CN111819657B - 用于空间等离子体增强原子层沉积（pe-ald）处理工具的微波等离子体源 - Google Patents

用于空间等离子体增强原子层沉积（pe-ald）处理工具的微波等离子体源 Download PDF

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Abstract

描述了等离子体源组件、包括等离子体源组件的气体分配组件和产生等离子体的方法。等离子体源组件包括供电电极，具有与第一侧相邻的接地电极和与第二侧相邻的电介质。第一微波产生器经由第一馈电器而电耦合到供电电极的第一端，并且第二微波产生器经由第二馈电器而电耦合到供电电极的第二端。

Description

用于空间等离子体增强原子层沉积(PE-ALD)处理工具的微波 等离子体源
领域
本公开内容的实施方式总体涉及用于等离子体增强基板处理的设备。更具体地，本公开内容的实施方式涉及用于与像是空间原子层沉积批处理器的处理腔室一起使用的模块化微波等离子体源。
背景
原子层沉积(ALD)和等离子体增强ALD(PEALD)是提供高深宽比结构中的膜厚度和保形性的控制的沉积技术。由于半导体工业中装置尺寸的不断减小，存在增长的使用ALD/PEALD的兴趣和应用。在某些情况下，只有PEALD能满足期望的膜厚度和保形性的规格。
半导体装置形成通常在含有多个腔室的基板处理平台中进行。在一些情况下，多腔室处理平台或群集工具的目的是在受控环境中顺序地在基板上执行两个或更多个工艺。然而，在其他情况下，多腔室处理平台可仅在基板上执行单个处理步骤；附加的腔室旨在最大化通过平台处理基板的速率。在后一种情况下，在基板上进行的工艺通常是批量工艺，其中相对大量的基板(如，25或50个)同时在给定的腔室中处理。批量处理对于太耗时以至于不能以经济上可行的方式在单个基板上执行的工艺尤其有益，诸如用于原子层沉积(ALD)工艺和一些化学气相沉积(CVD)工艺。
通常，PEALD工具使用高达几十MHz的RF/VHF频带中的电容性的等离子体源。这些等离子体具有中等密度并且可具有相对高的离子能量。代替地使用频率处于GHz量级的微波场，在某些谐振或波传播电磁模式中，可产生具有非常高的电荷和自由基密度并且带有非常低的离子能量的等离子体。等离子体密度可处于1012/cm3或更高的量级，并且离子能量可低至～5-10eV。这样的等离子体特征在现代硅装置的无损伤处理中变得越来越重要。
微波等离子体的一个挑战是放电稳定性和均匀性控制。在微波波段中，电磁(EM)场的波长通常小于正在处理的基板，并且波-等离子体相互作用可为非常强的。因此，微波等离子体倾向于不稳定并且在空间上非常不均匀，并且甚至可能仅在功率输入处局部化而不容易在较大的处理晶片/基板上方扩散。
因此，本领域存在对于形成微波等离子体的改良设备和方法的需求。
概述
本公开内容的一个或多个实施方式涉及等离子体源组件，包含：供电电极，所述供电电极具有第一端和第二端，第一端和第二端限定长度，并且所述供电电极具有沿着供电电极的长度延伸的轴线。供电电极具有宽度。接地电极在供电电极的第一侧上。接地电极与供电电极隔开一段距离。电介质在供电电极的第二侧上。电介质和接地电极包围供电电极。电介质具有与供电电极相邻的内面和与内面相对的外面。第一微波产生器经由第一馈电器而电耦合到供电电极的第一端。第二微波产生器经由第二馈电器而电连接到供电电极的第二端。
本公开内容的另外的实施方式涉及等离子体源组件，包含：平坦供电电极，具有第一端和第二端并且具有沿着等离子体源组件的延长轴线延伸的轴线。供电电极具有宽度。接地电极在供电电极的第一侧上。接地电极通过第二电介质与供电电极隔开，并且包括气体入口。电介质在供电电极的第二侧上。电介质和第二电介质包围供电电极，以防止在供电电极和接地电极之间的电接触。电介质具有沿等离子体源组件的延长轴线而延伸的气体通道。气体入口与沿着延长轴线延伸的一个或多个气室流体连通。一个或多个气室经由一个或多个气体导管与气体通道流体连通。第一微波产生器经由第一馈电器而电耦合到供电电极的第一端。第一微波产生器以第一频率操作。第二微波产生器经由第二馈电器而电耦合到供电电极的第二端。第二微波产生器以第二频率操作。第一频率和第二频率在约900MHz至约930MHz的范围内或在约2.4GHz至约2.5GHz的范围中，并且第一频率和第二频率不同。
本公开内容的其他实施方式涉及一种提供等离子体的方法。从第一微波产生器提供第一微波功率到供电电极的第一端。从第二微波产生器提供第二微波功率到供电电极的第二端。第一微波功率和第二微波功率以约900MHz至约930MHz的范围中或约2.4GHz至约2.5GHz的范围中的频率操作。供电电极被包围在电介质中，其中在供电电极的第一侧上具有接地电极。等离子体与在不同于第一侧的供电电极的第二侧上的电介质相邻地形成。
本公开内容的另外的实施方式涉及等离子体源组件，包含：供电电极，具有限定长度的第一端和第二端。供电电极具有沿着供电电极的长度延伸的轴线。供电电极具有宽度。接地电极在供电电极的第一侧上。接地电极与供电电极隔开一段距离。电介质在供电电极的第二侧上。电介质和接地电极包围供电电极。电介质具有与供电电极相邻的内面和与内面相对的外面。第一馈电器电耦合到供电电极，并且第二馈电器电耦合到供电电极。第一馈电器与第一微波产生器电耦合，而第二馈电器电耦合到假负载(dummy load)。
