具有串接处理区域的等离子体腔室的制作方法

文档序号：15519977发布日期：2018-09-25 19:12阅读：87来源：国知局

本文所述实现方式整体涉及等离子体半导体基板处理系统。更特定地，实现方式涉及具有用于同时处理两个基板的串接处理区域的等离子体腔室。

背景技术：

半导体处理一般涉及沉积材料和将材料从基板移除(“蚀刻”)。具有串接处理区域的等离子体腔室在半导体处理中用来允许同时处理两个基板。等离子体腔室包括用于处理至少一个基板的第一腔室侧部和用于处理第二基板的第二腔室侧部。腔室侧部各自包括设置在处理区域中的可移动基板支撑件。每个基板支撑件包括在处理区域内的等离子体或其他处理期间支撑基板的基板支撑件表面。基板支撑件进一步包括延伸穿过位于等离子体腔室的底壁中的腔室侧部端口的杆。

常规的是，使用具有经由真空端口耦接到两个处理区域的真空泵的共用泵送系统将等离子体腔室抽气至低于大气压力(即，真空)。真空端口位于等离子体腔室的底壁中并且通向两个处理区域。真空泵将处理的副产物从等离子体腔室内部通过真空端口泵送出。共用泵送系统减少部件和操作成本。

等离子体腔室(诸如上述)在基板处理中越来越多使用先进技术(包括电、射频(rf)、气流和热控制)来处置经减小的器件几何形状并且实现基板均匀性，从而具有改善的良率和高生产量而每基板的成本较低。电力线、供气线和控制线(统称功用线)用于将基板支撑件中使用的先进技术通过杆耦接到气源、电源和位于等离子体腔室外的控制器。对基板支撑件的改善通常受限于杆大小，并且在基板支撑件内没有可用于铺设实现附加先进技术需要的附加功用线的空间。

因此，需要用于处理设备的改善的方法和设备。

技术实现要素：

本公开内容的实施方式描述用于处理基板的方法和设备。在一个示例中，用于处理基板的设备包括具有第一腔室侧部和第二腔室侧部的腔室主体，第一腔室侧部具有第一处理区域，第二腔室侧部具有第二处理区域。腔室主体包括前壁、与前壁相对的后壁、和连接在前壁与后壁之间的底壁。第一腔室侧部端口和第二腔室侧部端口穿过底壁设置，并且真空端口设置在底壁上。底壁限定真空端口的第一部分，并且真空端口是第一处理区域和第二处理区域中的每一者的排气路径的至少一部分。真空壳体从前壁延伸，并且真空壳体限定真空端口的第二部分。第一基板设置在第一处理区域中。第一杆耦接到第一基板支撑件，并且第一杆延伸穿过第一腔室侧部端口。第二基板支撑件设置在第二处理区域中，并且第二杆耦接到第二基板支撑件。第二杆延伸穿过第二腔室侧部端口。

在另一实施方式中，用于处理基板的设备包括腔室主体，腔室主体具有由隔壁分开的第一处理区域和第二处理区域。腔室主体具有底壁和真空端口，底壁为第一处理区域和第二处理区域定界，真空端口具有穿过底壁设置的第一部分。真空端口流体地耦接到第一处理区域和第二处理区域。腔室主体进一步包括前壁和真空壳体，前壁连接到底壁，真空壳体连接到前壁并且从前壁向外延伸。真空壳体具有形成在真空壳体中的真空端口的第二部分。

