CN111492459A - 用于来自竖直等离子体源的改进等离子体暴露的成形电极 - Google Patents

用于来自竖直等离子体源的改进等离子体暴露的成形电极 Download PDF

Info

Publication number
CN111492459A
CN111492459A CN201880081028.9A CN201880081028A CN111492459A CN 111492459 A CN111492459 A CN 111492459A CN 201880081028 A CN201880081028 A CN 201880081028A CN 111492459 A CN111492459 A CN 111492459A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
hot electrode
gap
plasma source
hot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201880081028.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111492459B (zh
Inventor
卡洛·贝拉
德米特里·A·季利诺
阿南塔·K·萨布拉曼尼
约翰·C·福斯特
T·塔纳卡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Applied Materials Inc
Original Assignee
Applied Materials Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Applied Materials Inc filed Critical Applied Materials Inc
Publication of CN111492459A publication Critical patent/CN111492459A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111492459B publication Critical patent/CN111492459B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32532—Electrodes
    • H01J37/32541—Shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32091—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being capacitively coupled to the plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244—Gas supply means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32532—Electrodes
    • H01J37/3255—Material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32532—Electrodes
    • H01J37/32577—Electrical connecting means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32733—Means for moving the material to be treated
    • H01J37/32752—Means for moving the material to be treated for moving the material across the discharge
    • H01J37/32761—Continuous moving
    • H01J37/32779—Continuous moving of batches of workpieces
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32798—Further details of plasma apparatus not provided for in groups H01J37/3244 - H01J37/32788; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
    • H01J37/32816—Pressure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/332—Coating
    • H01J2237/3321—CVD [Chemical Vapor Deposition]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

等离子体源组件，所述等离子体源组件包括：RF热电极，所述RF热电极具有主体；和至少一个返回电极，所述至少一个返回电极与所述RF热电极间隔开以提供间隙，等离子体能够形成在所述间隙中。RF馈电器在距所述RF热电极的内周端部的某个距离处连接到所述RF热电极，所述距离小于或等于所述RF热电极的长度的约25％。所述RF热电极可包括与所述RF热电极的所述主体成某个角度延伸的腿和在所述腿附近的可选的三角形部分。在所述RF热电极和所述返回电极中的一个或多个上的包层材料可沿所述等离子体间隙的长度可变地间隔开或具有可变性质。

