TWI471963B - 用於電漿處理腔室之低傾斜度邊緣環 - Google Patents

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Description

用於電漿處理腔室之低傾斜度邊緣環
本發明之實施例大致有關用於電漿處理腔室中之蓋環。
半導體處理包括多種不同的化學與物理處理，藉此在基材上產生精密的積體電路。藉由多種電漿處理(諸如，化學氣相沉積、物理氣相沉積等)產生構成積體電路之材料層。利用光阻遮罩來圖案化且利用電漿蝕刻技術來蝕刻某些材料層以形成用來構成積體電路之結構與元件。
電漿蝕刻處理過程中，驅動蝕刻處理之能量化氣體可能非均勻地分散於將被蝕刻之基材上方。電漿非均勻性可能造成粗劣的處理結果，特別係在基材邊緣附近。某些蝕刻腔室利用腔室部件(諸如，邊緣環與蓋環)來改善處理結果。然而，隨著關鍵尺寸縮小以及製造商努力封裝更多元件於單一基材上，必須改善處理技術與部件好及時且具成本效應地實現下一代產物。
再者，副產物在蝕刻處理過程中可能會形成於腔室部件上。這些副產物需要腔室部件被定期地清潔以避免不一致或不欲之處理結果。可減少可能污染源以及清潔與/或部件替換之間的時間之腔室部件設計的改善係有利的。
因此，需要改進過的腔室部件。
提供用於電漿處理腔室中之蓋環的實施例。一實施例中，用於電漿處理腔室之蓋環包括環形主體，其係由含釔(Y)材料所製造。主體包括底面，其具有內定位環與外定位環。內定位環比外定位環自該主體延伸更遠。主體包括內徑壁，其具有由實質水平岸部(land)分隔之主要壁與次要壁。主體亦包括頂表面，其具有外傾斜頂表面，該外傾斜頂表面與內傾斜表面會合於尖端。內傾斜表面與垂直於主體中線之線之間所界定之角度係小於約70度。
另一實施例中，用於電漿處理腔室中之蓋環包括環形主體，其係由含釔(Y)材料所製造。主體包括底面，其具有內定位環與外定位環。內定位環比外定位環自該主體延伸更遠。主體亦具有頂表面，其具有實質水平主要頂表面、實質水平內頂表面與實質水平岸部。主要頂表面係置於內頂表面之外側與上方。內頂表面係置於岸部之外側與上方。
某些實施例中，蓋環係由氧化釔(Y2 O3 )塊所製造。
本發明之實施例提供蝕刻性能與使用年限增強之腔室部件。一實施例中，腔室部件係適於接合置於基材支撐座上之基材的蓋環。
第1圖描繪可自本發明實施例受益之示範性電漿處理腔室100之一實施例的示意剖面圖。此處顯示之腔室實施例係提供用來說明而非用來限制本發明之範圍。適於自本發明受益之電漿處理腔室的一實例係DPS AdvantEdgeTM 蝕刻反應器，可自Applied Materials,Inc.(Santa Clara,California)取得。可預期其他電漿處理腔室適於自本發明受益，包括來自其他製造商的那些腔室。
腔室100包括真空腔室主體110，其具有導電腔室壁130與底部108。腔室壁130係連結至電接地134。蓋170係配置於腔室壁130上，以封圍界定於腔室主體110中之內部容積178。至少一線圈部分112係置於腔室壁130外側。線圈部分112可選擇性地由DC功率源154供給能量，該DC功率源154能夠產生至少5V以提供形成於處理腔室100中之電漿處理的控制旋鈕。
襯墊131係置於內部容積178中以促進腔室100之清潔。在選定之間隔中可快速地將蝕刻處理的副產物與殘餘物自襯墊131移除。
基材支撐座116係置於處理腔室100之底部108上且位於氣體擴散器132下方。處理區180係界定於內部容積178中且介於基材支撐座116與擴散器132之間。基材支撐座116可包括靜電夾盤126，其用以在處理過程中固持基材114於氣體擴散器132下方之支撐座116的表面140上。靜電夾盤126係由DC功率供應器120所控制。
一實施例中，蓋環102係配置圍繞支撐座116之外周邊並實質環繞基材114。一部分的蓋環102可配置於基材114之邊緣下方。一實施例中，蓋環102係由含釔(Y)材料(例如，氧化釔(Y2 O3 )塊)所構成。蓋環102的材料提供增強之抗蝕性，藉此改善腔室部件之使用年限，同時減少維持與製造成本。關於蓋環102的額外詳細內容將參照第2圖論述於下。
支撐座116可透過匹配網路124耦接至RF偏壓源122。偏壓源122通常能夠產生2kHz至13.56MHz之可調頻率以及0與5000瓦特間之功率的RF訊號。偏壓源122選擇性地為DC或脈衝式DC源。
