TWM464809U - 聚焦環節段與元件 - Google Patents

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Jared Ahmad Lee
Paul Reuter
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Applied Materials Inc
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    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32623—Mechanical discharge control means
    • H01J37/32642—Focus rings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F1/00—Etching metallic material by chemical means
    • C23F1/08—Apparatus, e.g. for photomechanical printing surfaces

Description

聚焦環節段與元件
本創作的實施例大體而言係關於用在等離子體處理室中的節段式聚焦環組件。
半導體的持續演變要求在襯底上對越來越小的特徵(feature)進行圖案化。隨著特徵的尺寸縮減，製造商在維持對裝置的特性和性能的控制方面面臨挑戰。維持對半導體襯底上的特徵的臨界尺寸的控制是用來形成該等特徵的刻蝕處理的基本要求。在等離子體刻蝕處理期間，臨界尺寸(CD)可能是柵極結構、溝槽或過孔(via)的寬度等。
隨著技術節點的前進以及臨界尺寸的縮減，越來越多的注意力放在了把襯底上的邊緣排除部(edge-exclusion)的量減小上。邊緣排除部指的是襯底的邊緣附近的區域，該區域中不形成特徵或裝置。減小邊緣排除部給在離襯底的邊緣更近處形成更多裝置提供了空間。隨著在離邊緣更近的地方形成結構，在刻蝕處理期間維持整個襯底上的CD均勻性變得更難。CD非均勻性的一個常見形式被稱為「邊緣滾降(edge roll-off)」，「邊緣滾降」特性在於襯底的邊緣附近CD控制發生顯著的降低。另外，CD偏差，即隨著相繼刻蝕掉一些層 而造成的CD改變，也在邊緣附近降低。
當前的等離子體刻蝕處理試圖藉由在襯底的邊緣附近提供「聚焦環」來解決此種問題，聚焦環具有與襯底類似的組分。人們認為，聚焦環表現為正被刻蝕的膜的「延伸部」並且聚焦環促進了刻蝕副產品微粒在整個襯底上含量均勻。如此進而促進了更為均勻的刻蝕速率。但是在某些室設計方案中，沒有足夠的空間來容納傳統的聚焦環。
因此需要傳統聚焦環的替代品。
本創作的實施例包括聚焦環節段(focus ring segment)和節段式聚焦環組件。在一種實施例中，聚焦環節段包括弧形主體，該主體具有下部環節段、中部環節段、頂部環節段和唇緣。下部環節段具有底表面，中部環節段也具有底表面，其中中部環節段在中部環節段的底表面處連接到下部環節段並且中部環節段在下部環節段的上方水平地延伸。頂部環節段具有底表面，其中頂部環節段在頂部環節段的底表面處連接到中部環節段。唇緣在中部環節段的上方水平地延伸，其中唇緣朝著聚焦環節段的中心線在徑向向內傾斜。
在另一種實施例中，節段式聚焦環元件包括至少一個第一環節段和第二環節段。該等環節段各自包括弧形主體，該 主體具有下部環節段、中部環節段、頂部環節段和唇緣。下部環節段具有底表面，且中部環節段也具有底表面，其中中部環節段在中部環節段的底表面處連接到下部環節段並且中部環節段在下部環節段的上方水平地延伸。頂部環節段具有底表面，其中頂部環節段在頂部環節段的底表面處連接到中部環節段。唇緣在中部環節段的上方水平地延伸，其中唇緣朝著聚焦環節段的中心線在徑向向內傾斜。
圖1是根據本創作的一種實施例，具有節段式聚焦環元件102的處理室100的示意性剖視圖。處理室100具有室主體140，室主體包括側壁104和底部106。蓋子142佈置在室主體140上並封閉處理體積108。處理室100被耦合到氣體源110、真空泵112和電源114。
襯底支撐組件116大體上佈置在處理室100的處理體積108內。襯底支撐組件116包括襯底支撐件118，襯底支撐件佈置在襯底支撐支座(pedestal)138上。襯底支撐支座138佈置在室底部106上。在處理期間，襯底支撐件118支撐襯底120。
