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
技術領域：
本發明的實施例涉及半導體襯底處理系統的領域。更具體地，本發明涉及適合于 用在襯底處理室中的氣流均衡板(equalizer plate)。
背景技術：
隨著半導體器件的尺寸逐漸減小，對于維持高產量最重要的是跨越襯底(其上形 成有半導體元件)的處理均勻性。實際上，與在半導體器件制造中應用的傳統等離子蝕刻 處理相關的問題是跨越經處理的襯底蝕刻速率的非均勻性，該問題部分是由于反應組分與 被蝕刻的襯底之間的橫向偏移(lateral offset)引起的。造成反應組分從襯底中心偏移 的一個因素是室排氣口的徑向位置。因為氣體更容易被從更接近排氣口的室區域吸出，所 以反應組分會被吸向排氣口，因而變得相對于襯底中心偏移。此偏移會造成襯底表面上的 蝕刻均勻性損失。為了進一步說明以上問題，圖1是示出了傳統的襯底處理室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 置在襯底容積114的中央區域，以在處理過程中支撐襯底122。氣體分配板組件130設置 在蓋子116內側，以使得從氣體分配盤104提供的處理氣體流動并分配。處理氣體從氣體 分配板組件130朝向襯底支撐件120流動，并且經由耦合到真空泵104的排氣口 132而排 出。設置在排氣口 132附近的節流閥134與真空泵104結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 圍設置等離子體遮蔽板140。等離子體遮蔽板140包括多個夾縫142，而這些狹縫142的尺 寸經過設計以阻擋等離子體進入襯底支撐件120下方的室的區域，而允許氣體通過而到達 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朝向設置在襯底支撐件120 上方的襯底122供應時，真空泵104被操作以排出流動通過等離子體遮蔽板140而到達排 氣口 132的處理氣體。然而，由于排氣口 132偏向襯底支撐件120的一側定位，所以在襯底 支撐件120的與排氣口 132相對應的那一側上處理氣體的流動趨向于更快。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不是對稱的。因此在襯底表面上 方的處理均勻性受到不利的影響。因此，需要一種可以增進處理過程器件關于襯底表面上方的處理氣體流動的均勻 性的設備。
發明內容
本發明的實施例提供了適合于用在襯底處理室中的氣流均衡板。在一個實施例 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部 區域，以及圍繞內部區域的穿孔外部區域。內部區域具有沿著板主體的周長變化的第一徑向寬度，來阻礙進入到內部區域的處理氣體流，并且穿孔外部區域具有沿著板主體的周長 變化的第二徑向寬度并允許氣流從其穿過。在另一個實施例中，提供了具有改善的氣體流動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橫向側的排氣口 ；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形板主體，該板主體包括鄰 近地圍繞中央開口的內部區域以及圍繞內部區域的穿孔外部區域。內部區域具有沿著板主 體的周長變化的第一徑向寬度，來阻礙進入到所述內部區域的處理氣體的氣流，并且穿孔 外部區域具有沿著板主體的周長變化的第二徑向寬度并允許氣流從其穿過。
為了使得本發明的上述特征更明顯易懂，可配合參考實施例的說明，其部分如圖 所示。然而，附圖僅示出了本發明的典型實施例并且因此不能被認為是其范圍的限制，本發 明可以允許其他等價有效實施例。圖1是傳統襯底處理室的簡要截面圖；圖2A是氣流均衡板的實施例的等角圖；圖2B是圖2A的氣流均衡板的平面圖；圖2C是設置在氣流均衡板中的一個狹縫的一個實施例的簡要截面圖；圖3A是示出了使用氣流均衡板的襯底處理室的一個實施例的截面圖；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，相同附圖標記被用來表示對于附圖共有的相同 元件。可以預料到一個實施例的原件和特征不需要特別描述而可有利地結合到其他實施 例。然而，需注意的是因為本發明可以承認其他相等效果的實施例，所以附圖僅示出 了本發明的示例實施例并且因此不能認為是范圍的限制。
具體實施例方式這里描述的實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面。氣流均衡板設置在襯底支 撐件的周圍而位于排氣口的上方和氣體分配器的下方。氣流均衡板具有環形形狀，其具有 氣流阻礙內部區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域。外部區 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到排氣口時，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的一個實施例的簡化圖。氣流均衡板202 具有環形形狀，其設置有與襯底支撐組件的配置相對應的中央開口 204。在一個實施例中， 氣流均衡板202可以由碳化硅(SiC)制成。在其它實施例中，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稱 分布，使得可以調整流經板的氣流以對襯底上方的流動不對稱性進行校正。在一個實施例中，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 穿透性內部區域206以及圍繞內部區域206的穿孔外部區域208。內部區域206由實心材 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之間變化的徑向寬度V，以阻擋氣體流動。孔210可以圍繞中央開口 204而設置在內部 區域206中，來將氣流均衡板202固定到處理室中。也可以預料到內部區域206可以是穿 孔的而外部區域208是實心的。外部區域208包括多個孔，這些孔設置以允許更多的氣流穿過板202的一側，以平 衡穿過襯底表面的氣流。孔可以具有適合于控制流經其中的氣流并且限制等離子體通過的 多種形狀或形式。在一個實施例中，孔主要由設置在內部區域206周圍的多個鄰接狹縫212 構成。在一個實施例中，各個狹縫212的寬度可以小于等離子鞘層的厚度或寬度，因此，等 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是一個狹縫 212的一個實施例的簡要截面圖。