本文中描述的实施例总体涉及一种基板处理设备，并且更具体地涉及一种用于基板处理设备的改进喷头组件。
背景技术：
经由等离子体气体执行对半导体基板的“干法”蚀刻(也被称为反应离子蚀刻(rie))的半导体处理系统要求持续监测。虽然可能预先定义蚀刻参数并且允许系统执行不监测的蚀刻工艺监测，但是系统内的状况可能随时间而改变。例如，监测基板处理设备的喷头组件的温度帮助提供温度反馈，温度反馈可以帮助维持稳定工艺控制。蚀刻气体的组成或压力或工艺腔室或基板的温度的微小变化产生不期望的蚀刻结果。
因此，需要一种用于基板处理设备的改进喷头组件。
技术实现要素：
本文中描述的实施例总体涉及一种基板处理设备，并且更具体地涉及一种用于基板处理设备的改进喷头组件。喷头组件包括气体分配板和一个或多个温度检测组件。气体分配板包括具有顶表面和底表面的主体。一个或多个温度检测组件与气体分配板的顶表面物理对接。每个温度检测组件包括突出特征和温度探测器。突出特征与气体分配板的顶表面接触。温度探测器定位在突出特征中。
在另一实施例中，本文中公开了一种处理腔室。处理腔室包括基板支撑构件和喷头组件。基板支撑构件被配置为支撑基板。喷头组件包括气体分配板和一个或多个温度检测组件。气体分配板包括具有顶表面和底表面的主体。一个或多个温度检测组件与气体分配板的顶表面对接。每个温度检测组件包括轴向加载的突出特征和温度探测器。突出特征与气体分配板的顶表面结合。温度探测器定位在突出特征中。
在另一实施例中，本文中公开了一种处理基板的方法。在处理腔室的处理区域中形成等离子体。处理区域限定在喷头组件与基板支撑组件之间。喷头组件包括气体分配板。基板支撑组件被配置为支撑基板。利用温度检测组件对气体分配板的温度进行监测。温度检测组件与气体分配板的顶表面对接，使得在气体分配板与温度检测组件之间形成热结合。温度检测组件包括突出特征和温度探测器。突出特征与气体分配板的顶表面对接，使得轴向负载沿着突出特征的轴线而放置在气体分配板上。温度探测器由突出特征支撑。温度探测器被配置为对气体分配板的温度进行监测。然后，基于由温度检测组件监测的温度调节工艺配方。
附图说明
因此，为了详细理解本公开内容的上述特征结构所用方式，可参考实施例得到上文所简要概述的本公开内容的更具体的描述，一些实施例示出在附图中。然而，应当注意，附图仅示出了本公开内容的典型实施例，并且因此不应视为限制本公开内容的范围，因为本公开内容可允许其它等效实施例。
图1示出了根据一个实施例的处理腔室的截面图。
图2示出了根据一个实施例的图1的喷头组件的局部截面图。
图3a示出了根据一个实施例的图1和图2的气体分配板的俯视图。
图3b示出了根据一个实施例的图1和图2的气体分配板的俯视图。
图4示出了根据一个实施例的图1和图2的喷头组件的俯视图。
为了清楚起见，已尽可能使用相同附图标记指定各图所共有的相同要素。另外，一个实施例中的要素可有利地适于用于本文中描述的其它实施例。
具体实施方式
图1是根据一个实施例的具有改进喷头组件150的处理腔室100的截面图。如图所示，处理腔室100是适于蚀刻基板(诸如基板101)的蚀刻腔室。可适于从本公开内容的示例性实施例受益的处理腔室的示例是可从加利福尼亚州圣克拉拉应用材料公司商购的
处理腔室100可以用于各种等离子体工艺。在一个实施例中，处理腔室100可以用于利用一种或多种蚀刻剂执行干法蚀刻。例如，处理腔室可以用于点燃来自前驱物cxfy(其中x和y可以是不同的允许组合)、o2、nf3或以上项的组合的等离子体。
处理腔室100包括腔室主体102、盖组件104和支撑组件106。盖组件104定位在腔室主体102的上端处。支撑组件106被公开在由腔室主体102限定的内部容积108中。腔室主体102包括形成在其侧壁中的狭缝阀开口110。狭缝阀开口110选择性地打开和关闭以允许基板搬运机器人(未示出)进入内部容积108以便进行基板传送。