在另一实施方式中，等离子体腔室包括第一基板支撑件，第一基板支撑件用于在处理区域中支撑基板。第一杆耦接到第一基板支撑件，并且具有延伸穿过第一杆的第一纵向轴线。第二基板支撑件在处理区域中支撑基板，并且第二杆耦接到基板支撑件。第二基板支撑件具有延伸穿过第二杆的第二纵向轴线。腔室主体具有第一腔室侧部和第二腔室侧部，第一腔室侧部包括第一处理区域，第二腔室侧部包括第二处理区域。腔室主体限定用于第一腔室侧部的第一排气路径和用于第二腔室侧部的第二排气路径。腔室主体包括前壁、连接到前壁的底壁。第一腔室侧部端口和第二腔室侧部端口设置在底壁中。第一杆延伸穿过第一腔室侧部端口，并且第二杆延伸穿过第二腔室侧部端口。第一腔室侧部端口和第二腔室侧部端口具有延伸穿过第一杆的第一纵向轴线和第二杆的第二纵向轴线的x轴。真空端口设置在底壁中，并且定位在第一腔室侧部端口与第二腔室侧部端口之间。真空端口朝向前壁定位并位于腔室侧部端口的水平轴线下方。第一排气路径从第一处理区域延伸并延伸到真空端口，并且第二排气路径从第二处理区域延伸并延伸到真空端口。

附图简述

为了可详细地理解本公开内容的上述特征所用方式，在上文简要概述的本公开内容的更特定的描述可以参考实现方式进行，实现方式中的一些在附图中示出。然而，应当注意，随附附图仅示出了本公开内容的所选择的实现方式，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他等效实现方式。

图1描绘了根据一个实现方式的等离子体腔室的腔室主体的顶透视图；

图2描绘了根据一个实现方式的等离子体腔室的前示意截面图。

图3a描绘了根据一个实现方式的等离子体腔室的腔室主体的底透视图。

图3b描绘了根据一个实现方式的等离子体腔室的腔室主体的顶透视图。

图3c描绘了根据一个实现方式的等离子体腔室的腔室主体的底示意图。

图4a描绘了根据一个实现方式的等离子体腔室的腔室主体的顶透视示意图。

图4b描绘了根据一个实现方式的等离子体腔室的腔室主体的底透视示意图。

图4c描绘了根据一个实现方式的等离子体腔室的腔室主体的底示意图。

为了促进理解，已尽可能使用相同元件符号指定各图所共有的相同元件。另外，一个实现方式中的要素可有利地适于用于本文中描述的其他实现方式。

具体实施方式

本文中的实施方式整体提供适于在共用单个真空端口的串接处理区域中同时处理多个基板的设备。设备可体现为等离子体腔室，其结合单个基板工艺腔室和多个基板进行处置的优点来实现高质量基板处理、高基板生产量和经减小的占地面积。等离子体腔室包括具有第一腔室侧部和第二腔室侧部的腔室主体。腔室主体适于处置在腔室内部区域中使用的多个先进技术。

图1和图2分别示出了根据实施方式的等离子体腔室100的前透视图和截面图。参考图1，等离子体腔室100包括具有第一腔室侧部104和第二腔室侧部106的腔室主体102。第一腔室侧部104和第二腔室侧部106中的每一者包括相应腔室内部区域110、112。腔室主体102包括内壁130、132、顶壁122、底壁126、侧壁124a、124b、和后壁134。腔室内部区域110、112由内壁130、132定界。基板传送端口120延伸穿过后壁134并延伸到腔室内部区域110、112中。

真空端口壳体182耦接到腔室主体102。在一个示例中，真空端口壳体182与通向第一腔室侧部104的腔室内部区域110的第一检修端口180a和通向第二腔室侧部106的腔室内部区域110的第二检修端口180b等距离地设置。检修端口180a、180b具有可打开盖件(未示出)并且允许进入腔室内部区域110、112来检查和修理。

真空端口壳体182具有壳体侧壁184和壳体顶壁186。在一些实施方式中，真空端口壳体182与腔室主体102的前壁128整体地形成。在一些实施方式中，腔室主体102和真空端口壳体182由单块材料制成。在其他实施方式中，真空端口壳体182和腔室主体102可以是密封地紧固或焊接在一起的单独部件。腔室主体102和真空端口壳体182可由铝或其他金属材料制成。壳体侧壁184从腔室主体102的前壁128延伸。在一个示例中，壳体侧壁184具有凸形或部分圆柱的形状。前壁128与腔室主体102的后壁134相对。在一些实施方式中，前壁128和相对的后壁134是平行的，例如，前壁128在检修端口180a、180b之间的区段平行于后壁134的相对的区段。壳体顶壁186可垂直于前壁128和后壁134。在一些实施方式中，壳体顶壁186可定位在腔室主体102的顶壁122下方。在一些实施方式中，真空端口壳体182具有为设备提供额外空间的益处。

