TWI608517B - 處理腔室與用於提供電漿至處理腔室的裝置 - Google Patents

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Description

處理腔室與用於提供電漿至處理腔室的裝置
本發明之實施例一般而言與半導體處理設備相關。
一些習知的基板處理腔室使用具有一或更多電極之電漿源，該等電極經配置會在引進處理氣體進入處理腔室之前從處理氣體形成一電漿。然而，發明者觀察到在這樣的電漿源中，接地氣體供應線與經電性充電的電極之間會發生電弧。發明者更觀察到這樣的電弧通常會產生電漿放電(如寄生電漿)電漿放電可導致處理腔室元件(如氣體進氣口、電極，或類似物)的損壞以及/或導致顆粒形成於處理腔室內，在處理期間上述顆粒可位於處理腔室內的基板上，藉此產生不良的處理結果。
因此，發明者提供用於提供電漿至處理腔室的經改良裝置。
茲提供用於提供電漿至處理腔室之裝置的實施例。在一些實施例中，一裝置可包含：一第一接地板材，一電極， 該電極設置於該第一接地板材下方且與該第一接地板材間隔設置於第一接地板材與電極之間的第一電性絕緣體以定義出介於該第一接地板材與該電極之間之一第一間隙；一第二接地板材，該第二接地板材設置於該電極下方且與該電極間隔設置於電極與第二接地板材之間的第二電性絕緣體以定義出介於該電極與該第二接地板材之間之一第二間隙；一第一氣體進氣口，該第一氣體進氣口提供一處理氣體至該第一間隙；複數個通孔，該等通孔設置成通過該電極且將該第一間隙耦接至該第二間隙；以及複數個第一氣體出氣口孔洞，該等第一氣體出氣口孔洞設置成通過該第二接地板材而將該第二間隙流體性地耦接至該第二板材下方的一區域。
在一些實施例中，一種處理腔室可包含：一腔室主體，該腔室主體具有一基板支座，該基板支座設置於該處理腔室之一內容積內；一蓋體，該蓋體設置於該腔室主體之頂上，該蓋體包含一電漿源。該電漿源包含：一第一接地板材；一電極，該電極設置於該第一接地板材下方且與該第一接地板材間隔一第一電性絕緣體以定義出介於該第一接地板材與該電極之間之一第一間隙；一第二接地板材，該第二接地板材設置於該電極下方且與該電極間隔一第二電性絕緣體以定義出介於該電極與該第二接地板材之間之一第二間隙；一第一氣體進氣口，該第一氣體進氣口提供一處理氣體至該第一間隙；複數個通孔，該等通孔設置成通過該電極且將該第一間隙耦接至該第二間隙；以及複數個第一氣體出氣口孔洞，該等第一氣體出氣口孔洞設置成通過該第二接地板材而將該 第二間隙流體性地耦接至該第二板材下方的一區域。
本發明的其他與進一步實施例則敘述於下。
100‧‧‧裝置(電漿源)
102‧‧‧第一接地板材
104‧‧‧第二接地板材
106‧‧‧電極
108‧‧‧氣體出氣口孔洞
110‧‧‧箭頭
112‧‧‧通孔
114‧‧‧第一間隙
116‧‧‧第二間隙
118‧‧‧第一電性絕緣體
119‧‧‧電力供應
120‧‧‧氣體進氣口
121‧‧‧第二電性絕緣體
122‧‧‧共接地
124‧‧‧上部錐體
126‧‧‧下部錐體
202‧‧‧圓錐形空腔
204‧‧‧圓錐形空腔
208‧‧‧面內表面
210‧‧‧面內表面
302‧‧‧第三接地板材
306‧‧‧第三間隙
308‧‧‧氣體進氣口
309‧‧‧導電環件
310‧‧‧氣體源
400‧‧‧處理腔室
410‧‧‧腔室主體
412‧‧‧基板支座
416‧‧‧基板
422‧‧‧處理容積
480‧‧‧真空幫浦
藉由參照所附圖式中繪示之本發明的例示實施例，可瞭解在下面更詳細討論且簡短總結於上之本發明的實施例。但是，注意到，所附圖式只例示本發明之一般實施例且因此不視為限制本發明之範圍，因為本發明可容許其他等效實施例。
根據本發明的一些實施例，第1圖圖示了用於提供電漿至處理腔室的裝置的示意性側視圖。
根據本發明的一些實施例，第2圖圖示了用於提供電漿至處理腔室的裝置的示意性側視圖。
根據本發明的一些實施例，第3圖圖示了用於提供電漿至處理腔室的裝置的示意性側視圖。
