CN104170059A - 用于线性等离子体源的静态沉积轮廓调整 - Google Patents
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Abstract
本文中描述使用线性等离子体源来控制膜沉积的方法和设备。该设备包括其中具有用以供气体流过的开口的喷洒头、设置于该喷洒头附近用以支撑一或多个基板在其上的输送器以及用以离子化该气体的电源。该离子化气体可以是用以在基板上沉积材料的来源气体。可以调整该材料在基板上的沉积轮廓，例如使用该设备中包括的气体成型装置。另外地或替代地，可以通过使用可致动的喷洒头来调整沉积轮廓。该方法包括使基板曝露于离子化气体，以在该基板上沉积膜，其中以气体成型装置影响该离子化气体，以在基板被输送到靠近该喷洒头时均匀地将膜沉积在该基板上。
Description
发明背景
技术领域
本发明的实施例大体而言是关于使用线性等离子体源处理基板的方法与设备。
背景技术
线性等离子体源是固定的激发物种源，可以使用激发物种来处理一或多个在该线性等离子体源附近移动的基板。可以将多个固定的线性等离子体源串联放置，以在基板上以所需的顺序进行工艺。举例来说，可以配置多个线性等离子体源，以在基板上沉积数个连续的半导体层。
使用线性等离子体源处理的基板会在处理过程中移动，这会导致整个基板表面不均匀。图1A和图1B图示使用传统的线性等离子体源在基板上沉积的材料的膜性质的曲线图100A和100B。图1A图示沉积在基板上的薄膜的厚度和折射率，而图1B图示与图1A中的曲线相同的膜的厚度和密度。由线101图示膜的厚度，并由线102图示折射率。膜的密度由线103所图示。在处理过程中基板的行进方向由箭头104表示。基板的前缘(例如首先引入该源的基板边缘)以框105为界。如图所示，与基板上其余的膜相比，在基板前缘处的膜具有减少的厚度。此外，在基板前缘处的膜具有降低的折射率，这往往是膜密度较低(图1B中所图示)的指标。在基板表面各处的膜品质变化会负面地影响装置的品质和性能。
因此，需要一种当使用线性等离子体源时用于控制在基板整个表面的膜沉积的方法和设备。
发明内容
本文中描述在线性等离子体源中用以控制膜沉积的方法和设备。该设备包括其中具有用以供气体流过的开口的喷洒头、设置于该喷洒头附近并适于支撑一或多个基板在其上的输送器以及用以离子化该气体的电源。该离子化气体可以是用以在基板上沉积材料的来源气体。可以调整该材料沉积在基板上的轮廓，例如使用气体成型装置，像是磁铁或挡板。另外地或替代地，可以通过使用可致动的喷洒头来调整沉积轮廓。该方法包括使基板曝露于离子化气体，以在基板上沉积膜，其中以气体成型装置影响该离子化气体，以在该基板被输送到靠近该喷洒头时均匀地将膜沉积在该基板上。
在一个实施例中，一种线性等离子体源包含内部形成有用以供气体流过的开口的喷洒头，以及设置于该喷洒头附近的输送器。该输送器上适以支撑基板并将该基板相对于该喷洒头移动。该线性等离子体源进一步包含用以离子化该气体的电源，以及设置于该喷洒头附近的气体成型装置，以影响基板上的沉积轮廓。该气体成型装置适以在处理过程中被致动。
在另一个实施例中，一种线性等离子体源包含具有下表面的喷洒头，该下表面内部形成有开口，用以供气体流过；以及位于该喷洒头附近的输送器。该输送器上适以支撑基板并将该基板相对于该喷洒头移动。该线性等离子体源进一步包含用以离子化该气体的电源，以及适以改变该喷洒头的该下表面的角度相对于该输送器的上表面的角度的致动器。
在另一个实施例中，一种线性等离子体源包含适以支撑基板并且在第一方向上移动该基板的输送器，以及位于该输送器上方的喷洒头。该喷洒头包括分离的气体通道，该等气体通道流体耦接到形成于该喷洒头内的开口，用以供气体通过。通过该喷洒头的气流为非均匀的。该线性等离子体源还包括用以离子化气体的电源。
在另一个实施例中，一种在线性等离子体源中处理基板的方法，包含以下步骤：将基板放置于输送器上；以及将基板输送到喷洒头附近。然后使该基板曝露于离子化气体，以在该基板上沉积膜。以气体成型装置影响该离子化气体，以于该基板被输送到该喷洒头附近时在该基板上均匀地沉积该膜。
附图说明
为详细了解上述本发明的特征，可参照实施例及附图而对以上简单概述的本发明作更特定的描述。然而应注意，附图说明的只是本发明的典型实施例，因而不应将附图说明视为是对本发明范围作限制，因本发明可认可其他同样有效的实施例。
