TWI670433B - 用於次世代先進電漿技術的腔室主體設計架構 - Google Patents

用於次世代先進電漿技術的腔室主體設計架構 Download PDF

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TWI670433B
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Abstract

本發明揭露一種用於處理基板的設備，且該設備包括，在一個實施例中，一雙腔室殼體，該雙腔室殼體具有通過該雙腔室殼體形成的兩個開口，一第一泵介面構件，該第一泵介面構件與該雙腔室殼體中形成的該等兩個開口中的一個開口同軸地對齊，以及一第二泵介面構件，該第二泵介面構件與該雙腔室殼體中形成的該等兩個開口中的另一個開口同軸地對齊，其中該等泵介面構件的各者包含與該等兩個開口的一中心線同心的三個通道。

Description

用於次世代先進電漿技術的腔室主體設計架構
本發明所述實施例一般係關於模組化的兩腔室設計，該設計在兩腔室的各者中提供獨立處理。更具體來說，本發明揭露的實施例係關於蝕刻電漿腔室技術與硬體設計架構，其提供了雙腔室架構中用於多個處理方法的獨立可變間隙處理空間。
隨著技術節點進步與裝置幾何形狀大小的縮小，需要有精準輸入參數控制的蝕刻電漿處理腔室。輸入參數包括電、射頻(RF)、氣體流量與熱控制。輸入參數中的一或多個的對稱性對於改善晶圓上的均勻性與產量係重要的。可藉由改善腔室硬體來提供輸入參數的對稱性。
因此，在本技術領域中對於改良的腔室以及使用該改良的腔室係有所需求的。
本發明揭露一種用於處理基板的設備，且該設備包括，在一個實施例中，一雙腔室殼體，該雙腔室殼體具有通過該雙腔室殼體形成的兩個開口，一第一泵介面構件，該第一泵介面構件與該雙腔室殼體中形成的該兩個開口中的一個開口同軸地對齊，及一第二泵介面構件，該第二泵介面構件與該雙腔室殼體中形成的該兩個開口中的另一個開口同軸地對齊，其中該等泵介面構件的各者包含與該等兩個開口的一中心線同心的三個通道。
在另一個實施例中，提供一種用於處理基板的設備。該設備包括雙腔室殼體，一模組化泵介面，該模組化泵介面具有至少兩個分開的內部空間，該等至少兩個分開的內部空間耦接至該雙腔室殼體且提供兩個分開的處理空間於該雙腔室殼體內。
在另一個實施例中，提供一種雙空間基板處理腔室。該雙空間基板處理腔室包括一腔室主體，該腔室主體具有穿過該腔室主體形成的一第一開口與一第二開口，一第一泵介面構件，該第一泵介面構件與該第一開口的一中心線同軸地對齊，該第一泵介面構件具有平行於該中心線而於該第一泵介面構件中形成的複數個第一通道，及一第二泵介面構件，該第二泵介面構件與該第二開口的一中心線同軸地對齊且與該第一泵介面構件以流體分隔，該第二泵介面構件具有平行於該中心線而於該第二泵介面構件中形成的複數個第二通道。
100‧‧‧雙腔室殼體
105‧‧‧腔室主體
110A‧‧‧處理空間
110B‧‧‧處理空間
115‧‧‧腔室側壁
120‧‧‧蓋件介面
125‧‧‧模組化泵介面
130‧‧‧泵介面構件
135‧‧‧密封構件
140‧‧‧螺紋孔
142A‧‧‧第一凸緣
142B‧‧‧第二凸緣
145‧‧‧開口
150‧‧‧溝槽
155‧‧‧泵送通道
160A‧‧‧第一開口
160B‧‧‧第二開口
165‧‧‧中心線
170‧‧‧觀察埠
172‧‧‧開口
174‧‧‧鉸鏈特徵
175‧‧‧埠
180‧‧‧埠
200‧‧‧門
205‧‧‧襯墊組件
210‧‧‧流體通道
300‧‧‧內側壁
305‧‧‧外側壁
310A‧‧‧第一密封介面
310B‧‧‧第二密封介面
315‧‧‧大氣區域
325‧‧‧耦接構件
400‧‧‧入口
405‧‧‧出口
500‧‧‧處理腔室系統
505‧‧‧基座
510‧‧‧噴頭
512‧‧‧蓋件
515‧‧‧基板支撐表面
520‧‧‧氣體源
525‧‧‧真空泵