根據本發明的一些實施例，第4圖圖示了適於與用於提供電漿至處理腔室的裝置一起使用的處理腔室。
為了促進瞭解，已經在任何可能的地方使用相同的元件符號來表示圖式中共同的相同元件。圖式未依照尺寸繪製，且可以為了清楚加以簡化。可瞭解到，一實施例的元件與特徵可有利地併入在其他實施例中，而不用另外詳述。
茲提供用於提供電漿至處理腔室的裝置的實施例，該裝置可減少或消除電壓電弧或寄生電漿的形成。
發明者觀察到習知的電漿源通常利用接地氣體供應 線提供處理氣體至經電性充電的電極。然而，由於電極與氣體供應線之間電壓降的緣故，電弧可發生於靠近氣體供應線饋送處理氣體至一電極的一端點處。這樣的電弧會產生電漿放電(如寄生電漿)，電漿放電可導致處理腔室元件(如氣體進氣口、電極，或類似物)的損壞以及/或導致顆粒形成於處理腔室內，在處理期間顆粒可位於處理腔室內的基板上，藉此產生不良的處理結果。
因此，在一些實施例中，如第1圖所示，用於提供電漿至一處理腔室(電漿源)100的裝置通常可包含第一接地板材102、第二接地板材104以及電極106。在一些實施例中，第一基地板材102與第二接地板材104可耦接至共接地122。
第一接地板材102與第二接地板材104可由任何與處理相容之導電材料來製造。舉例而言，在一些實施例中，第一接地板材102以及/或第二接地板材104可由金屬或金屬合金來製造，舉例而言，如鋁、塗覆鎳的鋁、鋼、不銹鋼、鐵、鎳、鉻、上述各者的合金、上述各者的組合或類似物。在一些實施例中，第一接地板材102與第二接地板材104中之每一者可由相同金屬來製造，或在一些實施例中，以不同金屬來製造。
第一氣室設置於第一接地板材102與電極106之間。舉例而言，在一些實施例中，第一電性絕緣體118可設置於第一接地板材102與電極106之間以形成介於第一接地板材102與電極106之間的一第一間隙114(如第一氣室)。氣體進氣口120可設置於通過第一接地板材102以提供一或更 多處理氣體至電漿源100的第一間隙114。第一間隙114提供空腔以允許將處理氣體點燃以形成電漿。
電極106包含複數個通孔112，通孔112將第一間隙114流體性地耦接至設置於電極106與第二接地板材104之間的第二氣室以允許形成於第一間隙114中的處理氣體以及/或電漿通過電極106且進入第二氣室。舉例而言，在一些實施例中，第二電性絕緣體121可設置於電極106與第二接地板材104之間以形成介於電極106與第二接地板材104之間的第二間隙116(如第二氣室)。第二接地板材104包含一或更多氣體出氣口孔洞108(如通孔)以允許受激發物種(如自由基)產生於電漿中而例如從電漿源100(箭頭110指示流向)流至處理腔室的處理容積。第二間隙116提供第二空腔以允許將處理氣體點燃以形成電漿且進一步允許電漿累積以透過氣體出氣口孔洞108來促進電漿物種的擴散。相較於使用單一空腔來形成電漿的習知電漿源，發明者相信提供多個空腔(如第一間隙114與第二間隙116)將會允許電漿形成於每一個空腔中，藉此提供電漿的多個激發階段以有助於增強型自由基的產生。
第一電性絕緣體118以及第二電性絕緣體121將第一接地板材102以及第二接地板材104與電極106電性隔絕。第一電性絕緣體118與第二電性絕緣體121可包含任何與處理相容的電性絕緣材料。舉例而言，在一些實施例中，第一電性絕緣體118與第二電性絕緣體121可由石英(SiO2)、燒結的陶瓷，如氧化鋁(Al2O3)或氮化矽(SiN)，或者單晶藍寶石 (Al2O3)來製造。
發明者觀察到藉由提供第一接地板材102與第二接地板材104，位於氣體進氣口120與氣體出氣口孔洞108的電位會減少或消除，藉此有利地消除形成於氣體進氣口120與氣體出氣口孔洞108附近的電弧以及/或寄生電漿。藉由消除電弧與寄生電漿的形成，以上所討論的電漿源的電漿感應損壞與顆粒的形成可被減少或消除。
