浸沒式等離子體室的製作方法

2023-10-18 02:29:49 2

專利名稱：浸沒式等離子體室的製作方法
浸沒式等離子體室
發明的背景 發明領域
本發明的實施方式大體上是關於等離子體工藝中的基板(例如，半導 體晶片)的處理。更具體地，是關於在一基板上沉積材料或由一基板(例如，半 導體晶片)移除材料的等離子體工藝。
相關技術描述
形成於基板(例如，半導體晶片)上的集成電路可包含超過一百萬個微電子
場效應電晶體(舉例來說，互補金屬氧化物半導體(CMOS)場效應電晶體)，並 且合作以執行電路內的不同功能。CMOS電晶體通常包含配置在形成於基板中 的源極及漏極區域間的一柵極結構。柵極結構通常包含一柵極電極及一柵極介 電層。柵極電極配置在柵極介電層上以控制電荷載子在溝道區域中的流動，溝 道區域形成於柵極介電層下方並位於漏極及源極區域之間。
離子布植工藝通常是用來摻雜一所欲的材料至基板表面所欲的深度中以 在形成於基板上的一元件內形成柵極及源極、漏極結構。在離子布植工藝期間， 不同的工藝氣體或氣體混合物可用來提供摻雜物種源。當工藝氣體被供應至離 子布植處理室時，可產生射頻功率以製造等離子體來促進工藝氣體的離子化， 並且加速等離子體所產生的離子朝向並進入基板表面，如2006年5月2日核 發的美國專利第7，037，813號中所述。
用於促進工藝氣體解離的等離子體源包含一環形源，其包含至少一耦接至 工藝氣源的中空管或導管、及兩個形成於室中並耦接至室的一部分的開口。中 空管耦接至形成於室中的開口，並且中空管內容積形成路徑的一部分，其當供 給能量時，製造循環通過中空管內容積及室內部的處理區的等離子體。
基板工藝的效率常通過兩個相關且重要的因素測量，其為元件良率及擁有 成本(CoO)。由於這些因素直接影響製造電子元件的成本從而影響元件製造商 在市場上的競爭力因而相當重要。CoO雖然受到多種因素的影響，但其主要受到用於處理基板的不同部件的可靠度、不同部件的壽命以及各部件的零件成 本的影響。因此，CoO的一關鍵元素為"耗損"部件、或在處理元件的壽命
期間由於在處理期間損壞、磨損或老化而必須替換的部件的成本。在降低CoO
的努力中，電子元件製造商常花費大量時間嘗試增加"耗損"部件的壽命和/ 或減少耗損部件的數目。
其他在CoO計算中的重要因素為可靠度及系統正常運行時間。這些因素 對決定一處理元件的獲利能力和/或效用來說非常重要，因為系統越長時間無 法處理基板，則使用者由於失去在工具中處理基板的機會而損失越多金錢。因 此，集群工具的使用者及製造商花費大量時間嘗試發展可靠的工藝及增加正常 運行時間的可靠設備。
因此，需要可執行一等離子體工藝的設備，其可符合所需的元件效能目標 並使與使用等離子體工藝形成一元件相關的CoO達到最小。
發明概要
此處所述的實施方式是關於用於一等離子體室的強健元件。一實施方式中
敘述一環形等離子體源。環形等離子體源包含一第一中空導管，其包含一 u
形及一矩形橫截面； 一第二中空導管，其包含一 M形及一矩形橫截面； 一開 口，其配置在各個第一及第二中空導管的相對端點；及一塗層，其配置在各個 第一及第二中空導管的內部表面上。
另一實施方式中敘述一等離子體通道設備。等離子體通道設備包含一主 體，其具有至少兩個縱向穿越配置的通道，所述至少兩個通道是由一楔形構件
所分隔；以及一冷卻劑通道，至少部分地形成在主體的一側壁中。
在另一實施方式中敘述一氣體分配板。氣體分配板包含一圓形構件，其具 有一第一側面及一第二側面，一凹槽部分形成在第一側面的中央區域中以沿著 圓形構件的第一側面的一部分形成一邊緣，其中凹槽部分包含多個由第一側面 延伸至第二側面的孔口；以及一裝配部分，其耦接至圓形構件的周邊並由此放 射狀延伸。
在另一實施方式中敘述用於一基板支撐件的一陰極組件。陰極組件包含一
主體，其具有一導電上層、 一導電下層、及分隔導電上層與導電下層的一介電 材料，其中至少一開口縱向通過所述主體而形成；以及一個或更多介電質填料，
6配置在選自下列所構成的群組的主體內部位置介電材料與導電上層間的一第 一接合面、及介電材料與導電下層間的一第二接合面、及上述的組合。
在另一實施方式中敘述用於支撐一基板的靜電吸盤。靜電吸盤包含一定位 盤(pUCk)，其具有接近基板直徑的直徑； 一金屬層，其耦接至定位盤； 一吸盤
電極(chucking electrode),其埋入定位盤中； 一陰極底座，其與電性接地端電 性連通； 一支撐絕緣體，其配置在陰極底座及金屬層間；其中所述金屬層是配 置在形成於支撐絕緣體的一低凹處內部，冷卻劑通道形成於金屬層中，其中冷 卻劑通道能夠傳導一冷卻劑媒介物通過其中以冷卻定位盤；及一導體，其具有 耦接至所述定位盤的一端，而其另一端則耦接至一射頻功率源。
附圖簡要說明
所以，為了詳細了解本發明的上述特徵的方法、本發明的更具體的敘述、 上文的簡短總結可通過參考實施方式來獲得，而某些實施方式在附圖中也有說 明。不過，須注意附圖僅說明此發明的典型實施方式，並且因此不應將其視為 對此範圍的限制，因為本發明可容許其他等效的實施方式。

圖1為一等離子體室的一實施方式的等角橫截面圖。 圖2為圖1所示的等離子體室的等角頂視圖。 圖3A為一第一重入導管的一實施方式的側視橫截面圖。 圖3B為一第二重入導管的一實施方式的側視橫截面圖。 圖4為一重入導管的一實施方式的底視圖。
