專利名稱：適合于用在襯底處理室中的氣流均衡板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及半導(dǎo)體襯底處理系統(tǒng)的領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及適合于 用在襯底處理室中的氣流均衡板(equalizer plate)。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體器件的尺寸逐漸減小，對(duì)于維持高產(chǎn)量最重要的是跨越襯底(其上形 成有半導(dǎo)體元件)的處理均勻性。實(shí)際上，與在半導(dǎo)體器件制造中應(yīng)用的傳統(tǒng)等離子蝕刻 處理相關(guān)的問題是跨越經(jīng)處理的襯底蝕刻速率的非均勻性，該問題部分是由于反應(yīng)組分與 被蝕刻的襯底之間的橫向偏移(lateral offset)引起的。造成反應(yīng)組分從襯底中心偏移 的一個(gè)因素是室排氣口的徑向位置。因?yàn)闅怏w更容易被從更接近排氣口的室區(qū)域吸出，所 以反應(yīng)組分會(huì)被吸向排氣口，因而變得相對(duì)于襯底中心偏移。此偏移會(huì)造成襯底表面上的 蝕刻均勻性損失。為了進(jìn)一步說明以上問題，圖1是示出了傳統(tǒng)的襯底處理室100的簡要截面圖。 處理室100耦合到氣體分配盤(gas panel) 102以及真空泵104。處理室100包括側(cè)壁110 和底部112，它們部分地限定上方由蓋子116封閉的處理容積114。襯底支撐件120大致設(shè) 置在襯底容積114的中央?yún)^(qū)域，以在處理過程中支撐襯底122。氣體分配板組件130設(shè)置 在蓋子116內(nèi)側(cè)，以使得從氣體分配盤104提供的處理氣體流動(dòng)并分配。處理氣體從氣體 分配板組件130朝向襯底支撐件120流動(dòng)，并且經(jīng)由耦合到真空泵104的排氣口 132而排 出。設(shè)置在排氣口 132附近的節(jié)流閥134與真空泵104結(jié)合使用來控制處理容積114中的 壓力。為了確保由處理氣體形成的等離子體被限制在容積114中，在襯底支撐件120的周 圍設(shè)置等離子體遮蔽板140。等離子體遮蔽板140包括多個(gè)夾縫142，而這些狹縫142的尺 寸經(jīng)過設(shè)計(jì)以阻擋等離子體進(jìn)入襯底支撐件120下方的室的區(qū)域，而允許氣體通過而到達(dá) 排氣口 132。在操作過程中，在將處理氣體從氣體分配板組件1 30朝向設(shè)置在襯底支撐件120 上方的襯底122供應(yīng)時(shí)，真空泵104被操作以排出流動(dòng)通過等離子體遮蔽板140而到達(dá)排 氣口 132的處理氣體。然而，由于排氣口 132偏向襯底支撐件120的一側(cè)定位，所以在襯底 支撐件120的與排氣口 132相對(duì)應(yīng)的那一側(cè)上處理氣體的流動(dòng)趨向于更快。因此，在氣體 分配板組件130與襯底支撐件120之間的處理氣體的流動(dòng)不是對(duì)稱的。因此在襯底表面上 方的處理均勻性受到不利的影響。因此，需要一種可以增進(jìn)處理過程器件關(guān)于襯底表面上方的處理氣體流動(dòng)的均勻 性的設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供了適合于用在襯底處理室中的氣流均衡板。在一個(gè)實(shí)施例 中，氣流均衡板包括具有中央開口的板主體，其中包主體包括鄰近地圍繞中央開口的內(nèi)部 區(qū)域，以及圍繞內(nèi)部區(qū)域的穿孔外部區(qū)域。內(nèi)部區(qū)域具有沿著板主體的周長變化的第一徑向?qū)挾?