用于在处理腔室中提供对称的流动路径的流动模块

本申请是申请日为2015年3月13日、申请号为201580001474.0、名称为“用于解决具有改良的流动均匀性/气体传导性的可变的处理容积的对称腔室主体设计架构”的中国专利申请(PCT申请号为PCT/US2015/020356)的分案申请。

技术领域

本公开案的实施例涉及用于处理半导体基板的设备及方法。更具体地，本公开案的实施例涉及具有模块化设计的处理腔室，以提供可变的处理容积及改良的流动传导性及均匀性。

背景技术

电子设备(诸如平板显示器及集成电路)通常由一系列的处理制成，在该一系列的处理中在基板上沉积各个层且所沉积的材料被蚀刻成期望的图案。这些处理通常包括：物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强CVD(PECVD)、及其他等离子体处理。具体地，等离子体处理包括将处理气体混合物供应至真空腔室，以及施加射频功率(RF功率)以将处理气体激发成等离子体状态。等离子体将气体混合物分解为将执行期望的沉积或蚀刻处理的离子种类。

在等离子体处理期间所遇到的一个问题是与在处理期间在基板表面之上建立均匀的等离子体密度相关联的困难，这导致基板的中心区域与边缘区域之间的非均匀处理。可通过由于物理处理腔室设计中的不对称导致的自然电流、气体流动、及热分布中的偏斜(skew)而贡献建立均匀等离子体密度方面的困难。这样的偏斜不仅导致非均匀的等离子体密度，而且使得使用其他处理变量或“旋钮(knob)”来控制中心至边缘等离子体均匀性变得困难。

最佳处理参数(诸如处理容积、基板与气体分布喷头之间的距离)对于不同处理一般是不同的。例如，当蚀刻导体层、蚀刻介电层或剥离光刻胶层时，需要不同的处理容积。为了满足不同的处理，可需要多个处理腔室，这增加了拥有成本。

因此，需要致能(enable)可变的处理容积、改良的流动传导性、以及改良的处理均匀性的处理腔室。

发明内容

本公开案的实施例涉及具有模块化设计的处理腔室，以提供可变的处理容积(volume)、改良的流动传导性、及改良的处理均匀性。

一个实施例提供用于处理基板的装置。该装置包括：处理模块，该处理模块封围处理区域；以及流动模块，该流动模块附连至该处理模块。该流动模块限定排空(evacuation)通道及大气容积。这些排空通道连接处理模块的处理区域和附连至流动模块的排放系统。该装置进一步包括基板支撑组件，该基板支撑组件包括支撑板及轴。该支撑板被设置于该处理区域中，以在该处理区域中支撑基板，且该轴从该处理模块的处理区域延伸至该流动模块的大气容积。

另一实施例提供用于向处理腔室提供对称的流动路径的流动模块。该流动模块包括：外壁，该外壁被成形为连接该处理腔室的腔室主体；内壁；两对或更多对径向壁，所述两对或更多对径向壁被连接在该外壁和该内壁之间；以及底壁。在所述两对或更多对径向壁的内壁和外壁之间限定两个或多个排空通道。该底壁被耦接至该内壁以及所述两对或更多对径向壁。通过该内壁、该底壁、以及所述两对或更多对径向壁限定一大气容积。

另一实施例提供等离子体处理腔室。该等离子体处理腔室包括：处理模块，该处理模块包括：腔室主体，该腔室主体封围处理区域；基板支撑组件，该基板支撑组件沿着中心轴设置。该等离子体处理腔室进一步包括源模块，该源模块被设置在该处理区域上方的腔室主体之上。该源模块包括与该基板支撑组件相对的上电极。该等离子体处理腔室进一步包括设置在该处理模块下方的流动模块以及附连至该流动模块的排放模块。该流动模块限定排空通道和大气容积。这些排空通道连接至处理模块的处理区域。该大气容积接收基板支撑组件的轴。该排放模块与该流动模块的所述排空通道流体连通。

附图说明

为了可详细理解本公开的上述特征的方式，可通过参照实施例对简要概述于上的本公开进行更加详细的描述，该等实施例中的一些实施例图示于附图中。然而应注意的是，这些附图仅图示本公开的典型实施例且因此不被视为限制本公开的范畴，因为本公开可允许其他等效实施例。