在实施方式中，壳体顶壁186包括壳体盖178。壳体盖178可在打开位置和关闭位置之间移动。当处于关闭位置时，壳体盖178在壳体顶壁186内形成气密密封。在图1中示出的实施方式中，壳体盖178具有盖o形环172和盖rf垫圈174。当壳体盖178处于关闭位置时，盖o形环172在壳体顶壁186内形成气密密封。当壳体盖178处于关闭位置时，盖rf垫圈174在壳体盖178与壳体侧壁184之间提供接地。当处于打开位置时，盖组件162被定位成允许进入真空端口壳体182的顶部开口。这是有益的，因为真空端口192、以及图2中示出的真空阀194和真空泵196的检查、维护和修理可通过打开真空端口壳体182的壳体盖178来进行，以便避免需要拆卸真空阀194或真空泵196、或通过腔室主体102的腔室内部区域110、112进入真空端口192、真空阀194和真空泵196。

参考图2，腔室内部区域110、112包括处理区域116、118，并且图1中示出的基板传送端口120用来将基板机械地装载到处理区域116、118和从中移除。真空端口192在腔室主体102的底壁126中提供开口并且是用于第一处理区域116的第一排气路径204a和用于第二处理区域118的第二排气路径204b的部分。真空端口192耦接至真空阀194(例如，闸门阀)和真空泵196。在图2中示出的实施方式中，真空阀194是具有相对于真空端口192竖直地设置的阀活塞194a的竖直柱塞阀以用于控制流过真空端口192的流量并且为腔室内部区域110、112提供压力控制。在一些实施方式中，真空阀194可以是具有至少部分地设置在真空端口壳体182内的阀活塞194a的竖直柱塞阀。在其他实施方式中，不同类型的节流阀可用于真空阀194。真空泵196一般经构造以将第一腔室侧部104和第二腔室侧部106的处理区域116、118维持在基板处理期望的压力下并快速地移除废气和处理的副产物。

腔室内部区域110、112中的每一者被盖组件162包围。图1示出了腔室主体102而没有盖组件162以示出腔室内部区域110、112。隔壁114设置在相应的第一腔室侧部104和第二腔室侧部106之间。在一些实施方式中，隔壁114可以从顶壁122延伸到底壁126。隔壁114将处理区域116、118彼此分开。

腔室主体102的腔室内部区域110、112中的每一者具有相应的基板支撑件136a、136b设置在其中。基板支撑件136a、136b各自的大小设定为在处理区域116、118中支撑基板。基板支撑件136a、136b连接到杆140a和140b。基板支撑件136a、136b可选地可沿着每个纵向轴线144a和144b在旋转和/或竖直方向上移动。基板支撑件136a、136b的杆140a、140b延伸穿过位于腔室主体102的底壁126中的腔室侧部端口142a、142b。在一个示例中，基板支撑件136a、136b包括用于将rf能量耦合到处理区域116、118中的下部电极150。在一些实施方式中，下部电极150可以是阴极。基板支撑件136a、136b可选地可包括静电吸盘以在处理期间将基板保持在基板支撑件136a、136b上。功用线160将下部电极150耦接到为下部电极150提供电力的电源154。

等离子体腔室100可另外地包括用于升高和降低基板支撑件136a、136b、旋转基板支撑件136a、136b、保持和释放基板、检测工艺结束、进行内部诊断、加热基板等等的系统。此类系统在图2中共同地描绘为支撑系统156。支撑系统156可包括延伸穿过基板支撑件136a、136b的杆140a、140b以用于支撑系统156的机械设备。功用线160可包括延伸穿过基板支撑件136a、136b的杆140a、140b的气体线和电力线以用于向基板支撑件136a、136b和支撑系统156提供电力。盖组件162包括耦接到电源166a的上部电极164。在实施方式中，上部电极164是阳极。上部电极164和下部电极150用于在处理区域116、118中产生等离子体。盖组件162还可包括耦接到气源166b的喷头170以用于向处理区域116、118提供工艺气体。

