CN105051866B - 用于旋转压板式ald腔室的等离子体源 - Google Patents

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Abstract

提供了基板处理腔室以及用于处理多个基板的方法，并且所述基板处理腔室大体包括电感耦合的饼形等离子体源，所述电感耦合的饼形等离子体源定位成使得在压板上旋转的基板将穿过与所述等离子体源相邻的等离子体区域。

Description

用于旋转压板式ALD腔室的等离子体源
技术领域
本发明的实施例总体涉及用于处理基板的装置。更具体而言，本发明涉及用于在基板上执行原子层沉积(ALD)和化学气相沉积(CVD)的批量处理平台。
背景技术
形成半导体器件的工艺通常在容纳有多个腔室的基板处理平台中进行。在一些情况下，多腔室式处理平台或群集工具的目的在于，在受控环境中，顺序地对基板执行两个或更多个工艺。然而，在其他情况下，多腔室式处理平台可以仅对基板执行单个处理步骤；附加的腔室旨在使平台处理基板的速率最大化。在后一种情况下，对基板执行的工艺通常是批量处理，其中，在给定腔室中，同时处理相对大数量的(例如，25个或50个)基板。以经济上可行的方式来说，对单独的基板执行的过于耗时的工艺(诸如，对ALD工艺及一些化学气相沉积(CVD)工艺)，批量处理是尤其有益的。
基板处理平台或系统的有效性通常通过拥有成本(COO)来量化。尽管受到许多因素影响，但是COO在很大程度上受到系统占地面积(footprint)(即，在制造工厂中操作该系统所需的总体占地空间)以及系统产量(即，每小时处理的基板数量)影响。占地面积通常包括维护所需的、邻近系统的进出区域。因此，尽管基板处理平台可能相对较小，但是如果该基板处理平台需要从所有的侧面进出来操作和维护，那么系统的有效占地面积仍可能过大。
随着半导体器件的尺寸缩小，半导体产业对工艺可变性的容限持续减小。为了满足这些更严格的工艺要求，产业已开发了满足更严格工艺窗要求的大量新工艺，但是这些工艺常常要花费较长的时间来完成。例如，为了将铜扩散阻挡层共形地形成到高深宽比、65nm或更小互连特征的表面上，可能必须使用ALD工艺。ALD是CVD的变体，与CVD相比，ALD展现极佳的阶梯覆盖性。ALD基于原子层外延(ALE)，ALE最初用于制造电致发光显示器。ALD采用化学吸附作用以在基板表面上沉积反应前体分子的饱和单层。这通过使适当的反应前体的脉冲循环交替到沉积腔室中来实现。反应前体的每次注入通常通过惰性气体净化分开进行，以将新原子层提供到先前所沉积的层上，从而在基板表面上形成均匀的材料层。反应前体及惰性净化气体的循环重复进行，以将材料层形成到期望厚度。ALD技术最大缺点在于，沉积速率远低于典型CVD技术至少一个数量级。例如，一些ALD工艺可能需要从约10分钟到约200分钟的腔室处理时间来将高质量的层沉积在基板表面上。在选择此类ALD及外延工艺以获得更佳的器件性能时，由于非常低的基板处理产量，在常规的单个基板处理腔室中制造器件的成本将增加。因此，当实现此类工艺时，需要连续基板处理方法以便在经济上可行。
当前，由于处理期间基板遵循的路径，旋转传送型的处理系统不提供均匀的等离子体处理。因此，在本领域中需要实现ALD膜的均匀沉积和后处理的连续基板处理。
发明内容
本发明的实施例涉及处理腔室，所述处理腔室包括至少一个电感耦合的饼形等离子体以及基板支撑装置。所述至少一个电感耦合的饼形等离子体源沿弧形路径被定位在所述处理腔室中，以便在与所述等离子体源相邻的等离子体区域中生成电感耦合等离子体。所述饼形等离子体源在内周边缘处具有狭窄的宽度，且在外周边缘处具有较大的宽度。所述饼形等离子体源包括在电感耦合的饼形等离子体源内的多个导电棒。所述电感耦合等离子体在狭窄的内周边缘与较宽的外周边缘之间具有基本上均匀的等离子体密度。所述基板支撑装置在所述处理腔室内，并且所述基板支撑装置可绕所述处理腔室的中心轴旋转，以使至少一个基板沿与所述至少一个饼形等离子体源相邻的所述弧形路径移动。
在一些实施例中，所述导电棒被径向地间隔开，并且所述导电棒沿所述电感耦合的饼形等离子体源的所述宽度延伸。在一个或多个实施例中，所述导电棒之间的间距是所述饼形等离子体源的被所述导电棒延伸穿过的宽度的函数。在一些实施例中，相比在所述外周边缘处，朝向所述饼形等离子体源的所述内周边缘，导电棒的密集度更大。
在一个或多个实施例中，所述多个导电棒包括重复地穿过所述饼形等离子体源的单个棒。在一些实施例中，所述导电棒中的每一个导电棒都是分开的棒。
在一个或多个实施例中，所述多个导电棒以相对于所述饼形等离子体源的径向壁的倾斜角度延伸，每个导电棒延伸穿过所述饼形等离子体源的长度。
在一些实施例中，所述饼形等离子体源还包括电介质层，所述电介质层在所述多个导电棒与其中形成等离子体的区域之间。在一个或多个实施例中，所述电介质层包括石英。
