用于等离子体干法蚀刻设备的成比例且均匀的受控气流传递的制作方法
【专利摘要】本发明的实施例关于以改善的均匀性提供处理气体至处理腔室的方法与设备。本发明的一个实施例提供气体注入组件。气体注入组件包括入口枢纽、喷嘴与分配插入件，喷嘴具有抵靠入口枢纽设置的数个注入通道，分配插入件设置于喷嘴与入口枢纽之间。分配插入件具有一个或多个气体分配通道，一个或多个气体分配通道被配置以将入口枢纽连接至喷嘴的数个注入通道。一个或多个气体分配通道各自具有与数个出口连接的一个入口，且入口与数个出口的各个出口之间的距离是实质上相等的。
【专利说明】用于等离子体干法蚀刻设备的成比例且均匀的受控气流传递
【技术领域】
[0001]本发明的实施例大致关于基板处理系统与相关的基板处理。更明确地，本发明的实施例关于以改善的均匀性提供处理气体至处理腔室的方法与设备。
【背景技术】
[0002]在微电子器件制造过程中，感应耦合等离子体反应器用于多种工艺中。传统的感应耦合等离子体反应器通常包括真空腔室，真空腔室具有侧壁与顶板；工件支撑基座，工件支撑基座位于腔室中且通常面对顶板；气体入口，气体入口能够供应一个或多个处理气体进入腔室；及一个或多个线圈天线，线圈天线覆盖顶板。气体入口通常包括一个或多个气体管线，一个或多个气体管线耦接至具有数个注出口的喷嘴。气体管线通常在非对称方式下由一侧连接至喷嘴。气体管线的非对称连接造成来自喷嘴的处理气体的分配歪斜而造成非均匀的处理。
[0003]因此，需要以改善的均匀性输送处理气体的设备与方法。
【发明内容】
[0004]本发明的实施例大致关于基板处理系统与相关基板处理。更明确地，本发明的实施例关于以改善的均匀性提供处理气体至处理腔室的方法与设备。
[0005]本发明的一个实施例提供气体注入组件。气体注入组件包括入口枢纽、喷嘴与分配插入件，喷嘴具有抵靠入口枢纽设置的数个注入通道，分配插入件设置于喷嘴与入口枢纽之间。分配插入件具有一个或多个气体分配通道，一个或多个气体分配通道被配置以将入口枢纽连接至喷嘴的数个注入通道。一个或多个气体分配通道各自具有与数个出口连接的一个入口，且入口与数个出口的各个出口之间的距离是实质上相等的。
[0006]本发明的另一个实施例提供基板处理系统。基板处理系统包括界定处理空间的腔室外壳组件与设置于处理空间中的基板支撑件。腔室外壳组件包括具有中央开口的腔室盖。基板处理系统还包括设置在腔室盖上的气体注入组件。喷嘴的一部分通过腔室盖中的中央开口而被定位于处理空间中。气体注入组件包括入口枢纽、喷嘴与分配插入件，喷嘴具有抵靠入口枢纽设置的数个注入通道，分配插入件设置于喷嘴与入口枢纽之间。分配插入件具有一个或多个气体分配通道，一个或多个气体分配通道被配置以将入口枢纽连接至喷嘴的数个注入通道。一个或多个气体分配通道各自具有与数个出口连接的一个入口，且入口与数个出口的各个出口之间的距离是实质上相等的。
[0007]本发明的又另一个实施例提供处理基板的方法。方法包括将基板定位于基板处理系统中并通过基板处理系统的气体注入组件提供一或多种处理气体。气体注入组件包括入口枢纽、喷嘴与分配插入件，喷嘴具有抵靠入口枢纽配置的数个注入通道，分配插入件设置于喷嘴与入口枢纽之间。分配插入件具有一个或多个气体分配通道，一个或多个气体分配通道被配置以将入口枢纽连接至喷嘴的数个注入通道。一个或多个气体分配通道各自具有与数个出口连接的一个入口，且入口与数个出口的各个出口之间的距离是实质上相等的。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]为了详细理解本发明上述的特征，可参照某些实施例来理解简短概述于【
【发明内容】
】中的本发明的实施例的更明确描述，该等实施例中的一些实施例图示于附图中。然而，需注意附图仅图示本发明的典型实施例而因此附图不被视为本发明的范围的限制因素。
[0009]图1示意性描绘根据本发明的一个实施例的等离子体处理系统。
[0010]图2A是根据本发明的一个实施例的气体注入组件的放大剖面图。
[0011]图2B是图2A的气体注入组件的分解图。
[0012]图3A是根据本发明的一个实施例的气体枢纽的示意性俯视透视图。
[0013]图3B是图3A的气体枢纽的示意性剖面透视图。
[0014]图3C是显示图3A的气体枢纽中的气体路径的剖面侧视图。
[0015]图4是根据本发明的一个实施例的喷嘴插入件的示意性俯视透视图。