Description

用于来自竖直等离子体源的改进等离子体暴露的成形电极
技术领域
本公开内容的实施方式总体涉及一种用于处理基板的设备。更具体地，本公开内容的实施方式涉及用于与处理腔室(如批处理器)一起使用的模块化等离子体源。
背景技术
半导体器件形成常常在含有多个腔室的基板处理平台中进行。在一些情况中，多腔室处理平台或群集工具的目的是在受控制的环境中顺序地对基板执行两个或更多个工艺。然而，在其他情况中，多腔室处理平台可仅对基板执行单个处理步骤；附加腔室旨在最大化由平台处理基板的速率。在后一情况中，对基板执行的工艺典型地是批工艺，其中在给定腔室中同时地处理相对大量的基板(例如，25个或50个)。批处理对于太耗时以至于不能以经济上可行的方式对单独基板执行的工艺(诸如原子层沉积(ALD)工艺和一些化学气相沉积(CVD)工艺)来说尤其有益。
一些ALD系统、尤其是具有旋转基板压板(platen)的空间ALD系统会受益于模块化等离子体源，即可容易地插入系统中的源。等离子体源由容积(在所述容积生成等离子体)和使工件暴露于一定通量的带电粒子和活性化学自由基物种的通路组成。
热ALD和CVD工艺经常结合一些处理以实现膜质量提高。这些处理典型地包括高能(energetic)或反应物种。等离子体源是这样的物种的主要源。等离子体源的一些问题包括通过离子的高能轰击和由溅射引起的来自等离子体源的材料的污染。
对于在具有旋转基座(也称为压板)的任何系统中的线性径向等离子体源，在晶片内径(inner diameter)处的等离子体暴露(处理)是在外径(outer diameter)处的约2.7倍。因此，为了使等离子体暴露均匀，等离子体应在外径处比在内径处强。因此，本领域中需要在旋转压板处理系统中实现均匀等离子体暴露的等离子体源。
发明内容
本公开内容的一个或多个实施方式涉及一种等离子体源组件，所述等离子体源组件包括壳体与RF热电极、返回电极和RF馈电器。所述壳体具有内周边缘、外周边缘和前面。所述壳体包括气体入口以形成从所述气体入口起的流动路径，从而允许气体流穿过所述壳体并从所述前面中的开口出去。所述RF热电极在所述壳体内并且具有延长的(elongate)主体，所述延长的主体具有靠近所述壳体的所述内周边缘的内周端部和靠近所述壳体的所述外周边缘的外周端部并且限定所述RF热电极的长度。所述RF热电极包括与所述延长的主体成某个角度延伸的腿。所述返回电极具有在所述壳体的所述内周边缘和所述外周边缘之间延伸的延长的主体。所述返回电极与所述RF热电极间隔开以提供间隙，等离子体能够形成在所述间隙中。所述RF馈电器在距所述RF热电极的所述内周端部的某个距离处连接到所述RF热电极，所述距离小于或等于所述RF热电极的所述长度的约25％。
附图说明
为了能够详细地理解本公开内容的实施方式的上述特征的方式，可参考实施方式来获得以上简要概述的本公开内容的实施方式的更具体描述，其中一些实施方式在附图中图示。然而，应注意，附图仅图示本公开内容的典型实施方式，因此不应视为对本公开内容的范围的限制，因为本公开内容可允许其他等效实施方式。
图1示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的基板处理系统的示意性横截面图；
图2示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的基板处理系统的透视图；
图3示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的基板处理系统的示意图；
图4示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的气体分配组件的前部的示意图；
图5示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的处理腔室的示意图；
图6示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的等离子体源组件的示意性横截面图；
图7示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的等离子体源组件的局部透视图；
图8示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的等离子体源组件的局部等轴视图；
图9示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的等离子体源组件的示意性仰视图；
图10示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的等离子体源组件的示意性侧视图；
图11示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的具有等离子体源组件的处理腔室的局部等轴视图；
图12示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的等离子体源组件电极的局部横截面侧视示意图；
图13示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的等离子体源组件的局部横截面图；
图14A示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的等离子体源组件的横截面图；
图14B示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的等离子体源组件的横截面侧视图；
图15示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的具有带有腿的RF热电极的等离子体源组件的仰视示意图；
图16示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的具有带有腿和三角形部分的RF热电极的等离子体源组件的仰视示意图；
图17A和图17B示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的在电极与包层(cladding)之间具有间隙的等离子体源组件的仰视示意图；
图18A和图18B示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的具有可变尺寸包层的等离子体源组件的仰视示意图；并且
图19A和图19B示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的具有带有变化性质的包层的等离子体源组件的仰视示意图。
具体实施方式
本公开内容的实施方式提供用于连续基板沉积以最大化产量并且提高处理效率的基板处理系统。基板处理系统还可用于沉积前和沉积后等离子体处理。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，术语“基板”和“晶片”可互换地使用，两者都指工艺所作用于的表面或表面部分。本领域技术人员还将理解，除非上下文另外清楚地指明，提及基板可仅指基板的一部分。另外地，提及在基板上沉积可意味着裸露的基板和具有沉积或形成在基板上的一个或多个膜或特征的基板两者。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，术语“反应气体”、“前驱物”、“反应物”和类似术语可互换地使用以表示包括与基板表面反应的物种的气体。例如，第一“反应气体”可简单地吸附到基板的表面上并且可供用于与第二反应气体的进一步化学反应。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，术语“降低的压力”是指小于约100Torr、或小于约75Torr、或小于约50Torr、或小于约25Torr的压力。例如，限定为在约1Torr至约25Torr的范围内的“中等压力”是降低的压力。
在许多应用中考虑使用旋转压板腔室，在这样的腔室中，一个或多个晶片放置在旋转保持器(“压板”)上。随着压板旋转，晶片在各种处理区域之间移动。例如，在ALD中，处理区域将晶片暴露于前驱物和反应物。另外，等离子体暴露可用作反应物或用于处理膜或基板表面以增强膜生长或改变膜性质。本公开内容的一些实施方式当使用旋转压板ALD腔室时提供ALD膜的均匀沉积和后处理(例如，致密化)。
旋转压板ALD腔室可通过传统时域工艺沉积膜，在传统时域工艺中，整个晶片都暴露于第一气体、进行净化并且接着暴露于第二气体，或者可通过空间ALD沉积膜，在空间ALD中，部分的晶片暴露于第一气体而部分暴露于第二气体，并且晶片通过这些气流的移动使层沉积。
如在本说明书和所附权利要求书所使用的，术语“饼形”和“楔形”可互换地使用以描述作为圆的扇区的主体。例如，楔形节段可为圆形或盘形结构的一部分，并且多个楔形节段可连接以形成圆形主体。扇区可定义为圆的被圆的两个半径和相交的弧包围的部分。饼形节段的内边缘可达到一点，或者可截断成平坦边缘或是成圆形的(rounded)，在一些实施方式中，扇区可定义为环或环带的一部分。
基板的路径可垂直于气体端口。在一些实施方式中，气体注入器组件包括多个延长的气体端口，这些延长的气体端口在大体上垂直于基板所横穿的路径的方向上延伸，其中气体端口的前边缘大体上平行于压板。如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，术语“大体上垂直”表示基板移动的大致方向沿着近似垂直(例如，约45°至90°)于气体端口的轴线的平面。对于楔形气体端口来说，气体端口的轴线可视作定义为端口的宽度的中点沿端口的长度延伸的线。
图1示出包括气体分配组件120(也被称为注入器或注入器组件)和基座组件140的处理腔室100的横截面。气体分配组件120是在处理腔室中使用的任何类型的气体输送装置。气体分配组件120包括面向基座组件140的前表面121。前表面121可具有任何数量或种类的开口以将气体流朝向基座组件140输送。气体分配组件120还包括外周边缘124，所述外周边缘在实施方式中被示出为大体上是弧形的(round)。
所使用的具体类型的气体分配组件120可根据所使用的特定工艺而变化。本公开内容的实施方式可与任何类型的处理系统一起使用，其中在基座与气体分配组件之间的间隙受到控制。虽然可采用各种类型的气体分配组件(例如，喷头)，但是本公开内容的实施方式可以是对具有多个大体上平行的气体通道的空间ALD气体分配组件来说尤其有用的。如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，术语“大体上平行”表示气体通道的延长的轴线在相同的大致方向上延伸。气体通道的平行度可能存在略微偏差。多个大体上平行的气体通道可包括至少一个第一反应气体A通道、至少一个第二反应气体B通道、至少一个净化气体P通道和/或至少一个真空V通道。从第一反应气体A通道、第二反应气体B通道和净化气体P通道流出的气体被引导向晶片的顶表面。有些气体流水平地移动越过晶片的表面并通过净化气体P通道流出处理区域。从气体分配组件的一个端部移动到另一个端部的基板将依次暴露于工艺气体中的每一个，从而在基板表面上形成层。
