專(zhuān)利名稱(chēng)：減少污染物的氣體注入系統(tǒng)及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于真空處理系統(tǒng)的氣體分配系統(tǒng)，并且更具體而言，涉 及用于將處理氣體引入真空處理系統(tǒng)中的氣體分配系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體處理期間，可以利用(干法)等離子體刻蝕工藝沿著被圖案 化在硅襯底上的精細(xì)線路或在被圖案化在硅襯底上的過(guò)孔或接觸內(nèi)去除或 刻蝕材料。等離子體刻蝕工藝通常涉及將具有位于其上的圖案化保護(hù)掩模 層(例如光刻膠層)的半導(dǎo)體襯底放置在處理室中。
一旦襯底被放置在室中，在對(duì)真空泵進(jìn)行節(jié)流控制以實(shí)現(xiàn)環(huán)境處理壓 力的同時(shí)，將可電離的離解氣體混合物以預(yù)定流率引入到室中。此后，當(dāng) 通過(guò)經(jīng)由射頻(RF)功率以電感或電容方式的傳輸或者經(jīng)由利用例如電子 回旋共振(ECR)的微波功率所加熱的電子來(lái)使所存在的氣體物質(zhì)的一部 分電離時(shí)，形成等離子體。另外，被加熱的電子用于使環(huán)境氣體物質(zhì)中的 一些物質(zhì)離解并產(chǎn)生適于暴露表面化學(xué)刻蝕的一種(或多種)反應(yīng)物質(zhì)。
一旦形成了等離子體，就由等離子體刻蝕襯底的被選擇的表面。調(diào)節(jié)
該工藝以實(shí)現(xiàn)合適的條件以在襯底的被選擇區(qū)域中刻蝕各種特征結(jié)構(gòu)(例 如，溝槽、過(guò)孔、端子等)，所述合適的條件包括合適的期望反應(yīng)物和離 子群的濃度。需要刻蝕的這些襯底材料包括二氧化硅(Si02)、低介電常 數(shù)(即，低k)的介電材料、多晶硅和氮化硅。
雖然處理氣體化學(xué)劑被選擇來(lái)促進(jìn)襯底表面處的刻蝕過(guò)程，但是其將處理室的內(nèi)表面置于苛刻的環(huán)境。處理氣體可以包括腐蝕性氣體，其可能 損壞處理室的部件，并可能導(dǎo)致對(duì)襯底的污染，由此降低了集成電路 (IC)制造的產(chǎn)率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于處理襯底的系統(tǒng)，并且涉及一種使用處理氣體處 理襯底的系統(tǒng)。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，描述了一種利用腐蝕性氣體對(duì)襯底執(zhí)行刻蝕工藝的 處理系統(tǒng)，其中，用于分布腐蝕性氣體的氣體分配系統(tǒng)被設(shè)計(jì)來(lái)在襯底上 方均一地分配處理氣體，同時(shí)最小化對(duì)襯底的污染。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，描述了一種處理系統(tǒng)，其包括處理室，所述處理 室包含處理空間。處理氣體供應(yīng)系統(tǒng)與所述處理室流體連通并被構(gòu)造來(lái)將 處理氣體流引入到所述處理室。氣體分配系統(tǒng)耦合到所述處理室并被構(gòu)造 來(lái)通過(guò)入口接收所述處理氣體流，并且在充氣腔內(nèi)將所述處理氣體流分配 到與所述處理空間流體連通的多個(gè)開(kāi)口 。所述氣體分配系統(tǒng)包含位于到所 述系統(tǒng)分配系統(tǒng)的所述入口處的并被構(gòu)造來(lái)將所述處理氣體流的動(dòng)量擴(kuò)散 到所述充氣腔中的處理氣體擴(kuò)散器。支座耦合到所述處理室并被配置來(lái)支 撐所述處理室中的暴露于所述處理氣體的襯底。真空泵系統(tǒng)耦合到所述處 理室并被配置來(lái)抽空所述處理室。


在附圖中
圖1A-圖1C示出了用于圖案刻蝕薄膜的工藝過(guò)程的示意性表示；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的等離子體處理系統(tǒng)的示意圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的等離子體處理系統(tǒng)的示意圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的等離子體處理系統(tǒng)的示意圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的等離子體處理系統(tǒng)的示意圖6A和6B示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的氣體分配系統(tǒng)；