一些实施例进一步包括多个气体分布组件，所述多个气体分布组件围绕所述处理腔室的所述中心轴被间隔开，并且所述多个气体分布组件定位在所述基板支撑装置上方。在一个或多个实施例中，所述气体分布组件中的每一个气体分布组件包括多个伸长气体端口，所述伸长气体端口在基本上垂直于由所述至少一个基板横穿的所述弧形路径的方向上延伸。所述多个气体端口包括第一反应气体端口和第二反应气体端口，使得穿过所述气体分布组件的基板将按顺序经受所述第一反应气体端口和所述第二反应气体端口以将层沉积在所述基板上。在一个或多个实施例中，存在多个电感耦合的饼形等离子体源，所述多个电感耦合的饼形等离子体源与所述多个气体分布组件交替，使得沿所述弧形路径移动的基板将顺序地暴露于气体分布组件和等离子体源。
在一些实施例中，所述基板支撑装置包括基座组件。在一些实施例中，所述基板包括多个凹槽，所述多个凹槽的尺寸设定为用于支撑基板。在一个或多个实施例中，所述凹槽的尺寸设定为使得所述基板的顶表面基本上与所述基座的顶表面共面。
本发明的另外的实施例涉及处理腔室，所述处理腔室包括多个饼形气体分布组件、多个电感耦合的饼形等离子体源以及基座。所述多个饼形气体分布组件围绕所述处理腔室被间隔开，使得所述气体分布组件中的每一个气体分布组件之间存在区域。所述饼形气体分布组件中的每一个气体分布组件具有内周边缘和外周边缘以及多个伸长气体端口，所述多个伸长气体端口从所述内周边缘附近延伸到所述外周边缘附近，并在所述外周边缘处具有比在所述内周边缘处更大的宽度。所述多个气体端口包括第一反应气体端口和第二反应气体端口，使得穿过所述气体分布组件的基板将按顺序经受所述第一反应气体端口和所述第二反应气体端口以将层沉积在所述基板上。所述多个电感耦合的饼形等离子体源围绕所述处理腔室被间隔开，使得所述至少一个电感耦合的饼形等离子体源在所述多个饼形气体分布组件中的每一个气体分布组件之间。所述电感耦合的饼形等离子体源在与所述等离子体源相邻的等离子体区域中生成电感耦合等离子体。所述饼形等离子体源在内周边缘处具有狭窄的宽度，且在外周边缘处具有较大的宽度。所述饼形等离子体源中的每一个饼形等离子体源包括以下一个或多个：穿过所述等离子体源的多个导电棒以及重复地穿过所述等离子体源的单个导电棒。所述基座包括多个凹槽用以支撑多个基板。所述基座可沿与所述多个气体分布组件和所述多个电感耦合的饼形等离子体源中的每一个相邻的圆形路径旋转。所述等离子体区域中的电感耦合等离子体在所述狭窄的内周边缘和所述较宽的外周边缘附近具有基本上均匀的等离子体密度。
在一些实施例中，所述多个导电棒被径向地间隔开，并且所述多个导电棒沿所述电感耦合的饼形等离子体源的所述宽度延伸，其中，所述导电棒之间的间距是所述饼形等离子体源的被所述导电棒延伸穿过的部分的宽度的函数。在一个或多个实施例中，相比在所述外周边缘处，朝向所述饼形等离子体源的所述内周边缘，导电棒的密集度更大。
本发明的进一步的实施例涉及群集工具，所述群集工具包括中央转移站和本文中所述的至少一个处理腔室。所述中央转移站包括机械手，用以在所述中央转移站与负载锁定腔室和处理腔室中的一个或多个之间移动基板。
本发明的另外的实施例涉及对多个基板进行处理的方法。多个基板被装载到处理腔室中的基板支撑件上。旋转所述基板支撑件以使所述所个基板中的每一个基板通过气体分布组件，从而将膜沉积在所述基板上。旋转所述基板支撑件以将所述基板移向与电感耦合的饼形等离子体源相邻的等离子体区域，从而在所述等离子体区域中生成基本上均匀的等离子体。重复旋转以形成期望厚度的膜。
附图说明
因此，为了获得可详细理解本发明的上述特征的方式，上文简要概述的本发明的更具体的描述可以参照实施例来进行，一些实施例图示在附图中。然而，应当注意，附图仅图示了本发明的典型实施例，并且因此不应当被视为限制本发明的范围，因为本发明可允许其他等效实施例。
图1是根据本发明的一个或多个实施例的空间原子层沉积腔室的部分横截面侧视图；
图2示出根据本发明的一个或多个实施例的基座的立体图；
图3示出根据本发明的一个或多个实施例的饼形气体分布组件的示意图；
图4是根据本发明的一个或多个实施例的基板处理系统的示意性平面图，所述基板处理系统被配置有四个气体分布组件以及具有装载站的四个电感耦合的饼形等离子体源；
图5是根据本发明的一个或多个实施例的旋转晶片使该晶片穿过饼形等离子体区域的压板的示意图；
图6A示出根据本发明的一个或多个实施例的电感耦合的饼形等离子体源的俯视图；
图6B示出图6A的等离子体源的立体图；
图7示出根据本发明的一个或多个实施例的具有可变间隔RF导体棒的电感耦合的饼形等离子体源；以及
图8示出根据本发明的一个或多个实施例的具有RF导体棒的电感耦合的饼形等离子体源，RF导电棒以倾斜角度延伸到源侧。
具体实施例