圖5A為來自圖1的等離子體通道裝置的一實施方式的等角詳圖。
圖5B為圖5A的等離子體通道裝置的一實施方式的側視橫截面圖。
圖6為圖5A的等離子體通道裝置的等角視圖。
圖7為圖5A的等離子體通道裝置的橫截面側視圖。
圖8為一噴頭的一實施方式的等角視圖。
圖9A為圖8的噴頭的橫截面側視圖。
圖9B為圖9A所示的多孔平板的一部分的分解橫截面圖。
圖IO為一基板支撐組件的一實施方式的等角橫截面圖。
圖11為在其上具有一基板的圖10的靜電吸盤的部分橫截面圖。
欲幫助了解，相同的參考數字已使用在可行之處以標明附圖共有的相同元件。同樣，預期在一實施方式中揭示的元件可在沒有特定列舉的情況下，有利 地用在其他實施方式中。
具體實施例方式
此處所述的實施方式大體上提供一強健等離子體室，其具有適於延長處理 時間的零件，其中不需要頻繁替換室的不同零件。某些實施方式中敘述用於等 離子體室的強健耗損零件或耗損零件的替代物，其中該零件更為可靠並促進延 長的工藝壽命。在一實施方式中，描述一環形等離子體室用於在一半導體基板 上執行一離子布植工藝，然而此處所述的某些實施方式可用於其他腔室和/或 其他工藝中。
圖1為等離子體室1的一實施方式的等角橫截面圖，其可用於等離子體增
強化學氣相沉積(PECVD)工藝、高密度等離子體化學氣相沉積(HDPCVD)工 藝、離子布植工藝、蝕刻工藝、及其他等離子體工藝。腔室1包含主體3，其 具有耦接至蓋件10及底部15的側壁5，其為內容積20的界限。其他等離子 體室1的範例可在2002年6月5日提出申請並於2005年9月6日核發的美國 專利第6,939,434號、及2004年2月24日提出申請並於2005年5月17曰核 發的美國專利第6,893,907號中發現，此兩專利的全文皆併入於此以供參照。 環形等離子體源
等離子體室1包含耦接至腔室1的主體3的重入(reentrant)環形等離子體 源100。內容積20包含處理區域25，其形成於氣體分配組件(也指噴頭300) 及配置成一靜電吸盤的基板支撐組件400之間。泵吸區域30圍繞基板支撐組 件400的一部分。泵吸區域30通過配置在形成於底部15中的埠45中的閥35 而選擇性連通於真空泵40。 一實施方式中，閥35為一節流閥，其適於控制氣 體或蒸汽由內容積20通過埠45向真空泵40流動。 一實施方式中，閥35在沒 有使用O形環的情況下運作，其進一步在2005年4月26日提出申請並於2006 年10月26日公告的美國專利公報第2006/0237136號中敘述，其全文併入於 此以供參照。
環形等離子體源100包含具有大致"U"形的第一重入導管150A、及具 有大致"M"形的第二重入導管150B。當導管150A耦接至腔室1時，導管的
大致形狀可視為顛倒的大寫字母U、及顛倒的字母V、與其組合。第一重入導管150A及第二重入導管150B各自包含至少一射頻(RF)應用器，例如，天線 170A、 HOB，其分別用於在各導管150A、 150B的內容積區域內部形成一感 應耦合等離子體。參照圖1及圖2，各個天線170A、 170B可包含圍繞至少一 部分個別導管150A、 150B的磁力可穿透的環形核心、 一圍繞一部分核心的導 電巻繞或線圈、及一射頻功率源(例如，射頻功率源171A、 172A)。射頻阻抗 匹配系統171B、 172B也可耦接至各個天線170A、 170B。工藝氣體(例如，氫、 氦、氮、氬、及其他氣體)和/或清潔氣體(例如，含氟氣體)可分別提供給各導 管150A、 150B的內容積區域155A、 155B。 一實施方式中，工藝氣體可包含 一含摻雜物氣體，其被供應給各個導管150A、150B的內容積區域155A、155B。 一實施方式中，由連接至形成於腔室1的主體3中(例如，耦接至噴頭300的 蓋件54中)的埠55的氣源130A傳送工藝氣體，且傳送工藝氣體至與各導管 150A、 150B的內容積區域155A、 155B連通的處理區域25。
氣體分配板或噴頭300可用促進替換的方式耦接至蓋件10，並且可包含 密封件(例如，蓋件10及噴頭300的外表面間的O形環(未顯示))，以保持處理 容積25中的負壓。噴頭300包含環狀壁310，其界定蓋件54及多孔平板320 間的氣室330。多孔平板320包含多個以對稱或非對稱的圖案(或多種圖案)通 過該板而形成的開口。工藝氣體(例如，含摻雜物的氣體)可由埠55提供給氣 室330。 一般說來，含摻雜物的氣體為化學品，其是由摻雜劑的摻質原子(例如， 硼(矽中的p型導電性慘質)或磷(矽中的n型導電性慘質))及揮發性物種(例如， 氟和/或氫)所構成。因此，硼、磷、或其他摻雜劑物種(例如，砷、銻等)的氟 化物和/或氫化物可作為慘雜劑氣體。舉例來說，當使用硼摻雜物時，含摻雜 物的氣體可包含三氟化硼(BF3)或二硼垸(B2F6)。氣體可流過開口進入多孔平板 320下方的處理區域25。 一實施方式中，多孔平板經過射頻偏壓以幫助在處理 區域25中產生和/或保持等離子體。