附图简要说明
因此，可详细地理解本公开内容的实施方式的上述特征的方式，可通过参考实施方式而获得对以上简要概述的本公开内容的实施方式的更具体的描述，其中一些实施方式是在附图中图示。然而，应注意附图仅图示本公开内容的典型实施方式，因此不应认为是对本公开内容的范围的限制，因为本公开内容可允许其他同等有效的实施方式。
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6A至图6C示出在带状线(strip-line)供电电极等离子体源中的电子耦合(electronic coupling)的示意图；
图6D和图6E示出随着在供电电极和接地电极之间的分离而变的在带状线供电电极等离子体源中的耦合中的电子耦合的示意图。
图6F和图6G示出随着供电电极横截面宽度而变的在带状线供电电极等离子体源中的电子耦合的示意图；
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横截面示意图；
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等距视图；
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横截面图；
图10示出图8沿着线10-10'的等离子体源组件的横截面图；
图10A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仰视示意图；
图11示出图10的区域11的细节图；
图12示出图10的区域12的细节图；
图13示出图10的区域13的细节图；
图14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进气板和凹槽的局部透视图；
图15示出沿着线15-15'截取的图8的等离子体源组件的横截面图；
图16示出沿着线16-16'截取的图8的等离子体源组件的横截面图；
图16A示出根据一个或多个实施方式的沿着线16-16'截取的图8的等离子体源组件的横截面图；
图17示出沿着线17-17'截取的图8的等离子体源组件的横截面图；
图18示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的通过等离子体源组件的气体流动路径的示意图；
图19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示意图；
图20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示意图；
图21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示意图；
图22A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示意图；
图22B示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的图22A的等离子体源组件的横截面示意图，其中朝向供电电极的长度的中心移动馈电器；
图23A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示意图；
图23B示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的图23A的等离子体源组件的横截面示意图，其中朝向供电电极的长度的中心移动馈电器；
图24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25A示出随着从一端供电的供电电极的轴线位置而变的功率的图表；
图25B示出随着从两端供电的供电电极的轴线位置而变的功率的图表；
图26A至图26C示出随着施加到供电电极两端的功率而变地产生的等离子体的示意图；
图27A至图27D示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的具有不同等离子体耦合的等离子体源组件的示意性横截面侧视图；
图27E示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的具有可变宽度供电电极的等离子体源组件的示意性主视图；
图28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，其中一个馈电器与假负载电连接；并且
图29示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的具有多于两个馈电器的等离子体源组件的示意性横截面图。
具体说明
本公开内容的实施方式提供一种用于连续基板沉积的基板处理系统，以最大化产量并且改良处理效率。关于空间原子层沉积腔室描述本公开内容的一个或多个实施方式；然而，本领域技术人员将认识到这仅仅是一种可能的配置，并且可使用其他处理腔室和等离子体源模块。
如在本说明书和附随的权利要求书中所使用的，术语“基板”和“晶片”可互换地使用，两者均指处理所作用于的表面或表面的一部分。本领域技术人员还将理解，除非上下文另有明确说明，否则提及基板也可仅指基板的一部分。另外，提及在基板上的沉积可指裸基板和上面沉积或形成有一个或多个膜或特征的基板。