在一些实施方式中，气体分配组件120是由单个注入器单元制成的刚性(rigid)固定主体。在一个或多个实施方式中，气体分配组件120由多个单独扇区(例如，注入器单元122)组成，如图2中所示。单件主体或多扇区主体可与所描述的本公开内容的各种实施方式一起使用。
基座组件140被定位在气体分配组件120下方。基座组件140包括顶表面141和在顶表面141中的至少一个凹槽142。基座组件140还具有底表面143和边缘144。凹槽142可为任何合适的形状和大小，这取决于要处理的基板60的形状和大小。在图1中所示出的实施方式中，凹槽142具有平坦底部以支撑晶片的底部；然而，凹槽的底部也可变化。在一些实施方式中，凹槽具有围绕凹槽的外周边缘的阶梯区域，所述阶梯区域被设定大小以支撑晶片的外周边缘。晶片的外周边缘受阶梯部支撑的程度可根据例如晶片的厚度和已经存在于晶片的背侧上的特征的存在而变化。
在一些实施方式中，如图1中所示，基座组件140的顶表面141中的凹槽142被设定大小为使得支撑在凹槽142中的基板60具有与基座组件140的顶表面141大体上共面的顶表面61。如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，术语“大体上共面”表示晶片的顶表面和基座组件的顶表面是在±0.2mm内共面的。在一些实施方式中，顶表面是在±0.15mm、±0.10mm或±0.05mm内共面的。一些实施方式的凹槽142支撑晶片，使得晶片的内径(ID)位于距基座的中心(旋转轴线)在约170mm至约185mm的范围内。在一些实施方式中，凹槽142支撑晶片，使得晶片的外径(OD)位于距基座的中心(旋转轴线)在约470mm至约485mm的范围内。
图1的基座组件140包括支撑支柱160，支撑支柱160能够提升、降下和旋转基座组件140。基座组件可包括加热器或气体管线，或在支撑支柱160的中心内的电气部件。支撑支柱160可以是增大或减小在基座组件140与气体分配组件120之间的间隙以将基座组件140移动到适当位置的主要手段。基座组件140还可包括微调致动器162，微调致动器162可对基座组件140进行微小调整以在基座组件140与气体分配组件120之间形成预定的间隙170。在一些实施方式中，间隙170距离在约0.1mm至约5.0mm的范围内、或在约0.1mm至约3.0mm的范围内、或在约0.1mm至约2.0mm的范围内、或在约0.2mm至约1.8mm的范围、或在约0.3mm至约1.7mm的范围内、或在约0.4mm至约1.6mm的范围内、或在约0.5mm至约1.5mm的范围内、或在约0.6mm至约1.4mm的范围内、或在约0.7mm至约1.3mm的范围内、或在约0.8mm至约1.2mm的范围内、或在约0.9mm至约1.1mm的范围内、或为约1mm。
图中所示出的处理腔室100是其中基座组件140可保持多个基板60的转盘型腔室。如图2中所示，气体分配组件120可包括多个分开的注入器单元122，每个注入器单元122能够随着晶片在注入器单元122下方移动而将膜沉积在晶片上。两个饼形注入器单元122被示出为定位在基座组件140的近似相对的两侧上并且在基座组件140上方。仅出于说明目的而示出此数量的注入器单元122。将理解，可包括更多或更少的注入器单元122。在一些实施方式中，存在足够的数量的饼形注入器单元122以形成符合基座组件140的形状的形状。在一些实施方式中，可独立地移动、移除和/或替换单独的饼形注入器单元122中的每一个，而不影响任何其他注入器单元122。例如，可使一个节段升高以允许机械手进入在基座组件140与气体分配组件120之间的区域来装载/卸载基板60。
具有多个气体注入器的处理腔室可用于同时处理多个晶片，使得这些晶片经历相同的工艺流程。例如，如图3中所示，处理腔室100具有四个气体注入器组件和四个基板60。在处理开始时，基板60可定位在注入器组件30之间。将基座组件140旋转17了45°将造成在气体分配组件120之间的每个基板60移动到气体分配组件120以进行膜沉积，如在气体分配组件120下的虚线圆圈所图示。附加的45°旋转将使基板60移动远离注入器组件30。利用空间ALD注入器，在晶片相对于注入器组件移动期间，膜沉积到晶片上。在一些实施方式中，基座组件140以增量旋转，所述增量防止基板60停止在气体分配组件120下方。基板60和气体分配组件120的数量可以相同或不同。在一些实施方式中，存在数量与气体分配组件相同的被处理晶片。在一个或多个实施方式中，被处理的晶片的数量是气体分配组件的数量的分数或整数倍数。例如，如果存在四个气体分配组件，那么存在4x个被处理的晶片，其中x是大于或等于1的整数值。
图3中所示出的处理腔室100仅代表一种可能配置并且不应视为限制本公开内容的范围。这里，处理腔室100包括多个气体分配组件120。在所示出的实施方式中，存在围绕处理腔室100均匀地间隔开的四个气体分配组件(也被称为注入器组件30)。所示出的处理腔室100是八边形的，然而，本领域技术人员将理解，这是一种可能的形状，而不应视为限制本公开内容的范围。所示出的气体分配组件120是梯形的，但是也可为单个圆形部件或由多个饼形节段组成，就像图2中所示出的那样。
图3中所示出的实施方式包括装载锁定腔室180或辅助腔室(如缓冲站)。此腔室180连接到处理腔室100的一侧以允许例如基板(也被称为基板60)从处理腔室100装载/卸载。晶片机械手可定位在腔室180中以将基板移动到基座上。
转盘(例如，基座组件140)的旋转可为连续的或间断的。在连续处理中，晶片一直旋转，使得这些晶片依次暴露于注入器中的每一个。在间断处理中，晶片可移动到注入器区域并且停止，然后移动到在注入器之间的区域84并且停止。例如，转盘可旋转以使得晶片从注入器间区域移动越过注入器(或停止在与注入器相邻的地方)并且移动到下一注入器间区域上，在所述下一注入器间区域中，转盘可再次暂停。在注入器之间的暂停可为在每次层沉积之间的附加处理步骤(例如，暴露于等离子体)提供时间。
图4示出气体分配组件220的可被称为注入器单元122的扇区或部分。注入器单元122可单独地或结合其他注入器单元使用。例如，如图5中所示，四个图4的注入器单元122被组合以形成单个气体分配组件220。(为了清楚起见，没有示出分开四个注入器单元的线。)虽然除了净化气体端口155和真空端口145之外，图4的注入器单元122还具有第一反应气体端口125和第二反应气体端口135两者，但是注入器单元122并不是需要所有这些部件。
参考图4和图5两者，根据一个或多个实施方式的气体分配组件220可包括多个扇区(或注入器单元122)，其中每个扇区相同或不同。气体分配组件220定位在处理腔室内并且包括在气体分配组件220的前表面121中的多个延长的气体端口125、135、145。多个延长的气体端口125、135、145和真空端口155从与气体分配组件220的内周边缘123相邻的区域朝向与外周边缘124相邻的区域延伸。所示出的多个气体端口包括第一反应气体端口125、第二反应气体端口135、环绕第一反应气体端口和第二反应气体端口中的每一个的真空端口145、和净化气体端口155。
然而，参考图4或图5中所示出的实施方式，当陈述端口从至少内周区域附近延伸到至少外周区域附近时，端口可以不只是从内区域向外区域径向地延伸。当真空端口145包围反应气体端口125和反应气体端口135时，端口可切向地延伸。在图4和图5中所示出的实施方式中，楔形反应气体端口125、135的全部边缘都被真空端口145环绕，包括与内周区域和外周区域相邻的地方。
参考图4，当基板沿路径127移动时，基板表面的每个部分暴露于各种反应气体。遵循路径127，基板将暴露于或“见到”净化气体端口155、真空端口145、第一反应气体端口125、真空端口145、净化气体端口155、真空端口145、第二反应气体端口135和真空端口145。因此，在图4中所示出的路径127的端部处，基板已经暴露于来自第一反应气体端口125和第二反应气体端口135的气流以形成层。所示出的注入器单元122形成四分之一圆，但是也可以更大或更小。图5所示出的气体分配组件220可被认为是顺序地(in series)连接的四个图4的注入器单元122的组合。
图4的注入器单元122示出分开反应气体的气帘150。术语“气帘”用于描述分开反应气体以免使反应气体混合的气体流或真空的任何组合。图4中所示出的气帘150包括靠近第一反应气体端口125的真空端口145的部分、在中间的净化气体端口155和靠近第二反应气体端口135的真空端口145的部分。气体流和真空的此组合可用于防止或最小化第一反应气体和第二反应气体的气相反应。
参考图5，来自气体分配组件220的气体流和真空的组合形成对多个处理区域250的分开。处理区域粗略地限定在单独反应气体端口125、135周围，其中气帘150在250之间。图5中所示出的实施方式形成八个分开的处理区域250，其中八个分开的气帘150在这八个分开的处理区域之间。处理腔室可具有至少两个处理区域。在一些实施方式中，存在至少三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、10个、11个或12个处理区域。
在处理期间，基板可在任何给定的时间暴露于多于一个处理区域250。然而，暴露于不同处理区域的部分将具有分开两者的气帘。例如，如果基板的前缘进入包括第二反应气体端口135的处理区域，那么基板的中间部分将在气帘150下方并且基板的后缘将在包括第一反应气体端口125的处理区域中。
可例如为装载锁定腔室的工厂接口280被示出为连接到处理腔室100。基板60被示出为重叠在气体分配组件220上方以提供参考系(frame of reference)。可通常将基板60安置在基座组件上以将基板60保持在气体分配组件120(也被称为气体分配板)的前表面121附近。经由工厂接口280将基板60向处理腔室100中装载到基板支撑件或基座组件上(参见图3)。基板60可被示出为定位在处理区域内，因为基板位于与第一反应气体端口125相邻的地方并且在两个气帘150a、150b之间。沿路径127旋转基板60将使基板围绕处理腔室100逆时针地移动。因此，基板60将暴露于第一处理区域250a至第八处理区域250h，包括在第一处理区域250a至第八处理区域250h之间的所有处理区域。对于围绕处理腔室的每个循环，在使用所示出的气体分配组件的情况下，基板60将暴露于第一反应气体和第二反应气体的四个ALD循环。
