CN110391128A - 远程模块化高频源 - Google Patents

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Abstract

本文描述的实施方式包括一种处理工具，所述处理工具包括处理腔室、用于支撑所述处理腔室中的基板的吸盘、形成所述处理腔室的一部分的介电窗、以及模块化高频发射源。在一个实施方式中，所述模块化高频发射源包括多个高频发射模块。在一个实施方式中，每个高频发射模块包括振荡器模块、放大模块和施加器。在一个实施方式中，所述放大模块耦接到所述振荡器模块。在一个实施方式中，所述施加器耦接到所述放大模块。在一个实施方式中，所述施加器定位在所述介电窗附近。

Description

远程模块化高频源
技术领域
实施方式涉及高频发射源领域，并且在特定实施方式中，涉及用于远程等离子体处理工具中的模块化高频发射源。
背景技术
使用高频辐射系统(包括在等离子体处理中使用)广泛地用于制造许多不同的技术，诸如在半导体工业、显示器技术、微机电系统(MEMS)等中的技术。目前，最常使用具有单个天线的射频(RF)产生等离子体。然而，在用较高频率(包括微波频率)产生等离子体的情况下，形成具有较高等离子体密度的等离子体和/或具有高浓度的激发的中性物质的等离子体。不幸地，由单个天线产生的高频辐射系统(例如，用于形成等离子体的高频辐射系统)具有它们自身的缺点。
典型高频辐射系统(例如，用于形成微波等离子体的高频辐射系统)使用单一大型高频或微波辐射源(例如，磁控管)和用于从磁控管向处理腔室引导高频辐射的传输路径。例如，在半导体工业中的典型高功率微波应用中，传输路径是高频波导。使用波导是因为在被设计为携带特定频率的高频源的波导外部，高频功率随距离的增加而快速地衰减。也需要额外部件(诸如调谐器、耦接器、模式变换器和类似物)来将高频辐射传输到处理腔室。这些部件限制大型系统(即，至少与波导和相关联的部件的总和一样大)的构造，并且严格地限制设计。因此，由于高频辐射场的几何形状类似于波导的形状，可用于形成等离子体的高频辐射场的几何形状是受限制的。因此，难以将高频辐射场的几何形状与正在处理的基板的几何形状相匹配。特别地，难以在微波频率下产生高频辐射场，以形成等离子体，其中工艺在基板(例如，200mm、300mm或更大直径的硅晶片、在显示器工业中使用的玻璃基板、或在卷对卷制造中使用的连续基板或类似物)的整个区域上均匀地执行。一些高频产生的等离子体可以使用槽线天线(slot line antenna)以允许高频能量在扩展表面上方传播。然而，这种系统是复杂的，需要特定几何形状，并且在可耦接到等离子体的功率密度上是受限制的。
此外，高频辐射系统通常产生等离子体，等离子体并不是高度均匀的和/或不能具有空间可调谐的密度。随着正在处理的基板的大小继续增加，越来越难考虑到边缘效应。另外，不能调谐等离子体限制修改处理方案以考虑进入基板不均匀性和调整需要不均匀性来补偿处理系统的设计(例如，以适应在一些处理腔室中旋转晶片的不均匀的径向速度)的处理系统的等离子体密度的能力。
发明内容
本文所述的实施方式包括一种处理工具，所述处理工具包括处理腔室、用于支撑所述处理腔室中的基板的吸盘、形成所述处理腔室的一部分的介电窗、以及模块化高频发射源。在一个实施方式中，所述模块化高频发射源包括多个高频发射模块。在一个实施方式中，每个高频发射模块包括振荡器模块、放大模块和施加器。在一个实施方式中，所述放大模块耦接到所述振荡器模块。在一个实施方式中，所述施加器耦接到所述放大模块。在一个实施方式中，所述施加器定位在介电窗附近。
本文所述的实施方式包括一种处理工具，所述处理工具包括处理腔室、用于支撑所述处理腔室中的基板的吸盘、形成所述处理腔室的一部分的介电窗、以及包括多个高频发射模块的模块化高频发射源。在一个实施方式中，每个高频发射模块包括振荡器模块、放大模块和施加器。在一个实施方式中，所述振荡器模块包括电压控制电路和电压控制振荡器。在一个实施方式中，来自所述电压控制电路的输出电压驱动所述电压控制振荡器中的振荡，以产生输出高频电磁辐射。在一个实施方式中，所述放大模块耦接到所述振荡器模块。在一个实施方式中，所述放大模块放大来自所述电压控制振荡器的输出高频电磁辐射。在一个实施方式中，所述施加器耦接到所述放大模块。在一个实施方式中，所述施加器定位在介电窗附近。
本文所述的实施方式包括一种处理工具，所述处理工具包括主要处理腔室、用于支撑所述主要处理腔室中的基板的吸盘、流体地耦接到所述主要处理腔室的前室，以及形成前室的一部分的介电窗，还有模块化高频发射源。在一个实施方式中，所述模块化高频发射源包括多个高频发射模块。在一个实施方式中，每个高频发射模块包括振荡器模块、放大模块和施加器。在一个实施方式中，所述放大模块耦接到所述振荡器模块。在一个实施方式中，所述施加器耦接到所述放大模块。在一个实施方式中，所述施加器定位在介电窗附近。
以上概述不包括所有的实施方式的穷尽列表。预期的是，包括可从上面概述的各个实施方式的所有合适的组合实践的所有系统和方法，以及在下面详述中公开并与本申请一起提交的权利要求书中具体地指出的所有系统和方法。这种组合具有在上面概述中没有具体地陈述的特定优点。
附图说明
图1是根据一个实施方式的包括模块化高频发射源的处理工具的示意图。
图2A是根据一个实施方式的固态高频发射模块的示意性框图。
图2B是根据一个实施方式的具有模块化高频发射源的处理工具的电子器件的一部分的示意性框图，模块化高频发射源包括不相干的振荡器模块和反馈控制。
