具有减少的离子流的预清洁腔室的制作方法

专利名称：具有减少的离子流的预清洁腔室的制作方法
具有减少的离子流的预清洁腔室
MM
本发明的实施例一般涉及基板处理系统。
置量
可使用基板处理系统以在处理步骤前清洁基板，所述基板处理系统诸如是等离子体预清洁腔室。举例来说，基板可在进入等离子体预清洁腔室前例如通过如蚀刻工艺、灰化工艺或类似工艺而被处理。基板可能在进入等离子体预清洁腔室时带有残余物，可需要去除这些残余物而不导致损害基板，所述残余物诸如是蚀刻残余物、氧化物或类似物。发明人观察到，常规的预清洁腔室可能会在某些基板上产生损害，所述基板例如是低于65nm的介电薄膜。
因此，发明人提供一种改良的预清洁腔室。
概沭
本文公开用于处理基板的设备。在某些实施例中，基板处理系统可包括处理腔室、 基板支撑件及等离子体过滤器，所述处理腔室具有用来接收等离子体的第一空间(volume) 和用来处理基板的第二空间，所述基板支撑件设置于第二空间中，所述等离子体过滤器设置于处理腔室中并且在第一空间及第二空间之间，使得形成在第一空间的等离子体可仅从第一空间经由等离子体过滤器而流进第二空间。在某些实施例中，基板处理系统包括耦接至处理腔室的处理套件，其中等离子体过滤器设置于处理套件中。
在某些实施例中，基板处理系统包括处理腔室、基板支撑件、环、主体、唇部(Iip) 及等离子体过滤器。所述 处理腔室具有第一空间及第二空间。所述基板支撑件设置于第二空间中。所述环具有第一外侧缘及具有第一内侧缘，所述第一外侧缘构造为放置于处理腔室的壁上。所述主体从环的第一内侧缘向下延伸，所述主体具有多个侧壁，所述等侧壁限定在基板支撑件上方的开口。所述唇部从主体的侧壁延伸至位于基板支撑件方的开口。所述等离子体过滤器具有由唇部的第二内侧缘所支撑的周缘，使得形成在第一空间中的等离子体可仅从第一空间经由等离子体过滤器而流进第二空间。
本发明的其它及进一步的实施例将于下叙述。
附图简要说明
可通过参考描绘于附图中的本发明示范性实施例来理解以上简要概述的和以下更详细讨论的本发明的实施例。然而，应注意的是，附图仅描绘本发明的典型实施例，因此不应被视为对本发明的范围的限制，这是因为本发明可允许其它同等有效的实施例。


图1显示根据本发明的某些实施例的基板处理系统的示意图。
图2显示根据本发明的某些实施例的基板处理系统的等离子体过滤器的立体图。
为促进理解，在可能地情况下，可使用相同的标号来表示各附图中共有的相同元件。附图未按比例绘制且可为了清楚而加以简化表示。预期一个实施例的元件及特征可有利地并入其它实施例中而不需进一步详述。
具体描沭
本文公开用于处理基板的设备。本发明设备的实施例可有利于减少等离子体中的离子流(ion current)，所述等离子体是用来清洁设置于设备中的基板。举例来说，所减少的离子流可有利地用来去除污染物而不损害基板，所述污染物诸如是蚀刻残余物、氧化物或类似物。本发明设备的实施例例如可以是用来清洁具有污染物的合适基板，所述基板诸如是具有低介电常数的介电材料的基板，该低介电常数的介电材料的基板一旦经蚀刻会在该低介电常数的介电材料中形成沟道、过孔(via)或类似物。举例来说，基板可在后段工艺 (back end of line, BEOL)处理前在本发明设备中清洁，以去除蚀刻残余物、氧化物或类似物，以暴露金属表面而形成金属互连结构。
在一非限制例中，可使用本发明的实施例以清洁前端互连结构而通过减少寄生电容来提高产品效性能，所述互连结构具有多孔超低介电常数(ultra low k，ULK)的电介质。 由于高含量的碳，ULK电介质可能会对等离子体处理更敏感。在某些实施例中，ULK电介质可具有约2. 5或更小的介电常数。可使用本发明的实施例以在任何合适的装置节点处清洁基板，所述合适的装置节点诸如是(但不限于)约40nm或以下。