，來阻礙進(jìn)入到內(nèi)部區(qū)域的處理氣體流，并且穿孔外部區(qū)域具有沿著板主體的周長 變化的第二徑向?qū)挾炔⒃试S氣流從其穿過。在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了具有改善的氣體流動(dòng)均勻性的襯底處理室。該處理室 包括具有處理容積的室主體，該處理容積限定在設(shè)置在室主體中的襯底支撐件與室主體 的頂壁之間；真空泵，其耦合到位于襯底支撐件的一個(gè)橫向側(cè)的排氣口 ；以及圍繞襯底支 撐件安裝的氣流均衡板。該氣流均衡板包括具有中央開口的環(huán)形板主體，該板主體包括鄰 近地圍繞中央開口的內(nèi)部區(qū)域以及圍繞內(nèi)部區(qū)域的穿孔外部區(qū)域。內(nèi)部區(qū)域具有沿著板主 體的周長變化的第一徑向?qū)挾?，來阻礙進(jìn)入到所述內(nèi)部區(qū)域的處理氣體的氣流，并且穿孔 外部區(qū)域具有沿著板主體的周長變化的第二徑向?qū)挾炔⒃试S氣流從其穿過。


為了使得本發(fā)明的上述特征更明顯易懂，可配合參考實(shí)施例的說明，其部分如圖 所示。然而，附圖僅示出了本發(fā)明的典型實(shí)施例并且因此不能被認(rèn)為是其范圍的限制，本發(fā) 明可以允許其他等價(jià)有效實(shí)施例。圖1是傳統(tǒng)襯底處理室的簡要截面圖；圖2A是氣流均衡板的實(shí)施例的等角圖；圖2B是圖2A的氣流均衡板的平面圖；圖2C是設(shè)置在氣流均衡板中的一個(gè)狹縫的一個(gè)實(shí)施例的簡要截面圖；圖3A是示出了使用氣流均衡板的襯底處理室的一個(gè)實(shí)施例的截面圖；圖3B是圖3A的處理室的俯視平面圖，其示出了氣流均衡板是如何圍繞襯底支撐 件定向的。為了便于了解，在可能的情況下，相同附圖標(biāo)記被用來表示對(duì)于附圖共有的相同 元件。可以預(yù)料到一個(gè)實(shí)施例的原件和特征不需要特別描述而可有利地結(jié)合到其他實(shí)施 例。然而，需注意的是因?yàn)楸景l(fā)明可以承認(rèn)其他相等效果的實(shí)施例，所以附圖僅示出 了本發(fā)明的示例實(shí)施例并且因此不能認(rèn)為是范圍的限制。
具體實(shí)施例方式這里描述的實(shí)施例提供了適合于用在襯底處理室中的氣流均衡板。襯底處理室包 括襯底支撐件、氣體分配器、限定在襯底支撐件與處理室的頂壁之間的處理容積以及耦合 至排氣口的真空泵，其中排氣口定位在襯底支撐件的橫向側(cè)面。氣流均衡板設(shè)置在襯底支 撐件的周圍而位于排氣口的上方和氣體分配器的下方。氣流均衡板具有環(huán)形形狀，其具有 氣流阻礙內(nèi)部區(qū)域以及允許處理氣體通過但是防止等離子體通過的穿孔外部區(qū)域。外部區(qū) 域的開口面積在板的不同部分具有變化，因此在處理氣體從處理容積流動(dòng)到排氣口時(shí)，可 以使得沿著襯底邊緣通過的處理氣體流均衡(equalize)。由此可以改善襯底表面上方的處 理的均勻性。圖2A和圖2B是示出了氣流均衡板202的一個(gè)實(shí)施例的簡化圖。氣流均衡板202 具有環(huán)形形狀，其設(shè)置有與襯底支撐組件的配置相對(duì)應(yīng)的中央開口 204。在一個(gè)實(shí)施例中， 氣流均衡板202可以由碳化硅(SiC)制成。在其它實(shí)施例中，氣流均衡板202可以由含有