530‧‧‧閥主體
600‧‧‧泵介面
605‧‧‧配接器殼體
610‧‧‧內部空間
615A‧‧‧第一閥
615B‧‧‧第二閥
620A‧‧‧致動器
620B‧‧‧致動器
625‧‧‧控制器
700‧‧‧泵介面
705‧‧‧配接器殼體
710A‧‧‧第一內部空間
710B‧‧‧第二內部空間
710C‧‧‧第三內部空間
715A‧‧‧第一閥
715B‧‧‧第二閥
720A‧‧‧致動器
720B‧‧‧致動器
800‧‧‧泵介面
805A‧‧‧配接器殼體
805B‧‧‧配接器殼體
810A‧‧‧內部空間
810B‧‧‧內部空間
815A‧‧‧第一閥
815B‧‧‧第二閥
820A‧‧‧致動器
820B‧‧‧致動器
本發明揭露之特徵已簡要概述於前，並在以下有更詳盡之討論，可以藉由參考所附圖式中繪示之本發明實施例以作瞭解。然而，值得注意的是，所附圖式只繪示了本發明揭露的典型實施例，而由於本發明可允許其他等效之實施例，所附圖式並不會視為本發明範圍之限制。
圖1A繪示雙腔室殼體的等角視圖。
圖1B表示圖1A中所示的雙腔室殼體的展開圖。
圖2A是腔室主體的頂視平面圖。
圖2B是圖2A的腔室主體的側視圖。
圖2C是沿著圖2A的線2C-2C的腔室主體之截面圖。
圖3A係雙腔室殼體的頂視平面圖，該雙腔室殼體具有與腔室主體的開口軸向對齊的泵介面構件。
圖3B是一個泵介面構件的一個實施例之等角視圖。
圖4A是腔室主體的截面平面圖。
圖4B是沿著圖4A的線4B-4B的腔室主體之等角截面圖。
圖5是根據一個實施例的處理腔室系統之概要截面圖。
圖6是耦接至泵介面的一個實施例之兩個泵介面構件的部分之概要側視截面圖。
圖7是耦接至泵介面的另一個實施例之兩個泵介面構件的部分之概要側視截面圖。
圖8是耦接至泵介面的另一個實施例之兩個泵介面構件的部分之概要側視截面圖。
為便於理解，在可能的情況下，使用相同的數字編號代表圖示中相同的元件。可以預期，一個實施例中的元件與特徵可有利地用於其它實施例中而無需贅述。
本發明所述的實施例一般係關於具有對稱流動設計的腔室硬體與相關的方法以將處理後的副產品從腔室內部抽出並維持真空而能夠改善流動傳導性。本說明書所述的實施例亦提供具有較短平均自由路徑的腔室，以用於在氣體依軸向方向抽出之前之氣流移動。本發明提供軸向對稱腔室硬體幫助減少晶圓不對稱性以及改善流動傳導性。本發明揭露的實施例包括雙腔室主體設計，其包含處理部分與流動阻擋部分(flow block portion)。流動阻擋部分提供軸對稱流且能夠提供用於多個應用與處理方法之可變處理空間。流動阻擋設計亦能夠有模組化設計解決方案與(或)成本效益的製造。
圖1A繪示雙腔室殼體100的等角視圖。圖1B表示圖1A中所示的雙腔室殼體100的展開圖。雙腔室殼體100包括具有雙處理空間110A與110B的腔室主體105。處理空間110A與110B的各者可由腔室側壁115與蓋件(未圖示)界定，蓋件耦接至蓋件介面120。雙腔室殼體100亦包括模組化泵介面125，模組化泵介面125包含兩個泵介面構件130，其形成處理空間110A與110B的邊界。可安裝或改裝雙腔室殼體100於現有的半導體基板製造平臺上，其中使用了可自加州聖克拉拉的應用材料公司商業取得的PRODUCER®處理系統。可使用雙腔室處理殼體100於其中的平臺之示範例包括可自加州聖克拉拉的應用材料公司取得的CENTURA®平臺。雙腔室處理殼體100的實施例亦可用於具有繞中心傳送腔室設置的處理腔室之其他適用的處理系統或平臺，其包含來自於其他製造商的處理系統或平臺。如本說明書所述的雙腔室殼體100可以耦接至平臺或處理系統，而不增加平臺或處理系統的佔地面積。
雙腔室殼體100包括分開的雙處理空間110A與110B，其中個別的半導體基板可藉由於基板上沉積材料、移除基板上的材料、加熱基板或在基板上執行其他處理而得到處理。處理空間110A與110B的各者可裝配有噴頭與基板支撐件(皆未圖示)而能夠處理如蝕刻、沉積或其他熱處理。處理空間110A與110B係環境分離的，使得處理參數可在各處理空間110A與110B 中分別被控制。雙腔室殼體100可由鋁或其他處理相容金屬製成。可調整處理空間110A與110B的各者之大小以處理具有200毫米(mm)直徑、300mm直徑或450mm直徑的基板。