图1显示根据本发明的某些实施例的基板处理系统。举例来说，在某些实施例中， 基板处理系统可为预清洁腔室，所述预清洁腔室诸如是可由加州圣克拉拉市的应用材料公司购得的Preclean II腔室。其它的处理腔室可依据在本文所提供的技术而修改。一般来说，基板处理系统40包括处理腔室72，该处理腔室72具有第一空间73及第二空间75。第一空间73可包括处理腔室72的一部分，等离子体77在该部分待接收(如，引进或形成)。 第二空间75可包括处理腔室72的一部分，该处理腔室72的一部分是利用来自等离子体77 的反应物来处理基板之处。 举例来说，基板支撑件42可设置在处理腔室72的第二空间75 内。等离子体过滤器89可设置在处理腔室72中而在第一空间73与第二空间75之间，使得形成在第一空间73中的等离子体77 (或从等离子体77所形成的反应物)可仅经由等离子体过滤器89而到达第二空间75。
基板处理系统40可包括耦接至处理腔室的气体入口 76，以提供可用来形成等离子体77的一种或多种处理气体在第一空间中。气体排气装置78可耦接至处理腔室72，举例来说，气体排气装置78可在包括有第二空间75的腔室72的较低位置耦接至处理腔室 72。在某些实施例中，RF功率源74可耦接至感应线圈98，以在处理腔室内72产生等离子体77。替代地(未图示)，等离子体例如可由远程等离子体源或类似物而远程产生，并流进处理腔室的第一空间73。在某些实施例中，功率源80可耦接至基板支撑件42，以在当离子通量(ion flux)出现在基板支撑件42的表面上时，控制流至基板54的离子通量。举例来说，基板处理系统40可包括控制器110，以控制基板处理系统40的一个或多个部件，以执行对于基板54的操作。其它或进一步的部件及基板处理系统40将于下叙述。
处理腔室72包括壁82、底部84及顶部86。介电盖体88可设置在顶部86的下方及处理套件90的上方，处理套件90耦接至处理腔室72，且构造为支撑等离子体过滤器 89。介电盖体88可如图1中所不为半球形(dome-shaped)。介电盖体88是由介电材料制成，所述介电材料诸如是玻璃或石英，且一般为可替换部件而可在系统88中处理一定数量的基板后替换。感应线圈98可环绕在介电盖体88设置并耦接至RF功率源74，以将RF功率感应地耦接至第一空间75而在第一空间73内形成等离子体77。替代感应线圈98，或与感应线圈98结合，可使用远程等离子体源(未图示)以在第一空间73中形成等离子体77 或以将第一等离子体77提供至第一空间73。
处理套件90可包括环91，所述环诸如是凸缘(flange)，该环91具有第一外侧缘 93，该第一外侧缘93构造为放置在该处理腔室72的壁82上。举例来说，如图1所示，环91 可放置在壁82上且具有介电盖体88及顶部86。然而,在图1中所示的实施例仅作为示例， 还可能有其它的实施例。举例来说，环可构造为放置在腔室的内侧特征结构上(未图示)， 如从壁82向内延伸的唇部或类似物。环91可进一步包括第一内侧缘95。处理套件90可包括主体97，该主体97从该91的第一内侧缘95向下延伸。主体 97可包括侧壁99，该侧壁99限定基板支撑件42上方的开口 100。举例来说，如图1中所示，开口 100的直径可超过基板支撑件42的直径。举例来说，形成在基板支撑件42与主体 97的侧壁99之间的间隙102可用作为流道(flow path)，该流道供处理气体、副产物及其它待排出至排气装置78的材料。