5釔的材料制成，諸如氧化釔(Y2O3)。氣流均衡板202 —般圍繞板而具有開口面積的不對(duì)稱 分布，使得可以調(diào)整流經(jīng)板的氣流以對(duì)襯底上方的流動(dòng)不對(duì)稱性進(jìn)行校正。在一個(gè)實(shí)施例中，氣流均衡板202被劃分為與中央開口 204的邊緣相鄰的非氣流 穿透性內(nèi)部區(qū)域206以及圍繞內(nèi)部區(qū)域206的穿孔外部區(qū)域208。內(nèi)部區(qū)域206由實(shí)心材 料(solid material)形成，具有沿著氣流均衡板202的周長而在最小寬度Vmin與最大寬度 Vmax之間變化的徑向?qū)挾萔，以阻擋氣體流動(dòng)?？?10可以圍繞中央開口 204而設(shè)置在內(nèi)部 區(qū)域206中，來將氣流均衡板202固定到處理室中。也可以預(yù)料到內(nèi)部區(qū)域206可以是穿 孔的而外部區(qū)域208是實(shí)心的。外部區(qū)域208包括多個(gè)孔，這些孔設(shè)置以允許更多的氣流穿過板202的一側(cè)，以平 衡穿過襯底表面的氣流?？卓梢跃哂羞m合于控制流經(jīng)其中的氣流并且限制等離子體通過的 多種形狀或形式。在一個(gè)實(shí)施例中，孔主要由設(shè)置在內(nèi)部區(qū)域206周圍的多個(gè)鄰接狹縫212 構(gòu)成。在一個(gè)實(shí)施例中，各個(gè)狹縫212的寬度可以小于等離子鞘層的厚度或?qū)挾?，因此，?離子體中的中性粒子可以通過狹縫212，但是可以阻擋住離子和自由基。狹縫212可以具有除了圖2B中示出的徑向朝向之外的朝向。圖2C是一個(gè)狹縫 212的一個(gè)實(shí)施例的簡要截面圖。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)狹縫212的寬度L可以在約3mm到 約4mm之間并且每個(gè)狹縫212的高度H可以在約12mm到約15mm之間。往回參照圖2B，外部區(qū)域208具有沿著氣流均衡板202的周長而在最小寬度Wmin 與最大寬度Wmax之間變化的徑向?qū)挾萕。在一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)部區(qū)域206的最小寬度部分 Vfflin小于外部區(qū)域208的最小寬度部分Wmin，并且內(nèi)部區(qū)域206的最大寬度部分Wmax小于外 部區(qū)域208的最大寬度部分1_。在一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)部區(qū)域206的徑向?qū)挾萔以及外部區(qū) 域208的徑向?qū)挾萕可以沿著氣流均衡板202的周長互補(bǔ)地變化，以在將氣流均衡板202用 在具有對(duì)于襯底支撐件的中央而偏移的抽氣口的處理室中時(shí)，使得穿過氣流均衡板202的 處理氣體的流動(dòng)均衡。圍繞外部區(qū)域208的狹縫(或其他幾何形式的孔)的寬度差異導(dǎo)致板202的一側(cè) 相對(duì)于板的另一側(cè)具有較大的開口面積。這允許在具有最大開口面積的區(qū)域設(shè)置在距離排 氣口 180度的區(qū)域的狀態(tài)下，將板的、具有最小開口面積的那一側(cè)設(shè)置在處理室的抽氣口 附近和/或上方，以平衡由于排氣口的偏移位置而引起的抽氣不對(duì)稱。也可以預(yù)料到如果 需要將處理室的傳導(dǎo)性限制為所選擇的，以產(chǎn)生期望的效應(yīng)，那么最大與最小開口面積的 區(qū)域在板202上不一定相距180度或如上所述相對(duì)于排氣口而定位。圖3A是示出了使用氣流均衡板202的處理室300的一個(gè)實(shí)施例的簡要截面圖。 處理室300耦合至氣體分配盤302以及真空泵304。處理室300具有包括側(cè)壁306和底部 308的室主體，其中側(cè)壁306和底部308部分地限定上方由蓋子312封閉的處理容積310。 襯底支撐件314大致設(shè)置在襯底容積310的中央?yún)^(qū)域，以在處理過程中支撐襯底316。一個(gè) 或多個(gè)氣體分配器設(shè)置在室中并在襯底支撐件314上方，以將處理氣體和其他氣體提供到 處理容積310中。氣體分配器可以是形成在室蓋中的一個(gè)或多個(gè)噴嘴或口。