圖7A和7B示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的氣體分配系統(tǒng)；以及圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的氣體分配系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
在下面的描述中，為了幫助對(duì)本發(fā)明的全面理解并且出于說(shuō)明而非限 制的目的，闡述了具體細(xì)節(jié)，例如處理系統(tǒng)的特定幾何形狀以及各種工藝 的描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在脫離這些具體細(xì)節(jié)的其他實(shí)施例中也可實(shí)施 本發(fā)明。
在材料處理方法中，圖案刻蝕包括將光敏材料(例如光刻膠)的薄層 涂覆到襯底的上表面，其隨后被圖案化以提供用于在刻蝕期間將此圖案轉(zhuǎn) 移到其下的位于襯底上的薄膜的掩模。光敏材料的圖案化通常涉及使用例 如微光刻系統(tǒng)由輻射源通過(guò)光敏材料的光罩(和相關(guān)光學(xué)元件)進(jìn)行曝 光，隨后使用顯影溶劑去除光敏材料的被輻射區(qū)域(如在正性刻膠的情況 下)或未被輻射區(qū)域(如在負(fù)性光刻膠的情況下)。
例如，如圖1A至1C所示，可以利用包括具有圖案2的光敏層3的掩 模(例如圖案化的光刻膠)將特征圖案轉(zhuǎn)移到襯底5上的諸如薄膜4的材 料(例如多晶硅層)中。例如使用干法等離子體刻蝕將圖案2轉(zhuǎn)移到薄膜 4以形成特征結(jié)構(gòu)6 (諸如多晶硅柵極)，并在刻蝕完成時(shí)去除掩模3。傳 統(tǒng)地，干法刻蝕工藝包括使用諸如含鹵素氣體(例如，HBr、 Cl2、 NF3 等)的腐蝕性處理氣體。發(fā)明人已經(jīng)觀察到使用這樣的氣體可能導(dǎo)致由氣 體分配系統(tǒng)引起的顆粒污染。通常，氣體分配系統(tǒng)的內(nèi)腔包含裸露的金屬 表面，其易于受到上述處理氣體的侵蝕。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，圖2中描繪了處理系統(tǒng)1，其包括等離子體處理室 10、將被處理的襯底25固定在其上的襯底支座20以及真空泵系統(tǒng)50。襯 底25可以是半導(dǎo)體襯底、晶片或液晶顯示器。等離子體處理室IO可以被 構(gòu)造來(lái)適用于在襯底25的表面附近的處理區(qū)域45中產(chǎn)生等離子體。可電 離氣體或者處理氣體的混合物經(jīng)由氣體分配系統(tǒng)40被引入，所述氣體分 配系統(tǒng)40被構(gòu)造來(lái)減少或者最小化到襯底25的污染物引入。對(duì)于給定的 處理氣體流量，利用真空泵系統(tǒng)50調(diào)節(jié)處理壓強(qiáng)。等離子體可以用于產(chǎn) 生專(zhuān)用于預(yù)定材料處理的材料，和/或輔助從襯底25的暴露表面去除材料。等離子體處理系統(tǒng)la可以被構(gòu)造來(lái)處理任何期望尺寸的襯底，諸如 200mm襯底、300 mm襯底或更大的襯底。
襯底25可以經(jīng)由夾持系統(tǒng)28 (諸如機(jī)械夾持系統(tǒng)或電夾持系統(tǒng)(例 如靜電夾持系統(tǒng)))固定到襯底支座20。此外，襯底支座20可以包括加 熱系統(tǒng)(沒(méi)有示出)或冷卻系統(tǒng)(沒(méi)有示出)，其被構(gòu)造來(lái)調(diào)節(jié)和/或控制 襯底支座20和襯底25的溫度。加熱系統(tǒng)或冷卻系統(tǒng)可以包括循環(huán)的傳熱 流體流，其在冷卻時(shí)從襯底支座20接收熱并將熱傳遞到熱交換器系統(tǒng) (沒(méi)有示出)，或者當(dāng)加熱時(shí)將熱從熱交換器系統(tǒng)傳遞到襯底支座20。在 其它實(shí)施例中，加熱/冷卻元件，諸如電阻加熱元件或者熱電加熱器/冷卻 器，可以被包含在襯底支座20中，以及包含在等離子體處理室10的室壁 和等離子體處理系統(tǒng)la中的任何氣體部件中。
此外，傳熱氣體可以經(jīng)由背面氣體供應(yīng)系統(tǒng)26被傳送到襯底25的背 面，以提高襯底25和襯底支座20之間的氣隙熱傳導(dǎo)。當(dāng)需要在升高溫度 下或降低溫度下的襯底溫度控制時(shí)，可以使用這樣的系統(tǒng)。例如，背面氣 體供應(yīng)系統(tǒng)可以包含兩區(qū)氣體分配系統(tǒng)，其中氦氣隙壓強(qiáng)可以在襯底25 的中心和邊緣之間獨(dú)立變化。