图1A和图1B图示在传统的线性等离子体源中在基板上沉积的材料的膜性质的曲线图。
图2为依据本发明的一个实施例具有气体成型装置的线性等离子体源的示意性剖面图。
图3为依据本发明的另一个实施例具有气体成型装置的线性等离子体源的示意性剖面图。
图4为具有可调整喷洒头的线性等离子体源的示意性剖面图。
图5为具有喷洒头的线性等离子体源的示意性剖面图，该喷洒头具有不同的气体通道穿过。
图6A和图6B为依据本发明的实施例的喷洒头的示意性仰视图。
为了便于了解，已经在可能之处使用相同的参照符号来指称附图共有的相同元件。可以构思的是，可以有利地将一个实施例中的元件和特征结合于其他实施例中，而无需进一步详述。
具体实施方式
本文中描述使用线性等离子体源来控制膜沉积的方法和设备。该设备包括其中具有用以供气体流过的开口的喷洒头、设置于该喷洒头附近适于支撑一或多个基板在其上的输送器以及用以离子化该气体的电源。该离子化气体可以是用以在基板上沉积材料的来源气体。可以调整该材料在基板上的沉积轮廓，例如使用气体成型装置，像是磁铁或挡板。另外地或替代地，可以通过使用可致动的喷洒头来调整沉积轮廓。该方法包括使基板曝露于离子化气体，以在基板上沉积膜，其中以气体成型装置影响该离子化气体，以在该基板被输送到靠近该喷洒头时均匀地将膜沉积在该基板上。
图2为依据本发明的一个实施例具有气体成型装置231的线性等离子体源210的示意性剖面图。线性等离子体源210包括输送器212及设置于输送器212上方的数个沉积源，例如喷洒头213A和213B。输送器212包括带214和滚轴215，带214和滚轴215被致动器驱动，以将基板216移动到靠近喷洒头213A和213B处。每个喷洒头213A和213B包括第一气体输送元件217和第二气体输送元件218。第一气体输送元件217被耦接到第一气源230，并且第二气体输送元件218被耦接到第二气源291。第一气体输送元件217输送第一处理气体(例如前体气体)到第一气室219。气室219包括形成在其中的开口220，用以输送气体通过。气体沿着流动路径“A”经由开口220离开第一气室219到达基板216附近的区域，以方便材料沉积在基板216上。
第二气体输送元件218与每个喷洒头213A和213B的第二气室221流体连通。每个第二气室221设置于各个第一气室219的周围附近。处理气体(例如惰性气体，如氩气或氦气)经由第二气体输送元件218被引入第二气室221，并经由形成在其中的开口222离开第二气室221。离开第二气室221的处理气体形成气幕223，气幕223作为阻障，以在其中容纳离子化气体“P”，从而防止材料沉积在线性等离子体源210中不期望的位置上。
离子化气体P包括从第一气室219的开口220离开的处理气体或由该处理气体产生。离子化气体P通过施加来自电源224的电力而从处理气体产生。该电源包括RF电源225和可选择的匹配226(例如匹配网络)，以及电连接227。可以使用来自电源224的电力施加来在邻近基板216处产生离子化气体P，例如等离子体。电极228位于喷洒头213A和213B下方并在带214的相对侧上作为基板216，以方便将基板216放置在靠近离子化气体P的位置。可以通过电源290(例如AC或DC电源)对电极228(其可包括加热元件229)施加电偏压，以使电极228接地。
气体成型装置231(例如可致动的挡板)位于每个喷洒头213A和213B的下表面附近。气体成型装置231包括挡板232以及致动器233，挡板232由相对于处理气体为惰性的材料(例如石英)所形成。致动器233(例如液压致动器、气动致动器或电致动器)适以将挡板232定位于各个喷洒头213A或213B的表面附近，并选择性地堵住处理气体通过开口220的通路。在处理过程中挡板232是动态可致动的，以调整离开喷洒头213A和213B的气体量，并因而调整离子化气体P的位置或离子化气体P在某些位置的密度。在一个实施例中，挡板232的致动可以对应于或取决于输送器212或输送器212上的基板216的移动，并且可以由一或多个控制器236控制。因此，当基板216移动通过时可以在离子化气体P内的特定位置调整离子化气体P的密度，以促使基板216上的均匀沉积。可调整的离子化气体P密度通过允许在基板216上的特定位置有增加或减少的沉积而促进均匀的沉积，从而产生均匀的沉积轮廓。此外，挡板232的动态实时致动使得在基板移动的同时可以修正基板上的沉积轮廓。