蓋件介面120可包括密封構件135(如o型環)，其利於蓋件(未圖示)之間的密封，蓋件耦接至腔室主體105。在一些實施例中，蓋件可以鉸鏈地耦接至腔室主體105。在其他實施例中，可利用緊固件將蓋件耦接至腔室主體105，緊固件耦接至形成於腔室主體105的螺紋孔140。亦於腔室主體105中形成開口145，用於傳輸基板進出處理空間110A和110B。
如圖1B所示，泵介面構件130的各者可包括在其相對的兩端上之凸緣142A及凸緣142B。第一凸緣142A(上凸緣)可包括形成於其中的開口145，以利於將個別的泵介面構件130耦接至腔室主體105。第二凸緣142B(下凸緣)可形成於其中的開口145，以利於將個別的泵介面構件130耦接至真空泵(未示出)。泵介面構件130包括形成於其中的溝槽150，且溝槽150被個別泵送通道155所環繞。在所示的實施例中，泵介面構件130的各者具有三個溝槽150與三個泵送通道155。溝槽150與(或)泵送通道155可相對於彼此等間距。
雙腔室殼體100包括於腔室主體105中形成的一對第一開口160A以及一組第二開口160B(對應於 泵介面構件130的泵送通道155)，該組第二開口160B形成處理空間110A與110B(如圖1A所示)。泵送通道155各者的空間在一些實施例中可係實質上相等的。作為「實質上相等」的泵送通道155包括彼此相同或在約1%至約5%內的體積度量。雙腔室殼體100的中心線165是由第一開口160A的各者與泵介面構件130的各者共用。泵送通道155與中心線165同心或同軸。因此，由第一開口160A與複數個第二開口160B形成的處理空間110A與110B係軸向對稱，其能夠增強處理空間110A與110B各者中的泵送與(或)傳導。
再次參照圖1A，腔室主體105包括開口172，用於耦接至平臺，如以上所述的CENTURA®平臺。腔室主體105亦可包括鉸鏈特徵174，以用於耦接至蓋件(未示出)。腔室主體105亦可包括一個觀察埠170以及用於感測器的埠175，如端點檢測裝置，以用於處理空間110A與110B的各者。對於處理空間110A與110B的各者，亦可包括埠180以用於壓力感測裝置。
圖2A、2B與2C係雙腔室殼體100的腔室主體105之的各式示意圖。圖2A是腔室主體105的頂視平面圖。圖2B是腔室主體105的側視圖。圖2C是沿著圖2A的線2C-2C的腔室主體105之側視截面圖。
如圖2C所示，腔室主體105包括門200，門200於開口145內係可移動的。門200可與平臺上的傳送腔室(未示出)連接，如上所述的CENTURA®平臺。 開口145亦可包括襯墊組件205。流體通道210亦可在腔室主體105中形成，以用於冷卻腔室主體105。
圖3A是具有泵介面構件130的雙腔室殼體100之頂視平面圖，泵介面構件130與腔室主體105的開口160A軸向對齊。泵介面構件130的泵送通道155的各者(第二開口160B)與中心線165同心。
圖3B是泵介面構件130的一個實施例之等角視圖。泵介面構件130包括鄰近溝槽150的複數個泵送通道155。可使用溝槽150安裝於可在處理空間110A與110B(圖1A中所示)中使用的工作裝置，如基板支撐件或基座。溝槽150開口向大氣壓力與溫度，且可用於提供控制連接(電氣、液壓、氣動線路等)給基板支撐件或基座。
泵送通道155的各者由內側壁300與外側壁305包圍。可包括第一密封介面310A(如o型環或o型環通道或凹槽)以環繞由內側壁300與泵介面構件130的底部320界定的大氣區域315。可包括第二密封介面310B(如o型環或o型環通道或凹槽)以環繞泵送通道155各者的周邊。複數個耦接構件325可至少部分地設置於溝槽150中。可使用耦接構件325以緊固周邊元件(如基板支撐件或基座)或控制連接(電氣、液壓、氣動線路等)至基板支撐件或基座，至泵介面構件130。
