TWI670391B - 具有氣體分佈及個別泵送的批次固化腔室 - Google Patents

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楊章喬
英格爾尼汀庫利許納拉歐
梁奇偉
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Abstract

本發明揭露的實施例一般係關於經調整而在一個時間同時固化多個基板的批次處理腔室。批次處理腔室包括各自獨立控制溫度的多個處理子區域。批次處理腔室可包括第一與第二子處理區域,第一與第二子處理區域各自由在批次處理腔室外的基板傳送裝置服務。此外,安裝於批次固化腔室的裝載開口上的槽形蓋部減少在裝載與卸載期間進入腔室的周圍空氣之影響。

Description

具有氣體分佈及個別泵送的批次固化腔室
本發明揭露的實施例一般係關於用於處理多個基板(如半導體晶圓)設備與方法,且更特定言之,係關於固化設置於多個基板上的介電材料之設備與方法。
自從半導體元件幾十年前引入開始,半導體元件在尺寸上已有顯著的減少。當今半導體製造設備常規地生產32nm、28nm與22nm特徵尺寸的元件,且研發新設備並實施於製造甚至更小尺寸的元件。減小的特徵尺寸使得元件上的結構的特徵減小空間大小。因此,元件上結構之寬度(如間隙、凹槽及類似物)可以縮小到一點,其中間隙深度對間隙寬度的深寬比變得很高使得以介電材料填充此等間隙成為問題。此是因為沉積的介電材料趨於「夾斷」的現象,其中高深寬比的間隙或其他結構的進入區域可能在由下而上的填充完成之前就關閉,而留下孔洞或脆弱點於結構內。
多年來,許多技術已經發展到避免夾斷或「治癒」因夾斷形成的孔洞或縫隙。一個方法係以高流動性前驅物材 料可以液相施於旋轉基板表面(如SOG沉積技術)開始。此等流動性前驅物可以流入及填充很小的基板間隙而不會形成孔洞或脆弱縫隙。然而,一旦此等高流動性材料沉積,此等高流動性材料必硬化為固體(solid)介電材料。
在許多例子中,硬化過程包括加熱處理以將揮發性元件自沉積材料移除,揮發性元件對於使初始沉積薄膜可流動係必須的。在此等元件移除後,具有高蝕刻抵抗力的硬化與密集介電材料被留下,如氧化矽。
此等薄膜的流動性可能起因於包含於薄膜中的各種化學組成,但透過移除此等相同的化學組成來硬化或緻密化薄膜對於橫跨該組流動性沉積技術幾乎係一致有益的。此等硬化與緻密化過程可能係耗時的。因此,對於當前可用或正在開發的用於緻密化各式流動性薄膜的新後處理技術與設備係有其需求的。此需求與其他需求於本發明揭露中處理。
本發明揭露的實施例一般係關於用於處理基板的設備與方法,如半導體晶圓,且更特定言之,係關於批次固化設置於多個基板上的介電材料之設備與方法。
本發明揭露的實施例可提供用於在基板的表面上形成介電材料之系統,該系統包括主機、生產介面、負載鎖定腔室、多個流動性CVD沉積腔室及批次處理腔室,生產介面包括至少一個大氣機械臂且經配置而接收一或多個卡匣的基板,負載鎖定腔室與主機耦接且經配置而自生產介面中的至少一個大氣機械臂接收一或多個基板,多個流動性CVD沉積 腔室各自與主機耦接,批次處理腔室與生產介面耦接,批次處理腔室包括多個子處理區域、裝載開口及蓋板,多個子處理區域各自經配置而自至少一個大氣機械臂接收基板並在自大氣機械臂接收的基板上執行固化處理,裝載開口於批次處理腔室的壁中形成,蓋板包括多個槽形開口並設置於負載開口上,其中多個槽形開口的各個經配置而允許至少一個大氣機械臂自批次處理腔室外的位置往多個子處理區域中的一個延伸一臂,以及其中當裝載開口打開時,多個槽形開口的各個經配置而減少裝載開口的自由區域。
本發明揭露的實施例可進一步提供批次基板處理腔室,包括多個子處理區域、裝載開口及蓋板,多個子處理區域各自經配置而自大氣機械臂接收基板並在自大氣機械臂接收的基板上執行固化處理,裝載開口於批次處理腔室的壁中形成,蓋板設置於負載開口上而包括多個槽形開口,多個槽形開口的各個經配置而允許至少一個大氣機械臂自批次處理腔室外的位置往多個子處理區域中的一個延伸一臂,以及其中當裝載開口打開時,多個槽形開口的各個經配置而減少裝載開口的自由區域。
100‧‧‧處理工具
103A‧‧‧狹縫閥
103B‧‧‧腔室主體
103‧‧‧批次固化腔室
104‧‧‧大氣機械臂
105‧‧‧生產介面
106‧‧‧負載鎖定腔室
108a‧‧‧處理腔室
109‧‧‧大氣夾持站
110‧‧‧第二機械臂
112‧‧‧腔室
200‧‧‧處理腔室
201‧‧‧RPS
202‧‧‧第一通道
204‧‧‧第二通道
205‧‧‧氣體入口組件
206‧‧‧擋板
212‧‧‧蓋件
214‧‧‧孔
215‧‧‧第一電漿區域
220‧‧‧絕緣環
225‧‧‧噴頭
233‧‧‧第二電漿區域
290‧‧‧激發的處理前驅物
300‧‧‧處理
302‧‧‧步驟
304‧‧‧步驟
306‧‧‧步驟
310‧‧‧步驟
400‧‧‧基板
402‧‧‧層
404‧‧‧STI結構
406‧‧‧凹槽
408‧‧‧介電材料
410‧‧‧平坦表面
500‧‧‧批次固化腔室
510‧‧‧腔室主體
511‧‧‧腔室蓋件
512‧‧‧腔室壁
513‧‧‧腔室底板
514‧‧‧前級真空管線
515‧‧‧RPS歧管
516‧‧‧清洗氣體開口
517‧‧‧裝載開口
518‧‧‧槽形開口蓋部
519‧‧‧基板狹縫
520‧‧‧裝載開口門