[0016]图5A是根据本发明的一个实施例的分配插入件的示意性俯视透视图。
[0017]图5B是图5A的分配插入件的示意性仰视透视图。
[0018]为了促进理解，已经尽可能应用相同的元件符号来标示附图中共有的相同元件。预期一个实施例揭露的元件可有利地用于其他实施例而不需特别详述。
【具体实施方式】
[0019]本发明的实施例大致关于以改善的均匀性提供处理气体至处理腔室的方法与设备。更明确地，本发明的实施例提供气体注入组件，气体注入组件包括入口枢纽，入口枢纽用以自源接收一种或多种气体；喷嘴，喷嘴用以通过数个注入通道注入一种或多种气体至处理腔室；及分配插入件，分配插入件在入口枢纽与喷嘴之间。
[0020]分配插入件提供将入口枢纽连接至喷嘴中的数个注入通道的分配通道，以致距数个注入通道与入口枢纽的距离是实质上相等的。即便入口枢纽非相对于数个注入通道对称地设置，分配插入件将喷嘴中数个注入通道各自定位在距入口枢纽相等距离处，藉此改善气体注入均匀性。
[0021]根据本发明的一个实施例，喷嘴、分配插入件与入口枢纽保持分隔且未通过任何物理部件(诸如，焊接、固定件)连结。运作过程中，可通过处理腔室内部与外部之间的压力差异将喷嘴与入口枢纽彼此抵靠按压来产生气密结构。在一个实施例中，可包括有弹簧元件以偏置分配插入件抵靠入口枢纽以形成分配通道。通过排除永久连接的需求，可在合理成本下自陶瓷制造气体注入喷嘴。
[0022]在一个实施例中，气体注入组件包括观察窗。观察窗可被设置在喷嘴的中央开口上。观察可让光学传感器监视处理腔室中的基板，并因此改善控制能力。
[0023]图1示意性描绘基板处理系统100的剖面图，基板处理系统100用以处理多种基板与容纳多种基板尺寸(例如，高达约450mm的基板直径)。基板处理系统100包括腔室外壳组件102，腔室外壳组件102具有处理空间104界定于腔室外壳组件102中。腔室外壳组件102可包括侧壁106与腔室盖108。基板支撑组件110可被设置于处理空间104中。基板支撑组件110在处理过程中支撑基板112。狭缝阀开口 144可被形成通过腔室壁106以让基板进出处理空间104。狭缝阀门148可被用来选择性关闭狭缝阀开口 144。数个升举销146可在基板交换过程中被用来拾起并放下基板112。在一个实施例中，基板支撑组件110可包括静电夹盘104以在处理过程中固定基板112。
[0024]腔室盖108具有开口 116以允许一种或多种处理气体的进入。开口 116可为位在基板处理系统100的中心轴118附近的中央开口并对应于接受处理的基板112的中心。
[0025]气体注入组件120被设置于腔室盖108上且通过开口 116。气体注入组件120可通过一个或多个气体入口管线122被连接至气体源124，以供应一种或多种处理气体至处理空间104。在一个实施例中，一种或多种处理气体可通过泵通道138离开处理空间104，泵通道138形成于衬里140中，衬里140设置于处理空间104内部。泵通道138可流体连通于真空泵142。或者，真空泵142可直接连接至处理空间104。
[0026]传感器126可被设置于腔室盖104上并被配置以通过气体注入组件120监视处理空间104中的基板112。传感器126可被连接至系统控制器128以提供反馈给工艺控制。
[0027]基板处理系统100可选择性地包括设置于腔室盖108上的天线组件130。天线组件130被配置以在处理空间104中产生等离子体。天线组件130可包括一个或多个与基板处理系统100的中心轴118共轴配置的螺线交错式线圈天线。加热器组件132可被设置于腔室盖108上。加热器组件132可通过夹紧件134、136被固定至腔室盖108。
[0028]气体注入组件120被配置以用均匀方式供应一种或多种处理气体至处理空间104。图2A是移除夹紧件134、136与加热器组件132且设置于腔室盖108上的气体注入组件120的放大剖面图。
[0029]如图2A中所示，气体注入组件120包括入口枢纽210、喷嘴230与分配插入件250。组合时，喷嘴230被设置通过腔室盖108的开口 116。喷嘴230可具有凸缘232以装配喷嘴230于腔室盖108上。喷嘴230的一部分通过开口 116突出进入处理空间104以输送处理气体至处理空间104。入口枢纽210被定位在腔室盖108上且覆盖开口 116与喷嘴230。入口枢纽210被设置在喷嘴230上且提供气体入口管线122与喷嘴230之间的界面。分配插入件250被设置在入口枢纽210的内部空间218中。分配插入件250提供一个或多个分配通道，一个或多个分配通道将来自气体入口管线122的一种或多种气体配送至喷嘴230。
