CN104362066A - 用于cvd 腔室清洗的远程诱导耦接的等离子体源 - Google Patents
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Abstract
本发明主要包括远程等离子体源和在远程等离子体源中产生等离子体的方法。清洗气体可在远程位置被激发为等离子体并且随后提供到处理腔室。通过在冷却RF线圈外部流动清洗气体，在可高压或低压下并且将高RF偏压施加到线圈而激发等离子体。冷却RF线圈可减少线圈的溅射并从而减少与清洗气体等离子体一起被输送到处理腔室的不期望污染物。减少线圈的溅射可延长远程等离子体源的使用寿命。
Description
本申请是2008年6月2日提交的申请号为200810111506.4的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明的实施方式主要涉及用于制造将被传输到处理腔室的等离子体的远程等离子体源。
背景技术
等离子体处理用于多种器件制造应用中的多个制造步骤。对于太阳能电池板或平板显示器，近来基板尺寸一直在增加。随着基板尺寸增加，需要更多的等离子体。另外，在处理期间，材料可能沉积于处理腔室的暴露区域上。随着材料积累，存在材料可能剥落并污染基板的危险。通过周期性地清洗处理腔室，可从腔室去除不期望的沉积物以减少基板污染。
因为基板尺寸由于增长的需求而一直增加，并且在一些情形下，必不可少地需要增加密度的等离子体以有效地清洗处理腔室。
因此，在现有技术中需要一种改进的远程等离子体源。
发明内容
本发明主要包括远程等离子体源和在远程等离子体源中产生等离子体的方法。清洗气体可在远程位置被激发为等离子体并且随后将等离子体提供到处理腔室。通过在冷却RF线圈外部流动清洗气体，可在高压或低压下并且同时提供高RF偏压到线圈来激发等离子体。冷却RF线圈可减少线圈的溅射并因此减少与清洗气体等离子体一起被输送到处理腔室的不期望的污染物。减少线圈的溅射可延长远程等离子体源的使用寿命。
在一个实施方式中，公开了一种远程等离子体源。所述远程等离子体源包含：外壳；气体入口，所述气体入口与所述外壳耦接；等离子体出口，所述等离子体出口与所述外壳耦接；金属管道，所述金属管道设置在所述外壳内。所述金属管道具有外侧表面和内侧表面，并且所述金属管道的预定厚度为厚于射频电流的穿透深度。射频输入可与所述外侧表面耦接且射频输入将在所述金属管道外侧流动的气体在所述外壳内激发成等离子体。第一冷却液入口可与所述内侧表面耦接，使冷却液与所述金属管道外侧流动的气体相反地流经所述金属管道的内侧。
在另一实施方式中，公开一种等离子体产生方法。所述等离子体产生方法包含：经过气体入口将气体流入腔室中；与所述气体的流动方向相反地在冷却管道内流动冷却液经过所述腔室，所述冷却管道的预定厚度为厚于射频电流的穿透深度；沿着所述冷却管道的外侧表面流动射频电流；在所述腔室内激发等离子体；以及经过等离子体出口将所述等离子体流出所述腔室。
在另一实施方式中，公开一种等离子体设备。所述等离子体设备包含：处理腔室；射频匹配网络；以及远程等离子体源，所述远程等离子体源与所述处理腔室和射频匹配网络耦接。所述远程等离子体源可包含：外壳；以及冷却管道，所述冷却管道设置在所述外壳内。所述冷却管道与冷却液入口和出口耦接。所述射频匹配网络与所述冷却管道耦接并且所述射频匹配网络将在所述冷却管道外侧流动的气体在所述外壳内激发成等离子体，所述气体与所述冷却液的流动方向相反，其中所述冷却管道的预定厚度为厚于射频电流的穿透深度。
在另一实施方式中，公开一种远程等离子体源。所述远程等离子体源包含：外壳和冷却液路径(pathway)，所述冷却液路径设置在所述外壳内。所述路径可与射频匹配网络耦接。气体入口可与外壳耦接。气体入口提供气体到外壳内，使得气体在冷却液路径外部流动。
在另一实施方式中，公开一种等离子体产生方法。所述等离子体产生方法包含：在冷却管道内部流动冷却液，所述冷却管道的预定厚度为厚于射频电流的穿透深度；沿所述冷却管道的外部流动射频电流；以及将在所述冷却管道外部流动的气体激发为等离子体，所述气体与所述冷却液方向相反地流动。
附图说明
因此为了更详细地理解本发明的以上所述特征，将参照实施方式对以上简要所述的本发明进行更具体描述，其中部分实施方式在附图中示出。然而，应该注意，附图仅示出了本发明典型的实施例，因此不能认为是对本发明范围的限定，因为本发明可以允许其他等同的有效实施例。
图1是根据本发明实施方式的处理设备的示意性横截面视图；
图2是根据本发明一个实施方式的远程等离子体源的示意性俯视图。
为了便于理解，尽可能使用相同的附图标记指示附图中共有的相同元件。可以理解在一个实施方式中公开的元件可以有利地用于其它实施方式中，而不用特别阐述。
具体实施方式