处理套件90可包括唇部104，该唇部104从该主体97的侧壁99延伸至基板支撑件42上方的开口 100。唇部104可构造为支撑等离子体过滤器89 (如下所讨论)。唇部 104可从主体97的侧壁99延伸，举例来说，如从图1中所示唇部104在环91下方的位置沿着侧壁99而延伸。替代地，唇部104可从主体97邻近环91的位置延伸，如唇部104从与环91在相同水平的位置延伸。唇部104可从主体97在任何合适的位置延伸，使得等离子体过滤器89可位于感应线圈98的平面下方，以防止与感应耦合的干扰，及防止任何的偏离等离子体在等离子体过滤器89下方产生。
唇部104可具有第二内侧缘106，该第二内侧缘106构造为支撑等离子体过滤器 89的周缘在第二内侧缘106上。举例来说，第二内侧缘106可包括环绕在第二内侧缘106 构造的凹槽108，以支撑等离子体过滤器89在凹槽108中。然而，凹槽108仅为用于支撑等离子体过滤器89的一个示范实施例，且其它合适的保持机构可被使用。
处理套件90可包括任何适合于系统40中所执行工艺的合适材料。处理套件90 的部件可用以限定第一空间73及第二空间75。举例来说，第一空间73可由至少该环91、 该唇部104、该等离子体过滤器89及该介电盖体88所限定。举例来说，在某些实施例中，如图1中所示第一空间73可进一步由主体97的侧壁99所限定。举例来说，第二空间75可由唇部104、等离子体过滤器89、主体97及基板支撑件42所限定。
图2显示根据本发明的某些实施例的等离子体过滤器89的立体图。在某些实施例中，等离子体过滤器89包括平板202，该平板202具有多个开口 87，该多个开口 87设置为从等离子体过滤器89的面对第一空间表面83穿过等离子体过滤器89至等离子体过滤器89的面对第二空间表面85。多个开口 87将第一空间73流动地耦接至第二空间75。平板202可由介电材料制成，所述介电材料诸如是石英或适于处理化学的其它材料。在某些实施例中，平板202可包括筛网(screen)或网(mesh)，其中筛网或网的开口区对应由孔 (apertUre)87所提供的期望开口区。替代地，也可使用平板与筛网或网的结合。
可使用等离子体过滤器89以在等离子体77形成在处理腔室中之后限制等离子体 77的离子流。举例来说，等离子体77的离子流可通过控制等离子体过滤器89的一个或多个态样而被修改成所期望的离子流。举例来说，多个开口 87的尺寸、空间及/或几何配置可在整个平板202的表面上做变化。举例来说，当等离子体77从第一空间73移动到第二空间75时，多个开口的开口 87数量可选择成足以减少在等离子体77中的离子流。开口 87 的尺寸范围从O. 03英寸(O. 07厘米)至约3英寸(7. 62厘米)。开口 87可被配置为限定平板202的表面的开口区从约2%至约90%。在某些实施例中，一个或多个开口 87包括多个以方格图案配置、约半英寸(1. 25厘米)直径的洞，限定出约30%的开口区。需考虑的是， 可使用其它尺寸的洞或不同尺寸的洞来配置洞的其它几何或随机图案。洞的尺寸、形状及图案可取决于第二空间75中的所期望离子密度而变化。举例来说，可使用更多小直径的洞以在第二空间75中增加自由基对离子密度的比率。在其它状况下，数个较大的洞可交互散布于小洞间，以在第二空间中增加离子对自由基密度比率。替代地，较大洞可位在平板202 的特定区中以均匀分布在第二空间75中的离子分布。
替代地，或结合地，举例来说，每一开口 87在等离子体过滤器89上的位置可为同样的目的而选择。举例来说，可选择位置以对应等离子体77的密度，如若等离子体77在近中心处具有较高的离子密度，而在近等离子体77的鞘层具有较低的离子密度。举例来说， 任何这种在等离子体77中的非均匀性(若存在)由如在近等离子体过滤器89的中心处的开口具有较高的离子密度，而在近等离子体过滤器89的边缘具有较低的离子密度而产生。 因此，当等离子体77从第一空间73移动到第二空间75时，多个开口 87的开口 87密度可选择成足以减少在等离子体77中的离子流。
