CN102789950A - 用于等离子体应用的大面积icp源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于为感应耦合等离子体腔室耦合RF能量的装置。RF线圈或辐射器嵌入在腔室顶篷中所形成的沟槽内并且绝缘填充物覆盖该沟槽内的线圈。顶篷可以由两个板构成：由导电材料制作的上板和由电介质材料制作的底板。这两个板物理接触。磁屏蔽物可以设置在线圈之上以控制来自线圈的磁场的传播。可以在导电板中制作流体沟道以提供热控制。而且，可以设置流体管道以允许将气体注入到金属与电介质板之间的空间中。

Description

用于等离子体应用的大面积ICP源

相关申请

本申请要求享有于2011年5月17日提出的美国临时申请No.61/487238的优先权益，在此通过引用而将其公开内容全部并入。

技术领域

本发明涉及感应耦合等离子体(ICP)腔室以及，更具体地，涉及具有大面积顶篷的ICP腔室，诸如那些用于平板显示器、太阳能电池等的制造的腔室。

背景技术

感应耦合等离子体腔室在本领域中是公知的。图1示例了通常用于在硅晶片中制造集成电路的ICP腔室的常规设计。真空腔室100具有放置于其中以支撑处理的衬底110的底座105。RF发生器125耦合到放置于电介质窗口120上方的线圈115。电介质窗口120基本上作为真空腔室100的顶篷。

现有技术的装置可用于处理半导体衬底。但是，当衬底大于标准的半导体晶片，例如平板显示器衬底时，或者当在腔室内同时处理几个衬底，诸如对于太阳能电池时，真空腔室的尺寸要大得多。因此，需要电介质窗口顶篷较大。当电介质窗口变大时，也需要它较厚以抵挡腔室内抽真空时的大气压力。然而，当电介质窗口较厚时，线圈距离处理衬底更远并且厚的窗口使得用以维持腔室内的等离子体的RF能量的耦合效率低。

因此，对于ICP腔室、甚至对于具有更大顶篷和线圈的腔室，需要改进的装置。

发明内容

为了提供对本公开一些方面和特征的基本理解，提出了下面的概述。此概述不是本发明的详尽概括并且同样不是意在具体标识出本发明的关键点或重要要素或是为勾画出本发明的范围。其唯一的目的是以简明的形式介绍本发明的一些概念以作为下面所提出的更详细描述的序言。

本发明的方面提供了一种ICP装置，其能够实施用于任何尺寸的腔室并且使得能够将RF能量有效耦合到腔室中以维持等离子体。

根据所公开的方面，RF线圈嵌入在电介质窗口内。根据各种实施例，RF线圈放置在真空腔室内，但不暴露于等离子体。

根据一个实施例，电介质窗口实质上形成为由电介质材料制作的平板。在电介质窗口中形成沟槽，并且RF线圈插入于沟槽内。设置绝缘填充物以密封具有RF线圈的沟槽。沟槽可以制作在电介质窗口的上侧面上，此时线圈在大气中，或者其可以制作在板的底侧面上，此时线圈在真空环境中。

根据另外的实施例，电介质窗口实质上形成为由金属制作的平板。沟槽形成于金属板中，并且RF线圈插入于沟槽内。导电盖子放置于线圈之上，由此在线圈之上提供了磁屏蔽，但使得磁场能够散发到线圈之下并且维持腔室内的等离子体。设置绝缘填充物，以密封具有RF线圈和盖子的沟槽。填充物可能够设置在线圈与屏蔽物之间、屏蔽物与电介质板之间、或者以上两者。电介质板设置在导电板的底部，以使得线圈与真空隔离，但是允许磁场进入到腔室中。

根据另外的实施例，流体沟道可以设置在导电板中，以提供热控制。而且，可以设置气体管道以允许将诸如氩或氮的气体泵浦到金属板与电介质板之间的空间中，以在其间生成正压。

根据参照以下附图给出的详细描述，本发明的其它方面和特征将变得显而易见。应该理解，详细描述和附图提供了本发明各种实施例的各种非限制性范例，本发明由所附的权利要求限定。

附图说明

并入此说明书中并且构成说明书一部分的附图，示例出各种实施例，并与说明书一起用于解释和示例本发明的原理。附图意在以图解的方式示例范例实施例的主要特征。附图不是意在描绘实际实施例的每个特征也不是描绘元件的相对尺寸，附图因而不是按照比例绘制的。