一實施方式中，導管150A、 150B的各個相對端點耦接至形成於腔室1的 蓋件10中的個別埠50A-50D(在此圖中僅顯示50A及50B)。其他應用(未顯示) 中，埠50A-50D可形成於腔室1的側壁5中。埠50A-50D通常相對彼此以正 交或以90°角配置。在處理期間，工藝氣體供應給各個導管150A、 150B的 內容積區域155A、 155B，並且對各個天線170A、 170B施加射頻功率，以產 生通過埠50A-50D及處理區域25的循環等離子體路徑。明確地說，圖1在中，循環等離子體路徑通過埠50A至埠50B，或者反之亦然，並且通過噴頭300 及基板支撐組件400間的處理區域25。各導管150A、 150B包含耦接於各個 導管端點及埠50A至50D間的等離子體通道裝置200,其適於分割並加寬形 成於各個導管150A、 150B內部的等離子體路徑。等離子體通道裝置200(下文 敘述)還可包含一絕緣體以提供沿著導管150A、 150B的電性切斷。
基板支撐組件400通常包含上層或定位盤410及陰極組件420。定位盤410 包含光滑的基板支撐表面410B及嵌入式電極415，其可經直流(DC)功率源406 偏壓以幫助基板及定位盤410的基板支撐表面410B間的靜電吸引。嵌入式電 極415還可用作提供射頻能量給處理區域25並在處理期間形成射頻偏壓的電 極。嵌入式電極415可耦接至射頻功率源405A且還可包含阻抗匹配電路405B 。 來自功率源406的直流功率及來自功率源405A的射頻可通過電容402隔離。 一實施方式中，基板支撐組件400為基板接觸冷卻靜電吸盤，其中使吸盤接觸 基板的部分冷卻。冷卻是由配置在陰極組件420中用於在其中循環冷卻劑的冷 卻劑通道(未顯示)所提供。
基板支撐組件400還可包含舉升銷組件500，其包含多個舉升銷510(在此 圖中僅顯示一個)。舉升銷510通過選擇性舉升及支撐定位盤410上方的基板 來幫助一個或多個基板的傳送，並且其有所間隔以允許機械葉片(未顯示)置於 其中。舉升銷組件500包含舉升銷導件520，其耦接至定位盤410及陰極組件 420的一或兩者。
圖2為圖1所示的等離子體腔室1的等角頂視圖。腔室1的側壁5包含晶 片埠7，其可選擇性地由一狹縫閥(未顯示)密封。工藝氣體由工藝氣源130A 透過埠55(圖l)供應給噴頭300。工藝和/或清潔氣體可由氣源130B供應給導 管150A、 150B。
一實施方式中，第一重入導管150A包含具有大致"U"形的中空導管， 而第二重入導管150B包含具有大致"M"形的中空導管。導管150A、 150B 可由導電材料(例如，金屬片)製成，並且可包含圓形、橢圓形、三角形或矩形 形狀的橫截面。導管150A、 150B還包含形成於側壁中的狹槽185，其可用蓋 152A(針對導管150A)以及蓋152B(針對導管150B)將其封閉。各導管150A、 150B的側壁還包含適於容納適於將蓋件附接至個別導管的緊固件181(例如， 螺釘、螺栓或其他緊固件)的孔183。狹槽185配置用於存取各導管150A、 150B的內容積區域155A、 155B以清潔和/或再更新，舉例來說，應用塗層160(圖 l)至各導管150A、 150B的內容積區域155A、 155B。 一實施方式中，各個導 管150A、 150B是由鋁材料製成，而塗層160包含電鍍塗層。另一實施方式中， 塗層160可包含釔材料，舉例來說，氧化釔(￥203)。
圖3A為第一重入導管或"U"形導管150A的一實施方式的側視橫截面 圖。導管150A包含一中空外殼105A，其包含形成大致"U"型的側壁。導管 150A通常對稱，並且包含第一側壁120A，其與長度較第一側壁120A短的第 二側壁121A相對。第一側壁120A以一大於90度的角度(例如，約100度至 約130度間)耦接至有角度的頂部側壁126A。有角度的底部側壁127A相對且 大致上平行於有角度的頂部側壁126A。各個有角度的底部側壁127A及有角 度的頂部側壁126A在尖端124A相遇。狹槽185可包含大致"U"形，並且 可形成通過後部側壁106A中的主體105。狹槽185可至少部分延伸進入介於 第一側壁120A與第二側壁121A間、及介於有角度的頂部側壁126A與有角 度的底部側壁127A間的區域。導管150A還包含兩個位於中空外殼105A的 相對端點處的開口 132，其適於耦接至蓋件10和/或等離子體通道裝置200(兩 者皆示於圖1)。側壁120A、 121A及後部側壁106A包含接近各開口 132的凹 槽區109A，其界定各開口 132界限的肩部108A。
圖3B為第二重入導管或"M"形導管150B的一實施方式的側視橫截面 圖。導管150B包含中空外殼105B，其包含形成大致"M"形的側壁。導管 150B通常對稱，並且包含第一側壁120B，其與長度較第一側壁120B短的第 二側壁121B相對。第一側壁120B以約90°的角度耦接至平坦部分122。頂 部側壁126B以介於約12°至約22°間的角度耦接至平坦部分122且其大致 上平行於底部側壁127B。 一實施方式中，頂部側壁126B及底部側壁127B的 長度大致上為相同。頂部側壁126B及底部側壁127B在近乎中空外殼105B中 央的低凹處124B相遇。狹槽185可包含大致"M"形，並且可形成通過後部 側壁106B中的主體105。狹槽185可至少部分延伸進入介於第一側壁120B 與第二側壁121B間、及介於頂部側壁126B與底部側壁127B間的區域。導管 150B還包含兩個位於中空外殼105B的相對端點處的開口 132，其適於耦接至 蓋件10和/或等離子體通道裝置200(兩者皆示於圖1)。側壁120B、 121B及後 部側壁106B包含接近各開口 132的凹槽區109B，其界定各開口 132界限的肩部108B。