電力供應119可耦接於電極106以提供電力至電極以有助於氣體的點燃以形成電漿。電力供應119可為任何類型的適於提供足夠電力以點燃氣體的電力供應，舉例而言如射頻電力供應。在一些實施例中，電力供應119可為射頻電力供應，電力供應119可提供從少於100千赫茲(kHz)至約100兆赫茲(MHz)頻率範圍內的頻率的射頻電力。
電極106可由任何與處理相容的導電材料來製造。舉例而言，在一些實施例中，電極可由金屬或金屬合金來製造，如鋁、鋼、不銹鋼、鐵、鎳、鉻、上述各者的合金、上述各者的組合或類似物。
在一些實施例中，複數個通孔112可包含一或更多圓錐形。舉例而言，在一些實施例中，複數個通孔112中之每一者包含上部錐體124，如第1圖所示，上部錐體124在靠近該上部錐體124與該下部錐體126中之每一者的一頂點的位置耦接至下部錐體126。發明者觀察到圓錐形的通孔112可有助於更均勻地點燃氣體，藉此產生均勻電漿。在一些實施例中，圓錐形的通孔112可抵銷例如因第一間隙114以及/ 或第二間隙116的不均勻尺寸所致之電漿點燃的不一致性，而第一間隙114以及/或第二間隙116的不均勻尺寸係由於第一接地板材102或第二接地板材104不平行於電極106所致。再者，發明者觀察到圓錐形的通孔112可有助於點燃更高的電漿密度，藉此在電漿內產生更多的自由基。
可替換地，或結合地，舉例而言如第2圖所圖式，在一些實施例中，第一接地板材102或第二基地板材104中之至少一者可具有複數個圓錐形空腔202、204，圓錐形空腔202、204形成於第一接地板材102與第二基地板材104之面內表面208、210。在這樣的實施例中，氣體出氣口空洞108可流體性地耦接至形成於第二接地板材104內的圓錐形空腔204。如果圓錐形空腔202、204存在時，圓錐形空腔202、204會如上述般執行如圓錐形通孔112般相同的功能。在這樣的實施例中，電極106的通孔112可為例如第2圖所示之圓柱形，或如第1圖所示之錐形。
參照第3圖，在一些實施例中，電漿源100包含第三接地板材302，第三基地板材302耦接至第二接地板材104。第三接地板材302可由金屬或金屬合金來製造，舉例而言，如鋁、塗覆鎳的鋁、鋼、不銹鋼、鐵、鎳、鉻、上述各者的合金、上述各者的組合或類似物。在一些實施例中，第三接地板材302可透過單獨耦接至共接地122(如在311中虛線所示)來達成接地，或透過電性耦接至第二接地板材104來達成。舉例而言，在一些實施例中，如第3圖所示，第三基地板材302可透過設置於第二接地板材104與第三接地板材 302之間的導電環件309電性耦接至第二接地板材104。儘管被描述為單獨元件，導電環件309可與第二接地板材104或第三接地板材302中任一者一起被整合地形成。
在一些實施例中，第三基地板材302可耦接至第二接地板材104使得第三間隙306(如第三氣室)可形成於第二接地板材104與第三接地板材302之間。氣體進氣口308(如第三氣體進氣口)可耦接至第三間隙306以提供例如由氣體源310所提供的處理氣體至第三間隙306以有助於所期望的處理。由氣體進氣口308所提供至第三間隙306的處理氣體可為所期望的處理所需的任何類型的氣體，舉例而言，如載體氣體、淨化氣體、清洗氣體、反應氣體，或類似氣體。由於第三間隙306相對於電極106的位置，透過氣體進氣口308而提供至第三間隙306的氣體將透過電力供應119而被有利地供能而進入電漿狀態。如上述，在一些實施例中，藉由控制經氣體進氣口308增加的氣體量，從電漿源流入處理腔室的活性或經供能的物種的濃度可進一步受控制。
第三接地板材302包含複數個氣體出氣口孔洞304以允電漿及/或處理氣體例如從電漿源100(箭頭110指示流向)流至處理腔室的處理容積。在一些實施例中，第三接地板材302的氣體出氣口孔洞304可具有小於第二接地板材104的氣體出氣口孔洞108的直徑。氣體出氣口孔洞304提供較小的出氣可允許第三接地板材302如過濾器般作用以防止電漿的不良成分進入處腔室。舉例而言，在一些實施例中，第三接地板材302的氣體出氣口孔洞304可防止可造成基板損壞的 帶電離子進入處理腔室而允許中性自由基通過進入處腔室。在一些實施例中，第三接地板材302的氣體出氣口孔洞304可具有與第二接地板材104的氣體出氣口孔洞108相同或較大的直徑。
