CN106024618B - 加热的喷头组件 - Google Patents

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Abstract

本发明一般而言包含加热的喷头组件，其可用来供应处理气体至处理腔室。该处理腔室可以是蚀刻腔室。当该处理气体从该处理腔室排出时，均匀处理该衬底会有难度。将该处理气体抽离该衬底并朝向该真空泵推送时，衬底上的等离子体，在蚀刻的情况下可能会不均匀。不均匀的等离子体可造成不均匀蚀刻。为了避免不均匀蚀刻，可将该喷头组件分为两个区域，每一个区域均具有可独立控制的气体导入及温度控制。该第一区域对应该衬底的边缘，而该第二区域对应该衬底的中心。通过独立控制温度及通过该喷头区域的气流，可增加该衬底的蚀刻均匀性。

Description

加热的喷头组件
本申请是申请号为200980102058.4、申请日为2009年1月7日、优先权日为2008年1月10日并且于2010年7月12日进入中国国家阶段的PCT专利申请的分案申请。
技术领域
本发明的实施例一般涉及一种加热的喷头组件。
背景技术
集成电路已演进成复杂组件，其可在单个芯片上包含数百万个部件(诸如，晶体管、电容、电阻及诸如此类者)。芯片设计的演进持续要求更快的电路及更大的电路密度。要求更大的电路密度需要缩减集成电路部件的尺寸。这种组件的特征结构的最小尺寸在技术中通常称为关键尺寸。该关键尺寸一般包含该特征结构的最小宽度，例如导线、柱体(column)、开口、导线间的间距及诸如此类者。
随着这些关键尺寸缩小，衬底上的处理均匀性对于维持高产量而言变得最为重要。集成电路制造中所使用的传统的等离子体蚀刻处理的一个问题是衬底上的蚀刻速度不均匀，这可能是因为，在某种程度上，将该处理气体朝排气口抽送并远离该衬底的真空泵。因为较容易从该腔室靠近该排气口的区域抽出气体(即该衬底的边缘)，该蚀刻气体遂被朝该排气口推送并远离该衬底，因此在设置在其内的衬底上产生不均匀蚀刻。此不均匀性可严重影响效能，并增加生产集成电路的成本。
因此，在技术中需要一种用来在集成电路制造期间均匀蚀刻材料层的设备。
发明内容
本发明一般而言包含加热的喷头组件，其可用来供应处理气体至处理腔室。在一个实施例中，喷头含有喷头主体，其具有环绕第二区域的第一区域。该第一区域包含第一气室，设置在该主体的第一侧；一或多个第二气室，设置在该主体的第二侧；以及复数个第一孔，设置在复数个第一环状图案中，该复数个第一孔从该第一气室延伸至该一或多个第二气室。该第二区域包含第三气室，设置在该主体的该第一侧；一或多个第四气室，设置在该主体的该第二侧；以及复数个第二孔，设置在复数个第二环状图案中，该复数个第二孔从该第三气室延伸至该一或多个第四气室。
在另一实施例中，喷头组件包含第一气体扩散板，其具有第一侧、第二侧以及两个或多个区域，每一个区域皆具有从该第一侧延伸通过该第一气体扩散板至该第二侧的复数个第一孔；以及第二气体扩散板，其具有第三侧、第四侧、以及从该第三侧延伸通过该第二气体扩散板至该第四侧的复数个第二孔，其中该第二气体扩散板的第三侧与该第一气体扩散板的第二侧耦接，并且第二孔的数量超过第一孔的数量。
在另一实施例中，一种翻新喷头的方法包含将第一喷头主体从第二喷头主体拆下，清洁至少该第一喷头主体，以及接合该第一喷头主体至一第三喷头主体。该第一喷头主体具有环绕第二区域的第一区域。该第一区域包含第一气室，设置在该第一喷头主体的第一侧；一或多个第二气室，设置在该第一喷头主体的第二侧；以及复数个第一孔，设置在复数个第一环状图案中，该复数个第一孔从该第一气室延伸至该一或多个第二气室。该第二区域包含第三气室，设置在该第一喷头主体的该第一侧；一或多个第四气室，设置在该第一喷头主体的该第二侧；以及复数个第二孔，设置在复数个第二环状图案中，该复数个第二孔从该第三气室延伸至该一或多个第四气室。
附图说明