521‧‧‧開口
522‧‧‧處理區域
523‧‧‧排氣入口陣列
524‧‧‧處理子區域
525‧‧‧高度
530‧‧‧固化站
531‧‧‧加熱基板基座
532‧‧‧噴頭
533‧‧‧噴頭氣室
534‧‧‧環狀氣室
535‧‧‧固化站加熱器
537‧‧‧熱電偶
540‧‧‧基板升舉組件
541‧‧‧升舉銷索引器
542‧‧‧升舉銷
543‧‧‧垂直軸
544‧‧‧升居機構
550‧‧‧遠端電漿源
701‧‧‧孔口
702‧‧‧處理氣體
801‧‧‧排氣入口
802‧‧‧排氣氣室
810‧‧‧支撐構件
811‧‧‧流動平衡孔口
1001‧‧‧接觸表面
1002‧‧‧圓柱元件
本發明揭露之特徵已簡要概述於前,並在以下有更詳盡之討論,可以藉由參考所附圖式中繪示之本發明實施例以作瞭解。然而,值得注意的是,所附圖式只繪示了本發明揭露的典型實施例,而由於本發明可允許其他等效之實施例,所附圖式並不會視為本發明範圍之限制。
第1圖係包括根據本發明揭露的實施例設置具有批次固化腔室的生產介面之處理工具的俯視圖;第2圖係具有分區電漿產生區域的流動性化學氣相沉積腔室的一個實施例的截面圖;第3圖係可於第1圖所示的處理腔室200與批次固化腔室103中實施的處理過程之一個實施例的流程圖;第4A-4C圖係對應於第3圖所示的處理過程的各式階段之基板的部分之概要截面圖;第5圖係根據本發明揭露的實施例設置的批次固化腔室之截面側視圖;第6圖係根據本發明揭露的實施例設置的於第5圖所示的用於批次固化腔室的槽形開口蓋部的等角視圖;第7圖係根據本發明揭露的實施例設置的多個固化站的部分之部分截面圖;第8A圖係根據本發明揭露的實施例排列之多個群組的排氣入口陣列之等角視圖;第8B圖係第8A圖所示的多個群組排氣入口陣列的平面圖;第8C圖係第8A圖所示的多個群組排氣入口陣列的側視圖;第9圖係第5圖所示的腔室蓋與多個基板升舉組件的升舉銷索引器(lift pin indexer)的部分之等角視圖;及第10圖係根據本發明揭露的實施例配置的升舉銷索引器的截面圖。
為便於理解,在可能的情況下,使用相同的數字編號代表圖示中相同的元件。可以考慮,一個實施例中的元件與特徵可有利地用於其它實施例中而無需贅述。
本發明揭露的實施例一般係關於經調整而在一個時間同時固化多個基板的批次處理腔室。該腔室包括第一與第二子處理區域,第一與第二子處理區域各自由在批次處理腔室外的基板傳送裝置服務,且各子處理區域可支撐(support)基板。在一個實施例中,第一子處理區域直接在第二子處理區域下,其中第一與第二子處理區域可透過蓋板而藉由基板傳送裝置進出,蓋板覆蓋腔室中形成的裝載開口之部分。
第1圖係處理工具的一個實施例之俯視圖,該處理工具包括根據本發明揭露實施例設置的具有批次固化腔室103之生產介面105。處理工具100一般包括生產介面105、批次固化腔室103、傳送腔室112、大氣夾持站109及複數個成對處理腔室108a-b、108c-d及108e-f。在處理工具100中,一對FOUPs(前開口統一縱槽)102供應基板(如300mm直徑的晶圓),基板由大氣機械臂104的一臂接受並置放入負載鎖定腔室106。第二機械臂110設置於與負載鎖定腔室106耦接的傳送腔室112中。第二機械臂110用於將基板從負載鎖定腔室106傳送至與傳送腔室112耦接的處理腔室108a-f。
處理腔室108a-f可包括用於將基板上的流動性介電薄膜沉積、退火、固化與(或)蝕刻的一或多個系統元件。在一個配置中,三對處理腔室(如108a-b、108c-d與108e-f) 可用於將流動性介電材料沉積於基板上。
在某些實施例中,批次固化腔室103經配置而同時在多個基板上執行批次固化處理,多個基板具有沉積於其上的流動性介電材料。在此等實施例中,批次固化腔室103一般經設置而在很多個基板上執行固化處理,在很多個基板上執行固化處理可以在成對處理腔室108a-b、108c-d與108e-f中同時進行薄膜沉積。因此,在第1圖中所示的設置中,批次固化腔室103有利地調整尺寸以在固化過程中在一個時間容納六個基板。因而,已經由成對處理腔室108a-b、108c-d與108e-f處理的全部基板可以同時進行固化處理,從而最大化處理工具100的基板產量。
此外,在多個處理腔室具有不同處理方法開始與結束時間的情況中,為了避免基板於批次固化腔室103中殘留顯著不同的時間,處理工具100可包括大氣夾持站109,大氣夾持站109用於夾持已經處理完的基板直至其他接續處理的基板以其沉積處理完成。大氣夾持站允許全部基板立刻置放於批次固化腔室103中。例如,大氣夾持站109經配置而暫時將基板儲存於批次固化腔室103外直至所需數量的基板可用於批次固化腔室103中處理。大氣機械臂104接著以快速連續的方式將基板裝載入批次固化腔室103中,使得沒有經薄膜沉積的基板相較任何其他經薄膜沉積的停留在相對高溫度的批次固化腔室103中多長了幾秒。因此,固化處理中基板與基板的變化可以被最小化或減少。
批次固化腔室103一般包括腔室主體103B與狹縫閥 103A。在基板由大氣機械臂104定位於腔室主體103B中後,狹縫閥103A用於密封關閉腔室主體103B的內部區域。批次固化處理與批次固化腔室103相對於以下第4-10圖進一步描述。
流動性CVD腔室與沉積處理示範例