在圖2所示的實(shí)施例中，襯底支座20可以包括電極，RF功率通過(guò)該 電極被耦合到處理空間45中的處理等離子體。例如，襯底支座20可以經(jīng) 由從RF發(fā)生器30通過(guò)可選的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)32發(fā)送到襯底支座20的RF 功率電偏置在某一 RF電壓。RF偏置可用來(lái)加熱電子以形成并維持等離子 體。在此構(gòu)造中，系統(tǒng)可以運(yùn)行為反應(yīng)性離子刻蝕(R正)反應(yīng)器，其中 室和上部氣體注入電極充當(dāng)?shù)乇砻妗F偏置的一般頻率可以從約O.l MHz 到約lOOMHz。用于等離子體處理的RF系統(tǒng)是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。
或者，RF功率以多個(gè)頻率被施加到襯底支座電極。此外，阻抗匹配 網(wǎng)絡(luò)32可以通過(guò)減少反射功率提高到等離子體處理室10中的等離子體的 RF功率傳輸。匹配網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?例如，L型、tc型、T型等)和自動(dòng)控制方 法是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。
真空泵系統(tǒng)50可以包括能夠具有高達(dá)5000公升每秒(和更高)的泵 吸速度的渦輪分子真空泵(TMP)和用于節(jié)流控制室壓強(qiáng)的門(mén)閥。在用于干法等離子體刻蝕的常規(guī)等離子體處理裝置中，可以使用1000-3000公升 每秒的TMP。 TMP可用于通常小于約50 mTorr的低壓處理。對(duì)于高壓處 理(即大于約lOOOmTorr)，可以使用機(jī)械加壓泵和干粗抽泵。此外，用 于監(jiān)控室壓強(qiáng)的裝置(沒(méi)有示出)可以被耦合到等離子體處理室10。壓強(qiáng) 測(cè)量裝置可以例如是可從MKS Instruments, Inc. (Andover MA)商購(gòu)的628B Baratron型絕對(duì)電容壓力計(jì)。
控制器55包含微處理器、存儲(chǔ)器和數(shù)字I/O端口 ，數(shù)字I/O端口能夠 生成足以傳輸并激活等離子體處理系統(tǒng)la的輸入以及監(jiān)視來(lái)自等離子體處 理系統(tǒng)la的輸出的控制電壓。而且，控制器55可以耦合到RF發(fā)生器 30、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)32、氣體分配系統(tǒng)40、真空泵系統(tǒng)50以及襯底加熱/冷 卻系統(tǒng)(沒(méi)有示出)、背面氣體傳輸系統(tǒng)28和/或靜電夾持系統(tǒng)26，并與 之交換信息。例如，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的程序可以被用于根據(jù)工藝方案激活 到等離子體處理系統(tǒng)la的前述部件的輸入，以對(duì)襯底25進(jìn)行等離子體輔 助工藝?？刂破?5的一個(gè)示例是可以從Texas, Dallas的Dell Corporation 獲得的DELL PRECISION WORKSTATION 610TM。
控制器55可以位于等離子體處理系統(tǒng)la本地，或者可以相對(duì)于處理 系統(tǒng)la位于遠(yuǎn)程。例如，控制器55可以利用直接連接、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)和/或因特 網(wǎng)與等離子體處理系統(tǒng)la交換數(shù)據(jù)?？刂破?5可以耦合到例如客戶位置 (即，器件制作者等)處的內(nèi)聯(lián)網(wǎng)，或者耦合到例如供應(yīng)商位置(即，設(shè) 備制造商)處的內(nèi)聯(lián)網(wǎng)。或者或此外，控制器55可以耦合到互聯(lián)網(wǎng)。此 外，另一計(jì)算機(jī)(即，控制器、服務(wù)器等)可以經(jīng)由直接連接、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)和/ 或因特網(wǎng)訪問(wèn)控制器55以交換數(shù)據(jù)。