本发明的实施例提供用于连续的基板沉积的基板处理系统，以使产量最大化并改善处理效率。该基板处理系统也可用于沉积前和沉积后的等离子体处理。
如本说明书和所附权利要求书所使用，术语“基板”和“晶片”可互换地使用，两者都指工艺作用于的表面或表面的部分。本领域技术人员还将理解，提及基板也可以指仅基板的部分，除非上下文另外地明确指示。例如，在参考图1所描述的空间分开ALD中，每一种前体被递送至基板，但是，在任何给定时刻，仅将任何单独的前体流、递送至基板的部分。另外，提及沉积在基板上可既意味着裸基板又意味着其上沉积或形成有一个或多个膜或特征的基板。
如本说明书和所附权利要求书所使用，术语“反应气体”、“前体”、“反应物”等等可互换地使用意指包括在原子层沉积工艺中可反应的物质的气体。例如，第一“反应气体”可仅吸附到基板表面上，并可用于与第二反应气体来进行的另外的化学反应。
旋转压板腔室被考虑用于原子层沉积应用。在这种腔室中，一个或多个晶片放置在旋转的支撑器(“压板”)上。随着压板旋转，晶片在各种处理区域之间移动。在ALD中，处理区域将会将晶片暴露于前体和反应物。另外，为了适当地处理膜或表面以实现增强的膜生长或为了获取期望的膜特性，等离子体暴露可能是必需的。本发明的一些实施例提供了在使用旋转压板式ALD腔室时的、ALD膜的均匀沉积和后处理(例如，致密化)。
旋转压板式ALD腔室能够通过传统的时域工艺或通过空间ALD来沉积膜，在时域工艺中，整个晶片被暴露于第一气体、被净化并随后被暴露于第二气体，在空间ALD中，晶片的数个部分被暴露于第一气体，并且数个部分被暴露于第二气体，移动该晶片穿过这些气体流沉积了层。虽然可以采用任一工艺，但是旋转压板对空间工艺可能特别有用。
图1是根据本发明的一个或多个实施例的处理腔室20的部分的示意性横截面图。处理腔室20通常是可密封的罩壳，在真空或至少低压气条件下操作该可密封罩壳。系统100包括气体分布组件30，所述气体分布组件能够跨基板60的顶表面61来分布一种或多种气体。气体分布组件30可以是本领域技术人员已知的任何合适的组件，并且所述特定气体分布组件不应视为限制本发明的范围。气体分布组件30的输出面面对基板60的第一表面61。
用于与本发明的实施例一起使用的基板可以是任何合适的基板。在一些实施例中，该基板是刚性、离散的、大体上平坦的基板。如本说明书和所附权利要求书所使用，当提及基板时，术语“离散的”表示基板具有固定尺寸。一个或多个实施例的基板是半导体基板，诸如，200mm或300mm直径的硅基板。在一些实施例中，基板是硅、硅锗、砷化镓、氮化镓、锗、磷化镓、磷化铟、蓝宝石和碳化硅中的一或多种。
气体分布组件30包括用于将一种或多种气体流传输到基板60的多个气体端口以及多个真空端口，所述真空端口设置在每个气体端口之间，用于将气体流传输送出处理腔室20。在图1的实施例中，气体分布组件30包括第一前体注入器120、第二前体注入器130以及净化气体注入器140。注入器120、130、140可由系统计算机(未示出)(诸如，主机)或由腔室专用的控制器(诸如，可编程逻辑控制器)控制。前体注入器120将化合物A的反应前体的连续(或脉冲)流通过多个气体端口125注入到处理腔室20中。前体注入器130将化合物B的反应前体的连续(或脉冲)流通过多个气体端口135注入到处理腔室20中。净化气体注入器140将非反应或净化气体的连续(或脉冲)流通过多个气体端口145注入到处理腔室20中。净化气体将反应材料和反应副产物从处理腔室20中去除。净化气体通常是惰性气体，诸如，氮、氩和氦。气体端口145设置在气体端口125与气体端口135之间，以便将化合物A的前体与化合物B的前体分开，由此避免前体之间的交叉污染。
另一方面，在将前体注入到处理腔室20之前，远程等离子体源(未示出)可连接到前体注入器120以及前体注入器130。反应物质的等离子体可通过将电场施加于远程等离子体源内的化合物来生成。能够激活预期的化合物的任何电源都可使用。例如，可以使用采用基于DC、射频(RF)和微波(MW)的放电技术的电源。如果使用RF电源，那么该RF电源可以是电容耦合或电感耦合的。激活还可通过基于热的技术、气体击穿技术、高能光源(例如，UV能量)或暴露于X射线源来生成。示例性远程等离子体源可从诸如MKS仪器公司(MKSInstruments,Inc.)和先进能源工业公司(Advanced Energy Industries,Inc.)的供应商处获得。
系统100进一步包括泵送系统150，所述泵送系统被连接到处理腔室20。泵送系统150通常被配置成通过一个或多个真空端口155将气体流从处理腔室20中抽空。真空端口155被设置在每个气体端口之间，以便在气体流与基板表面反应后，将气体流从处理腔室20中抽空，并进一步限制前体之间的交叉污染。
