CN101720498A - 为减少不均匀性的集成可控制性阵列装置 - Google Patents

为减少不均匀性的集成可控制性阵列装置 Download PDF

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Abstract

提供了一种在等离子处理环境中管理等离子均匀性以便于处理基片的集成可控制性阵列装置。该装置包括电子元件阵列。该装置还包括气体喷射器阵列，其中该电子元件阵列和该气体喷射器阵列设置为建立多个等离子区域，该多个等离子区域的每个等离子区域大体上相似。该装置进一步包括泵阵列，其中该泵阵列的单个泵散布于该电子元件阵列和该气体喷射器阵列中。该泵阵列配置为便于废气的局部移除以在等离子处理环境中维持一个均匀的等离子区域。

Description

为减少不均匀性的集成可控制性阵列装置
背景技术
[第1段]等离子处理系统被长时间用于处理基片以生产半导体器件。在基片处理过程中，室的条件被密切地监视和仔细地控制以产生有助于生产精密的半导体器件的处理环境。总而言之，制造商需要创造一个处理环境，其中条件是均匀的以处理基片。
[第2段]不幸的是，在基片处理过程中存在于处理室内的某些条件会导致不均匀性。为了便于讨论，图1示出了基片处理环境100的简化的方框图。基片106设置在处理室104内的静电卡盘(ESC)108上。功率被传送入处理室104。例如，射频(RF)功率110通过静电卡盘被供给处理室104。在处理室104内，RF电与气体相互作用以生产等离子114，该气体通过气体传送系统102传送进处理室104，该等离子与基片106相互作用而生产出刻蚀过的半导体产品。
[第3段]理想地，为了提供均匀的处理基片106的处理环境，处理室104内的条件(尤其是纵贯基片106)是均匀的。然而，由于处理室104的设计，处理室内的条件通常是不均匀的。例如，气体的径向流动会导致气体在整个处理室内的不均匀分配。再例如，由于泵112通常设置在远离基片中心的地方，所以废气会不均匀地从处理室106抽出。因而，废气会被从基片的中心向下至边缘而抽出。结果，气体在整个基片的表面不均匀分配。例如，朝向基片的边缘气体密度可能更小。
[第4段]一种可用于产生更均匀处理环境的方法可以是使用变压器耦合等离子(TCP)源来实施。图2示出了一个使用TCP源的处理环境200简化的方框图。通常，TCP源产生一个电感环境。那么，采用一组天线202而非电极来向处理环境传送功率。
[第5段]在TCP源内，等离子206生成为环形形状(doughnutshape)以形成一个环形的处理区域。该环形的处理区域在基片208的上方产生了径向扩散分布。然而，即时带有径向扩散分布，条件也可能不很均匀。更大的环形处理区域可以产生更均匀的处理环境；然而，更大的环形处理区域需要处理室相当大以及介电窗更大。因而，与这种装置相关的花费在经济上是不可行的并且其工程设计也会相当困难。
发明内容
[第6段]在一具体实施方式中，本发明涉及一种在等离子处理环境中使等离子均匀以便于基片处理的集成可控制性阵列装置。该装置包括电子元件阵列。该装置还包括气体喷射器阵列，其中该电子元件阵列和该气体喷射器阵列布置为产生多个等离子区域，该多个等离子区域的每个等离子区域大体上相似。该装置进一步包括泵阵列，其中该泵阵列中的单个(individual)泵被散布于该电子元件阵列和该气体喷射器阵列中。该泵阵列配置为便于局部去除废弃以在等离子处理环境中维持均匀的等离子区域。
[第7段]上述概要只涉及这里所公开的本发明许多实施例的一个并且不是为了限制本发明的范围，这里在权利要求中阐述该范围。本发明的这些和其他特征在下面对本发明的详细说明中结合附图更详细的描述。
附图说明
[第8段]在附图中，本发明作为示例而不是作为限制来说明，其中类似的参考标号指出相似的元件，其中：
[第9段]图1示出了基片处理环境的简化方框图。
[第10段]图2示出了TCP源内处理环境的简化方框图。
[第11段]图3示出，在本发明的一个具体实施方式中，说明集成可控制性阵列装置的俯视图的简图。
[第12段]图4示出了，在本发明的具体实施方式中，说明集成可控制性阵列装置的截面图的简图。
[第13段]图5示出了，在本发明的具体实施方式中，具有同中心构造的集成可控制性阵列装置的一个实施例。
具体实施方式
[第14段]本发明根据附图以一些具体实施方式进行详细说明。在以下描述中，为了彻底了解本发明，提供了大量具体细节。然而，在没有一些或所有这些具体细节的情况下，本发明可以被实施，对本领域的技术人员是显而易见的。在其它实施例中，为了不会不必要地混淆本发明，熟知的工艺步骤和/或结构没有详细描述。