因此可以详细了解上述本发明的特征的方式，可参考实施例对简短地在前面概述过的本发明进行更明确的描述，其中某些实施例在附图中示出。但是应注意的是，附图仅示出本发明的一般实施例，因此不应视为对其范围的限制，因为本发明可允许其它等效实施例。
图1是根据本发明一个实施例的蚀刻设备的示意剖面图。
图2A是根据本发明一个实施例的喷头组件200的示意剖面图。
图2B是图2A的内部区域218的近观图。
图2C是该第一扩散板214和该第二扩散板216之间接口的近观图。
图2D是图2A所示的第一扩散板214的底部图。
图3是根据本发明一个实施例的喷头组件300的示意顶视图。
图4是根据本发明一个实施例的喷头组件400的示意底部图。
图5是示出根据本发明一个实施例的翻新理方法的处理步骤的流程图。
为了促进理解，在可能的情况下使用相同的符号来表示附图中共有的相同元件。预期到在一个实施例中揭示的元件可有益地用于其它实施例，而不需特别注明。
具体实施方式
本发明一般而言包含加热的喷头组件，其可用来供应处理气体至处理腔室。该处理腔室可以是蚀刻腔室。当该处理气体从该处理腔室排出时，均匀处理该衬底会有难度。将该处理气体抽离该衬底并朝向该真空泵推送时，衬底上的等离子体在蚀刻的情况下可能不会均匀。不均匀的等离子体可造成不均匀蚀刻。为了避免不均匀蚀刻，可将该喷头组件分为两个区域，每一个区域均具有可独立控制的气体导入及温度控制。该第一区域对应该衬底的边缘，而该第二区域对应该衬底的中心。通过独立控制温度及通过该喷头区域的气流，可增加该衬底的蚀刻均匀性。
本发明会在下文参照蚀刻腔室进行叙述。但是，多种等离子体沉积和蚀刻腔室可从本文揭露的教导受惠，尤其是例如蚀刻腔室的介电蚀刻腔室，其可以是半导体晶体处理***的一部分，例如***、蚀刻腔室、蚀刻腔室等，所有这些皆可从加州圣塔克拉拉的应用材料公司取得。预期到其它等离子体反应器(包含来自其它制造商的)也适于从本发明受惠。
图1是根据本发明的一个实施例的蚀刻设备的示意剖面图。该设备包含腔室100，其具有多个壁102，其从腔室底部104往上延伸。在该腔室100内，存在有基座(susceptor)106，可在其上支撑衬底108以进行处理。该衬底108可通过狭缝阀开口120导入该腔室100内。
可由通过真空口156与该腔室壁102耦接的真空泵112来排空该腔室100。该腔室100可通过抽取该处理气体绕行并通过挡板110来排空，该档板110外接该基座106和衬底108。距离该真空泵112越远，可检测到越弱的真空吸引。相反地，距离该真空泵112越近，可检测到越强的真空吸引。因此，为了补偿不均匀的真空吸引，可在该腔室100内设置流量均衡器116。该流量均衡器116可外接该基座106。与该流量均衡器116在最接近该真空口156位置处的宽度(如箭头“C”所示)相比，该流量均衡器116的宽度在距离该真空口156较远处可较小(如箭头“B”所示)。排出的气体可在该流量均衡器周围流动，然后通过较低的衬里114。该较低的衬里114可具有一或多个通过其间的孔，以容许该处理气体通过其间排出。空间118存在于该较低的衬里114和该腔室100的壁102之间，以容许该气体在该较低的衬里114后方流动至该真空口156。可利用阻流器154堵住该真空口156，以避免处理气体从接近该衬底108的区域直接被抽入该真空泵112内。排出的气体可沿着箭头“A”所示路径流动。
处理气体可通过喷头122引入该处理腔室100。该喷头122可利用来自RF(射频)功率源152的RF电流偏压，并且该喷头122可包含第一扩散板126和第二扩散板124。在一个实施例中，该第一扩散板126可含铝。在另一实施例中，该第二扩散板124可含碳化硅。该第一扩散板126和该第二扩散板124可接合在一起。在一个实施例中，该第一扩散板126和该第二扩散板124可焊接在一起。在另一实施例中，该第一扩散板126和该第二扩散板124可利用弹性体接合在一起。该喷头122可分为内部区域158和外部区域160。该内部区域158可具有加热元件128。在一个实施例中，该加热元件128可以是环状。该加热元件128可与加热源148耦接。该外部区域160也可包含与加热源150耦接的加热元件130。在一个实施例中，该加热元件128、130可包含环状导管，其充满来自该加热源148、150的加热流体。在另一实施例中，该加热元件128、130可包含由该加热源148、150供电的加热线圈。虽未示出，但是热偶可提供实时的温度回馈至控制器，该控制器控制供应给该内部区域158和该外部区域160的热量。