如在本说明书和附随的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用于与第二反应气体的进一步化学反应。
如在本说明书和附随的权利要求书中所使用的，术语“饼形”和“楔形”可互换使用，以描述作为圆形的扇区的主体。例如，楔形段可为圆形或盘形结构的一片段，并且多个楔形段可连接以形成圆形主体。扇区可定义为由圆的两个半径和相交的弧所围起的圆的一部分。饼形段的内边缘可到达一个点或可被截断为平坦边缘或成圆形。在一些实施方式中，扇区可定义为环或环形物(annulus)的一部分。
基板的路径可垂直于气体口。在一些实施方式中，气体注射器组件的每一个包含复数个延长气体口，复数个延长气体口在大体上垂直于由基板穿越的路径的方向上延伸，其中气体分配组件的前面大体上平行于压板(platen)。如在本说明书和附随的权利要求书中所使用的，术语“大体上垂直”意味着基板的大概移动方向沿着与气体口的轴线近似垂直(例如，约45°至90°)的平面。对于楔形气体口而言，气体口的轴线可被认为是定义为沿着口的长度延伸的口的宽度的中点的线。
图1示出处理腔室100的横截面，处理腔室100包括气体分配组件120(也称为注射器或注射器组件)和基座组件140。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，以将气流朝基座组件140输送。气体分配组件120还包括在所示实施方式中大体上是圆形的外周边缘124。
所使用的特定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其中控制在基座和气体分配组件之间的间隙的任何类型的处理系统一起使用。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对于具有复数个大体上平行的气体通道的空间ALD气体分配组件可特别有用。如在本说明书和附随的权利要求书中所使用的，术语“大体上平行”意味着气体通道的延长轴线在相同的大概方向上延伸。气体通道的平行度可能存在轻微的不完全性(imperfection)。复数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(多个)第一反应气体A通道、(多个)第二反应气体B通道和(多个)净化气体P通道流动的气体被导向晶片的顶表面。一些气流水平地跨晶片的表面移动并且通过(多个)净化气体P通道而离开处理区域。从气体分配组件的一端移动到另一端的基板将依次暴露于工艺气体的每一者，以在基板表面上形成层。
在一些实施方式中，气体分配组件120是由单个注射器单元制成的刚性固定主体。在一个或多个实施方式中，气体分配组件120由复数个单独的扇区(例如，注射器单元122)组成，如图2所示。不论是单件式主体或多扇区式主体都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位于气体分配组件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尺寸，这取决于正在处理的基板60的形状和尺寸。在图1中所示的实施方式中，凹槽142具有平坦的底部以支撑晶片的底部；然而，凹槽的底部可变化。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，所述阶梯区域经调整尺寸以支撑晶片的外周边缘。由阶梯支撑的晶片的外周边缘的量可根据(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，在基座组件140的顶表面141中的凹槽142经调整尺寸以使得在凹槽142中支撑的基板60具有与基座140的顶表面141大体上共面的顶表面61。如本说明书和所附的权利要求书中所使用的，术语“大体上共面”是指晶片的顶表面和基座组件的顶表面在±0.2mm内共面。在一些实施方式中，顶表面在±0.15mm、±0.10mm或±0.05mm内共面。一些实施方式的凹槽142支撑晶片，使得晶片的内直径(ID)位于距基座的中心(旋转轴线)约170mm至约185mm的范围内。在一些实施方式中，凹槽142支撑晶片，使得晶片的外直径(OD)位于距离基座的中心(旋转轴线)约470mm至约485mm的范围内。
图1的基座组件140包括支撑柱160，支撑柱160能够提升、降低和旋转基座组件140。基座组件可包括加热器或气体管线，或在支撑柱160的中心内的电气部件。支撑柱160可为增大或减小在基座组件140和气体分配组件120之间的间隙、将基座组件140移动到适当的位置的主要手段。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进行微调，以在基座组件140和气体分配组件120之间产生预定间隙170。在一些实施方式中，间隙170距离在约0.1mm至约5.0mm的范围中，或在约0.1mm至约3.0mm的范围中，或在约0.1mm至约2.0mm的范围中，或在约0.2mm至约1.8mm的范围中，或在约0.3mm至约1.7mm的范围中，或在约0.4mm至约1.6mm的范围中，或在约0.5mm至约1.5mm的范围中，或在约0.6mm至约1.4mm的范围中，或在约0.7mm至约1.3mm的范围中，或在约0.8mm至约1.2mm的范围中，或在约0.9mm至约1.1mm的范围中，或为约1mm。
