TWI802347B - 用於電漿處理中之均勻性控制的漸縮上電極 - Google Patents

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Abstract

一種用於基板處理系統的上電極包含一下表面。該下表面包含一第一部分與一第二部分，並且面向電漿。該第一部分包含具有第一厚度的一第一表面區域。該第二部分包含具有變化厚度的一第二表面區域，以使該第二部分從第二厚度轉變至該第一厚度。

Description

用於電漿處理中之均勻性控制的漸縮上電極
本揭露內容係關於用以控制基板處理系統中之處理均勻性的系統與方法。
在此所提供之先前技術說明乃係為了大致呈現本揭露內容背景之目的。在該先前技術段落中所述之目前列名發明人之工作、以及不可以其他方式認定為申請時之先前技術的實施態樣敘述皆不被明示或暗示地承認為針對本揭露內容之先前技術。
基板處理系統可用以處理例如半導體晶圓的基板。可在基板上執行的示範處理包含但不限於化學氣相沉積(CVD，chemical vapor deposition)、原子層沉積(ALD，atomic layer deposition)、導體蝕刻、介電質蝕刻、快速熱處理(RTP，rapid thermal processing)、離子植入、物理氣相沉積(PVD，physical vapor deposition)、及/或其他的蝕刻、沉積、或清潔處理。可將基板安置在位於基板處理系統之處理腔室內的基板支架(例如基座、靜電夾頭(ESC，electrostatic chuck)等等)上。在處理期間，可將氣體混合物導入到處理腔室內，並且可使用電漿來引發並維持化學反應。
處理腔室包含各種構件，其包含但不限於基板支架、氣體分佈裝置(例如噴淋頭，其亦可相當於上電極)、電漿限制遮板等等。基板支架可包含陶瓷層，其被安置以支撐晶圓。例如，可在處理期間將晶圓夾持於陶瓷層。基板支架可包含邊緣環，其被安置在基板支架的外部分周圍，該外部分係例如位於基板支架的周邊之外及/或鄰近基板支架的周邊。邊緣環可被設置以將電漿限制於基板上方的容積、使基板邊緣處理性能最佳化、保護基板支架免於被電漿所侵蝕等等。電漿限制遮板可被安置在基板支架與噴淋頭之各者周圍，以進一步將電漿限制在基板上方的容積內。
一種用於基板處理系統的上電極包含一下表面。該下表面包含一第一部分與一第二部分，並且面向電漿。該第一部分包含具有第一厚度的一第一表面區域。該第二部分包含具有變化厚度的一第二表面區域，以使該第二部分從第二厚度轉變至該第一厚度。
在其他特徵中，該第二厚度係相當於位在該上電極之中心處的該第二部分之高度。該第一部分具有第一半徑，該第二部分具有第二半徑，以及該第一半徑係大於該第二半徑。該第二半徑係對應於在該基板處理系統操作期間於該上電極下方所產生之電場的第三半徑。該第二半徑係大於或等於該第三半徑。
在其他特徵中，該第二表面區域為傾斜，以使該第二部分從該第二厚度漸縮至該第一厚度。該第二部分的坡度係對應於在該基板處理系統操作期間於該上電極下方所產生之電場。該第二表面區域為台階狀。該第二表面區域為彎曲狀。該第二表面區域為凸狀。該第二表面區域為片段直線狀。該上電極的頂點與隅角係按照0.5 mm-10 mm的半徑加以磨圓。該下表面更包含複數孔洞，該複數孔洞係設置成允許處理氣體從一氣體分佈裝置流動通過該上電極。
在其他特徵中，一種氣體分佈裝置包含該上電極。該氣體分佈裝置係相當於一噴淋頭。一種基板處理系統包含該氣體分佈裝置。
一種用於基板處理系統的氣體分佈裝置包含一桿部分與包含一上電極的一底部分。該上電極包含一下表面。該下表面包含一第一部分與一第二部分，並且面向電漿。該第一部分具有第一厚度並且包含平坦的一第一表面區域。該第二部分包含具有變化厚度的一第二表面區域，以使該第二部分從第二厚度轉變至該第一厚度。
在其他特徵中，該第二表面區域為傾斜，以使該第二部分從該第二厚度漸縮至該第一厚度。該第二表面區域為台階狀。該第二表面區域為彎曲狀。該第二表面區域為凸狀。該第二表面區域為片段直線狀。該上電極的頂點與隅角係按照0.5 mm-10.0 mm的半徑加以磨圓。
一種用於基板處理系統的上電極包含一第一部分與一第二部分，該第一部分具有一第一表面區域，以及該第二部分延伸超出該第一表面區域並且相對於該上電極之中心而對稱地設置。該第二部分具有一頂點與一外周邊，並且從該頂點往該外周邊漸縮。
在其他特徵中，該第一表面區域為平坦及/或凹狀。該頂點係與該上電極的該中心對正。該第一部分具有第一半徑，該第二部分具有第二半徑，以及該第一半徑係大於該第二半徑。該第二半徑係對應於在該基板處理系統操作期間於該上電極下方所產生之電場的第三半徑。該第二半徑係大於或等於該第三半徑。