在圖3所示的實(shí)施例中，等離子體處理系統(tǒng)lb可以與圖2的實(shí)施例相 似，并且除了參考圖2所描述的部件之外，還包含固定的或者機(jī)械或電旋 轉(zhuǎn)磁場(chǎng)系統(tǒng)60，以潛在地增大等離子體密度和/或提高等離子體處理均一 性。而且，控制器55可以耦合到磁場(chǎng)系統(tǒng)60，以調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度和場(chǎng)強(qiáng)。
旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。
在圖4所示的實(shí)施例中，等離子體處理系統(tǒng)lc可以與圖2或圖3的實(shí) 施例相似，并且還可以包含上電極70，其中，RF功率可以從RF發(fā)生器72通過(guò)可選的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)74耦合到上電極70。向上電極施加的RF功 率的頻率可以從約O.l MHz到約200 MHz。此外，向下電極施加的功率的 頻率可以從約0.1 MHz到約100 MHz。而且，控制器55耦合到RF發(fā)生器 72和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)74，以控制到上電極70的RF功率的施加。上電極的 設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。如圖所示，上電極70和氣體分配 系統(tǒng)40可以被設(shè)計(jì)在同一室組件中。
在圖5所示的實(shí)施例中，在圖5所示的實(shí)施例中，等離子體處理系統(tǒng) ld可以與圖2和圖3的實(shí)施例相似，并且還可以包含感應(yīng)線圈80，其中， RF功率經(jīng)由RF發(fā)生器82通過(guò)可選的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)84耦合到感應(yīng)線圈 80。 RF功率從感應(yīng)線圈80通過(guò)介電窗(沒(méi)有示出)感應(yīng)耦合到等離子體 處理區(qū)域45。向感應(yīng)線圈80施加的RF功率的頻率可以從約10 MHz到約 100 MHz。類(lèi)似地，向卡盤(pán)電極施加的功率的頻率可以從約0.1 MHz到約 lOOMHz。此外，狹縫法拉第屏蔽(沒(méi)有示出)可以被用于減少感應(yīng)線圈 80和等離子體之間的電容耦合。而且，控制器55可以耦合到RF發(fā)生器 82和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)84，以控制到感應(yīng)線圈80的功率的施加。在替代實(shí)施 例中，感應(yīng)線圈80可以是從上方與等離子體處理區(qū)域45通信的"螺旋" 線圈或"薄餅"線圈，如同在變壓器耦合等離子體(TCP)反應(yīng)器中一 樣。感應(yīng)耦合等離子體(ICP)源或者變壓器耦合等離子體(TCP)源的設(shè) 計(jì)和實(shí)現(xiàn)是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。
或者，等離子體可以利用電子回旋共振(ECR)來(lái)形成。在另一個(gè)實(shí) 施例中，等離子體由螺旋波(Helicon wave)的發(fā)射來(lái)形成。在另一個(gè)實(shí) 施例中，等離子體由傳播表面波來(lái)形成。上述的各種等離子體源是本領(lǐng)域 技術(shù)人員公知的。
在下面的討論中，描述用于將處理氣體引入真空處理系統(tǒng)的氣體分配 系統(tǒng)。氣體分配系統(tǒng)可以例如用于(如標(biāo)號(hào)40所示出的)圖2-5中所述的 等離子體處理系統(tǒng)中的任意一個(gè)中，或者用于具有圖2-5的系統(tǒng)中的特征 的任意組合的等離子體處理系統(tǒng)中。
現(xiàn)在參考圖6A和6B，描述根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的氣體分配系統(tǒng)100。氣 體分配系統(tǒng)100被構(gòu)造來(lái)耦合到處理室，并通過(guò)氣體供應(yīng)入口 110接收來(lái)自處理氣體供應(yīng)系統(tǒng)的處理氣體流，并在充氣腔132內(nèi)將處理氣體流分配
到多個(gè)與處理室中的處理空間流體連通的開(kāi)口 138。此外，氣體分配系統(tǒng) 100包含位于到氣體擴(kuò)散系統(tǒng)100的入口 110處的處理氣體擴(kuò)散器120，其 中處理氣體擴(kuò)散器120被構(gòu)造來(lái)將處理氣體流的動(dòng)量擴(kuò)散到充氣腔132 中，使得處理氣體以充氣腔壓強(qiáng)的非均一性被減小的方式分配到多個(gè)開(kāi)口 138中的每一個(gè)。