第2圖係帶有分區電漿產生區域的流動性化學氣相沉積腔室200的一個實施例之截面圖。處理腔室200可係處理工具100的處理腔室108a-f的任何一個,其經至少配置而用於將流動性介電材料沉積於基板上。在某些實施例中,處理工具100可包括任何其他適合的化學氣相沉積腔室而不是處理腔室200。
在薄膜沉積(如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或碳氧化矽沉積)期間,處理氣體可經由氣體入口組件205流入第一電漿區域215。處理氣體可在進入第一電漿區域215前於遠端電漿系統(RPS)201內激發。處理腔室200包括蓋件212與噴頭225。蓋件212圖示有一所施的AC電壓源以及噴頭225接地,與第一電漿區域215中的電漿產生一致。絕緣環220定位於蓋件212與噴頭225之間,使電容耦接的電漿(CCP)能夠於第一電漿區域215中形成。所示蓋件212與噴頭225有絕緣環220在蓋件212與噴頭225之間,而允許AC電位相對於噴頭225施於蓋件212。
蓋件212可係用於與處理腔室使用的雙源蓋件。兩個不同的供應通道在氣體入口組件205內是可見的。第一通道202攜帶穿過遠端電漿系統(RPS)201的氣體,而第二通 道204繞過RPS 201。第一通道202可用於處理氣體以及第二通道204可用於加工氣體(treatment gas)。流入第一電漿區域215的該等氣體可由擋板206散開。
流體(如前驅物)可通過噴頭225流入第二電漿區域233。來自第一電漿區域215中的前驅物之激發的物質(species)移動通過噴頭225中的孔214並與自噴頭225流入第二電漿區域233的前驅物反應。少許或沒有電漿存在於第二電漿區域233中。前驅物的激發衍生物於第二電漿區域233中結合以於基板上形成流動性的介電材料。隨著介電材料生長,更近來加入的材料相較下面的材料具有更高的活動性。隨著蒸發減少的有機物含量而活動性減少。間隙可使用此技術由流動性介電材料填充,而在沉積完成後沒有留下傳統密度的有機物含量於介電材料內。固化步驟(所述於下)可用於進一步將有機物含量自沉積的介電材料中減少或移除。
單獨於第一電漿區域215中激發前驅物或於第一電漿區域215結合的遠端電漿系統(RPS)201激發前驅物提供若干好處。由於第一電漿區域215中的電漿,來自前驅物的激發物質之濃度可於第二電漿區域233內增加。此增加可能起因於第一電漿區域215中電漿的位置。相較於遠端電漿系統(RPS)201,第二電漿區域233位置更靠近第一電漿區域215,而留下更少的時間給激發的物質通過與其他氣體粒子、腔室壁及噴頭表面而離開激發態。
來自前驅物的激發物質的濃度均勻性亦可於第二電 漿區域233內增加。此可能起因於第一電漿區域215的形狀,第一電漿區域215的形狀與第二電漿區域233的形狀相似。相對於穿過噴頭225中心附近的孔214之物質,遠端電漿系統(RPS)201中產生的激發物質為了穿過噴頭225邊緣附近的孔214移動更多距離。更多距離使得激發物質減少激發,以及,例如,可能導致基板邊緣附近較慢的生長率。於第一電漿區域215中激發前驅物緩和此變化。
除了前驅物,可能有其他氣體為了不同目的在不同時間引入。可引入加工氣體已將不必要的物質在沉積期間自腔室壁、基板、沉積的薄膜與(或)薄膜移除。加工氣體可包括以下群組中的氣體之至少一個,該群組包含H2、H2/N2混合物、NH3、NH4OH、O3、O2、H2O2與水蒸氣。加工氣體可於電漿中激發以及接著用於將剩餘的有機物含量自沉積薄膜減少或移除。在其他實施例中,可使用加工氣體而不用電漿。當加工氣體包括水蒸氣時,可使用質量流量計(MFM)與注入閥或藉由其他合適的水蒸氣產生器達成傳送。
在一個實施例中,介電層可以藉由引入介電材料前驅物(如含矽前驅物)以及在第二電漿區域233中反應處理前驅物而沉積。介電材料前驅物的示範例係含矽前驅物,包含矽烷、乙矽烷、甲基矽烷、二甲基矽烷、三甲基矽烷、四甲基矽烷、四乙氧基矽烷(TEOS)、三乙氧基矽烷(TES)、八甲基環四矽氧烷(OMCTS)、四甲基二矽氧烷(TMDSO)、四甲基環四矽氧烷(TMCTS)、四甲基二乙氧基二矽氧烷(TMDDSO)、二甲基二甲氧基矽烷(DMDMS)或以上各者 之組合。用於氮化矽沉積的額外前驅物包括含SixNyHz前驅物(如甲矽烷胺(sillyl-amine)及其衍生物,包含三甲矽烷胺(trisillylamine,TSA)與二甲矽烷胺(disillylamine,DSA))、含SixNyHzOzz前驅物、含SixNyHzClzz前驅物,或以上各者之結合。
處理前驅物包括含氫化合物、含氧化合物、含氮化合物或以上各者之結合。適當的處理前驅物之示範例包括由以下群組中選擇的一或多個化合物,該群組包含H2、H2/N2混合物、NH3、NH4OH、O3、O2、H2O2、N2、含N2H4蒸氣的NxHy化合物、NO、N2O、NO2、水蒸氣或以上各者之組合。處理前驅物可係存有電漿(如在RPS單元中)以包括N*與(或)H*與(或)含O*基或電漿,例如,NH3、NH2 *、NH*、N*、H*、O*、N*O*或以上各者之組合。或者,處理前驅物可包括本說明書所述的前驅物中的一或多者。
處理前驅物可係於第一電漿區域215中激發的電漿以產生處理氣體電漿與自由基(包括含N*與(或)H*與(或)O*的自由基或電漿),例如,NH3、NH2 *、NH*、N*、H*、O*、N*O*或以上各者之組合。或者,處理前驅物可在穿過遠端電漿系統後而在引入第一電漿區域215前已經係在電漿狀態。