系统100包括多个分区160，所述分区设置在处理腔室20上的每个端口之间。每个分区的下部部分延伸靠近基板60的第一表面61，例如，距离第一表面61约0.5mm或更远。以此方式，分区160的下部部分与基板表面分开一定距离，这个距离足以允许在气体流与基板表面反应后，气体流绕下部部分流向真空端口155。箭头198指示气体流的方向。由于分区160用作气体流的物理阻挡，因此它们还限制了前体之间的交叉污染。所示布置仅是说明性的，并且不应视为限制本发明的范围。本领域技术人员应当理解，所示气体分布系统仅是一个可能的分布系统，并且其他类型喷淋头和气体分布组件也可采用。
这种类型的原子层沉积系统(即，其中多种气体同时分开流向基板)称为空间ALD。在操作中，基板60被递送至处理腔室20(例如，通过机械手来递送)，并且能够在进入处理腔室之前或之后被放置在穿梭件(shuttle)65上。穿梭件65沿轨道70或一些其他合适的移动机构移动穿过处理腔室20，从而通过气体分布组件30下方(或上方)。在图1所示的实施例中，穿梭件65在线性路径上移动穿过腔室。如以下进一步解释，图3示出晶片在圆形路径上移动穿过旋转传送处理系统的实施例。
返回参考图1，当基板60移动穿过处理腔室20时，基板60的第一表面61重复地暴露于来自气体端口125的反应气体A和来自气体端口135的反应气体B，其中，来自气体端口145的净化气体在上述两种反应气体之间。净化气体的注入被设计成在将基板表面110暴露于下一种前体中之前，从先前的前体中去除未反应的材料。在每一次暴露于各气体流(例如，反应气体或净化气体)后，通过泵送系统150经由真空端口155抽空该气体流。由于真空端口可设置在每个气体端口两侧，因此气体流在两侧经由真空端口155抽空。因此，来自相应气体端口的气体流竖直向下通往基板60的第一表面61，穿过基板表面110，然后绕过分区160的下部部分，并且最终向上通往真空端口155。以此方式，每种气体可跨基板表面110均匀地分布。箭头198指示气流方向。在暴露于各气体流中时，基板60还可旋转。基板的旋转对于防止在成形的层中形成条带可能是有用的。基板的旋转可以是连续的，或能以离散步骤进行，并且可在基板通过气体分布组件30下方时或在基板处于气体分布组件30之前和/或之后的区域中时发生。
通常会在气体分布组件30后方提供足够的空间，以便确保完全地暴露于最后一个气体端口。一旦基板60已经完全通过气体分布组件30下方，第一表面61就已完全地暴露于处理腔室20中的每个气体端口。随后，可沿相反方向将基板运输回，或将基板向前运输。如果基板60在相反方向上移动，那么基板表面将以按与首次暴露相反的次序再次暴露于反应气体A、净化气体以及反应气体B。
基板表面110暴露于每种气体的程度可由例如每种气体离开气体端口的流率和基板60移动速率确定。在一个实施例中，每种气体的流率受控制，以便不将吸附的前体从基板表面61上去除。每个分区之间的宽度、处理腔室20上设置的气体端口的数量以及基板通过气体分布组件次数也可确定基板表面61暴露于各种气体的程度。因此，所沉积的膜的量和质量可通过改变以上所提及的因素来优化。
虽然已针对将气流向下引导向定位在气体分布组件下方的基板的气体分布组件30进行了工艺描述，但应理解，这种取向可以是不同的。在一些实施例中，气体分布组件30将气流向上引导向基板表面。如本说明书和所附权利要求书所使用，术语“通过”表示基板已从气体分布组件一侧向另一侧移动，使得基板的整个表面均暴露于来自气体分布板的每一种气体流。在无另外描述的情况下，术语“通过”并不暗示气体分布组件、气流或基板位置的任何特定取向。
在一些实施例中，穿梭件65是用于承载基板60的基座66。一般来说，基座66是帮助跨基板形成均匀温度的载体。基座66可在两个方向上(从左至右以及从右至左，关于图1的布置而言)或沿圆形方向移动(关于图3而言)。基座66具有用于承载基座60的顶表面67。基座66可以是加热基座，使得基板60可受热以进行处理。举例而言，基座66可以是被设置在基座66下方的辐射热灯90、加热板、电阻线圈、或其他加热器件加热。
在又一实施例中，基座66的顶表面67包括凹槽68，用以接受基板60，如图2所示。基座66通常厚于基板厚度，使得基板下方存在基座材料。在一些实施例中，凹槽68的尺寸设定为使得当基板60设置在凹槽68内时，基板60的第一表面61与基座66的顶表面67齐平、或基本共面。换句话说，一些实施例的凹槽68的尺寸设定为使得当基板60设置在所述凹槽68内时，基板60的第一表面61不突出超过基座66的顶表面67。如本说明书和所附权利要求书所使用，术语“基本共面”表示晶片的顶表面与基座组件的顶表面是在±0.2mm内共面。在一些实施例中，顶表面是在±0.15mm、±0.10mm或±0.05mm内共面。