图1示例了通常用于在硅晶片中制造集成电路的ICP腔室的常规设计；

图2A-2D是根据所公开的实施例的ICP腔室及电介质顶篷和线圈装置的示意图；

图3示例了根据一个实施例的另一顶篷和线圈装置；

图4示例了根据一个实施例的再一顶篷和线圈装置；

图5示例了两种修改，该两种修改其中之一或两者均是可以是对图3或图4的实施例所作出的；

图6示例了另一实施例，其是所公开的其它实施例的某程度的混合。

具体实施方式

现在将描述采用嵌入线圈而使得能够有效耦合RF能量的各种实施例。在一些实施例中，RF线圈在大气环境中，而在另一些实施例中，线圈在处理腔室的真空环境内。

图2A示例了处理腔室的实施例，其中RF线圈嵌入在电介质窗口内，而图2B-C示例了嵌入在形成电介质窗口的顶篷内的线圈的装置。除了在2xx系列中之外，图2A-D中与在图1中的对应元件相关的附图标记是相同的。在没有特别示出的情况下，图2的实施例的腔室200可以比图1的实施例的腔室大的多，并且可以处理一个大衬底210或者几个小衬底210。因此，顶篷220比顶篷120大并且还可能较厚。然而，为了使线圈215更接近等离子体安置，将线圈215嵌入在电介质窗口内。

图2B示例了顶篷220的顶视图或底视图(取决于是采用实施例2C还是2D)。如在图2C和2D的横截面A-A中能能够看到的，沟槽230切入到实质上为电介质板的电介质顶篷中。线圈215插入沟槽中，并且在沟槽填充有诸如硅或环氧填充物235的绝缘材料。根据在图2C中所描绘的实施例，沟槽形成在顶篷的顶表面上，即外表面上，使得线圈放置在真空腔室的外部。相反地，根据图2D的实施例，沟槽形成在顶篷的底表面上，即内表面上，使得线圈位于腔室的真空环境内。在两个实施例中，顶篷的底表面保持平坦，使得等离子体仍然“经历(see)”平坦的顶篷。

图3示例了对大的处理腔室特别有益的另一顶篷和线圈装置。使用图3的实施例，能够不考虑顶篷的尺寸而将电介质窗口制作得薄。根据图3的实施例，顶篷由例如铝、不锈钢等的金属护板(backplate)322与电介质窗口324的夹层结构组成。电介质窗口344可以粘附于护板322或使用托架350来支撑，或两者都使用。另外，能使用任何支撑护板322和电介质窗口322的方法。

沟槽330制作在金属护板的底部部分中。线圈315处于沟槽内，且被电介质窗口324覆盖。由于金属护板322坚固到足够承受大气压力，因此能够将电介质窗口324制作得薄。

根据一个实施例，线圈悬挂在沟槽330内，且在沟槽内可以保持真空。然而，使用这样的装置不能对线圈315所生成的磁场提供足够的控制。因此，根据另一实施例，在线圈315与金属护板322之间设置磁场整形盖子345。盖子345由铁氧体材料制作，并按照适当地限制或整形磁场的需要可以具有马蹄形横截面或其它形状，使得RF能量与等离子体有效地耦合。

使用这种装置RF，能量能够有效地耦合到等离子体，使得线圈315将不会变得太热。然而，如果需要对线圈和/或盖子进行热控制，那么在线圈315与盖子345之间的间隔和/或在盖子345与护板322之间的空间可以填充有绝缘材料340和335，绝缘材料340和335中的任一个可以为导热密封剂。

图4示例了根据其中线圈放置于腔室的真空侧上的一个实施例的再一顶篷和线圈装置。此装置能使RF能量与等离子体有效耦合，但是不管腔室尺寸，不需要大且厚的电介质窗口。根据此实施例，顶篷422由金属材料制作并且包括沟槽430中的线圈和盖子装置，正如图3中的装置。然而，不是将大的电介质窗口附着至顶篷的底部，提供了小电介质板424以仅覆盖沟槽430。

图5示例了两个修改，两个修改其中之一或者两者均可以是对图3的实施例所作出的；然而，其中之一或两个修改也可以是对图4所示的实施例作出的。在图5的实施例中，护板522被有效地冷却。特别地，流体入口570和出口575用于使制作于护板522内的沟道中的冷却流体流通。冷却流体可以是温度受控的水

此外，诸如O形-环的密封物555可以设置于电介质窗口524与护板522之间。入口560使得能够将诸如氩的气体泵浦到电介质窗口与护板之间的空间内以产生相对于处理腔室内的真空的正压。这防止处理气体到达到护板522与窗口524之间的空间中。气体也有助于从线圈515和盖子545到护板522的热传导。可以制作气体管道以将气体注入到沟槽中。