在其他特徵中，該第二部分的坡度係對應於在該基板處理系統操作期間於該上電極下方所產生之電場。該第二部分為下列至少一者：台階狀、彎曲狀、凸狀、以及片段直線狀。該第一與第二部分係面向基板。該第一與第二部分之至少一者更包含複數孔洞，該複數孔洞係設置成允許處理氣體從一氣體分佈裝置流動通過該上電極。
由詳細說明、申請專利範圍、及圖式，本揭露內容之其他領域的可應用性將變得顯而易見。詳細說明與具體範例僅係為了例示之目的而提出，並非意指限制本揭露內容的範圍。
蝕刻處理的若干實施樣態可依照基板處理系統、基板、氣體混合物、溫度、射頻(RF，radio frequency)與RF功率等等的特性而變化。例如，流動型態、以及因此之蝕刻速率與蝕刻均勻性，可依照基板處理系統之處理腔室內的構件之尺寸而變化。在若干示範處理中，整體蝕刻速率係隨著基板之上表面與氣體分佈裝置之底表面之間的距離增加而變化。又，蝕刻速率可從基板之中心到基板之外周邊而變化。例如，在基板之外周邊，鞘彎曲以及離子入射角偏斜可能會引起高縱橫比接觸窗(HARC，high aspect ratio contact)輪廓偏斜，電漿密度降低可能會引起蝕刻速率與蝕刻深度下降(roll off)，以及與反應性物種(例如蝕刻劑及/或沉積前驅物)相關聯的化學負荷(chemical loading)可能會引起特徵關鍵尺寸(CD，critical dimension)不均勻性。又，例如蝕刻副產物的物質可被再沉積於基板上。蝕刻速率可依照其他處理參數而變化，該等處理參數包含但不限於RF與RF功率、溫度、以及橫越基板之上表面的氣體流動速度。
可能影響基板之處理的構件包含但不限於氣體分佈裝置(例如噴淋頭，其亦可相當於上電極)、電漿限制遮板、及/或包含底板、一或多個邊緣環、耦接環等等的基板支架。例如，介電質電漿蝕刻處理可使用具有面向電漿之平坦底表面的上電極。在若干應用中，高射頻(RF)電源(例如設置在60 MHz、40 MHz等等的RF電源)可能會在基板上方的處理容積中引起中心尖峰(center-peaked)電漿分佈。又，高偏壓功率(例如設置在400 kHz、2 MHz等等的偏壓功率)可能會在基板的邊緣區域中引起電漿密度尖峰(例如距離中心介於80-150 mm處的邊緣尖峰)。包含中心尖峰與邊緣尖峰的電漿分佈可被稱為『W』形徑向電漿不均勻性。
因此，不均勻的電漿分佈可能會引起不均勻的處理結果(例如蝕刻)。在若干應用(例如高縱橫比蝕刻應用)中，除了橫越基板的蝕刻不均勻性以外，徑向電漿不均勻性可能會造成輪廓偏斜。當縱橫比增加(例如大於50的縱橫比)時，輪廓偏斜的公差減小並且會期望極小的偏斜(例如小於0.1° )。
依照本揭露內容之原理的系統與方法係修改上電極的尺寸與幾何形狀(例如輪廓)，以控制徑向電漿分佈與均勻性。例如，使用具有漸縮(即，斜向、傾斜、偏斜、彎曲、成型等等)、面向電漿之下表面的上電極。在一範例中，上電極係在徑向上從中心朝向上電極之外周邊漸縮。在若干範例中，該漸縮可不延伸到上電極的外周邊，而係可停止在外周邊之徑向內側的一距離處。在其他範例中，該漸縮可延伸到上電極的外周邊。因此，上電極的厚度係基於從上電極之中心起算的徑向距離而變化。
可依照期望的徑向電漿分佈來選擇漸縮的尺寸(例如在上電極之徑向距離處的相應厚度、漸縮的半徑或長度等等)。例如，可依照在上電極之中心的尖峰電漿密度來決定漸縮的厚度。相反地，可依照徑向電漿密度梯度的長度尺度來決定漸縮的半徑或長度。選擇在上電極之中心之漸縮的厚度，以降低並消除在處理容積之中心的尖峰電漿密度，並且選擇漸縮的半徑或長度，以降低(即，消除)並且最小化在徑向上的電漿不均勻性。因此，可使高縱橫比蝕刻中之電漿不均勻性所引起的輪廓偏斜與蝕刻不均勻性最小化。
現在參考圖1，顯示一示範基板處理系統100。僅作為示範，基板處理系統100可用於執行使用RF電漿的蝕刻、沉積、及/或其他合適的基板處理。基板處理系統100包含處理腔室102，該處理腔室圍住基板處理系統100的其他構件並且容納RF電漿。基板處理腔室102包含上電極104以及例如靜電夾頭(ESC)的基板支架106。在操作期間，基板108被安置在基板支架106上。雖然特定的基板處理系統100與腔室102被顯示作為一範例，但本揭露內容的原理可被應用於其他類型的基板處理系統與腔室。