[第15段]在下文中描述了不同的具体实施方式，包括方法和技术。需要注意的是本发明还可以包括计算机可读介质的产品，执行本发明技术的具体实施方式的计算机可读指令存储在计算机可读介质上。计算机可读介质包括，例如，半导体、磁性的、光磁的、光的或计算机可读介质的其它形式来存储计算机可读代码。进一步地，本发明还包括实施本发明的具体实施方式的机构。该机构包括回路(专用的和/或可编程的)，以执行关于本发明的具体实施方式。该机构的实施例包括一般用途的计算机和/或适当编程的专用的计算装置，且包括计算机/计算装置的结合和适用于关于本发明具体实施方式的不同任务的专用的/可编程回路。
[第16段]在本发明的一个方面，发明人在此认识到为了达到更均匀的处理，需要可控制性。如在此讨论的，可控制性指径向和/或角向控制的局部均匀性控制。为了实现可控制性，实现多个元件的阵列。
[第17段]在现有技术中，IC制造商试图通过控制影响处理室条件的不同的参数(例如，气流、废弃、RF能量分配等)来控制均匀性。一个例子中，IC制造商采用Drytec真空三极管机器来控制进入处理室的功率传送。Drytec真空三极管机器包括三个电极，中间电极为多个小电极的阵列。可控制通过该中间电极的功率流。然而，即使使用Drytec真空三极管机器，由于Drytec三极管机器不提供其它参数的局部传送，如气流和废气，不均匀性仍然是一个问题。
[第18段]如前所述，传统的等离子系统被设置为具有单个用于传送气体进入处理室的气体喷射器和单个用于清除废气的泵。IC制造商操纵这些参数以试图创造一个更均匀的处理环境。在一个示例中，工艺工程师控制气流的速度以试图产生更均匀的气体分配。操纵不同的参数以产生更均匀的等离子是繁重且耗时的过程，并往往要求高精确，以及涉及平衡许多彼此冲突的不均匀性源，同时维持需要的刻蚀速率、刻蚀轮廓、选择比和其它参数。
[第19段]根据本发明的具体实施方式，提供集成可控制性阵列装置来使能够在基片处理过程中进行局部控制。本发明的具体实施方式通过建立独立控制的处理区域组而提供可操作性。
[第20段]本发明的一个具体实施方式中，集成可控制性阵列装置包括多种构造。在一个具体实施方式中，该构造可以是对称模式以提供更均匀的处理环境。构造的例子包括，但不限于，长方形模式、圆形模式、六角形模式等。
[第21段]本发明的一个具体实施方式中，集成可控制性阵列装置包括电子元件阵列、气体喷射器阵列和/或泵阵列，它们散布于彼此之间以产生独立控制的处理区域组。考虑到这种情况，其中，例如，通过电子元件阵列传送功率以及通过气体喷射器阵列将气体喷射入该处理室。该电子元件和气体喷射器阵列以便于在基片上方产生多个自相似的小等离子区域的方式设置。因此，创建纵贯基片的均匀处理环境所需要的功率和/或气体的量可局部控制。
[第22段]进一步地，在一个具体实施方式中，为了维持处理环境的均匀条件，泵阵列或一个或多个泵(每个都具有与歧管相连的多个泵端口)可散布于该电子元件/气体喷射器阵列中以便于废气的局部清除。每一端口可以是固定的或可控制的(如，通过一个阀门)。与现有技术不同的是，通过使泵设置于与气体喷射器密切相近的位置，气体可以被局部地抽入和抽出，而不是通常从基片的上方或下方的位置向外放射状地抽出。而且，泵的速度可以独立控制，使能根据每个小等离子区域的需要来调整废气流。
[第23段]本发明的特征和优点根据附图和下面的讨论将被更好地理解。
[第24段]图3示出了在本发明的一个具体实施方式中说明集成可控制性阵列装置的俯视图的简图。集成可控制性阵列装置300包括具有电子元件对阵列的介电板302，如一对电子元件304和306，其内置于介电板302中。在一个具体实施方式中，该电子元件对阵列可以是一对电容元件(例如，平行板)。在另一个具体实施方式中，该电子元件对阵列可以是一对电感元件(例如，天线)。该电子元件对阵列可以被布置成多个构造，例如阶梯布置。在一个实施例中，每个电子元件对布置为推拉式布置以产生平衡的功率布局。
[第25段]散布于该电子元件对阵列中的是多个气体喷射器阵列，气体可以从此传送进处理室。在一个实施例中，电子元件对306包括气体喷射器阵列(如，308、310、312等)。通过使该气体喷射器阵列散布于该电子元件对阵列之间，传送入处理室的气体和功率的量可在基片处理过程独立控制。
[第26段]在现有技术中，由于基片的性质和由于处理室(如，边缘环)的构造，等离子朝向基片边缘趋向于更不均匀。由于现有技术的结构不包括气体喷管阵列，工艺工程师不能够局部控制传送入处理室的特定区域的气体的量。利用电子元件对和/或气体喷射器对阵列，可执行控制以引导功率和/或气体流进入处理室的特定区域。在一个实施例中，气体喷射器310周围的处理区域(如基片边缘)比气体喷射器312周围的处理区域(如基片中心)需要更多的气体和/或功率。利用该集成可控制性阵列装置，可控制气体和/或功率流以产生更为均匀的处理环境。