電漿源100可為獨立操作裝置，該裝置被配置成產生隨後會被提供至處理腔室之電漿(如遠端電漿源)，或在一些實施例中，電漿源100可被整合為處理腔室。舉例而言，電漿源100可被整合為處理腔室蓋體，舉例而言如第4圖所示。
參照第4圖，處理腔室400可為任何適於電漿增強型半導體處理的處理腔室，舉例而言，如配置成執行電漿輔助化學氣相沉積(CVD)或原子層沈積(ALD)的處理腔室。示範性處理腔室可包含ENDURA®、PRODUCER®或CENTURA®工作台處理腔室，或其他處理腔室，皆可向美國加州聖克拉拉市的應用材料公司(Applied Materials,Inc.of Santa Clara,Calif.)取得。其他適合的處理腔室可相似地被使用。
在一些實施例中，處理腔室400一般而言可包含腔室主體410以及設置於腔室主體410內的基板支座412。在一些實施例中，本發明的電漿源100設置於腔室主體頂上且與腔室蓋體或其一部份整合在一起，或如腔室蓋體或其一部份般作用。
基板支座412配置成在由腔室主體410與電漿源100以及/或處理腔室蓋體所定義出的處理容積422中支撐一或更多基板416。在一些實施例中，基板支座412可包含適於加熱一或更多基板416的加熱器420或適於將一或更多基板416 的溫度控制在執行處理所需的溫度下的流體冷卻通道(未示)。
在一些實施例中，處理腔室400包含真空幫浦480以幫浦處理容積422以獲得以及/或維持處理容積422內的所期望的壓力。在處理過程中，真空幫浦480在處理容積422內提供相對於電漿源100的第二間隙116的負壓，因此允許第二間隙116內的物種流至處理容積422。
因此，茲提供用於提供電漿至處理腔室的裝置的實施例，其可減少或消除電壓電弧或寄生電漿的形成。雖然前述是關於本發明之實施例，本發明之其他與進一步實施例可被設想出而無偏離本發明之基本範圍。
100‧‧‧裝置(電漿源)
102‧‧‧第一接地板材
104‧‧‧第二接地板材
106‧‧‧電極
108‧‧‧氣體出氣口孔洞
110‧‧‧箭頭
112‧‧‧通孔
114‧‧‧第一間隙
116‧‧‧第二間隙
118‧‧‧第一電性絕緣體
119‧‧‧電力供應
120‧‧‧氣體進氣口
121‧‧‧第二電性絕緣體
122‧‧‧共接地
124‧‧‧上部錐體
126‧‧‧下部錐體

Claims (18)

  1. 一種用於提供一電漿至一處理腔室之裝置，該裝置包含：一第一接地板材；一電極，該電極設置於該第一接地板材下方且與該第一接地板材間隔一第一電性絕緣體以定義出介於該第一接地板材與該電極之間之一第一電漿產生間隙；及一第二接地板材，該第二接地板材設置於該電極下方且與該電極間隔一第二電性絕緣體以定義出介於該電極與該第二接地板材之間之一第二電漿產生間隙；一氣體進氣口，該氣體進氣口通過該第一接地板材延伸至該第一電漿產生間隙，以提供一處理氣體至該第一電漿產生間隙；複數個通孔，該等通孔設置成通過該電極且將該第一電漿產生間隙耦接至該第二電漿產生間隙，其中該等通孔中之每一者在相鄰於該第一電漿產生間隙的該電極的一最上表面處具有一第一開口，並在相鄰於該第二電漿產生間隙的該電極的一最下表面處的一第二開口終結，且其中該電極的該複數個通孔中之每一者包含一上部錐體，該上部錐體耦接至相反面向的一下部錐體，其中該上部錐體與該下部錐體共軸且相交，以定義用於將該第一電漿產生間隙耦接至該第二電漿產生間隙的一通道；以及複數個第一氣體出氣口孔洞，該等第一氣體出氣口孔洞設置成通過該第二接地板材而將該第二電漿產生間隙 流體性地耦接至該第二接地板材下方的一區域。
  2. 如請求項1所述之裝置，其中該第一接地板材以及該第二接地板材皆電性耦接於一地面。
