TWI490966B - 加熱之噴頭組件 - Google Patents

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Description

加熱之噴頭組件
本發明實施例一般而言係有關於一種加熱之噴頭組件。
積體電路已演進成複雜元件，其可在單一個晶片上包含數百萬個部件(諸如，電晶體、電容、電阻、及諸如此類者)。晶片設計的演進持續要求更快的電路及更大的電路密度。要求更大的電路密度需要縮減積體電路零組件的尺寸。此類元件之特徵結構的最小尺寸在技藝中通常稱為關鍵尺寸。該等關鍵尺寸一般包含該等特徵結構的最小寬度，例如導線、柱體(column)、開口、導線間的間距、及諸如此類者。
隨著這些關鍵尺寸縮小，基材上的製程均勻性對於維持高良率而言變得最為重要。積體電路製造中所使用的習知電漿蝕刻製程之一問題是基材蝕刻速度不均勻，這可能是因為，在某種程度上，將該製程氣體朝排氣口抽送並遠離該基材的真空幫浦。因為較容易從該腔室靠近該排氣口的區域抽出氣體(即該基材的邊緣)，該蝕刻氣體遂被朝該排氣口推送並遠離該基材，因此在設置在其內的基材上產生不均勻蝕刻。此不均勻性可嚴重影響效能，並增加生產積體電路的成本。
因此，技藝中需要一種用來在積體電路製造期間均勻蝕刻材料層的設備。
本發明一般而言包含一加熱之噴頭組件，其可用來供應處理氣體至一處理腔室。在一實施例中，一噴頭，含有一噴頭主體，其擁有環繞一第二區域之一第一區域。該第一區域包含一第一氣室，設置在該主體之一第一側；一或多個第二氣室，設置在該主體之一第二側；以及複數個第一孔，設置在複數個第一環狀圖案中，該複數個第一孔從該第一氣室延伸至該一或多個第二氣室。該第二區域包含一第三氣室，設置在該主體之該第一側；一或多個第四氣室，設置在該主體之該第二側；以及複數個第二孔，設置在複數個第二環狀圖案中，該複數個第二孔從該第三氣室延伸至該一或多個第四氣室。
在另一實施例中，一噴頭組件包含一第一氣體擴散板，其具有一第一側、一第二側、以及兩個或多個區域，每一個區域皆擁有從該第一側延伸通過該第一氣體擴散板至該第二側的複數個第一孔；以及一第二氣體擴散板，其具有一第三側、一第四側、以及從該第三側延伸通過該第二氣體擴散板至該第四側的複數個第二孔，其中該第二氣體擴散板的第三側與該第一氣體擴散板的第二側耦接，並且第二孔的數量超過第一孔的數量。
在另一實施例中，一種翻新一噴頭的方法包含將一第一噴頭主體從一第二噴頭主體拆下，清潔至少該第一噴頭主體，以及接合該第一噴頭主體至一第三噴頭主體。該第一噴頭主體擁有環繞一第二區域之一第一區域。該第一區域包含一第一氣室，設置在該第一噴頭主體之一第一側；一或多個第二氣室，設置在該第一噴頭主體之一第二側；以及複數個第一孔，設置在複數個第一環狀圖案中，該複數個第一孔從該第一氣室延伸至該一或多個第二氣室。該第二區域包含一第三氣室，設置在該第一噴頭主體之該第一側；一或多個第四氣室，設置在該第一噴頭主體之該第二側；以及複數個第二孔，設置在複數個第二環狀圖案中，該複數個第二孔從該第三氣室延伸至該一或多個第四氣室。
本發明一般而言包含一加熱之噴頭組件，其可用來供應處理氣體至一處理腔室。該處理腔室可以是一蝕刻腔室。當該處理氣體從該處理腔室排出時，均勻處理該基材會有難度。將該處理氣體抽離該基材並朝向該真空幫浦推送時，基材上的電漿，在蝕刻的例子中，可能不會均勻。不均勻的電漿可造成不均勻蝕刻。為了避免不均勻蝕刻，可將該噴頭組件分為兩個區域，每一個區域均擁有可獨立控制的氣體導入及溫度控制。該第一區域對應該基材的邊緣，而該第二區域對應該基材的中心。藉由獨立控制溫度及通過該等噴頭區域之氣流，可增加該基材的蝕刻均勻性。
本發明會在後方參照一蝕刻腔室敘述。但是，多種電漿沉積和蝕刻腔室可從本文揭露的教示受惠，並且明確地說，例如蝕刻腔室之介電蝕刻腔室，其可以是一半導體晶圓處理系統的一部分，例如系統、蝕刻腔室、蝕刻腔室等，所有這些皆可從加州聖塔克拉拉的應用材料公司取得。預期到其他電漿反應器，包含來自其他製造商者，也適於從本發明受惠。
第1圖係根據本發明之一實施例之蝕刻設備的概要剖面圖。該設備包含一腔室100，擁有複數個側壁102，其從腔室底部104往上延伸。在該腔室100內，存在有一承座(susceptor)106，可在其上支撐一基材108以進行處理。該基材108可透過一狹縫閥開口120導入該腔室100內。