图中所示的处理腔室100是转盘型腔室，其中基座组件140可保持复数个基板60。如图2中所示，气体分配组件120可包括复数个分离的注射器单元122，每个注射器单元122能够在当晶片在注射器单元下方移动时在晶片上沉积膜。示出两个饼形注射器单元122定位在基座组件140的近似相对侧上并且在基座组件140上方。仅出于说明性目的而示出此数量的注射器单元122。应该理解可包括更多或更少的注射器单元122。在一些实施方式中，存在有足够数量的饼形注射器单元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，单独的饼形注射器单元122的每一个可在不影响任何其他注射器单元122的情况下独立地移动、移除和/或更换。例如，可升高一个区段以允许机械手进出在基座组件140和气体分配组件120之间的区域，以装载/卸载基板60。
具有多个气体注射器的处理腔室可用于同时处理多个晶片，使得晶片经历相同的工艺流程。例如，如图3中所示，处理腔室100具有四个气体注射器组件和四个基板60。在处理开始时，基板60可定位在注射器组件30之间。以45°旋转17基座组件140将造成在气体分配组件120之间的每个基板60被移动到气体分配组件120，以用于膜沉积，如通过气体分配组件120下方的虚线圆圈所示。附加的45°旋转将使基板60移动远离注射器组件30。通过空间ALD注射器，在晶片相对于注射器组件移动期间，膜沉积在晶片上。在一些实施方式中，基座组件140以防止基板60在气体分配组件120下方停止的增量而旋转。基板60和气体分配组件120的数量可相同或不同。在一些实施方式中，正在处理的晶片的数量与气体分配组件相同。在一个或多个实施方式中，正在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。例如，若有四个气体分配组件，则有4x个晶片正在处理，其中x是大于或等于一的整数值。
图3中所示的处理腔室100仅代表一种可能的配置，并且不应被视为限制本公开内容的范围。这里，处理腔室100包括复数个气体分配组件120。在所示的实施方式中，有四个气体分配组件(也称为注射器组件30)绕处理腔室100均匀地间隔开。所示的处理腔室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。所示的气体分配组件120是梯形的，但是可为单个圆形部件或由复数个饼形段组成，如图2中所示。
图3中所示的实施方式包括装载锁定腔室180或类似缓冲站的辅助腔室。这个腔室180连接到处理腔室100的一侧，以允许(例如)基板(也称为基板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(如，基座组件140)的旋转可为连续的或不连续的。在连续处理中，晶片不断旋转，使得晶片依次暴露于每个注射器。在不连续处理中，晶片可移动到注射器区域而停止，并且接着移动到在注射器之间的区域84而停止。例如，转盘可旋转，使得晶片从注射器间区域跨注射器移动(或与注射器相邻地停止)并且到达转盘可再次暂停的下一个注射器间区域。在注射器之间的暂停可为在每个层沉积(例如，暴露于等离子体)之间的额外处理步骤提供时间。
图4示出气体分配组件220的扇区或部分，所述扇区或部分可被称为注射器单元122。注射器单元122可单独使用或与其他注射器单元组合使用。例如，如图5中所示，图4中的注射器单元122的四个注射器单元122被组合以形成单个气体分配组件220。(为清楚起见，未示出分隔四个注射器单元的线。)虽然除了净化气体口155和真空口145之外，图4的注射器单元122还具有第一反应气体口125和第二反应气体口135两者，但是注射器单元122不需要所有的这些部件。
参见图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可包含复数个扇区(或注射器单元122)，其中每个扇区相同或不同。气体分配组件220定位于处理腔室内，并且包含在气体分配组件220的前表面121中的复数个延长气体口125、135、155。复数个延长气体口125、135、155和真空口145从与内周边缘123相邻的区域朝向与气体分配组件220的外周边缘124相邻的区域延伸。所示的复数个气体口包括第一反应气体口125、第二反应气体口135、围绕第一反应气体口和第二反应气体口中的每一个的真空口145和净化气体口155。
参见图4或图5中所示的实施方式，然而，当陈述口从至少在内周边区域附近延伸到至少在外周边区域附近时，口可不仅仅径向地从内部区域延伸到外部区域。当真空口145围绕反应气体口125和反应气体口135时，口可切向延伸。在图4或图5中所示的实施方式中，楔形反应气体口125、135在所有边缘上通过真空口145而被包围，这些边缘包括与内周边区域相邻和与外周边区域相邻的。