图1A为根据本公开案的一个实施例的等离子体处理腔室的示意性截面图。

图1B为示出了处理腔室和流动腔室的图1A的等离子体处理腔室的示意性部分分解图。

图1C为移除了基板支撑组件的处理模块和流动模块的示意性俯视图。

图2A为根据本公开案的一个实施例的流动模块的示意性透视俯视图。

图2B为图2A的流动模块的示意性透视仰视图。

图3为根据本公开案的一个实施例的底盘的示意性透视图。

图4A-4C为根据本公开案的实施例的由各种模块组装的处理腔室的示意性截面图。

为了便于理解，已经在可能的地方使用相同的附图标记来指示诸图所共有的相同元件。可构想，在一个实施例中公开的元件可有利地用于其他实施例上而无需特定详述。

具体实施方式

本公开案一般涉及具有模块化设计的处理腔室，以提供可变的处理容积、改良的流动传导性、和/或处理均匀性。根据本公开案的模块化设计利用简化的腔室结构实现改良的处理均匀性及对称性。模块化设计进一步通过替换模块化处理腔室中的一个或多个模块来提供用于执行各种处理或处理各种尺寸的基板的灵活性。

图1A为根据本公开案的一个实施例的等离子体处理腔室100的示意性截面图。等离子体处理腔室100可为等离子体蚀刻腔室、等离子体增强化学气相沉积腔室、物理气相沉积腔室、等离子体加工腔室、离子布植腔室、或其他合适的真空处理腔室。

等离子体处理腔室100可由多个模块组装成。模块化设计使得等离子体处理腔室100能够满足多种处理要求。如图1A中所示，等离子体处理腔室100可包括源模块102、处理模块104、流动模块106、及排放模块108。源模块102、处理模块104及流动模块106共同封围处理区域112。在操作期间，基板116可被置于基板支撑组件118上并被暴露于处理环境，诸如处理区域112中产生的等离子体。可在等离子体处理腔室100中执行的示例性处理可包括蚀刻、化学气相沉积、物理气相沉积、布植、等离子体退火、等离子体加工、消除或其他等离子体处理。可通过从排放模块108通过排空通道114的抽吸(suction)而在处理区域112中维持真空，排空通道114由流动模块106限定。

处理区域112及排空通道114关于中心轴110是基本上对称的，以提供对称的电流、气体流动、及热流动以建立均匀的处理条件。

在一个实施例中，如图1A中所示，源模块102可为电容耦合等离子体源。源模块102可包括上电极120(或阳极)，上电极120通过隔离器122与处理模块104隔离并由处理模块104支撑。上电极120可包括附连至热传递板130的喷头板128。上电极120可通过气体入口管126连接至气体源132。喷头板128、热传递板130、及气体入口管126可全部由射频(RF)传导材料(诸如铝或不锈钢)制成。上电极120可经由传导性气体入口管126耦合至RF电源124。传导性气体入口管126可与等离子体处理腔室100的中心轴110同轴，使得对称地提供RF功率及处理气体两者。

虽然以上描述电容性等离子体源，但源模块102可根据处理要求为任何合适的气体/等离子体源。例如，源模块102可为电感耦合等离子体源、远距等离子体源、或微波等离子体源。

处理模块104被耦合至源模块102。处理模块104可包括封围处理区域112的腔室主体140。腔室主体140可由耐处理环境的传导性材料(诸如铝或不锈钢)制成。基板支撑组件118可被居中地(centrally)设置在腔室主体140内，且被定位成将基板116关于中心轴110对称地支撑在处理区域112中。

可穿过腔室主体140形成狭缝阀开口142，以允许基板116的通过。狭缝阀144可被设置在腔室主体140外，以选择性地打开及关闭狭缝阀开口142。

在一个实施例中，上衬垫组件146可被设置于腔室主体140的上部内，从而屏蔽腔室主体140免于处理环境的影响。上衬垫组件146可包括对应于在腔室主体140中形成的狭缝阀开口142的开口148。在一个实施例中，上衬垫组件146可包括关于中心轴110对称地形成的两个或多个开口148，以补偿由狭缝阀开口142引起的腔室主体140的不对称性，因此创建等离子体处理腔室100内的处理区域112中的对称性。例如，上衬垫组件146可为具有彼此间隔120度形成的三个相同开口148的圆柱形壁。上衬垫组件146可由传导性的(conductive)、处理兼容的材料(诸如铝、不锈钢、和/或氧化钇(例如，涂覆氧化钇的铝))构造。

在一个实施例中，可在腔室主体140中形成冷却通道150，以对腔室主体140及上衬垫组件146提供温度控制，以增强等离子体处理腔室100内的热对称性及处理区域112中所提供的等离子体的对称性。