可藉由透過一真空埠156與該腔室側壁102耦接的真空幫浦112來排空該腔室100。該腔室100可利用抽取該處理氣體繞行並通過一擋板110來排空，該檔板110外切該承座106和基材108。距離該真空幫浦112越遠，可感受到越弱的真空幫浦吸引。相反地，距離該真空幫浦112越近，可感受到越強的真空幫浦吸引。因此，為了補償不均勻的真空吸引，可在該腔室100內設置一流量等化器116。該流量等化器116可外切該承座106。與該流量等化器116在最接近該真空埠156處的寬度相比，如箭號「C」所示者，該流量等化器116的寬度在距離該真空埠156較遠處可較小，如箭號「B」所示者。排出的氣體可在該流量等化器周圍流動，然後通過一較低的襯裡114。該較低的襯裡114可擁有一或多個通過其間的孔，以容許該製程氣體通過其間排出。一空間118存在於該較低的襯裡114和該腔室100的側壁102之間，以容許該氣體在該較低的襯裡114後方流動至該真空埠156。可利用一阻流器154堵住該真空埠156，以避免處理氣體從接近該基材108的區域直接被抽入該真空幫浦112內。排出的氣體可沿著箭號「A」所示路徑流動。
處理氣體可透過一噴頭122通入該處理腔室100。該噴頭122可利用來自一RF(射頻)功率源152的RF電流偏壓，並且該噴頭122可包含一第一擴散板126和一第二擴散板124。在一實施例中，該第一擴散板126可含鋁。在另一實施例中，該第二擴散板124可含碳化矽。該第一擴散板126和該第二擴散板124可接合在一起。在一實施例中，該第一擴散板126和該第二擴散板124可焊接在一起。在另一實施例中，該第一擴散板126和該第二擴散板124可利用一彈性體接合在一起。該噴頭122可分為一內部區域158和一外部區域160。該內部區域158可擁有一加熱元件128。在一實施例中，該加熱元件128可以是環狀。該加熱元件128可與一加熱源148連接。該外部區域160也可包含與一加熱源150耦接的加熱元件130。在一實施例中，該等加熱元件128、130可包含環狀導管，其充滿來自該等加熱源148、150的加熱流體。在另一實施例中，該等加熱元件128、130可包含由該等加熱源148、150供電的加熱線圈。雖未示出，但熱偶可提供即時的溫度回饋至一控制器，其控制供應給該內部區域158和該外部區域160的熱量。
該內部區域158可藉由一管道146與一氣源138耦接。來自該氣源138的氣體可流經該管道146至設置在該噴頭122的第一擴散板126後方的氣室132。可沿著該管道146設置一閥142以控制從該氣源138流至該氣室132的氣體量。一旦該氣體進入該氣室132，該氣體接著可通過該擴散板124、126。同樣地，該外部區域160可藉由一管道144與一氣源136耦接。可沿著該管道144設置一閥140以控制從該氣源136流至該氣室134的氣體量。
應了解雖然在第1圖中示出分開的氣源136、138，但可使用單一個共同氣源。使用單一個共同氣源時，分離的管道144、146可耦接至該氣源，並且閥140、142可控制抵達該氣室132、134的處理氣體量。
第2A圖係根據本發明之一實施例之噴頭組件200的概要剖面圖。該噴頭組件200包含一背板212，其與一第一擴散板214和一第二擴散板216耦接。該噴頭組件200包含一內部區域218和一外部區域220。該內部區域可與一加熱源222耦接，其供熱給該加熱元件226。一氣源204也可透過一管道208與該內部區域218耦接。一閥210可沿著該管道208耦接，以控制提供給該氣室230的處理氣體量。該內部區域218和該外部區域220可以是環狀。一加熱源224也可與該外部區域220的加熱元件228耦接。一氣源202可透過一管道206與該外部區域220的氣室232耦接。沿著該管道206的閥210可控制抵達該氣室232的處理氣體量。
第2B圖係第2A圖之內部區域218的近觀圖。進入該氣室230的處理氣體因為孔口238而在該氣室內平均分佈。該等孔口238的尺寸係經設計而在該第一擴散板214的氣體通道246間產生平均的處理氣體分佈。該等孔口238可擁有箭號「D」所示的直徑。因為該等孔口238的直徑比該氣室230小，故處理氣體可在該氣室內累積，並且實質上等量的處理氣體可通過該等孔口238。一旦通過該等孔口，該處理氣體可在第一擴張管道240內擴張。該等第一擴張管道240可擁有箭號「E」所示的直徑。該等第一擴張管道240的直徑比該等孔口238的直徑大。在通過該等第一擴張管道240後，該處理氣體進入第二擴張管道242。該等第二擴張管道242擁有箭號「F」所示的寬度。
