TWI609990B - 經由聚合物管理增進蝕刻系統的生產力 - Google Patents

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Abstract

在此敘述之多數具體實施例概與降低一半導體製程腔室中聚合物沈積的裝置與方法有關。提供一加熱器外殼與多數熱源，並可經配置以保持該處理腔室一均勻溫度剖面。也提供保持該處理腔室一介電質天花板之均勻溫度剖面的方法。

Description

經由聚合物管理增進蝕刻系統的生產力
在此敘述之多數具體實施例概與降低一半導體製程腔室中聚合物沈積的裝置與方法有關。更具體的，在此敘述之多數具體實施例與經由聚合物管理增進蝕刻系統的生產力有關。
電漿腔室可於在某些基板蝕刻處理中使用。這些腔室通常包括位於該腔室之一圓頂或屋頂背側上的一無線射頻(RF)感應線圈，該腔室則覆蓋一正被處理的基板。可連接一RF電源至該線圈，以將感應能量連接至該腔室之中，以在該正被處理基板遠處產生一電漿來源區域。
使用該等腔室壁部及圓頂的一循環問題為即使在一蝕刻環境中，來自於該蝕刻製程之多數副產物的殘留物可能形成於該等壁部與該圓頂上。所述副產物可能是從該基板移除之光阻劑層或其他材料。該等副產物可能為氣相或固相，並可能沈積於該腔室該等壁部與該圓頂上。除了該等副產物之外，某些蝕刻化學產業可能使用多數聚合物化反應氣體， 以強化在該基板上所蝕刻某些特徵形式(例如，通孔或溝槽)的側壁保護。該等聚合物化反應氣體也可能沈積於鄰近該電漿之該等內部表面上，像是該等壁部或圓頂上。
對該等腔室壁部與圓頂形成的殘留物沾黏可能剝離 並掉落於該腔室一處理區域之中。任何落於該基板的所述顆粒都可能對製造於該基板上之該積體電路造成失敗或形成可靠度的問題。如果使用一陶瓷圓頂時，該圓頂做為多數線圈天線的介電性窗口，該顆粒問題可能更加惡化。一來源線圈係預期連接大量能量於該腔室之中，並因此時常以高功率層級操作。不可避免的，一實質小部分的RF能量將於該圓頂中以熱能方式消散。
然而，當多數基板循環進出該腔室時，該線圈僅以斷續方式操作，而一陶瓷材料一般而言為不良的熱傳導體。因此，該圓頂材料承受重複及顯著的溫度擺動，造成該圓頂重複性的熱膨脹及收縮循環。在緊鄰該線圈之該等區域中，具有最大的熱效果。在這些條件下，該殘留物更可能剝落並產生多數顆粒。
如先前敘述，在蝕刻期間於該等壁部或圓頂上的殘留物通常是不受歡迎的。該殘留物可能破壞該系統效能，也破壞了所形成之基板上的結果。一種管理該殘留物的方法是週期性置換該圓頂。然而，此方法非常昂貴且耗時。另一種管理該殘留物的方法是清潔該腔室內部體積。然而，此方法強迫需要顯著的系統停工期，且需要技術人員的手動干涉。
據此，該領域中需要一種降低處理腔室停工期，而 以時間及成本效率的方式降低或控制一基板處理室中聚合物沈積的裝置與方法。
在此敘述之多數具體實施例概與降低一半導體製程 腔室中聚合物沈積的裝置與方法有關。更具體的，在此敘述之多數具體實施例與經由聚合物管理增進蝕刻系統的生產力有關。
在一具體實施例中，提供用於處理一基板之裝置。 該裝置包括一介電質天花板、一傳導主體、一基板支座與一幫浦埠口，該介電質天花板具有一粗糙化表面，該傳導主體位於一絕熱器中，該幫浦埠口位於一加熱器外殼之中。該加熱器外殼具有位於其中之複數個加熱元件，該等加熱元件經配置以保持該幫浦埠口之一均勻溫度剖面。也提供複數個熱源，該等熱源則經配置以保持該介電質天花板之一均勻溫度剖面。