流动模块106被附连至处理模块104。流动模块106提供处理模块104中所限定的处理区域112与排放模块108之间的流动路径。流动模块106还提供基板支撑组件118与等离子体处理腔室100外部的大气环境之间的界面。

图1B为等离子体处理腔室100的示意性部分分解图，示出了处理模块104及流动模块106的组件。图1C为移除了基板支撑组件118的处理模块104及流动模块106的示意性俯视图。流动模块106具有高度107。可根据处理要求所指示的垂直移动的量或可变的容积的程度来选择高度107。因此，当建立用于特定处理的处理腔室时，可选择具有合适高度的流动模块以满足处理要求。当配置用于不同处理的处理腔室时，流动模块可交换具有不同高度的另一流动模块。

流动模块106包括外壁160、内壁162、连接在内壁162及外壁160之间的两对或更多对径向壁164、以及附连至内壁162以及两对或更多对径向壁164的底壁166。外壁160可包括于每一对径向壁164之间形成的两个或多个通孔170。底盘154可被密封地设置在内壁162以及两对或更多对径向壁164之上。通孔170连接由内壁162限定的大气容积106与外部环境，因此容纳设施连接，诸如电连接、气体连接、冷却流体连接。底盘154可包括用于接收基板支撑组件118的中心开口158。

流动模块106的外壁160被成形为匹配处理模块104的腔室主体140。在一个实施例中，外壁160可包括与腔室主体140上的凸缘134对应的凸缘136。可使用数个螺栓138来固定凸缘134及凸缘136以将流动模块106耦合至处理模块104。在一个实施例中，可在腔室主体140的凸缘134与外壁160的凸缘136之间设置密封件152，以在其间形成真空密封。密封件152可为O形环或其他类型的密封件。在一个实施例中，可在流动模块106与处理模块104之间设置RF接地垫片172，以在其间提供固体接触以用于均匀且对称的RF接地返回路径。

内壁162、底壁166、径向壁164及底盘154将外壁160内部的容积分成排空通道114及大气容积168。排空通道114连接处理模块104的处理区域112。底盘154的下表面154a可包括槽154b，槽154b匹配形成于内壁160及两对或更多对径向壁164的上表面164a上的槽164b(在图1C中示出)。可在槽154b、164b中设置密封件156以提供排空通道114与大气容积168之间的真空密封。密封件156可为O形环或其他类型的密封件。

外壁160及内壁162可以是同中心地布置的圆柱形壁。当被组装时，外壁160及内壁162的中心轴与等离子体处理腔室100的中心轴110重合。两对或更多对径向壁164被布置于内壁162与外壁160之间，以将内壁162与外壁160之间的空间分成排空通道114和通孔170。在一个实施例中，布置两对或更多对径向壁164以使得排空通道114关于中心轴110是对称的。如图1C中所示，流动模块106可包括彼此间隔120度设置的三对径向壁164从而形成对称于中心轴110的三个排空通道114。排空通道114的对称布置促进气体从处理区域112的对称移除，从而导致在基板116上的气体的对称流动。此外，排空通道114和径向壁164的对称定位促进等离子体处理腔室100中的热分布及电传导性中的对称性。

排放模块108包括对称的流动阀180以及附连至该对称的流动阀180的真空泵182。对称的流动阀180连接至排空通道114以提供等离子体处理腔室100中的对称且均匀的流动。

基板支撑组件118沿着中心轴110进行定位，以关于中心轴110对称地定位基板116。基板支撑组件118由底盘154支撑。基板支撑组件118包括设置于处理区域112中的支撑板174、底板176、以及穿过底盘154的中心开口158设置的空心轴178。波纹管184可连接在底板176和底盘154之间并围绕空心轴178。波纹管184允许基板支撑组件118沿着中心轴110垂直地移动，并提供流动模块106中的大气容积168与处理模块104中的处理区域112之间的真空密封。

支撑板174可为具有夹持电极186的静电夹盘。支撑板174还可包括用于在处理期间加热基板116的加热元件188。底板176可包括形成于其中的冷却通道190。夹持电极186可穿过空心轴178、大气容积168以及通孔170中的一个而连接至偏置电源187。加热元件188可穿过空心轴178、大气容积168以及通孔170中的一个而连接至加热电源189。冷却通道190可穿过空心轴178、大气容积168以及通孔170中的一个而连接至冷却流体源191。