图1示出处理腔室的横截面图，在所述处理腔室中示出单独的气体端口。这个实施例可以是：线性处理系统，其中，单独的气体端口的宽度跨气体分布板的整个宽度基本相同；或者饼形区段，其中，单独的气体端口的宽度改变以与饼形形状相符。如本说明书和所附权利要求书所使用，术语“饼形”用于描述呈大体上扇形的主体。例如，饼形区段可以是圆形或盘形物体的四分之一。饼形区段内部边缘可汇聚于一点，或可截成平坦的边缘或经修圆的(就像图3所示扇体那样)。图3示出饼形气体分布组件30的部分。基板将沿弧形路径32通过这个气体分布组件30。单独的气体端口125、135、145、155中的每一个在气体分布组件30的内周边缘33附近具有较窄的宽度，并且在气体分布组件30的外周边缘34附近具有较大的宽度。单独的端口的形状或深宽比可以是与气体分布组件30区段的形状或深宽比成比例的，或可以不同于气体分布组件区段的形状或深宽比。在一些实施例中，单独的端口被成形为使得沿路径32穿过气体分布组件30的晶片的每一点将会在每个气体端口下具有大约相同的驻留时间。基板路径可垂直于气体端口。在一些实施例中，气体分布组件中的每一个包括多个伸长气体端口，所述伸长气体端口在基本上垂直于由基板横穿的路径的方向上延伸。如本说明书和所附权利要求书所使用，术语“基本垂直”意思是一般移动方向近似地垂直于气体端口的轴线。对于饼形气体端口，气体端口的轴线可被视为被限定为沿端口长度延伸的端口的宽度的中点的线。
具有多个气体注入器的处理腔室能够用来同时处理多个晶片，使得晶片经历相同的工艺流程。例如，如图4所示，处理腔室100具有四个气体注入器组件30以及四个晶片60。在开始处理时，晶片60可定位于注入器组件30之间。使旋转传送装置的基座66旋转45°将会导致每一个晶片60被移动至注入器组件30以进行膜沉积。另外旋转45°将使晶片60移动远离注入器组件30。这是图4所示的定位。利用空间ALD注入器，膜在晶片相对于注入器组件移动期间沉积于晶片上。在一些实施例中，基座66旋转，使得晶片60不在注入器组件30下方停止。晶片60和气体分布组件30的数量可相同或不同。在一些实施例中，将处理的晶片与存在的气体分布组件的数量相同。在一个或多个实施例中，将处理的晶片数量是气体分布组件的数量的整数倍。例如，如果存在四个气体分布组件，那么存在4X个将处理的晶片，其中X是大于或等于1的整数值。
图4所示的处理腔室100仅代表了一个可能的配置，并且不应视为限制本发明的范围。在此，处理腔室100包括多个气体分布组件30。在所示实施例中，存在四个气体分布组件30，这些气体分布组件围绕处理腔室100均匀地间隔。所示处理腔室100是八边形的，然而，本领域的技术人员应当理解，这是一种可能的形状，并且不应视为限制本发明的范围。所示气体分布组件30是矩形的，但是本领域的技术人员应当理解，气体分布组件也可以是饼形区段，就像图3所示那样。
处理腔室100包括基板支撑装置，所述基板支撑装置示出为圆形基座66或基座组件。基板支撑装置(或基座66)能够使得多个基板60在每个气体分布组件30下方移动。负载锁82可连接至处理腔室100的一侧，以便允许基板60从腔室100上装载/卸载。
在一些实施例中，处理腔室包括多个气垫(gas curtain)(未示出)，所述气垫定位于气体分布板30与等离子体站80之间。每个气垫可形成阻挡层，用以防止或最小化来自气体分布组件30的处理气体的移动从气体分布组件区域迁移，以及防止或最小化来自等离子体源80的气体从等离子体区域迁移。气垫可包括能够将单独的处理部分与相邻部分隔离的气体和真空流的任何组合。在一些实施例中，气垫是净化(或惰性)气体流。在一个或多个实施例中，气垫是将气体从处理腔室中去除的真空流。在一些实施例中，气垫是净化气体和真空流的组合，使得按序存在净化气体流、真空流、以及净化气体流。在一个或多个实施例中，气垫是真空流和净化气体流的组合，使得按序存在真空流、净化气体流、以及真空流。
任何等离子体处理都将需要在晶片旋转穿过等离子体区域时，跨该晶片均匀地进行。一种可能的方法是形成具有均匀的等离子体密度的“饼形”(扇形)等离子体区域。图5示出具有单个晶片60的简单压板结构(也被称为基座66或基座组件)。当基座66将基板60沿弧形路径18旋转时，基板60通过呈饼形的等离子体区域220。由于基座正在围绕轴线205旋转，因此基板的不同部分将具有不同的环隙速度，其中，基板的外周边缘比内周边缘移动更快。因此，为了确保基板所有的部分在等离子体区域中具有大约相同的驻留时间，等离子体区域在外周边缘222处比在内周边缘224处更宽。
等离子体源的选项是电感耦合等离子体。此类等离子体具有高的等离子体密度以及低的等离子体电势。电感耦合等离子体经由导体中的RF电流生成。RF承载导体可经由电介质窗与等离子体分开，由此使得膜的金属污染的可能性最小化。