图2C是根据一个实施方式的具有模块化高频发射源的处理工具的电子器件的一部分的示意性框图，模块化高频发射源包括多个振荡器模块。
图3是根据一个实施方式的可用于将高频微波辐射耦合到处理腔室的施加器的横截面图。
图4A是根据一个实施方式的远程等离子体处理工具的横截面图，远程等离子体处理工具包括接触处理腔室的介电窗的施加器。
图4B是根据一个实施方式的远程等离子体处理工具的横截面图，远程等离子体处理工具包括设置在形成于处理腔室的介电窗中的空腔中的施加器。
图4C是根据一个实施方式的远程等离子体处理工具的横截面图，远程等离子体处理工具包括延伸穿过处理腔室的介电窗的施加器。
图4D是根据一个实施方式的远程等离子体处理工具的横截面图，远程等离子体处理工具包括非平面介电窗。
图4E是根据一个实施方式的远程等离子体处理工具的横截面图，远程等离子体处理工具包括流体地耦接到处理工具的处理腔室的等离子体前室。
图4F是根据一个实施方式的位于图4E的前室周围的介电窗和施加器的横截面图。
图5A是根据一个实施方式的等离子体处理工具的横截面图，等离子体处理工具包括通过一个物理分离器与主要处理区域分离的远程等离子体区域。
图5B是根据一个实施方式的等离子体处理工具的横截面图，等离子体处理工具包括通过两个物理分离器与主要处理区域分离的远程等离子体区域。
图5C是根据一个实施方式的等离子体处理工具的横截面图，等离子体处理工具包括通过两个物理分离器与主要处理区域分离的远程等离子体区域，并且其中第一气体管线供给远程等离子体区域，而第二气体管线供给主要处理区域。
图6A是根据一个实施方式的可用于将高频辐射耦合到处理腔室的施加器阵列的平面图。
图6B是根据一个另外实施方式的可用于将高频辐耦合到处理腔室的施加器阵列的平面图。
图6C是根据一个实施方式的施加器阵列和多个传感器的平面图，多个传感器用于检测等离子体的状况。
图6D是根据一个实施方式的施加器阵列的平面图，施加器形成在多区处理工具的两个区中。
图7示出根据一个实施方式的可与模块化高频辐射源组合地使用的示例性计算机系统的框图。
具体实施方式
根据本文所述的实施方式的装置包括用于远程等离子体处理工具中的模块化高频发射源。在以下详述中，阐述一些特定细节来提供对实施方式的透彻理解。将对本领域的技术人员显而易见的是，实施方式可以在不具有这些特定细节的情况下实践。在其它示例中，没有详细地描述所熟知的方面，以免不必要地混淆实施方式。此外，将理解，附图中所示的各个实施方式是说明性表示，而不一定按比例绘制。
实施方式包括模块化高频发射源，所述模块化高频发射源包括高频发射模块阵列。如本文所用，“高频”电磁辐射包括射频辐射、甚高频辐射、超高频辐射和微波辐射。“高频”可以是指在0.1MHz与300GHz之间的频率。根据一个实施方式，每个高频发射模块包括振荡器模块、放大模块和施加器。在一个实施方式中，施加器将高频辐射耦合到远程等离子体处理工具中，以产生远程等离子体。使用多个高频发射模块允许施加器以不同的构造布置，以便匹配处理工具的需要。在一些实施方式中，施加器可以定位在介电窗上、定位在介电窗中、定位在介电窗内或穿过介电窗。实施方式包括平面和非平面的介电窗。
如本文所用，“远程等离子体”是指与待处理的基板间隔开等离子体的德拜长度的至少三倍的等离子体。将远程等离子体与正在处理的基板分开达德拜长度的至少三倍在基板的表面处产生可忽略的离子群，同时仍允许等离子体中产生的自由基扩散到基板。
在一个实施方式中，远程等离子体可以与正在处理的基板物理地分离。例如，远程等离子体可以在前室中产生，前室流体地耦接到腔室的主要处理容积。在另外的实施方式中，远程等离子体可以在处理腔室的等离子体部分中产生，等离子体部分通过一个或多个物理分离器与主要处理腔室分离。
从多个高频发射模块形成远程等离子体源提供若干优点。例如，远程等离子体将是空间可调谐的。另外，等离子体将是无污染的，因为这种工具所需电位小于腔室材料的溅射阈值。此外，远程高频等离子体源是比RF远程等离子体源更有效地产生足够的自由基通量以进行处理的方式。
在一个实施方式中，振荡器模块和放大模块包括电气部件，所述电气部件都是固态电子部件。使用固态电子器件而非例如磁控管允许高频辐射源的大小和复杂度显著降低。具体地，固态部件远小于上文描述的磁控管硬件。另外，使用固态部件允许消除将高频辐射传输到处理腔室所需的超大波导。而是，高频辐射可以用同轴电缆来传输。消除波导也允许构造大面积模块化高频发射源，其中所形成的等离子体的大小不受波导大小限制。而是，高频发射模块阵列可以用给定图案来构造，所述给定图案允许形成任意大的(和任意形状的)等离子体来匹配任何基板的形状。此外，可以选择施加器的横截面形状，使得施加器的阵列可以尽可能紧密地堆积在一起(即，紧密堆积的阵列)。
在通过针对每个高频发射模块独立地改变放大模块的功率设置来局部地改变等离子体密度的能力方面，使用高频发射模块阵列也提供较大的灵活性。这允许在等离子体处理期间的均匀性优化，诸如针对晶片边缘效应进行的调整、针对进入晶片不均匀性进行的调整、以及针对需要不均匀性来补偿处理系统的设计(例如，用于适应在一些处理腔室中旋转晶片的不均匀的径向速度)的处理系统调整等离子体密度的能力。
另外的实施方式也可以包括一个或多个等离子体监控传感器。这样的实施方式提供由每个施加器局部地测量等离子体的密度(或任何其它等离子体性质)的方式，以及使用这样的测量作为反馈回路的部分来控制施加到每个高频发射模块的功率的方式。由此，每个高频发射模块可以具有独立反馈，或阵列中的高频发射模块的子集可以在控制区中分组，其中反馈回路控制区中的高频发射模块的子集。