腔室主体102可进一步包括衬里112，衬里包围支撑组件106。衬里112是可移除的以便于维修和清洁。衬里112可由诸如铝的金属、陶瓷材料或任何其它工艺相容材料制成。在一个或多个实施例中，衬里112包括一个或多个孔隙114和形成在其中的泵送通道116，泵送通道与真空端口118流体连通。孔隙114提供用于使气体进入泵送通道116的流路。泵送通道116提供用于使腔室100内的气体通向真空端口118的出口。
真空系统120被耦接到真空端口118。真空系统120可以包括真空泵122和节流阀124。节流阀124调节通过腔室100的气体的流量。真空泵122被耦接到设置在内部容积108中的真空端口118。
盖组件104包括至少两个堆叠部件，至少两个堆叠部件被配置为在它们之间形成等离子体容积或空腔。在一个或多个实施例中，盖组件104包括第一电极(“上部电极”)126，第一电极被垂直设置在第二电极(“下部电极”)128上方。上部电极126和下部电极128在它们之间约束等离子体空腔130。第一电极126被耦接到电源132，诸如rf电源。第二电极128被连接到地面，从而在两个电极126、128之间形成电容器。上部电极126与气体入口134流体连通。一个或多个气体入口134的第一端部通向等离子体空腔130。
盖组件104还可包括将第一电极126与第二电极128电隔离的隔离环136。隔离环136可由氧化铝或任何其它绝缘处理相容材料制成。
盖组件104还可包括喷头组件150并且可选地包括阻挡板140。喷头组件150包括气体分配板138、气体板139和冷却板151。在下文结合图2-3而更详细地讨论喷头组件150。可将第二电极128、气体分配板138、冷却板151和阻挡板140堆叠并且设置在耦接到腔室主体102的盖边缘142上。
在一个或多个实施例中，第二电极128可以包括多个气体通路144，这些气体通路形成在等离子体空腔130下方以允许气体从等离子体空腔130从中流动通过。气体分配板138包括多个孔隙146，这些孔隙被配置为分配从中通过的气流。阻挡板140可选地设置在第二电极128与气体分配板138之间。阻挡板140包括多个孔隙148，用于提供从第二电极128到气体分配板138的多个气体通路。
支撑组件106可以包括支撑构件180。支撑构件180被配置为支撑基板101以便进行处理。支撑构件180可通过轴184耦接到升降机构182，轴延伸穿过腔室主体102的底表面。升降机构182可由波纹管186来柔性密封到腔室主体102，波纹管防止从轴184四周真空泄漏。升降机构182允许支撑构件180在腔室主体102内、在下部传送部分与多个升高工艺位置之间垂直移动。另外，一个或多个升降杆188可以穿过支撑构件180设置。一个或多个升降杆188被配置为延伸穿过支撑构件180，使得基板101可以从支撑构件180的表面升高。一个或多个升降杆188可通过升降环190而活动。
处理腔室还可包括控制器191。控制器191包括可编程的中央处理单元(cpu)192，cpu可与存储器194以及耦接到处理系统的各种部件的大容量存储设备、输入控制单元和显示单元(未示出)(诸如电源、时钟、高速缓存、输入/输出(i/o)和衬里)一起操作，以便促成对基板处理的控制。
为了促成对上述腔室100的控制，cpu192可以是可在工业环境使用的任何形式通用计算机处理器中的一种，诸如可编程逻辑控制器(plc)，以便控制各种腔室和子处理器。存储器194被耦接到cpu192，并且存储器194是非暂态的，而且可以是容易获得的存储器中的一种或多种，诸如随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、软盘驱动器、硬盘或任何其它形式的本地或远程的数字存储装置。支持电路196被耦接到cpu192，以便以常规的方式支持处理器。带电荷的物质生成、加热和其它工艺一般存储在存储器194中，典型地是作为软件例程。软件例程还可以由远离由cpu192控制的处理腔室100的第二cpu(未示出)存储和/或执行。