  3. 如請求項1所述之裝置，其中該裝置經整合而成為該處理腔室之一蓋體。
  4. 如請求項1所述之裝置，其中該第一接地板材包含一氣體進氣口，該氣體進氣口流體性地耦接至該第一電漿產生間隙以提供一處理氣體至該第一電漿產生間隙。
  5. 如請求項1~4之任一者所述之裝置，其中該第一接地板材與該第二接地板材中之至少一者具有一圓錐形空腔，該圓錐形空腔形成於該第一接地板材與該第二接地板材之各自的一面內表面內。
  6. 如請求項1~4之任一者所述之裝置，更包含一第三接地板材，該第三接地板材耦接至該第二接地板材，該第三接地板材具有複數個第二氣體出氣口孔洞。
  7. 如請求項6所述之裝置，其中該複數個第二氣體出氣口孔洞具有一直徑，該直徑小於該複數個第一氣體出氣口孔洞的直徑。
  8. 如請求項6所述之裝置，更包含：一間隙，該間隙設置於該第二接地板材與該第三接地板材之間。
  9. 如請求項8所述之裝置，更包含：一氣體進氣口，該氣體進氣口流體性地耦接至該間隙以提供一處理氣體至該間隙。
  10. 如請求項6所述之裝置，其中該第三接地板材電性耦接於一地面。
  11. 一種處理腔室，該處理腔室包含：一腔室主體，該腔室主體具有一基板支座，該基板支座設置於該處理腔室之一內容積內；一蓋體，該蓋體設置於該腔室主體之頂上，該蓋體包含一電漿源，其中該電漿源包含：一第一接地板材；一電極，該電極設置於該第一接地板材下方且與該第一接地板材間隔一第一電性絕緣體以定義出介於該第一接地板材與該電極之間之一第一電漿產生間隙；及一第二接地板材，該第二接地板材設置於該電極下方且與該電極間隔一第二電性絕緣體以定義出介於該電極與該第二接地板材之間之一第二電漿產生間隙； 一氣體進氣口，該氣體進氣口通過該第一接地板材延伸至該第一電漿產生間隙，以提供一處理氣體至該第一電漿產生間隙；複數個通孔，該等通孔設置成通過該電極且將該第一電漿產生間隙耦接至該第二電漿產生間隙，其中該等通孔中之每一者在相鄰於該第一電漿產生間隙的該電極的一最上表面處具有一第一開口，並在相鄰於該第二電漿產生間隙的該電極的一最下表面處的一第二開口終結，且其中該電極的該複數個通孔中之每一者包含一上部錐體，該上部錐體耦接至相反面向的一下部錐體，其中該上部錐體與該下部錐體共軸且相交，以定義用於將該第一電漿產生間隙耦接至該第二電漿產生間隙的一通道；以及複數個第一氣體出氣口孔洞，該等第一氣體出氣口孔洞設置成通過該第二接地板材而將該第二電漿產生間隙流體性地耦接至該第二接地板材下方的一區域。
  12. 如請求項11所述之處理腔室，其中該第一接地板材與該第二接地板材皆電性耦接至一地面。
  13. 如請求項11所述之處理腔室，其中該第一接地板材包含一氣體進氣口，該氣體進氣口流體性地耦接至該第一電漿產生間隙以提供一處理氣體至該第一電漿產生間隙。
  14. 如請求項11~13之任一者所述之處理腔室，其中該第一接地板材與該第二接地板材中之至少一者具有一圓錐形空腔，該圓錐形空腔形成於該第一接地板材與該第二接地板材之各自的一面內表面內。
  15. 如請求項11~13之任一者所述之處理腔室，更包含一第三接地板材，該第三接地板材耦接至該第二接地板材，該第三接地板材具有複數個第二氣體出氣口孔洞。
  16. 如請求項15所述之處理腔室，其中該複數個第二氣體出氣口孔洞具有一直徑，該直徑小於該複數個第一氣體出氣口孔洞的直徑。
  17. 如請求項15所述之處理腔室，更包含：一間隙，該間隙設置於該第二接地板材與該第三接地板材之間。
  18. 如請求項17所述之處理腔室，更包含：一氣體進氣口，該氣體進氣口流體性地耦接至該間隙以提供一處理氣體至該間隙。
TW102143113A 2012-12-14 2013-11-26 處理腔室與用於提供電漿至處理腔室的裝置 TWI608517B (zh)

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