除了等离子体的增强的可调谐性之外，使用单独高频发射模块提供与在现有等离子体源中目前可用的功率密度相比更大的功率密度。例如，高频发射模块可以允许为典型RF等离子体处理系统大约五倍或更多倍的功率密度。例如，进入等离子体增强化学气相沉积工艺中的典型功率为约3,000W，并且针对300mm直径晶片提供约4W/cm2的功率密度。相比之下，根据实施方式的高频发射模块可以使用具有4cm直径施加器的300W功率放大器，以在约1的施加器堆积密度下提供约24W/cm2的功率密度。在1/3的施加器堆积密度下并使用1000W功率放大器，提供27W/cm2的功率密度。在1的施加器堆积密度下并使用1000W功率放大器，提供80W/cm2的功率密度。
用于制造高频发射等离子体(例如，微波等离子体)的普通方法涉及使用单个振荡器模块和单个电极或施加器来将高频能量耦合到气体以形成等离子体。然而，使用具有单个振荡器模块的多个电极/施加器结构具有缺点，所述单个振荡器模块被分开来为多个电极/施加器中的每个供电。具体地，必须形成干涉图案，因为由单个振荡器模块产生的电磁辐射造成由每个施加器发射的电磁辐射在相同频率下并处于彼此固定的相位。干涉图案产生局部最大值和最小值，这造成不均匀的等离子体。
因此，实施方式包括高频发射模块阵列，其中每个高频发射模块具有它自身的振荡器模块。当使用多个振荡器模块时，由第一振荡器模块产生的电磁辐射可不干涉由第二振荡器模块产生的电磁辐射，因为第一振荡器模块和第二振荡器模块可能不在相同频率，或在第一振荡器模块与第二振荡器模块之间没有受控的相位差。在形成等离子体的实施方式中，由于不存在干涉图案，等离子体将具有提高的均匀性。
现在参考图1，根据一个实施方式，示出了处理工具100的横截面图。在一些实施方式中，处理工具100可以是适于利用等离子体的任何类型的处理操作的处理工具。例如，处理工具100可以是用于等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、等离子体增强原子层沉积(PEALD)、蚀刻和选择性移除工艺以及等离子体清洁的处理工具。
一般地，实施方式包括处理工具100，所述处理工具包括腔室178。在处理工具100中，腔室178可以是真空腔室。真空腔室可以包括泵(未示出)，所述泵用于从腔室移除气体来提供所需真空。另外的实施方式可以包括腔室178，所述腔室包括用于将处理气体提供到腔室178中的一个或多个气体管线170以及用于从腔室178移除副产物的排气管线172。尽管未示出，但是将理解，处理工具100可以包括喷头，以用于在基板174上方均匀地分布处理气体。
在一个实施方式中，基板174可以支撑在吸盘176上。例如，吸盘176可以是任何适合的吸盘，诸如静电吸盘。吸盘也可以包括冷却管线和/或加热器，以用于在处理期间向基板174提供温度控制。归因于本文所述的高频发射模块的模块化构造，实施方式允许处理工具100适应任何大小的基板174。例如，基板174可以是半导体晶片(例如，200mm、300mm、450mm或更大)。替代实施方式还包括与半导体晶片不同的基板174。例如，实施方式可以包括处理工具100，所述处理工具经构造为处理玻璃基板(例如，用于显示器技术)。
根据一个实施方式，处理工具100包括模块化高频发射源104。模块化高频发射源104可以包括高频发射模块105阵列。在一个实施方式中，每个高频发射模块105可以包括振荡器模块106、放大模块130和施加器142。在一个实施方式中，振荡器模块106和放大模块130可以包括电气部件，所述电气部件是固态电气部件。在一个实施方式中，多个振荡器模块106中的每个可以通信地耦接到不同的放大模块130。在一些实施方式中，在振荡器模块106与放大模块130之间存在1:1比率。例如，每个振荡器模块106可以电气地耦接到单个放大模块130。在一个实施方式中，多个振荡器模块106可以产生不相干电磁辐射。因此，在腔室178中引起的电磁辐射将不以造成非所需的干涉图案的方式相互作用。
在一个实施方式中，每个振荡器模块106产生电磁辐射，所述电磁辐射被发射传输到放大模块130。在由放大模块130处理之后，电磁辐射被发射传输到施加器142。根据一个实施方式，施加器142的阵列140耦接到腔室178，并且定位在介电窗150上、定位在介电窗150中或穿过介电窗150。在一个实施方式中，施加器142各自每个将电磁辐射发射到腔室178中。在一些实施方式中，施加器142将电磁辐射耦合到腔室178中的处理气体以产生等离子体196。在一个实施方式中，等离子体196是远程等离子体。特别地，等离子体196可以与基板174间隔开距离D，距离D是等离子体196的德拜长度的至少三倍。
现在参考图2A，根据一个实施方式，示出了在模块化高频发射源104中的高频发射模块105中的电子器件的示意性框图。在一个实施方式中，每个振荡器模块106包括电压控制电路210，以用于将输入电压提供到电压控制振荡器220，以便在期望频率下产生高频电磁辐射。实施方式可以包括在约1V与10V DC之间的输入电压。电压控制振荡器220是电子振荡器，电子振荡器的振荡频率由输入电压控制。根据一个实施方式，来自电压控制电路210的输入电压造成电压控制振荡器220在期望频率下振荡。在一个实施方式中，高频电磁辐射可以具有在约0.1MHz与30MHz之间的频率。在一个实施方式中，高频电磁辐射可以具有在约30MHz与300MHz之间的频率。在一个实施方式中，高频电磁辐射可以具有在约300MHz与1GHz之间的频率。在一个实施方式中，高频电磁辐射可以具有在约1GHz与300GHz之间的频率。在一个实施方式中，多个振荡器模块106中的一个或多个可以在不同频率下发射电磁辐射。