該第二擴散板216也包含複數個氣體通道244。該等氣體通道244與該第一擴散板214的第二擴張管道242耦接，而使每一個第二擴張管道242形成至少一個環狀氣室，以讓氣體流入該等氣體通道244。該第二擴散板216的氣體通道244的每一個皆擁有箭號「G」所示的寬度或直徑。該等氣體通道244的寬度或直徑係小於該第二擴張管道242的寬度或直徑。該第二擴張管道242可作用為該第二擴散板216的氣體通道244之氣室。因為每一個氣體通道244的寬度或直徑實質上相同，該處理氣體可在進入該等氣體通道244之前在該等第二擴張管道242內平均分佈。因此，實質上等量的處理氣體可流經每一個氣體通道244。該等氣體通道244、246可穿入該擴散板214、216內。該等氣體通道244全體係設置在環繞該擴散板216的環狀圖案內。在一實施例中，該等氣體通道244的環狀圖案之寬度實質上等於該等第二擴張管道242的寬度。
該第一擴散板214可接合至該第二擴散板216。在一實施例中，該第一擴散板214可經陽極化，然後接合至該第二擴散板216。在一實施例中，該接合材料248可含有一種矽膠(silicone)基接合材料。第2C圖係該第一擴散板214和該第二擴散板216之間介面的近觀圖。如第2C圖所示，該第一擴散板214的底表面擁有複數個擴張管道242，處理氣體在進入該第二擴散板216之前進入其內擴張。設置在一環狀圖案內的每一個氣體通道246皆饋入一共同的擴張管道242。該擴張管道242可允許該處理氣體平均分佈，然後進入該第二擴散板216的氣體通道244。在一實施例中，每一個擴張管道242係一環狀溝槽，其穿入該第一擴散板214的底表面。第2D圖係第2A圖所示之第一擴散板214的底部圖。該第一擴散板214的氣體通道246可饋入一擴張管道242，在此該氣體可在進入該第二擴散板216的氣體通道244之前平均分佈。
一或多個接合溝槽250可穿入該第一擴散板214內。該等接合溝槽250可以是設置在相鄰的擴張管道242之間的環狀管道。該等接合溝槽250可擁有箭號「L」所示的高度。在一實施例中，該等接合溝槽250的高度可低於如箭號「N」所示之擴張管道242的高度。在另一實施例中，該等接合溝槽250的高度實質上可等於該擴張管道242的高度。一空間252可保留在該第一擴散板214和該第二擴散板216之間。該空間252可設置在該擴張管道242和相鄰的接合溝槽250之間。若該空間252太小，微粒可能會堵塞在其中。若該空間252太大，則會有太多接合材料248暴露在該處理氣體中並可能被該處理氣體攻擊而毀壞該接合材料248。該空間252可擁有箭號「M」所示之高度，其足夠小而減少可能在處理期間暴露在處理氣體中的任何接合材料248逸出並通過該第二擴散板216的氣體通道244。在一實施例中，該空間252的高度可在約0.005英吋至約0.009英吋之間。應了解雖然該等接合溝槽250已經穿入該第一擴散板214內，但該等接合溝槽250也可轉而穿入該第二擴散板216內，只要該等接合溝槽250不會阻礙該第二擴散板216的氣體通道244，或危及該第二擴散板216的結構完整性。
再參見第2A圖，該內部區域218可擁有通過該第一擴散板214的複數個氣體通道246。在一實施例中，五個氣體通道246可存在於該內部區域218內。該外部區域220也可擁有通過該第一擴散板214的複數個氣體通道246。在一實施例中，三個氣體通道246可存在於該外部區域220中。該內部區域218內的氣體通道246數量可大於該外部區域220內的氣體通道246數量。應了解可在該內部區域218和該外部區域220中使用較多或較少的氣體通道246，取決於特定腔室的流動特性。
通過該噴頭組件200之內部區域218的氣流可大於通過該噴頭組件200之外部區域220的氣流。當在該處理腔室內抽真空時，該基材的邊緣可能會暴露在較大量的處理氣體中，因為對應於該基材中心的處理氣體在前往該真空幫浦的路徑上會經過該基材邊緣。藉由在該噴頭組件200的內部區域218中擁有較大氣流，該基材中心可如同該基材邊緣般暴露在實質上等量的製程氣體中。
可藉由加熱該噴頭組件200至高於該接合材料248的熔點之溫度來去接合(debond)該噴頭組件200。之後，可從該第二擴散板216上移除該第一擴散板214，並除去該接合材料248。然後可清潔該第一擴散板214和該第二擴散板216兩者。若任一個平板214、216無法修復，則可置換該平板214、216並再接合至另一個平板214、216上。在一實施例中，該第一擴散板214可再陽極化。在一實施例中，可使用一冷去接合製程。該冷去接合製程可包含將該第二擴散板216從該第一擴散板214物理切下。然後可從該擴散板214、216上除去該接合材料248。在一實施例中，可利用蝕刻來除去該接合材料248。在另一實施例中，可藉由例如研磨的製程來加工該接合材料以除去該接合材料248。