在另一具體實施例中，提供控制聚合物沈積之方 法。該方法包括以下步驟：藉由提供電力至一或多個無線射頻(RF)線圈的方式，於一處理腔室中形成一電漿，當實質上不提供該等RF線圈電力時，提供電力至複數個熱源，以及配置該等熱源，以藉由交替對該等RF線圈與該等熱源供電的方式，將一介電質天花板保持在一固定溫度。
而仍在另一具體實施例中，提供一加熱器外殼。該 加熱器外殼包括一外殼主體、一第一加熱元件、一第二加熱元件與一第三加熱元件，該外殼主體位繞著一幫浦埠口，該 第一加熱元件位鄰近於該幫浦埠口之一第一區域，該第二加熱元件位鄰近於該幫浦埠口之一第二區域，而該第三加熱元件位鄰近於該幫浦埠口之一第三區域。
100‧‧‧蝕刻反應器
102‧‧‧狹縫閥
110‧‧‧處理腔室
111‧‧‧天線
112‧‧‧無線射頻線圈
114‧‧‧基板
115‧‧‧處理空間
116‧‧‧基板支座
118‧‧‧訊號產生器
119‧‧‧第一匹配網路
120‧‧‧介電質天花板
122‧‧‧偏壓電源
124‧‧‧第二匹配網路
125‧‧‧幫浦埠口
126‧‧‧第一區域
127‧‧‧第二區域
128‧‧‧第三區域
130‧‧‧傳導主體
136‧‧‧真空幫浦
138‧‧‧氣體分配盤
140‧‧‧外罩
142‧‧‧熱源
144‧‧‧風扇
150‧‧‧腔室絕熱器
160‧‧‧加熱器外殼
162‧‧‧第一加熱器
164‧‧‧第二加熱器
166‧‧‧第三加熱器
因此，本發明之上述所指多數特徵係以對本發明一 更特定敘述、於以上簡要總結所能詳細瞭解之方法，係可透過參考該等具體實施例而獲得，其某些則描繪於該等附加圖式之中。然而，要注意的是，該等伴隨圖式只描繪本發明之典型具體實施例，並不用於限制本發明之構想，因為本發明也允許存在其他具有同樣效果之具體實施例。
第1圖為一蝕刻反應器之示意側視圖。
為了促進瞭解，在該等圖式中已經儘可能以相同的元件符號指示相同的元件。預期在一具體實施例中所揭示之該等元件，在不特定說明下也可以有利地於其他具體實施例中使用。
在此敘述之多數具體實施例對於任何電漿協助基板製程而言是有利的，像是蝕刻、沈積或其他類似製程。適宜製程之非限制實例包括在形成微機電系統(MEMS)裝置或直通矽穿孔(TSV)應用中使用的深矽(Si)蝕刻程序。
第1圖為一蝕刻反應器100之示意側視圖。該蝕刻反應器100可單獨使用，或更一般的可做為一整合式半導體基板處理系統之一處理模組或一集成工具，像是可從美國加利福尼亞州聖克拉拉的應用材料公司所能購得的CENTURA® 整合式半導體基板處理系統。可根據在此敘述之該等具體實施例所修改的適宜蝕刻反應器實例則包含ADVANTEDGETM接線蝕刻反應器(像是AdvantEdge S或AdvantEdge H)、DPS®接線蝕刻反應器(像是DPS®、DPS® II、DPS® AE、DPS® HT、DPS® G3多蝕刻器、DPS® +、DPS® DT+ DPS® DTM)，或是其他的蝕刻反應器，同樣可從美國加利福尼亞州聖克拉拉的應用材料公司購得。其他蝕刻反應器或非蝕刻電漿處理設備，包括那些可從其他製造商購得的，像是用於沈積、表面處理或其他類似處理的處理設備，也可以根據在此提供之該等教導進行修改。
該蝕刻反應器100包括一處理腔室110，該處理腔 室110具有一處理空間115，於其中放置一基板支座116。一電漿產生器可在使用該蝕刻反應器100期間，於該處理空間115中建立或維持一電漿，或可傳送電漿至該處理空間115。 在某些具體實施例中，該腔室110可於一傳導主體(壁部)130上方提供一圓頂形狀介電質天花板(也稱為一圓頂或介電性窗口)。在某些具體實施例中，該天花板120可具有其他幾何，例如，具有一實質平坦的幾何。該處理空間115可以封閉於該傳導主體130與該介電質天花板120之中。