[第27段]在一个具体实施方式中，一组泵被分散于集成可控制性阵列装置中。在一个实施例中，一组泵被设置在电子元件对阵列之间。在一个具体实施方式中，这组泵可以是泵阵列(314a、314b、316a、316b、316d、318a、318b、318c、318d、318e、320a、320b、320c、322a和322b)或一个或多个泵，每一个都带有多个连接于歧管的泵端口。每一个端口可以是固定的或可控制的(例如，通过阀门)。通过使这组泵位于与该气体喷射器阵列紧密靠近的位置，废气会以产生更均匀处理环境的方式从处理室中清除。在现有技术中，一个泵被设置在靠近基片边缘的位置，导致废气从基片上向外和向下被排出，因而产生基片边缘的气体密度较小的处理环境。然而，利用一组泵，泵的速度可局部控制以使得能够单独控制清除的废气的量，因而维持处理环境内气体平衡。在一个实施例中，由于处理室的固有特性，气体密度在基片的边缘趋向于更小。那么，为了减少从边缘被清除的气体的量，基片边缘附近区域的泵相比于基片中心处的泵以更低的速度抽吸。
[第28段]图4示出了在本发明的一个具体实施方式中，说明集成可控制性阵列装置400的截面图的简图。考虑到这种情况，例如，其中，基片402正在被处理。功率(如，RF功率、微波功率等)通过天线阵列(通过天线404、406、408和410)被传送入处理室。在该天线阵列中散布气体喷射器阵列(412、414、416和418)，气体从该喷射器阵列被传送入该处理环境中以与功率相互作用产生等离子。相似地，泵阵列(428、430、432、434和436)可散布在该天线阵列中。
[第29段]利用集成可控制性阵列装置，提供了可控制性，由此使功率流、气流和废气流能够被局部控制。换句话说，功率流、气流和废气流可调整，从而在基片402的不同区域(450、452、454和456)上方提供均匀的处理环境，以使得能够更精确和准确处理该基片。
[第30段]如前所述，集成可控制性阵列装置可以为不同的构造。图5示出了，在本发明的一个具体实施方式中，具有同心构造的集成可控制性阵列装置的一个实施例。集成可控制性阵列装置500包括布置为具有中心的同心圆的电子元件阵列(如，502、504、506等)。散布于电子元件阵列中的是气体喷射器阵列(如，508、510、512等)和泵阵列(如，514、516、518等)。可控制性可通过局部调整功率流、气流和废气流来实现。利用集成可控制性阵列装置，这些阵列的每个组件可独立调整以产生纵贯基片表面的自相似的小等离子区域。
[第31段]从前面可以认识到，本发明的具体实施方式可以使集成局部控制装置能有效产生一个更为均匀的基片处理环境。通过实现集成可控制性阵列装置，可控制性可用于在处理室内引导功率流、气流和废气流。利用可控制性，提供局部控制产生一个更均匀的处理环境。因此，基片上的不同区域是自相似的，使基片的处理更为精确、准确和均匀。因而，利用一个更为均匀的处理环境，由于产生更少的废品，可以实现总成本的降低。
[第32段]从前面可以认识到，在一个具体实施方式中，该电子元件阵列是自相似阵列。换而言之，该电子元件阵列使能够局部控制等离子以纵贯基片产生相同的工艺条件。在另一个具体实施方式中，有意识地操纵条件以在基片的不同部分产生不同的工艺条件。在这种情况下，在现有技术中常见的不均匀性问题(如基片边缘经受与基片中心不同的等离子)可通过局部控制补偿来解决。而且，如果知道输入的基片的不均匀性(例如，通过光刻)，可以调节局部控制从而输出的基片会比输入的基片更为均匀。
[第33段]在边缘可能仍存在残余的不均匀性。这种不均匀性会被限制于靠近边缘设置的元件的刻度长度且可通过其他技术解决。
[第34段]尽管本发明描述了几个优选的实施方式，但是存在落入本发明范围内的改变、置换和等效替换。尽管在此提供不同的实施例，这些实施例意在说明性的而非关于本发明的限制。
[第35段]而且，在此为了方便而提供了标题和摘要，且不应被用于限制权利要求的范围。进一步地，说明书摘要以相当简短的形式书写且为了方便而在此提供，因此不应当用来限制权利要求所述的整个发明。如果术语“组”在此使用，这个术语意在具有其数学意义上的通常理解，涵盖零个、一个或多于一个的元件。还应当注意的是有许多实现本发明的方法和装置的替换方式。所以，意在将所附的权利要求书解释为包括所有落入本发明的主旨和范围内的这样的改变、替换和等效。