僅作為示範，上電極104可包含氣體分佈裝置，例如導入並且分佈處理氣體的噴淋頭109。噴淋頭109可包含桿部分，該桿部分包含連接至處理腔室之頂表面的一端。底部分通常為圓柱形，並且於徑向上從位在與處理腔室之頂表面隔開的位置處之桿部分的相反端朝外延伸。噴淋頭之底部分的面向基板表面或面板(faceplate)包含複數孔洞，處理氣體或吹掃氣體(purge gas)流過該複數孔洞。或者，上電極104可包含引導板，以及處理氣體可以另一方式被導入。依照本揭露內容之原理的上電極104可具有如在下文中所詳述之漸縮、面向電漿的下表面。
基板支架106包含作為下電極的導電性底板110。底板110支撐陶瓷層112。在若干範例中，陶瓷層112可包含加熱層，例如陶瓷多區加熱板。耐熱層114(例如接合層)可被安置在陶瓷層112與底板110之間。底板110可包含一或多個冷媒通道116，該冷媒通道用以使冷媒流過底板110。基板支架106可包含邊緣環118，該邊緣環被安置以圍繞基板108的外周邊。
RF產生系統120產生RF功率並且將其輸出至上電極104與下電極(例如基板支架106的底板110)之其中一者。上電極104與底板110之其中另一者可被DC接地、RF接地或浮動。僅作為示範，RF產生系統120可包含產生RF功率的RF功率產生器122，該RF功率係藉由匹配與分佈網路124而被饋送至上電極104或底板110。在其他範例中，可感應地或遠程地產生電漿。雖然，如為了示範目的所示，RF產生系統120係相當於電容耦合電漿(CCP，capacitively coupled plasma)系統，但本揭露內容的原理亦可實現在其他適當的系統中，例如，僅作為示範，變壓器耦合電漿(TCP，transformer coupled plasma)系統、CCP陰極系統、遠程微波電漿產生與輸送系統等等。
氣體輸送系統130包含一或多個氣體源132-1、132-2、…以及132-N(統稱為氣體源132)，於此處，N為大於零的整數。氣體源供應一或多個氣體混合物。氣體源亦可供應吹掃氣體。汽化前驅物亦可被使用。氣體源132係藉由閥134-1、134-2、…以及134-N(統稱為閥134)與質量流量控制器136-1、136-2、…以及136-N(統稱為質量流量控制器136)而連接至歧管140。歧管140的輸出被饋送至處理腔室102。僅作為示範，歧管140的輸出被饋送至噴淋頭109。
溫度控制器142可連接至複數加熱元件，例如安置在陶瓷層112中的熱控制元件(TCE，thermal control elements)144。例如，加熱元件144可包含但不限於對應於多區加熱板中之個別區域的大型加熱元件及/或配置橫越多區加熱板之多個區域的微型加熱元件之陣列。溫度控制器142可用以控制複數加熱元件144，以控制基板支架106與基板108的溫度分佈。
溫度控制器142可與冷媒組件146通訊，以控制通過通道116的冷媒流動。例如，冷媒組件146可包含冷媒幫浦與貯槽。溫度控制器142操作冷媒組件146，以選擇性地使冷媒流過通道116而冷卻基板支架106。
閥150與幫浦152可用以將蝕刻副產物從處理腔室102抽空。系統控制器160可用以控制基板處理系統100的構件。一或多個機器人170可用以將基板輸送到基板支架106上並且將基板從該基板支架移除。例如，機器人170可在EFEM 171與承載室172之間、在該承載室與VTM 173之間、在VTM 173與基板支架106之間等等傳送基板。雖然係顯示成分開的控制器，但溫度控制器142可實現於系統控制器160內。在若干範例中，保護密封件176可設置在位於陶瓷層112與底板110之間的接合層114的周邊周圍。
在若干範例中，處理腔室102可包含電漿限制遮板180，例如C形遮板。C形遮板180被安置在上電極104與基板支架106周圍，以將電漿限制在電漿區域182內。在若干範例中，C形遮板180包含半導體材料，例如矽(Si)或多晶矽。C形遮板180可包含一或多個槽孔184，該槽孔被安置以允許氣體流出電漿區域182，該電漿區域係待經由閥150與幫浦152而從處理腔室102排氣。
現在參考圖2，顯示包含基板支架204以及氣體分佈裝置208(例如噴淋頭)的一示範基板處理腔室200。基板支架204包含可作為下電極的底板212。相反地，氣體分佈裝置208可包含上電極216。在若干範例中，上電極216可包含內電極220與外電極224。例如，內電極220與外電極224可分別相當於盤及環狀環(即，外電極224圍繞內電極220的外緣)。為了簡單起見，如在此所使用，本揭露內容會將內電極220與外電極224統稱為上電極216。