第3圖係根據本發明之一實施例的噴頭組件300之概要上視圖。該噴頭組件300包含一外部區域302和一內部區域304。該外部區域302包含一加熱元件308，而該內部區域包含一加熱元件310。在該內部區域304和該外部區域302內，示出複數個孔口306。在該外部區域302內，該等孔口306係設置在三個環狀圖案中。應瞭解雖然示出三個環狀圖案，但該等孔口306可設置在更多或更少個環狀圖案中。此外，該等孔口306可隨機散佈在該外部區域302內。在所示實施例中，該等環狀圖案係相隔由箭號「H」所示之距離。
在該內部區域304內，該等孔口306係設置在五個環狀圖案內。應瞭解雖然示出五個環狀圖案，但該等孔口306可設置在更多或更少個環狀圖案中。此外，該等孔口306可隨機散佈在該內部區域304內。在所示實施例中，該等環狀圖案係相隔由箭號「I」所示之距離。該外部區域302和該內部區域304的環狀圖案之間的距離由箭號「J」示出。在一實施例中，「J」實質上等於「I」，並且實質上等於「H」。
第4圖係根據本發明之一實施例的噴頭組件400之概要底部圖。該噴頭組件400包含一擴散板402，其具有複數個環狀圖案404。在每一個環狀圖案中的是開口406的環狀圖案。雖然在每一個圖案404內示出三個開口406的環狀圖案，但應瞭解可存在更多或更少個開口406的環狀圖案。在該等環狀圖案404內，開口406的環狀圖案可等距相隔。該等環狀圖案404可等距相隔箭號「K」所示之距離。雖然示出八個環狀圖案404，但應瞭解可存在更多或更少環狀圖案404。
一旦一噴頭組件已經使用一段時間，該噴頭組件可能會變髒，該等氣體通道可能會阻塞，或者該噴頭組件可能裂化，因此繼續使用該噴頭組件會是不明智的。在某些情況中，可對該噴頭組件進行翻新，因此其可再度使用。第5圖係根據本發明之一實施例的噴頭翻新方法之流程圖500。
首先，可拆卸該噴頭組件(步驟502)。該拆卸包含將該第一氣體擴散板從該第二氣體擴散板上拆下。該拆卸可包含單純地將該等平板拉開、加熱該組件至將該等平板接合在一起的材料之熔點或更高的溫度、或將該等平板切開。
在拆卸該組件之後，檢測該第一及第二氣體擴散板(步驟504)。檢測該等平板以判定其是否可在適當的清潔之後再使用，或者其是否已損壞(步驟506)。若一平板已損壞、無法清潔、或因其他原因而無法使用，則丟棄該平板(步驟508)，並取得一第三或置換平板(步驟510)。
若一或多個平板是可清潔的，則清潔該平板(步驟512)，以從該平板上除去任何接合材料以及可能沉積在該平板上或該等氣體通道內的任何材料。在清潔之後，可能需要再陽極化該平板(步驟514)。之後，可再接合該等清潔的平板，或者在一置換平板的情況中，可將該清潔的平板接合至該置換平板上(步驟516)。
在蝕刻製程中，擁有一內部區域和一外部區域的噴頭會是有益的。該等區域之個別氣源和溫度控制讓技術員可控制該處理腔室內的電漿，並補償處理期間在該腔室內抽取的真空。
雖然前述係針對本發明實施例，但本發明之其他及進一步實施例可在不背離其基本範圍下設計出，並且其範圍係由如下申請專利範圍界定。
100．．．腔室
102．．．側壁
104．．．腔室底部
106．．．承座
108．．．基材
110．．．擋板
112．．．真空幫浦
114．．．襯裡
116．．．流量等化器
118、252．．．空間
120．．．狹縫閥開口
122．．．噴頭
124、216．．．第二擴散板
126、214．．．第一擴散板
128、130、226、228、308、310．．．加熱元件
132、134、230、232．．．氣室
136、138、202、204．．．氣源
140、142、210．．．閥
144、146、206、208．．．管道
148、150、222、224．．．加熱源
152．．．功率源
154．．．阻流器
156．．．真空埠
158、218、304．．．內部區域
160、220、302．．．外部區域
200、300、400．．．噴頭組件
212．．．背板
238、306．．．孔口
240．．．第一擴張管道
242．．．第二擴張管道
244、246．．．氣體通道
248．．．接合材料
250．．．接合溝槽
402．．．擴散板
404．．．環狀圖案
406．．．開口
500．．．流程圖