該介電質天花板120可以包括一陶瓷材料，像是石 英或礬土。在一具體實施例中，可將該介電質天花板120的一粗糙化表面122進行粗糙化。該介電質天花板120可進行珍珠面噴砂或由另一適宜方法進行粗糙化，以提供一預定的表面粗糙度。在一具體實施例中，該表面粗糙度(以微英吋 (μin)為單位)可介於中心線平均粗糙度(Ra)大約為20Ra 及大約120Ra之間。可以根據所曝露之部分的特定處理條件(例如，像是沈積於其上之材料形式與厚度的半導體處理條件，但不限制於此)改變該預定表面粗糙度。該粗糙化表面122可以提供一較大的表面區域，該沈積材料可以黏著及積累至該表面區域。此外，該粗糙化表面122可以在該介電質天花板120與該沈積材料之間提供較佳的黏著性，並使該沈積材料更能抵抗剝落。
可相對於該處理空間115以非對稱方式設置一幫浦 埠口125，以從該處理空間115移除一或多數氣體。在一具體實施例中，該幫浦埠口125可位於該處理空間115一側，因此在使用期間，於該處理空間115中的高低壓非對稱區域便造成非對稱性的流動。可由一節流閥(未圖示)及一真空幫浦136控制該處理空間115中的壓力。在某些具體實施例中，用於傳送一基板114進出該處理腔室110之一狹縫閥102，及/或該處理腔室110本身的幾何，可能是該處理腔室110中任何不對稱流動的成因，或能夠有助於不對稱流動。
在某些具體實施例中，可以提供一加熱器外殼160。 該加熱器外殼160可實質上圍繞該幫浦埠口125，因此該幫浦埠口125可位於該加熱器外殼160之中。該加熱器外殼160可包括複數個加熱器，像是多數阻抗元件，可經配置以保持該幫浦埠口125一均勻溫度剖面。
一第一加熱器162可位鄰近於該幫浦埠口125之一 第一區域126。該第一區域126可為該幫浦埠口125的一實質 水平上方部分，並可位於該傳導主體130及一第二區域127之間。一第二加熱器164可位鄰近於該幫浦埠口125之該第二區域127。該第二區域127可為位於該第一區域126與一第三區域128之間之一垂直部分。在某些具體實施例中，該第二區域實質上可為環形。一第三加熱器166可位鄰近於該幫浦埠口125之該第三區域128。該第三區域128可為一實質水平底部部分，位於該腔室絕熱器150與該第二區域127之間。 在某些具體實施例中，該複數個加熱器與該等個別區域則受分別控制，以提供該幫浦埠口125之一均勻溫度剖面。在某些具體實施例中，該複數個加熱器可經配置以保持該幫浦埠口125介於大約攝氏50度至大約攝氏150度之間的一固定溫度，像是介於大約攝氏80度至大約攝氏130度之間。
該電漿產生器可為任何適宜的電漿產生器，像是一無線射頻(RF)電漿產生器、一遠端電漿產生器，或其他類似的電漿產生器。在某些具體實施例中，該電漿產生器包括與一電極連接之一訊號產生器118。一般而言，該訊號產生器118以適宜在該處理腔室110中形成及/或保持電漿的頻率提供能量，或從該處理腔室遠端提供能量。例如，該訊號產生器118可以提供頻率大約50千赫至大約2.45千兆赫的訊號。該電漿產生器可經配置以在該處理腔室110中提供一非對稱電漿，而能抵銷該處理腔室110中該非對稱壓力/流動條件。該訊號產生器118可以透過一第一匹配網路119連接至該電極，以將使用期間的反射能量最小化。