底板212支撐陶瓷層228。陶瓷層228支撐基板232。在若干範例中，接合層236係安置在陶瓷層228與底板212之間，以及保護密封件240係設置在位於陶瓷層228與底板212之間的接合層236的周邊周圍。基板支架204可包含邊緣環242，該邊緣環被安置以圍繞基板232的外周邊。在若干範例中，處理腔室200可包含安置在上電極216周圍的電漿限制遮板244。上電極216、基板支架204(例如陶瓷層228)、邊緣環242、以及電漿限制遮板244界定出位在基板232上方的一處理容積(例如電漿區域)248。
如圖2所示，上電極216的下表面252為實質上平坦並且面向電漿。例如，下表面252為平坦，具有相對於處理腔室200的水平定向，並且平行於基板232與陶瓷層228。如在256處所顯示，具有平坦下表面252的上電極216造成中心尖峰電漿密度分佈(『電漿分佈』)。因此，電漿分佈為不均勻且包含中心尖峰260(即，相對於處理容積248與上電極216而位於中心之在垂直z方向上的密度尖峰)，並可在r方向(即，徑向)上減少。電漿分佈可更包含外尖峰264。圖2所示之電漿分佈可造成處理不均勻性，例如基板232(如在基板232之中間半徑區域中)的輪廓偏斜與蝕刻不均勻性。
例如，電漿分佈係由對應的RF電場(E場)分佈以及其到電漿中之功率蓄積(power deposition)所引起。E場分佈係取決於與施加之RF對應之所產生的電漿中的有效RF波長，因此E場分佈通常係與電漿分佈有關聯。例如，在圖2中，E場分佈可類似於在256處所顯示的電漿分佈。因此，E場分佈在與電漿分佈之中心尖峰260對應的區域中可為較大，並且在r方向上減少(即，隨著半徑增加而減少)。換言之，E場分佈在某距離上係表現出徑向衰減。
在CCP系統中，用以產生電漿的RF功率產生垂直方向上之E場分佈的電容分量Ez，此引起電容電漿加熱。因此，當有效RF波長接近或小於基板半徑時，在電漿分佈之中心尖峰260的區域中，電容電漿加熱係被增加。相反地，在中心尖峰260的區域中，徑向上之E場分佈的電感分量Er實質上為零。換言之，與圖2所示之電漿分佈對應的E場分佈可相當於E = Ez，於此處，在中心尖峰260的區域中，Er = 0。
現在參考圖3，顯示包含基板支架304與氣體分佈裝置308(例如噴淋頭)的另一示範基板處理腔室300。基板支架304包含可作為下電極的底板312。相反地，氣體分佈裝置308可包含上電極316。在若干範例中，上電極316可包含內電極320與外電極324。例如，內電極320與外電極324可分別相當於同心的盤及環(即，外電極324圍繞內電極320的外緣)。為了簡單起見，如在此所使用，本揭露內容會將內電極320與外電極324統稱為上電極316。
底板312支撐陶瓷層328。陶瓷層328支撐基板332。在若干範例中，接合層336係安置在陶瓷層328與底板312之間，以及保護密封件340係設置在位於陶瓷層328與底板312之間的接合層336的周邊周圍。基板支架304可包含邊緣環342，該邊緣環被安置以圍繞基板332的外周邊。在若干範例中，處理腔室300可包含安置在上電極316周圍的電漿限制遮板344。上電極316、基板支架304(例如陶瓷層328)、邊緣環342、以及電漿限制遮板344界定出位在基板332上方的一處理容積(例如電漿區域)348。
如圖3所示，上電極316的下表面352為漸縮並且面向電漿。例如，下表面352包含具有第一厚度且通常為平坦的第一部分356、以及漸縮(即傾斜)的第二部分360。第二部分360隨著半徑R(即，從中心364起算的距離)增加而從位在下表面352之中心364處的高度H開始減少。因此，第二部分360的厚度隨著半徑增加而變化(例如減少)。如在368處所顯示，具有漸縮下表面352的上電極316抑制電漿分佈的中心尖峰。換言之，如圖3所示的電漿分佈並不包含如圖2所示的中心尖峰260。又，漸縮的第二部分360促進從小間隙區域(即，在中心區域372中)到大間隙區域(即，在外區域376中)的電漿擴散，並因此降低在中心區域372中的電漿密度。
與圖2的範例相比，漸縮下表面352在中心區域372中造成垂直方向上的降低電容E場分量Ez並且產生徑向上的非零電感E場分量Er。電感分量Er提供感應電漿加熱，此有效產生電漿。又，電感分量Er係隨著半徑R增加而增加。因此，由於電感分量Er係隨著半徑而增加且電容分量Ez係隨著半徑而減少，所以電感分量Er補償因電容分量Ez減少所引起之電漿分佈與加熱的變動。換言之，對應於圖3所示之電漿分佈的E場E可相當於E = Ez + Er，此係結合電容分量Ez與電感分量Er兩者並因此導致具有受抑制之中心尖峰的更均勻電漿分佈。