圖4為導管150C的一實施方式的底視圖，其相當於此處所述的第一導管 150A或第二導管150B的底視圖。底部側壁127C相當於第一導管150A的底 部側壁127A(圖3A)、或第二導管150B的底部側壁127B(圖3B)，而肩部108C 相當於第一導管150A及第二導管150B的肩部108A或108B。區域124C(如 虛線所示)相當於第一導管150A的尖端124A或第二導管150B的低凹處124B。 在此實施方式中，各開口 132包含一矩形形狀，其包含長D,及寬D2，並且以
距離尺寸D3分隔。
長D,及寬D2可與距離尺寸D3相關或成比例，並且可以以數學(例如，比 率或等式)表示。 一實施方式中，距離尺寸D3大於基板直徑。舉例來說，在300 咖晶片的實例中，距離尺寸D3可為約400咖至約550 mm。 一實施方式中，在 300咖晶片的實例中，長D,為約130 mm至約145 mm，且寬02為約45咖至 約55咖，而距離尺寸D3為約410咖至約425咖。各導管150A、 150B成比 例以致能使其中的等離子體路徑為大致上相等。欲使等離子體路徑相等，導管 150A的尖端124A及導管150B的低凹處124B的一或兩者的角度可加以調整 以使導管150A的內容積區域155A及導管150B的內容積區域155B的中線相 等。因此，導管150A、150B的內容積區域155A、155B的等化提供兩導管150A、 150B間大致上相等的等離子體路徑。
等離子體通道裝置
圖5A為來自圖1的等離子體通道裝置200的等角詳圖。等離子體通道裝 置200運作以自導管150A、 150B的內容積區域155A、 155B均勻散布等離子 體電流至處理區域25的表面及基板表面上方。 一實施方式中，等離子體通道 裝置200作用如介於導管150A、 150B及埠50A至50D(在此圖中僅顯示埠50B) 間的過渡構件，以增加等離子體通過導管150A、 150B的面積。等離子體通道 裝置200運作以加寬等離子體電流通過導管150A、 150B，以在其離開一埠時 (如此圖所示的50B)較大程度地覆蓋一寬工藝區域並最小化或消除"熱點"或 位於或接近一開口處的具有非常高離子密度的區域。
圖5B為等離子體通道裝置200的一實施方式的側視橫截面圖。等離子體 通道裝置200包含第一端點272，其適於耦接至一導管(在此圖中未顯示)；及 第二端點274，其適於耦接至的埠50A-50D中的蓋件10。等離子體通道裝置200通過在至少一維中擴大第一端點272及第二端點274間的區域來提供加寬 的等離子體路徑給處理區域25，以在處理區域25中覆蓋更寬的區域。舉例來 說，長d,可為導管150c(圖4)的尺寸，且長D4大致上大於長d,。 一範例中， 在300 mm晶片的實例中，長d,可為約130咖至約145 mm，而長d4可為約185 Mi至約220 mm。等離子體通道裝置200還包含楔形構件220，當等離子體電流 在其中流動時，其"分割"並"窄化"等離子體電流p。等離子體通道裝置200 因此運作以控制循環通過導管150a、 150b的等離子體的空間密度，以致能在 處理區域25中較大的徑向等離子體分布。另外，楔形構件220及加寬的等離 子體路徑消除或最小化位於或接近蓋件10的開口處的具有高離子密度的區 域。當等離子體電流循環通過一室時，用來分割和/或開道來自重入導管或至 重入導管的重入等離子體電流的等離子體通道裝置敘述於2002年6月5日提 出申請並於2003年12月11日公告的美國專利公報第2003/0226641號，其全 文併入於此以供參照。
再次參照圖5a，等離子體通道裝置200包含主體210，其包含大致矩形 的橫截面形狀，其通常與蓋件10中的埠50b及導管150b的端點151的橫截 面形狀匹配以幫助其間的耦合。主體210包含內表面236，在其上可具有塗層 237。 一實施方式中，主體210是由導電金屬(例如，鋁)製成，而塗層237可 為釔材料(舉例來說，氧化釔(￥203))。內表面236在第一端點272處包含錐形 部分230，其可為一半徑、 一倒角或某些形成在主體210中的有角度的部分。 主體210的第一端點272適於接合導管150b的端點151，並且第二端點274 可延伸進入或通過蓋件10中的埠50B。在此圖中，所示的長度Ds大致相同於 如圖4所述的長度D2。
主體210包含o形環溝槽222，其可包含與導管150b的端點151接合的 o形環、及介於蓋件10與主體210間的絕緣體280。絕緣體280由絕緣材料(例 如，聚碳酸酯、丙烯酸類、陶瓷及類似材料)製成。主體210還包含冷卻劑通 道228，其形成於至少一側壁中以用於流動冷卻劑流體。主體的第一端點272 還包含在內表面236的一部分中的凹槽部分252，其適於與形成在導管150b 的端點151上的肩部152配對。肩部152因為可部分屏蔽O形環免於等離子 體而延長o形環的壽命。
圖6為等離子體通道裝置200的主體210的等角視圖。主體210包含四個耦接至凸緣部分215的上側壁205A-205D。至少一個上側壁，在此圖中顯示為 205D，包含冷卻劑通道228。冷卻劑通道228還包含入口埠260及出口埠261 。 主體210在第二端點274處還包含四個下側壁244A至244D(在此圖中僅顯示 244A及244D)。上側壁及下側壁在鄰接的側壁間可包含圓角206和/或斜角 207。