气体成型装置231还包括机械性的连接，例如杆234，杆234耦接致动器233与挡板232。一般来说，将杆234的直径最小化，以便不破坏气幕223。在一个实施例中，挡板232可以具有平坦的矩形形状，然而，还可以构思的是挡板232可以具有其他的形状，包括弧形或圆形。
图3为依据本发明的另一个实施例具有气体成型装置331的线性等离子体源310的示意性剖面图。线性等离子体源310与线性等离子体源210类似，然而，线性等离子体源310包括与气体成型装置231不同的气体成型装置331。气体成型装置331包括位于每个喷洒头213A和213B附近的磁铁370。磁铁370位于每个喷洒头213A和213B的下表面下方，并在输送器212上方邻近离子化气体P。磁铁370适于影响或成型离子化气体P，以控制离子化气体P相对于基板216的密度、形状或位置。磁铁370对离子化气体P的影响通过磁铁370相对于离子化气体P的位置来决定。磁铁370的位置由控制器236所决定，控制器236被耦接到致动器333。致动器333(可以包括轨道或导轨系统)适于在X、Y及Z轴位置相对于离子化气体P移动磁铁370。磁铁370通过联接338被耦接到各个致动器333。磁铁370的移动可以与基板216沿输送器212的移动关联，以便通过控制离子化气体P的密度或位置在基板216的表面上促成均匀的处理(例如沉积)。还可以构思的是磁铁370可以是永久磁铁，或者可以是具有与其耦接的电源的电磁铁。
图4为具有可调整喷洒头413A和413B的线性等离子体源410的示意性剖面图。线性等离子体源410与线性等离子体源210类似，不同之处仅在于线性等离子体源410使用可调整的喷洒头413A和413B来操作离子化气体P的密度或位置，而不是使用挡板232(如图2所图示)。喷洒头413A和413B通过致动器433而致动(例如转动、倾斜或垂直移动)，致动器433通过联接441耦接到喷洒头413A和413B。可以通过致动器433调整耦接到相对应喷洒头413A或413B的一或两个联接441的长度，以调整喷洒头413A或413B的角度或位置。喷洒头413A和413B的位置调整影响了离子化气体P相对于基板216位置的靠近程度，并因而影响基板216表面上的沉积轮廓。举例来说，将喷洒头413A或413B的一端移动到更接近基板216可能会导致靠近各个喷洒头413A或413B的较低端的基板216上更大量的沉积。
当基板216被输送到喷洒头413A和413B附近时，致动器433能够实时调整喷洒头413A和413B的位置，以促进基板216上均匀的沉积。因为喷洒头413A和413B是可移动的，所以使用柔性配件或管件来将第一气源230耦接至喷洒头413A和413B可能是理想的，藉以允许喷洒头413A和413B的移动具有降低的气体泄漏可能性。
喷洒头413A和413B仅包括单一气室219。为了在输送器212上方的所需区域442中含有离子化气体P，将容纳气体的外壳443定位于区域442的周围。容纳气体的外壳443通常是固定的，并且由和喷洒头组件413A和413B相同的材料所形成，例如铝或不锈钢。容纳气体的外壳443可以具有圆柱形或矩形的形状，或任何其他足以在区域442中容纳离子化气体P的形状。
图5为具有喷洒头513A和513B的线性等离子体源510的示意性剖面图，喷洒头513A和513B具有不同的(即分离的)气体通道穿过。线性等离子体源510与线性等离子体源210类似，两者不同之处仅在于线性等离子体源510使用喷洒头513A和513B促进基板216上的均匀沉积，而不是气体成型装置231(如图2所图示)。喷洒头513A和513B中具有分离的气体通道550和551，并适于控制离子化气体P的区域组成，以方便基板的均匀处理。每个喷洒头513A和513B中的第一分离气体通道550流体连接到第一气源230，而第二分离气体通道551被耦接到第三气源545，第三气源545可以供应与第一气体供给源230相同或不同的处理气体。分离的气体通道550和551允许控制提供到处理区域442的气体组成，因为可以个别地控制每种气体的流动速率。