現在參考圖4，顯示包含基板支架404與氣體分佈裝置408(例如噴淋頭)的另一示範基板處理腔室400。基板支架404包含可作為下電極的底板412。相反地，氣體分佈裝置408可包含上電極416。在若干範例中，上電極416可包含內電極420與外電極424。例如，內電極420與外電極424可分別相當於同心的盤及環(即，外電極424圍繞內電極420的外緣)。為了簡單起見，如在此所使用，本揭露內容會將內電極420與外電極424統稱為上電極416。
底板412支撐陶瓷層428。陶瓷層428支撐基板432。在若干範例中，接合層436係安置在陶瓷層428與底板412之間，以及保護密封件440係設置在位於陶瓷層428與底板412之間的接合層436的周邊周圍。基板支架404可包含邊緣環442，該邊緣環被安置以圍繞基板432的外周邊。在若干範例中，處理腔室400可包含安置在上電極416周圍的電漿限制遮板444。上電極416、基板支架404(例如陶瓷層428)、邊緣環442、以及電漿限制遮板444界定出位在基板432上方的一處理容積(例如電漿區域)448。
如圖4所示，上電極416的下表面452為漸縮並且面向電漿。例如，下表面452包含具有第一厚度且通常為平坦的第一部分456、以及漸縮(即傾斜)的第二部分460。第二部分460隨著半徑R(即，從中心464起算的距離)增加而從位在下表面452之中心464處的高度H開始減少。因此，第二部分460的厚度隨著半徑增加而變化(例如減少)。如在468處所顯示，具有漸縮下表面452的上電極416抑制電漿分佈的中心尖峰。換言之，如圖4所示的電漿分佈並不包含如圖2所示的中心尖峰260。又，漸縮的第二部分460促進從小間隙區域(即，在中心區域472中)到大間隙區域(即，在外區域476中)的電漿擴散，並因此降低在中心區域472中的電漿密度。
類似於圖3之範例，在中心區域472中，漸縮下表面452造成垂直方向上的降低電容E場分量Ez並且產生徑向上的非零電感E場分量Er。因此，由於電感分量Er係隨著半徑而增加且電容分量Ez係隨著半徑而減少，所以電感分量Er補償因電容分量Ez減少所引起之電漿分佈與加熱的變動。與圖3的範例相比，相較於第二部分360的漸縮部，第二部分460的漸縮部具有較小的坡度並且較為平緩(即，隨著半徑增加，第二部分460的厚度係以較低的速率或角度減少)。因此，橫越基板432的電漿密度均勻性與輪廓偏斜被改善。
如圖3與4所示，可依照各處理腔室300與400中之E場與電漿分佈的特性來選擇第二部分360與460的尺寸(例如高度H、半徑R、坡度之角度等等)。例如，可依照中心區域372與472中之E場與電漿密度的最大數值來選擇第二部分360與460的高度H。相反地，可依照對應之E場與電漿密度梯度的半徑來選擇第二部分360與460的半徑R。在一範例中，半徑R可大於或等於E場與電漿徑向梯度的長度尺度。舉例而言，若E場與電漿密度的徑向衰減達到位於75 mm的低谷，則第二部分360或460的半徑R可為至少75 mm。在其他範例中，第二部分360與460的各自坡度可與E場及電漿密度的坡度對應。換言之，隨著E場及電漿密度徑向地衰減，第二部分360或460的高度H可與E場及電漿密度的衰減成比例而徑向地減少。
以此方式，可依照特定處理腔室的操作特性來選擇上電極316/416的尺寸。舉例來說，(例如就所安裝的習知上電極而言)最初可觀察並且量測到例如電漿分佈、E場等等的特性。之後可基於所量測到的腔室操作特性，決定依照本揭露內容之原理的上電極之尺寸。在若干範例中，上電極316/416的頂點與隅角(舉例而言，例如位在頂點380/480的斜向轉變處)可按照0.5 mm-10.0 mm的半徑加以磨圓(rounded)。
如圖5A、5B、以及5C所示，上電極500可包含設置成修改電漿分佈的其他示範下表面504-1、504-2、以及504-3(統稱為下表面504)。舉例而言，如圖5A所示，上電極500的下表面504-1可為台階狀或階梯狀。換言之，下表面504-1可具有從上電極500之中心區域508到該上電極之外區域512以台階方式減少的厚度。如圖5B所示，上電極500的下表面504-2可為彎曲狀(例如凸狀)。換言之，下表面504-2可具有從上電極500之中心區域508到該上電極之外區域512以曲線方式減少的厚度。如圖5C所示，下表面504-3可以片段直線方式形成斜向或傾斜。換言之，下表面504-3可具有從上電極500之中心區域508到該上電極之外區域512以不同角度減少及/或增加的厚度。例如，下表面504-3的厚度，在中心區域508中可以第一角度減少，在中內區域516中可以第二角度減少，在中外區域520中可以第三角度增加，以及在外區域512中可以第四角度減少。因此，可依照特定基板處理腔室中的電漿分佈特性來選擇與設置下表面504。在若干範例中，上電極500及下表面504的頂點與隅角可按照0.5 mm-10.0 mm的半徑加以磨圓。