如圖6A所示，氣體分配系統(tǒng)100可以包含被構(gòu)造來(lái)耦合到處理室的 上組件140。上組件140可以或可以不包含電極組件。上組件140可以耦 合到電接地，如圖2， 3和5，或者上組件140可以耦合到電源，如圖4 (標(biāo)號(hào)70)。上組件140可以包含具有第一板142和第二板144的電極組 件，氣體供應(yīng)入口 110穿過(guò)第一板142形成，第二板144耦合到第一板 142，其中，第一板和第二板的組合被構(gòu)造來(lái)將處理氣體擴(kuò)散器120保持 在形成在第二板144中的支撐架148和第一板142的表面146之間。真空 密封裝置，諸如彈性體O型圈，可以用于提供第一板142、第二板144和 處理氣體擴(kuò)散器120之間的真空密封?；蛘?，包括處理氣體擴(kuò)散器120在 內(nèi)的組件140可以包含單件構(gòu)件。
此外，氣體分配系統(tǒng)IOO包含耦合到上組件140并且構(gòu)造來(lái)接收來(lái)自 處理氣體擴(kuò)散器120的處理氣體流的氣體注入系統(tǒng)130。氣體注入系統(tǒng) 130包含殼體134和耦合到殼體134的氣體分配板136，其中氣體分配板 136包含多個(gè)開(kāi)口 138，所述多個(gè)開(kāi)口 138適用于來(lái)自充氣腔132的處理氣 體均一地流到處理室中的處理空間。
如圖6B所示，處理氣體擴(kuò)散器120包含唇緣129，所述唇緣129被構(gòu) 造來(lái)由第二板144中的支撐架148承受，并且處理氣體擴(kuò)散器120還包 含擴(kuò)散器入口 122，其被構(gòu)造來(lái)與氣體供應(yīng)入口 110配合；擴(kuò)散器出口 124，其被構(gòu)造來(lái)與氣體注入系統(tǒng)130中的充氣腔132耦合；以及漸擴(kuò)通 道126，其從擴(kuò)散器入口 122延伸到擴(kuò)散器出口 124。漸擴(kuò)通道126可以 包含錐形通道，其中擴(kuò)散器壁128的半角小于或等于約20度。理想地， 擴(kuò)散器壁128的半角小于或等于約18度，并且更理想地，擴(kuò)散器壁128的 半角小于或等于約15度。如圖6B所示，擴(kuò)散器出口 124處的出口面積大于擴(kuò)散器入口 122處的入口面積。當(dāng)出口面積是入口面積的2倍大時(shí)，與 處理氣體流對(duì)氣體分配板136的沖擊相關(guān)的壓力恢復(fù)減小4倍。當(dāng)出口面 積是入口面積的4倍大時(shí)，與處理氣體流對(duì)氣體分配板136的沖擊相關(guān)的 壓力恢復(fù)減小16倍。
氣體分配板136中的多個(gè)開(kāi)口 138的數(shù)量可以為1個(gè)開(kāi)口到約1000個(gè) 開(kāi)口，并且理想地，其數(shù)量可以從約IO個(gè)開(kāi)口到約100個(gè)開(kāi)口。氣體分 配板136可以設(shè)計(jì)有多個(gè)開(kāi)口 138，每一個(gè)開(kāi)口具有約0.5mm到約10mm 的直徑，并且理想地，從約0.5mm到約2mm的直徑?；蛘?，氣體分配板 136可以設(shè)計(jì)有多個(gè)開(kāi)口 138，每一個(gè)開(kāi)口具有約1 mm到約20 mm的長(zhǎng) 度，并且理想地，從約lmm到約3mm的長(zhǎng)度。
通過(guò)使用處理氣體擴(kuò)散器120并且不將多個(gè)開(kāi)口 138中的一個(gè)或多個(gè) 定位成直接與擴(kuò)散器出口 124相對(duì)，充氣腔132中的壓強(qiáng)變化可以被減 小，特別是在擴(kuò)散器出口 124附近，并且可以減少處理氣體通過(guò)多個(gè)開(kāi)口 138的不均一通量的可能性。因此，充氣腔高度可以被減小，并且可以省 略常規(guī)使用的位于充氣腔132內(nèi)處于充氣腔132的入口面和氣體分配板 136之間的擋流板，從而可以減小氣體注入系統(tǒng)130的整體厚度。氣體注 入系統(tǒng)130可以由介電材料制造。充氣腔高度可以被設(shè)計(jì)成小于約5 mm，并且理想地，充氣腔高度可以被設(shè)計(jì)為小于約3mm。
包括上組件140、處理氣體擴(kuò)散器120和氣體注入系統(tǒng)130在內(nèi)的氣 體分配系統(tǒng)IOO可以由金屬，諸如鋁或陽(yáng)極化鋁，或者陶瓷制造。這些部 件中的任意一種可以由石英、硅、氮化硅、碳化硅、氧化鋁、氮化鋁、藍(lán) 寶石、碳等，或者由其中兩種或更多種的任意組合來(lái)制造。此外，這些部 件中任意一種，諸如這些部件的內(nèi)表面，可以涂覆包括A1203、 Sc203、 Sc2F3、 YF3、 La203、 Y203或Dy03在內(nèi)的材料?；蛘?，這些表面可以涂覆 第III族元件。