Claims (20)

1.一种在等离子处理环境中管理等离子均匀性以便于处理基片的集成可控制性阵列装置，包括：
电子元件阵列；
气体喷射器阵列，其中所述电子元件阵列和所述气体喷射器阵列布置为产生多个等离子区域，所述多个等离子区域的每一个等离子区域是大体上相似的；和
泵阵列，所述泵阵列的单个泵散布于所述电子元件阵列和所述气体喷射器阵列之间，所述泵阵列被设置为便于废气的局部清除以在所述等离子处理环境中维持均匀的等离子区域。
2.根据权利要求1所述的集成可控制性阵列装置，其中所述电子元件阵列被布置在介电板上。
3.根据权利要求2所述的集成可控制性阵列装置，其中所述电子元件阵列是电子元件对阵列。
4.根据权利要求3所述的集成可控制性阵列装置，其中所述电子元件对阵列是电容元件对阵列。
5.根据权利要求4所述的集成可控制性阵列装置，其中所述电容元件对阵列是平行板对阵列。
6.根据权利要求3所述的集成可控制性阵列装置，其中所述电子元件对阵列是电感元件对阵列。
7.根据权利要求6所述的集成可控制性阵列装置，其中所述电感元件对阵列是天线对阵列。
8.根据权利要求3所述的集成可控制性阵列装置，其中所述电子元件阵列被布置为推拉式阶梯装置。
9.根据权利要求1所述的集成可控制性阵列装置，其中所述集成可控制性阵列装置具有对称模式。
10.根据权利要求9所述的集成可控制性阵列装置，其中所述集成可控制性阵列装置具有同心构造。
11.根据权利要求10所述的集成可控制性阵列装置，其中所述电子元件阵列被布置为具有中心的同心环，且被散布于所述电子元件阵列、所述气体喷射器阵列的独立个体和所述泵阵列的独立个体之间。
12.根据权利要求9所述的集成可控制性阵列装置，其中所述集成可控制性阵列装置具有长方形构造。
13.根据权利要求9所述的集成可控制性阵列装置，其中所述集成可控制性阵列装置具有六角形构造。
14.一种处理基片过程中在等离子处理环境中提供可控制性的方法，包括：
通过控制经过电子元件阵列传送入所述等离子处理环境中的功率来管理功率分配；
在所述基片处理过程中引导气流，所述引导包括控制经过气体喷射器阵列流进所述等离子处理环境的气流的量，所述气体喷射器阵列的独立个体被散布于所述电子元件阵列之间；和
通过管理由泵阵列清除的废气的量而在所述基片处理过程中控制排气，其中所述电子元件阵列、所述气体喷射器阵列和所述泵阵列被布置为产生多个等离子区域，所述多个等离子区域的每一个等离子区域大体上相似，因此纵贯所述基片产生均匀的等离子区域。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述电子元件阵列被布置在介电板上。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述电子元件阵列是电子元件对阵列。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述电子元件对阵列是电容元件对阵列。
18.根据权利要求15所述的方法，其中所述电子元件对阵列是电感元件对阵列。
19.根据权利要求15所述的方法，其中所述电子元件对阵列的独立个体布置为推拉式阶梯装置。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述电子元件阵列被布置为具有中心的同心环，且散布于所述电子元件阵列、所述气体喷射器阵列和所述泵阵列之间。
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