批处理器(如图5中的批处理器)中的常规ALD序列维持分别来自空间上分开的注入器的化学物A和B的流量，所述空间上分开的注入器之间有泵/净化区段。常规ALD序列具有开始和结束图案(pattern)，这可能造成沉积膜的不均匀性。本发明人惊讶地发现，在空间ALD批处理腔室中执行的基于时间的ALD工艺提供具有更高均匀性的膜。暴露于气体A、不暴露于反应气体、暴露于气体B、不暴露于反应气体的基本工艺将扫掠在注入器下方的基板以使表面分别充满化学物A和B，从而避免在膜中形成开始和结束图案。本发明人惊讶地发现，当目标膜厚度薄(例如，小于20个ALD循环)时，基于时间的方法尤其有益，在目标膜厚度薄的情况下开始和结束图案对晶片内均匀性性能有显著影响。本发明人还发现，如本文所描述，产生SiCN、SiCO和SiCON膜的反应工艺无法通过时域工艺完成。用于净化处理腔室的时间量造成从基板表面剥离材料。所描述的空间ALD工艺不会发生剥离，因为在气帘下的时间短。
因此，本公开内容的实施方式涉及包括具有多个处理区域250a至250h的处理腔室100的处理方法，其中每个处理区域通过气帘150与相邻区域分开。例如，图5中示出的处理腔室。在处理腔室内的气帘和处理区域的数量可为任何合适的数量，这取决于气体流的布置。图5中所示出的实施方式具有八个气帘150和八个处理区域250a至250h。气帘的数量大致等于或大于处理区域的数量。例如，如果区域250a没有反应气体流，而仅用作装载区域，那么处理腔室将具有七个处理区域和八个气帘。
多个基板60定位在基板支撑件(例如，图1和图2所示出的基座组件140)上。多个基板60围绕处理区域旋转以进行处理。一般来讲，在整个处理(包括没有反应气体流入腔室中的时间段)中，气帘150处于使用中(气体流动并且真空开启)。
第一反应气体A流入一个或多个处理区域250中，而惰性气体流入没有第一反应气体A流入的任何处理区域250中。例如，如果第一反应气体流入处理区域250b至处理区域250h，那么惰性气体将流入处理区域250a。惰性气体可流过第一反应气体端口125或第二反应气体端口135。
在处理区域内的惰性气体流动可为恒定或变化的。在一些实施方式中，反应气体与惰性气体是共流的。惰性气体将用作载体和稀释剂。由于相对于载气而言，反应气体的量小，因此共流可通过减小在相邻区域之间的压力差来更容易地使处理区域之间的气体压力平衡。
本公开内容的一些实施方式涉及注入器模块。尽管关于空间ALD处理腔室描述了注入器模块，但是本领域的技术人员将理解，模块不限于空间ALD腔室并且可适用于其中增加气体流均匀性有用的任何注入器情况。
本公开内容的一些实施方式有利地提供模块化等离子体源组件，即能够容易地插入处理系统中和从处理系统移除的源。这样的源可使全部或大部分硬件在与原子层沉积工艺相同的压力水平、典型地1Torr至50Torr下操作。本公开内容的一些实施方式为等离子体源提供跨晶片表面的改善的离子通量。在一些实施方式中，等离子体源包括在大体上垂直于晶片表面对准的三个板之间的电容性源。在一些实施方式中，外板接地并且内板通电。当在板之间的气体物种朝向晶片表面流动时，可在板之间产生等离子体。等离子体大体上被约束于源并且最小化从通电板到达晶片表面的溅射材料。本公开内容的一些实施方式有利地提供等离子体源，所述离子体源最小化或消除从热电极溅射的材料对基板的污染。一些实施方式还有利地提供大体上不改变基板表面的软等离子体(soft plasma)。一个或多个实施方式提供能够在不使电返回路径穿过基板的情况下生成等离子体的设备。本公开内容的一些实施方式提供可添加到气体分配组件或从气体分配组件移除的模块化远程等离子体源。远程等离子体源在不使用基板或基板支撑件作为电极的情况下生成等离子体。
在RF热电极(通电电极)与接地板(被称为返回电极)之间的间隙可变化。在一些实施方式中，间隙在约3mm至约15mm的范围内并且可以是可调整的。RF热电极的宽度可变化。例如，板可以是渐缩的，以加速离子。在使用中，在RF热电极与返回电极之间的间隙中流动的气态物种被离子化。然后，离子化的物种可接触基板表面。在一些实施方式中，所形成的等离子体是大体上不改变基板表面的软等离子体。
参考图6至图19B，本公开内容的一个或多个实施方式针对模块化电容耦合等离子体源300。如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，术语“模块化”是指等离子体源300可附接到处理腔室或从处理腔室移除。模块化源一般能够由一个人移动、移除或附接。
图6示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的等离子体源组件300的横截面。图6所示出的等离子体源组件300包括具有气体入口315和前面312的壳体310。气体入口315允许气体流沿流动路径318移动穿过壳体310且并从前面312中的开口313出去。所示出的实施方式具有出于描述目的而偏心地图示的气体入口315，但是本领域的技术人员将理解，气体入口315可在壳体310中居中。另外，一些实施方式包括气室316以增加通过流动路径318的气体流的均匀性。一些实施方式的气室316至少部分地填充有电介质，所述电介质具有多个通孔和/或气室以允许气体均匀地到达等离子体腔(间隙340、340b)。通孔和/或气室具有足够小的尺寸以防止等离子体击穿。在一些实施方式中，通孔具有小于或等于约1mm、0.95mm、0.9mm、0.85mm、0.8mm、0.75mm、0.7mm、0.65mm或0.6mm的直径。
等离子体源组件300包括RF热电极320和至少一个返回电极330。返回电极330是与RF热电极320形成完整电路的任何导电材料。本领域的技术人员将理解，返回电极330可提供电子流动的通路。以此方式使用的术语“返回”是指电极是等离子体部件的电通路的部分，而不暗示电流或电子流动的方向。
参考图6至图8，RF热电极320具有第一表面322和与第一表面322相对的第二表面324。图6示出等离子体源组件300的横截面，而图7和图8示出电极的局部透视图。如就这一方面所使用的，第一表面322和第二表面324在RF热电极320的厚度T的相对侧上。RF热电极320一般被成形(shape)为具有高度H、厚度T和长度L的矩形棱柱。RF热电极320具有大体上平行于流动路径318取向的第一表面322。如就这一方面所使用的，术语“大体上平行”是指表面在平行(被定义为0°)的±10°内。
返回电极330与RF热电极320类似地成形。返回电极具有第一表面332，第一表面332大体上平行于流动路径318取向。返回电极330的第一表面332与RF热电极320的第一表面322间隔开以形成间隙340。
返回电极330、330b可为任何合适的材料，包括但不限于铝、不锈钢和铜。返回电极330、330b可具有任何合适的电气特性。在一些实施方式中，返回电极330、330b是接地电极。接地电极是与电接地电接触的任何导电材料。
在一些实施方式中，返回电极330、330b是不同于RF热电极320的通电电极。如以此方式所使用的，“与RF热电极不同”是指电气性质或电位与RF热电极不同。例如，可使用移相器以推挽方式从单个源调谐所生成的等离子体的驱动功率，以最小化与晶片的相互作用。在这种实施方式中，RF热电极320可为例如与返回电极330位相相差180°。
如图7中所示，等离子体源组件的一些实施方式还包括第二返回电极330b。第二返回电极330b具有第一表面332b，第一表面332b大体上平行于流动路径318取向。第二返回电极330b的第一表面332b与RF热电极320的第二表面324间隔开以形成间隙340b。间隙340和间隙340b可具有相同或不同的尺寸。在一些实施方式中，在RF热电极320与返回电极330、330b之间的间隙340、340b在约4mm至约15mm的范围内、或在约5mm至约14mm的范围内、或在约7mm至约13mm的范围内、或在约9mm至约12mm的范围内、或为约11mm。
RF热电极320的厚度T可取决于例如电极材料而为任何合适的厚度。在一些实施方式中，RF热电极具有在约3mm至约11mm的范围内、或在约4mm至约10mm的范围内、或在约6mm至约9mm的范围内、或为约8mm的厚度。
RF热电极320的高度H可变化。在一些实施方式中，RF热电极320的高度H在约8mm至约40mm的范围内、或在约9mm至约35mm的范围内、或在约10mm至约30mm的范围内、或在约11mm至约25mm的范围内、或在约12mm至约20mm的范围内、或在约13mm至约15mm的范围内或为约14mm。
在一些实施方式中，等离子体源组件300的壳体310是楔形的。图9示出结合有楔形壳体310的实施方式。如图所示，RF热电极320和返回电极330沿壳体310的主轴线308延伸。以此方式所使用的主轴线308是指延伸穿过形成内周边缘123的弧的中点和形成外周边缘124的弧的中点的轴线。
在RF热电极320与返回电极330之间的间距可沿等离子体源组件的主轴线308大体上相同，或可变化。例如，在一些实施方式中，RF热电极和返回电极在楔形壳体310的外周边缘124处比在内周边缘123附近更远地间隔开。
一些实施方式包括与RF热电极320的下边缘329相邻的包层360。参考图10，图示在两个返回电极330之间的RF热电极320。包层360将RF热电极320的下边缘329与基板60和基座组件140分开。在一些实施方式中，包层360的存在帮助防止或最小化RF热电极320的溅射污染基板60。包层360可由任何合适的材料制成，包括但不限于电介质(例如，陶瓷材料)。可调整包层360的大小以使RF热电极320的下边缘329从基板60的附近移动。在一些实施方式中，包层360具有在约10mm至约25mm的范围内、或在约13mm至约20mm的范围内、或为约17mm的长度Ls。
参考图1、图2、图8和图11，本公开内容的一些实施方式针对处理腔室100，处理腔室100包括基座组件140和气体分配组件120。图11示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的处理腔室100的等轴视图。基座组件140具有顶表面141以支撑多个基板60并使基板60围绕中心轴线161旋转。
气体分配组件120具有面对基座组件140的顶表面141的前表面121以将气体流朝向基座组件140的顶表面141引导。一些实施方式的气体分配组件120包括具有楔形壳体310的等离子体源组件300。楔形壳体具有限定壳体310的主轴线308的内周边缘123和外周边缘124。壳体310具有第一侧面371、第二侧面372、气体入口315和前面312。流动路径被定义为从气体入口315通过壳体310并且离开前面312流动的气体所遵循的路径。