[0030]入口枢纽210具有主体211，主体211经构形以封围开口 116并接合于喷嘴230。主体211具有面对外部环境的外表面214、界定内部空间218的内表面216以及与喷嘴230与腔室盖108接触的底面213。一个或多个入口通道212a、212b被形成通过主体211。各个入口通道212a、212b具有开放至外表面214的第一端与开放至内部空间218的第二端。一个或多个入口通道212a、212b适以与一个或多个气体入口管线122连接。为了清楚之故，即便入口通道212b可能非定位在剖面线上，仍然在图2A的剖面图中显示入口通道212b。在一个实施例中，一个或多个入口通道212a、212b相对于中心轴118是非对称的。内部空间218在底面213处具有开口 220。开口 220连接内部空间218与喷嘴230。
[0031]入口枢纽210可经构形以与喷嘴230连接并覆盖腔室盖108中的开口 116。在一个实施例中，入口枢纽210的主体211是实质上圆形。可在入口枢纽210的底面213中形成围绕内部空间218的开口 220的填料盖(gland) 226，以容纳密封件276。组合时，填料盖226与密封件276亦围绕腔室盖108的开口 116且密封件276接触腔室盖108以在处理空间104与外在环境之间形成气密密封。
[0032]喷嘴230具有上表面231以与入口枢纽210的底面213接触。喷嘴230可具有数个注入通道236、238，以自入口枢纽210的内部空间218注入一种或多种处理气体。数个注入通道236、238各自具有上表面231处的入口。注入通道236、238可具有在多个位置处的出口以达成期望的气体注入效果。在一个实施例中，如图2A中所示，数个注入通道236被排列于数个注入通道236的径向外侧。数个注入通道236具有自喷嘴230径向向外引导的出口。数个注入通道238具有自喷嘴230向下引导的出口。在一个实施例中，喷嘴230可为圆柱形而数个注入通道236、238均匀地分布在方位定向。
[0033]分配插入件250被设置于入口枢纽210的内部空间218中。分配插入件250具有一个或多个分配通道254、256，一个或多个分配通道254、256被配置以将入口通道212a、212b连接至数个注入通道236、238。在一个实施例中，一个或多个分配通道254、256各自具有一个入口与数个出口，且入口与数个出口的各个出口之间的距离是实质上相等的。通过提供实质上相等长度的分配通道给各个注入通道236、238，分配插入件250确保处理气体在实质上相同条件下到达各个注入通道236、238，而不论各个注入通道236、238相对于入口通道212a、212b的位置，这因此改善来自喷嘴230的方位注入均匀性。
[0034]在一个实施例中，分配插入件250包括固体主体252，固体主体252上形成有数个沟槽290。如图2A中所示，由分配插入件250的固体主体252上的数个沟槽290与入口枢纽210的内表面216界定一个或多个分配通道254、256。弹簧元件可被用来按压分配插入件250抵靠入口枢纽210的内表面216以形成分配通道254、256。在一个实施例中，设置于填料盖260上的密封件278可被用来作为弹簧元件。密封件278被按压于分配插入件250与喷嘴230之间，以施加弹簧力量抵靠入口枢纽210。可深于根据密封件278用以形成真空密封的设计需求的填料盖来形成填料盖260，以致来自密封件278的弹簧力量不会破坏O形环密封件276所形成的真空密封。在一个实施例中，密封件278可经压缩以降低约10%至约20%的密封件278原始尺寸。
[0035]或者，分配插入件250可包括全部或部分由内部渠道所形成的分配通道。
[0036]如图2A所示，气体注入组件120被配置以自两个独立的气体源接收并注入气体。各个入口通道212a、212b可适以容纳一个源管路。如图2A所示，分配通道254将入口通道212b连接至数个注入通道238并形成虚线箭号所示的流体路径。入口通道212b的出口至数个注入通道238的各个注入通道的出口的距离是实质上相等的。因此，可用均匀方式将来自入口通道212b的处理气体通过数个注入通道238注入处理空间104。分配通道256将入口通道212a连接至数个注入通道236并形成固体箭号所描绘的流体路径。自入口通道212a的出口至数个注入通道236的各个注入通道的出口的距离是实质上相等的。因此，可用均匀方式将来自入口通道212a的处理气体通过数个注入通道236注入处理空间104。或者，气体注入组件120可包括更多或更少的独立路径。