本发明主要包括远程等离子体源和在远程等离子体源中产生等离子体的方法。清洗气体可在远程位置被激发为等离子体，并且随后等离子体被提供到处理腔室。通过将清洗气体流到冷却RF线圈外部，可在高压或低压并且同时提供高RF偏压到线圈的情况下激发等离子体。冷却RF线圈可减少线圈的溅射，并因此减小与清洗气体等离子体一起被输送到处理腔室的不期望的污染物。减少线圈的溅射可延长远程等离子体源的使用寿命。
以下将针对可从CA的Santa Clara的应用材料有限公司分公司AKT购得的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)腔室示意地描述本发明。可以理解本发明可等效地应用到可能需要利用RF电流将气体激发为等离子体的包括物理气相沉积(PVD)腔室的任何腔室。还可以理解以下所述的本发明可等效地应用到由其它供应商制造的PECVD腔室和其它腔室。
图1是根据本发明的一个实施方式的处理设备100的示意性横截面视图。设备100包含PECVD腔室102。基座106可利用接地带(grounding strap)126而接地，所述接地带126与腔室102的底部104耦接。衬底108可设置在基座103上并且衬底108可相对于喷头110放置于腔室102内。喷头110可通过托架114支撑于腔室102内。衬底108可经过流量阀118插入腔室102内并设置于升降杆142上。基座106随后可提升以与衬底108相遇。支杆120上的基座106可通过致动器122提升。真空泵124可对腔室102抽真空。
可将气体从气源132提供到喷头110。气体可通过远程等离子体源130，在所述远程等离子体源130处气体可被激发为用于清洗目的等离子体或仅仅允许穿过腔室102。气体可在腔室102内通过由RF电源128施加的RF电流而被激发为等离子体。首先将气体提供到高压室(plenum)136，所述高压室136设置在盖112与喷头110的上游侧138之间。气体可充分均匀地分布在高压室内并且随后经过气体通道116，所述气体通道116在喷头110中上游侧138与下游侧140之间延伸。在一个实施方式中，气体通道116可包含空心阴极腔。只要在远程等离子体源130中远程地产生等离子体，则RF电流可从RF匹配网络134施加到远程等离子体源130的相对端。
图2是根据本发明的一个实施方式的远程等离子体源200的示意性俯视图。远程等离子体源200可包含腔室202，所述腔室202具有壁204，在所述壁204中具有一个或多个冷却通路206。冷却流体可经过冷却入口210提供到冷却通路206并经过冷却出口208排出冷却通路206。壁204在腔室202内侧可具有导电表面248以有助于形成等离子体。通过冷却壁204，可减少来自壁202的任何可能溅射并且可增加远程等离子体源200寿命。
气体可经过气体入口214被输送到腔室202，在该处气体可被激发为等离子体并且随后经由等离子体排放装置216排放到处理腔室。气体可通过RF电流激发为等离子体。RF电流可沿着腔室202内的线圈238的外部流动。线圈238可导电并且包含金属。因而，壁204和线圈238两者可都是导电的。当在腔室202内激发等离子体时，等离子体可由线圈238和壁204的导电材料而不是绝缘材料包围。因为线圈238在导电壁204内部并且等离子体在壁204和线圈238之间形成，所以等离子体可不接地并且不致使远程等离子体源200失效。因此，由于在线圈238外部形成等离子体，可以增加远程等离子体源200的寿命。
在一个实施方式中，气体可包含清洗气体诸如NF3、F2和SF6。在另一实施方式中，气体可包含蚀刻气体。在又一实施方式中，气体可包含沉积气体。
RF电流可从匹配网络236提供到线圈238。匹配网络236可具有双端输出以将RF电流提供到远程等离子体源200的相对端224、230。RF电流可经过RF耦接器(RF coupling)228、234与每端224、230耦接。在RF耦接器234处耦接的RF电流与耦接到RF耦接器228的RF电流的相位可相差180度。通过在彼此相位偏差180度的两个位置处提供RF电流，可供应较低的RF电流。在一个实施方式中，一个RF耦接器228、234可接地，而其它RF耦接器228、234偏置。当将一个RF耦接器228、234接地时，提供到其它RF耦接器228、234的RF电流可以是当在两端224、230处供应的彼此的相位偏差的RF电流的两倍。
RF电流可沿着两端224、230之间的金属管道244、246外部和线圈238流动。在腔室202外部，管道244、246可由绝缘管道240、242围绕。金属管道244、246可足够厚，从而防止RF电流穿透到管道244、246内部中。RF电流可沿腔室202内的线圈238外部流动并且将气体在腔室202内激发为等离子体。线圈238可包含诸如铝的金属。