支撐座116亦包括內與外溫度調節區域174、176。各個區域174、176可包括至少一溫度調節裝置(諸如，電阻式加熱器或循環冷卻劑之導管)，以便可控制配置於支撐座上之基材的徑向溫度坡度。
腔室100之內部係高度真空容器，其透過形成穿過腔室壁130與/或腔室底部108之排氣口135耦接至真空泵136。配置於排氣口135中之節流閥127係搭配真空泵136而應用以控制處理腔室100內的壓力。排氣口135之位置以及腔室主體110之內部容積178中的其他流動限制大幅地影響處理腔室102中的傳導性與氣流分佈。
氣體擴散器132提供一導管，至少一處理氣體經由該導管而導入處理區180。一實施例中，氣體擴散器132可以不對稱方式提供處理氣體至處理區180，這可用來調協上述由其他腔室部件(即，排氣口之位置、基材支撐座或其他腔室部件的幾何形狀)造成之傳導性與氣流分佈，以致用均勻或選擇之分佈將氣體流動與物種運送至基材。
第1圖描述之說明性實施例中，氣體擴散器132包括至少兩個氣體分配器160、162、架設板128及氣體分配板164。氣體分配器160、162係透過處理腔室100之蓋170而耦接至一或更多氣體面板138，並亦耦接至架設板128或氣體分配板164之至少一者。可獨立地控制通過氣體分配器160、162之氣體流動。雖然顯示氣體分配器160、162係耦接至單一氣體面板138，但可預期氣體分配器160、162可耦接至一或更多共享與/或個別氣體源。由氣體面板138提供之氣體係輸送進入板128、164之間界定之區域172，接著透過形成穿過氣體分配板164之複數個孔168離開而進入處理區180。
架設板128係耦接至支撐座116對面之蓋170。由RF導電材料製造或由RF導電材料覆蓋之架設板128，係透過阻抗轉換器119(例如，四分之一波長匹配短截線)而耦接至RF源118。源118通常能夠產生60MHz至162MHz之可調頻率以及0與3000瓦特間之功率的RF訊號。架設板128與/或氣體分配板164係由RF源118提供動力以維持處理區180中由處理氣體形成之電漿。
第2圖係蓋環102之一實施例的部分剖面圖。蓋環102具有由含釔(Y)材料構成之主體202。一實施例中，主體202可由氧化釔(Y2 O3 )塊或其他適當材料所構成。替代地，主體202可包括釔(Y)金屬、釔合金等等。又其他實施例中，主體202可由釔摻雜材料(諸如，釔摻雜石英、釔摻雜鋁(Al)金屬、釔摻雜氧化鋁(Al2 O3 )、釔摻雜鋁合金或釔摻雜氮化鋁(AlN))所構成。
第2圖之實施例中，主體202包括外徑204與內徑206。一實施例中，蓋環102之內徑206係約11.50至約11.75英吋。蓋環102之內徑206包括主要壁208與次要壁210。主要壁208的直徑小於次要壁210的直徑。主要壁208與次要壁210通常具有垂直方向，而在垂直方向中，主要壁208的長度大於次要壁210。主要壁208亦低於次要壁210。
梯部212係界定於主要壁208與次要壁210之間。梯部212包括在主要壁208與次要壁210之間延伸的實質水平岸部214。梯部212界定基材接收穴部，以致基材114之周邊延伸於岸部214之一部分上方，如第1圖所示。
蓋環102之主體202亦包括自主體202之底面延伸之內定位環216與外定位環224。內定位環216包括內壁218、底部220與外壁222。內壁218與外壁222在方向中係實質垂直且同心，而底部220係實質水平。內壁216的直徑係大於次要壁210的直徑。
外定位環224係置於內定位環216外側，且具有內壁226、底部228與外壁230。內壁226與外壁230在方向中係實質垂直且同心，而底部228係實質水平。外定位環224之底部228自主體202突出之距離短於內定位環216之底部220自主體202突出之距離。外定位環224之外壁230坐落於外徑204。
內定位環216與外定位環224在蓋環102之底面中界定凹槽242。凹槽242係設以接合支撐座116之匹配特徵，以便蓋環102準確地坐落於腔室100中之支撐座116上。
主體202之頂表面包括外傾斜頂表面232、內傾斜頂表面236與內頂表面240。內頂表面240在方向中係實質水平，且自內傾斜頂表面236延伸至次要壁210。