在某些具體實施例中，該電極可為一天線111，該 天線111包括至少一RF線圈112。在某些具體實施例中，該天線111(如第1圖所示)可位於該介電質天花板120上方，並可經配置以感應方式將RF能量連接至提供至該處理空間115之處理氣體。可以透過一注入器(未圖示)，從一氣體分配盤138提供該處理體至該處理空間115。該天線111可以透過該第一匹配網路119連接至該訊號產生器118。
該天線111可位於該基板支座116上方。該基板支座116可以透過一第二匹配網路124連接至一偏壓電源122。該偏壓電源122能夠產生在一適宜頻率最大大約1500瓦(W)的RF能量。在某些具體實施例中，由該偏壓電源122所提供之訊號的頻率可為大約400千赫至大約13.56兆赫。該偏壓電力可為連續或脈衝電力。在某些具體實施例中，該偏壓電源122可為一交流電或脈衝式交流電源。
一外罩140可位於該處理腔室110之該傳導主體130上方。該介電質天花板120與該天線111可位於該外罩140中。複數個熱源142，像是多數燈具，可位於該外罩140之中。該等熱源142可位於該天線111上方。該等熱源142可經配置以加熱該介電質天花板120，例如，特別當該天線111未被供能時。一風扇144可位於該外罩140內之該等熱源142上方，並可經配置以在該外罩140內循環空氣，以提供從該等熱源142至該介電質天花板120的均一熱分佈。該風扇144也可經配置以冷卻該天線111之該等RF線圈112。該等熱源142與該天線111可經配置以保持該介電質天花板120之均勻溫度剖面。在某些具體實施例中，該等熱源142可經配置以 將該介電質天花板120保持在實質上為固定的溫度。
在某些具體實施例中，一腔室絕熱器150可繞著該傳導主體130之一部分形成。在某些具體實施例中，實質上該傳導主體130的所有部分都可由該腔室絕熱器150環繞。該腔室絕熱器150可經配置以隔絕該處理腔室110，並在該天線111未被供能時，提供遍及該處理腔室110各種區域之一均勻溫度剖面。該腔室絕熱器150也可以包括位於該腔室絕熱器150內之一熱交換器(未圖示)。該熱交換器可以包括一流體傳送系統，以傳送像是水或乙二醇的液體。保持該傳導主體130之均勻溫度剖面可以降低在該傳導主體130上的殘留物沈積。在某些具體實施例中，該熱交換器與該腔室絕熱器150可以保持該傳導主體130介於大約攝氏50度至大約攝氏150之間的溫度，像是介於大約攝氏80度至大約攝氏90之間。
雖然未於第1圖中描述，一控制器可以連接至各種元件，像是連接至以上敘述的那些元件，以在基板處理期間控制該蝕刻反應器100中所執行的各種處理參數。該控制器可為多種一般目的電腦處理器之任何形式之一，並可用於工業設定中，以控制各種腔室與多數次處理器。該控制器可以包括一中央處理單元(CPU)、一記憶體與用於該CPU的多數支援電路。該CPU之該記憶體或電腦可讀媒介可為一或多種立即可用記憶體，像是隨機存取記憶體、唯讀記憶體、軟碟、硬碟或任何其他的數位儲存器形式，其以局部或遠端方式儲存。該等支援電路則連接至該CPU，以一習知方式支援 該處理器。這些電路可包括一快取、多數電力供應、多數時脈電路、輸入/輸出電路與多數次系統，以及其他類似電路。 操作的方法可以儲存於該記憶體中做為一軟體常式。該軟體常式也可以由一第二CPU儲存及/或執行，該第二CPU係位於由該CPU所控制之該硬體遠端。