该内部区域158可通过管道146与气源138耦接。来自该气源138的气体可流经该管道146至设置在该喷头122的第一扩散板126后方的气室132。可沿着该管道146设置阀142以控制从该气源138流至该气室132的气体量。一旦该气体进入该气室132，该气体接着可通过该扩散板124、126。同样地，该外部区域160可通过管道144与气源138耦接。可沿着该管道144设置阀140以控制从该气源136流至该气室134的气体量。
应了解虽然在图1中已经示出分开的气源136、138，但可使用单一共同气源。使用单一共同气源时，分离的管道144、146可耦接至该气源，并且阀140、142可控制抵达该气室132、134的处理气体量。
图2A是根据本发明的一个实施例的喷头组件200的示意剖面图。该喷头组件200包含背板212，其与第一扩散板214和第二扩散板216耦接。该喷头组件200包含内部区域218和外部区域220。该内部区域可与加热源222耦接，该加热源222供热给该加热元件226。气源204也可通过管道208与该内部区域218耦接。阀210可沿着该管道208耦接，以控制提供给该气室230的处理气体量。该内部区域218和该外部区域220可以是环状。加热源224也可与该外部区域220的加热元件228耦接。气源202可通过管道206与该外部区域220的气室232耦接。沿着该管道206的阀210可控制抵达该气室232的处理气体量。
图2B是图2A的内部区域218的近观图。进入该气室230的处理气体因为孔口238而在该气室内平均分布。该孔口238的尺寸经设计而在该第一扩散板214的气体通道246间产生平均的处理气体分布。该孔口238可具有箭头“D”所示的直径。因为该孔口238的直径比该气室230小，故处理气体可在该气室内累积，并且实质上等量的处理气体可通过该孔口238。一旦通过该孔口，该处理气体可在第一扩张管道240内扩张。该第一扩张管道240可具有箭头“E”所示的直径。该第一扩张管道240的直径比该孔口238的直径大。在通过该第一扩张管道240后，该处理气体进入第二扩张管道242。该第二扩张管道242具有箭头“F”所示的宽度。
该第二扩散板216也包含复数个气体通道244。该气体通道244与该第一扩散板214的第二扩张管道242耦接，使得每一个第二扩张管道242形成至少一个环状气室，以让气体流入该气体通道244。该第二扩散板216的气体通道244的每一个皆具有箭头“G”所示的宽度或直径。该气体通道244的宽度或直径小于该第二扩张管道242的宽度或直径。该第二扩张管道242可用作该第二扩散板216的气体通道244的气室。因为每一个气体通道244的宽度或直径实质上相同，该处理气体可在进入该气体通道244之前在该第二扩张管道242内平均分布。因此，实质上等量的处理气体可流经每一个气体通道244。该气体通道244、246可穿入该扩散板214、216内。该气体通道244全体设置在环绕该扩散板216的环状图案内。在一个实施例中，该气体通道244的环状图案的宽度实质上等于该第二扩张管道242的宽度。