参见图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。为了遵循路径127，基板将暴露于或“看到”净化气体口155、真空口145、第一反应气体口125、真空口145、净化气体口155、真空口145、第二反应气体口135和真空口145。因此，在图4中所示的路径127的终点处，基板已经暴露于来自第一反应气体口125和第二反应气体口135的气流，以形成层。所示的注射器单元122形成四分之一圆，但可更大或更小。图5中所示的气体分配组件220可被认为是四个图4的注射器单元122顺序地(in series)连接的组合。
图4的注射器单元122示出分离反应气体的气幕150。术语“气幕”用于描述将反应气体分离以免混合的气流或真空的任何组合。图4中所示的气幕150包含靠近第一反应气体口125的真空口145的一部分、中间的净化气体口155和靠近第二反应气体口135的真空口145的一部分。气流和真空的这种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。
参见图5，来自气体分配组件220的气流和真空的组合形成对复数个处理区域250的分离。处理区域大致限定在单独的反应气体口125、135附近，其中气幕150在250之间。图5所示的实施方式构成八个分离的处理区域250，其间具有八个分离的气幕150。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将两者分开的气幕。例如，若基板的前缘进入包括第二反应气体口135的处理区域，则基板的中间部分将位于气幕150下方，并且基板的后缘将处于包括第一反应气体口125的处理区域中。
工厂接口280(例如可为装载锁定腔室)示出为连接到处理腔室100。基板60示出为叠加在气体分配组件220上方以提供参考系(frame of reference)。基板60通常可安置于基座组件上以将基板60保持在气体分配组件120(也称为气体分配板)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可被示出为位于处理区域内，因为基板位于与第一反应气体口125相邻的地方并且在两个气幕150a、150b之间。沿路径127旋转基板60将使基板绕着处理腔室100逆时针移动。因此，基板60将暴露于第一处理区域250a到第八处理区域250h，包括在第一处理区域250a到第八处理区域250h之间的所有处理区域。对于绕着处理腔室的每个循环，在使用所示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离的注射器的化学品A和B流动，所述空间上分离的注射器之间具有泵/净化部分。常规ALD序列具有开始和结束图案(pattern)，这可能导致沉积膜的不均匀性。发明人惊奇地发现，在空间ALD批处理腔室中进行的基于时间的ALD处理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射器下方的基板，以使表面分别充满化学品A和B，以避免在膜中具有开始和结束图案形式。发明人惊奇地发现，当目标膜厚度薄(例如，小于20个ALD循环)时，基于时间的方法特别有益，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具有显著影响。发明人还发现，如本文所述，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导致材料从基板表面剥离。所描述的空间ALD处理不会发生剥离，因为在气幕下的时间短。
因此，本公开内容的实施方式涉及包含具有复数个处理区域250a-250h的处理腔室100的处理方法，其中每个处理区域通过气幕150与相邻区域分离。例如，图5中所示的处理腔室。取决于气体流的布置，处理腔室内的气幕和处理区域的数量可为任何合适的数量。图5中所示的实施方式具有八个气幕150和八个处理区域250a-250h。气幕的数量通常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幕。
复数个基板60定位在基板支撑件(例如，图1和图2所示的基座组件140)上。复数个基板60围绕处理区域旋转以进行处理。通常，在整个处理(包括没有反应气体流到腔室中的时间段)中气幕150处于使用中(气体流动和真空开启)。
第一反应气体A流到一个或多个处理区域250中，同时惰性气体流到没有第一反应气体A流入的任何处理区域250中。例如，如果第一反应气体流到处理区域250b至处理区域250h中，那么惰性气体将流到处理区域250a中。惰性气体可通过第一反应气体口125或第二反应气体口135而流动。
处理区域内的惰性气体流可为恒定的或变化的。在一些实施方式中，反应气体与惰性气体共同流动。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，因此共同流动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微波等离子体源。虽然关于空间ALD处理腔室描述微波等离子体源，但是本领域技术人员将理解模块不限于空间ALD腔室，而可适用于可使用微波等离子体的任何注射器情况。
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，也就是可容易地插入处理系统中和从处理系统移除的源。例如，可修改多部件气体分配组件(像图5中所示的气体分配组件)，以移除一个楔形气体口并且用模块化等离子体源组件替换气体口。