一實施方式中，上側壁205D及205B與凸緣部份215的部分於其間相交 並共享相同平面，而下側壁244A及相對的下側壁244C兩者向中心延伸或由 凸緣部分215向中心偏移。凸緣部分215延伸超出上側壁205A、 205C兩者的 平面及下側壁244A、 244C的平面。
圖7為等離子體通道裝置200的主體210的橫截面側視圖。楔形構件220 將主體210的內部分為兩個不同區域。楔形構件220分隔兩個第一埠235A及 兩個第二埠236A，各個第二埠236A的區域或容積大於各個第一埠235A的區 域或容積。 一實施方式中，各個第二埠236A包含大於約1/3至約1/2的第一 埠235A的區域或容積的區域或容積。整體而言，第一埠235A及第二埠236A 界定兩個位於主體210的內部的通道，其包含由第一端點272至第二端點274 的擴大區域或容積。
楔形構件220包含一大致上為三角形的主體，其具有至少一在橫截面中由 一尖端或第一端點250向一底座或第二端點253延伸的傾斜側面254。傾斜側 面254可由第一端點250延伸至第二端點253或傾斜側面254可沿著楔形構件 220的長度如所示般與一平坦部分相交。第一端點250可包含一圓形、有角度、 平坦或相對尖銳的交點。楔形構件220可由鋁或陶瓷材料製成，並且可額外包 含一塗層(例如，釔材料)。
運作中，等離子體電流可進入主體210的第一端點272並離開主體210 的第二端點274，或反之亦然。依行進方向而定，等離子體電流可隨著其通過 及離開第二埠236A而相對於通過第一埠235A的等離子體電流的寬度和/或廣 度加寬或擴大，或等離子體電流的寬度和/或廣度可隨著其進入並通過第二埠 236A及第一埠235A而窄化或變小。
噴頭組件
圖8為氣體分配板或噴頭300的一實施方式的等角視圖。噴頭300通常包 含具有凹槽區322的圓形構件305以界定壁306。凹槽區322包含配置在壁306或圓形構件305的內側直徑372上的多孔平板320。圓形構件305或壁306包 含內側直徑372及第一外側直徑370以界定上邊緣331。流體通道335可耦接 至、併入至、或至少部分形成於上邊緣331中。流體通道335連通到埠345， 其可作為熱傳遞流體(例如，冷卻流體)的入口及出口。 一實施方式中，流體通 道335及埠345形成焊接至圓形構件305或壁306的上邊緣331的個別元件。 埠345配置在耦接至圓形構件305或壁306的第一外側直徑的一部分的裝配部 分315上。
一實施方式中，第一外側直徑370包含一個或多個肩部350。肩部350的 一外部表面可包含界定大於第一外部直徑的第二外部直徑的半徑或弓形區域。 各個肩部350可以約90。的間隔配置在圓形構件305或壁306的周圍。 一實 施方式中，各個肩部350包含與圓形構件305或壁306的過渡耦接，其包含一 彎曲部分，例如，凸面部分326和/或凹面部分327。或者，耦接可包含至圓形 構件305或壁306的一有角度或直線的過渡。 一實施方式中，各個肩部350 包含與流體通道335連通的冷卻劑通道(未顯示)以用於使冷卻劑在其中流動。 具有裝配部分315耦接至其的圓形構件305或壁306的區域可包含如上文所述 的肩部350部分的部分的肩部352。
一實施方式中，圓形構件305或壁306的上邊緣331具有一個或多個由其 延伸的銷340，其可為索引銷，以幫助噴頭300相對於腔室1的對準。裝配部 分315還可包含孔洞341，其適於容納一緊固件(例如，螺釘或螺栓)以幫助噴 頭300至腔室1的耦合。 一實施方式中，孔洞為包含適於容納螺栓或螺釘的內 螺紋的盲孔。
圖9A為圖8的噴頭300的橫截面側視圖。噴頭300包含具有形成於其中 的凹槽區322的第一側面364以界定大致上為平坦的入口側面或多孔平板320 的第一側面360。多孔平板320具有多個由第一側面360形成至第二側面362 的孔口 380以允許工藝氣體流經其中。圓形構件305或壁306的第一外側直徑 370(在此圖中未顯示)或周長包含倒角325，其界定圍繞多孔平板320的第三外 側直徑376。第三外側直徑376小於第一及第二外側直徑370、 374,並且大致 上可等於內側直徑372。 一實施方式中，多孔平板320包含大致上等於圓形構 件305或壁306的內側直徑372的第三外側直徑。
圖9B為圖9A所示的多孔平板320的一部分的分解橫截面圖。多孔平板320包含具有多個形成於其中的孔口 380的主體382。各個多個孔口 380包含 具有第一直徑的第一開口 381，及位於其間的錐形部分383。 一實施方式中， 第一開口 381配置在多孔平板320的第一側面360中，而第二開口 385配置在 多孔平板320的第二側面362中。 一實施方式中，第一開口 381包含大於第二 開口 385的直徑的直徑。