等离子体源组件300具有至少一个RF热电极320，所述至少一个RF热电极具有大体上平行于流动路径取向的第一表面322。在所示出的实施方式中，存在三个RF热电极320。至少一个返回电极330在壳体310内并且具有平行于流动路径取向并且与RF热电极320的第一表面322间隔开以形成间隙340的第一表面332。等离子体源组件300的楔形壳体310的前面312定位成距基座组件140的顶表面141在约1mm至约5mm的范围内、或在约1.5mm至约4mm的范围内、或为约2mm的距离。图15中所示出的实施方式仅是具有等离子体源组件的处理腔室的一种可能配置的示例，而不应被视为限制本公开内容的范围。
返回参考图6，一些实施方式包括同轴RF馈电线380，同轴RF馈电线380穿过壳体310并且为RF热电极320提供功率以在间隙340中生成等离子体。同轴RF馈电线380包括由绝缘体386分开的外导体382和内导体384。内导体384与RF热电极320电连通，而外导体382与电接地电连通或与同RF热电极不同相的电源(未示出)电连通。如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，术语“电连通”是指部件直接地或通过中间部件连接，使得电阻很小。在内导体384与外导体382之间的间隙可填充有电介质，所述电介质可为陶瓷，但是可为任何合适的介电材料。
同轴RF馈电线380可被构造为使得外导体382端接在返回电极330上。内导体384可端接在RF热电极320上。在一些实施方式中，气体入口315围绕同轴馈电器的外周边馈送到壳体。RF馈电线可为同轴传输线的形式。外导体可连接/端接在返回电极中，而内导体连接到RF热电极。可通过任何合适的方法(包括但不限于金属垫圈)将返回电极330连接到金属壳体。这帮助确保返回电流的对称几何形状。所有返回电流都向上流到馈电器的外导体，从而最小化RF噪声。在一些实施方式中，RF馈电器被设计为向RF热电极提供对称RF馈送电流并且提供对称返回电流。所有返回电流都向上流到外导体，从而最小化RF噪声并且最小化源安装对操作的影响。
对于线性径向等离子体源，如图6至图8中所示的线性径向等离子体源，在使用旋转基座(压板)的任何处理系统中，在晶片的内径(ID)处的等离子体暴露(处理)比在晶片的外径(OD)处大。在同轴馈电器连接到热电极的近似中心的系统中，在ID和OD暴露之间的差异为约2.7倍。当前，同轴馈送在电极的中心附近连接到热电极。此连接配置可能无法在晶片的ID和OD处提供均匀等离子体暴露。本公开内容的一个或多个实施方式有利地提供简单线性设计等离子体源。一些实施方式有利地提供以高频率或非常高的频率的内径馈送，其中等离子体通量从晶片ID到OD增大。
参考图11和图12，竖直等离子体源(VPS)可为线性等离子体源，所述线性等离子体源具有从晶片的ID延伸到OD并超过OD的通电电极(热电极)和返回电极。在热电极与返回电极之间的间隙可沿电极的长度从ID到OD大体上均匀。
一些实施方式的电极被由介电材料制成的内包层和外包层包围，以最小化金属污染。“内包层”可用来指与RF热电极相关联的包层，而“外包层”可用来指与返回电极相关联的包层。间隙维持在包层的底部与晶片/基座之间，所述间隙使等离子体暴露于晶片。
一般来讲，在等离子体组件中示出的电场(和等离子体通量)在RF馈电器附近最大，其中场强随距RF馈电器的距离而减小。在线性竖直等离子体源中，最小的电场和等离子体密度令人惊讶地出现在RF馈电器下方。不受任何特定操作理论束缚，相信这是由电磁效应引起的，所述电磁效应随RF功率的频率而增加。本发明人发现，将RF馈电器朝向热电极的ID端部移动可补偿暴露不均匀性。
电源390可以任何合适的频率操作。已经发现，较高频率功率可产生等离子体密度变化，所述离子体密度变化可补偿因基座旋转而造成的在ID与OD之间的不同暴露。在一些实施方式中，电源390以高频(20MHz至30MHz)操作，或以非常高的频率(30MHz至100MHz)操作。在一些实施方式中，电源390以60MHz操作。
参考图11至图13，本公开内容的一个或多个实施方式涉及等离子体源组件300。等离子体源组件300包括壳体310，如图13中所示。一些实施方式的壳体310保持或支撑等离子体源组件除了可能使用的功率连接或气体管线连接之外的所有部件。在组合到一个壳体中的情况下，等离子体源组件可模块化，从而允许将组件移动、添加到处理设备或从处理设备移除。一些实施方式的壳体310是楔形的，以装配到类似图4或图5中所示的气体分配组件120中。尽管壳体310可为楔形的，但是其中形成等离子体的等离子体腔或间隙的形状可为线性的。出于描述目的，图11中所图示的实施方式未示出壳体。
图12示出一些实施方式的等离子体源组件300的局部横截面侧视图。壳体310具有内周边缘123和外周端部124，内周边缘123和外周端部124可与图4和图5中所图示的气体分配组件120对准。如图13中所示，壳体310可包括气体入口315，以形成从气体入口315起的流动路径318，从而允许气体流穿过壳体310并且从等离子体源组件300的前面312中的开口313出来。前面312可由壳体310、RF热电极320、返回电极330或可定位成距基座组件一定距离的任何合适的材料形成。在一些实施方式中，前面312由产生材料的混合物的单独组分的组合形成。
等离子体源组件包括具有延长的主体321的RF热电极320，延长的主体321包括第一表面322和与第一表面322相对的第二表面324。第一表面322和第二表面324限定RF热电极320的宽度。在一些实施方式中，第一表面322和第二表面324大体上平行。如就这一方面所使用的，术语“大体上平行”是指表面形成在平行的±10°、±9°、±8°、±7°、±6°、±5°、±4°、±3°、±2°或±1°的范围内的主平面。在一些实施方式中，RF热电极320的宽度在约2mm至约20mm的范围内、或在约3mm至约15mm的范围内、或在约4mm至约10mm的范围内、或在约5mm至约9mm的范围内、或在约6mm至约8mm的范围内、或为约7mm。
RF热电极320的延长的主体321具有内周端部323和外周端部325。RF热电极320的内周端部323在壳体310内定位在壳体310的内周边缘123附近。RF热电极320的外周边缘325在壳体310内定位在壳体310的外周边缘124附近。内周端部323和外周端部325限定RF热电极320的长度L。图12中所图示的实施方式示出了具有与RF热电极320大约相同的长度的壳体310。这仅表示一种可能配置并且不应被视为限制本公开内容的范围。一些实施方式的壳体延伸超出RF热电极的端部并且可缠绕RF热电极的至少一些。一些实施方式的RF热电极320的长度L在约160mm至约440mm的范围内。RF热电极320的长度L可被配置为横跨待处理的基板的宽度。例如，如果被处理的基板是200mm直径晶片，那么RF热电极可具有在约160mm至约440mm的范围内、或在约180mm至约220mm的范围内、或在约190mm至约210mm的范围内、或在约195mm至约205mm的范围内的长度L。如果被处理的基板是300mm直径晶片，那么RF热电极可具有在约160mm至约440mm的范围内、或在约260mm至约440mm的范围内、或在约280mm至约320mm的范围内、或在约290mm至约310mm的范围内、或在约295mm至约305mm的范围内的长度L。
返回电极330可为适合于允许返回电流流动或提供与RF热电极相反极性的电压的任何部件。术语“返回电极”用于表示与RF热电极形成完整电路的电连接，并且不应视为暗示电流或电子流动的方向。一些实施方式的返回电极330是壳体310。在一些实施方式中，返回电极330是壳体310内的单独的部件。返回电极330可由与壳体310相同的材料制成，但是与壳体310电隔离，或者返回电极330可由与壳体310不同的材料制成。在所图示的实施方式中，返回电极330是与壳体310不同的材料。一些实施方式的返回电极330具有从壳体的内周边缘延伸到外周边缘的延长的主体。返回电极与RF热电极320间隔开以提供间隙340，能够在间隙340中形成等离子体。
RF馈电器380将电源390连接到RF热电极320。RF馈电器380可为同轴RF馈送线，如图6中所示的同轴RF馈送线。如图12中所示，RF馈电器380在距RF热电极320的内周边缘323的距离De处连接到RF热电极。一些实施方式的距离De小于或等于RF热电极320的长度L的约25％。在一些实施方式中，距离De小于或等于RF热电极320的长度L的约20％、15％、10％、5％、4％、3％、2％或1％。
如图13中所示，在一些实施方式中，RF热电极320具有定位成使得RF热电极320不直接地暴露于基板或基座组件的RF热电极包层360。如以此方式所使用的，术语“不直接地暴露”和类似术语是指从RF热电极320喷射的原子不能按笔直路径行进来冲击基板的表面。在所示出的实施方式中，RF热电极包层360缠绕RF热电极320的所有暴露的侧面和表面。一些实施方式的RF热电极包层360包括硅或氧化硅中的一种或多种。在一些实施方式中，RF热电极包层360包括石英或基本上由石英组成。在一些实施方式中，RF热电极包层360由不会作为污染物溅射到被处理的晶片上的材料制成。RF热电极包层360材料可取决于所执行的工艺或沉积。
在一些实施方式中，返回电极330包括返回电极包层361。一些实施方式的返回电极包层361定位成使得返回电极330不直接地暴露于基板或基座表面。在一些实施方式中，返回电极包层361包括硅、氧化硅或氧化铝中的一种或多种。
一些实施方式的返回电极包层361包括与RF热电极包层360不同的材料。在一些实施方式中，RF热电极包层360和返回电极包层361由相同材料制成。在一些实施方式中，RF热电极包层360包括石英，而返回电极包层包括氧化铝。在一些实施方式中，RF热电极包层360基本上由石英组成并且/或者返回电极包层基本上由氧化铝组成。如以此方式所使用的，术语“基本上由……组成”是指主体包层(subject cladding)的成分按重量计大于或等于所陈述的材料的约95％、98％或99％。
RF热电极包层360和返回电极包层361可形成等离子体源组件300的前面312。从RF热电极包层360到基板60的距离Gh可与从返回电极包层361到基板60的距离Gr相同或不同。
一些实施方式的等离子体源组件300为等离子体提供了在RF热电极320的内周端部323处生成的离子通量，所述离子通量小于在RF热电极320的外周端部325处生成的离子通量。
本公开内容另外的实施方式涉及处理基板的方法。基板60定位在基座组件140上，邻近气体分配组件120。气体分配组件120包括根据本公开内容的一个或多个实施方式的等离子体源组件。气体通过壳体310的气体入口315流入RF热电极320与返回电极330之间的间隙340中。通过定位在从内周端部323测量的RF热电极320的长度L的25％内的RF馈电器380对RF热电极320通电以在间隙340中形成等离子体。等离子体流出壳体310的前面312以使基板60暴露于等离子体。