可使用等离子体过滤器89的其它态样以调整等离子体77的离子流。替代地，或与上所讨论的态样结合，举例来说，当等离子体77从第一空间73移动到第二空间75时，多个开口 87的每一开口 87的直径可选择成足以减少在等离子体77中的离子流。举例来说， 若每一开口 87的直径小于等离子体77的鞘层宽度，开口 87可限制可到达第二空间75的离子流。替代地，或与上所讨论的态样结合，举例来说，等离子体过滤器89的厚度可调整， 使得改变每一开口 87的长度，以控制等离子体77中的离子流。开口 87可允许自由基及其它中性气体种类到达第二空间75且可处理在基板支撑件42上的基板。此外，等离子体过滤器89可通过唇部104的位置及/或通过相对等离子体过滤器89的基板支撑件42表面的位置而放置在基板支撑件42上方的足够远处，以允许扩散而抹除(smear out)对多个开口 87的图案的冲击，所述多个开口 87的图案设置在设置在基板支撑件42上的基板上。
回到系统40，气体入口 76连接至处理气体供应器92并在处理期间将处理气体引进至系统40中。如图所示，气体入口 76经由介电盖体88而耦接至第一空间75。然而，气体入口 76可于任何合适的位置而耦接入第一空间75。气体排气装置78可包括伺服控制节流阀94及 真空泵96。真空泵96在处理之前先抽空系统40。在处理期间，在处理期间真空泵96及伺服控制节流阀94在系统40内维持所期望压力。在某些实施例中，处理气体可包含氢(H2)、氦(He)或类似物的一种或多种。在某些实施例中，处理气体包含氢及氦的混和物，其中氢约5%。
基板支撑件42 —般包括一个或多个加热器44、RF电极46及夹持电极48。举例来说，RF电极46可包含钛且可连接至功率源80以在处理期间提供RF偏压。使用偏压功率至RF电极46可促进等离子体点火(plasma ignition)及/或控制离子流。然而，从RF 电极46输出的偏压功率可能不与系统40的所有实施例兼容。因此，等离子体点火在这些例子中需通过其它手段而完成。举例来说，在足够高的压力(取决于气体种类)时，在感应线圈98及第一空间73之间的电容耦合可导致等离子体点火。
基板支撑件42可包括夹持电极48，当夹持电极48设置于基板支撑件上时，夹持电极48用来紧固基板54至基板支撑件42的表面。夹持电极48可经由匹配网络(未图示)而耦接至夹持功率源50。夹持功率源50可以约2MHz或约13. 56MHz或约60MHz而产生最高12，OOOff的功率。在某些实施例中，夹持功率源50可提供连续或脉冲功率。在某些实施例中，夹持功率源可为DC或脉冲DC源。
基板支撑件可包括加热器44，当该加热器44设置于基板支撑件42上时，加热器 44用来加热基板54至所期望温度。加热器44可为适于提供控制基板温度的任何种类的加热器。举例来说，加热器44可为电阻式加热器。在此类实施例中，加热器44可耦接至功率源52，该功率源52构造为提供加热器44功率而促进加热该加热器44。在某些实施例中， 加热器44可配置于基板支撑件42的表面上方或邻近该基板支撑件42的表面处。替代地， 或结合地，在某些实施例中，加热器可内嵌于基板支撑件42内。加热器44的数量及配置可变化而提供对基板54的温度的额外控制。举例来说，在使用超过一个加热器的实施例中， 加热器可配置在多个区域，以促进控制遍布基板54的温度，因而提供增加的温度控制。