[0037]对准元件可被用来对准分配插入件250与入口枢纽210，以致入口通道212a、212b对准于分配插入件250中相应的分配通道254、256。在一个实施例中，入口枢纽210具有对准孔224，分配插入件250具有对准孔258，而合销272穿过入口枢纽210中的对准孔224与分配插入件250中的对准孔258之间。或者，可应用其他对准元件(诸如，齿与沟槽)。
[0038]气体注入组件120可选择性地包括观察窗270。入口枢纽210的主体211可具有通孔222，且内部空间218可为通孔222径向外侧的环形凹部。喷嘴230可为具有中央开口 240的中空圆柱，且数个注入通道236、238可被形成通过中空圆柱的侧壁。观察窗270可被设置于入口枢纽210与喷嘴230之间。在一个实施例中，喷嘴230可具有支撑观察窗270的凹部242。入口枢纽210可具有填料盖228，填料盖228经形成以容纳密封件274以便提供入口枢纽210与观察窗270之间的真空密封。在一个实施例中，观察窗270是由石英所制成。
[0039]图2B是图2A的气体注入组件120的分解图。入口枢纽210、喷嘴230与分配插入件250保持为分隔的部件且非永久地连接在一起。入口枢纽210、喷嘴230与分配插入件250可由陶瓷材料(例如，氧化铝)所制成。
[0040]图3A是根据本发明的一个实施例的入口枢纽210的示意透视图。图3B是入口枢纽210的示意剖面透视图。入口通道212a、212b可被形成于主体211的一侧上，并非对称地进入内部空间218。
[0041]图3C是显示入口枢纽210中的入口通道212a、212b的剖面侧视图。如图3C中所示，入口通道212a、212b可在不同的垂直水平处进入入口枢纽210的内部空间218。
[0042]图4是根据本发明的一个实施例的喷嘴插入件230的示意透视图。数个注入通道236、238沿着圆柱主体234的周边均匀地分布。注入通道236在注入通道238的径向外侦U。圆形402、404描绘入口枢纽210的底面213在喷嘴230上的足迹。圆形402、404之间的环形区域对应于入口枢纽210中的内部空间218的开口 220。注入通道238、236位于圆形402、404之间的环形区域中。
[0043]曲线406描绘根据本发明的一个实施例的分配插入件250的足迹。分配插入件250分隔并分组注入通道236、238。各个组别中的注入通道236、238共用分配插入件250中的分配通道的一个出口。
[0044]图5A是根据本发明的一个实施例的分配插入件250的示意透视图。图5B是分配插入件250的另一透视图。分配插入件250具有环形主体252。
[0045]分配通道256包括一个入口 502与数个出口 504。数个出口 504可沿着环形主体252的圆周均匀地分布。入口 502被配置以对齐入口枢纽210中的入口通道。如图5A中所示，分配通道256在紧接入口 502后分叉为分支503a、503b。分支503a、503b沿着主体252的弧形在相反方向中延伸相同长度，接着各自分叉成分支505a、505b与505c、505d。分支505a、505b沿着主体252的弧形在相反方向中延伸相同长度，并连接两个出口 504。分支505c、505d沿着主体252的弧形在相反方向中延伸相同长度，并连接两个出口 504。因此，由入口 502至各个出口 504的距离是相同的。通道256可进一步分叉以连接更多出口。
[0046]同样地，分配通道254包括一个入口 512与数个出口 514。分配通道254自入口512分叉两次以到达出口 514。
[0047]如图5B所示，分隔器506、516可被形成于环形主体252的底面518上。当接触喷嘴230时，分隔器506、516可将数个注入通道236、238分组成多个群组。一个群组中的注入通道236连接于数个出口 504的相同一个出口。一个群组中的注入通道238连接于数个出口 514的相同一个出口。分隔器506、516相对于注入通道236、238的位置显示于图4中。