激發的處理前驅物290接著被傳送入第二電漿區域233以為了透過孔214與前驅物反應。一旦在處理空間中,處理前驅物可混合並反應而沉積介電材料。
在一個實施例中,於處理腔室200中執行的流動性CVD處理可將介電材料沉積作為含聚矽氮烷為基之矽的薄膜 (PSZ類的薄膜),其係可流動的且可填充在沉積了含聚矽氮烷為基之矽的膜之基板中界定的凹槽、特徵、穿孔或其他孔。
除了介電材料前驅物與處理前驅物外,可有其他氣體為了不同目的於不同時間引入。可引入加工氣體以在沉積期間將不必要的物質自腔室壁、基板、沉積薄膜與(或)薄膜移除,如氫、碳與氟。處理前驅物與(或)加工氣體可包括以下群組中的至少一個氣體,該群組包含H2、H2/N2混合物、NH3、NH4OH、O3、O2、H2O2、N2、N2H4蒸氣、NO、N2O、NO2、水蒸氣或以上各者之組合。加工氣體可於電漿中激發並接著用於將剩餘的有機物含量自沉積薄膜減少或移除。在其他實施例中,可使用加工氣體而不用電漿。加工氣體可通過RPS單元或繞過RPS單元而引入第一處理區域,並可進一步於第一電漿區域中激發。
氮化矽材料包括氮化矽、SixNy、含氫氮化矽、SixNyHz、氮氧化矽(包括含氫的氮氧化矽)、SixNyHzOzz與含鹵素的氮化矽(包括氯化的氮化矽,SixNyHzClzz)。沉積的介電材料可接著被轉換為氧化矽類的材料。
沉積與批次固化處理程序示範例
第3圖係可於處理腔室200與批次固化腔室103中實施的處理300的一個實施例之流程圖。第4A-4C圖係對應於處理300的各式階段的基板之部分的概要截面圖。雖然處理300所示用於基板中或上界定的凹槽中形成介電材料,如淺凹槽隔離(STI)結構製造處理,但是處理300可用於在基 板上形成其他結構,如層間介電(ILD)結構。
處理300在步驟302處開始,藉由傳送基板400(如第4A圖所示)至沉積處理腔室(如第2圖所示的流動性化學氣相(CVD)腔室200)。在一個實施例中,基板400可係具有於其上形成一層或多層的矽基板以形成結構,如淺凹槽隔離(STI)結構404。在另一個實施例中,基板400可係具有多個層(如薄膜堆疊)的矽基板,以用於形成不同圖案與(或)特徵。基板400可係如結晶矽(如Si<100>或Si<111>)、氧化矽、應變矽、矽鍺、摻雜或未摻雜的多晶矽、摻雜或未摻雜的矽晶圓以及圖案或非圖案的絕緣體上之晶圓矽(SOI)、摻雜碳的氧化矽、氮化矽、摻雜矽、鍺、砷化鎵、玻璃、藍寶石、設置於矽上的金屬層或其類似物的材料。基板400可係任何各式形狀與尺寸,如200mm、300mm或450mm直徑的晶圓,或矩形或方形板。
在第4A圖所示的實施例中,層402設置於基板400上並適合用於透過流動性介電材料沉積而製造STI結構404。在某些實施例中,層402可經蝕刻或圖案化(patterned)以於層402內形成凹槽406而用於形成淺凹槽隔離(STI)結構,STI結構可用於將積體電路中的元件彼此電絕緣。或者,在層402不存在的實施例中,本說明書所述的於層402上執行的處理可於基板400上執行。
在步驟304,介電材料408沉積於基板400上而填充層402內界定的凹槽406,如第4B圖所示。介電材料408可藉由於處理腔室200中執行的流動性化學氣相沉積處理而 沉積,如相對於以上第2圖所述。在一個實施例中,介電材料408係由供應入處理腔室200的氣體混合物所沉積之含矽材料。
在一個實施例中,用於形成介電材料408之供應入處理腔室200的氣體混合物可包括如上所討論的介電材料前驅物與處理前驅物。此外,處理前驅物的適當示範例可包括如上所討論的含氮前驅物。此外,處理前驅物亦可包括含氫化合物、含氧化合物或以上之組合,如NH3氣體。或者處理前驅物可包括所需前驅物中的一或多個。
在一個實施例中,沉積處理期間的基板溫度維持於預定溫度範圍內。在一個實施例中,基板溫度維持在小於約攝氏200度,如小於攝氏100度以允許基板上形成的介電材料408係流動性的以回流與填充於凹槽406內。相信相當低的基板溫度(如小於攝氏100度)可以協助將初始於基板表面形成的薄膜維持在液態狀的流動性狀態,以保持基板表面上形成的結果薄膜之流動性與黏滯性。隨著結果的薄膜於基板上形成具有一定程度的流動性與黏滯性,在接續的熱與濕處理之後,薄膜的接合結構可改變、轉換、取代成不同的功能群組或接合結構。在一個實施例中,處理腔室中的基板溫度維持在約室內溫度至約攝氏200度之間,如約小於攝氏100度,例如介於約攝氏30度至約攝氏80度之間。
介電材料前驅物可以約1sccm至約5000sccm之間的流率供應至處理腔室。處理前驅物可以約1sccm至約1000sccm之間的流率供應至處理腔室。或者,在處理期間,供應 的氣體混合物亦可控制在介電材料前驅物比處理前驅物之約0.1至100之間的流動比率。處理壓力維持在約0.10Torr至約10Torr之間,例如約0.1Torr至約1Torr之間,如約0.5Torr至0.7Torr之間。
一或多個惰性氣體亦可包含有提供至處理腔室200的氣體混合物。惰性氣體可包括但不局限於稀有氣體(noble gas),如Ar、He、Xe及類似物。惰性氣體可以約1sccm至約50000sccm的流動速率供應至處理腔室。