根据一个实施方式，电磁辐射从电压控制振荡器120传输到放大模块130。放大模块130可以包括驱动器/前置放大器234和主功率放大器236，它们各自耦接到电源239。根据一个实施方式，放大模块130可以在脉冲模式下操作。例如，放大模块130可以具有在1％与99％之间的占空比。在一个更特定的实施方式中，放大模块130可以具有在约15％与50％之间的占空比。
在一个实施方式中，电磁辐射可以在由放大模块130处理之后传输到施加器142。然而，归因于输出阻抗的不匹配，传输到施加器142的功率的部分可能被反射回。由此，一些实施方式包括检测器模块281，所述检测器模块允许前向功率283和反射功率282的电平被感测并反馈回控制电路模块221。将理解，检测器模块281可以位于系统中的一个或多个不同的位置处。在一个实施方式中，控制电路模块221解释反射功率292和前向功率283，并且确定通信地耦接到振荡器模块106的控制信号285的电平以及通信地耦接到放大器模块130的控制信号286的电平。在一个实施方式中，控制信号285调整振荡器模块106来优化耦接到放大模块130的高频辐射。在一个实施方式中，控制信号286调整放大器模块130来优化耦接到施加器142的输出功率。
在一个实施方式中，振荡器模块106和放大模块130的反馈控制可以允许反射功率的电平为小于前向功率的约5％。在一些实施方式中，振荡器模块106和放大模块130的反馈控制可以允许反射功率的电平为小于前向功率的约2％。因此，实施方式允许增加的百分比的前向功率耦合到处理腔室178中，并且增加耦合到等离子体的可用功率。此外，使用反馈控制的阻抗调谐优于在典型槽板天线中的阻抗调谐。在槽板天线中，阻抗调谐涉及移动在施加器中形成的两个介电嵌条(slug)。这涉及两个单独部件在施加器中的机械运动，这增加了施加器的复杂度。此外，机械运动可能不如可由电压控制振荡器220提供的频率变化那样精确。
现在参考图2B，根据一个实施方式，示出了具有高频发射模块105的阵列的模块化高频发射源104的固态电子器件的一部分的示意图。在所示出的实施方式中，每个高频发射模块105包括通信地耦接到不同的放大模块130的振荡器模块106。放大模块130中的每个可以耦接到不同的施加器142。在一个实施方式中，控制电路221可以通信地耦接到振荡器模块106和放大模块130。
在所示的实施方式中，振荡器模块106和放大模块130中的每个在单个板290上形成，诸如印刷电路板(PCB)。然而，将理解，振荡器模块106和放大模块130可以在两个或更多个不同的板290上形成。在所示的实施方式中，示出了四个高频发射模块105。然而，将理解模块化高频发射源104可以包括两个或更多个高频发射模块105。例如，模块化高频发射源104可以包括2个或更多个高频发射模块、5个或更多个高频发射模块、10个或更多个高频发射模块、或者25个或更多个高频发射模块。
现在参考图2C，根据一个实施方式，示出了具有高频发射模块105的阵列的模块化高频发射源104的固态电子器件的一部分的示意图。图2C实质上类似于图2B中所示的系统，不同之处在于省略控制电路。具体地，在一些实施方式中，可能不需要由检测器和控制电路提供的反馈控制。
现在参考图3，根据一个实施方式，示出了施加器142的剖切图。在一个实施方式中，由耦接到单极357的同轴电缆351将电磁辐射传输到施加器142，所述单极轴向地延伸穿过施加器142。在电磁辐射是高频辐射的一个实施方式中，单极357也可以延伸到形成到介电谐振腔353的中心中的通道358中。介电谐振腔353可以是介电材料，诸如石英、氧化铝、氧化钛或类似物。另外的实施方式也可以包括谐振腔353，所述谐振腔不包括某种材料(即，介电谐振腔353可以是空气或真空)。根据一个实施方式，将介电谐振器的尺寸设为使得介电谐振器支持高频辐射的谐振。一般，介电谐振腔353的大小取决于用于形成介电谐振腔353的材料的介电常数和高频辐射的频率。例如，具有较高的介电常数的材料将允许形成较小的谐振腔353。在介电谐振腔353包括圆形横截面的实施方式中，介电谐振腔353的直径可以在约1cm与15cm之间。在一个实施方式中，介电谐振腔353沿着垂直于单极357的平面的横截面可以是任何形状，只要将介电谐振腔353的尺寸设为支持谐振。在所示的实施方式中，沿着垂直于单极357的平面的横截面是圆形，但是也可以使用其它形状，诸如多边形(例如，三角形、矩形等)、对称多边形(例如，方形、五边形、六边形等)、椭圆形或类似形状)。
在一个实施方式中，介电谐振腔353的横截面在垂直于单极357的所有平面处可能不同。例如，底部延伸部的邻近施加器外壳355的开口端的横截面与介电谐振腔的邻近通道358的横截面相比更宽。除了具有不同尺寸的横截面之外，介电谐振腔353可以具有不同形状的横截面。例如，介电谐振腔353的邻近通道358的部分可以具有圆形横截面，而介电谐振腔353的邻近施加器外壳355的开口端的部分可以是对称多边形形状(例如，五边形、六边形等)。然而，将理解，实施方式也可以包括在垂直于单极357的所有平面处具有均匀的横截面的介电谐振腔353。