圖4A是腔室主體105的截面平面圖及圖4B是沿著圖4A的線4B-4B的腔室主體105之等角截面圖。
所示在腔室主體105中的流體通道210，其至少部分地環繞第一開口160A的各者。流體通道210可由軋鑽(gin drilling)形成。如圖4B所示。流體通道210可通過入口400與出口405而耦接至流體源。
圖5是根據一個實施例的處理腔室系統500之概要截面圖。處理室系統500包括根據本說明書描述的實施例之雙腔室殼體100。但是，雙腔室殼體100的只有一側示於此截面圖中。處理腔室系統500可經配置而執行蝕刻處理，但也可用來執行化學氣相沉積處理、磊晶沉積處理、矽穿孔處理或用於製造基板上的電子元件的其他熱處理。
處理腔室系統500包括處理空間110A，處理空間110A由第一開口160A與泵介面構件130的複數個泵送通道155組成。所示基板支撐件或基座505至少部分定位於泵介面構件130與第一開口160A的大氣區域315中。氣體分配板或噴頭510可設置在第一開口160A中。在某些實施例中，噴頭510可作為陽極電極的功能，以及基座505的基板支撐表面515可作為陰極的功能。可自氣體源520提供氣體至處理空間110A，氣體由噴透510而分佈通過處理空間110A。蓋件512可耦接至腔室主體105以封閉處理空間110A。真空泵525可耦接至泵介面構件130，並且在一些實施例中，對稱閥主體530設置於真空泵525與泵介面構件130之間。真空 泵525可係渦輪分子泵以及閥主體530可係球形流量閥。
在一些實施例中，基座505耦接至升舉馬達，升舉馬達相對於噴頭510垂直(Z方向)移動基座505的基板支撐表面515。支撐表面515的垂直移動可用來調整設置於基座505的基板支撐表面515上的基板(未圖示)與噴頭510之間的間隙。可基於基座505的垂直行程(stroke)來選擇泵介面構件130的高度H。如果基座具有較短或較長的行程長度(或完全沒有行程長度)，可改變高度H以放大或最小化泵送通道155的容積。
圖6是耦接至泵介面600的一個實施例之兩個泵介面構件130的部分之概要側視截面圖。泵介面600包括耦接至泵介面構件130及單一真空泵525的配接器殼體605。配接器殼體605包括內部空間610，內部空間610透過泵送通道155而與處理空間110A和110B(示於圖1A中)選擇性地流體連通。配接器殼體605包括第一閥615A，第一閥615A可操作性地控制處理空間110A與內部空間610之間的流體連通。配接器殼體605亦包括第二閥615B，第二閥615B可操作性地控制處理空間110B與內部空間610之間的流體連通。可個別藉由專用致動器620A與620B選擇性地打開與關閉第一閥615A與第二閥615B的各者。每個致動器620A、620B可被耦接至控制器625，其獨立地控制打 開與關閉閥615A和615B。在一個實施例中，當閥615A與615B處於打開狀態時，處理空間110A與110B的一或兩者與內部空間610流體連通。在另一個實施例中，當閥615A或615B中的一個關閉時，僅個別的處理空間(110A或110B)與內部空間610流體連通。在一些實施例中，閥615A與615B可部分地打開以用作與處理空間110A和110B的各者一起之節流閥。