外傾斜頂表面232與內傾斜頂表面236會合於蓋環102之尖端234。內傾斜頂表面236通常向上與向外傾斜，其相對於垂直於蓋環102之中線而界定之線(例如，外定位環224之底部228所界定)以小於約70度之角度238而定向。一實施例中，角度238係約60度。內傾斜頂表面236之傾斜具有水平面凸起之方向，其可讓原位環清潔過程中應用之離子與反應物種更直接地衝擊凸起表面。因此，在環之原位清潔過程中離子衝擊能量與/或衝擊頂表面236之反應物種數量劇烈地改善蓋環102之清潔。蓋環102之外形明顯提高在需要將蓋環102移出腔室100進行異地清潔之前處理基材之數目。與傳統環相比，改良之蓋環102已經顯示清潔之間RF小時之改善，從傳統環之300 RF/小時至約1000 RF/小時。再者，因為內傾斜頂表面236之傾斜具有可提高原位清潔之方向，通常在金屬蝕刻處理(例如，鋁蝕刻)中出現之蝕刻副產物(特別係聚合物副產物)在原位清潔後較少存在於蓋環102上。而蓋環102上較少副產物的話，可有利地減少隨後處理過程中可能的微粒缺陷。較乾淨之蓋環102亦可提高基材對基材蝕刻的結果，及減少微負載效應所示以及可讓結構準確地較靠近基材邊緣而製造(與傳統技術相比)。
第3圖描述蓋環300之另一實施例，其可有利地用於上述之處理腔室100與其他電漿處理腔室。蓋環300通常包括主體302，其可由上方參照蓋環102之主體202所確認之材料製造。
第3圖之實施例中，主體302包括外徑304與內徑306。一實施例中，蓋環300之內徑306係約11.50至約11.75英吋。蓋環300之內徑306包括主要壁308與次要壁310。主要壁308的直徑小於次要壁310的直徑。主要壁308與次要壁310通常具有垂直與同心方向，而在垂直方向中，主要壁308的長度大於次要壁310。主要壁308亦低於次要壁310。
梯部312係界定於主要壁308與次要壁310之間。梯部312包括在主要壁308與次要壁310之間延伸之實質水平岸部314。梯部312界定基材接收穴部，以致基材114之周邊在置於支撐座116上時延伸於岸部314之一部分上方，相似於第1圖中所示之蓋環102的岸部214。
蓋環300之主體302亦包括自主體302之底面延伸之內定位環316與外定位環324。一實施例中，內定位環316與外定位環324可實質相同於上述之蓋環102的內定位環216與外定位環224。
一實施例中，內定位環316包括內壁318、底部320與外壁322。內壁318與外壁322在方向中係實質垂直，而底部320係實質水平。內壁316的直徑係大於次要壁310的直徑。
外定位環324係置於內定位環316外側，且具有內壁326、底部328與外壁330。內壁326與外壁330在方向中係實質垂直且同心，而底部328係實質水平。外定位環324之底部328自主體302突出之距離短於內定位環316之底部320自主體302突出之距離。外定位環324之外壁330坐落於外徑304。
內定位環316與外定位環324在蓋環300之底面中界定凹槽342。凹槽342係設以接合支撐座116之匹配特徵，以便蓋環300準確地坐落支撐座116上。
主體302之頂表面包括主要頂表面332、內頂表面334與岸部314。主要頂表面332與內頂表面334在方向中係實質水平，而主要頂表面332配置於內頂表面334外側。內頂表面334係凹於主要頂表面332下，而岸部314係凹於內頂表面334下。
壁336係配置於主要頂表面332與內頂表面334之間。壁336具有實質垂直方向，且同心於壁310。
頂表面332、334之實質水平方向促進環之改良原位清潔，其藉由更直接的離子衝擊以及接觸更多反應物種而加以完成。如上所述，改良之蓋環300已經顯示清潔之間RF小時的明顯改善、降低微粒產生以及減少微負載效應。
因此，已經提供蓋環之實施例，與傳統設計相比，其藉由促進電漿均勻性與減少微負載而可讓元件製造成更靠近基材之周邊。再者，環之結構提高清潔，藉此改善基材至基材處理，並減少清潔過程中微粒移除不完全造成之微粒產生的可能性。
雖然上述係針對本發明之實施例，但可在不悖離本發明之基本範圍下設計出本發明之其他與更多實施例，而本發明之範圍係由下方之申請專利範圍所界定。
100．．．處理腔室
102．．．蓋環
108．．．底部
110．．．主體
112．．．線圈部分
114．．．基材
116．．．支撐座