保持該處理腔室110於一均勻的溫度剖面對於控制 該傳導主體130與該介電質天花板120上之殘留物或多數聚合物材料的沈積係為有利的。在一具體實施例中，該等熱源142可經配置以保持該介電質天花板120之一均勻溫度剖面。操作時，該天線111之該等RF線圈112可在「開」與「關」之間循環，以在該處理空間115中建立電漿。當該等RF線圈112係被供電時，該等線圈112加熱該介電質天花板120。該等RF線圈112關閉時，該等RF線圈112便不對該介電質天花板120提供熱能。如果該介電質天花板120冷卻，於該介電質天花板120形成增加的材料總量，而由於該介電質天花板120與其上沈積之該材料之間的熱膨脹係數的不同，後續便可能因為該介電質天花板120受熱而使該沈積材料剝落於正被處理之該基板114上。
該等熱源142可以保持該介電質天花板120之一均 勻溫度剖面的方式於開與關之間循環。在一具體實施例中，當該RF線圈112開啟時，該等熱源142可為關閉。在另一具體實施例中，當該等RF線圈112關閉時，該等熱源142可為開啟。該等RF線圈112與該等熱源142的循環可以提供該介電質天花板120之一均勻溫度剖面，這可減少來自該介電質 天花板120的殘留物剝落。在某些具體實施例中，該等熱源142可經配置以保持該介電質天花板120介於大約攝氏50度至大約攝氏150度之間的溫度，像是介於大約攝氏80度至大約攝氏130度之間。
在另一具體實施例中，該加熱器外殼160與該複數 個加熱器可以保持該幫浦埠口125之一均勻溫度剖面。保持幫浦埠口125之一均勻溫度剖面可以降低在該幫浦埠口125之該等區域126、127及128上的殘留物沈積。在某些具體實施例中，該第一加熱器162可以保持該第一區域126於一第一溫度，該第二加熱器164可以保持該第二區域127於一第二溫度，而該第三加熱器166可以保持該第三區域128於一第三溫度。在一具體實施例中，該第一、第二與第三溫度可以保持介於大約攝氏50度至大約攝氏150度之間，像是介於大約攝氏80度至大約攝氏130度之間。
由於在該幫浦埠口126之各種區域之間的不同熱通 量情形，利用多重加熱器與加熱區域可以用於改善該幫浦埠口125的溫度控制。例如，該第三區域128可能由於該等氣體移動通過該幫浦埠口125而遭受較大的熱通量。靠近該第一區域126可能有較少的氣體流動，而因此在該處遭受較小的熱通量。據此，該等各種區域的獨立控制可以用於改善該幫浦埠口的溫度均勻性。該幫浦埠口125之該等各種區域的相對質量也可能影響該溫度均勻性。例如，該第一區域126可能具有比該第二區域127為大的質量，並需要較多的熱輸入以保持該第一區域126處於與該第二區域127相同的溫 度。該多重區域加熱器外殼160抵銷由於該幫浦埠口125之該等各種區域的氣流與該等相對質量形成的溫度通量，並提供該幫浦埠口125一改良的溫度均勻性。
雖然前述內容係用於指導本發明之多數具體實施例，但在不背離本發明基本觀點以及由以下該等申請專利範圍所決定之觀點下，可產生本發明之多種其他與進一步之具體實施例。
100‧‧‧蝕刻反應器
102‧‧‧狹縫閥
110‧‧‧處理腔室
111‧‧‧天線
112‧‧‧無線射頻線圈
114‧‧‧基板
115‧‧‧處理空間
116‧‧‧基板支座
118‧‧‧訊號產生器
119‧‧‧第一匹配網路
120‧‧‧介電質天花板
122‧‧‧偏壓電源
124‧‧‧第二匹配網路
125‧‧‧幫浦埠口
126‧‧‧第一區域
127‧‧‧第二區域
128‧‧‧第三區域
130‧‧‧傳導主體
136‧‧‧真空幫浦
138‧‧‧氣體分配盤
140‧‧‧外罩
142‧‧‧熱源
144‧‧‧風扇
150‧‧‧腔室絕熱器
160‧‧‧加熱器外殼
162‧‧‧第一加熱器
164‧‧‧第二加熱器