聚焦環元件102被支撐在襯底支撐組件116上，並且聚焦環元件102與襯底支撐件118的邊緣144接合。聚焦環組件102的尺寸被設置成緊密地圍繞襯底120而被限定到預定 區域，襯底120在該區域中被佈置在襯底支撐件118上，使襯底在處理期間不會顯著地滑動或運動。
在一種實施例中，處理室100包括抬升(lift)環132，抬升環具有複數個抬升指狀物(finger)134。抬升環132被耦合到致動器136(例如直線致動器或電動機)，該致動器能夠對抬升環132在處理體積108內的垂直升高進行控制。抬升指狀物134被構造成：當抬升環132處於傳送位置(未圖示)的時候，在襯底支撐元件116與襯底傳送裝置(例如機器人)之間傳送襯底。抬升指狀物134與切除部146對準，該等切除部146形成於襯底支撐組件116中，以使襯底120在襯底支撐組件116上方的傳送位置與佈置在襯底支撐件118上的處理位置之間運動。
氣體入口，例如噴嘴或氣體分配板(在圖1中被圖示成氣體分配板122)，被用來把處理氣體和其他氣體提供到處理體積108中。氣體分配板122在襯底支撐組件116上方佈置在室100中。氣體分配板122可以包括複數個氣體通道124。
在圖1所示的實施例中，氣體源110提供氣體，該等氣體經過氣體分配板122進入處理體積108。處理氣體經過氣體分配板122向襯底支撐組件116流動，並且處理氣體經過位於處理室100的底部106的排出埠126而由真空泵112排空。節流閥128被佈置在排出埠126中，並且節流閥128被與真空泵112結合使用以控制處理體積108中的壓力。
在圖1所示的實施例中，氣體分配板122經過匹配線路130而連接到電源114。電能經過匹配線路130而被提供到氣體分配板122，以對處理室100中提供的處理氣體和其他氣體通電來在該等處理氣體和其他氣體中形成及/或維持等離子體。
圖2是襯底支撐件118的俯視圖，襯底支撐件具有由虛線所示的聚焦環元件102。在一種實施例中，聚焦環元件102具有複數個環節段，該複數個環節段在圖中被表示成兩個大的環節段200和一個小的環節段202。該等環節段200、202被間隔開，以有利地使抬升環132的抬升指狀物134能夠經過聚焦環組件102，從而使該等抬升指狀物134能夠把襯底120在處理位置(如圖1所示)與襯底支撐件118上方間隔開的傳送位置之間運動。
聚焦環元件102的各個環節段200、202包括弧形的主體220。每隔弧形主體220可以由鋁、石英或任何其他合適的材料製造。在圖2所示的實施例中，聚焦環元件102具有兩個大的環節段200和一個小的環節段202。
聚焦環組件102的該等環節段200、202被佈置成與襯底支撐件118的中心線同心的極性陣列。該等環節段200、202被排列成形成環形，其中相鄰的環節段200、202被間隔開，以暴露出切除部146的足夠大的部分，使得當襯底120從襯底支撐件118抬升和向襯底支撐件放下時，抬升指狀物134 能夠經過該等環節段200、202之間。
圖3和圖4是根據本創作一種實施例，大的環節段200和小的環節段202的仰視圖。在一種實施例中，大的環節段200具有弧形角度「A」，該角度在大約63度與大約73度之間，例如68度。小的環節段202具有弧形「B」，弧形「B」在大約39度與大約49度之間，例如44度。大的環節段200和小的環節段202都包括形成於主體220的底表面中的孔206和弧形的槽208，如下文中參考圖5所述。孔206和槽208被構造成接納從襯底支撐件118延伸的襯底支撐銷(未圖示)，以使聚焦環組件102的該等環節段200、202與襯底支撐組件116對準。槽208具有寬度C，該寬度大約是弧形節段D的長度的兩倍，限定了槽208的長度。在一種實施例中，C在大約0.26英寸與大約0.28英寸之間，例如0.27英寸；D在大約0.13英寸與大約0.15英寸之間，例如0.14英寸。槽208的弧形使得環節段200、202能夠在不失去與襯底支撐件118的同心性或者顯著改變內徑的情況下顯著擴大。
圖5是沿圖3或圖4中經過孔206的剖切線所取的聚焦環組件102的剖視圖。為了便於說明，元件符號500既表示大的環節段200，也表示小的環節段202，下文中稱為節段500。每個節段500的主體220包括外壁502、下部環節段504、中部環節段506和頂部環節段508。下部環節段504、中部環節段506和頂部環節段508大體上在與該節段的中心 線(CL)垂直的平面中堆疊，把節段500的弧形限定成組成主體220的一個整體結構。外壁502具有高度E，該高度在大約0.60英寸與0.70英寸之間，例如0.65英寸。下部環節段504具有底表面512和下部環節段內壁524，其中底表面512也限定了節段500的底表面。