第一及第二開口381、 385的深度、間隔、和/或直徑可大致上相等或包含 不同的深度、間隔和/或直徑。 一實施方式中，位於多孔平板320的大致幾何 中心內的多個孔口 380其中的一(描畫如中央開口 384)包含第一開口 386，其 深度小於其餘多個孔口 380中的第一開口381。或者另外，中央開口 384及緊 鄰的周圍孔口 380間的間隔比其他孔口 380的間隔更近。舉例來說，如果一圓 形或"螺栓中心"圖案用於多個孔口 380，鄰接孔口間的徑向測量距離可大致 上相等，或包含除了中央開口 384及孔口 380的第一或最內部圓間的距離(其 可包含較其餘的多個孔口小的距離)外，大致上相等的級數。某些實施方式中， 第一開口 381的深度可交替，其中依圖案而定， 一列或圓可包含具有一深度的 第一開口，而第二列或圓可包含不同深度的第一開口 381。或者，在一圖案中 沿著特定列或圓交替的孔口 380可包含不同深度及不同直徑。
多個孔口 380的圖案可包含任何適於幫助增強工藝氣體的分布及流動的 圖案。圖案可包含圓形圖案、三角形圖案、矩形圖案以及任何其他適當的圖案。 噴頭300可由抗工藝材料製成，較佳的是例如鋁的導電材料，其可為電鍍、無 電鍍或以其他方式包含一塗層。
基板支撐組件
圖10為基板支撐組件400的一實施方式的等角橫截面圖。基板支撐組件 400通常包含靜電吸盤422、陰影環421、圓柱形絕緣體419、支撐絕緣體413、 陰極底座414、電性連接組件440、舉升銷組件500及冷卻組件444。靜電吸 盤422通常包含定位盤410及金屬層411 。定位盤410包含嵌入式電極415， 其可如同靜電吸盤422內的陰極運作。嵌入式電極415可由金屬材料製成，例 如鉬，並且可形成如多孔平板或網孔材料。
一實施方式中，定位盤410及金屬層411在接合面412處結合在一起以形 成可支撐定位盤410並增強兩元件間的熱傳遞的單一實心元件。 一實施方式 中，定位盤410使用有機聚合材料結合至金屬層41。另一實施方式中，定位盤410使用熱傳導聚合材料(例如，環氧化物材料)結合至金屬層4U。另一實 施方式中，定位盤410使用金屬黃銅或焊接材料結合至金屬層411 。定位盤410 由絕緣或半絕緣材料製成，例如氮化鋁(AlN)或氧化鋁(Al203)，其可摻雜其他 材料以修改材料的電及熱性質，而金屬層411由具有高熱導性的金屬製成，例 如鋁。在此實施方式中，基板支撐組件400以作為基板接觸冷卻靜電吸盤。基 板接觸冷卻靜電吸盤的一範例可在2004年8月26日提出申請的美國專利申請 案第10/929,104號(其於2006年3月2日公告為美國專利公報第2006/0043065 號)中發現，其全文併入於此以供參照。
金屬層411可包含一個或多個流體通道1005，其耦接至連接至陰極底座 414的冷卻組件444。冷卻組件444通常包含耦接塊418，其具有二個或更多 個連接至一個或多個形成於金屬層411中的流體通道1005的埠(未顯示)。運 作期間，流體(例如，氣體、去離子水、或GALDEN^流體)通過耦接塊418及 流體通道1005傳送以控制處理期間放置於定位盤410的基板支撐表面410B 上的基板(為清楚起見而未顯示)的溫度。耦接塊418可使用絕緣體417與外側 環境電或熱隔離，絕緣體417可由塑膠或陶瓷材料形成。
電性連接組件440通常包含高壓引線442、有套的輸入引線430、連接塊 431、高壓絕緣體416及介電質插栓443。在使用中，有套的輸入引線430，其 與射頻功率源405A(圖1)和/或直流功率源406(圖l)電性連接，插入並與連接 塊431電性連接。連接塊431，其由高壓絕緣體416與陰極底座414隔離，傳 送來自射頻功率源405A和/或直流功率源406的功率至透過插座441電性連接 至放置於定位盤410內部的嵌入式電極415的高壓引線442。 一實施方式中， 插座441以銅焊、粘結和/或以其他方式附接至嵌入式電極415以在嵌入式電 極415及插座441間形成良好的射頻及電性連接。高壓引線442使用介電質插 栓443與金屬層4U電性隔離，介電插栓443可由介電材料製成，例如，聚四 氟乙烯(PTFE)，舉例來說1￡ 1^€^@材料，或其他適合的介電材料。
連接塊431、高壓引線442以及有套的輸入引線430可由導電材料形成， 舉例來說，金屬(例如，黃銅、銅或其他適當的材料)。有套的輸入引線430可 包含中央插栓433，其由導電材料(例如，黃銅、銅或其他導電材料)製成，並 且至少部分被包圍在射頻導體護套434中。某些實例中，其可能需要以金、銀 或其他促進相配零件間的增強的電接觸的塗層來塗布一個或多個電性連接組件440的部件。
在一實施方式中，包含定位盤410及金屬層411的靜電吸盤422使用支撐 絕緣體413與接地的陰極底座414隔離。支撐絕緣體413因此電性及熱隔離靜 電吸盤422與接地端。 一般說來，支撐絕緣體413由一材料製成，該材料能夠 在不允許電弧發生或允許其介電質性質隨時間減少的情況下耐受高射頻偏壓 功率及射頻偏壓電壓程度。 一實施方式中，支撐絕緣體413由聚合材料或陶瓷 材料製成。支撐絕緣體413較佳是由價格低廉的聚合材料(例如，聚碳酸酯材 料)加以製成，其將降低替換零件的成本及基板支撐組件400的成本，因而改 善其擁有成本(CoO)。 一實施方式中，如圖IO所示，金屬層411配置在一形成 於支撐絕緣體413內部的特徵結構內部以改善陰極底座414及嵌入式電極415 間的電性隔離。