此外，由于分离的气体通道550和551流体连接到不同的开口220，故可以沿着喷洒头513A和513B线性地控制离子化气体的组成，特别是在输送器212的移动方向上。举例来说，由于使用分离的气体通道550和551，故可以相对于其他开口提供较大的前体气流速率到一些开口220。因此，在离子化气体P内的某些点上，离子化气体P将具有相对于其他的点更大的前体材料浓度，藉以促进在离子化气体P内较大浓度附近区域处的基板上的沉积速率增加。因此，可以经由分离的气体通道550和551来控制离子化气体P的组成或密度，以通过增加或减少在所需位置的沉积速率而促进材料均匀地沉积在基板216上。
如图示，分离的气体通道550和551提供处理气体通过形成于喷洒头513A和513B内的交替的开口220。然而，也可以构思其他用于控制离子化气体P组成的实施例。举例来说，也可以构思的是，第一分离气体通道550可以提供气体到第一组气体开口220，第一组气体开口220设置在每个喷洒头513A和513B的第一端，而第二组分离气体通道551提供气体通过设置在喷洒头513A和513B相对端的开口220。在这样的实例中，可以使用分离气体通道550和551来线性地调整离子化气体P沿着喷洒头513A和513B的组成。也可以构思分离气体通道550和551的其他配置，以视需要调整离子化气体P的组成和密度。此外，还要注意的是，可以在处理过程中调整通过每个气体通道550和551的流动速率。
图2-5图示线性等离子体源的实施例，然而，也可以构思其他的实施例。在另一个实施例中，构思的是线性等离子体源210、310、410以及510可以包括多于或少于两个喷洒头。在又另一个实施例中，构思的是喷洒头213A和213B可以不包括第二气室221。替代地，可以使用由铝或不锈钢形成的物理壁(例如挡板)来容纳离子化气体P。在另一个实施例中，构思的是可以使用RF电力以外的能量源来产生离子化气体P。举例来说，构思的是可以使用电子束源来产生离子化气体P。电子束源可以是可相对于喷洒头致动的，以在处理过程中在离子化气体P内的某些位置动态地调整离子化气体P的密度。
图6A和图6B为依据本发明的实施例的喷洒头613A和613B的示意性仰视图。可以在任何线性等离子体源210、310、410或510中使用喷洒头613A和613B。喷洒头613A包括形成在喷洒头下表面的数个开口220，以允许一或多个气体通道穿过。将开口220配置在其间具有宽度增加的行中。行之间的宽度在基板的移动方向(如箭头104所示)上增加。可以使用喷洒头613A来例如增加在基板前缘上的沉积，以促进材料在基板上的均匀沉积。构思的是，可以成型或调整离开喷洒头613A中的开口220的气体，例如使用气体成型装置，以进一步促进均匀的沉积。还可以构思的是，可以在基板的移动方向上减少行宽。
喷洒头613B包括开口620，将开口620配置在等距的行中，但在基板移动的方向(如箭头104所示)上具有减小的直径。直径较大的开口能够具有较高的通过气流速率，从而增加了在基板前缘的沉积速率，以促进基板上的均匀沉积。构思的是，可以成型或调整离开喷洒头613B中的开口620的气体，例如使用成型气体装置，以进一步促进均匀的沉积。还可以构思的是，开口620可以在基板移动的方向上交替地具有增加的直径。
基板在任何线性等离子体源210、310、410或510的处理过程中，将基板移动经过各别的喷洒头，以沉积材料在基板上。举例来说，该材料可以是来自离子化气体的前体材料。因为在沉积工艺过程中基板是一直移动的，所以材料可能不会均匀地沉积在基板表面上。举例来说，即使在处理过程中当基板相对于喷洒头移动时工艺参数通常保持不变，但基板的前缘相对于基板的其余部分可能会遭遇上面有减少的沉积。
为了解决非均匀处理的问题，线性等离子体源适以在沉积工艺过程中实时调整处理条件(例如离子化气体的组成、位置或密度)。因此，沉积轮廓可以被调整，以促进基板上的均匀沉积。举例来说，在通常会在基板的前缘上产生减少沉积量的沉积工艺中，可以编程或控制线性等离子体源210、310、410及510，以相对于基板其余部分增加基板前缘上的沉积。当基板继续移动经过线性等离子体源到喷洒头附近时，可以调整工艺参数，以使基板其余部分上的沉积均等。在这样的实例中，材料的沉积增加，以促进基板前缘上有更多的沉积，然后减少基板后缘的沉积，因而造成基板的整个表面上有均匀的沉积。当基板移动靠近喷洒头时，可以实时进行这些调整。