该第一扩散板214可接合至该第二扩散板216。在一个实施例中，该第一扩散板214可经阳极化，然后接合至该第二扩散板216。在一个实施例中，该接合材料248可含有一种硅胶基接合材料。图2C是该第一扩散板214和该第二扩散板216之间接口的近观图。如图2C所示，该第一扩散板214的底表面具有复数个扩张管道242，处理气体在进入该第二扩散板216之前进入其内扩张。设置在环状图案内的每一个气体通道246皆馈入共同的扩张管道242。该扩张管道242可允许该处理气体平均分布，然后进入该第二扩散板216的气体通道244。在一个实施例中，每一个扩张管道242是环状沟槽，其穿入该第一扩散板214的底表面。图2D是图2A所示的第一扩散板214的底部图。该第一扩散板214的气体通道246可馈入扩张管道242，在此该气体可在进入该第二扩散板216的气体通道244之前平均分布。
一或多个接合沟槽250可穿入该第一扩散板214内。该接合沟槽250可以是设置在相邻的扩张管道242之间的环状管道。该接合沟槽250可具有箭头“L”所示的高度。在一个实施例中，该接合沟槽250的高度可低于如箭头“N”所示的扩张管道242的高度。在另一实施例中，该接合沟槽250的高度实质上可等于该扩张管道242的高度。空间252可保留在该第一扩散板214和该第二扩散板216之间。该空间252可设置在该扩张管道242和相邻的接合沟槽250之间。若该空间252太小，微粒可能会堵塞在其中。若该空间252太大，则会有太多接合材料248暴露在该处理气体中并可能被该处理气体攻击而毁坏该接合材料248。该空间252可具有箭头“M”所示的高度，其足够小而减少可能在处理期间暴露在处理气体中的任何接合材料248逸出并通过该第二扩散板216的气体通道244。在一个实施例中，该空间252的高度可在约0.005英寸至约0.009英寸之间。应了解虽然该接合沟槽250已经穿入该第一扩散板214内，但该接合沟槽250也可穿入该第二扩散板216内，只要该接合沟槽250不会阻碍该第二扩散板216的气体通道244，或危及该第二扩散板216的结构完整性。
再参见图2A，该内部区域218可具有通过该第一扩散板214的复数个气体通道246。在一个实施例中，五个气体通道246可存在于该内部区域218内。该外部区域220也可具有通过该第一扩散板214的复数个气体通道246。在一个实施例中，三个气体通道246可存在于该外部区域220中。该内部区域218内的气体通道246的数量可大于该外部区域220内的气体通道246的数量。应理解可在该内部区域218和该外部区域220中使用较多或较少的气体通道246，这取决于特定腔室的流动特性。
通过该喷头组件200的内部区域218的气流可大于通过该喷头组件200的外部区域220的气流。当在该处理腔室内抽真空时，该衬底的边缘可能会暴露在较大量的处理气体中，因为对应于该衬底中心的处理气体在前往该真空泵的路径上会经过该衬底边缘。通过在该喷头组件200的内部区域218中具有较大气流，该衬底中心可如同该衬底边缘那样暴露在实质上等量的处理气体中。
可通过加热该喷头组件200至高于该接合材料248的熔点的温度来去接合(debond)该喷头组件200。之后，可从该第二扩散板216上移除该第一扩散板214，并除去该接合材料248。然后可清洁该第一扩散板214和该第二扩散板216两者。若任一个板214、216无法修复，则可置换该板214、216并再接合至另一个板214、216上。在一个实施例中，该第一扩散板214可再阳极化。在一个实施例中，可使用一冷去接合处理。该冷去接合处理可包含将该第二扩散板216从该第一扩散板214物理切下。然后可从该扩散板214、216上除去该接合材料248。在一个实施例中，可利用蚀刻来除去该接合材料248。在另一实施例中，可通过例如研磨的处理来加工该接合材料以除去该接合材料248。
图3是根据本发明的一个实施例的喷头组件300的概要顶视图。该喷头组件300包含外部区域302和内部区域304。该外部区域302包含加热组件308，而该内部区域包含加热组件310。在该内部区域304和该外部区域302内，示出复数个孔口306。在该外部区域302内，该孔口306设置在三个环状图案中。应理解虽然示出三个环状图案，但该孔口306可设置在更多或更少个环状图案中。此外，该孔口306可随机散布在该外部区域302内。在所示实施例中，该环状图案相隔由箭头“H”所示的距离。