在一个实施例中，致动器组件192可被耦合至空心轴178以垂直地移动基板支撑组件118。可在大气容积168中设置致动器组件192。可在大气容积168中设置升降杆致动器194以移动升降杆196。

可在处理区域112与排空通道114之间设置等离子体丝网(screen)198，以将等离子体限制在处理区域112内。可围绕基板支撑组件118设置基板支撑衬垫199，以屏蔽基板支撑组件118免于工艺化学的影响。

在操作期间，来自气体源132的一个或多个处理气体可通过喷头板128进入处理区域112。RF功率可被施加在上电极120与基板支撑组件118之间，以点燃和维持处理区域112中的一个或多个处理气体。由等离子体处理设置在基板支撑组件118上的基板116。一个或多个处理气体可被连续供应至处理区域112，且真空泵182通过对称的流动阀180和流动模块106操作以生成在基板116之上的对称且均匀的气体流动。

通过将处理区域112和排空通道114限定在单独的模块中，本公开案的实施例以简化的腔室结构提供均匀且对称的处理环境，因而减少制造成本。

图2A为根据本公开案的一个实施例的流动模块106的示意性透视俯视图。图2B为流动模块106的示意性透视仰视图。外壁160可包括在上端处的用于连接处理模块104的凸缘136以及在下端处的用于连接排放模块108的凸缘202。可沿着凸缘136及凸缘202均匀地分布对准孔204、206以分别与处理模块和排放模块对准。可在凸缘136上形成槽208以接收密封件。可在上表面164a上形成一个或多个对准孔210以用于与底盘(诸如底盘154)对准。

图3为根据本公开案的一个实施例的底盘154的示意性透视图。底盘154提供流动模块(诸如流动模块106)与基板支撑组件(诸如基板支撑组件118)之间的接口。底盘154可包括具有向外延伸的翼304的盘形主体302。底盘154可耦接至流动模块(诸如流动模块106)以将流动模块分成用于排空的流动通道以及连接至外部环境的大气容积。盘形主体302包括用于接收基板支撑组件(诸如基板支撑组件118)的中心开口158。可在中心开口158的下端处形成台阶(step)308。波纹管可被固定至台阶308以实现围绕中心开口158的真空密封。盘形主体302可具有与流动模块106的内壁162的外直径对应的外直径。翼306对应于成对的径向壁164。在一个实施例中，可以120度间隔定位三个翼306。可穿过每个翼306形成升降杆孔306以在其中接收基板升降杆。可穿过每个翼306形成对准孔310以与流动模块106的对准孔210对准。

除了改进处理对称性及均匀性以外，本公开案的实施例还提供灵活性。例如，通过改变模块中的一个或多个，等离子体处理腔室可被配置成执行各种处理或处理各种尺寸的基板。

图4A-4C为根据本公开案的实施例的由各种模块组装的腔室组件的示意性截面图。腔室组件可形成与各种等离子体模块和排放模块组合的各种处理腔室。

在图4A中，腔室组件400包括处理模块402和流动模块404。处理模块402可类似于上述处理模块104。流动模块404可类似于上述流动模块106。处理模块402可包括被设计成支撑具有直径408的基板的基板支撑组件403。流动模块404可根据处理要求具有满足基板的垂直运动的范围或处理模块402中的处理容积的变化度的高度406。

在图4B中，腔室组件410被组装形成处理模块402和流动模块412。流动模块412具有比腔室组件400的流动模块404的高度406短的高度414。当处理需要较短高度的基板垂直运动或基板不垂直移动时，可使用具有较短高度的流动模块412。具有较短高度的流动模块412占据较少空间，因而提供技术优势。没有基板垂直运动的流动模块412可显著地减少系统复杂性(complicity)，因而减少制造及维护成本。

在图4C中，腔室组件420被组装形成处理模块422和流动模块412。处理模块422包括被设计成支撑具有直径424的基板的基板支撑组件426。直径424比处理模块402的直径408大。通过选择被设计用于较大的基板的处理模块，可使用腔室组件420来处理较大的基板而不必增加其他模块的直径。这允许相对较小的容积被用于较大的基板，藉此，不仅减少腔室成本，而且降低泵尺寸要求并减少泵送次数，这允许较大的基板产量。

尽管与电容耦合等离子体腔室相关联地描述本公开案的实施例，但可使用本公开案的实施例来在任何处理腔室中改善对称性并减少偏斜。

虽然前述内容针对本公开案的实施例，但可设计本公开案的其它和进一步的实施例而没有背离本公开案的基本范围，且本公开案的基本范围由所附权利要求书确定。