如圖6A與6B所示，上電極600可包含設置成修改電漿分佈的其他示範下表面604-1與604-2(統稱為下表面604)。舉例而言，如圖6A所示，上電極600的下表面604-1，在中心區域608中可為彎曲狀(例如凸狀)以及在外區域612中可為凹狀。換言之，下表面604-1係從凸狀中心區域608轉變至凹狀外區域612，且中心區域608與凹狀區域612兩者在厚度上皆會變化。例如，下表面604-1可具有從中心區域608至外區域612中以曲線方式減少且然後從外區域612到邊緣區域616增加的厚度。在圖6A所示的邊緣區域616中，下表面604-1可為平坦。
如圖6B所示，上電極600的下表面604-2，在中心區域608中可為漸縮(例如傾斜)以及在外區域612中可為凹狀。換言之，下表面604-2係從漸縮中心區域608轉變至凹狀外區域612，且中心區域608與凹狀區域612兩者在厚度上皆會變化。例如，下表面604-2可具有從中心區域608到外區域612中以直線方式減少且然後從外區域612到邊緣區域616增加的厚度。在圖6B所示的邊緣區域616中，下表面604-2可為凸狀、被形成圓角(radiused)、被磨圓等等。
先前描述在本質上僅為說明性的，而絕非意圖限制本揭露內容、其應用、或用途。本揭露內容之廣泛教示可以各種形式實施。因此，雖然本揭露內容包括特定範例，但由於當研究圖式、說明書、與以下申請專利範圍時，其他變化將變得顯而易見，故本揭露內容之真實範疇不應如此受限。應理解，在不改變本揭露內容之原理的情形下，方法中之一或更多步驟可以不同次序(或同時)執行。再者，雖然實施例之每一者係於以上描述為具有某些特徵，但關於本揭露內容之任何實施例所述該等特徵之任何一或更多者可在任何其他實施例中實施、及/或與其特徵組合(即使並未明確描述該組合)。換言之，所述實施例並非相互排斥，且一或更多實施例彼此的置換維持在本揭露內容之範疇中。
元件 (例如，在模組、電路元件、半導體層等) 之間的空間與功能上的關係乃使用包括「連接」、「接合」、「耦合」、「鄰近」、「在…旁」、「在…之上」、「上方」、「下方」、與「設置」之各種術語描述。除非明確地描述為「直接」之情形下，否則當於上述揭露內容中描述第一與第二元件之間的關係時，該關係可為在第一與第二元件之間不存在其他中介元件之直接關係，但亦可為在第一與第二元件之間存在一或更多中介元件(空間上或功能上)的間接關係。如本文所用，詞組「A、B、與C之至少一者」應解釋成意指使用非排除性邏輯OR之邏輯(A OR B OR C)，且不應解釋成代表「A之至少一者、B之至少一者、與C之至少一者」。
在若干實施例中，控制器為系統的部分，該系統可為上述範例的部分。此種系統可包含半導體處理設備，其包含處理工具、腔室、處理用平台、及/或特定處理構件(晶圓基座、氣體流動系統等等)。這些系統可與電子元件整合在一起，該電子元件用以在處理半導體晶圓或基板之前、期間、以及之後，控制這些系統的操作。該電子元件可被稱為『控制器』，其可控制該系統的各種構件或子部件。可根據處理需求及/或系統類型，將該控制器程式化，以控制在此所揭露之任何處理，其包含處理氣體的輸送、溫度設定(例如，加熱及/或冷卻)、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻(RF)產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流率設定、流體輸送設定、位置與操作設定、進入及離開與一特定系統連接或介接之一工具及其他搬運工具及/或負載室的晶圓搬運。
大體而言，該控制器可被定義為具有各種積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體的電子元件，其接收指令、發出指令、控制操作、進行清潔操作、進行終點測量等等。該積體電路可包含具有韌體形式而儲存有程式指令的晶片、數位信號處理器(DSP，digital signal processor)、被定義為特定用途積體電路(ASIC，application specific integrated circuits)的晶片、及/或一或多個微處理器、或執行程式指令(例如軟體)的微控制器。程式指令可為以各種獨立設定值(或程式檔案)形式傳送至控制器的指令，以定義用以在半導體晶圓上或對一系統實現特定處理的操作參數。在若干實施例中，這些操作參數可為製程工程師所定義之配方的部分，以在晶圓之一或多個層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或晶粒的加工期間實現一或多個處理步驟。