本公开内容的一些实施方式有利地提供行波型(travelling-wave type)等离子体施加器，行波型等离子体施加器不仅使用等离子体作为“功率吸收介质”，而且还作为“波导介质”的一部分。本公开内容的一些实施方式有利地提供等离子体供电电极，等离子体供电电极允许空间扩展的微波等离子体。等离子体供电电极概念也称为“表面波等离子体(surface-wave plasma)技术”。本公开内容的一些实施方式最小化或消除在等离子体施加器(或带状线供电电极)内的反射功率，以最小化或消除引起不均匀性的驻波。
本公开内容的一些实施方式包括“带状线供电电极”，其中等离子体用作带状线供电电极的两个“接地电极”之一。例如，图6A图示与接地电极310间隔开的带状线供电电极350。示出电场线352，以图示当存在单个接地电极时，在供电电极350和接地电极310之间的电子耦合。图6B图示在接地电极310和接地电极310a之间并且与接地电极310和接地电极310a间隔开的带状线供电电极350。电场线352图示在供电电极350和接地电极310之间的电子耦合，并且电场线352a图示在供电电极350和接地电极310a之间的电子耦合。图6C图示与接地电极310隔开的供电电极350，其中具有相对的等离子体353。等离子体353可用作接地电极310的替代物。供电电极350的尺寸、在供电电极350和接地电极310之间的间隔、在供电电极350和等离子体353之间的间隔和电介质材料354的成分和尺寸可影响传输线传播常数。在一些实施方式中，电极的宽度小于电极的长度。所图示的场线用于描述目的而可不代表使用中的任何特定电场，并且不应被视为限制本公开内容的范围。
沿着供电电极的波传播(和衰减)随着带状线几何形状和等离子体而变。图6D和图6E图示在供电电极350和接地电极310之间的距离的影响。与图6E的供电电极相比，在图6D中，供电电极(供电电极350)相对靠近等离子体353。在图6D中，与等离子体的功率耦合(功率损耗)比在图6E中更强(即，波衰减得更快并且不会轴向传播得那么远)。如果带更接近金属接地(对于没有损耗的电极)，带状线上的电压较低并且与等离子体的耦合较弱，即，轴向功率损耗(波衰减)较弱并且波传播得更远。
另外，带(供电电极350)的宽度可影响波传播(衰减)常数，即，可影响轴向等离子体轮廓(profile)。图6F图示供电电极350，其中宽度小于图6G的供电电极350。在其他考虑因素相同的情况下，图6F的等离子体353将被限制在比图6G的等离子体更小的宽度。
参见图7至图29，本公开内容的一个或多个实施方式涉及模块化微波等离子体源300。如在本说明书和附随的权利要求书中所使用的，术语“模块化”意味着等离子体源300可附接到处理腔室或从处理腔室移除。模块化源通常可由单人移动、移除或附接。
一些实施方式的等离子体施加器(也称为带状线供电电极350、带状线电极或热电极)是由两个微波(MW)产生器供电的线性等离子体源；一个MW产生器电耦合到等离子体施加器的每个端部，如图7中所示。可将第一MW产生器361和第二MW产生器362调谐到略微不同的频率，以使驻波问题最小化。不受任何特定操作理论的束缚，相信使用两个产生器还能够实现在两个等离子体施加器端部之间的功率平衡和端到端等离子体歪斜(skew)的控制。带状线供电电极350可具有变化的几何形状(例如，带状电极宽度/形状)和/或到等离子体353/接地电极310的距离，以控制等离子体轮廓。图7中所示的带状线供电电极350通过电介质320与接地电极310和等离子体分离。
参见图8，本公开内容的一个或多个实施方式涉及包括接地电极310和电介质320的等离子体源组件300。所示的等离子体源组件300是楔形部件，楔形部件可与像是图5的气体分配组件一起使用。所示的等离子体源组件300具有内周边缘301和外周边缘302，内周边缘301和外周边缘302形成延长轴线的边界。
接地电极310和电介质320可被包围在壳体(未示出)内，或可形成组件300的外表面。在图8中所示的实施方式中，电介质320具有从上部322插入的下部321，以形成分层外表面(tiered outer surface)。分层外表面可提供支撑表面(在上部322的暴露底部上)，当支撑表面定位在气体分配组件中时，支撑表面可支撑组件300。这代表允许组件300支撑组件300的自身重量的一种可能配置，并且其他配置也在本公开内容的范围内。
图9图示等离子体源组件300的一个或多个实施方式的横截面图，其中接地电极310和壳体307是分层的。接地电极310示出为下部311和上部312，下部311和上部312是通过O形环313分离的分离部件。下部311和上部312可通过任何合适的部件连接，包括(但不限于)可移除的硬件(如，螺栓)或永久性接合(如，焊接接合)。所示的实施方式提供两个区域，其中组件300可被支撑在气体分配组件120内。所示的分层壳体307安置在形成于气体分配组件120中的凸缘128上，并且接地电极310的上部312安置在气体分配组件120的顶表面126上。在所示的实施方式中，组件300通过穿过上部312进到气体分配组件120中的螺栓317保持在适当位置。