502、504、506、508、510、512、514、516．．．步驟
A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、N．．．箭號
因此可以詳細瞭解上述本發明之特徵結構的方式，即對本發明更明確的描述，簡短地在前面概述過，可藉由參考實施例來得到，其中某些在附圖中示出。但是應注意的是，附圖僅示出本發明之一般實施例，因此不應視為係對其範圍之限制，因為本發明可允許其他等效實施例。
第1圖係根據本發明之一實施例之蝕刻設備的概要剖面圖。
第2A圖係根據本發明之一實施例之噴頭組件200的概要剖面圖。
第2B圖係第2A圖之內部區域218的近觀圖。
第2C圖係該第一擴散板214和該第二擴散板216之間介面的近觀圖。
第2D圖係第2A圖所示之第一擴散板214的底部圖。
第3圖係根據本發明之一實施例的噴頭組件300之概要上視圖。
第4圖係根據本發明之一實施例的噴頭組件400之概要底部圖。
第5圖係示出根據本發明之一實施例的表面處理方法之製程步驟的流程圖。
為了促進了解，在可能時，使用相同的元件符號來表示該等圖式共有之相同元件。預期到在一實施例中揭示的元件可有益地用於其他實施例，而不需特別註明。
214．．．第一擴散板
216．．．第二擴散板
230．．．氣室
238．．．孔口
240．．．第一擴張管道
242．．．第二擴張管道
244、246．．．氣體通道
D、E、F、G．．．箭號

Claims (11)

  1. 一種噴頭組件，包括：背板；一第一氣體擴散板，該第一氣體擴散板包含鋁且與該背板耦接以界定該氣體擴散板與該背板之間的一第一氣室並擁有與該背板耦接的一第一側、一第二側、以及兩個或多個區域，該第二側擁有穿入該背板中的環狀溝槽，每一個區域皆擁有從該第一氣室延伸通過該第一氣體擴散板至該複數個第一擴張通道的複數個第一孔，該複數個第一擴張通道延伸至該環狀溝槽；以及一第二氣體擴散板，該第二氣體擴散板包含碳化矽且與該第一氣體擴散板耦接以界定該環狀溝槽與該第二氣體擴散板之間的一第二氣室，該第二氣體擴散板擁有一第三側、一第四側、以及從該第二氣室延伸通過該第二氣體擴散板至該第四側的複數個第二孔，該第二氣體擴散板的第三側與該第一氣體擴散板的第二側耦接，且第二孔的數量超過第一孔的數量。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之組件，其中該兩個或多個區域的每一個區域皆擁有一或多個傳熱元件。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之組件，其中該一或多個傳熱元件包含加熱線圈。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之組件，其中該些第一孔係配置在一或多個第一環狀圖案中(當從該第一側觀看時)。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之組件，其中該每一個區域擁有複數個第一環狀圖案。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之組件，其中該兩個或兩個以上的區域中的一第一區域環繞該兩個或兩個以上的區域中的一第二區域。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之組件，其中該第二區域比該第一區域擁有更多的環狀圖案。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之組件，其中該些第二孔係配置在一或多個第二環狀圖案中(當從該第四側觀看時)。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之組件，其中該每一個第二環狀圖案中的第二孔之數量係大於每一個第一環狀圖案中的第一孔之數量。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之組件，其中當從該第二側觀看時，該第一孔擁有與該第二環狀圖案的一寬度實 質上相等的一寬度。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之組件，其中該第一側上的該複數個第一孔之一直徑係小於該複數個第一擴張通道的一直徑。
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