在一個(gè)實(shí)例，上組件140由表面陽(yáng)極化或沒(méi)有表面陽(yáng)極化的鋁制造。 上組件140可以充當(dāng)電極組件，并且其可以被耦合到電功率源，諸如射頻 (RF)功率源。氣體注入系統(tǒng)130可以由諸如石英的介電材料制造，以允 許RF功率從上組件140通過(guò)氣體注入系統(tǒng)130耦合到處理空間中的處理氣體。此外，處理氣體擴(kuò)散器120可以由諸如石英的介電材料制造。當(dāng)處
理氣體包含諸如HBr、 Cl2、 NF3等的腐蝕性氣體時(shí)，處理氣體擴(kuò)散器120 和氣體注入系統(tǒng)130可以由石英制造，以使得處理室中的襯底的污染最小 化。
現(xiàn)在參考圖7A和7B，描述根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的氣體分配系統(tǒng)200。 氣體分配系統(tǒng)200可以與圖6A的實(shí)施例相似，其中相似的標(biāo)號(hào)表示相似 的部件。氣體分配系統(tǒng)200被構(gòu)造來(lái)耦合到處理室，并通過(guò)氣體供應(yīng)入口 110接收來(lái)自處理氣體供應(yīng)系統(tǒng)的處理氣體流，并在充氣腔132內(nèi)將處理 氣體流分配到多個(gè)與處理室中的處理空間流體連通的開(kāi)口 138。此外，氣 體分配系統(tǒng)200包含位于到氣體擴(kuò)散系統(tǒng)200的入口 110處的處理氣體擴(kuò) 散器220，其中處理氣體擴(kuò)散器220被構(gòu)造來(lái)將處理氣體流的動(dòng)量擴(kuò)散到 充氣腔132中，使得處理氣體以充氣腔壓強(qiáng)的非均一性被減小的方式分配 到多個(gè)開(kāi)口 138中的每一個(gè)。
如圖7B所示，處理氣體擴(kuò)散器220包含唇緣229，所述唇緣229被構(gòu) 造來(lái)由第二板144中的支撐架148承受，并且處理氣體擴(kuò)散器220還包 含擴(kuò)散器入口 222，其被構(gòu)造來(lái)與氣體供應(yīng)入口 110配合；擴(kuò)散器出口 224，其被構(gòu)造來(lái)與氣體注入系統(tǒng)130中的充氣腔132耦合；以及漸擴(kuò)通 道226，其從擴(kuò)散器入口 222延伸到擴(kuò)散器出口 224。處理氣體擴(kuò)散器220 還包含具有一個(gè)或多個(gè)噴嘴的位于擴(kuò)散器出口 224處的噴嘴板228。漸擴(kuò) 通道226可以包含從擴(kuò)散器入口 222到擴(kuò)散器出口 224逐漸變化的橫截 面，如圖6B所示；或者漸擴(kuò)通道可以包含從入口部分223到出口部分225 突變的橫截面，如圖7B所示。例如，入口部分223的入口直徑可以突然 增大到出口部分225的出口直徑。
現(xiàn)在參考圖8,描述根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的氣體分配系統(tǒng)300。氣體分 配系統(tǒng)300被構(gòu)造來(lái)耦合到處理室，并通過(guò)氣體供應(yīng)入口 310接收來(lái)自處 理氣體供應(yīng)系統(tǒng)的處理氣體流，并在充氣腔332內(nèi)將處理氣體流分配到多 個(gè)與處理室中的處理空間流體連通的開(kāi)口 338。此外，氣體分配系統(tǒng)300 包含位于到氣體擴(kuò)散系統(tǒng)300的入口 310處的處理氣體擴(kuò)散器320，其中 處理氣體擴(kuò)散器320被構(gòu)造來(lái)將處理氣體流的動(dòng)量擴(kuò)散到充氣腔332中，使得處理氣體以充氣腔壓強(qiáng)的非均一性被減小的方式分配到多個(gè)開(kāi)口 338
中的每一個(gè)。
如圖8所示，氣體分配系統(tǒng)300可以包含被構(gòu)造來(lái)耦合到處理室的上 組件340。上組件340可以或可以不包含電極組件。上組件340可以耦合 到電接地，如圖2， 3禾B5，或者上組件340可以耦合到電源，如圖4(標(biāo) 號(hào)70)。例如，上組件340可以包含具有第一板342和第二板344的電極 組件，氣體供應(yīng)入口 310穿過(guò)第一板342形成，第二板344耦合到第一板 342，其中，第一板和第二板的組合被構(gòu)造來(lái)將處理氣體擴(kuò)散器320保持 在形成在第二板344中的支撐架348和第一板342的表面343之間。真空 密封裝置，諸如彈性體O型圈，可以用于提供第一板342、第二板344和 處理氣體擴(kuò)散器320之間的真空密封。或者，包括處理氣體擴(kuò)散器320在 內(nèi)的組件340可以包含單件構(gòu)件。