RF電源用於維持沉積期間的電漿。RF電源供應於約100kHz至約100MHz之間,如約350kHz或約13.56MHz。或者,VHF電源可用於提供高達約27MHz至200MHz之間的頻率。在一個實施例中,RF電源可供應於約1000瓦至10000瓦之間。基板至噴頭225的間隔可根據基板尺寸控制。在一個實施例中,處理間隔控制在約100密耳(mil)至約5英吋(inch)之間。
在一個實施例中,於基板400上形成的介電材料408係具有氮或氫原子的含矽材料,如於基板上形成的SixNyHz或-Si-N-H-鍵結,其中x係1至200的整數,y、z係0至400的整數。由於提供於氣體混合物中的處理前驅物可在沉積期間提供氮與氫物質,介電材料408中形成的矽原子可包含-Si-N-H-、-Si-N-或-Si-H-或其他鍵結。Si-N、N-H、Si-H鍵結將進一步藉由接續的熱與濕處理以Si-O-Si鍵結取代以形成介電材料408而作為氧化矽層。
在步驟306,在介電材料408於基板400上形成後, 基板400經固化與(或)熱處理。固化處理將水分與其他揮發性成份自沉積的介電材料408移除以形成固相介電材料408,如第4C圖所示。隨著介電材料408固化,沉積的介電材料408中的水分與溶劑排出,導致沉積的介電材料408重新填充與回流於界定於基板400中的凹槽406,從而於基板400上形成實質平坦的表面410。在一個實施例中,固化步驟306可於批次固化腔室103中執行。
在某些實施例中,固化溫度可控制於攝氏150度之下的溫度,如攝氏100度以下,例如約攝氏50度。固化時間可控制於約1秒至約10小時之間。例如,在一個實施例中,固化處理在約攝氏90度的溫度下執行8至10分鐘。在某些實施例中,在固化處理期間,使用加熱的淨化氣體與(或)惰性載體氣體(氬(Ar)或氮(N2)),並流動到基板上,例如經由加熱的噴頭。在其他實施例中,載體氣體可與臭氧(O3)結合於固化處理期間使用。在其他例子中,熱處理氣體於基板表面上的流動以及基板的加熱可以有效地將揮發性元件自薄膜移除,其中流動性介電薄膜已經於基板上形成。在此方法中,經由流動性CVD處理形成的薄膜(如於步驟304中沉積的薄膜)可以轉換為帶有小或沒有孔洞的密集、固體介電薄膜,甚至係當於帶有高深寬比特徵的基板上形成時。在某些實施例中,固化處理包括預熱步驟,在預熱步驟中,在處理氣體流動前,基板於加熱的基座上靜置一特定的持續時間(如約1秒至約10分鐘)。
在步驟310,在固化處理完成後,介電材料408可 選擇性暴露於熱退火處理以形成退火介電材料408。一般來說,熱退火處理於分別處理腔室中執行而不是以上所述的固化處理。步驟310可於其中執行之適當的熱退火腔室之示範例係可自應用材料公司等取得的CENTURA® RADIANCE® RTP腔室。值得注意的是,包含自其他製造商取得的其他類型之退火腔室或RTP腔室亦可用於執行如步驟310中所述的熱退火處理。
批次固化處理程序示範例
第5圖係根據本揭露的實施例而設置的批次固化腔室500的側視截面圖。批次固化腔室500可用作第1圖中的批次固化腔室103以即可用於執行以上步驟306所述的批次固化處理。批次固化腔室500一般包括腔室主體510、設置於腔室主體510內的多個固化站530以及部分設置於腔室主體510內多個基板升舉組件540。
腔室主體510包括與腔室蓋件511及腔室底板513耦接的腔室壁512。真空泵前級真空管線514(經配置而將處理與淨化氣體自腔室主體510泵送)通過腔室底板513而穿入腔室510。在其他實施例中,真空泵前級真空管線514可通過腔室壁512中的一或多個與(或)腔室蓋件511而穿入腔室510。真空泵前級真空管線514通過開口521而與腔室510的處理區域522流體耦接以及與鄰近於多個固化站530的各個設置之多個排氣入口陣列523之各者流體耦接。因此,在固化處理期間自基板排出的處理氣體、淨化氣體與揮發性化合物可以自處理區域522移除以及自位於多個固化站530之 間的處理子區域524之各個移除。多個排氣入口陣列523結合第8圖而有更詳盡之描述。
腔室主體510亦可包括與腔室壁512中的一個耦接的RPS歧管515。在定期清洗處理期間,RPS歧管515經配置而將清洗氣體經由多個清洗氣體開口516導向各處理子區域524。清洗氣體可由遠端電漿源550產生。例如,NH3或任何其他清洗氣體可穿過遠端電漿源並接著用於移除腔室主體與多個固化站530的一或多個內表面上的不必要沉積物。在預定量的固化薄膜由批次固化腔室500處理之後,或在預定數量的基板被批次固化腔室500處理之後,此處理可在特定時間間隔執行。
腔室主體510一般亦包括裝載開口517、槽形開口蓋部518(第6圖中所示更多細節)及裝載開口門520,裝載開口517於腔室壁512中的其中一個形成,槽形開口蓋部518設置有多個基板狹縫519,裝載開口門520經設置而在固化處理期間密封裝載開口517。一般來說,基板狹縫519的各個對應於固化站530的個別一個,以及與固化站530的個別一個實質對齊以當裝載開口門520在開啟位置中時,允許大氣機械臂104延伸一臂進入多個子處理區域524中的各個。第5圖中圖示裝載開口門520係在關閉位置。
