享介電窗。
參考圖3A和3B兩者，電感耦合器130a和電感耦合器130b被放置成使得相鄰的電感耦合器產生在相反方向上的磁場。例如，電感耦合器130a
1、130b
2、130b
3和130a
4都產生在z方向上延伸的磁場(例如，超出頁面平面並由符號195表示)，而電感耦合器130b
1、130a
2、130a
3和130b
4都產生在負z方向上延伸的磁場(例如，進入頁面並由符號196表示)。每一電感耦合器130a、130b的箭頭190被圖示以展示處理時電流流動的方向，以根據「右手法則」產生對應的磁場。
由於提供給每一電感耦合器130a、130b的電流及由此產生的磁場，由處理腔室的蓋106產生渦流(箭頭192所指示)。在習知系統中，由於相對於每一介電窗138的相應的支撐構件136的電感耦合器佈置(這往往會累積渦流)，產生的渦流導致電漿非均勻性，特別是在蓋106的邊緣處及/或蓋106的中心處。然而，由於本揭示案的電感耦合器佈置在介電窗138周邊處相對於支撐構件136定位，本揭示案的電感耦合器佈置有效地減低了蓋106內的渦流。特別地，電感耦合器130a、130b被放置成使得在每一介電窗138周圍(及圍繞每一介電窗138的支撐構件136)產生的渦流處於相反的方向，且因此實質上相互抵消。為了實現這一點，每一介電窗在其上方包括多個(例如，兩個)感應耦合器的至少部分，以產生在相反方向上的磁場。在相反方向上的磁場的產生導致在相反方向上的渦流相互抵消。由於渦流被抵消，渦流對電漿的影響減低，從而增加了電漿的均勻性。
圖4圖示了根據另一實施例的蓋406的感應耦合器佈置的示意性平面視圖。蓋406類似於蓋106，但包括四個介電窗138。每一介電窗138具有放置於其上方的兩個(或其多個部分)電感耦合器，每一電感耦合器產生在相反方向上的磁場。例如，每一介電窗138包括位於其上方的電感耦合器130a，以及位於其上方的電感耦合器130b的一部分。每一相應的電感耦合器130a、130b的磁場方向由符號195、196來圖示。由符號195、196指示的磁場方向導致渦流減低，改善了電漿均勻性。
圖5圖示了根據另一實施例的蓋506的電感耦合器佈置的示意性平面視圖。蓋506類似於蓋406，但包括呈3x5陣列的15個介電窗138。每一介電窗138具有放置於其上方的兩個(或其部分)電感耦合器，每一電感耦合器產生在相反方向上的磁場。例如，每一介電窗138包括位於其上方的電感耦合器130a，以及位於其上方的電感耦合器130b的一部分。每一相應的電感耦合器130a、130b的磁場方向由符號195、196來圖示。由符號195、196指示的磁場方向導致渦流減低，改善了電漿均勻性。如蓋506所圖示，電感耦合器130a、130b可以不同定向佈置，且可縮放以適應所需尺寸的陣列。
圖6圖示了根據另一實施例的蓋606的電感耦合器佈置的示意性平面視圖。蓋606類似於蓋506，但包括呈5x6陣列的30個介電窗138。每一介電窗138具有放置於其上方的兩個(或其部分)電感耦合器，每一電感耦合器產生在相反方向上的磁場。例如，沿著橫向向外邊緣的每一介電窗138包括位於其上方的電感耦合器130a，以及位於其上方的電感耦合器130b的一部分。內部的介電窗138包括其上方的第一電感耦合器130b的一部分和第二電感耦合器130b的一部分。每一相應的電感耦合器130a、130b的磁場方向由符號195、196來圖示。由符號195、196指示的磁場方向導致渦流減低，改善了電漿均勻性。如蓋606所圖示，電感耦合器130a、130b可以不同定向佈置，且可縮放以適應所需尺寸的陣列。