存储器194呈含有指令的计算机可读存储介质的形式，指令在由cpu192执行时促成腔室100的操作。存储器194中的指令呈程序产品的形式，诸如实现本公开内容的方法的程序。程序代码可符合于许多不同编程语言中任一种。在一个示例中，可将本公开内容实现为存储在用于与计算机系统一起使用的计算机可读存储介质上的程序产品。程序产品的(多个)程序限定实施例的功能(包括本文中描述的方法)。说明性计算机可读存储介质包括但不限于：(i)其上永久存储信息的不可写入存储介质(例如，计算机内的只读存储器设备，诸如可由cd-rom驱动器读出的cd-rom盘、闪存、rom芯片或任何类型固态非易失性半导体存储器)；以及(ii)其上存储可更改的信息的可写入的存储介质(例如，磁盘驱动器或硬盘驱动器内的软盘或任何类型固态随机存取半导体存储器)。此类计算机可读存储介质在执行指示本文中描述的方法的功能的计算机可读指令时，为本公开内容的实施例。
图2示出了根据一个实施例的喷头组件150的局部截面图。喷头组件150包括气体分配板138、定位在气体分配板138的顶表面上的气体板139和定位在气体板139的顶表面上的冷却板151。气体分配板138包括具有顶表面204和底表面206的主体202。底表面206面向处理腔室100的处理区域。一个或多个通孔208穿过主体202形成，从顶表面204延伸到底表面206。一个或多个通孔208被配置为允许处理气体穿过气体分配板138并且进入处理区域。
图3a示出了根据一个实施例的气体分配板138的俯视图。如图所示，喷头组件150进一步包括一个或多个温度检测组件250。在一个实施例中，一个或多个温度检测组件250被耦接到气体分配板138的顶表面204。一个或多个温度检测组件250被配置为在处理期间对气体分配板138的温度进行监测。每个温度检测组件250包括突出特征252和温度探测器256。突出特征252被定位成与气体分配板138的顶表面204接触。突出特征252可由与气体分配板138类似或相同的材料形成。例如，在一个实施例中，突出特征252由硅形成，并且气体分配板138由硅形成。由与气体分配板138的材料类似或相同的材料形成突出特征252允许从气体分配板138向上通过突出特征252通向温度探测器256的增强的热传递，从而增加温度读数的准确性。在另一示例中，突出特征252可由具有不同于气体分配板138的材料的、具有良好导热性的材料形成。例如，突出特征252可由但不限于铝、不锈钢、碳化硅、氮化铝等等形成。
温度检测组件250可以选择性地定位在气体分配板138上。例如，温度检测组件250可以围绕气体分配板138的中心而定位在阵列中。一个温度检测组件250可以穿过开口228、272设置，开口228、272穿过气体分配板的中心线形成。在图3a中描绘的实施例中，温度检测组件250围绕气体分配板138的中心线而布置成栅格图案或极阵列，并且在一个示例中，温度检测组件250的中心线282被等距地间隔开来。在另一示例中，温度检测组件250布置在与气体分配板138的中心同心的环中。通常，温度检测组件250可以定位在气体分配板138上的一个或多个通孔耗尽区域290中。孔洞耗尽区域290是气体分配板138的不具有任何气体通孔208从中穿过形成的区域。将温度检测组件250定位在通孔耗尽区域290中防止温度检测组件250干扰进入工艺区域中的均匀工艺气体分配。
突出特征252包括具有顶表面258和底表面260的细长主体。突出特征252的底表面260与气体分配板138的顶表面204对接。在一个实施例中，突出特征252可以通过使用高导热性材料将底表面260结合到顶表面204来热耦接到顶表面204，从而产生热结合280。例如，高导热性材料可由但不限于铝、钛、镍-钴铁合金(诸如
可选地，在冷却板151的上部(顶)表面222上方延伸的突出特征252中的至少一者的至少一部分具有螺纹区段262。螺纹区段262允许螺母264螺纹连接到突出特征252的螺纹区段262上，螺纹区段被热结合到气体分配板138以便压缩弹性能量存储结构266。弹性能量存储结构266可以是压缩弹簧、线圈弹簧、扁平弹簧构造、贝氏垫圈(即，锥形弹簧垫圈)、弹性的弹性体或其它发生力的装置/结构。当通过螺母264压缩时，能量存储结构266轴向加载突出特征252以便将冷却板151、气体板139和气体分配板138压缩在一起，如压缩箭头268所示。有利地，由于气体板139和气体分配板138通过由被压缩的能量存储结构266进行轴向加载而被推动到一起，气体板139与邻近于突出特征252的气体分配板138之间的界面的区域270维持密切物理接触，从而确保温度探测器256穿过突出特征252感测到的温度是气体分配板138与探测器256相邻的区域的准确读数，而非仅代表在突出特征252正下方的温度的针点读数。设想的是，突出特征252可以其它方式轴向加载以便在气体板139与邻近于突出特征252的气体分配板138之间提供良好压缩。