此外，氣體分配系統(tǒng)300包含與上組件340形成一體并且構(gòu)造來(lái)接收 來(lái)自處理氣體擴(kuò)散器320的處理氣體流的氣體注入系統(tǒng)330。氣體注入系 統(tǒng)330包含形成在第二板344中的凹部334和耦合到第二板344的氣體分 配板336，其中氣體分配板336包含多個(gè)開(kāi)口 338，所述多個(gè)開(kāi)口 338適 用于來(lái)自充氣腔332的處理氣體均一地流到處理室中的處理空間。處理氣 體擴(kuò)散器320可以包含圖6B所示的處理氣體擴(kuò)散器120，或者其可以包含 如圖7B所示的處理氣體擴(kuò)散器220。
氣體分配板336中的多個(gè)開(kāi)口 338的數(shù)量可以為l個(gè)開(kāi)口到約IOOO個(gè) 開(kāi)口，并且理想地，其數(shù)量可以從約IO個(gè)開(kāi)口到約IOO個(gè)開(kāi)口。氣體分 配板336可以設(shè)計(jì)有多個(gè)開(kāi)口 338，每一個(gè)開(kāi)口具有約0.5mm到約10 mm 的直徑，并且理想地，從約0.5mm到約2mm的直徑?；蛘撸瑲怏w分配板 336可以設(shè)計(jì)有多個(gè)開(kāi)口 338，每一個(gè)開(kāi)口具有約1 mm到約20 mm的長(zhǎng) 度，并且理想地，從約1 mm到約3 mm的長(zhǎng)度。
通過(guò)使用處理氣體擴(kuò)散器320并且不將多個(gè)開(kāi)口 338中的一個(gè)或多個(gè) 定位成直接與擴(kuò)散器出口相對(duì)，充氣腔332中的壓強(qiáng)變化可以被減小，特 別是在擴(kuò)散器出口附近，并且可以減少處理氣體通過(guò)多個(gè)開(kāi)口 338的不均 一通量的可能性。此外，充氣腔高度可以被減小，并且可以省略常規(guī)使用的位于充氣腔332內(nèi)處于充氣腔332的入口面和氣體分配板336之間的擋 流板，從而可以減小氣體注入系統(tǒng)330的整體厚度。氣體注入系統(tǒng)330可 以由介電材料制造。充氣腔高度可以被設(shè)計(jì)成小于約5 mm，并且理想 地，充氣腔高度可以被設(shè)計(jì)為小于約3mm。
包括上組件140、處理氣體擴(kuò)散器320和氣體注入系統(tǒng)330在內(nèi)的氣 體分配系統(tǒng)300可以由金屬，諸如鋁或陽(yáng)極化鋁，或者陶瓷制造。這些部 件中的任意一種可以由石英、硅、氮化硅、碳化硅、氧化鋁、氮化鋁、藍(lán) 寶石、碳等，或者由其中兩種或更多種的任意組合來(lái)制造。此外，這些部 件中任意一種，諸如這些部件的內(nèi)表面，可以涂覆包括A1203、 Sc203、 Sc2F3、 YF3、 La203、 丫203或Dy03在內(nèi)的材料。
在一個(gè)實(shí)例，上組件340由表面陽(yáng)極化或沒(méi)有表面陽(yáng)極化的鋁制造。 上組件340可以充當(dāng)電極組件，并且其可以被耦合到電功率源，諸如射頻 (RF)功率源。氣體分配板336可以由諸如石英的介電材料制造，或者其 可以由鋁或陽(yáng)極化鋁制造，以允許RF功率從上組件340耦合到處理空間 中的處理氣體。此外，處理氣體擴(kuò)散器320可以由諸如石英的介電材料制 造。例如，當(dāng)處理氣體包含諸如HBr、 Cl2、 NF3等的腐蝕性氣體時(shí)，處理 氣體擴(kuò)散器320可以由石英制造，以使得處理室中的襯底的污染最小化， 并且凹部334和氣體分配板336的內(nèi)部表面可以被涂層?？蛇x地，可以使 用犧牲氣體分配板337，其具有多個(gè)與氣體分配板336中的多個(gè)開(kāi)口 338 對(duì)齊的通孔。犧牲氣體分配板337可以由石英、硅、氮化硅、碳化硅、氧 化鋁、氮化鋁等制造。
雖然上面僅僅詳細(xì)描述了本發(fā)明的某些實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員 將容易地想到在實(shí)施例中可以有各種改進(jìn)，而不會(huì)實(shí)質(zhì)性偏離本發(fā)明的新 穎的教導(dǎo)和優(yōu)點(diǎn)。因此，所有這樣的修改被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種處理系統(tǒng)，包括處理室，其包含處理空間；處理氣體供應(yīng)系統(tǒng)，其與所述處理室流體連通并被構(gòu)造來(lái)將處理氣體流引入到所述處理室；氣體分配系統(tǒng)，其耦合到所述處理室并被構(gòu)造來(lái)通過(guò)入口接收所述處理氣體流，并且在充氣腔內(nèi)將所述處理氣體流分配到與所述處理空間流體連通的多個(gè)開(kāi)口，其中所述氣體分配系統(tǒng)包含處理氣體擴(kuò)散器，所述處理氣體擴(kuò)散器位于到所述系統(tǒng)分配系統(tǒng)的所述入口處并被構(gòu)造來(lái)將所述處理氣體流的動(dòng)量擴(kuò)散到所述充氣腔中；支座，其耦合到所述處理室并被配置來(lái)支撐所述處理室中的暴露于所述處理氣體的襯底；以及真空泵系統(tǒng)，其耦合到所述處理室并被配置來(lái)抽空所述處理室。