本揭示案的態樣提供處理期間減低的渦流效應，因此改善電漿均勻性和增加平均電漿密度，因為減小了渦流對電漿的影響。此外，由所揭露的實施例提供的渦流的減低也減低了對腔室部件的不期望及/或不利的影響，原本這些影響會在習知ICP腔室中發生。例如，介電窗周圍的支撐構件中渦流的減低(特別是那些相鄰的腔室部件，如腔室壁或主體)導致支撐部件和相鄰腔室部件之間發生電弧的可能性較小。減低電弧改善了硬體壽命並減低了顆粒污染。此外，渦流的減低便於改善處理腔室內的RF功率損耗和溫度均勻性(因此促進製程均勻性)，且也減低了處理腔室的冷卻需求。例如，由於支撐構件中減低的渦流，減低了支撐構件的電阻加熱，降低了處理腔室的冷卻需求並便於溫度均勻性。
雖然前述內容係針對本揭示案的實施例，在不脫離本揭示案的基本範圍的情況下，可設計本揭示案的其他和進一步的實施例，且其範圍由以下請求項來決定。
100:處理腔室
102:基板
104:腔室主體
106:蓋組件
108:基板支撐組件
110:軸件
112:驅動器
114:傳送端口
118:底部
120:基板表面
122:背板
124:噴頭
126:處理區域
130a:電感耦合器
130a
1~130a
4:電感耦合器
130b:電感耦合器
130b
1~130b
4:電感耦合器
132:面板
133:接地
134:穿孔片
136:支撐構件
138:介電窗
140:處理容積/氣體容積
142:質量流量控制器
143:質量流量控制器
144:質量流量控制器
190:箭頭
192:箭頭
195:符號
196:符號
218:開口
225:安裝部分
280:下部分
281:橋部
406:蓋
506:蓋
606:蓋
為了能夠詳細地理解本揭示案的上述特徵的方式，可藉由參考實施例來獲得以上簡要概括的本揭示案的更具體的描述，其中一些圖示於附圖中。然而，要注意的是，附圖僅圖示示例性實施例且因此不應被視為限制範圍，因為本揭示案可承認其他等效的實施例。
圖1是根據一實施例的腔室的示意性橫截面前視圖。
圖2是根據一實施例的蓋組件的一部分的橫截面透視側視圖。
圖3A和圖3B圖示了根據一個實施例的蓋的電感耦合器佈置的示意性平面視圖。
圖4圖示了根據另一實施例的蓋的電感耦合器佈置的示意性平面視圖。
圖5圖示了根據另一實施例的蓋的電感耦合器佈置的示意性平面視圖。
圖6圖示了根據另一實施例的蓋的電感耦合器佈置的示意性平面視圖。
為了便於理解，在可能的情況下使用相同的元件符號來標示圖式共有的相同元件。可設想一個實施例的元件和特徵可有益地併入其他實施例中，而無需進一步敘述。
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
130a1~130a4:電感耦合器
130b1~130b4:電感耦合器
138:介電窗
190:箭頭
192:箭頭
195:符號
196:符號
Claims (20)
- 一種適用於一半導體處理腔室中的蓋，包括： 複數個介電窗，該複數個介電窗耦合至一穿孔面板； 複數個支撐構件，該複數個支撐構件耦合至該穿孔面板且放置於相鄰的介電窗之間；及 複數個電感耦合器，該複數個電感耦合器包括一第一子集的電感耦合器及一第二子集的電感耦合器，其中： 該第一子集的電感耦合器之每一電感耦合器包括： 一第一下部分； 一第二下部分；及 一橋部； 該橋部設置於該複數個支撐構件之其中至少一者上方； 該第一下部分放置於該複數個介電窗的一第一介電窗上； 該第二下部分放置於該複數個介電窗的一第二介電窗上；及 該第二介電窗相鄰於該第一介電窗。
- 如請求項1所述之蓋，其中該第二子集的電感耦合器之每一電感耦合器為平面的。
- 如請求項2所述之蓋，其中該第二子集的電感耦合器之每一電感耦合器整體放置於該複數個介電窗的一相應介電窗上方。
- 如請求項2所述之蓋，其中該第二子集的電感耦合器之每一電感耦合器為一盤繞(coiled)電極。