外壁502與底表面512以圓角相交，該圓角的半徑在大約0.01英寸與大約0.11英寸之間，例如0.06英寸。底表面512與下部環節段的內壁524以圓角相交，該圓角的半徑在大約0.01英寸與大約0.07英寸之間，例如0.02英寸。下部環節段504具有高度F，該高度被限定在中部環節段506的底表面510與下部環節段504的底表面512之間，該高度大小在大約0.21英寸與大約0.31英寸之間，例如0.26英寸。下部環節段504具有外直徑G，外直徑G大小在大約13.70英寸與大約13.80英寸之間，例如13.75英寸。在一種實施例中，外直徑G也是節段500的外直徑。下部環節段504具有內直徑H，內直徑H大小在大約12.58英寸與大約12.68英寸之間，例如12.63英寸。
中部環節段506具有高度I，該高度被限定在頂部環節段508的底表面514與中部環節段506的底表面510之間，該高度大小在大約0.18英寸與大約0.28英寸之間，例如0.23英寸。底表面510與下部環節段的內壁524以圓角相交，該圓角的半徑在大約0.01英寸與大約0.07英寸之間，例如0.02英寸。中部環節段506具有內直徑J，內直徑J大小在大約11.91英寸與大約12.01英寸之間，例如11.96英寸。有利的 是內直徑J小於內直徑H，使底表面510能夠由襯底支撐元件116支撐，同時離襯底120較近以保護襯底支撐元件116不受處理環境影響。
在一種實施例中，如圖5所示，中部環節段506的底表面510中形成有孔206。孔206具有直徑K，該直徑的尺寸與槽208的直徑D相同。孔206具有內部高度L，高度大小在大約0.15英寸與大約0.25英寸之間，例如0.20英寸。儘管圖5中未圖示，但是槽208也形成在中部環節段506的底表面510中。
頂部環節段508具有頂表面518和唇緣520。頂部環節段508的頂表面518也限定了節段500的頂表面。頂部環節段508具有內直徑M，內直徑M大小在大約11.79英寸與大約11.89英寸之間，例如11.84英寸。唇緣520在中部環節段506的內側向節段500的中心線水平地延伸。唇緣520具有傾斜的內表面522，該表面從頂表面518向節段500的中心線在徑向向內且向下延伸，並且該表面與頂部環節段508的底表面514相交。
傾斜的內表面522與頂表面518以圓角相交，該圓角的半徑在大約0.01英寸與大約0.11英寸之間，例如0.06英寸。外壁502與頂表面518以圓角相交，該圓角的半徑在大約0.01英寸與大約0.11英寸之間，例如0.06英寸。傾斜的內表面522與頂表面518限定了角度N，該角度在大約70度與大約 80度之間，例如75度。傾斜的內表面522使可能相對於襯底支撐件118略微失準的襯底能夠被導向與襯底支撐件118最好更為同心的位置。唇緣520以內的與內直徑M對應的區域有利地形成了襯底接納凹部，該凹部緊密地配合在襯底120周圍。在一種實施例中，襯底接納凹部被構造成：藉由防止襯底120與襯底支撐元件116的中心顯著失準，來增強溫度均勻性。另外，有利的是選擇內直徑M來提供與襯底120的相當緊密的配合，從而改良處理均勻性結果，同時使襯底支撐件118暴露於處理環境的面積盡可能小。
由於各個節段200、202之間的尺寸(即，各個節段的直徑)的均勻性對於增強把襯底120在襯底支撐件118的表面上均勻定位以及襯底120上方的等離子體均勻性而言是重要的，所以該等節段200、202可以從單一的環來製造，該環被切割成尺寸合適的節段。如此確保了各個節段的尺寸均勻性，而如果單獨製造各個節段200、202則可能難以達成該均勻性。
儘管上文針對的是本創作的實施例，但是在不脫離本創作的基本範圍的情況下可以想到本創作其他的和進一步的實施例，因此本創作之範圍由所附請求項來決定。
100‧‧‧處理室
102‧‧‧聚焦環組件
104‧‧‧側壁
108‧‧‧處理體積
110‧‧‧氣體源
112‧‧‧真空泵
114‧‧‧電源
116‧‧‧襯底支撐組件
118‧‧‧襯底支撐件
120‧‧‧襯底
122‧‧‧氣體分配板
124‧‧‧氣體通道
126‧‧‧排出埠
128‧‧‧節流閥
130‧‧‧匹配線路
132‧‧‧抬升環
134‧‧‧抬升指狀物
136‧‧‧致動器
138‧‧‧襯底支撐支座
140‧‧‧室主體
142‧‧‧蓋子
146‧‧‧切除部
200‧‧‧大的環節段
202‧‧‧小的環節段
206‧‧‧孔
208‧‧‧槽
220‧‧‧主體
500‧‧‧節段
502‧‧‧外壁
504‧‧‧下部環節段
506‧‧‧中部環節段
508‧‧‧頂部環節段
510‧‧‧中部環節段的底表面
512‧‧‧下部環節段的底表面