裝載開口517經配置而允許基板裝載入多個固化站530中的各個而不用將裝載開口相對於多個固化站530或生產介面105重新定位。例如,當多個固化站530以堆疊陣列排列時,如第5圖所示,裝載開口517經配置而在兩個維度 (two dimensions,即高度與寬度)上橫跨堆疊陣列,使得堆疊陣列中的多個固化站530的全部或至少一大比例可由大氣機械臂104進出。因此,當固化站530以垂直堆疊陣列排列時,裝載開口517的高度525相當大以容納多個固化站530結合的高度。槽形開口蓋部518可係板或其他結構經配置而在裝載開口517打開時(如基板的裝載與卸載期間)最小化或減少裝載開口517的打開區域。因為裝載開口517具有相當大的高度525,所以裝載開口的自由區域係對應地大,而允許來自生產介面105的大量周圍空氣在槽形開口蓋部518不在時進入批次固化腔室500。大量進入批次固化腔室500的周圍空氣可能導致批次固化腔室500不必要的冷卻或批次固化腔室500中內部元件的氧化與(或)污染,以及亦導致批次固化腔室500中處理氣體與排出產物洩漏入生產介面105。因此,槽形開口蓋部518幫助避免粒子與(或)不必要的氣體或處理副產品自批次固化腔室500來回傳送。
第6圖係根據本揭露實施例設置的用於第5圖所示的批次固化腔室500的槽形開口蓋部518之等角視圖。槽形開口蓋部518可係板或其他結構經配置而在裝載開口517打開時(如基板的裝載與卸載期間)最小化或減少裝載開口517的打開區域。例如,多個基板狹縫519的尺寸可經選擇係實務上所能做出的小而沒有造成與通過裝載開口517裝載與卸載的基板之干涉。在此實施例中,可基於大氣機械臂104(示於第1圖)位置、槽形開口蓋部518、裝載開口517以及可能影響多個基板狹縫519相對於大氣機械臂104的個別位置之 批次固化腔室500的任何元件之容差疊加(tolerance stack-up)與腔室對腔室的變化而決定多個基板狹縫519的尺寸。因此,在此實施例中,多個基板狹縫可經配置而符合靜置於大氣機械臂104的臂上之基板的截面加上額外的自由區域以適應批次固化腔室500的元件、生產介面105、大氣機械臂104及類似物之容差疊加。
為了減少基板裝載入批次固化腔室500時裝載開口517的自由區域,槽形開口蓋部518大幅減少或最小化周圍空氣進入的入口以及處理與淨化氣體自批次固化腔室500出去的出口。因此,儘管裝載開口517相當大尺寸,但是很少或沒有處理氣體與(或)揮發性成分在基板裝載與卸載期間離開批次固化腔室500。此外,避免了周圍空氣自生產介面105進入或熱輻射離開批次固化腔室500導致的批次固化腔室500之不必要冷卻。
第7圖係根據本揭露實施例配置的多個固化站530的部分之部分截面圖。設置於腔室主體510內的多個固化站530之各個包括加熱基板基座531、定位於加熱基座531上的噴頭532、於加熱基座531與噴頭532之間形成的噴頭氣室533、與噴頭氣室533和處理氣體板(未圖示)流體耦接的環狀氣室534、固化站加熱器535以及熱電偶537。為求清楚,可鄰近於固化站530設置的排氣入口陣列523自第7圖省略。處理子區域524位於多個固化站530的各個之間。
加熱基板基座531經配置而支撐以及在某些實施例中於固化處理期間加熱基板。噴頭532經配置而均勻分配進 入噴頭氣室533至鄰近處理子區域524的處理氣體(即固化氣體)與淨化氣體。此外,加熱基板基座531與噴頭532經配置而形成所示的噴頭氣室533。值得注意的是穿過噴頭氣室533並進入處理子區域524的氣體可藉由與處理子區域524相聯的加熱基板基座531加熱,該處理子區域524不同於且鄰近於氣體流入的處理子區域524。或者或更甚者,穿過噴頭氣室533與進入處理子區域524的氣體可藉由氣體通過的噴頭532加熱。
在某些實施例中,通過噴頭氣室533並進入處理子區域524的處理與(或)淨化氣體可首先穿過與噴頭氣室533流體耦接的環狀氣室534,如第7圖所示。環狀氣室534經配置有複數個孔口701,孔口701經調整尺寸而相較於當處理氣體702流動通過噴頭氣室533時於處理氣體702上產生的流動阻力而在處理氣體702上產生更大的流動阻力(即壓降)。在此方法中,雖然環狀氣室534可透過單一入口或少量入口而與處理氣體板耦接,但是進入噴頭氣室533的處理氣體702的流動在噴頭532周圍附近係實質均勻的。一般來說,進入噴頭氣室533的處理氣體702之均勻流動促成通過噴頭532進入處理子區域524的均勻流動。為了進一步促成處理氣體702的均勻流動,孔口701可於環狀氣室534的內周附近對稱分佈。
促成進入噴頭氣室533的處理氣體702之均勻流動的孔口701最大自由區域可基於孔口701的數量、噴頭氣室533的尺寸、噴頭532產生的流動阻力以及處理氣體702的約 略流動速率等來決定。此孔口701的最大自由區域可藉由所屬領域中具有通常知識者就以上所述之知識來決定。
批次固化腔室500可包括固化站加熱器535與熱電偶537,其在一起而使個別閉迴路溫度控制能夠用於多個固化站530的各個。因此,批次固化腔室500可以處理多個基板而沒有多個固化站530間溫度變化導致的基板對基板變化的風險。沒有固化站加熱器535的個別溫度控制,批次固化腔室500的處理子區域524之頂部與底部處理的基板通常相較於中心處理子區域524中處理的基板暴露於較低溫度,其可以嚴重影響固化處理晶圓至晶圓批次處理的結果。