在圖3示出的 實(shí)施例中，氣體分配器是設(shè)置在蓋子312內(nèi)側(cè)上的氣體分配板組件320，以使得從氣體分配 盤302提供的處理氣體流動(dòng)并分配。處理氣體從氣體分配板組件320朝向襯底支撐件314 流動(dòng)，并且經(jīng)由真空泵304從朝向襯底支撐件314的側(cè)面偏移地定位的排氣口 322排出。設(shè) 置在排氣口 322附近的節(jié)流閥324與真空泵304結(jié)合使用來控制處理容積310中的壓力。氣流均衡板202設(shè)置在襯底支撐件314周圍，例如固定在形成在襯底支撐件的外徑上的突 出部或階梯部328上。圖3B是示出了氣流均衡板202是如何圍繞支撐件314定向設(shè)置的俯視平面圖。在 一個(gè)實(shí)施例中，氣流均衡板202可以設(shè)置為使得內(nèi)部區(qū)域206的最大寬度部分Vmax以及外 部區(qū)域208的最小寬度部分Wmin位于排氣口 322的一側(cè)，例如位于排氣口 322的正上方；并 使得內(nèi)部區(qū)域206的最小寬度部分Vmin以及外部區(qū)域的最大寬度部分Vmax位于排氣口的那 一側(cè)的徑向相反側(cè)。在從氣體分配板組件320供應(yīng)處理氣體并操作真空泵304以經(jīng)由排氣 口 322排出處理氣體時(shí)，因此會(huì)在排氣口的那一側(cè)上提供最大的流動(dòng)限制。因此，可以獲得 跨越設(shè)置在襯底支撐件314上的襯底表面的處理氣體的對(duì)稱流動(dòng)。也可以預(yù)料到，可選擇排氣口的位置和/或板202的傾斜相對(duì)于水平面的旋轉(zhuǎn)偏 置，來校準(zhǔn)由排氣口位置所引起的流動(dòng)的不對(duì)稱性。也可以預(yù)料到，如果期望的話，也可以 期望使用板202來引起跨越襯底的不對(duì)稱的流動(dòng)。雖然上述內(nèi)容關(guān)于本發(fā)明的實(shí)施例，但是在不超出本發(fā)明的基本范圍的情況下， 可以設(shè)計(jì)出本發(fā)明的其他實(shí)施例，并且本發(fā)明的范圍由以下權(quán)利要求來決定。
權(quán)利要求
一種氣流均衡板，包括具有中央開口的環(huán)形板主體，其中，所述板主體包括鄰近地圍繞所述中央開口的內(nèi)部區(qū)域，以及圍繞所述內(nèi)部區(qū)域的穿孔外部區(qū)域；其中，所述內(nèi)部區(qū)域具有沿著所述板主體的周長變化的第一徑向?qū)挾?，來阻礙進(jìn)入到所述內(nèi)部區(qū)域的處理氣體流；并且其中，所述穿孔外部區(qū)域具有沿著所述板主體的周長變化的第二徑向?qū)挾炔⒃试S氣流從其穿過。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣流均衡板，其中，所述第一徑向?qū)挾扰c所述第二徑向?qū)挾?沿著所述板主體的周長相反地變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣流均衡板，其中，所述第一徑向?qū)挾鹊淖钚≈敌∮谒龅?二徑向?qū)挾鹊淖钚≈怠?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣流均衡板，其中，所述第一徑向?qū)挾鹊淖畲笾敌∮谒龅?二徑向?qū)挾鹊淖畲笾怠?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣流均衡板，其中，所述外部區(qū)域包括圍繞所述內(nèi)部區(qū)域分 布的多個(gè)狹縫，并且所述狹縫構(gòu)造為防止等離子體從其通過。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣流均衡板，其中，所述狹縫具有在約3mm到約4mm之間的寬 度以及在約12mm到約15mm之間的高度。