圖7是耦接至泵介面700的另一個實施例之兩個泵介面構件130的部分之概要側視截面圖。泵介面700包括耦接至泵介面構件130的配接器殼體705以及單一真空泵525。配接器殼體705包括第一內部空間710A，第一內部空間710A與處理空間110A(示於圖1A中)和中心或第三內部空間710C選擇性地流體連通。配接器殼體705包括第二內部空間710B，第二內部空間710B與處理空間110B(示於圖1A中)和第三內部空間710C選擇性地流體連通。配接器殼體705包括第一閥715A，第一閥715A可操作性地控制處理空間110A與第三內部空間710C之間的流體連通。配接器殼體705亦包括第二閥715B，第二閥715B可操作性地控制處理空間110B與第三內部空間710C之間的流體連通。可分別藉由專用致動器720A與720B選擇性地打開與關閉第一閥715A與第二閥715B的各者。每個致動器720A、720B可耦接至控制器625，其獨立地控制打開與關閉閥715A和715B。在一個實施例中，當閥715A 與715B處於打開狀態時，處理空間110A與110B的一或兩者與第三內部空間710C流體連通。在另一個實施例中，當閥715A或715B中的一個關閉時，僅個別的處理空間(110A或110B)與第三內部空間710C流體連通。在一些實施例中，閥715A與715B可部分地打開以用作與處理空間110A和110B的各者一起之節流閥。
圖8是耦接至泵介面800的另一個實施例之兩個泵介面構件130的部分之概要側視截面圖。泵介面800包括兩個配接器殼體805A與805B，其具有個別的內部空間810A、810B。每個適配器殼體805A和805B耦接至專用真空泵525。內部空間810A與處理空間110A(示於圖1A中)選擇性地流體連通，以及內部空間810B與處理空間110B(示於圖1A中)選擇性地流體連通。配接器殼體805A包括第一閥815A，第一閥815A可操作性地透過泵送通道155而與處理空間110A選擇性地流體連通。同樣地，配接器殼體805A包括第二閥815B，第二閥815B可操作性地透過泵送通道155而與處理空間110B選擇性地流體連通。可分別藉由專用致動器820A與820B選擇性地打開與關閉第一閥815A與第二閥815B的各者。每個致動器820A、820B可耦接至控制器625，其獨立地控制打開與關閉閥815A和815B。
圖6-8中所示與所述的泵介面600、700與800的實施例提供使用了圖1A的雙腔室殼體100的處 理空間110A與110B的各者之獨立真空應用。可使用配接器殼體605、705與805A和805B以藉由個別閥的致動而提供獨立的流動方法(regime)。因此，可在處理空間110A與110B的各者中提供不同或相同的壓力。在一些實施例中，可關閉一個處理空間(即110A或110B)，使得可使用其他處理空間，如果需要的話，其提供了雙腔室殼體100的一個腔室之利用。
如本發明所述的雙腔室殼體100的實施例包括處理腔室硬體的軸對稱定位，其可改善處理空間110A與110B內部處理流動之均勻性/傳導性。雙腔室殼體100的模組化提供不同尺寸(即空間與(或)高度)的泵介面構件130易於移除與附接。例如，泵介面構件130可基於泵介面構件130的製造高度H(圖5)而於泵送通道155中包括可變的容積。高度H可基於基座505的行程長度。此外，在雙腔室殼體100的泵介面構件130提供三個溝槽150和大氣區域315以容納基板支撐件的元件、RF/DC供給、水管線路、氦供給線路(用於背側冷卻)及類似物。將對稱泵介面600、700或800與真空泵525安裝於泵介面構件130提供雙腔室殼體100的處理空間110A與110B的各者中的對稱流動與傳導性。此外，工具的佔地面積基本上是不變的。
本發明所述的雙腔室殼體100亦最小化或消除氣體傳導問題以及提供良好的處理控制與晶圓上的均勻性。雙腔室殼體100的基本軸對稱減少晶圓上的不對 稱性以及改善腔室內部的流動傳導性。此外，由雙腔室殼體100提供的解決方案是簡單、可擴展、可改造的且處理是透明的。藉由將腔室主體簡化成兩個分開的部分(一個是腔室主體105，而另一個是泵介面構件130)來最小化製造成本，其減少了處理問題、後處理問題、加工問題與(或)佔地面積問題中的一或多個。泵介面構件130促成的可變腔室空間提供改善的均勻性以及對於16奈米(nm)節點的控制以及未來維持/應用的擴展(小於10nm節點)。