在一个示例中，一个或多个或甚至全部的突出特征252(每者都与相应温度探测器256对接)是轴向加载的。在其它示例中，包括阵列的突出特征252中的一些可以不与温度探测器256对接，并且一个或多个或甚至全部的无温度探测器式突出特征252(即，不与温度探测器256对接)是轴向加载的。轴向加载的突出特征252(无论是否没有探测器)的阵列进一步确保了气体板139和气体分配板138的更大表面区域被夹紧在一起形成密切物理接触，从而促进横跨气体分配板138的温度均匀性，即使被暴露于使用时的等离子体状况也是如此。总之，突出特征252的阵列中包括的至少第一突出特征252包括温度探测器256，并且第一突出特征252可以轴向加载或不轴向加载。突出特征252的阵列中包括的除第一突出特征252之外的突出特征252可以或可以不包括温度探测器256，并且可以或可以不轴向加载。
继续参考图2，顶表面258与底表面260相对。顶表面258被配置为支撑温度探测器256。例如，在一个实施例中，探测器支撑件254可以形成在突出特征252的顶表面258中。探测器支撑件254可以是穿过突出特征252形成的开口，使得温度探测器256可滑动地定位在这个开口中。在图2中描绘的示例中，探测器支撑件254是穿过突出特征252形成的交叉孔洞。在另一示例中，探测器支撑件254是同轴或平行于突出特征252的中心轴线而形成的孔洞，诸如，例如形成在突出特征252的顶表面258中的盲孔，其允许了温度探测器256定位在突出特征252内并且至少部分位于冷硬板151下方并且更靠近于气体分配板138。
图3b示出了根据另一实施例的气体分配板138的俯视图。在所示实施例中，喷头组件150包括温度检测组件300。温度检测组件300实质上类似于温度检测组件250。温度检测组件包括一个或多个突出特征302。一个或多个突出特征中的每一者具有与气体分配板138同心的环形主体304。例如，图3b示出了具有第一半径r1(从气体分配板138的中心测量的)的第一突出特征3021和具有第二半径r2的第二突出特征3022。第一半径r1小于气体分配板138的半径r。第二半径r2小于第一半径r1。另外，一个或多个突出特征302定位在气体分配板138上的一个或多个通孔耗尽区域306中。将一个或多个突出特征302定位在通孔耗尽区域306中确保处理气体均匀分布到处理区域中。
常规温度监测系统采用嵌入到气体分配板中的部件。然而，将这些部件嵌入到其中可能导致基础部件(即，气体分配板)中的热不一致性，使气体分配板的主体内形成热失配。使突出特征252从气体分配板138延伸而非嵌入其中(诸如本文中公开的那样)确保气体分配板138的热均一性。
温度检测组件300可进一步包括与一个或多个突出特征整体形成的一个或多个探测器支撑构件308。探测器支撑构件308可由与一个或多个突出特征302相同的材料形成。每个探测器支撑构件308被配置为支撑温度探测器256。每个探测器支撑构件308被定位成使得温度探测器256可以被支撑于冷却板151之上及其上方。
返回参考图2，气体板139包括具有顶表面212和底表面214的主体210。底表面214被定位于气体分配板138的顶表面204之上，使得在气体板139与气体分配板138之间实质上不形成间隙。气体板139包括一个或多个气体通路218和一个或多个气体递送通道220。一个或多个气体通路218允许将工艺气体从气源递送到处理腔室中。一个或多个气体递送通道220从一个或多个气体通路218延伸到气体板139的底部表面214，从而允许气体从一个或多个气体通路218流出且进入一个或多个通孔208中，并且进入处理区域。气体板139进一步包括开口272，开口272穿过主体210形成。开口272允许耦接到气体分配板138的突出特征252从中延伸穿过。开口272中的每一者具有使得突出特征252不接触气体板139的直径。这种接触可能导致温度探测器256的温度读数受到污染。