控制器110包括中央处理单元(CPU) 112、存储器114及用于CPU112的支持电路 116，且控制器110依照如在系统40中处理基板的方法促进控制系统40的部件。控制器110 可为任何形式的通用目的计算机处理器的一种，该通用目的计算机处理器可使用于工业装置，以控制不同的腔室及子处理器。CPU112的计算机可读介质或存储器114可为一个或多个易于获得的存储器，所述存储器诸如是随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、磁盘、 硬盘、或任何其它形式的数字存储器，无论是本地的或远程的皆可。支持电路116耦接至 CPU112，用于以常规方式支持处理器。这些电路包括高速缓存(cache)、电源供应器、频率电路、输入/输出电路及子系统及类似物。存储器114存储软件(源或目标代码)，该软件可执行或可引起，以用此所述的方式控制系统40的操作。软件程序(software routine)也可由第二 CPU (未图示)而被存储及/或执行，该第二 CPU位于远离由CPUl 12所控制的硬件处。
在操作的例子中，基板54位于基板支撑42上，且系统40被抽空以提供真空处理环境。处理气体经由气体入口 76而引入第一空间73。为启动反应，处理气体的等离子体经由感应耦合及/或电容耦合而产生于处理区域中。初始等离子体77可通过将功率施加至感应线圈98而产生。在减少反应期间，感应线圈98可以约IOOKHz与约60MHz之间而偏压于约O. 0032W/cm2与约3. 2W/cm2之间，以感应地维持于处理区域中的等离子体 ，同时基板支撑件42偏压于约OW/cm2与约O. 32ff/cm2之间，以电容地维持等离子体。替代地，在减少反应期间，在处理区域中的等离子体77可由感应线圈98而单独维持。需考虑的是，在处理区域内的等离子体在处理期间，可仅通过感应耦合、仅通过电容耦合或通过感应及电容耦合两者的结合而激发及维持。替代地，初始等离子体可通过偏压基板支撑件42在约O. 0032W/ cm2与约O. 32ff/cm2之间而触发，这对于200mm基板而言是对应到约IW与约100W之间的RF 功率水平与约IOOKHz与约IOOMHz之间的频率且维持约3秒的时间。
腔室压力可初始地通过设定伺服控制节流阀94至部分封闭状态而建立至所期望的处理压力。在处理期间，腔室压力可通过控制伺服节流阀94的启/闭状态而维持在约 5mTorr与约IOOmTorr之间。可选地,在处理期间,基板54的温度可由在基板支撑件42内的加热器44而控制。
在等离子体过滤器89位于基板54上方约O. 75英寸处的一个示范实施例中，测量具有或不具有等离子体过滤器89的离子流，该离子流是压力的函数。所使用的处理气体为在氦混合物中具有5%氢的氢。RF功率源74设定于约750瓦，以将功率提供至感应线圈98 而促进等离子体点火。发现等离子体过滤器89的存在可在约O至约lOOmTorr的压力范围间减少离子流到约1/100至约1/1000。
如上所讨论，离子流可受到等离子体过滤器89中的开口 87的尺寸及数量而影响， 然而，诸如压力、RF功率或类似手段之类的其它调整手段也为可行。举例来说，在某些实施例中，可使用压力以改变离子流到约1/4至约1/5。RF功率也可作为调整手段，但RF功率可受限于等离子体稳定性。举例来说，在某些实施例中，由RF功率源74所提供的功率可低于约550W以维持等离子体稳定性。举例来说，在某些实施例中，压力可低于约lOOmTorr以维持等离子体稳定性。
因此，已在本文提供用于处理基板的改良设备。本发明设备的实施例可有利于减少等离子体中的离子流，以对基 板的表面或设置于基板上的材料具有减少的损害，该等离子体是用来清洁设置在设备中的基板。
虽然上述涉及本发明的实施例，但可在不背离本发明的基本范围下设计出本发明的其它与进一步的实施例。
权利要求
1.一种基板处理系统，所述基板处理系统包括 处理腔室，所述处理腔室具有用来接收等离子体的第一空间和用于处理基板的第二空间； 基板支撑件，所述基板支撑件设置于所述第二空间中；和 等离子体过滤器，所述等离子体过滤器设置于所述处理腔室中并且在所述第一空间与所述第二空间之间，使得形成于所述第一空间中的等离子体可仅从所述第一空间经由所述等离子体过滤器而流进所述第二空间。