在若干實施例中，該控制器可為電腦的一部分或耦合至該電腦，該電腦係與該系統整合在一起，或耦合至該系統，或網路連接至該系統，或為其組合。例如，該控制器可位在「雲端(cloud)」中或為晶圓廠主電腦系統的全部或一部分，此可允許晶圓處理的遠端存取。該電腦可對該系統進行遠端存取，以監視加工操作的當前進度、檢查過去加工操作的歷史、從複數加工操作來檢查趨勢或性能指標、改變當前處理的參數、依當前處理來設定處理步驟、或開始新的處理。在若干範例中，遠端電腦(例如伺服器)可透過網路將處理配方提供給系統，該網路可包含區域網路或網際網路。該遠端電腦可包含使用者介面，其可進行參數及/或設定值的輸入或程式化，這些參數及/或設定值之後從該遠端電腦傳送至該系統。在若干範例中，該控制器接收具有資料形式的指令，該指令規定待於一或多個操作期間執行之每一處理步驟的參數。吾人應瞭解這些參數可特定於待執行之處理的類型以及該控制器所介接或控制之工具的類型。因此，如上所述，可以下列方式來分配該控制器：例如藉由包含以網路連接在一起並且為一共同目的(例如在此所述的處理與控制)而運作的一或多個分離控制器。為此種目的而分配的控制器之一範例可為在腔室上之一或多個積體電路，該積體電路係與遠端設置(例如平台等級或作為遠端電腦之部分)的一或多個積體電路通信，以聯合控制腔室上的處理。
示範的系統可包含但不限於電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉清洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、清潔腔室或模組、斜邊蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積(PVD)腔室或模組、化學氣相沉積(CVD)腔室或模組、原子層沉積(ALD)腔室或模組、原子層蝕刻(ALE，atomic layer etch)腔室或模組、離子植入腔室或模組、塗佈顯影(track)腔室或模組、以及可聯合或用於半導體晶圓之加工及/或製造的任何其他半導體處理系統。
如上所述，根據待由該工具所執行的處理步驟，該控制器可與下列其中一或多者進行通信：其他工具電路或模組、其他工具構件、群集(cluster)工具、其他工具介面、相鄰工具、鄰近工具、設置遍布於工廠的工具、主電腦、另一控制器、或用於原料運送而將晶圓容器運至與運離半導體製造廠中之工具位置及/或裝載通道的工具。
100:基板處理系統 102:處理腔室 104:上電極 106:基板支架 108:基板 109:噴淋頭 110:底板 112:陶瓷層 114:耐熱層 116:冷媒通道 118:邊緣環 120:RF產生系統 122:RF功率產生器 124:匹配與分佈網路 130:氣體輸送系統 132-1:氣體源 132-2:氣體源 132-N:氣體源 134-1:閥 134-N:閥 136-1:質量流量控制器 136-N:質量流量控制器 140:歧管 142:溫度控制器 144:加熱元件 146:冷媒組件 150:閥 152:幫浦 160:系統控制器 170:機器人 171:EFEM 172:承載室 173:VTM 176:保護密封件 180:電漿限制遮板 182:電漿區域 184:槽孔 186:氣溶膠輸送系統 200:基板處理腔室 204:基板支架 208:氣體分佈裝置 212:底板 216:上電極 220:內電極 224:外電極 228:陶瓷層 232:基板 236:接合層 240:保護密封件 242:邊緣環 244:電漿限制遮板 248:處理容積 252:下表面 260:中心尖峰 264:外尖峰 300:基板處理腔室 304:基板支架 308:氣體分佈裝置 312:底板 316:上電極 320:內電極 324:外電極 328:陶瓷層 332:基板 336:接合層 340:保護密封件 342:邊緣環 344:電漿限制遮板 348:處理容積 352:下表面 356:第一部分 360:第二部分 364:中心 372:中心區域 376:外區域 380:頂點 400:基板處理腔室 404:基板支架 408:氣體分佈裝置 412:底板 416:上電極 420:內電極 424:外電極 428:陶瓷層 432:基板 436:接合層 440:保護密封件 442:邊緣環 444:電漿限制遮板 448:處理容積 452:下表面 456:第一部分 460:第二部分 464:中心 472:中心區域 476:外區域 480:頂點 500:上電極 504-1:下表面 504-2:下表面 504-3:下表面 508:中心區域 512:外區域 516:中內區域 520:中外區域 600:上電極 604-1:下表面 604-2:下表面 608:中心區域 612:外區域 616:邊緣區域