本发明的一些实施例涉及处理腔室，所述处理腔室包括至少一个电感耦合的饼形等离子体源80，所述电感耦合的饼形等离子体源80沿弧形路径被定位在处理腔室中。图6A示出饼形等离子体源80的俯视图，在与所述等离子体源80相邻的等离子体区域220中具有电感耦合等离子体200。饼形等离子体源80在内周边缘224处具有狭窄的宽度，并且在外周边缘222处具有较大或较宽的宽度。
饼形等离子体源80包括在电感耦合的等离子体源80内的多个导电棒240。附图中所示的多个导电棒240经由导线242彼此连接，使得存在连接到单个电源244的一长串的导电棒240。电源244跨导电棒240供应足够的电流，以便在等离子体区域中形成电感耦合等离子体。
在一些实施例中，每个导电棒240被连接至其自身的电源244并独立地受控。这需要多个电源244以及控制电路，但也可对等离子体密度的均匀性提供更佳的控制。
可将导电棒定位在等离子体区域内，或定位于等离子体区域上方的电介质层中。在一些实施例中，导电棒定位在等离子体区域中。在一个或多个实施例中，导电棒被定位在等离子体区域中，并且被包裹或遮蔽以避免基板或基座表面直接面对，从而防止导电棒溅射到该基板或基座上。将导电棒包裹在电介质套筒中(例如，石英或陶瓷)应当会防止导电棒材料中的任何材料发生溅射，溅射可能导致晶片上的金属污染。仅将导电棒对等离子体区域遮蔽仍会允许一些导电棒发生溅射，但应当会使影响晶片的被溅射的材料的量最小化。
图6B示出图6A的等离子体源80的立体图。可以看出，导电棒240沿等离子体源80的宽度延伸，并通过电介质层250与等离子体区域220分开。电介质层可由任何合适电介质材料制成，电介质材料包括但不限于石英、陶瓷和氧化铝。一些电介质材料(例如，石英)的使用可提供对相邻的棒240之间可能的电容耦合的阻挡。
导电棒240被径向地间隔开，并且沿等离子体源80的宽度延伸。被径向地间隔开意思是每个相邻的棒更靠近或更远离处理腔室的中心轴。虽然基板将沿弧形路径，但是单独的导电棒240可以是直的(如图所示)或沿该弧形路径。
在一些实施例中，电感耦合的饼形等离子体源包括RF导体的可变布置，用以改变等离子体的均匀性。图7示出RF导体240的布置，其中，棒排列成在较狭窄部分内周边缘224处比在外周边缘222处更靠近在一起。在不受任何特定的操作理论限制的情况下，据信，RF导体的更接近的布置导致更强的RF耦合。这补偿了扇体的较窄区域中发生的较大的壁损失。发明人已经发现，在导电棒与等离子体之间的任何给定压强与间距下，存在着形成最佳功率传送效率的棒之间的间距。发明人还发现，将棒的间距间隔成比这个值更靠近在一起没有益处，并且实际上可能降低耦合效率。
一些实施例中的导电棒240之间的间距260是饼形等离子体源80的被导电棒240延伸穿过的点处的宽度W的函数。这意味着，随着导电棒移动远离腔室的中心轴，等离子体源80的宽度增加，因此，棒240之间的间距260也会增加。在一个或多个实施例中，电感耦合等离子体在狭窄的内周边缘224与较宽的外周边缘222之间具有基本上均匀的等离子体密度。如本说明书和所附权利要求书所使用，术语“基本上均匀的”表示跨等离子体区域220的宽度和长度，等离子体密度存在小于50％的相对偏差。换句话说，相比在外周边缘222处，朝向饼形等离子体源80的内周边缘224，导电棒240的密集度更大。
图8示出RF导体相对于饼形扇体的壁226形成倾斜角度的另一个实施例。RF导体还相对于晶片60的弧形路径或运动形成倾斜角度。成角度的棒允许更长的棒定位在扇体内，但是也可存在总计更少数量的棒。发明人已发现，棒的倾斜取向可以允许棒的长度受到控制，以在棒与等离子体之间实现极佳的耦合。取向的倾斜角度还可提供等离子体非均匀性的降低。
本发明的另外实施例涉及用于对多个基板进行处理的方法。多个基板被装载到处理腔室中的基板支撑件上。旋转所述基板支撑件以使所述所个基板中的每一个通过气体分布组件，从而将膜沉积在所述基板上。旋转所述基板支撑件以将所述基板移向与电感耦合的饼形等离子体源相邻的等离子体区域，从而在所述等离子体区域中生成基本上均匀的等离子体。这些步骤重复进行，直到形成期望厚度的膜。
传送装置的旋转可以是连续或不连续的。在连续的处理中，晶片持续地旋转，使得它们被轮流暴露于每一个注入器。在不连续的处理中，可将晶片移动至注入器区域并停止该晶片，随后，将该晶片移动至注入器之间的区域84并停止该晶片。例如，旋转传送装置能够旋转，使得晶片从注入器间区域移动而穿过注入器(或在邻近注入器处停止)并继续移动到下一个注入器间区域，在该下一个注入器间区域处，晶片可再次暂停。在注入器之间的暂停可以为每一次层沉积之间的另外的处理步骤(例如，暴露于等离子体)提供时间。
等离子体的频率可依赖于使用的特定反应物质来进行调谐。合适的频率包括但不限于2MHz、13.56MHz、40MHz、60MHz和100MHz。