可以构思的是，可以通过使用每个线性等离子体源210、310、410及510内包括的控制器来实现基板上均匀的沉积。可以使用预先决定的工艺参数组(例如气体成型特征的移动或喷洒头的角度调节)编程该控制器，以促使以重复的方式进行均匀的沉积。在决定每个线性等离子体源的控制范例之后，则可以在每个线性等离子体源中使用预定的移动范例来均匀地处理基板。
上述的实施例讨论了有关基板上的沉积。然而，可以构思的是，本文所描述的方法和设备同样可应用于其他的工艺。举例来说，本文中的实施例也可以应用于蚀刻工艺。
本发明的优点包括在线性等离子体源中均匀地处理移动的基板。本发明的实施例允许在基板相对于沉积源(例如喷洒头)移动的同时控制离子化处理气体。在处理过程中基板的移动导致工艺时间减少，从而提高产量。
虽然前述是针对本发明的实施例，但是在不偏离本发明的基本范围下可以设计本发明的其他实施例及深一层的实施例，并且本发明的范围是由权利要求书所决定。
Claims (15)
1.一种线性等离子体源，包含：
喷洒头，内部形成有开口，用以供气体流过；
设置于所述喷洒头附近的输送器，所述输送器上适以支撑基板并将所述基板相对于所述喷洒头移动；
电源，用以离子化所述气体；以及
气体成型装置，设置于所述喷洒头附近，以影响基板上的沉积轮廓，其中所述气体成型装置在处理过程中是可致动的。
2.如权利要求1所述的线性等离子体源，其特征在于，所述气体成型装置为可移动的挡板，所述挡板适于防止或减少通过形成于所述喷洒头内的至少一些所述开口的气流。
3.如权利要求2所述的线性等离子体源，其特征在于，所述可移动的挡板是可致动到位于所述喷洒头与所述输送器之间的位置。
4.如权利要求3所述的线性等离子体源，其特征在于，所述可移动的挡板由不锈钢或石英所形成。
5.如权利要求4所述的线性等离子体源，其特征在于，所述可移动的挡板回应所述输送器的移动而移动。
6.如权利要求1所述的线性等离子体源，其特征在于，所述气体成型装置包含一或多个磁铁，所述磁铁设置于所述喷洒头附近并且适以影响所述离子化气体，其中所述一或多个磁铁可在X、Y及Z方向上移动，且其中所述磁铁回应所述输送器的移动而移动。
7.一种线性等离子体源，包含：
喷洒头，具有下表面，所述下表面内部形成有开口，用以供气体流过；
设置于所述喷洒头附近的输送器，所述输送器上适以支撑基板并将所述基板相对于所述喷洒头移动；
电源，用以离子化所述气体；以及
致动器，适以改变所述喷洒头的所述下表面的角度相对于所述输送器的上表面的角度。
8.如权利要求7所述的线性等离子体源，其特征在于，所述气体经由柔性软管或配件提供到所述喷洒头。
9.如权利要求7所述的线性等离子体源，进一步包含设置于所述输送器上方的第二喷洒头，其中所述喷洒头适以相对于所述输送器的行进方向倾斜或下降。
10.如权利要求7所述的线性等离子体源，其特征在于，所述输送器上适以支撑数个基板。
11.一种线性等离子体源，包含：
输送器，所述输送器上适以支撑基板，并且所述输送器在第一方向上移动所述基板；
喷洒头，位于所述输送器上方，所述喷洒头具有分离的气体通道，所述气体通道流体耦接到形成于所述喷洒头内的开口，用以供气体流过，其中通过所述喷洒头的所述气流为非均匀的；以及
电源，用以离子化所述气体。
12.如权利要求11所述的线性等离子体源，其特征在于，沿着第一方向的所述开口的变动间距导致所述非均匀的气流。
13.如权利要求11所述的线性等离子体源，其特征在于，所述开口的直径沿着第一方向增加，且其中所述非均匀性包含非均匀的气体组成。
14.如权利要求11所述的线性等离子体源，其特征在于，所述喷洒头中包含数个不同的气体通道。
15.一种在线性等离子体源中处理基板的方法，包含以下步骤：
将基板放置于输送器上；
将基板输送到喷洒头附近；以及
使所述基板曝露于离子化气体，以在所述基板上沉积膜，其中以气体成型装置影响所述离子化气体，以于所述基板被输送到靠近所述喷洒头时在所述基板上均匀地沉积所述膜，其中以气体成型装置影响所述气体包含移动挡板到靠近所述喷洒头的下表面，以防止或减少通过的气流。
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