2. 如權(quán)利要求1所述的處理系統(tǒng)，其中，所述處理氣體擴(kuò)散器包含漸 擴(kuò)通道，所述漸擴(kuò)通道具有耦合到所述處理氣體供應(yīng)系統(tǒng)的出口的入口和 耦合到所述充氣腔的出口，并且其中，所述出口包含大于所述入口的開(kāi)口 的開(kāi)口。
3. 如權(quán)利要求2所述的處理系統(tǒng)，其中，所述漸擴(kuò)通道包括半角小于 或等于約20度的錐形通道。
4. 如權(quán)利要求2所述的處理系統(tǒng)，其中，所述漸擴(kuò)通道包括半角小于 或等于約18度的錐形通道。
5. 如權(quán)利要求2所述的處理系統(tǒng)，其中，所述漸擴(kuò)通道包括半角小于 或等于約15度的錐形通道。
6. 如權(quán)利要求2所述的處理系統(tǒng)，其中，所述處理氣體擴(kuò)散器還包含 處于所述漸擴(kuò)通道的所述出口處的噴嘴板。
7. 如權(quán)利要求6所述的處理系統(tǒng)，其中，所述漸擴(kuò)通道包含具有入口 直徑的圓柱形入口和具有出口直徑的圓柱形出口 ，所述出口直徑大于所述 入口直徑。
8. 如權(quán)利要求7所述的處理系統(tǒng)，其中，所述入口直徑階躍到所述出 口直徑。
9. 如權(quán)利要求1所述的處理系統(tǒng)，還包含布置在所述氣體分配系統(tǒng)的至少一個(gè)內(nèi)表面上的涂層。
10. 如權(quán)利要求9所述的處理系統(tǒng)，其中所述涂層是陽(yáng)極層。
11. 如權(quán)利要求9所述的處理系統(tǒng)，其中所述涂層包含至少一種第III 族元素。
12. 如權(quán)利要求9所述的處理系統(tǒng)，其中所述涂層包含包括A1203、 Sc203、 Sc2F3、 YF3、 La203、 丫203和Dy03在內(nèi)的材料。
13. 如權(quán)利要求1所述的處理系統(tǒng)，其中所述氣體分配系統(tǒng)由其上具 有涂層的鋁形成。
14. 如權(quán)利要求1所述的處理系統(tǒng)，其中所述氣體分配系統(tǒng)由石英、 氧化鋁、氮化鋁、藍(lán)寶石、硅、氮化硅、碳化硅或碳，或者上述兩種或更 多種的組合形成。
15. 如權(quán)利要求1所述的處理系統(tǒng)，其中所述氣體分配系統(tǒng)由介電材 料形成。
16. 如權(quán)利要求15所述的處理系統(tǒng)，還包含 上電極，其耦合到所述處理室并與所述支座相對(duì)布置，其中，所述上電極耦合到射頻(RF)發(fā)生器，并被構(gòu)造來(lái)通過(guò)將RF 功率從所述RF發(fā)生器耦合到所述處理氣體來(lái)在所述處理空間中形成等離 子體，以及其中，所述氣體分配系統(tǒng)布置在所述上電極和所述支座之間。
17. 如權(quán)利要求16所述的處理系統(tǒng)，其中所述氣體分配系統(tǒng)由石英、 氧化鋁、氮化鋁、藍(lán)寶石、硅、氮化硅、碳化硅或碳，或者上述兩種或更 多種的組合形成。
18. 如權(quán)利要求16所述的處理系統(tǒng)，其中所述充氣腔包含高度小于或 等于約5mm的圓柱形容積。
19. 如權(quán)利要求16所述的處理系統(tǒng)，其中所述充氣腔包含高度小于或 等于約3mm的圓柱形容積。
全文摘要
一種氣體注入系統(tǒng)，其包含將處理器體分配在處理室中的擴(kuò)散器。該氣體注入系統(tǒng)可以用于涉及腐蝕性處理氣體的多晶硅刻蝕系統(tǒng)。
文檔編號(hào)C23C16/00GK101460655SQ200780020347
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2007年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月30日
發(fā)明者亞瑟·H·小拉弗拉彌, 榎本隆, 浦川理史, 濱元新二, 愛(ài)德華·海勒, 萩原正明, 高明輝 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社