将RF馈电器朝向内径移动提供从ID朝向OD的等离子体通量增大。然而，已经发现，在晶片OD的最后25mm至30mm中存在下降(roll off)(较低离子通量)，这可能不利地影响工艺性能。因此，本公开内容的一个或多个实施方式有利地提供增加等离子体通量均匀性的设备和方法。
图14A和图14B分别示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的等离子体源组件300的横截面图和仰视图。等离子体源组件300包括RF热电极320和返回电极330。在所图示的实施方式中，返回电极330是等离子体源组件300的壳体。RF热电极通过电介质370与返回电极330隔离。同轴馈电线的内导体384相对于外径端部325在内径端部323附近连接到RF热电极320。
在所图示的实施方式中，包层360缠绕RF热电极320的下边缘329和侧边缘328。沿RF热电极320的长度，从内径端部323到外径端部325，包层360使RF热电极320与相邻部件隔绝，使得在RF热电极320与其他部件之间不存在直接的视线。
外包层361定位在返回电极330上，使得外包层361在返回电极330与间隙340之间。如图所示，外包层361可缠绕返回电极330的前部部分以防止返回电极的溅射。
已观察到，低电场在ID附近出现，而高电场在OD附近出现。电场在OD附近饱和。由于用于在ID附近的电源连接的功率分布，等离子体密度和离子通量不会线性地增大，另外，功率分布在较大容积上，从而导致在晶片OD附近的等离子体密度和离子通量较低。这可能会导致边缘下降，从而不利地影响工艺性能。因此，本公开内容的一些实施方式有利地提供设备以通过使用成形的RF热电极来增强在OD附近的到电极的功率分布。
图15图示具有U形RF热电极330的等离子体源组件300的实施方式的仰视图。功率分布均匀性的提高增大等离子体密度，并且在OD附近的到晶片的离子通量增大并且变得从ID到OD更均匀。在图15中，RF热电极320具有腿421，腿421与RF热电极320的主要部分成角度地朝向外包层361延伸。在所示出的实施方式中，RF热电极320的腿421接触外包层361。在一些实施方式中，存在将腿421与外包层361分开的空间或不同的材料。包层360遵循RF热电极320的形状，使得腿421与到间隙340的视线屏蔽，以防止RF热电极320的溅射。在ID和OD处的腿421被示出为具有相同的长度和宽度。然而，技术人员将认识到，在ID处的腿421的长度可与在OD处的腿421的长度不同。
在一些实施方式中，包层360或外包层361包括石英。包层360或外包层361的厚度可在约0.25mm至约2.5mm的范围内、或在约0.5mm至约2.0mm的范围内、或在约0.75mm至约1.5mm的范围内。
图16中图示的实施方式包括在RF热电极320的腿421附近的三角形部分422。三角形部分422在RF热电极320的OD端部处。然而，三角形部分也可在电极的ID端部上。在三角形部分422附近的包层360可与在腿421附近或在电极的中间附近的包层厚度相同。在一些实施方式中，在三角形部分422附近的包层360比在靠近腿421的电极的中间附近的包层薄。尽管所图示的实施方式示出三角形部分422相对于电极的主要部分成约45度的角度，但是应理解，角度可不同。另外，将理解，三角形部分可为非线性的。例如，三角形部分422可具有将电极的主要部分连接到腿的弯曲外观。
在一些实施方式中，可通过在沉积低的地方增加通电电极(RF热电极320)与接地(返回电极330)之间的RF耦合来改进功率分布轮廓(profile)。在一些实施方式中，可通过在沉积高的地方减少通电电极与接地之间的RF耦合来改进功率分布轮廓。可通过不同技术来调制RF耦合，所述技术包括但不限于改变在RF热电极320与包层360之间的间距、改变在返回电极330与外包层361之间的间距、改变包层360的厚度和/或改变外包层361的厚度。
图17A和图17B图示在包层360或外包层361与RF热电极320或返回电极330之间的间距分别变化的实施方式。在图17A中，在RF热电极320与包层360之间的间隙440是变化的。在所图示的实施方式中，间隙440在RF热电极330的长度的中点最大，其中间隙440渐缩或变窄以消失在电极的ID和OD附近。在一些实施方式中，间隙440跨电极从ID到OD的长度是不对称的。增大间隙440的大小可调制或改变包层360的有效介电常数。
在图17B中，在返回电极330与外包层361之间的间隙450是变化的。在所图示的实施方式中，间隙450在间隙340的长度的中点最大，其中间隙450渐缩或变窄以消失在间隙340的ID和OD附近。在一些实施方式中，间隙450跨间隙340的长度是不对称的。相对于间隙340测量间隙440，因为返回电极330可以非常大并且相对于间隙340和RF热电极320不对称。
间隙440或间隙450可为任何合适的形状和大小。在一些实施方式中，间隙440或间隙450在沿间隙340的长度的最宽点处小于或等于约0.75mm。在一些实施方式中，间隙440或间隙450小于或等于约0.9mm、0.8mm、0.7mm、0.6mm或0.5mm。如果间隙440或间隙450太大，那么可能在间隙440或间隙450中形成等离子体。
图18A和图18B图示本公开内容的实施方式，其中包层360或外包层361的厚度沿间隙340的长度改变或可变。在图18A中，包层360在间隙340的中间附近较厚。RF热电极320的在间隙340的中间附近的厚度被示出为较薄。然而，本领域的技术人员将认识到，当包层360的厚度改变时，RF热电极320的厚度可跨间隙340的长度保持均匀。在图18B中，外包层361在间隙340的中间附近较厚。
图19A和图19B图示本公开内容的实施方式，其中包层360或外包层361的介电常数沿间隙340的长度改变或可变。介电常数可通过改变跨包层的长度的材料组成或通过改变跨包层的长度的材料的某种性质(例如，密度)来改变或调制。在图19A中，包层360在间隙340的中间区域中具有不同的包层460。在图19B中，外包层361在间隙340的中间区域中具有不同的外包层461。所示出的实施方式具有两种材料；然而，本领域的技术人员将认识到，可存在包层360或外包层361的性质跨间隙340的长度不断变化的(dynamic)改变。
所图示的实施方式改变在间隙340的中间的材料性质(例如，介电常数、间距或宽度)。然而，将认识到，这仅是一种可能配置的示例，并且调制位置可变化。
本公开内容另外的实施方式涉及处理多个基板的方法。将多个基板装载到处理腔室中的基板支撑件上。旋转基板支撑件以使多个基板中的每一个经过气体分配组件，以在基板上沉积膜。旋转基板支撑件以将基板移动到与电容耦合等离子体源相邻的等离子体区域，从而在等离子体区域中生成大体上均匀的等离子体。重复此方法直到形成预定厚度的膜。
转盘的旋转可为连续或间断的。在连续处理中，晶片一直旋转，使得晶片依次暴露于注入器中的每一个。在间断处理中，晶片可移动到注入区域并停止，并且然后又移动到在注入器之间的区域并停止。例如，转盘可旋转以使得晶片从注入器间区域移动越过注入器(或停止在与注入器相邻的地方)并移动到下一注入器间区域上，在所述下一注入器间区域转盘可再次暂停。在注入器之间暂停可为在每一次层沉积之间的附加处理(例如，暴露于等离子体)提供时间。
等离子体频率可根据所使用的具体反应物种来调谐。合适的频率包括但不限于400kHz、2MHz、13.56MHz、27MHz、40MHz、60MHz和100MHz。
根据一个或多个实施方式，基板在形成层之前和/或之后经受处理。这种处理可在相同腔室中或在一个或多个分开的处理腔室中执行。在一些实施方式中，基板从第一腔室移动到分开的第二腔室以进行进一步处理。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传送腔室并且然后移动到分开的处理腔室。因此，处理设备可包括与传送站连通的多个腔室。这种设备可被称为“群集工具”或“群集系统”和类似物。
一般来讲，群集工具是包括多个腔室的模块化系统，这些腔室执行各种功能，包括基板中心找寻和取向、脱气、退火、沉积和/或蚀刻。根据一个或多个实施方式，群集工具包括至少一个第一腔室和中心传送腔室。中心传送腔室可容置机械手，机械手可使基板穿梭在处理腔室与装载锁定腔室之间。传送腔室典型地维持在真空条件下并且提供中间平台以用于使基板从一个腔室到另一个腔室穿梭和/或穿梭到定位在群集工具的前端处的装载锁定腔室。可适于本公开内容的两个熟知的群集工具是
Figure BDA0002539930690000231
和
Figure BDA0002539930690000232
这两者都可从加利福尼亚州圣克拉拉市应用材料有限公司(Applied Materials,Inc.,of SantaClara,Calif.)获得。然而，腔室的确切布置和组合可如本文所描述的出于执行工艺的具体步骤的目的而更改。可使用的其他处理腔室包括但不限于循环层沉积(CLD)、原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、蚀刻、预清洁、化学清洁、热处理(诸如RTP)、等离子体氮化、脱气、取向、羟基化和其他基板工艺。通过在群集工具上的腔室中实施工艺，可避免基板因大气杂质而造成表面污染，而无需在沉积后续膜之前氧化。
根据一个或多个实施方式，基板一直在真空或“装载锁定”条件下，并且当从一个腔室移动到下一腔室时不暴露于环境空气。因此，传送腔室在真空下并且在真空压力下被“抽气”。惰性气体可存在于处理腔室或传送腔室中。在一些实施方式中，在基板的表面上形成层之后，惰性气体被用作净化气体以去除一些或全部的反应物。根据一个或多个实施方式，在沉积腔室的出口处注入净化气体以防止反应物从沉积腔室移动到传送腔室和/或另外的处理腔室。因此，惰性气体流在腔室的出口处形成帘。
在处理期间，基板可被加热或冷却。这样的加热或冷却可通过任何合适的手段来完成，包括但不限于改变基板支撑件(例如，基座)的温度和使受热气体或受冷却气体流到基板表面。在一些实施方式中，基板支撑件包括加热器/冷却器，所述加热器/冷却器可被控制来传导地改变基板温度。在一个或多个实施方式中，所采用的气体(反应气体或惰性气体)被加热或冷却以局部地改变基板温度。在一些实施方式中，加热器/冷却器在腔室内邻近基板表面定位以对流地改变基板温度。
基板还可在处理期间静止或旋转。旋转基板可连续地或以离散步骤旋转。例如，基板可在整个工艺中旋转，或者基板可在暴露于不同反应气体或净化气体的操作之间小幅地旋转。在处理期间旋转基板(连续地或逐步地)可通过最小化例如气体流几何形状的局部变化性的效应来帮助产生更均匀的沉积或蚀刻。
尽管前述内容针对本公开内容的实施方式，但是在不脱离本公开内容的基本范围的情况下，可设想其他和进一步的实施方式，并且本公开内容的范围由所附权利要求书确定。