在一個實施例中，每個狹縫212的寬度L可以在約3mm到 約4mm之間并且每個狹縫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之間變化的徑向寬度W。在一個實施例中，內部區域206的最小寬度部分 Vfflin小于外部區域208的最小寬度部分Wmin，并且內部區域206的最大寬度部分Wmax小于外 部區域208的最大寬度部分1_。在一個實施例中，內部區域206的徑向寬度V以及外部區 域208的徑向寬度W可以沿著氣流均衡板202的周長互補地變化，以在將氣流均衡板202用 在具有對于襯底支撐件的中央而偏移的抽氣口的處理室中時，使得穿過氣流均衡板202的 處理氣體的流動均衡。圍繞外部區域208的狹縫(或其他幾何形式的孔)的寬度差異導致板202的一側 相對于板的另一側具有較大的開口面積。這允許在具有最大開口面積的區域設置在距離排 氣口 180度的區域的狀態下，將板的、具有最小開口面積的那一側設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稱。也可以預料到如果 需要將處理室的傳導性限制為所選擇的，以產生期望的效應，那么最大與最小開口面積的 區域在板202上不一定相距180度或如上所述相對于排氣口而定位。圖3A是示出了使用氣流均衡板202的處理室300的一個實施例的簡要截面圖。 處理室300耦合至氣體分配盤302以及真空泵304。處理室300具有包括側壁306和底部 308的室主體，其中側壁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大致設置在襯底容積310的中央區域，以在處理過程中支撐襯底316。一個 或多個氣體分配器設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或多個噴嘴或口。在圖3示出的 實施例中，氣體分配器是設置在蓋子312內側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，并且經由真空泵304從朝向襯底支撐件314的側面偏移地定位的排氣口 322排出。設 置在排氣口 322附近的節流閥324與真空泵304結合使用來控制處理容積310中的壓力。氣流均衡板202設置在襯底支撐件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定向設置的俯視平面圖。在 一個實施例中，氣流均衡板202可以設置為使得內部區域206的最大寬度部分Vmax以及外 部區域208的最小寬度部分Wmin位于排氣口 322的一側，例如位于排氣口 322的正上方；并 使得內部區域206的最小寬度部分Vmin以及外部區域的最大寬度部分Vmax位于排氣口的那 一側的徑向相反側。在從氣體分配板組件320供應處理氣體并操作真空泵304以經由排氣 口 322排出處理氣體時，因此會在排氣口的那一側上提供最大的流動限制。因此，可以獲得 跨越設置在襯底支撐件314上的襯底表面的處理氣體的對稱流動。也可以預料到，可選擇排氣口的位置和/或板202的傾斜相對于水平面的旋轉偏 置，來校準由排氣口位置所引起的流動的不對稱性。也可以預料到，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稱的流動。雖然上述內容關于本發明的實施例，但是在不超出本發明的基本范圍的情況下， 可以設計出本發明的其他實施例，并且本發明的范圍由以下權利要求來決定。
權利要求
一種氣流均衡板，包括具有中央開口的環形板主體，其中，所述板主體包括鄰近地圍繞所述中央開口的內部區域，以及圍繞所述內部區域的穿孔外部區域；其中，所述內部區域具有沿著所述板主體的周長變化的第一徑向寬度，來阻礙進入到所述內部區域的處理氣體流；并且其中，所述穿孔外部區域具有沿著所述板主體的周長變化的第二徑向寬度并允許氣流從其穿過。
2.根據權利要求1所述的氣流均衡板，其中，所述第一徑向寬度與所述第二徑向寬度 沿著所述板主體的周長相反地變化。
3.根據權利要求1所述的氣流均衡板，其中，所述第一徑向寬度的最小值小于所述第 二徑向寬度的最小值。
4.根據權利要求1所述的氣流均衡板，其中，所述第一徑向寬度的最大值小于所述第 二徑向寬度的最大值。
5.根據權利要求1所述的氣流均衡板，其中，所述外部區域包括圍繞所述內部區域分 布的多個狹縫，并且所述狹縫構造為防止等離子體從其通過。
6.根據權利要求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橫向側面的排氣口 ； 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部區域， 以及圍繞所述內部區域的穿孔外部區域；其中，所述內部區域具有沿著所述板主體的周長變化的第一徑向寬度，來阻礙進入到 所述內部區域的氣流；并且其中，所述穿孔外部區域具有沿著所述板主體的周長變化的第二徑向寬度并允許氣流 從其穿過。
8.根據權利要求7所述的處理室，其中，所述板主體的內部區域緊固至所述襯底支撐 件而所述外部區域不緊固到任何結構。
9.根據權利要求7所述的處理室，其中，所述第一徑向寬度與所述第二徑向寬度沿著 所述板主體的周長相反地變化。
10.根據權利要求7所述的處理室，其中，所述第一徑向寬度的最小值小于所述第二徑 向寬度的最小值。
11.根據權利要求7所述的處理室，其中，所述第一徑向寬度的最大值小于所述第二徑 向寬度的最大值。
12.根據權利要求7所述的處理室，其中，所述外部區域包圍繞所述內部區域分布的多 個狹縫，并且所述狹縫構造為防止等離子體從其通過。
13.根據權利要求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.根據權利要求7所述的處理室，其中，所述板主體確定方向為使得所述第一徑向寬 度的最大值與所述第二徑向寬度的最小值位于所述排氣口的所述橫向側面。
15.根據權利要求7所述的處理室，其中，所述第二徑向寬度的最小值位于所述排氣口 的正上方。
全文摘要
本發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形形狀，其具有氣流阻礙內部區域，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域。內部和外部區域具有變化的徑向寬度，以在襯底的表面上平衡處理氣體的流動。在特定實施例中，氣流均衡板可以被用來校正由于排氣口相對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不對稱性。
文檔編號H01L21/02GK101960568SQ200980107021
公開日2011年1月26日 申請日期2009年2月19日 優先權日2008年2月28日
發明者安德魯·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:應用材料公司