等离子体腔室100进一步可包括控制和监视系统158以及可具有位于腔室内部区域110、112中的一些部件以控制下部电极150和处理区域116、118中的处理环境的其他先进技术。在一些实施方式中，功用线160可用于为控制和监视系统158供电。

功用线160用于将设置在腔室内部区域110、112中的基板支撑件136a、136b耦接到电源154和控制器176。功用线160延伸穿过杆140a、140b和腔室侧部端口142a、142b到达腔室内部区域110、112，在腔室内部区域中，功用线160耦接到基板支撑件136a、136b和控制和监视系统158。在一些实施方式中，功用线160可包括气体导管、传感器接线、供电导体和流体导管。杆140a、140b的大小设定为容纳从腔室主体102外延伸到腔室内部区域110、112的功用线160。腔室侧部端口142a、142b的大小设定为容纳杆140a、140b的延伸穿过腔室侧部端口142a、142b的部分。

如图2所示，用于第一腔室侧部104的排气路径204a延伸穿过腔室内部区域110并从第一腔室侧部104的处理区域116延伸穿过内壁开口200a并穿过真空端口192。如图2所示并由箭头示出，用于第二腔室侧部106的排气路径204b延伸穿过腔室内部区域112并从第二腔室侧部106的处理区域118延伸穿过内壁开口200b并穿过真空端口192。隔壁114设置在第一处理区域116与第二处理区域118之间，从而将用于第一处理区域116的第一排气路径204a的至少一部分与用于第二处理区域118的第二排气路径204b分开。在一些实施方式中，隔壁114可不延伸到真空端口192，并且排气路径204a、204b将穿过内壁开口200a、200b并进入真空端口192中而不被隔壁114分开。

图3a和图3b分别示出了等离子体腔室100的腔室主体102的底透视图和顶透视图。第一腔室侧部端口142a和第二腔室侧部端口142b延伸穿过底壁126。底壁126中的真空端口192耦接到腔室内部区域110、112。隔壁114从腔室内部区域110、112延伸到真空端口壳体182的壳体侧壁184。真空端口壳体182中的隔壁114、壳体侧壁184和壳体顶壁186形成第一真空壳体腔室188a和第二真空壳体腔室188b。隔壁114可从腔室主体102的底壁126延伸到真空端口壳体182的壳体顶壁186以分开真空壳体腔室188a、188b。在其他实施方式中，隔壁114将不会延伸到真空端口壳体182中。真空端口壳体182的壳体顶壁186在前壁128上的竖直位置可取决于真空端口壳体182的期望的形状和体积。在一些实施方式中，底壁126可以是可用螺栓或其他紧固件附接到腔室主体102的单独部件。底壁126可包括用于真空密封的o形环和用于在底壁126与腔室主体102之间接地的rf垫圈。可拆卸的底壁126允许多个底壁126，其中每个不同底壁126具有在底壁126中的真空端口192、第一腔室侧部端口142a和第二腔室侧部端口142b之间的不同的间距并且具有不同的大小的底壁126中的真空端口192、第一腔室侧部端口142a和第二腔室侧部端口142b。腔室主体102可通过改变底壁126来定制以满足不同操作参数。

在一些实施方式中，腔室侧部104、106的第一内壁130和第二内壁132各自具有内壁开口200a、200b，内壁开口200a、200b从底壁126竖直向上延伸并通向真空端口192和真空端口壳体182。图3b中示出的排气路径204a经过用于第一腔室侧部104的内壁开口200a。内壁开口200a、200b形成用于第一腔室侧部104和第二腔室侧部106的排气路径204a、204b的一部分。如图3a和图3b所示，第一真空壳体腔室188a和第二真空壳体腔室188b分别是各排气路径204a和204b的一部分。

参考图3a和图3b，真空端口壳体182的壳体侧壁184的至少一部分从腔室主体102的前壁128向外延伸。壳体侧壁184和底壁126限定环绕真空端口192的周界，并且从腔室内部区域110、112通向腔室主体102外。如图3c所示，底壁126限定真空端口192的第一部分192a，并且真空端口壳体182限定真空端口192的第二部分192b，第二部分192b从前壁128和底壁126的与真空端口192相邻的周界向外延伸。在图3c中，底壁126的周界由短划线195示出。