图9中图示的电介质320具有多个部分，以允许电介质320开放以进入包括带状线供电电极350的内部。接地电极310和电介质320可通过O形环323连接，以形成用于气体路径330的气密密封，如以下所讨论的。为了便于说明，在其他视图和所图示实施方式中未示出各种O形环；然而，本领域技术人员将认识到O形环的一般有用性和可使用O形环的合适位置。
图10图示沿着线10-10'截取的图8的等离子体源组件300的横截面图。等离子体源组件300具有供电电极350，具有第一端355和第二端357。供电电极350沿着等离子体源组件300的延长轴线延伸，使得第一端355与内周边缘301相邻并且第二端357与外周边缘302相邻。如以这种方式使用的，术语“相邻”意味着第一部件位于第二部件附近或紧邻第二部件。
图10A示出具有内周边缘301和外周边缘302的楔形等离子体组件300的示意图。组件300的延长轴线303标记为延伸穿过内周边缘301和外周边缘302的虚线，并且在第一边缘304和第二边缘305之间处于中心。供电电极350具有长度L和宽度W。长度L是从第一端355到第二端357测量的。宽度W是在与由组件300的前面324形成的平面类似的平面中垂直于延长轴线303而测量的，如图9中所示。供电电极350具有沿着供电电极的长度从第一端延伸到第二端的轴线。在一些实施方式中，供电电极350具有大体上平行的侧面。参见图10A，侧面在供电电极的端355、357之间延伸。术语“大体上平行”是指由一侧形成的主平面在由另一侧形成的主平面的±10°内。在一些实施方式中，供电电极350的宽度W跨电极350的长度L保持大体上相同(例如，在平均值的10％内)。在一些实施方式中，电极350的侧面在电极的顶部或底部任一者处向内倾斜，以形成梯形的横截面。
供电电极350可由能承受操作温度的任何合适材料制成。在一些实施方式中，供电电极350包含钨(W)、钼(Mo)或钽(Ta)中的一种或多种。在一些实施方式中，供电电极350包含钨、基本上由钨组成或由钨组成。如以这种方式使用的，术语“基本上由……组成”是指供电电极350在原子基础上大于或等于所陈述材料的约95％、98％或99％。在一些实施方式中，供电电极350包含钼、基本上由钼组成或由钼组成。在一些实施方式中，供电电极350包含钽、基本上由钽组成或由钽组成。
供电电极350的宽度W可为任何合适的宽度。在一些实施方式中，供电电极350的宽度在约2mm至约50mm的范围中，或在约4mm至约40mm的范围中，或在约5mm至约30mm的范围中，或在约7mm至约20mm的范围中，或在约8mm至约15mm的范围中。在一些实施方式中，供电电极350的宽度W为约10mm。
在一些实施方式中，供电电极350的宽度W从第一端355到第二端357变化。在一些实施方式中，供电电极350的宽度W的形状符合组件300的形状。例如，楔形组件300可具有楔形的供电电极350，其中在外边缘处对宽度的比例与在内边缘处对宽度的比例是相似的。
接地电极310位于供电电极350的第一侧上。接地电极310的位置可被称为在供电电极350上方。然而，使用相对术语如“上方”、“下方”和类似术语并不旨在表示特定的物理关系，而是旨在表示相对关系。例如，图10中的坐标轴线表示接地电极310在Z轴线上位于比供电电极350高的位置。在一些实施方式中，供电电极350的第一侧是供电电极350在Z轴线上与供电电极350的第二侧不同的侧面。
接地电极310可由任何合适的材料制成，包括(但不限于)铝、不锈钢和铜。接地电极310可具有任何合适的电特性。在一些实施方式中，接地电极是与电接地电接触的导电材料。
如图10中所示，接地电极310可与供电电极350通过距离D1隔开。距离D1可为将接地电极310与供电电极350分开以防止接地电极310与供电电极350之间的直接电接触的任何合适距离。在一些实施方式中，接地电极310通过第二电介质325与供电电极350隔开。第二电介质325可与电介质320相同或可为不同的材料。电介质320和/或第二电介质325可由任何合适的材料制成，包括(但不限于)氧化铝、氧化硅、氮化硅、陶瓷、石英、空气。在一些实施方式中，电介质320和/或第二电介质325包含电介质材料和空气间隙的组合。在供电电极350的第二侧上的电介质320具有邻近或面向供电电极350的内面326和与内面326相对的外面327。
在图10中所示的实施方式中，电介质320被支撑和/或位于壳体307内。电介质320和第二电介质325包围供电电极350，以防止与接地电极310或与相对于接地电极310的供电电极350的侧面上的气体或部件直接电接触。在所示的实施方式中，电介质320将供电电极350与气体通道370中的气体分开。
第一微波产生器361(参见图7)经由第一馈电器381而电耦合到供电电极350的第一端355。第一馈电器381由可从第一微波产生器361传输功率到供电电极350的任何合适的导电材料制成。在图10和图11的细节图所示的实施方式中，第一馈电器381通过开口314经过接地电极310，而不与接地电极310电接触。
第二微波产生器362(参见图7)经由第二馈电器382而电耦合到供电电极的第二端357。第二馈电器382由可从第二微波产生器362传输功率到供电电极的任何合适的导电材料制成。在图10和图12的细节图所示的实施方式中，第二馈电器382通过开口315经过接地电极310，而不与接地电极310电接触。