[0048]虽然上文关于本发明的实施例，但可在不悖离本发明的基本范围下设计出本发明的其他实施例与进一步实施例，且本发明的范围由随后的权利要求书所确定。
【权利要求】
1.一种气体注入组件，包括: 入口枢纽； 喷嘴，所述喷嘴具有抵靠所述入口枢纽设置的数个注入通道；及 分配插入件，所述分配插入件设置于所述喷嘴与所述入口枢纽之间，其中所述分配插入件具有一个或多个气体分配通道，所述一个或多个气体分配通道被配置以将所述入口枢纽连接至所述喷嘴的数个注入通道，所述一个或多个气体分配通道各自具有连接数个出口的一个入口，且所述入口与所述数个出口的各个出口之间的距离是实质上相等的。
2.如权利要求1所述的气体注入组件，其特征在于，所述入口枢纽具有外表面与内表面，所述内表面界定内部空间，所述内部空间具有开口，一个或多个入口通道形成于所述入口枢纽中，且所述一个或多个入口通道的各个入口通道具有第一端与第二端，所述第一端开放至所述外表面而所述第二端开放至所述内表面。
3.如权利要求2所述的气体注入组件，其特征在于，所述喷嘴经设置抵靠所述入口枢纽于所述内部空间的所述开口上，所述喷嘴关闭所述入口枢纽的所述内部空间，且所述数个注入通道将所述入口枢纽的所述内部空间连接至外部空间。
4.如权利要求3所述的气体注入组件，其特征在于，所述分配插入件设置于所述入口枢纽的所述内部空间中，所述入口经定位以连接所述入口枢纽的对应入口通道的所述第二端，且所述数个出口的各个出口开放至所述喷嘴中的所述数个注入通道的一个或多个注入通道。
5.如权利要求4所述的气体注入组件，其特征在于，所述一个或多个气体分配通道各自由所述入口分叉一或多次而至所述数个出口。
6.如权利要求5所述的气体注入组件，其特征在于，所述分配插入件的外表面接触所述入口枢纽的所述内表面，所述一个或多个气体分配通道包括数个渠道，所述数个渠道形成于所述入口枢纽的所述内表面与所述分配插入件的所述外表面上的数个沟槽之间。
7.如权利要求6所述的气体注入组件，其特征在于，所述分配插入件具有环形主体，且所述入口枢纽的所述内部空间是环形凹部，所述环形凹部被配置以容纳所述分配插入件的所述环形主体。
8.如权利要求7所述的气体注入组件，其特征在于，所述一个或多个气体分配通道的各自气体分配通道中的所述数个出口沿着所述分配插入件的所述环形主体的周边均匀地分布。
9.如权利要求8所述的气体注入组件，还包括弹簧元件，所述弹簧元件设置于所述喷嘴与所述分配插入件之间，其中所述弹簧元件按压所述分配插入件抵靠所述入口枢纽的所述内表面。
10.如权利要求4所述的气体注入组件，还包括对准元件，所述对准元件被配置以将所述分配插入件与所述入口枢纽对齐，其中所述对准元件是合销。
11.如权利要求4所述的气体注入组件，其特征在于，所述喷嘴是中空圆柱，所述中空圆柱具有围绕中央开口的圆柱形侧壁，且所述数个注入通道形成于所述圆柱形侧壁中。
12.如权利要求11所述的气体注入组件，还包括观察窗，所述观察窗设置于所述入口枢纽与所述喷嘴之间，其中所述入口枢纽具有在所述内部空间的径向内侧的中央开口，所述入口枢纽的所述中央开口与所述喷嘴的所述中央开口彼此对齐，且所述观察窗覆盖所述喷嘴的所述中央开口。
13.如权利要求11所述的气体注入组件，其特征在于，所述数个注入通道包括数个内侧注入通道与数个外侧注入通道，所述数个内侧注入通道开放至所述圆柱形侧壁的底端，而所述数个外侧注入通道开放至所述圆柱形侧壁的外表面。
14.一种基板处理系统,包括: 腔室外壳组件，所述腔室外壳组件界定处理空间，其中所述腔室外壳组件包括腔室盖，所述腔室盖具有中央开口； 基板支撑件，所述基板支撑件设置于所述处理空间中；及 如权利要求1 一 13的任一项所述的气体注入组件，所述气体注入组件设置于所述腔室盖上，其中所述喷嘴的一部分通过所述腔室盖中的所述中央开口被定位于所述处理空间中。
15.—种处理基板的方法,包括: 将基板置于如权利要求14所述的基板处理系统中； 提供一种或多种处理气体通过所述基板处理系统的所述气体注入组件。
【文档编号】H01L21/02GK104170067SQ201380012863
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2013年4月5日 优先权日:2012年4月26日
【发明者】R·C·南古瓦, A·Y·恩盖耶 申请人:应用材料公司