本揭露內容將由詳細說明與附圖而變得更受到完整瞭解，其中：
圖1係依照本揭露內容之原理的一示範基板處理系統；
圖2係一示範基板處理腔室；
圖3係依照本揭露內容之原理的一基板處理腔室，該基板處理腔室包含一示範上電極；
圖4係依照本揭露內容之原理的一基板處理腔室，該基板處理腔室包含另一示範上電極；以及
圖5A、5B、以及5C係依照本揭露內容之原理的示範上電極。
圖6A與6B係依照本揭露內容之原理的示範上電極。
在圖式中，參考符號可重複使用以指示相似及/或相同的元件。
600:上電極
604-1:下表面
608:中心區域
612:外區域
616:邊緣區域

Claims (18)

  1. 一種用於基板處理系統的上電極，該上電極包含：一下表面，其中該下表面包含一中心區域，其厚度從該上電極的中心至第一半徑係減少的，一凹狀外區域，其厚度從該第一半徑至第二半徑係變化的，該第二半徑係大於該第一半徑，其中從該第一半徑至該第二半徑的徑向距離係大於該第一半徑，一邊緣區域，從該第二半徑延伸至第三半徑，該第三半徑係大於該第二半徑，以及複數孔洞，係設置成允許處理氣體流動通過該上電極，其中該第一半徑、該第二半徑及該第三半徑係選擇以將基板處理期間在該上電極與基板支架之間產生的電漿分佈的徑向不均勻性最小化，其中該上電極的厚度係選擇以抑制該電漿分佈的中心尖峰，以及其中該邊緣區域的厚度係選擇以減低該電漿分佈的邊緣尖峰。
  2. 如請求項1之用於基板處理系統的上電極，其中該上電極的該厚度在該上電極的該中心處係最大的。
  3. 如請求項1之用於基板處理系統的上電極，其中位於該邊緣區域內側的全體該下表面係曲線的。
  4. 如請求項1之用於基板處理系統的上電極，其中隨著距離該中心區域的徑向距離增加，該下表面從該外區域中的凹狀轉變為該邊緣區域中的平坦。
  5. 如請求項1之用於基板處理系統的上電極，其中該中心區域從該上電極的該中心漸縮至該第一半徑。
  6. 如請求項1之用於基板處理系統的上電極，其中該第一半徑係對應於在該基板處理系統操作期間於該上電極下方所產生之電場的半徑。
  7. 如請求項6之用於基板處理系統的上電極，其中該第一半徑係大於或等於該電場的該半徑。
  8. 一種基板處理腔室，其包含噴淋頭及請求項1之該上電極。
  9. 如請求項8之基板處理腔室，更包括該基板支架，其中該上電極係位於該基板支架上方且面向該基板支架。
  10. 一種用於基板處理腔室的噴淋頭，包括：一上電極，具有下表面；複數孔洞，位於該下表面中，該複數孔洞係設置成允許處理氣體從該噴淋頭流動通過該上電極並且進入該基板處理腔室； 一中心區域，其厚度從該上電極的中心至第一半徑係減少的；一外區域，其中該外區域係位於該中心區域的徑向外側，該外區域係凹狀的，該外區域的厚度從該第一半徑至第二半徑係變化的，該第二半徑係大於該第一半徑，以及從該第一半徑至該第二半徑的徑向距離係大於該第一半徑；以及一邊緣區域，從該第二半徑延伸至第三半徑，使得該外區域位於該中心區域與該邊緣區域之間，其中該第一半徑、該第二半徑及該第三半徑係選擇以將基板處理期間在該上電極與該基板支架之間產生的電漿分佈的徑向不均勻性最小化，其中該上電極的厚度係選擇以抑制該電漿分佈的中心尖峰，以及其中該邊緣區域的厚度係選擇以減低該電漿分佈的邊緣尖峰。
  11. 如請求項10之用於基板處理腔室的噴淋頭，其中該上電極的該厚度在該上電極的該中心處係最大的。
  12. 如請求項11之用於基板處理腔室的噴淋頭，其中該邊緣區域的該厚度係大於該外區域的該厚度。
  13. 如請求項10之用於基板處理腔室的噴淋頭，其中位於該邊緣區域內側的全體該下表面係曲線的。
  14. 如請求項10之用於基板處理腔室的噴淋頭，其中隨著距離該中心區域的徑向距離增加，該下表面從該外區域中的凹狀轉變為該邊緣區域中的平坦。
  15. 如請求項10之用於基板處理腔室的噴淋頭，其中該中心區域從該上電極的該中心漸縮至該第一半徑。
  16. 如請求項10之用於基板處理腔室的噴淋頭，其中該第一半徑係對應於在該基板處理腔室操作期間於該上電極下方所產生之電場的半徑。
  17. 如請求項16之用於基板處理腔室的噴淋頭，其中該第一半徑係大於或等於該電場的該半徑。
  18. 一種基板處理腔室，其包含請求項10之該噴淋頭。
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