根据一个实施方式，施加器353也可以包括阻抗调谐的背向短路器356(backshort)。背向短路器356可以是可移位的壳体，所述壳体在施加器外壳355的外表面上方滑动。当需要进行对阻抗的调整时，致动器(未示出)可以沿着施加器外壳355的外表面滑动背向短路器356，以改变在背向短路器356的表面与介电谐振腔353的顶表面之间的距离D。因此，实施方式提供多于一种的用于调整系统中的阻抗的方式。根据一个实施方式，阻抗调谐的背向短路器356可以与上文所述的反馈工艺结合使用，以考虑到阻抗不匹配。或者，可以使用反馈工艺或阻抗调谐背向短路器356本身来调整阻抗不匹配。
根据一个实施方式，施加器142用作介电天线，所述介电天线将高频电磁场直接耦合到处理腔室178中。进入介电谐振腔353的单极357的特定轴向布置可以产生TM01δ模式激发。然而，具有不同的施加器布置的不同模式的激发是可能的。例如，尽管图3中示出了轴向布置，将理解，单极357可以从其他定向进入介电谐振腔353。在一个这样的实施方式中，单极357可以横向地进入介电谐振腔353中(即，穿过介电谐振腔353的侧壁)。
将理解，图3中所示的施加器142本质上是示例性的，并且实施方式不限于所描述的设计。例如，图3中的施加器142特别地适用于发射微波辐射。然而，实施方式可以包括经构造为发射任何高频电磁辐射的任何施加器设计。
现在参考图4A，根据一个实施方式，示出了处理工具400的一部分的横截面图，其中施加器142的阵列140耦接到腔室178。在所示的实施方式中，来自施加器142的电磁辐射通过使施加器定位在介电窗150附近来耦合到腔室178中。如本文所用，“介电窗”可以是指作为单块介电材料或作为复合介电和金属部件的部件。例如，介电窗150可以包括介电层和导电层。在一个实施方式中，导电层可以是接地的，被保持在任何其它电位，或是浮动的。
在一个实施方式中，介电窗150可以集成到腔室178中。例如，介电窗150可以是腔室盖、腔室侧壁或任何其它腔室表面的一部分。施加器142与介电窗150的接近允许在介电谐振腔353(图4A中未示出)中谐振的高频辐射与介电窗150耦合，介电窗150然后可以与腔室中的处理气体耦接以产生等离子体。在一个实施方式中，每个施加器142的表面443可以与介电窗150直接接触。在另外的实施方式中，每个施加器的表面443可以与介电窗150的表面间隔开，只要高频辐射仍然可以传递到介电窗150即可。在另外的实施方式中，施加器142可以设置在介电窗150中的空腔中，如图4B所示。在又一个实施方式中，施加器142可以穿过介电窗150，使得每个施加器142的表面443暴露于腔室178的内部，如图4C所示。在这样的实施方式中，大部分的高频辐射可以直接地传输到腔室178中而不与介电窗150耦合。
根据其中施加器142未形成穿过介电窗150的实施方式(例如，图4A和图4B中所示的实施方式)，施加器142的阵列140可从介电窗150移除(例如，用于维护，以重新布置施加器阵列来适应具有不同尺寸的基板，或出于任何其它原因)，而无需从腔室178移除介电窗150.。因此，施加器142可以从处理工具100移除而无需释放腔室178中的真空。根据另外的实施方式，介电窗150还可以用作气体注入板或喷头。
在一个实施方式中，施加器142可以包括经构造为发射高频电磁辐射的任何频率的任何天线设计。在一个实施方式中，施加器阵列140可以包括多于一个施加器142设计。例如，施加器142的阵列140可以包括用于发射第一高频辐射的第一施加器和用于发射不同于第一高频辐射的第二高频辐射的第二施加器。
根据一个实施方式，图4A-4C中的处理工具400可以被认为是远程等离子体处理工具。处理工具400可以被称为远程等离子体处理工具，因为由施加器142的阵列140引起的等离子体196与基板174间隔开距离D，距离D是等离子体196的德拜长度的至少三倍。
现在参考图4D，根据一个实施方式，示出了具有非平面介电窗150的处理工具400的横截面图。在一个实施方式中，非平面介电窗150可以包括三维表面(例如，圆顶、柱体或具有任何简单连接的不对称或对称横截面的柱形体积，诸如椭圆形、圆形、三角形、方形、矩形、五边形、七边形、七边形等)。在这样的实施方式中，施加器142的阵列140可以布置在非平面介电窗150附近。在所示的实施方式中，施加器142设置在非平面介电窗150中的空腔中。其它实施方式可以包括搁置在非平面介电窗150的顶表面上的施加器142的表面443，这类似于图4A中的构造。另外的实施方式可以包括完全地穿过介电窗150的施加器142，使得施加器142的表面443暴露于腔室的内部，这类似于图4C。
在一个实施方式中，由于等离子体196与基板174之间的间距D，图4D中的处理工具400是远程等离子体工具。例如，间距D可以是等离子体196的德拜长度的至少三倍。
现在参考图4E，根据一个实施方式，示出了远程等离子体处理工具400的横截面图。在一个实施方式中，远程等离子体处理工具400可以包括前室479，其中诱发等离子体196。前室479可以由包括多个介电窗150的侧壁限定。图4F中示出了根据一个实施方式的前室479的透视图。在所示的实施方式中，多个介电窗150形成在前室479的不同表面上。虽然介电窗150被显示为圆形，而前室479是立方形的，但是将理解，介电窗150可以是其它形状，并且前室可以是任何三维形状。如图所示，施加器142可以经构造为围绕前室479在径向取向上。在一个实施方式中，施加器142可以搁置在介电窗150的外表面上，施加器142可以插入介电窗150中的空腔中，或施加器142可以穿过介电窗150。