514‧‧‧頂部環節段的底表面
518‧‧‧頂部環節段的頂表面
520‧‧‧唇緣
522‧‧‧傾斜的內表面
524‧‧‧下部環節段的內壁
參考實施例能夠詳細理解上文簡要描述的本創作的上述 特徵，該等實施例對本創作進行了更具體的描述，附圖中圖示了該等實施例中的一些實施例。但是應當注意，附圖圖示的僅僅是本創作的典型實施例，因此不應認為附圖是對本創作的範圍的限制，因為本創作可以採用其他等效實施例。
圖1是根據本創作的一種實施例，具有節段式聚焦環的處理室的示意性剖視圖；圖2是圖1的處理室的襯底支撐件的俯視圖，聚焦環組件由虛線圖示；圖3是根據本創作一種實施例的聚焦環節段的仰視圖；圖4是根據本創作另一實施例的聚焦環節段的仰視圖；圖5是沿圖3的剖切線所取的聚焦環節段的剖視圖。
為了便於理解，在可行之處，對於各圖中共用的相同元件使用了相同的元件符號。還想到了(雖然沒有具體指出)在一種實施例中揭示的元件也可以用在其他實施例上以獲益。
220‧‧‧主體
500‧‧‧節段
502‧‧‧外壁
504‧‧‧下部環節段
506‧‧‧中部環節段
508‧‧‧頂部環節段
510‧‧‧中部環節段的底表面
512‧‧‧下部環節段的底表面
514‧‧‧頂部環節段的底表面
518‧‧‧頂部環節段的頂表面
520‧‧‧唇緣
522‧‧‧傾斜的內表面
524‧‧‧下部環節段的內壁
E‧‧‧高度
F‧‧‧高度
M‧‧‧內直徑
N‧‧‧角度
J‧‧‧內直徑
K‧‧‧直徑
H‧‧‧內直徑
G‧‧‧外直徑
L‧‧‧內部高度
CL‧‧‧中心線

Claims (20)

  1. 一種聚焦環節段，包括：一弧形主體，包括：一下部環節段，具有一底表面；一中部環節段，具有一底表面，其中該中部環節段在該中部環節段的底表面處連接到該下部環節段，並且該中部環節段在該下部環節段的上方水平地延伸；一頂部環節段，具有一底表面，其中該頂部環節段在該頂部環節段的底表面處連接到該中部環節段；及一唇緣，在該中部環節段的上方水平地延伸，其中該唇緣朝著該聚焦環節段的一中心線在徑向向內傾斜。
  2. 如請求項1所述之聚焦環節段，其中該聚焦環節段具有一外壁，該外壁的一高度為0.65英寸。
  3. 如請求項1所述之聚焦環節段，其中該下部環節段具有的一外徑為13.75英寸。
  4. 如請求項3所述之聚焦環節段，其中該下部環節段具有的一內徑為12.63英寸。
  5. 如請求項1所述之聚焦環節段，其中該中部環節段具有的一高度為0.23英寸。
  6. 如請求項5所述之聚焦環節段，其中該中部環節段具有的一內徑為11.96英寸。
  7. 如請求項1所述之聚焦環節段，其中該中部環節段包括一孔。
  8. 如請求項1所述之聚焦環節段，其中該中部環節段包括一槽。
  9. 如請求項1所述之聚焦環節段，其中該頂部環節段具有的一高度為0.23英寸。
  10. 如請求項9所述之聚焦環節段，其中該頂部環節段具有的一內徑為11.84英寸。
  11. 如請求項9所述之聚焦環節段，其中該唇緣以75度的一角度傾斜。
  12. 如請求項1所述之聚焦環節段，其中該弧形主體具有44度的一弧形角度。
  13. 如請求項1所述之聚焦環節段，其中該弧形主體具有68度的一弧形角度。
  14. 一種聚焦環元件，包括：至少一個第一環節段和第二環節段，其中該等環節段係形成一環，且其中該等環節段各自包括一弧形主體，該弧形 主體包括：一下部環節段，具有一底表面；一中部環節段，具有一底表面，其中該中部環節段在該中部環節段的底表面處連接到該下部環節段，並且該中部環節段在該下部環節段的上方水平地延伸；一頂部環節段，具有底表面，其中該頂部環節段在該頂部環節段的底表面處連接到該中部環節段；及一唇緣，在該中部環節段的上方水平地延伸，其中該唇緣朝著該聚焦環元件的一中心線在徑向向內傾斜。
  15. 如請求項14所述之聚焦環元件，其中該至少一個第一環節段包括兩個環節段。
  16. 如請求項15所述之聚焦環元件，其中該第一環節段具有的一弧形角度比該第二環節段的一弧形角度更大。
  17. 如請求項16所述之聚焦環元件，其中該第一環節段的該弧形角度為68度，且該第二環節段的該弧形角度為44度。
  18. 如請求項15所述之聚焦環元件，其中該下部環節段具有的一外徑為13.75英寸。
  19. 如請求項15所述之聚焦環元件，其中該下部環節 段具有的一內徑為12.63英寸。
  20. 如請求項15所述之聚焦環元件，其中該至少一個第一環節段和該第二環節段是從一個單一的環製造成的。
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