2.如权利要求1所述的基板处理系统，所述基板处理系统进一步包括 处理套件，所述处理套件耦接至所述处理腔室，其中所述等离子体过滤器设置于所述处理套件中。
3.如权利要求2所述的基板处理系统，其中所述处理套件进一步包括 环，所述环具有第一外侧缘和第一内侧缘，所述第一外侧缘构造为放置于所述处理腔室的壁上； 主体，所述主体从所述环的所述第一内侧缘向下延伸，所述主体具有多个侧壁，所述侧壁限定在所述基板支撑件上方的开口，其中所述第一空间至少部分地设置于所述开口中；和 唇部，所述唇部从所述主体的所述侧壁延伸至位于所述基板支撑件上方的所述开口，其中所述等离子体过滤器被支撑在所述唇部上。
4.如权利要求3所述的基板处理系统，其中所述第二空间由所述唇部、所述等离子体过滤器、所述主体和所述基板支撑件所限定。
5.如权利要求3所述的基板处理系统，所述基板处理系统进一步包括 介电盖体，所述介电盖体设置于所述处理套件上方。
6.如权利要求5所述的基板处理系统，其中所述第一空间由至少所述环、所述唇部、所述等离子体过滤器和所述介电盖体所限定。
7.如权利要求5所述的基板处理系统，其中所述介电盖体为半球形。
8.如权利要求5所述的基板处理系统，所述基板处理系统进一步包括 感应线圈，所述感应线圈邻近所述介电盖体设置，以将RF功率耦接至所述第一空间，以在所述第一空间中形成等离子体。
9.如权利要求1至8中任一项所述的基板处理系统，其中所述等离子体过滤器进一步包括 多个开口，所述多个开口设置从所述等离子体过滤器的面对第一空间表面穿过所述等离子体过滤器至所述等离子体过滤器的面对第二空间表面，其中所述多个开口将所述第一空间流动地耦接至所述第二空间。
10.如权利要求9所述的基板处理系统，其中，当等离子体从所述第一空间移动到所述第二空间时，所述多个开口的开口数量足以减少在所述等离子体中的离子流。
11.如权利要求9所述的基板处理系统，其中，当等离子体从所述第一空间移动到所述第二空间时，所述多个开口的开口密度足以减少在所述等离子体中的离子流。
12.如权利要求9所述的基板处理系统，其中，当等离子体经由每一开口从所述第一空间移动到所述第二空间时，所述多个开口的每一开口的直径足以减少在所述等离子体中的离子流。
13.如权利要求1至8中任一项所述的基板处理系统，其中所述等离子体过滤器包含石英。
14.如权利要求1至8中任一所述的基板处理系统，其中所述基板支撑件进一步包括 加热器，当所述加热器设置于所述基板支撑件上时，所述加热器用来加热基板至所期望温度。
15.如权利要求1至8中任一项所述的基板处理系统，其中所述基板支撑件进一步包括 夹持电极，当所述夹持电极设置于所述基板支撑件上时，所述夹持电极用来紧固基板至所述基板支撑件的表面。
全文摘要
本文公开用于处理基板的设备。在某些实施例中，基板处理系统可包括处理腔室、基板支撑件及等离子体过滤器。该处理腔室具有用来接收等离子体的第一空间以及用来处理基板的第二空间。该基板支撑件设置于第二空间中。该等离子体过滤器设置于处理腔室中并且在第一空间及第二空间之间，使得形成在第一空间的等离子体可仅从第一空间经由等离子体过滤器而流进第二空间。在某些实施例中，基板处理系统包括耦接至处理腔室的处理套件，其中等离子体过滤器设置于处理套件中。
文档编号H01L21/3065GK103003926SQ201180034795
公开日2013年3月27日 申请日期2011年6月23日 优先权日2010年6月25日
发明者约翰·C·福斯特, 何泰宏, 穆拉利·K·纳拉辛汉, 傅新宇, 孙达雷吉恩·阿尔温德, 郭晓曦 申请人:应用材料公司