雖然前面所述係針對本發明揭露的實施例，但在不背離本發明基本範圍下，可設計本發明揭露的其他與進一步的實施例，且本揭露的範圍由以下申請專利範圍界定。

Claims (20)

  1. 一種用於處理一基板的設備，該設備包括：一雙腔室殼體，該雙腔室殼體具有通過該雙腔室殼體形成的兩個開口；一第一泵介面構件，該第一泵介面構件與該雙腔室殼體中形成的該等兩個開口中的一個開口同軸地對齊；及一第二泵介面構件，該第二泵介面構件與該雙腔室殼體中形成的該等兩個開口中的另一個開口同軸地對齊，其中該等泵介面構件的各者包括與該等兩個開口的一中心線同心的三個通道，其中該雙腔室殼體是與該第一泵介面構件及該第二泵介面構件分隔的一部分。
  2. 如請求項1所述之設備，其中該等三個通道的各者具有實質上相等的一空間。
  3. 如請求項1所述之設備，其中該第一泵介面構件的該等三個通道的各者選擇性地與一真空泵連接。
  4. 如請求項3所述之設備，其中該第二泵介面構件的該等三個通道的各者選擇性地與該真空泵連接。
  5. 如請求項3所述之設備，其中該第一泵介面構件的該等三個通道的各者選擇性地與一第一真空泵連接以及該第二泵介面構件的該等三個通道的各者選擇性地與一第二真空泵連接。
  6. 如請求項1所述之設備，其中該第一泵介面構件與該第二泵介面構件耦接至具有一內部空間的一配接器殼體。
  7. 如請求項6所述之設備，其中該內部空間於該第一泵介面構件的該等三個通道與該第二泵介面構件的該等三個通道之間共用。
  8. 如請求項6所述之設備，其中該配接器殼體包括一第一殼體與一第二殼體。
  9. 如請求項8所述之設備，其中，該內部空間包括在該第一殼體內的一內部空間，該第一殼體內的該內部空間與該第二殼體內的一內部空間分隔。
  10. 一種用於處理一基板的設備，該設備包括：一雙腔室殼體；一模組化泵介面，該模組化泵介面包括至少兩個分隔的內部空間，該等至少兩個分隔的內部空間耦接至該雙腔室殼體且提供兩個分隔的處理空間於該雙腔室殼體內。
  11. 如請求項10所述之設備，其中該模組化泵介面包括：一第一泵介面構件，該第一泵介面構件與該雙腔室殼體中形成的兩個開口中的一個開口同軸地對齊；及一第二泵介面構件，該第二泵介面構件與該雙腔室殼體中形成的該等兩個開口中的另一個開口同軸地對齊。
  12. 如請求項11所述之設備，其中該等泵介面構件的各者包括與該等兩個開口的一中心線同心的三個通道。
  13. 如請求項12所述之設備，其中該第一泵介面構件的該等三個通道的各者包括實質上相等的一空間。
  14. 如請求項12所述之設備，其中該第二泵介面構件的該等三個通道的各者包括實質上相等的一空間。
  15. 如請求項12所述之設備，其中該第一泵介面構件的該等三個通道與該第二泵介面構件的該等三個通道包括實質上相等的一空間。
  16. 一種雙空間基板處理腔室，包括：一腔室主體，該腔室主體具有穿過該腔室主體形成的一第一開口與一第二開口；一第一泵介面構件，該第一泵介面構件與該第一開口的一中心線同軸地對齊，該第一泵介面構件具有平行於該中心線而於該第一泵介面構件中形成的複數個第一通道；及一第二泵介面構件，該第二泵介面構件與該第二開口的一中心線同軸地對齊且與該第一泵介面構件流體分隔，該第二泵介面構件具有平行於該中心線而於該第二泵介面構件中形成的複數個第二通道。
  17. 如請求項16所述之設備，其中該第一泵介面構件與該第二泵介面構件耦接至具有一內部空間的一配接器殼體。
  18. 如請求項17所述之設備，其中該內部空間於該第一泵介面構件的該複數個通道與該第二泵介面構件的該複數個通道之間共用。
  19. 如請求項17所述之設備，其中該配接器殼體包括一第一殼體與一第二殼體。
  20. 如請求項19所述之設備，其中，該內部空間包括在該第一殼體內的一內部空間，該第一殼體內的該內部空間與該第二殼體內的一內部空間分隔。
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