在该内部区域304内，该孔口306设置在五个环状图案中。应理解虽然示出五个环状图案，但该孔口306可设置在更多或更少个环状图案中。此外，该孔口306可随机散布在该内部区域304内。在所示实施例中，该环状图案相隔由箭头“I”所示的距离。该外部区域302和该内部区域304的环状图案之间的距离由箭头“J”示出。在一个实施例中，“J”实质上等于“I”，并且实质上等于“H”。
图4是根据本发明的一个实施例的喷头组件400的概要底部图。该喷头组件400包含扩散板402，其具有复数个环状图案404。在每一个环状图案中的是开口406的环状图案。虽然在每一个图案404内示出三个开口406的环状图案，但应理解到可存在更多或更少个开口406的环状图案。在该环状图案404内，开口406的环状图案可等距相隔。该环状图案404可等距相隔箭头“K”所示的距离。虽然示出八个环状图案404，但应理解到可存在更多或更少环状图案404。
一旦喷头组件已经使用一段时间，该喷头组件可能会变脏，该气体通道可能会阻塞，或者该喷头组件可能劣化，因此继续使用该喷头组件会是不明智的。在某些情况中，可对该喷头组件进行翻新，因此其可再度使用。图5是根据本发明的一个实施例的喷头翻新方法的流程图500。
首先，可拆卸该喷头组件(步骤502)。该拆卸包含将该第一气体扩散板从该第二气体扩散板拆下。该拆卸可包含单纯地将该板拉开、加热该组件至将该板接合在一起的材料的熔点或更高的温度、或将该板切开。
在拆卸该组件的后，检测该第一及第二气体扩散板(步骤504)。检测该板以判定其是否可在适当的清洁的后再使用，或者其是否已损坏(步骤506)。若板已损坏、无法清洁、或因其它原因而无法使用，则丢弃该板(步骤508)，并取得第三或置换板(步骤510)。
若一或多个板是可清洁的，则清洁该板(步骤512)，以从该板除去任何接合材料以及可能沉积在该板上或该气体通道内的任何材料。在清洁之后，可能需要再阳极化该板(步骤514)。之后，可再接合该清洁板，或者在置换板的情况中，可将该清洁板接合至该置换板(步骤516)。
在蚀刻处理中，具有内部区域和外部区域的喷头会是有益的。该区域的个别气源和温度控制让技术员可控制该处理腔室内的等离子体，并补偿处理期间在该腔室内抽取的真空。
虽然前述针对本发明实施例，但本发明的其它及进一步实施例可在不背离其基本范围下设计出，并且其范围由权利要求界定。

Claims (20)

1.一种喷头翻新方法，其包含：
将第一喷头主体从第二喷头主体拆下，所述第一喷头主体具有环绕第二区域的第一区域，其中，所述第一区域具有：
第一气室，设置在所述主体的第一侧；
第一加热元件，所述第一加热元件包括第一多个加热线圈；
一或多个第二气室，设置在所述主体的第二侧；以及
多个第一孔，配置在多个第一环状图案中，所述多个第一孔从所述第一气室延伸至所述一或多个第二气室；
多个孔口，在所述第一气室与所述第一孔之间，其中所述第一气室的直径大于所述第一孔的直径，并且所述第一孔的直径大于所述孔口的直径；并且
所述第二区域具有：
第三气室，设置在所述主体的第一侧；
第二加热元件，所述第二加热元件包括第二多个加热线圈；
一或多个第四气室，设置在所述主体的第二侧；以及
多个第二孔，配置在多个第二环状图案中，所述多个第二孔从所述第三气室延伸至所述一或多个第四气室；
清洁至少所述第一喷头主体；并且
接合所述第一喷头主体至第三喷头主体。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二喷头主体和所述第三喷头主体是相同的喷头主体。
3.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包含：
清洁所述第二喷头主体。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一喷头主体包含阳极化铝。
5.根据权利要求4所述的方法，所述方法还包含：
在接合前再阳极化所述第一喷头主体。