在一个实施方式中，前室479可以通过路径473流体地连接到处理腔室的主要处理容积475。在所示的实施方式中，前室479定向在主要处理容积475上方。然而，将理解，前室479可以定位在其它位置处，诸如在主要处理容积475的侧面。
现在参考图5A-5C，根据另外的实施方式，示出了远程等离子体处理工具500的横截面图。在图5A-5C中，处理工具500实质上类似于图4C中所示的处理工具400，其中添加了附加特征。然而，将理解，关于图5A-5C描述的附加特征可以结合到关于图4A-4F描述的任何处理工具中。
现在参考图5A，根据一个实施方式，示出了包括物理分离器588的远程等离子体处理工具500的横截面图。在一个实施方式中，物理分离器558可以将等离子体区域581与主要处理区域589分开。在一个实施方式中，物理分离器558可以是多孔板、丝网、栅格或类似物。在一个实施方式中，物理分离器588可以由任何合适的材料形成。例如，物理分离器588可以包括金属、绝缘体、半导体或上述的组合。
在一个实施方式中，物理分离器558可以连接到电源。在一个实施方式中，物理分离器558可以连接到RF电源。例如，物理分离器558可以连接到RF电源，频率为在约0.1MHz至200MHz之间。在一个实施方式中，RF电源可以是脉冲的。脉冲RF电源可以以在10Hz与100,000Hz之间的脉冲频率操作。在一个实施方式中，电源可以是DC电源或脉冲DC电源。
在所示的实施方式中，物理分离器588被示出为实质上平面的。然而，将理解，物理分离器588不限于所示出的构造。例如，取决于处理工具500的需要，物理分离器588可以包括圆顶形状或任何其它平面或非平面构造。
现在参考图5B，根据一个实施方式，示出了包括第一分离器588和第二分离器587的远程等离子体处理工具500的横截面图。在一个实施方式中，第一分离器588和第二分离器587将处理腔室178的等离子体部分581与主要处理部分589分开。在所示的实施方式中，在第一分离器588与第二分离器587之间存在间隙。然而，在一些实施方式中，第一分离器588和第二分离器587可以彼此接触。
在一个实施方式中，物理分离器558和587可以是多孔板、丝网、栅格或类似物。在一个实施方式中，第一物理分离器588可以与第二物理分离器587不同。在一个实施方式中，第一物理分离器588和第二物理分离器587可以是相同的。在一个实施方式中，物理分离器588和587可以由任何合适的材料形成。例如，物理分离器588和587可以包括金属、绝缘体、半导体或上述的组合。
在一个实施方式中，第一分离器588和第二分离器587中的一个或两个连接到电源。在一些实施方式中，第一分离器588和第二分离器589可以连接到不同的电源。在一个实施方式中，一个或多个电源可以包括RF电源、脉冲RF电源、DC电源或脉冲DC电源。在一个实施方式中，RF电源可以在约0.1MHz至200MHz之间的频率下操作。在一个实施方式中，RF电源可以是脉冲的。脉冲RF电源可以以在10Hz与100,000Hz之间的脉冲频率操作。
在所示的实施方式中，物理分离器588和587被示出为实质上平面的。然而，将理解，物理分离器588和587不限于所示的构造。例如，物理分离器588和587中的一个或两个可以包括圆顶形状或任何其它平面或非平面构造，这取决于处理工具500的需要。此外，虽然示出了两个物理分离器588和587，但是将理解，实施方式可以包括任何数量的物理分离器。
现在参考图5C，根据一个实施方式，示出了具有第一气体管线583A和第二气体管线583B的远程等离子体处理工具500的横截面图。在一个实施方式中，第一气体管线583A可以将第一气体或气体混合物供给到处理腔室178的等离子体部分581中。在一个实施方式中，第二气体管线583B可以位于第一分离器588和第二分离器587的下方，并且可以将第二气体或气体混合物供给到处理腔室178的主要处理部分589。在一个实施方式中，第二气体管线583B可以集成到物理分离器588和/或587中的一个或两个中。
如上指出，施加器140的阵列可以被布置成使得它们提供对任意形状的基板174的覆盖。图6A是以匹配圆形基板174的图案布置的施加器142的阵列140的平面图示。通过以大致匹配基板174的形状的图案形成多个施加器142，等离子体变得可在基板174的整个表面上方进行调谐。例如，施加器142中的每个可以被控制以使得形成跨基板174的整个表面具有均匀等离子体密度的等离子体。或者，可以独立地控制施加器142中的一个或多个，以提供可跨基板174的表面变化的等离子体密度。因此，可以校正在基板上存在的进入不均匀性。例如，邻近基板174的外周边的施加器142可以被控制为具有与邻近基板174的中心的施加器不同的功率密度。此外，将理解，使用发射不相干电磁辐射(如上所述)的高频发射模块105允许消除驻波和/或不想要的干涉图案。
在图6A中，将阵列140中的施加器142一起堆积在一系列同心环中，同心环从基板174的中心向外延伸。然而，实施方式不限于这种构造，并且取决于处理工具100的需要，可以使用任何适合的间距和/或图案。此外，如上所述，实施方式允许具有任何对称横截面的施加器142。由此，可以将针对施加器选择的横截面形状选择来提供增强的堆积效率。
现在参考图6B，根据一个实施方式，示出了具有非圆形横截面的施加器142的阵列140的平面图。所示的实施方式包括施加器142，所述施加器具有六边形横截面。因为每个施加器142的周边可以几乎完美地配合相邻的施加器142，使用这种施加器可以允许提高的堆积效率。由此，等离子体的均匀性可以甚至进一步增强，这是因为可以使每个施加器142之间的间距最小化。尽管图6B示出共用侧壁表面的相邻的施加器142，将理解，实施方式也可以包括非圆形对称形状的施加器，所述施加器包括在相邻的施加器142之间的间距。