冷却板151包括具有顶表面222和底表面224的主体216。底表面224被定位于气体板139的顶表面212之上。冷却板151被配置为在处理期间对气体分配板138的温度进行调节。例如，冷却板151可以包括从中穿过形成的一个或多个温度控制通道226，使得可以在其中提供温度控制流体来调节气体分配板138的温度。冷却板151进一步包括从中穿过形成的一个或多个开口228。一个或多个开口228允许耦接到气体分配板138的突出特征252从中延伸穿过。一个或多个开口228中的每一者具有使得突出特征252不接触冷却板151的直径。这种接触可能导致温度探测器的温度读数受到污染。
在图2中示出的实施例中，温度检测组件250还可包括绝缘套管240，绝缘套管至少部分围绕探测器支撑件254(或图3中的探测器支撑构件308)。绝缘套筒240可由聚合物或其它合适材料制成。绝缘套筒240被配置为使温度检测组件250与冷却板151和气体板139隔离。例如，在图2中示出的实施例中，绝缘套筒240向下延伸到冷却板151的开口228和气体板139的开口272中，使得绝缘套筒240完全包围温度检测组件250在开口272和228内的部分。
图4示出了根据一个实施例的喷头组件150的俯视图。如图4所示，一个或多个温度检测组件250定位在气体分配板138上。一个或多个温度检测组件250延伸穿过气体板139和冷却板151，使得温度探测器256被支撑于冷却板151上方。一旦定位在探测器支撑件254中，温度探测器256被配置为通过测量沿着突出特征252向上传递的热量对气体分配板138的温度进行测量。对气体分配板138的原位实时温度监测提供临界温度反馈，临界温度反馈帮助维持稳定工艺控制。
尽管前述内容针对特定实施例，但是也可在不脱离本发明的基本范围的情况下构想其它和进一步实施例，并且本发明的范围是由随附的权利要求书确定。
附图标记列表
100腔室(2)
100处理腔室(6)
101基板(3)
102腔室主体(9)
104盖组件(5)
106支撑组件(4)
108内部容积(3)
110狭缝阀开口(2)
112衬里(4)
114孔隙(2)
116泵送通道(3)
118真空端口(4)
120真空系统(2)
122真空泵(2)
124节流阀(2)
126第一电极(3)
126两个电极
126上部电极(2)
128下部电极
128第二电极(7)
128两个电极
130等离子体空腔(4)
132电源
134气体入口
134气体入口
136隔离环(2)
138气体分配板(39)
139气体板(12)
140阻挡板(4)
142盖边缘
144气体通路
146孔隙
148孔隙
150改进喷头组件
150喷头组件(8)
151冷却板(11)
151冷却板(2)
180支撑构件(7)
182升降机构(3)
184轴(2)
186波纹管
188升降杆(3)
190升降环
202主体(2)
204顶表面(7)
206底表面(3)
208孔洞(3)
210主体(2)
212顶表面(2)
214底表面(3)
216间隙(3)
217间隙
218气体通路(6)
218开口
218开口(2)
220主体
220气体递送通道(2)
222顶表面
224底表面
226温度控制通道
228开口
228开口(4)
250温度检测组件(10)
250温度检测组件(5)
252突出特征(16)
252突出特征(2)
254探测器支撑件(4)
256温度探测器(7)
258顶表面(5)
260底表面(4)
262开口
280绝缘套筒(3)
290孔洞耗尽区域(2)
300温度检测组件(3)
302突出特征(4)
304环形主体
306孔洞耗尽区域(2)
308探测器支撑构件(3)
308探测器支撑构件(2)
3021第一突出特征
3022第二突出特征