图3c示出了根据实施方式的等离子体腔室100的腔室主体102的定性的底视图。第一腔室侧部端口142a和第二腔室侧部端口142b对称地定位在后壁134与前壁128之间。x轴210延伸穿过第一腔室侧部端口142a的中心206a和第二腔室侧部端口142b的中心206b。在一些实施方式中，x轴是设置在后壁134与前壁128之间的中间的中心线，使得第一腔室侧部端口142a和第二腔室侧部端口142b对称地定位。对于其他实施方式，第一腔室侧部端口142a和第二腔室侧部端口142b可非对称地定位在后壁134与前壁128之间，并且x轴210不是后壁134与前壁128之间的中心线。

在一些实施方式中，第一y轴208a延伸穿过中心206a并且第二y轴208b延伸穿过中心206b，并且两者均垂直于x轴210。对应于杆140a、140b的纵向轴线144a、144b(如图2所示)可延伸穿过中心206a、206b。腔室侧部端口142a、142b的中心206a、206b被定位于距腔室主体102的后壁134的选定竖直距离，选定竖直距离对应于由用于将基板通过基板传送端口120装载到处理区域116、118中的装载位置中的基板装载设备提供的基板装载位置。后壁134与腔室侧部端口142a、142b的中心206a、206b之间的此距离表示为y-r。

在实施方式中，真空端口192设置在第一腔室侧部端口142a的第一y轴208a与第二腔室侧部端口142b的第二y轴208b之间。真空端口192完全地设置在x轴210下方、朝向腔室主体102的前壁128。真空端口192在x轴210下方的距离由线212和y-p表示。真空端口192的周界完全地位于x轴210下方。将真空端口192定位成完全地在x轴210下方并朝向前壁128的益处在于第一腔室侧部端口142a和第二腔室侧部端口142b的大小可增加，同时提供底壁126的结构完整性。需要结构完整性来承受作用于腔室主体102的底壁126上的真空力，并且通过维持腔室侧部端口142a、142b与真空端口192之间的选定间隔来改善结构完整性。

在图1和图3a-3c中描绘的实施方式中，真空端口192的至少一部分延伸超过腔室主体102的前壁128并位于真空端口壳体182中。在实施方式中，真空端口192的表面面积的50％从前壁128延伸并竖直地通向真空壳体腔室188a、188b，并且真空端口192的表面面积的另外50％由底壁126限定。在其他实施方式中，真空端口192的大于50％的表面面积延伸超过前壁128。在底壁126上可用于第一腔室侧部端口142a、第二腔室侧部端口142b和真空端口192的可用表面面积随着真空端口192的增加的部分延伸超过前壁128而增加。这是有益的，因为经增加的表面面积可用于增加第一腔室侧部端口142a和第二腔室侧部端口的表面面积和直径，使得穿过腔室侧部端口142a、142b和杆140a、140b铺设的功用线160的大小和数目可增加。

图4a和图4b分别示出了根据另一实施方式的腔室主体302的顶透视图和底透视图。真空端口192设置在腔室主体302上，在腔室主体302上的设置位置与图1和图3a-c中示出的腔室主体102实施方式的真空端口192的位置不同。更特定地，图4a-c中示出的真空端口192设置在与前壁128相邻的底壁126中。真空端口192设置在底壁126的周界内并且在前壁128内通向腔室内部区域110、112。

图4c示出了根据实施方式的等离子体腔室100的腔室主体302的定性的底视图。在图4c中公开的实施方式中，第一腔室侧部端口142a和第二腔室侧部端口142b非对称地定位在后壁134与前壁128之间。更特定地，腔室侧部端口142a、142b更靠近后壁134而不是前壁128。腔室侧部端口142a、142b的位置与用于在处理区域116、118中装载基板的设备对应，且与腔室主体302的后壁134相距选定距离。在其他实施方式中，腔室侧部端口142a、142b可对称地定位在后壁134和与前壁128之间。x轴210延伸穿过第一腔室侧部端口142a的中心206a和第二腔室侧部端口142b的中心206b。x轴210可平行于前壁128和后壁134。