现在参考图6C，根据一个实施方式，示出了施加器142的阵列140的另外的平面图示。图6C中的阵列140实质上类似于上面参考图6A描述的阵列140，不同之处在于还包括多个传感器690。多个传感器提供可用于提供对模块化高频源105中的每个的附加的反馈控制的提高的工艺监控能力。在一个实施方式中，传感器690可以包括一个或多个不同的传感器类型690，诸如等离子体密度传感器、等离子体发射传感器或类似物。使传感器跨基板174的表面定位允许监控在处理腔室100的给定位置处的等离子体性质。
根据一个实施方式，每一个施加器142可以与不同的传感器690成对。在这样的实施方式中，来自每个传感器590的输出可以用于为相应的施加器142提供反馈控制，其中传感器690已经与所述施加器成对。另外的实施方式可以包括将每个传感器690与多个施加器142成对。例如，每个传感器590可以为与之邻近定位的多个施加器142提供反馈控制。在又一个实施方式中，来自多个传感器690的反馈可以用作多输入多输出(MIMO)控制系统的一部分。在这样的实施方式中，每个施加器142可以基于来自多个传感器690的反馈来调整。例如，与第一施加器142直接相邻的第一传感器590可以被加权以提供对第一施加器142的控制作用，所述控制作用大于由第二传感器590施加在第一施加器142上的控制作用，所述第二传感器与第一传感器590相比距第一施加器142更远。
现在参考图6D，根据一个实施方式，示出了在多区处理工具100中定位的施加器142的阵列140的附加的平面图示。在一个实施方式中，多区处理工具100可以包括任何数量的区域。例如，所示的实施方式包括区6751-675n。每个区675可以经构造为在基板174上执行不同的处理操作，所述基板旋转通过不同的区675。如所示出，第一阵列1402定位在区6752中，并且第二阵列140n定位在区675n中。然而，实施方式可以包括多区处理工具100，所述多区处理工具在一个或多个不同的区675中具有施加器142的阵列140，这取决于装置需要。由实施方式提供的等离子体的空间可调谐的密度允许适应旋转基板174在它们穿过不同的区475时的不均匀的径向速度。
在一个实施方式中，振荡器模块106与施加器142的比例可以是1:1(即，每一个施加器142耦接到不同的振荡器模块106)。在另外的实施方式中，振荡器模块106与施加器142的比例可以是1:2、1:3、1:4等。例如，在包括两个施加器阵列1402和140n的实施方式中，每个振荡器模块106可以耦接到第一阵列1402中的第一施加器142并耦接到第二阵列140n中的第二施加器142。
现在参考图7，根据一个实施方式，示出了处理工具100的示例性计算机系统760的框图。在一个实施方式中，计算机系统760耦接到处理工具100，并且控制所述处理工具中的处理。计算机系统760可以连接(例如，联网)到局域网(LAN)、内联网、外联网或互联网中的其它机器。计算机系统760可以在客户端-服务器网络环境中的服务器或客户端机器的容量下操作，或作为在对等(或分布式)网络环境中的对等机器操作。计算机系统760可以是个人计算机(PC)、平板PC、机顶盒(STB)、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话、web设备、服务器、网络路由器、交换机或桥接器、或能够(连续或以其它方式)执行指定待由机器采取的动作的指令集的任何机器。另外，尽管仅针对计算机系统760示出单个机器，术语“机器”也应被认为是包括单独地或联合地执行指令集(或多个指令集)以执行本文所述的方法中的任一种或多种方法的机器(例如，计算机)的任何集合。
计算机系统760可以包括具有在上面存储有指令的非瞬态机器可读介质的计算机程序产品、或软件722，所述计算机程序产品或软件可以用于对计算机系统760(或其它电子装置)进行程以执行根据实施方式的工艺。机器可读介质包括用于以机器(例如，计算机)可读的形式存储或传输信息的任何机制。例如，机器可读(例如，计算机可读)介质包括机器(例如，计算机)可读存储介质(例如，只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、磁盘存储介质、光学存储介质、闪存存储器装置等)、机器(例如，计算机)可读传输介质(电气、光学、声学或其它形式的传播信号(例如，红外信号、数字信号等))等。
在一个实施方式中，计算机系统760包括经由总线730彼此通信的系统处理器702、主存储器704(例如，只读存储器(ROM)、闪存存储器、动态随机存取存储器(DRAM)(诸如同步DRAM(SDRAM)或存储器总线DRAM(RDRAM)等))、静态存储器706(例如，闪存存储器、静态随机存取存储器(SRAM)等)和辅存储器718(例如，数据存储装置)。
系统处理器702代表一个或多个通用处理装置，诸如微系统处理器、中央处理单元或类似物。更具体地，系统处理器可以是复杂指令集计算(CISC)微系统处理器、精简指令集计算(RISC)微系统处理器、超长指令字(VLIW)微系统处理器、实施其它指令集的系统处理器、或实施指令集的组合的系统处理器。系统处理器702也可以是一个或多个专用处理装置，诸如特定用途集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号系统处理器(DSP)、网络系统处理器或类似物。系统处理器702经构造为执行处理逻辑726，以用于执行本文所述的操作。