7.一種處理室，包括具有處理容積的室主體，所述處理容積限定在設(shè)置在所述室主體中的襯底支撐件與所 述室主體的頂壁之間；真空泵，其耦合到位于所述襯底支撐件的一個(gè)橫向側(cè)面的排氣口 ； 氣流均衡板，其外接所述襯底支撐件，其中，所述氣流均衡板包括 具有中央開口的板主體，其中，所述板主體包括鄰近地圍繞所述中央開口的內(nèi)部區(qū)域， 以及圍繞所述內(nèi)部區(qū)域的穿孔外部區(qū)域；其中，所述內(nèi)部區(qū)域具有沿著所述板主體的周長變化的第一徑向?qū)挾?，來阻礙進(jìn)入到 所述內(nèi)部區(qū)域的氣流；并且其中，所述穿孔外部區(qū)域具有沿著所述板主體的周長變化的第二徑向?qū)挾炔⒃试S氣流 從其穿過。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的處理室，其中，所述板主體的內(nèi)部區(qū)域緊固至所述襯底支撐 件而所述外部區(qū)域不緊固到任何結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的處理室，其中，所述第一徑向?qū)挾扰c所述第二徑向?qū)挾妊刂?所述板主體的周長相反地變化。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的處理室，其中，所述第一徑向?qū)挾鹊淖钚≈敌∮谒龅诙?向?qū)挾鹊淖钚≈怠?br> 11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的處理室，其中，所述第一徑向?qū)挾鹊淖畲笾敌∮谒龅诙?向?qū)挾鹊淖畲笾怠?br> 12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的處理室，其中，所述外部區(qū)域包圍繞所述內(nèi)部區(qū)域分布的多 個(gè)狹縫，并且所述狹縫構(gòu)造為防止等離子體從其通過。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的處理室，其中，所述狹縫具有在約3mm到約4mm之間的寬度以及在約12mm到約15mm之間的高度。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的處理室，其中，所述板主體確定方向?yàn)槭沟盟龅谝粡较驅(qū)?度的最大值與所述第二徑向?qū)挾鹊淖钚≈滴挥谒雠艢饪诘乃鰴M向側(cè)面。
15.根據(jù)權(quán)利要求7所述的處理室，其中，所述第二徑向?qū)挾鹊淖钚≈滴挥谒雠艢饪?的正上方。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種適合于用在襯底處理室中的氣流均衡板。一種氣流均衡板用于用在襯底處理室中。該氣流均衡板具有環(huán)形形狀，其具有氣流阻礙內(nèi)部區(qū)域，以及允許處理氣體通過但是留住處理氣體中的諸如離子和自由基的特定成分的穿孔外部區(qū)域。內(nèi)部和外部區(qū)域具有變化的徑向?qū)挾?，以在襯底的表面上平衡處理氣體的流動(dòng)。在特定實(shí)施例中，氣流均衡板可以被用來校正由于排氣口相對(duì)于襯底支撐件的中心線偏移而引起的、在處理容積與排氣口之間的室流動(dòng)不對(duì)稱性。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101960568SQ200980107021
公開日2011年1月26日 申請日期2009年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月28日
發(fā)明者安德魯·源, 沙希德·勞夫, 瓦倫蒂·D·圖杜羅, 邁克爾·D·威爾沃斯, 阿吉特·巴拉克利斯納 申請人:應(yīng)用材料公司