欲進一步隔離定位盤410及金屬層411並防止在這些部件及其他位於等離 子體腔室l內部的部件間發生電弧，因而使用圓柱形絕緣體419及陰影環421。 一實施方式中，形成圓柱形絕緣體419以便其覆蓋支撐絕緣體413並環繞靜電 吸盤422，以當靜電吸盤422內部的一個或多個部件在處理期間為射頻或直流 偏壓時，可最小化靜電吸盤422及不同的接地部件(例如，陰極底座414)間的 電弧。圓柱形絕緣體419通常可由介電材料(例如，陶瓷材料(舉例來說，氧 化鋁))加以形成，其可耐受曝露至形成在處理區域25中的等離子體。 一實施 方式中，形成陰影環421以便其覆蓋一部分的定位盤410及支撐絕緣體413 以最小化靜電吸盤422的部件及其他位於室內的接地部件間的電弧發生可能 性。陰影環421通常由介電材料，例如陶瓷材料(舉例來說，氧化鋁)形成，其 可耐受曝露至形成在處理區域25中的等離子體。
圖11為在其上具有基板24的圖10的靜電吸盤422的部分橫截面圖。如 所示，基板24的邊緣通常突出於定位盤410的上表面，並且一部分的陰影環 421被放置以屏蔽定位盤的上表面免於處理區域25中的等離子體。陰影環421 可由與工藝相容的材料製成，包含矽、碳化矽、石英、礬土、氮化鋁以及其他 工藝相容的材料。同樣在圖11中顯示流體通道1005，其連通於一冷卻劑源及 一泵。
再次參照圖IO，在一實施方式中，O形環密封件1010放置在金屬層411 及支撐絕緣體413間以幫助一真空密封及隔離處理區域25與周圍空氣。因而在腔室1通過泵40排空至低於大氣壓力的壓力時，真空密封可防止空氣洩漏 至處理區域25中。 一個或多個流體O形環密封件(未顯示)還可放置在埠(未顯 示)周圍，其用於連接耦接塊418至一個或多個流體通道1005以防止在其中流 動的熱交換流體洩漏。流體0形環密封件(未顯示)可放置在金屬層411及支撐 絕緣體413之間和支撐絕緣體413及陰極底座414之間。
陰極底座414用於支撐靜電吸盤422及支撐絕緣體413，並且通常連接並 密封至室底部15。陰極底座414通常由電及熱傳導材料形成，例如金屬(舉例 來說，鋁或不鏽鋼)。 一實施方式中，O形環密封件1015放置在陰極底座414 及支撐絕緣體413間以形成一真空密封來防止大氣在腔室1排空時洩漏至處理 區域25中。
基板支撐組件400還可包含三個或多個舉升銷組件500(在此圖中僅顯示 一個)，其包含舉升銷510、舉升銷導件520、上軸襯522以及下軸襯521。三 個或多個舉升銷組件500各個中的舉升銷510用於使用一耦接至舉升銷510 的致動器(未顯示)來幫助基板往返傳送於基板支撐表面410B，及往返於機器人 葉片(未顯示)。 一實施方式中，舉升銷導件520配置在形成於支撐絕緣體413 中的孔洞1030及形成於陰極底座414的孔洞1035中，並且舉升銷510是以垂 直方向致動通過形成在定位盤410中的孔525。舉升銷導件520可由介電材料 形成，例如陶瓷材料、聚合材料以及其組合，而舉升銷510可包含陶瓷或金屬 材料。
一般說來，舉升銷導件520及孔洞1030、 1035的尺寸，例如，舉升銷導 件520的外直徑及孔洞1030、 1035的內直徑，是以最小化或消除其間的間隙 的方式加以形成。舉例來說，孔洞1030、 1035的內直徑及舉升銷導件520的 外直徑是遵守緊公差以防止處理期間的射頻洩漏及電弧問題。
各個舉升銷組件500中的上軸襯522用於在舉升銷導件520插入孔洞 1030、 1035內部時支撐並攔住舉升銷導件520。 一實施方式中，上軸襯522 的外直徑及形成於金屬層411中的孔洞、及上軸襯522的內直徑與舉升銷導件 520間的配適是經過尺寸化以便舉升銷組件520緊貼地位於形成於金屬層411 中的孔的內部。 一實施方式中，上軸襯用於形成一真空密封和/或一電阻障， 其防止射頻通過基板支撐組件400洩漏。上軸襯522可由聚合材料，例如 丁￡ 1^^@材料，形成。
19各個舉升銷組件500中的下軸襯521用於確保舉升銷導件520接觸定位盤 410的背表面或其附近以防止等離子體或射頻洩漏至基板支撐組件400中。一 實施方式中，下軸襯521的外直徑帶有螺紋以便其可嚙合形成在陰極底座414 的一區域中的螺紋以朝上推動舉升銷導件520靠緊定位盤410。下軸襯521可 由聚合材料，例如TEFLO^材料、PEEK、或其他適當的材料(舉例來說，有 塗層的金屬部件)，形成。
依工藝而定，由射頻功率源405A(圖1)施加至嵌入式電極415的射頻偏壓 電壓可在約500伏特及約10,000伏特間變化。這類高電壓可導致基板支撐組 件400內部的電弧，其將使工藝條件失真，並且影響基板支撐組件400中的一 個或多個部件的可用壽命。為了可靠地在沒有電弧的情況下供應大偏壓電壓給 嵌入式電極415，在吸盤內部的空隙填滿具有高擊穿電壓的介電質填料材料， 例如TEFLON⑧材料、^乂0乙0^@材料(由C-Lec塑膠公司製造)或其他適當的 材料(舉例來說，聚合材料)。欲防止可損壞在基板支撐組件400內部發現的不 同部件的電弧問題，其可能需要在形成於配置在基板支撐組件400內部的一個 或多個部件間的間隙內部插入介電材料。在一實施方式中，其需要在形成於金 屬層411、支撐絕緣體413、陰極底座414及舉升銷導件520中的間隙內部插 入介電材料523，舉例來說，陶瓷、聚合物、聚四氟乙烯以及其組合。在一實 施方式中，在形成於金屬層411、支撐絕緣體413、陰極底座414及舉升銷導 件520中的孔洞間形成的間隙內部的介電材料可為聚四氟乙烯帶的形式，例 如，由TEFLON 材料製成的帶。所需以閉合間隙防止射頻洩漏(主要沿著零件 表面發生)的介電材料523的厚度或量可以相配部件的尺寸公差為基礎加以變 化。在一實施方式中，金屬層411的外部表面是以介電材料塗布或將其電鍍以 降低處理期間在基板支撐組件400的部件間的電弧的可能性。在一方面中，金 屬層411接觸接合面412的表面，並且未電鍍或塗布以促進定位盤410及流體 通道1005間的熱傳導。