根据一个或多个实施例，基板在形成层之前和/或之后经受处理。这种处理可在相同的腔室或在一个或多个分开的处理腔室中执行。在一些实施例中，将基板从第一腔室移动到分开的第二腔室，以进一步进行处理。基板可直接从第一腔室移动到分开的处理腔室，或者，基板可从第一腔室移动到一个或多个转移腔室，并且随后被移动到所期望的分开的处理腔室。因此，处理装置可包括与转移站连通的多个腔室。这类装置可被称为“群集工具”或“群集系统”等。
一般来说，群集工具是模块化系统，该模块化系统包括多个腔室，这些腔室执行各种功能，这些包括基板中心定位以及取向、脱气、退火、沉积和/或蚀刻。根据一个或多个实施例，群集工具至少包括第一腔室以及中央转移腔室。中央转移腔室可容纳机械手，该机械手可在处理腔室与负载锁定腔室之间和之中往复搬运(shuttle)基板。转移腔室通常维持在真空条件下，并且提供中间级，该中间级用于将基板从一个腔室往复搬运至另一个腔室和/或定位于群集工具的前端处的负载锁定腔室。可适合于本发明的两个众所周知的群集工具是以及这两者可从加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司(Applied Materials,Inc.,of Santa Clara,Calif.)获得。1993年2月16日颁证的名称为“Staged-Vacuum Wafer Processing Apparatus and Method”(《分级式真空晶片处理装置以及方法》)(Tepman等)的美国专利No.5,186,718中公开了这样一种分级的真空基板处理装置的细节。然而，腔室的确切布置和组合可出于执行如本文所述的工艺的特定步骤的目的而改变。可使用的其他处理腔室包括但不限于：周期性层沉积(cyclical layerdeposition；CLD)、原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、蚀刻、预清洗、化学清洗、热处理(诸如，RTP)、等离子体氮化、脱气、取向、羟基化及其他基板工艺。通过在群集工具上的腔室中实行工艺，可避免由大气杂质造成的基板的表面污染，并且在沉积后续的膜之前不发生氧化。
根据一个或多个实施例，基板连续地处于真空或“负载锁定”条件下，并且在从一个腔室移动到下一个腔室时，基板不暴露于环境空气。因此，转移腔室处于真空下，并在真空压强下被“向下泵送”。惰性气体可存在于处理腔室或转移腔室中。在一些实施例中，惰性气体用作净化气体，以便当在基板的表面上形成层之后去除一些或所有反应物。根据一个或多个实施例，净化气体在沉积腔室的出口处注入，以防止反应物从沉积腔室移动至转移腔室和/或另外的处理腔室。因此，惰性气流在腔室的出口处形成气垫。
在处理期间，基板可加热或冷却。这样的加热或冷却能够通过任何合适手段完成，合适的手段包括但不限于，改变基板支撑件(例如，基座)的温度以及使经加热或冷却的气体流向基板表面。在一些实施例中，该基板支撑件包括加热器/冷却器，可控制该加热器/冷却器以便以传导方式来改变基板温度。在一个或多个实施例中，所采用的气体(反应气体或惰性气体)被加热或冷却，以便局部地改变基板温度。在一些实施例中，加热器/冷却器定位在与基板表面相邻的腔室内，从而以对流方式来改变基板温度。
在处理期间，基板还可以是固定的或转动的。旋转的基板可连续地旋转或在离散步骤中旋转。例如，可贯穿整个工艺一直旋转基板，或者，在数次暴露于不同的反应或净化气体之间，可将基板旋转小量。在处理期间旋转基板(连续地或分步骤)可有助于通过使例如气流的几何形状的局部可变性的影响最小化来产生更均匀的沉积或蚀刻。
尽管上述内容针对本发明的实施例，但也可在不脱离本发明的基本范围的情况下设计本发明的进一步的实施例，并且本发明的范围由所附权利要求书来确定。

Claims (18)

1.一种处理腔室，所述处理腔室包括：
至少一个电感耦合的饼形等离子体源，所述至少一个电感耦合的饼形等离子体源沿弧形路径被定位在所述处理腔室中，以便在与所述等离子体源相邻的等离子体区域中生成电感耦合等离子体，所述饼形等离子体源在内周边缘处具有狭窄的宽度，并在外周边缘处具有较大的宽度，所述饼形等离子体源包括在所述电感耦合等离子体源内的多个导电棒，所述多个导电棒与所述饼形等离子体源的径向壁成角度地延伸，所述电感耦合等离子体在狭窄的内周边缘与较宽的外周边缘之间具有基本上均匀的等离子体密度；以及
基板支撑装置，所述基板支撑装置在所述处理腔室内，所述基板支撑装置可绕所述处理腔室的中心轴旋转，以使至少一个基板沿与所述至少一个饼形等离子体源相邻的所述弧形路径移动，
其中，相比在所述外周边缘处，朝向所述饼形等离子体源的所述内周边缘，导电棒的密集度更大。
2.根据权利要求1所述的处理腔室，其特征在于，所述导电棒被径向地间隔开，并且所述导电棒沿所述电感耦合的饼形等离子体源的所述宽度延伸。