6.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包含：
针对损坏检测所述第一和第二喷头主体。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述清洁至少所述第一喷头主体包括去除接合材料。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，去除所述接合材料包括加工或者蚀刻所述接合材料。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，拆下所述第一喷头主体和第二喷头主体包括将所述第一喷头主体和第二喷头主体加热到接合材料的熔点以上的温度，或者从所述第二喷头主体切除所述第一喷头主体。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述接合所述第一喷头主体至第三喷头主体包括用接合材料将所述第一喷头主体接合到所述第三喷头主体。
11.一种喷头翻新方法，其包含：
将第一喷头主体从喷头组件的第二喷头主体拆下；
清洁所述第一喷头主体或者置换所述第一喷头主体，其中，所述第一喷头主体包括：
第一侧；
与所述第一侧相对的第二侧；以及
两个或者多个区域，其中，每个区域具有限定在所述第一侧上的气室、限定在所述第二侧上的至少一个扩张管道、一个或者多个加热线圈、从所述气室延伸通过所述第一喷头主体至所述至少一个扩张管道并形成在一个或者多个第一环状图案中的多个第一孔、以及在所述气室与所述第一孔之间的多个孔口，其中所述气室的直径大于所述第一孔的直径，并且所述第一孔的直径大于所述孔口的直径，并且其中，所述两个或者多个区域中的第一区域环绕所述两个或者多个区域中的第二区域；
清洁所述第二喷头主体或者置换所述第二喷头主体，其中，所述第二喷头主体包括：
第三侧；
与所述第三侧相对的第四侧；以及
多个第二孔，所述多个第二孔从所述第三侧延伸通过所述第二喷头主体至所述第四侧并形成在两个或者多个第二环状图案中，其中，所述第二孔的数量超过所述第一孔的数量；并且
将所述第一喷头主体的所述第二侧再接合到所述第二喷头主体的所述第三侧以形成所述喷头组件，其中，当形成所述喷头组件时，所述多个第二孔与所述扩张管道流体连通。
12.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包含：
针对损坏检测所述第一喷头主体和所述第二喷头主体。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，清洁所述第一喷头主体和所述第二喷头主体包括去除接合材料。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，去除所述接合材料包括加工所述接合材料。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，去除所述接合材料包括蚀刻所述接合材料。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一喷头主体包含阳极化铝。
17.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包含：
在接合前再阳极化所述第一喷头主体。
18.根据权利要求11所述的方法，其中，拆下所述第一喷头主体和第二喷头主体包括将所述喷头组件加热到接合材料的熔点以上的温度。
19.根据权利要求11所述的方法，其中，拆下所述第一喷头主体和第二喷头主体包括从所述第二喷头主体切除所述第一喷头主体。
20.根据权利要求11所述的方法，其中，所述再接合所述第一喷头主体和所述第二喷头主体包括用接合材料将所述第一喷头主体接合到所述第二喷头主体。
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