在实施方式中，真空端口192设置在第一腔室侧部端口142a的第一y轴208a与第二腔室侧部端口142b的第二y轴208b之间。真空端口192完全地设置在x轴210的下方，使得真空端口192朝向腔室主体102的前壁128设置。真空端口192在x轴210下方的距离由y-p表示，并且真空端口192的周界220在x轴210下方。通过将真空端口192完全地移动到x轴210下方，在腔室侧部端口142a、142b与真空端口192之间沿着竖直轴线224的竖直间隔增大并且在图4c中示出为y-p。此竖直间隔y-p允许腔室侧部端口142a、142b的表面面积增大而不与彼此或真空端口192重叠，同时在腔室侧部端口142a、142b与真空端口192之间维持足够的间距以维持底壁126的结构完整性。

如图4c所示，竖直轴线224、第一周界轴线226a和第二周界轴线226b从前壁128延伸到后壁134并且是平行的。竖直轴线224延伸穿过真空端口192的中心216。竖直轴线224与第一周界轴线226a之间的距离标示为x-p1，并且在一些实施方式中，可以是真空端口192的半径。竖直轴线224与第二周界轴线226b之间的距离标示为x-p2，并且在一些实施方式中，可以是真空端口192的半径。如图4c所示，第一腔室侧部端口142a的周界230a跨第一周界轴线226a延伸，并且第二腔室侧部端口142b的周界230b跨第二周界轴线226b延伸。第一腔室侧部端口142a和第二腔室侧部端口142b以图4c中示出为x-c的腔室端口分开距离来分开。腔室端口分开距离是周界230a与周界230b之间的距离。真空端口周界距离是第一周界轴线226a和第二周界轴线226b之间的距离。真空端口周界距离在图4c中示出为是x-p1+x-p2，并且在一些实施方式中可以是真空端口192的直径。腔室端口分开距离小于真空端口周界距离。通过使腔室端口分开距离小于真空端口周界距离，腔室侧部端口142a、142b的表面面积可增加。腔室侧部端口142a、142b的增加的大小允许较大的杆140a、140b延伸穿过腔室侧部端口142a、142b。

通过将腔室侧部端口142a、142b移动得更靠近后壁134而不是前壁128并且通过使真空端口192完全地移位到x轴210下方，在腔室侧部端口142a、142b与真空泵196之间沿着竖直轴线224的竖直间隔增加并且在图4c上示出为y-p。此竖直间隔y-p允许腔室侧部端口142a、142b的表面面积增大而不与彼此或真空端口192重叠，同时在腔室侧部端口142a、142b与真空端口192之间维持足够的间距以维持底壁134的结构完整性。需要底壁134的结构强度来在操作期间承受作用于底壁上的应力(包括真空压力)。

如图2所示并且在先前讨论的，大量的功用线160和支撑系统156通过杆140a、140b延伸到腔室主体302的腔室内部区域110、112中以实现用于处理基板的期望处理环境。具有可适于处置附加的功用线160的腔室主体302和延伸穿过杆140a、140b和腔室侧部端口142a、142b需要的设备有益于更好的工艺控制和改善的处理结果。这通过增大腔室侧部端口142a、142b的大小和直径以容纳具有更大的直径和大小的杆140a、140b来实现的。

另外，在所描述的实施方式中，可增加通向真空泵196的通路和真空端口192的大小。这是有益的，因为增加真空端口192的大小和真空端口直径允许用更少的耗电量和更便宜的真空泵196来更好地产生真空。由于真空端口192距腔室侧部端口142a、142b的额外间距，所描述的实施方式还允许使用更大的真空泵196。较大的真空泵196允许在处理区域116、118中维持较高的真空度，这有利地增加了可执行的工艺的数目和类型。

尽管以上针对的是本公开内容的实施方式，但是也可在不脱离本公开内容的基本范围的情况下设计本公开内容的另外实施方式，并且本公开内容的范围是由随附的权利要求书确定。