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