3.根据权利要求2所述的处理腔室，其特征在于，所述导电棒之间的间距是所述饼形等离子体源的被所述导电棒延伸穿过的宽度的函数。
4.根据权利要求1所述的处理腔室，其特征在于，所述多个导电棒包括重复地穿过所述饼形等离子体源的单个棒。
5.根据权利要求1所述的处理腔室，其特征在于，所述导电棒中的每一个导电棒都是分开的棒。
6.根据权利要求1所述的处理腔室，其特征在于，所述多个导电棒以相对于所述饼形等离子体源的径向壁的倾斜角度延伸，每个导电棒延伸穿过所述饼形等离子体源的长度。
7.根据权利要求1所述的处理腔室，其特征在于，所述饼形等离子体源还包括电介质层，所述电介质层在所述多个导电棒与其中形成等离子体的区域之间。
8.根据权利要求7所述的处理腔室，其特征在于，所述电介质层包括石英。
9.根据权利要求1所述的处理腔室，进一步包括多个气体分布组件，所述多个气体分布组件围绕所述处理腔室的所述中心轴被间隔开，并且所述多个气体分布组件定位在所述基板支撑装置上方。
10.根据权利要求9所述的处理腔室，其特征在于，所述气体分布组件中的每一个气体分布组件包括多个伸长气体端口，所述多个伸长气体端口在与由所述至少一个基板横穿的弧形路径基本上垂直的方向上延伸，所述多个气体端口包括第一反应气体端口和第二反应气体端口，使得通过所述气体分布组件的基板将按顺序经受所述第一反应气体端口和所述第二反应气体端口以将层沉积在所述基板上。
11.根据权利要求9所述的处理腔室，其特征在于，存在多个电感耦合的饼形等离子体源，所述多个电感耦合的饼形等离子体源与所述多个气体分布组件交替，使得沿所述弧形路径移动的基板将顺序地暴露于气体分布组件和等离子体源。
12.根据权利要求1所述的处理腔室，其特征在于，所述基板支撑装置包括基座。
13.根据权利要求12所述的处理腔室，其特征在于，所述基座包括多个凹槽，所述多个凹槽的尺寸设定为用于支撑基板。
14.根据权利要求13所述的处理腔室，其特征在于，所述多个凹槽的尺寸设定为使得所述基板的顶表面基本上与所述基座的顶表面共面。
15.一种处理腔室，所述处理腔室包括：
多个饼形气体分布组件，所述多个饼形气体分布组件围绕所述处理腔室被间隔开，使得所述气体分布组件中的每一个气体分布组件之间存在区域，所述饼形气体分布组件中的每一个饼形气体分布组件具有内周边缘和外周边缘以及多个伸长气体端口，所述多个伸长气体端口从所述内周边缘附近延伸到所述外周边缘附近，并且在所述外周边缘处具有比在所述内周边缘处更大的宽度，所述多个气体端口包括第一反应气体端口和第二反应气体端口，使得通过所述气体分布组件的基板将按顺序经受所述第一反应气体端口和所述第二反应气体端口以将层沉积在所述基板上；
多个电感耦合的饼形等离子体源，所述多个电感耦合的饼形等离子体源围绕所述处理腔室被间隔开，使得至少一个电感耦合的饼形等离子体源在所述多个饼形气体分布组件中的每一个饼形气体分布组件之间，所述电感耦合的饼形等离子体源将在与所述等离子体源相邻的等离子体区域中生成电感耦合等离子体，所述饼形等离子体源在内周边缘处具有狭窄的宽度且在外周边缘处具有较大的宽度，所述饼形等离子体源中的每一个饼形等离子源包括以下一个或多个：穿过所述等离子体源的多个导电棒以及重复地穿过所述等离子体源的单个导电棒；以及
基座，所述基座包括多个凹槽用以支撑多个基板，所述基座可沿与所述多个气体分布组件和所述多个电感耦合的饼形等离子体源中的每一个相邻的圆形路径旋转，
其中，所述等离子体区域中的所述电感耦合等离子体在狭窄的内周边缘和较宽的外周边缘附近具有基本上均匀的等离子体密度，
其中，相比在所述外周边缘处，朝向所述饼形等离子体源的所述内周边缘，导电棒的密集度更大。
16.根据权利要求15所述的处理腔室，其特征在于，所述多个导电棒被径向地间隔开，并且所述多个导电棒沿所述电感耦合的饼形等离子体源的所述宽度延伸，其中，所述导电棒之间的间距是所述饼形等离子体源的被所述导电棒延伸穿过的部分的宽度的函数。
17.一种群集工具，所述群集工具包括：
中央转移站，所述中央转移站包括机械手，用以在所述中央转移站与负载锁定腔室和处理腔室中的一个或多个之间移动基板；以及
根据权利要求15的至少一个处理腔室。
18.一种对多个基板进行处理的方法，所述方法包括：
(a)将多个基板装载到如权利要求1至16中任一项所述的处理腔室中的基板支撑件上；
(b)旋转所述基板支撑件以使所述多个基板中的每一个基板通过气体分布组件，从而将膜沉积在所述基板上；
(c)旋转所述基板支撑件以将所述基板移向与电感耦合的饼形等离子体源相邻的等离子体区域，从而在所述等离子体区域中生成基本上均匀的等离子体；以及
(d)重复(b)和(c)以形成期望厚度的膜。
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