因为RF电流激起腔室202内的等离子体，所以线圈238可能非常热并且可能导致线圈238的不期望的溅射。如果线圈238被溅射，则线圈材料可沉积于腔室壁的内侧上。可选地，被溅射的线圈材料可排出远程等离子体源200并与等离子体一起进入处理腔室。通过利用冷却液冷却线圈238，可减少不期望的溅射。冷却液可经过冷却入口232供应到线圈238并经过冷却出口226排出线圈238。在一个实施方式中，冷却液可包含水。在另一实施方式中，冷却液可包含乙二醇。基于期望被供应的RF电流，可将线圈238和金属管道244、246的厚度预定为厚于RF电流的穿透深度。因而，可减少冷却液与RF电流的任何耦接。
如可从图2中看出，冷却液可与流入腔室202的气体流相反地流经线圈238内侧。因此，由于与气体入口214相比在等离子体排放装置216附近具有预期较高的温度，所以该相反流有助于冷却。随着等离子体经过等离子体排放装置216被排放出，冷却液可被提供到冷却管道218以冷却等离子体管道216并减少等离子体排放装置216的溅射或失效。冷却液可经过冷却入口222提供并经过冷却出口220排出冷却管道218。
通过在冷却的RF线圈外部的导电外壳内产生等离子体，可在高压或低压下形成高密度等离子体并且随后提供到处理腔室。冷却后的线圈和冷却后的导电壁可减少线圈和壁的溅射。远程等离子体源的导电壁和线圈可减少远程等离子体源失效的可能性，原因在于远程等离子体源内的接地、绝缘表面最小化。因而，远程等离子体源可增加寿命。
虽然上述描述针对本发明的实施方式，但是在不脱离本发明的基本范围下，可承认本发明的其它和进一步的实施方式，并且本发明的范围由以下的权利要求确定。
Claims (5)
1.一种远程等离子体源，包含：
外壳，所述外壳具有至少一个导电壁以及至少一个冷却通道，所述至少一个冷却通道在所述至少一个导电壁内延伸；
气体入口，所述气体入口在与所述至少一个导电壁毗邻的第一壁处与所述外壳耦接；
等离子体出口，所述等离子体出口在与所述至少一个导电壁毗邻且与所述第一壁相对的第二壁处与所述外壳耦接；
冷却管道，所述冷却管道围绕所述等离子体出口；
金属线圈，所述金属线圈设置在所述外壳内，所述金属线圈具有外侧表面和内侧表面，并且所述金属线圈的预定厚度为厚于射频电流的穿透深度，所述金属线圈具有第一端和第二端，所述第一端与从设置在所述第一壁的外部的第一位置延伸的第一金属管道连接，所述第二端与从所述第二壁的外部的第二位置延伸的第二金属管道连接；
射频输入，所述射频输入在所述第一位置和所述第二位置与所述外侧表面耦接，且所述射频输入将在所述金属线圈外侧流动的气体在所述外壳内激发成等离子体；以及
第一冷却液入口，所述第一冷却液入口与所述内侧表面耦接，冷却液与所述金属线圈外侧流动的气体相反地流经所述金属线圈的内侧。
2.一种等离子体设备，包含：
处理腔室；
射频匹配网络；以及
远程等离子体源，所述远程等离子体源与所述处理腔室和射频匹配网络耦接，所述远程等离子体源包含：
外壳，所述外壳具有至少一个导电壁以及至少一个冷却通道，所述至少一个冷却通道在所述至少一个导电壁内延伸；
气体入口，所述气体入口在与所述至少一个导电壁毗邻的第一壁处与所述外壳耦接；
等离子体排出口，所述等离子体排出口在与所述至少一个导电壁毗邻且与所述第一壁相对的第二壁处与所述外壳耦接；
冷却管道，所述冷却管道围绕所述等离子体排出口；以及
金属线圈，所述金属线圈延伸通过所述外壳并具有第一端和第二端，所述第一端与从设置在所述第一壁的外部的第一位置延伸的第一金属管道连接，所述第二端与从所述第二壁的外部的第二位置延伸的第二金属管道连接，所述第一金属管道与冷却液入口耦接，所述第二金属管道与冷却液出口耦接，其中所述射频匹配网络在所述第一位置和所述第二位置与所述第一金属管道和第二金属管道耦接并且将在所述冷却管道外侧流动的气体在所述外壳内激发成等离子体，所述气体与所述冷却液的流动方向相反，所述冷却管道的预定厚度为厚于射频电流的穿透深度。
3.一种等离子体产生方法，包含：
在冷却管道内侧流动冷却液，所述冷却管道的预定厚度为厚于射频电流的穿透深度；
沿所述冷却管道的外侧流动射频电流；以及
将在所述冷却管道外侧与所述冷却液方向相反地流动的气体激发为等离子体。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述冷却管道设置在导电外壳内。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述流动射频电流包含在所述冷却管道一端施加具有第一相位的射频电流以及在所述冷却管道的另一端施加第二相位的射频电流，其中所述第二相位与所述第一相位相差180度。
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