图6示例了另一实施例，其是所公开的其它实施例的某程度的混合。图6的实施例示例了由提供强度的上部金属板622和为RF耦合提供透明的底部电介质板624构成的腔室顶篷。沟槽630制作在电介质板624的上部部分中。线圈615处于沟槽内，且被电介质窗口624覆盖。由于金属护板622坚固到足够承受大气压力，因此能够将电介质窗口624制作得薄。

根据一个实施例，线圈悬挂于沟槽630内，并且沟槽内能保持真空。根据另一实施例，将绝缘树脂635灌注于沟槽内且在线圈之。在任一实施例中，使用制作于后金属板中的流体管道，通过注入例如氩或氮的气体，能够在上板与下板之间的空间中产生正压。而且，为了热控制，可以在金属护板中制作流体沟道。磁屏蔽物能安置于沟槽中且在线圈之上。

尽管参照其特定实施例描述了本发明，但是本发明并不局限于这些实施例。具体地，不脱离由所附的权利要求限定的发明的精神和范围，本领域的技术人员可以实施各种变更和修改。例如，关于“顶篷”描述了实施例；然而，应当理解，实施例可以在RF能量通过电介质窗口耦合到等离子体腔室的任何情况下使用。

Claims (20)

1.一种用于感应耦合等离子体腔室的RF施加器，包括：

电介质板，具有形成于其中的沟槽；

RF线圈，安置于所述沟槽内；以及，

绝缘树脂，设置在所述沟槽中且在所述线圈之上。

2.根据权利要求1所述的RF施加器，其中所述沟槽设置在所述板的上部部分上，使得所述线圈安置于大气环境中。

3.根据权利要求1所述的RF施加器，其中所述沟槽设置在所述板的底部部分上，使得所述线圈安置于真空环境中。

4.根据权利要求1所述的RF施加器，还包括附着于所述电介质板的上表面的金属护板。

5.根据权利要求4所述的RF施加器，还包括安置于所述沟槽中且在所述线圈之上的磁屏蔽物。

6.根据权利要求4所述的RF施加器，还包括通向所述电介质板与所述金属护板之间的空间的流体管道，使得能够将气体注入到所述空间中以在所述电介质板与所述金属护板之间生成正压。

7.根据权利要求4所述的RF施加器，还包括在所述金属护板内的流体管道，使得能够在所述金属护板内注入热控制流体，由此控制所述金属护板的温度。

8.一种用于感应耦合等离子体腔室的RF施加器，包括：

金属护板，具有形成于其中的沟槽；

RF线圈，安置于所述沟槽内；

电介质板，附着于所述护板并覆盖所述沟槽；以及，

绝缘树脂，设置在所述沟槽中。

9.根据权利要求8所述的RF施加器，其中所述沟槽设置在所述护板的底部部分上，使得所述线圈安置于真空环境中。

10.根据权利要求9所述的RF施加器，还包括安置于所述沟槽中且在所述线圈之上的磁屏蔽物。

11.根据权利要求10所述的RF施加器，还包括通向所述电介质板与所述金属护板之间的空间的流体管道，使得能够将气体注入到所述空间中以在所述电介质板与所述金属护板之间生成正压。

12.根据权利要求10所述的RF施加器，还包括所述金属护板内的流体管道，使得能够在所述金属护板内注入热控制流体，由此控制所述金属护板的温度。

13.根据权利要求10所述的RF施加器，其中所述绝缘树脂设置在所述线圈与所述屏蔽物之间、所述屏蔽物与所述护板之间、或者以上二者。

14.一种制造用于等离子体腔室的RF功率施加器的方法，包括：

制造金属护板；

在所述护板的底表面上形成沟槽；

将RF辐射器插入到所述沟槽中；

制造电介质板；

将所述电介质板附着于所述护板的所述底表面以覆盖所述沟槽。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括将隔离树脂灌注到所述沟槽中。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括制造磁屏蔽物并且使所述磁屏蔽物插入到所述沟槽中且在所述辐射器之上。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括在所述护板中钻出气体管道，以使得能够将气体能注入到所述护板的底表面并进入所述护板的所述底表面与所述电介质板的上表面之间的空间中。

18.根据权利要求16所述的方法，还包括在所述护板中钻出气体管道，以使得气体能够注入到所述沟槽中。

19.根据权利要求16所述的方法，还包括在所述护板内钻出流体管道，以使得温度控制流体能够在所述护板内流通。

20.根据权利要求14所述的方法，其中所述电介质板包括多个电介质窗口。

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