166‧‧‧第三加熱器

Claims (18)

  1. 一種用於處理一基板之裝置，該裝置包括：一介電質天花板，該介電質天花板具有一粗糙化表面；連接至該介電質天花板的一傳導主體，該傳導主體具有一第一部分佈置於一絕熱器之中，該介電質天花板與該傳導主體連接而在該傳導主體中界定一內部區域；一基板支座，該基板支座佈置於該傳導主體中；一幫浦埠口，該幫浦埠口由該傳導主體的一第二部分形成且與該內部區域流體連通，來自該傳導主體的該第二部分之該幫浦埠口佈置於一加熱器外殼之中，該加熱器外殼具有佈置於其中之複數個加熱元件，該等加熱元件可操作以保持該幫浦埠口之溫度介於攝氏80度及攝氏130度之間；及複數個熱源，該等熱源經配置以保持該介電質天花板之一均勻溫度剖面。
  2. 如請求項1所述之裝置，其中該介電質天花板包括一陶瓷材料。
  3. 如請求項1所述之裝置，其中該粗糙化表面具有中心線平均粗糙度(Ra)大約為20Ra及大約120Ra之間的表面粗糙度。
  4. 如請求項1所述之裝置，其中該介電質天花板實質上為圓頂形狀。
  5. 如請求項1所述之裝置，其中該加熱器外殼包括三個加熱元件。
  6. 如請求項5所述之裝置，其中一第一加熱元件係經配置以加熱該幫浦埠口之一第一區域。
  7. 如請求項5所述之裝置，其中一第二加熱元件係經配置以加熱該幫浦埠口之一第二區域。
  8. 如請求項5所述之裝置，其中一第三加熱元件係經配置以加熱該幫浦埠口之一第三區域。
  9. 如請求項1所述之裝置，其中該複數個加熱元件係經配置以保持該幫浦埠口的一均勻溫度剖面。
  10. 如請求項1所述之裝置，其中該等熱源包括燈具。
  11. 如請求項1所述之裝置，其中該等熱源將該介電質天花板保持於介於大約攝氏80度至大約攝氏130度之間的一固定溫度。
  12. 一種控制聚合物沈積的方法，該方法包括以下步驟：藉由提供電力至一或多個無線射頻(RF)線圈的方式，於一處理腔室中形成一電漿；當實質上不提供該等RF線圈電力時，提供電力至複數個熱源；及配置該等熱源，以藉由交替對該等RF線圈與該等熱源供電的 方式，將一介電質天花板保持在一固定溫度。
  13. 如請求項12所述之方法，其中該介電質天花板包括具有一粗糙化表面之一陶瓷材料。
  14. 如請求項13所述之方法，其中該粗糙化表面具有大約為20Ra及大約120Ra之間的一表面粗糙度。
  15. 如請求項12所述之方法，其中該等熱源包括複數個燈具。
  16. 如請求項12所述之方法，其中該介電質天花板係保持於介於大約攝氏80度至大約攝氏130度之間的溫度。
  17. 一種加熱器外殼，該加熱器外殼包括：一外殼主體，該外殼主體佈置為繞著與一傳導主體之一第一部分連接的一幫浦埠口，同時該傳導主體之一第二部分佈置為不具有該外殼主體；一第一加熱元件，該第一加熱元件位鄰近於該幫浦埠口之一第一區域；一第二加熱元件，該第二加熱元件位鄰近於該幫浦埠口之一第二區域；及一第三加熱元件，該第三加熱元件位鄰近於該幫浦埠口之一第三區域，其中該第一加熱元件、該第二加熱元件及該第三加熱元件可操作以保持該幫浦埠口之溫度介於攝氏80度及攝氏130度 之間。
  18. 如請求項17所述之裝置，其中該第一加熱元件係經配置以保持一第一溫度，該第二加熱元件係經配置以保持一第二溫度，而該第三加熱元件係經配置以保持一第三溫度，而其中該第一溫度、第二溫度與第三溫度為不同。
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