Claims (13)

1.一种等离子体源组件，包括：
壳体，所述壳体具有内周边缘、外周边缘和前面，所述壳体包括气体入口以形成从所述气体入口起的流动路径，从而允许气体流穿过所述壳体并且从在所述前面中的开口出去；
RF热电极，所述RF热电极在所述壳体内，所述RF热电极具有延长的主体，所述延长的主体具有靠近所述壳体的所述内周边缘的内周端部和靠近所述壳体的所述外周边缘的外周端部并且限定所述RF热电极的长度，所述RF热电极包括与所述延长的主体成某个角度延伸的腿；
返回电极，所述返回电极具有在所述壳体的所述内周边缘和所述外周边缘之间延伸的延长的主体，所述返回电极与所述RF热电极间隔开以提供间隙，等离子体能够在所述间隙中形成；和
RF馈电器，所述RF馈电器在距所述RF热电极的所述内周端部的某个距离处连接到所述RF热电极，所述距离小于或等于所述RF热电极的所述长度的约25％。
2.根据权利要求1所述的等离子体源组件，其中所述返回电极是所述壳体。
3.根据权利要求1所述的等离子体源组件，其中所述RF馈电器在距所述RF热电极的所述内周端部的某个距离处连接到所述RF热电极，所述距离小于或等于所述RF热电极的所述长度的约5％。
4.根据权利要求1所述的等离子体源组件，其中所述RF热电极包括靠近所述电极的所述腿和所述延长的主体的三角形部分，所述三角形部分延伸到所述间隙中。
5.根据权利要求1所述的等离子体源组件，进一步包括RF热电极包层，所述RF热电极包层定位成使得所述RF热电极不暴露。
6.根据权利要求5所述的等离子体源组件，进一步包括返回电极包层，所述返回电极包层定位成使得所述返回电极不暴露。
7.根据权利要求6所述的等离子体源组件，其中在所述RF热电极与所述RF热电极包层之间存在RF热电极间隙，所述RF热电极间隙具有沿在所述RF热电极与所述返回电极之间的所述间隙的所述长度变化的尺寸。
8.根据权利要求6所述的等离子体源组件，其中在所述返回电极与所述返回电极包层之间存在返回电极间隙，所述返回电极间隙具有沿在所述RF热电极与所述返回电极之间的所述间隙的所述长度变化的尺寸。
9.根据权利要求6所述的等离子体源组件，其中所述RF热电极包层具有沿在所述RF热电极与所述返回电极之间的所述间隙的所述长度变化的尺寸。
10.根据权利要求6所述的等离子体源组件，其中所述返回电极包层具有沿在所述RF热电极与所述返回电极之间的所述间隙的所述长度变化的尺寸。
11.根据权利要求6所述的等离子体源组件，其中所述RF热电极包层具有沿在所述RF热电极与所述返回电极之间的所述间隙的所述长度变化的介电常数。
12.根据权利要求6所述的等离子体源组件，其中所述返回电极包层具有沿在所述RF热电极与所述返回电极之间的所述间隙的所述长度变化的介电常数。
13.一种处理腔室，包括：
基座组件，所述基座组件在所述处理腔室内，所述基座组件具有顶表面以支撑多个基板并使所述多个基板围绕中心轴线旋转；和
气体分配组件，所述气体分配组件具有面对所述基座组件的所述顶表面的前表面以将气体流朝向所述基座组件的所述顶表面引导，所述气体分配组件包括根据权利要求1至12的权利要求所述的等离子体源组件，其中所述等离子体源组件的所述壳体的所述前面定位成距所述基座组件的所述顶表面在约1mm到约5mm的范围内的距离，并且在所述RF热电极的所述内周端部处生成的离子通量小于在所述RF热电极的所述外周端部处生成的离子通量。
CN201880081028.9A 2017-12-15 2018-12-14 用于来自竖直等离子体源的改进等离子体暴露的成形电极 Active CN111492459B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762599679P 2017-12-15 2017-12-15
US62/599,679 2017-12-15
PCT/US2018/065612 WO2019118808A1 (en) 2017-12-15 2018-12-14 Shaped electrodes for improved plasma exposure from vertical plasma source