118．．．RF源
120．．．功率供應器
122．．．偏壓源
124．．．匹配網路
126．．．靜電夾盤
127．．．節流閥
128．．．架設板
130．．．壁
131．．．襯墊
132．．．擴散器
134．．．接地
135．．．排氣口
136．．．泵
138．．．氣體面板
140．．．表面
160、162．．．氣體分配器
164．．．氣體分配板
168．．．孔
170．．．蓋
172．．．區域
174．．．內區域
176．．．外區域
178．．．內部容積
180．．．處理區
202．．．主體
204．．．外徑
206．．．內徑
208．．．主要壁
210．．．次要壁
212．．．梯部
214．．．岸部
216．．．內定位環
218．．．內壁
220．．．底部
222．．．外壁
224．．．外定位環
226．．．內壁
228．．．底部
230．．．外壁
232．．．外傾斜頂表面
234．．．尖端
236．．．內傾斜頂表面
238．．．角度
240．．．內頂表面
242．．．凹槽
302．．．主體
304．．．外徑
306．．．內徑
308．．．主要壁
310．．．次要壁
312．．．梯部
314．．．岸部
316．．．內定位環
318．．．內壁
320．．．底部
322．．．外壁
324．．．外定位環
326．．．內壁
328．．．底部
330．．．外壁
332．．．主要頂表面
334．．．內頂表面
336．．．壁
342．．．凹槽
為了更詳細地了解本發明之上述特徵，可參照實施例(某些描繪於附圖中)來理解本發明簡短概述於上之特定描述。
第1圖描繪受益於本發明實施例之示範性電漿蝕刻腔室之一實施例的概要圖示；
第2圖係第1圖之蓋環的部分概要剖面圖；及
第3圖係蓋環之另一實施例的部分概要剖面圖。
然而，需注意附圖僅描繪本發明之典型實施例而因此不被視為其之範圍的限制因素，因為本發明可允許其他等效實施例。
為了促進理解，盡可能應用相同的元件符號來標示圖示中相同的元件。預期一實施例之元件與特徵結構可有利地併入其他實施例而不需詳述。
102．．．蓋環
202．．．主體
204．．．外徑
206．．．內徑
208．．．主要壁
210．．．次要壁
212．．．梯部
214．．．岸部
216．．．內定位環
218．．．內壁
220．．．底部
222．．．外壁
224．．．外定位環
226．．．內壁
228．．．底部
230．．．外壁
232．．．外傾斜頂表面
234．．．尖端
236．．．內傾斜頂表面
238．．．角度
240．．．內頂表面
242．．．凹槽

Claims (6)

  1. 一種用於一電漿處理腔室中之蓋環，該蓋環至少包括：一環形主體，該環形主體由一含釔(Y)材料所製成，該主體包括：一底面，該底面具有一內定位環與一外定位環，其中該內定位環與該外定位環界定一凹槽，該凹槽位於該蓋環之該底面中，該內定位環比該外定位環自該凹槽之一底部延伸更遠；一內徑壁，該內徑壁具有一水平岸部(land)所分隔之一主要壁與一次要壁；及一頂表面，該頂表面具有一外傾斜頂表面，該外傾斜頂表面與一內傾斜表面會合於一尖端，該內傾斜表面與一垂直於該主體之一中線的線之間所界定之一角度小於70度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之蓋環，其中該主體係由氧化釔(Y2 O3 )塊所製成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之蓋環，其中該內傾斜表面與該垂直於該主體之中線的線之間所界定之角度係60度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之蓋環，其中該主體係由一選自釔金屬、釔合金與釔摻雜材料所構成之群組的材料所製成。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之蓋環，其中該次要壁與該水平岸部界定一基材接收穴部。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之蓋環，其中該外定位環的底部相較該內定位環的底部自該主體突出一較短距離。
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