在某些實施例中,熱電偶537與固化站加熱器535皆設置於加熱基板基座531中,如第7圖所示。在此等實施例中,噴頭532與環狀氣室534的壁經由傳導與輻射加熱傳遞而加熱至接近加熱基板基座531的溫度。因此,穿過環狀氣室534的處理氣體、噴頭氣室533與噴頭532亦加熱至接近加熱基板基座531的溫度。熱電偶537提供溫度反饋給加熱基板基座531以及因而進入處理子區域524中的一個之處理氣體的溫度閉迴路控制。或者,可設置熱電偶537與噴頭532接觸以及(或)與進入進入處理子區域524中的一個之處理氣體接觸。
如以上所述,多個排氣入口陣列523鄰近多個固化站530的各者而設置。在處理子區域524中的一個中的基板上執行的某些固化處理中,自基板上形成的介電材料排出之揮發性成分可形成粒子,如SiO2粒子。此等粒子可能靜置於 正在處理的基板上,此係非常不受歡迎的。因此,批次固化腔室500中的淨化與處理氣體的流動模式可以影響處理子區域524中正在處理的基板之污染。排氣入口陣列523經配置而將揮發性成份與粒子(如果形成的話)自正處理的基板排出。在某些實施例中,兩個或兩個以上的排氣入口陣列523鄰近於各固化站530如以對稱排列的方式設置,如第7與8A-8C圖所示。
第8A圖係根據本揭露實施例排列的多個群組排氣入口陣列523之等角視圖。第8B圖係第8A圖所示的多個群組排氣入口陣列523之平面圖以及第8C圖係第8A圖所示的多個群組排氣入口陣列523之側視圖。為求清楚,批次固化腔室500的大部分其他元件被省略。如第8A-8C圖所示的實施例所示,一群組的四個排氣入口陣列523鄰近於特定固化站530定位,總共有六群組的四個排氣入口陣列523。在其他實施例中,一群組的多於或少於四個排氣入口陣列523可鄰近於單一固化站530定位。
各排氣入口陣列523包括與排氣氣室802流體耦接的複數個排氣入口801,排氣氣室802位於排氣入口陣列523內。在某些實施例中,各排氣入口陣列523與支撐構件810機械耦接,支撐構件810結構性支撐以及定位與其耦接的排氣入口陣列523。在第8A-C圖所示的實施例中,批次固化腔室500包括四個分開的支撐構件810,而在其他實施例中,批次固化構件500可經配置有多於或少於總共四個支撐構件810。此外,各排氣入口陣列523與排氣歧管流體耦接(為求 清楚而未圖示),排氣歧管接著與批次固化腔室500的前級真空管線514流體耦接。在某些實施例中,支撐構件810的一或多個亦可設置為排氣歧管。
在某些實施例中,排氣入口陣列523的部分或全部可包括流動平衡孔口811。在此等實施例中,各流動平衡孔口811經配置而限制流動至相聯的排氣入口陣列523,使得通過各排氣入口陣列523的處理氣體與排出成分之流動相對於鄰近的排氣入口陣列523係相等或實質相等的。在某些實施例中,流動平衡孔口811係固定孔口。在此等實施例中,各固定孔口的特定尺寸可使用電腦模擬、流動視覺化、試誤法(trial-and-error methods)或以上各者之組合而決定。在其他實施例中,流動平衡孔口811的部分或全部係可調整孔口(如針閥),其可以在製造的時間設定(在該領域中)以及(或)回應批次固化腔室500中的排氣平衡問題。
多個基板升舉組件540經配置而在裝載與卸載期間將個別基板自大氣機械臂104移除以及將個別基板置放在大氣機械臂104上。此外,多個基板升舉組件540經配置而在批次固化腔室500中的處理期間同時定位多個基板。例如,在某些實施例中,多個基板升舉組件540經配置而同時將正處理的各基板定位入處理位置以及入預熱位置。一般來說,當在處理位置時,基板定位靠近噴頭532,而在預熱位置時,基板定位在加熱基板基座531上。
多個基板升舉組件540包括多個升舉銷索引器541,如三個或三個以上。在第5圖所示的實施例中,多個基 板升舉組件540包括三個升舉銷索引器541,但是只有一個是可見的。第9圖係腔室蓋件511與多個基板升舉組件540的全部三個升舉銷索引器541的部分之等角視圖。為求清楚,腔室壁512與腔室底板513自第9圖省略。三個升舉銷索引器541的各者部分設置於腔室主體510內且與升舉機構544(示於第5圖中以及為求清楚而於第9圖中省略)耦接。升舉機構544可係適合用於將基板定位於上述裝載、卸載、預熱以及處理位置中的任何機械致動器。例如,升舉機構可包括氣動致動器、步進馬達以及類似物。
第10圖係根據本揭露實施例設置的升舉銷索引器541之截面圖。如圖所示,升舉銷索引器541一般包括用於批次固化腔室500中的處理子區域524的各個之升舉銷542。因此,在第5、9與10圖中所示的示範例,各升舉銷索引器541包括與垂直軸543耦接的六個升舉銷542。三個升舉銷索引器541可以同時將六個基板定位於處理位置或同時將六個基板設定於預熱位置中各別加熱基板基座531上。
在某些實施例中,各升舉銷542經配置有低接觸、熱絕緣的接觸表面1001以減少與(或)最小化處理期間自基板至升舉銷542的熱傳遞。如此,基板上所謂的「冷點」在處理期間被減少或去除,從而改善批次固化腔室500中正在固化的介電薄膜之均勻性。在某些實施例中,接觸表面1001形成有圓柱元件1002,使得基板與接觸表面1001間的接觸表面縮減為線或點接觸。此外,圓柱元件1002可由相較於常用於形成升舉銷542的材料(如鋁與不鏽鋼)具有較低熱傳導 係數的材料形成。例如,在某些實施例中,圓柱元件1002可由藍寶石(Al2O3)形成。
概括之,本發明揭露的一或多個實施例提供用於固化設置在多個基板上的介電材料而沒有一般與批次處理相關聯的基板至基板的變化的系統與方法。特定言之,批次固化腔室包括各自獨立作溫度控制的多個處理子區域。此外,裝載於腔室的裝載開口上的槽形蓋部大幅減少裝載與卸載期間進入腔室的周圍空氣之影響。