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111492459A true CN111492459A (zh) 2020-08-04
CN111492459B CN111492459B (zh) 2023-07-14

Family

ID=66816292

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880081028.9A Active CN111492459B (zh) 2017-12-15 2018-12-14 用于来自竖直等离子体源的改进等离子体暴露的成形电极

Country Status (5)

Country Link
US (2) US10763085B2 (zh)
JP (1) JP7069319B2 (zh)
KR (2) KR102456063B1 (zh)
CN (1) CN111492459B (zh)
WO (1) WO2019118808A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI677009B (zh) * 2016-01-24 2019-11-11 美商應用材料股份有限公司 雙端饋電可調諧電漿源
TWI733021B (zh) * 2017-05-15 2021-07-11 美商應用材料股份有限公司 電漿源組件、處理腔室與處理基板的方法
KR102456063B1 (ko) * 2017-12-15 2022-10-19 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 수직 플라즈마 소스로부터의 개선된 플라즈마 노출을 위한 성형된 전극들
TWI800965B (zh) * 2020-12-23 2023-05-01 大陸商中微半導體設備（上海）股份有限公司 等離子體處理裝置及調節方法
US11705312B2 (en) 2020-12-26 2023-07-18 Applied Materials, Inc. Vertically adjustable plasma source
KR20230033101A (ko) 2021-08-27 2023-03-08 삼성전자주식회사 플라즈마 발생 장치
CN117219977B (zh) * 2023-11-09 2024-03-01 青岛天仁微纳科技有限责任公司 一种立式双面等离子清洗装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003338399A (ja) * 2002-05-21 2003-11-28 Sekisui Chem Co Ltd 放電プラズマ処理装置
CN102027811A (zh) * 2008-05-22 2011-04-20 Emd株式会社 等离子体产生装置及等离子体处理装置
US20150262792A1 (en) * 2014-03-17 2015-09-17 Applied Materials, Inc. RF Multi-Feed Structure To Improve Plasma Uniformity
CN106783499A (zh) * 2015-11-20 2017-05-31 应用材料公司 横向等离子体/自由基源

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09268370A (ja) * 1996-04-03 1997-10-14 Canon Inc プラズマｃｖｄ装置及びプラズマｃｖｄによる堆積膜形成方法
US6228438B1 (en) * 1999-08-10 2001-05-08 Unakis Balzers Aktiengesellschaft Plasma reactor for the treatment of large size substrates
TWI440405B (zh) 2007-10-22 2014-06-01 New Power Plasma Co Ltd 電容式耦合電漿反應器
KR100979186B1 (ko) 2007-10-22 2010-08-31 다이나믹솔라디자인 주식회사 용량 결합 플라즈마 반응기
FR2926075B1 (fr) * 2008-01-09 2010-08-13 Rhodia Operations Composition a base d'oxyde de zirconium, d'oxyde d'yttrium et d'oxyde de tungstene, procede de preparation et utilisation comme catalyseur ou support de catalyseur.
US8994270B2 (en) * 2008-05-30 2015-03-31 Colorado State University Research Foundation System and methods for plasma application
JP2010009890A (ja) 2008-06-25 2010-01-14 Panasonic Electric Works Co Ltd プラズマ処理装置
KR101108879B1 (ko) * 2009-08-31 2012-01-30 주식회사 원익아이피에스 가스분사장치 및 이를 이용한 기판처리장치
KR20110054726A (ko) * 2009-11-18 2011-05-25 주성엔지니어링(주) 기판처리장치
JP5803714B2 (ja) 2012-02-09 2015-11-04 東京エレクトロン株式会社 成膜装置
US20130220975A1 (en) * 2012-02-27 2013-08-29 Rajinder Dhindsa Hybrid plasma processing systems
JP2013254723A (ja) * 2012-05-11 2013-12-19 Hitachi High-Technologies Corp プラズマ処理装置
US11149370B2 (en) * 2012-09-19 2021-10-19 Apjet, Inc. Atmospheric-pressure plasma processing apparatus and method
US8887276B2 (en) 2012-11-21 2014-11-11 Owl Computing Technologies, Inc. System for providing a secure video display
JP6134191B2 (ja) 2013-04-07 2017-05-24 村川 惠美 回転型セミバッチａｌｄ装置
WO2015023945A1 (en) * 2013-08-16 2015-02-19 Applied Materials, Inc. Elongated capacitively coupled plasma source for high temperature low pressure environments
JP6552206B2 (ja) * 2015-02-02 2019-07-31 東京エレクトロン株式会社 排気管無害化方法及び成膜装置
WO2017044754A1 (en) 2015-09-11 2017-03-16 Applied Materials, Inc. Plasma module with slotted ground plate
TWI677009B (zh) * 2016-01-24 2019-11-11 美商應用材料股份有限公司 雙端饋電可調諧電漿源
KR102456063B1 (ko) * 2017-12-15 2022-10-19 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 수직 플라즈마 소스로부터의 개선된 플라즈마 노출을 위한 성형된 전극들

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003338399A (ja) * 2002-05-21 2003-11-28 Sekisui Chem Co Ltd 放電プラズマ処理装置
CN102027811A (zh) * 2008-05-22 2011-04-20 Emd株式会社 等离子体产生装置及等离子体处理装置
US20150262792A1 (en) * 2014-03-17 2015-09-17 Applied Materials, Inc. RF Multi-Feed Structure To Improve Plasma Uniformity
CN106783499A (zh) * 2015-11-20 2017-05-31 应用材料公司 横向等离子体/自由基源

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200088510A (ko) 2020-07-22
JP7069319B2 (ja) 2022-05-17
KR20220120718A (ko) 2022-08-30
US20200395194A1 (en) 2020-12-17
KR102456063B1 (ko) 2022-10-19
WO2019118808A1 (en) 2019-06-20
JP2021507453A (ja) 2021-02-22
US20190189404A1 (en) 2019-06-20
US11315763B2 (en) 2022-04-26
US10763085B2 (en) 2020-09-01
KR102435879B1 (ko) 2022-08-24
CN111492459B (zh) 2023-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106783499B (zh) 横向等离子体/自由基源
US20210210312A1 (en) Symmetric Plasma Source to Generate Pie-Shaped Treatment
CN111492459B (zh) 用于来自竖直等离子体源的改进等离子体暴露的成形电极
CN110622278B (zh) 用于旋转基座的等离子体源
CN108028164B (zh) 具有开槽接地板的等离子体模块
TWI793218B (zh) 使用低頻偏壓作介電膜的幾何選擇性沉積的處理腔室及方法
US20230307213A1 (en) Vertically adjustable plasma source

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant