CN101381862B - 一种用于控制在处理腔室内处理气体的流动的装置 - Google Patents

一种用于控制在处理腔室内处理气体的流动的装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于控制在处理腔室内处理气体的流动的装置。本发明一般包括用于引导处理气体的流动远离室壁和缝隙阀门开口的方法和装置。通过控制在处理腔室内处理气体的流动路径，可以减少在腔室壁上和缝隙阀门开口内的非预期沉积。通过减少在缝隙阀门开口内的沉积，可以减少剥落。通过减少在腔室壁上的沉积，可以增加在腔室清洗之间的时间。因此，引导在处理腔室内处理气体的流动可以提高衬底生产能力。

Description

一种用于控制在处理腔室内处理气体的流动的装置
技术领域
本发明的实施例一般涉及用于控制在处理腔室内处理气体的流动的装置。
背景技术
当在真空下处理衬底时，真空泵用于将处理腔室抽空到适当处理压力。在某些情况中，真空泵连续抽空引入到处理腔室中的处理气体以保持预期处理压力。真空泵推动处理气体通过处理腔室到达通向真空泵的真空泵端口。
诸如沉积气体的处理气体被引入到处理腔室中，并且在处理期间，处理气体以导致在暴露的腔室构件上的沉积。处理期间，在非预期室构件上的沉积可以导致构件失效或衬底污染。当构件失效时，需要清洗或替换该构件。在每种情况中，都需要关闭该处理腔室以接近该构件，这导致衬底生产能力的降低。
因此，在现有技术中存在对于设计成减小室构件失效的处理腔室的需求。
发明内容
本发明一般包括用于引导处理气体的流动远离腔室壁和缝隙阀门开口的方法和装置。通过控制在处理腔室内处理气体的流动路径，可以减少在腔室壁上和缝隙阀门开口内的非预期沉积。通过减少在缝隙阀门开口内的沉积，可以减少剥落。通过减少在腔室壁上的沉积，可以增加在腔室清洗之间的时间。因此，引导在处理腔室内处理气体的流动可以提高衬底生产能力。
在一个实施方式中，一种装置包括：具有贯穿第一侧壁的缝隙阀门开口的腔室体、与该腔室体的一个或多个侧壁连接的一个或多个引流器、在该缝隙阀门开口上方的一个或多个阻流器，连接到第一侧壁并从第一侧壁延伸、以及在覆盖该缝隙阀门开口的位置和第二位置之间移动的门。该一个或多个阻流器连接到具有穿过其中的的开口的引流器，该引流器的开口与该缝隙阀门开口基本上对齐。
在另一个实施方式中，一种装置包括：多个引流器，从处理腔室壁延伸以围绕在基座和气体分布喷头之间的处理区域。多个引流器中的第一引流器具有穿过其中的开口以允许衬底从中通过。该装置还包括一个或多个阻流器，与第一引流器连接并远离处理区域延伸；以及一个或多个门，能够从阻挡该开口的位置向敞开该开口的位置移动。第一引流器设置在该一个或多个门与处理区域之间。
在另一个实施方式中，一种装置包括：具有多个侧壁及贯穿第一侧壁形成的开口的腔室体。该装置还包括与第一侧壁连接的引流器。该引流器具有穿过其中的开口，该引流器的开口与第一侧壁中的开口基本上对齐。该装置还包括在缝隙阀门开口上方并且连接在第一侧壁和引流器之间的阻流器。该阻流器跨越大于缝隙阀门开口的长度。该装置还包括设置在腔室体内从而使引流器的外表面与基座的侧面对齐的基座。
附图说明
为了详细理解本发明的上述特征，参考实施方式给出上面概述的本发明的更加明确的描述，在附图中示出某些实施方式。然而，需要注意到是，附图仅示出本发明的典型实施方式，因此，由于本发明可以允许其它等效实施方式，不能认为附图限制本发明的范围。
图1是等离子体增强化学气相沉积(PECVD)装置的示意性截面图；
图2A是根据本发明的一个实施方式的PECVD装置的示意性截面图；
图2B是具有降低的基座和缝隙阀门衬套的图2A的PECVD装置的示意性截面图；
图2C是图2A的PECVD装置的示意性顶视图；
图2D是图2A的引流器和阻流器的示意图；
图3A是根据本发明的一个实施方式的引流器的示意图；
图3B是具有图3A的引流器的装置的示意图；
图4A是根据本发明的一个实施方式的用于阻挡缝隙阀门开口的门组件的部分截面图；
图4B是根据本发明的另一个实施方式的用于阻挡缝隙阀门开口的门组件的部分截面图；以及
图4C是根据本发明的又一个实施方式的用于阻挡缝隙阀门开口的门组件的部分截面图。
为了便于理解，已经尽可能地使用相同标号来表示附图中共有的相同元件。应该理解，不需要特定描述，在一个实施方式中公开的元件有益地用于其它实施方式。
具体实施方式
本发明通常包括用于引导处理气体的流动远离腔室壁和缝隙阀门开口的方法和装置。通过控制在处理腔室内处理气体的流动路径，可以减少在腔室壁上和缝隙阀门开口内的非预期沉积。通过减少在缝隙阀门开口内的沉积，可以减少剥落。通过减少在腔室壁上的沉积，可以增加在腔室清洗之间的时间。因此，引导在处理腔室内处理气体的流动可以提高衬底生产能力。
下面将参照可从Applied Materials，Inc.，Santa Clara，CA(加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司)的分公司AKT America，Inc.，(AKT公司)获得的PECVD室说明性地描述本发明。应该理解的是，本发明可以等效地用于包括物理气相沉积(PVD)室的使用处理气体的任何腔室。还应该理解的是，下面描述的本发明可以等效地用于由其它销售商销售的PECVD腔室及其它腔室。
图1是PECVD装置100的示意性截面图。装置100可以包括具有在其上的衬底106的基座104。衬底106设置为横跨处理空间116在喷头110的对面。处理空间116以腔室壁108、喷头110和衬底106或基座104为界。从气体源通过背板102馈送处理气体，在背板102处将处理气体均匀地分布在邻近喷头110的背表面118的充气室114内。处理气体随后通过从背表面118延伸的气体通道112到达喷头110的前表面120。喷头110与用于在处理空间116内引燃或保持等离子体的电源连接。
一旦在处理空间116中，处理气体及由此的等离子体分散并与处理腔室的全部暴露表面相接触。真空泵将等离子体和处理气体推到基座104之下，如箭头“A”所示。另外，等离子体可以被吸引到缝隙阀门122附近，如箭头“B”所示，并且沉积在缝隙阀门122上。在插入或移出衬底106期间，由于阀门122的打开和关闭，沉积在阀门122上的材料可以剥落。另外，材料可以沉积在基座104之下的腔室区域中并且可以进入真空泵，这将影响真空泵的使用寿命及真空泵和装置100之间各种连接的使用寿命。
处理气体不可能被适当地容纳到衬底106附近的区域，并且由此，处理气体可以分散在整个处理腔室内。由于处理腔室的尺寸，处理气体不能横跨衬底106均匀地分布，这导致衬底106的非均匀处理。
为了减少不需要的沉积并确保处理气体向衬底更加均匀地分布，可以使用一个或多个阻流器(flow blocker)和/或一个或多个引流器(flow guider)。图2A是根据使用一个或多个阻流器228和/或一个或多个引流器224的本发明的一个实施方式的PECVD装置200的示意性截面图。引流器224通过一个或多个固定架236安装到腔室壁208并且设置在基座204和喷头210之间。基座204所示为在其上设置有衬底206的升高位置。
引流器224具有在相邻引流器224之间的间隙。当抽取并保持真空时，处理气体，以及在某些情况中等离子体，流过该间隙。引流器224可以接地，以便在处理期间作为阳极。在一个实施方式中，引流器224的高度可以大于衬底206与喷头210的底表面之间的距离，从而使穿过喷头210的处理气体基本上聚集在处理区域内，由此使分散到腔室壁208和不需要沉积的其它区域的等离子体和处理气体的量最小。另外，引流器224的外侧边缘与基座204的外边缘基本上对齐，从而使得引流器224的外侧表面和基座204的外侧边缘基本上位于相同的垂直平面。在另一个实施方式中，引流器224的高度可以基本等于衬底206与喷头210的底表面之间的距离。在另一个实施方式中，引流器224的高度可以小于衬底206与喷头210的底表面之间的距离。
腔室内的等离子体和处理气体的流动可以基本限定在由引流器224的边围绕的处理区域内。通过将尽可能多的处理气体限定在衬底206、引流器224和喷头210之间，可以提高等离子体均匀性并且以衬底到衬底为根据发生一致沉积。另外，由于引流器224可以接地，可以减少在基座204之下蔓延的等离子体量。如箭头“D”所示，基座204和引流器224之间的空间可以足够推动处理气体穿过，但足够小到确保使穿过该间隙的任何等离子体接地并在流到基座204下之前熄灭(extinguish)。如箭头“C”所示，真空泵推动处理气体穿过引流器224之间的间隙以及在引流器224与基座204之间的空间。引流器224可以与基座204分隔开。在一个实施方式中，引流器224与基座204在选择位置连接，以便允许推动处理气体穿过处理区域以及穿过引流器224与基座204之间。如箭头“E”所示，当衬底206在处理位置时，引流器224与衬底206分隔开。在一个实施方式中，当衬底206在处理位置时，基座204和引流器224之间的距离可以基本上等于衬底206和引流器224之间的距离。
一个或多个阻流器228可以设置在缝隙阀门开口222与邻近缝隙阀门开口222的引流器224之间的空间上方，以便减少流入缝隙阀门开口222和沉积在缝隙阀门或与缝隙阀门开口222相通的通道238上的等离子体和处理气体的量。一个或多个阻流器228设置在通道238的开口的相对顶部和喷头210的底部之间。更加一般地，当该装置不是PECVD装置时，一个或多个阻流器228可以设置在通道238的相对顶部与处理腔室的顶部或顶盖之间。例如，在PVD室中，将一个或多个阻流器228可以设置在通向缝隙阀门222的开口的相对顶部与目标之间。阻流器228可以减少从开口222的相对顶部进入缝隙阀门开口222的处理气体和等离子体的量。在一个实施方式中，阻流器228延伸以横跨具有缝隙阀门开口222的侧壁的整个长度。在另一个实施方式中，阻流器228延伸以至少横跨缝隙阀门开口222的整个长度，但小于侧壁的整个长度。在另一个实施方式中，阻流器可以在对应缝隙阀门开口222的边缘的位置垂直向下延伸，以限定至少跨越缝隙阀门开口222的长度和至少缝隙阀门开口222的的高度的倒“U”形阻流器。由于在倒“U”形阻流器之下，处理气体和等离子体不太可能向上流动，缝隙阀门通道238和引流器224之间在缝隙阀门开口222下面的区域可以保持开启。
为了允许衬底进入和退出装置200，邻近缝隙阀门开口222设置的引流器224可以具有开口232(见图2D)。引流器224中的开口232允许处理气体和等离子体沉积在缝隙阀门开口222上。为了减少到达缝隙阀门开口222的处理气体和等离子体的量，缝隙阀门衬套226或门设置在与缝隙阀门开口222相通的开口和具有开口232的引流器224之间。每当衬底206设置在处理腔室内而且基座204升高到处理位置时，缝隙阀门衬套226或门可以在升高位置(图2A所示)。相似地，当基座204在降低位置时，可以降低缝隙阀门衬套226或门，以便允许衬底206插入处理腔室内和从处理腔室移出。
图2B是具有降低的基座204和缝隙阀门衬套226的图2A的PECVD装置的示意性截面图。缝隙阀门衬套226或门和基座204连接到驱动机构230(actuator)，该驱动机构控制基座204和缝隙阀门衬套226或门的升高和降低。在一个实施方式中，缝隙阀门衬套226或门和基座204可以同时地升高和降低。在另一个实施方式中，缝隙阀门衬套226或门和基座204可以独立地升高和降低。在另一个实施方式中，缝隙阀门衬套226或门和基座204可以连接在一起。另一个实施方式中，缝隙阀门衬套226或门和基座204的每一个连接到单独驱动机构230。
图2C是图2A的PECVD装置200的示意性顶视图。装置200具有多个腔室壁208及与每个腔室壁208连接的引流器224。一个或多个固定架236将引流器224连接到腔室壁208。引流器224可以设置在腔室壁208和基座204之间。另外，一个或多个阻流器228可以设置在腔室壁208和邻近缝隙阀门222的引流器224之间。一个或多个阻流器228与邻近具有布置在其中的缝隙阀门222的腔室壁208的腔室壁208连接。
阻流器228可以设置在腔室内，以便打断等离子体和处理气体向缝隙阀门开口222的流动。阻流器228可以减少在对应缝隙阀门开口222的腔室壁208和对应缝隙阀门开口222的引流器224之间流动的处理气体和等离子体的量。阻流器228可以设置在邻近具有缝隙阀门开口222的腔室壁208的腔室壁208上，以便有助于减少到达缝隙阀门开口222的处理气体和等离子体的量。因此，在抽空和处理期间，阻流器228引导缝隙阀门开口222周围的处理气体和等离子体的流动。在一个实施方式中，一个或多个阻流器228包括跨越侧壁长度的单片。在另一个实施方式中，一个或多个阻流器228包括多个片。
图2D是图2A的引流器224和阻流器228的示意图。图2D示出与腔室壁208及引流器224连接的阻流器228。引流器224与缝隙阀门开口222分隔开基本等于阻流器的宽度的距离。为了减少到达缝隙阀门开口222以及因此到达缝隙阀门的处理气体和等离子体的量，缝隙阀门衬套226或门升高到在腔室壁208和引流器224之间的位置，从而在引流器224中的开口232和对于缝隙阀门222的开口234之间不存在可见路径。通过阻挡在引流器224中的开口232和缝隙阀门开口222之间的可见路径，处理气体和等离子体不得不以回旋路径流动，由此，不能到达缝隙阀门开口222或腔室壁208。
图3A是根据本发明的一个实施方式的引流器302的示意图。图3B是具有图3A的引流器302的装置300的示意图。引流器302可以具有一个或多个开口306。开口306用于与安装架310连接或用于连接处理区域和真空泵。如从图3B中看出的，在基座304和引流器302之间可以存在间隙。另外，邻近缝隙阀门设置的引流器302可以具有开口308以允许衬底的插入和移出。
图4A是根据本发明的一个实施方式的用于阻挡缝隙阀门开口408的门组件400的部分截面图。门412设置在侧壁402和引流器404之间，并且可以由控制器414垂直驱动，如箭头“F”所示。门412可以向上移动，以便阻挡缝隙阀门开口408。可以垂直驱动门412，从而门412在处理期间邻近阻流器406且横跨引流器404中的开口410。在一个实施方式中，没有阻流器406。
图4B是根据本发明的另一个实施方式的用于阻挡缝隙阀门开口424的门组件420的部分截面图。门426连接到铰接组件430，该铰接组件430允许门426在腔室壁422中的缝隙阀门开口424前面枢轴旋转(如由控制器428控制)的。将门426与腔室壁422在缝隙阀门开口424之下的位置连接。在一个实施方式中，没有阻流器432。
图4C是根据本发明的另一个实施例的用于阻挡室壁442中的缝隙阀门开口450的门组件440的部分截面图。门448连接到设置在缝隙阀门开口450之下且连接到腔室壁442的铰接组件450。当由控制器452控制时，门448可以绕铰接组件450枢轴旋转。在一个实施方式中，没有阻流器444。
通常常规连接方式，引流器和阻流器彼此连接并且与腔室壁连接。在一个实施方式中，引流器和阻流器含有铝。在另一个实施方式中，引流器和阻流器含有阳极氧化铝(anodized aluminum)。在另一个实施例中，引流器和阻流器含有不锈钢。在一个实施方式中，阻流器可以含有单片材料。在另一个实施方式中，邻近缝隙阀门的阻流器和引流器可以含有单片材料。
通过使用引流器、阻流器和缝隙阀门衬套，可以减少在腔室壁和缝隙阀门上的非预期沉积。通过减少非预期沉积，处理腔室可以需要较少的清洗，并且由此，具有较少的停歇时间。减少处理腔室停歇时间可以增加衬底生产能力。
虽然上述针对本发明的实施方式，但是在不偏离本发明的基本范围情况下可以设计出其它和进一步的实施方式，并且本发明的范围由权利要求书所确定。

Claims (20)

1.一种装置，包括：
腔室体，具有贯穿第一侧壁的缝隙阀门开口；
一个或多个引流器，与该腔室体的一个或多个侧壁连接；
一个或多个阻流器，该一个或多个阻流器连接到所述缝隙阀门开口上方的第一侧壁并且从所述第一侧壁延伸，该一个或多个阻流器连接到一引流器，与该一个或多个阻流器连接的所述引流器具有穿过其中的、与该缝隙阀门开口基本上对齐的开口；以及