雖然前面所述係針對本發明揭露的實施例,但在不背離本發明基本範圍下,可設計其他與進一步的實施例,而本發明範圍由以下申請專利範圍所界定。

Claims (20)

  1. 一種用於在一基板的一表面上形成一介電材料的系統,該系統包括:一主機;一生產介面,該生產介面包含至少一個大氣機械臂並經配置而接收一或多個卡匣的基板;一鎖定負載腔室,該鎖定負載腔室與該主機耦接並經配置而自該生產介面中的該至少一個大氣機械臂接收一或多個基板;多個流動性的CVD腔室,該等多個流動性的CVD腔室各自與該主機耦接;及一批次處理腔室,該批次處理腔室與該生產介面耦接,該批次處理腔室包含:多個子處理區域,該等多個子處理區域各自配置而自該至少一個大氣機械臂接收一基板並在自該大氣機械臂接收的該基板上執行一固化處理;一裝載開口,該裝載開口形成於該批次處理腔室的一壁中;一第一門,該第一門設置於該裝載開口上;及一蓋板,該蓋板包含多個槽形開口且設置於該裝載開口上,其中該第一門設置於該等多個槽形開口中的所有槽形開口上,該第一門經配置以利用圍繞在該等多個槽形開口周圍的一密封表面來密封該裝載開口; 該等多個槽形開口的各個經配置而允許該至少一個大氣機械臂自該批次處理腔室之外的一位置往該等多個子處理區域中的一個子處理區域延伸一臂,及當該裝載開口打開時,該等多個槽形開口的各個經配置而減少該裝載開口的該自由區域。
  2. 如請求項1所述之系統,其中該等多個槽形開口的各個對應於該等多個子處理區域中的一個子處理區域,及該等多個槽形開口中的每一者具有相對於該門的形狀和該裝載開口的形狀為非對稱的形狀。
  3. 請求項2所述之系統,其中該等多個槽形開口的各個與該等多個子處理區域中的相對應的一個子處理區域實質對齊,及該等多個槽形開口中的每一者包含具有比該門的形狀和該裝載開口的形狀更多的邊緣的形狀。
  4. 如請求項1所述之系統,其中該裝載開口經配置而允許一基板被裝載入該等多個固化站的各個而不需將該裝載開口相對於該等多個固化站或該生產介面重新定位。
  5. 如請求項1所述之系統,其中該等多個流動性CVD腔室各自經配置而將一流動性介電層經由一CVD處理沉積於一基板上。
  6. 如請求項1所述之系統,其中該等多個子處理區域以一堆疊陣列排列及該裝載開口經配置而在兩個維度上橫越該堆疊陣列。
  7. 如請求項1所述之系統,其中該生產介面進一步包括至少一個大氣夾持站,在基板於該批次處理腔室中處理前,該至少一個大氣夾持站經配置而暫時儲存該批次處理腔室外的基板。
  8. 如請求項1所述之系統,其中該批次處理腔室中的該等多個子處理區域的一總數量係等於與該主機耦接的該等多個流動性CVD腔室的一總數量。
  9. 如請求項1所述之系統,其中該批次處理腔室中的該等多個子處理區域的各個被設置於一加熱基板基座與一噴頭之間。
  10. 如請求項9所述之系統,其中該噴頭經配置而將一處理氣體獨立傳送至設置於該子處理區域中的一基板。
  11. 如請求項9所述之系統,其中該加熱基板基座經配置而在處理期間將設置於該子處理區域中的一基板獨立加熱。
  12. 一種批次基板處理腔室,包括: 多個子處理區域,該等多個子處理區域各自配置而自一大氣機械臂接收一基板並在自該大氣機械臂接收的該基板上執行一固化處理;一裝載開口,該裝載開口形成於該批次處理腔室的一壁中;一第一門,該第一門設置於該裝載開口上;及一蓋板,該蓋板設置於該裝載開口上,該蓋板包含多個槽形開口,其中該第一門設置於該等多個槽形開口中的所有槽形開口上,該第一門經配置以利用圍繞在該等多個槽形開口周圍的一密封表面來密封該裝載開口;該等多個槽形開口的各個經配置而允許該至少一個大氣機械臂自該批次處理腔室之外的一位置往該等多個子處理區域中的一個子處理區域延伸一臂,及其中當該裝載開口打開時,該等多個槽形開口的各個經配置而減少該裝載開口的該自由區域。
  13. 如請求項12所述之批次處理腔室,其中該等多個槽形開口的各個對應於該等多個子處理區域中的一個子處理區域,及該等多個槽形開口中的每一者具有相對於該門的形狀和該裝載開口的形狀為非對稱的形狀。
  14. 如請求項13所述之批次處理腔室,其中該等多個槽形開口的各個與該等多個子處理區域中的相對應的一個子處理區 域實質對齊,及該等多個槽形開口中的每一者包含具有比該門的形狀和該裝載開口的形狀更多的邊緣的形狀。
  15. 如請求項12所述之批次處理腔室,其中該裝載開口經配置而允許一基板被裝載入該等多個固化站的各個而不需將該裝載開口相對於該等多個固化站重新定位。
  16. 如請求項12所述之批次處理腔室,其中該等多個子處理區域以一堆疊陣列排列。
  17. 如請求項16所述之批次處理腔室,其中該裝載開口經配置而在兩個維度上橫越該堆疊陣列。
  18. 如請求項12所述之批次處理腔室,其中該批次處理腔室中的該等多個子處理區域的各個被設置於一加熱基板基座與一噴頭之間。
  19. 如請求項18所述之批次處理腔室,其中該噴頭經配置而將一處理氣體獨立傳送至一鄰近的子處理區域。
  20. 如請求項18所述之批次處理腔室,其中該加熱基板基座經配置而獨立控制設置於該加熱基板基座上的一基板的一溫度。
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