雖然前文導向本發明的實施方式，但本發明的其他及進一步的實施方式可 在不偏離其基本範圍的情況下設計出，而其範圍由隨後的權利要求來決定。
權利要求
1、一種環形等離子體設備，包含一第一中空導管，其包含一U形及一矩形橫截面；一第二中空導管，其包含一M形及一矩形橫截面；一開口，其配置在各個所述第一及第二中空導管的相對端；及一塗層，其配置在各個所述第一及第二中空導管的一內表面上。
2、 根據權利要求1所述的環形等離子體設備，其中各個所述第一及第二 中空導管包含所述導管的一側壁中的一狹槽，以提供對所述內表面的存取。
3、 根據權利要求2所述的環形等離子體設備，其中所述第一中空導管中 的狹槽包含一U形。
4、 根據權利要求2所述的環形等離子體設備，其中所述第二中空導管中 的狹槽包含一M形。
5、 根據權利要求l所述的環形等離子體設備，進一步包含一蓋件，適於緊固至所述導管的一側壁。
6、 根據權利要求1所述的環形等離子體設備，其中所述塗層包含一釔材料。
7、 根據權利要求1所述的環形等離子體設備，其中各個所述第一及第二 中空導管包含一配置在其的一外表面上的射頻天線。
8、 一種等離子體通道設備，包含-一主體，其具有至少兩個縱向通過其中配置的通道，所述至少兩個通道由 一楔形構件加以分隔；及一冷卻劑通道，至少部分地形成於所述主體的一側壁中。
9、 根據權利要求8所述的等離子體通道設備，進一步包含 一凸緣部分，其耦接至所述主體。
10、 根據權利要求8所述的等離子體通道設備，其中各個所述至少兩個通 道包含位於所述主體的一第一端的一第一開口，及位於所述主體的一第二端的 一第二開口，並且所述第二開口的區域大於所述第一開口的區域。
11、 根據權利要求8所述的等離子體通道設備，其中各個所述至少兩個通 道具有一 內表面及配置於其上的釔塗層。
12、 一種氣體分配設備，包含 一圓形構件，其具有一第一側面及一第二側面；一凹槽部分，形成於所述第一側面的一中央區域中以形成一沿著所述圓形 構件的第一側面的一部分的邊緣，其中所述凹槽部分包含多個孔口，所述孔口由所述第一側面延伸至所述第二側面；及一裝配部分，其耦接至所述圓形構件的一周邊並由此放射狀延伸。
13、 根據權利要求12所述的氣體分配設備，進一步包含 一冷卻劑通道，其耦接至所述邊緣；及 一入口及一出口，其耦接至所述裝配部分。
14、 根據權利要求12所述的氣體分配設備，其中所述多個孔口包含一位 於所述凹槽部分的大致中心的孔口，其具有一第一開口，所述第一開口的深度 小於其餘所述多個孔口的第一開口的深度。
15、 根據權利要求12所述的氣體分配設備，其中所述第一側面進一步包含至少兩個索引銷，其彼此間隔近乎180。。
16、 根據權利要求12所述的氣體分配設備，其中所述圓形構件的周邊包 含多個肩部，各個肩部界定一弧的一部分，並且其的外側直徑大於所述圓形構 件的外側直徑。
17、 一種用於一基板支撐件的陰極組件，包含一主體，其具有 一導電上層； 一導電下層；及一介電材料，其電性分隔所述導電上層及所述導電下層，其中至少一開口 縱向通過所述主體而形成；及一個或多個介電質填料，其配置在選自下列所構成的群組中的所述主體內 位置 一第一接合面，介於所述介電材料及所述導電上層之間；及一第二接合 面，介於所述介電材料及所述導電下層之間；及上述的組合。
18、 根據權利要求17所述的陰極組件，其中所述介電質填料包括一來自 一陶瓷、 一聚合物、 一聚四氟乙烯以及上述的組合所構成的群組的材料。
19、 根據權利要求17所述的陰極組件，進一步包含一絕緣舉升銷導件，其配置在所述至少一開口中，其中所述絕緣舉升銷導件包含一來自一陶瓷、一 聚合物、 一聚四氟乙烯以及上述的組合所構成的群組的材料。
20、 根據權利要求17所述的陰極組件，其中所述主體包含至少一形成於 其中的冷卻劑通道。
21、 根據權利要求17所述的陰極組件，其中所述導電上層包含一定位盤， 其具有一嵌入式電極。
22、 根據權利要求21所述的陰極組件，其中所述電極包含多個電性分隔 的電極，其佔據所述導電上層中的各自的放射狀區域。
23、 根據權利要求21所述的陰極組件，其中所述導電上層使用一聚合材 料耦接至所述定位盤。
全文摘要
此處所述的實施方式大體上提供一環形等離子體源、一等離子體通道裝置、一噴頭及一基板支撐組件以用於一等離子體室中。環形等離子體源、等離子體通道裝置、噴頭及基板支撐組件適於改善等離子體室的可用壽命，降低組件成本，增加等離子體室可靠度及改善經處理的基板上的元件良率。
文檔編號C23C16/00GK101583736SQ200880002563
公開日2009年11月18日 申請日期2008年1月15日 優先權日2007年1月19日
發明者丹尼爾·J·霍夫曼, 卡提克·雷馬斯瓦米, 埃米爾·阿爾-巴亞提, 塙廣二, 安德魯·阮, 肯尼思·S·柯林斯, 道格拉斯·A·小布赫伯格 申請人:應用材料股份有限公司