- 如請求項2所述之蓋，其中該第二子集的電感耦合器橫向相鄰放置於該蓋的一向外邊緣上。
- 如請求項1所述之蓋，其中該複數個介電窗之每一介電窗連接至該第一子集的電感耦合器之其中一者及該第二子集的電感耦合器之其中一者。
- 如請求項6所述之蓋，其中該第一子集的電感耦合器之其中該者經配置以產生在一第一方向上的一磁場，且該第二子集的電感耦合器之其中該者經配置以產生在一第二方向上的一磁場。
- 如請求項6所述之蓋，其中該第一方向與該第二方向相反。
- 如請求項1所述之蓋，進一步包括一功率源及一接地，其中該複數個電感耦合器之每一電感耦合器連接至該功率源及該接地。
- 一種適用於一半導體處理腔室中的蓋，包括： 複數個介電窗，該複數個介電窗耦合至一穿孔面板，該複數個介電窗包括一第一子集的介電窗及一第二子集的介電窗； 複數個支撐構件，該複數個支撐構件耦合至該穿孔面板且放置於相鄰的介電窗之間；及 複數個電感耦合器，該複數個電感耦合器包括一第一子集的電感耦合器及一第二子集的電感耦合器，其中： 該第一子集的電感耦合器為非平面的； 該第二子集的電感耦合器為平面的； 該第一子集的介電窗具有放置於其上的該第一子集的電感耦合器的兩個電感耦合器的一部分；及 該第二子集的介電窗具有放置於其上的該第一子集的電感耦合器的一個電感耦合器及該第二子集的電感耦合器的一個電感耦合器的一部分。
- 如請求項10所述之蓋，其中該第二子集的介電窗橫向相鄰放置於該蓋的一向外邊緣上。
- 如請求項10所述之蓋，其中該第一子集的電感耦合器之每一者包括： 一第一下部分； 一第二下部分；及 一橋部。
- 如請求項12所述之蓋，其中該橋部設置於該複數個支撐構件之其中至少一者上方。
- 如請求項10所述之蓋，其中該第二子集的電感耦合器之每一電感耦合器為一盤繞(coiled)電極。
- 如請求項10所述之蓋，其中： 放置於該第一子集的介電窗上的該兩個電感耦合器的該部分產生在相反方向上的一磁場；及 放置於該第二子集的介電窗上的該第一子集的電感耦合器的該一個電感耦合器及該第二子集的電感耦合器的該一個電感耦合器的該部分產生在相反方向上的一磁場。
- 一種適用於一半導體處理腔室中的蓋，包括： 複數個介電窗，該複數個介電窗耦合至一穿孔面板，該複數個介電窗包括一第一子集的介電窗及一第二子集的介電窗； 複數個支撐構件，該複數個支撐構件耦合至該穿孔面板且放置於相鄰的介電窗之間； 一第一子集的電感耦合器，包括： 一第一下部分； 一第二下部分；及 一橋部；及 一第二子集的電感耦合器，其中該第二子集的電感耦合器為平面的，其中： 該第一子集的介電窗之每一者具有放置於其上的該第一子集的電感耦合器的兩個電感耦合器的一部分； 該第二子集的介電窗之每一者具有放置於其上的該第一子集的電感耦合器的一個電感耦合器及該第二子集的電感耦合器的一個電感耦合器的一部分；及 該橋部設置於該複數個支撐構件之其中至少一者上方。
- 如請求項16所述之蓋，其中該第二子集的介電窗橫向相鄰放置於該蓋的一向外邊緣上。
- 如請求項16所述之蓋，其中該第二子集的電感耦合器之每一電感耦合器為一盤繞(coiled)電極。
- 如請求項16所述之蓋，其中： 放置於該第一子集的介電窗上的該兩個電感耦合器的該部分產生在相反方向上的一磁場；及 放置於該第二子集的介電窗上的該第一子集的電感耦合器的該一個電感耦合器及該第二子集的電感耦合器的該一個電感耦合器的該部分產生在相反方向上的一磁場。
- 如請求項16所述之蓋，進一步包括一功率源及一接地，其中該複數個電感耦合器之每一電感耦合器連接至該功率源及該接地。
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