计算机系统760可以进一步包括用于与其它装置或机器通信的系统网络接口装置708。计算机系统760也可以包括视频显示单元710(例如，液晶单元(LCD)、发光二极管显示器(LED)、或阴极射线管(CRT))、字母数字输入装置712(例如，键盘)、光标控制装置714(例如，鼠标)和信号发生装置716(例如，扬声器)。
辅存储器718可以包括在上面储存有一个或多个指令集(例如，软件722)的机器可存取存储介质731(或更具体地，计算机可读存储介质)，所述指令集体现本文所述的方法或功能中的任一种或多种方法或功能。软件722在由计算机系统760执行期间也可以完全地或至少部分地驻留在主存储器704内和/或系统处理器702内，主存储器704和系统处理器702也构成机器可读存储介质。软件722可以进一步在网络720上经由系统网络接口装置708传输或接收。
尽管在示例性实施方式中将机器可存取存储介质731示出为单个介质，术语“机器可读存储介质”应被认为包括存储一个或多个指令集的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库，和/或相关联的高速缓存和服务器)。术语“机器可读存储介质”也应被认为包括能够将指令集存储或编码为用于由机器执行并致使机器执行方法中的任一种或多种方法的任何介质。术语“机器可读存储介质”由此应被认为包括但不限于固态存储器，以及光学介质和磁性介质。
在前述说明书中，已经描述特定示例性实施方式。将清楚，可以在不脱离所附权利要求书的范围的情况下对本发明做出各种修改。由此，说明书和附图将被视为说明性意义而非限制性意义。

Claims (20)

1.一种处理工具，包括：
处理腔室；
吸盘，所述吸盘用于支撑所述处理腔室中的基板；
介电窗，所述介电窗形成所述处理腔室的一部分；和
模块化高频发射源，所述模块化高频发射源包括：
多个高频发射模块，其中每个高频发射模块包括：
振荡器模块；
放大模块，其中所述放大模块耦接到所述振荡器模块；和
施加器，其中所述施加器耦接到所述放大模块，并且其中所述施加器定位在所述介电窗附近。
2.如权利要求1所述的处理工具，其中所述施加器搁置在所述介电窗的表面上。
3.如权利要求1所述的处理工具，其中所述施加器设置在形成于所述介电窗中的空腔中。
4.如权利要求1所述的处理工具，其中所述施加器穿过所述介电窗。
5.如权利要求1所述的处理工具，其中所述介电窗是非平面的。
6.如权利要求5所述的处理工具，其中所述介电窗是圆顶形的。
7.如权利要求1所述的处理工具，其中所述介电窗形成前室的一部分，所述前室流体地耦接到所述处理腔室。
8.如权利要求1所述的处理工具，所述处理工具进一步包括：
第一物理分离器，所述第一物理分离器将所述处理腔室的等离子体部分与所述处理腔室的主要处理部分分离。
9.如权利要求8所述的处理工具，所述处理工具进一步包括第二物理分离器。
10.如权利要求9所述的处理工具，其中所述第一物理分离器或所述第二物理分离器、或所述第一物理分离器和所述第二物理分离器连接到电源。
11.如权利要求10所述的处理工具，其中所述电源包括RF电源、脉冲RF电源、DC电源或脉冲DC电源中的一个或多个。
12.如权利要求8所述的处理工具，其中第一气体管线将第一气体或气体混合物供给到所述处理腔室的所述等离子体部分中，并且其中第二气体管线将第二气体或气体混合物供给到所述处理腔室的所述主要处理部分中。
13.如权利要求8所述的处理工具，其中所述物理分离器包括多孔板、丝网或栅格中的一个或多个。
14.如权利要求13所述的处理工具，其中所述物理分离器包括金属、绝缘体或半导体中的一种或多种。
15.一种处理工具，包括：
处理腔室；
吸盘，所述吸盘用于支撑所述处理腔室中的基板；
介电窗，所述介电窗形成所述处理腔室的一部分；和
模块化高频发射源，所述模块化高频发射源包括：
多个高频发射模块，其中每个高频发射模块包括：
振荡器模块，其中所述振荡器模块包括：
电压控制电路；和
电压控制振荡器，其中来自所述电压控制电路的输出电压驱动所述电压控制振荡器中的振荡，以产生输出高频电磁辐射；
放大模块，其中所述放大模块耦接到所述振荡器模块，其中所述放大模块放大来自所述电压控制振荡器的输出高频电磁辐射；和
施加器，其中所述施加器耦接到所述放大模块，并且其中所述施加器定位在所述介电窗附近。
16.如权利要求15所述的处理工具，其中所述施加器在所述介电窗上、在所述介电窗内或穿过所述介电窗。
17.如权利要求15所述的处理工具，所述处理工具进一步包括物理分离器。
18.一种处理工具，包括：
主要处理腔室；
吸盘，所述吸盘用于支撑所述主要处理腔室中的基板；
前室，其中所述前室流体地耦接到所述主要处理腔室，并且其中介电窗形成所述前室的一部分；和
模块化高频发射源，所述模块化高频发射源包括：
多个高频发射模块，其中每个高频发射模块包括：
振荡器模块；
放大模块，其中所述放大模块耦接到所述振荡器模块；和
施加器，其中所述施加器耦接到所述放大模块，并且其中所述施加器定位在所述介电窗附近。
19.如权利要求18所述的处理工具，其中所述介电窗是非平面的。
20.如权利要求19所述的处理工具，其中所述介电窗是圆柱形的。
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