门，能够在覆盖该缝隙阀门开口的位置和第二位置之间移动。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，门枢轴旋转地连接到第一侧壁。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，门能够在垂直平面中移动。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，一个或多个阻流器跨越延伸过整个缝隙阀门开口的长度。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括基座和与基座分隔开的喷头，其中一个或多个引流器、基座和喷头围绕处理区域。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述喷头与用于在处理区域内引燃或保持等离子体的电源连接。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在相邻侧壁上的多个引流器是分隔开的。
8.一种装置，包括：
多个引流器，从处理腔室壁延伸以围绕在基座和气体分布喷头之间的处理区域，该多个引流器中的第一引流器具有穿过其中的开口以允许衬底从中通过；
一个或多个阻流器，与第一引流器连接并远离处理区域延伸；以及
一个或多个门，能够从阻挡该开口的位置向敞开该开口的位置移动，第一引流器设置在该一个或多个门与处理区域之间。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，门枢轴旋转地连接到第一侧壁。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，门能够在垂直平面中移动。
11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，一个或多个阻流器跨越延伸过整个开口的长度。
12.一种装置，包括：
腔室体，具有多个侧壁及贯穿第一侧壁形成的缝隙阀门开口；
引流器，与第一侧壁连接，该引流器具有穿过其中的开口，该引流器的开口与第一侧壁中的开口基本上对齐；
在缝隙阀门开口上方的阻流器，连接在第一侧壁和引流器之间，该阻流器跨越大于缝隙阀门开口的长度；以及
基座，设置在腔室体内从而使引流器的外表面与基座的侧面对齐。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，基座与引流器为分隔开的。
14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，还包括连接到腔室体的多个侧壁的多个引流器。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，在相邻侧壁上的多个引流器是分隔开的。
16.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，还包括设置在腔室体内的门，该门能够在阻挡缝隙阀门开口的位置与敞开缝隙阀门开口的位置之间移动。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，门枢轴旋转地连接到第一侧壁。
18.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，门能够在垂直平面中移动。
19.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，还包括与基座和引流器分隔开的气体分布喷头。
20.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，引流器是接地的。
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