可通过任何合适的技术将第一馈电器381和第二馈电器382与接地电极310的电接触隔离。返回参见图9，第一馈电器381被图示为同轴馈电线383。同轴馈电线383包括布置在同轴配置中的内导体(第一馈电器381)和外导体385，内导体381带有绝缘体384。外导体385与接地电极310电接触，以形成完整的电路。在所示的实施方式中，绝缘体384终止于第二电介质325处。然而，绝缘体384可终止于任何合适的点处，包括(但不限于)供电电极350。一些实施方式的第二馈电器382包括与第一馈电器381相同的部件。
参见图11的细节图，供电电极350可与接地电极310通过距离D1分开并且与气体通道370通过距离D2分开。距离D1和距离D2可为相同或不同的尺寸。在一些实施方式中，距离D1和距离D2在约4mm至约15mm的范围中，或在约5mm至约14mm的范围中，或在约7mm至约13mm的范围中，或在约9mm至约12mm的范围中，或为约11mm。
在一些实施方式中，距离D1在第一端355和第二端357之间保持大体上相同。如以这种方式使用的，术语“大体上相同”意味着相对于从第一端355到第二端357的平均厚度，厚度变化不超过10％、5％、2％或1％。在一些实施方式中，距离D1在第一端355和第二端357之间变化。例如，在一些实施方式中，第二电介质325在第二端357附近比在第一端355附近厚，使得在第二端357处的距离D1大于在第一端355处。在一些实施方式中，第二电介质325在第二端357附近比在第一端355附近薄。
在一些实施方式中，距离D2在第一端355和第二端357之间保持大体上相同。在一些实施方式中，距离D2在第一端355和第二端357之间变化。例如，在一些实施方式中，电介质320在第二端357附近比在第一端355附近厚，使得在第二端357处的距离D2大于在第一端355处。在一些实施方式中，电介质320在第二端357附近比在第一端355附近薄。
参见图10和细节图图13，等离子体源组件300的一些实施方式包括在接地电极310的顶部中的气体入口410。如以这种方式使用的，接地电极310的“顶部”指的是距离供电电极350最远的接地电极310的表面，并且并不意味着物理定向。一些实施方式的气体入口410与相对于接地电极310的顶部定位的组件300的底部处的气体通道370流体连通，使得气体可从组件300的顶部流动，通过组件的主体并且进到位于组件300下方的处理腔室的处理区域中。
参见图13至图17，示出一些实施方式的气体流动路径405。图15是沿图8的线15-15'截取的横截面图并且示出在供电电极350的第一端355处的组件300的端部的一部分。图16是沿图8的线16-16'截取的在供电电极350的第一端355和中心定位的气体入口410之间的横截面图。图17是沿图8的线17-17'截取的在中心定位的气体入口410处的横截面图。虽然所示出的实施方式具有位于供电电极350的长度的中心处的气体入口410，但是应理解这仅仅代表了可能的配置。
如图13和图14所示，一些实施方式包括可装配到接地电极310中的凹槽319中、或如果与接地电极310分开则装配到壳体中的气体插入板440。气体插入板440可为任何合适的形状或尺寸。在所示的实施方式中，气体插入板440的形状类似于具有中心梁441和两个端部梁442的工形梁(I-beam)。气体入口410位于中心梁441的中间，使得流动通过气体入口410的气体的传导(conductance)在端部梁442的每一个端部梁处大约相同。
气体插入板440位于接地电极310顶部下方的凸缘421上。凸缘421的宽度可以是任何合适的宽度以支撑气体插入板440的边缘。流过气体入口410的气体通到由凹槽319的底部423和气体插入板440限定的气体容积420中并且通过在端部梁442的端部下方的孔424。
气体流动路径405在图18的示意图中示出。流过孔424的气体通过管426进到沿延长轴线延伸的一个或多个气室428中。一个或多个气室428与一个或多个气体导管430流体连通，以提供来自气体插入板440的气流流过接地电极310和电介质320，到达沿着等离子体源组件300的延长轴线延伸的气体通道370。气体通道370可为从壳体307的前面324或电介质320测量的任何合适的深度。在一些实施方式中，气体通道370具有在约5mm至约30mm的范围中的深度，或在约10mm至约25mm的范围中，或在约15mm至约20mm的范围中。
在图17的横截面图中可看到气体容积420和气体插入板440。两个气室428和导管430在图16的横截面图中示出。导管430与气体通道370流体连通。在图15至图17的横截面图中，壳体307和电介质320形成到导管430的边界。在一些实施方式中，导管430完全形成在电介质320中。在一些实施方式中，如图16A中所示，导管430和可选的气室428完全形成在金属壳体307中。本领域技术人员将认识到任何所公开的配置都可使导管430完全位于金属壳体307内。
参见图17，供电电极的横截面形状示出为矩形。供电电极350的横截面形状可为任何合适的形状。例如，供电电极350可为从第一端延伸到第二端的圆柱形，并且横截面形状可为圆形或椭圆形。在一些实施方式中，供电电极是平坦导体。如以这种方式使用的，术语“平坦导体”是指具有矩形棱柱形状的导电材料，在矩形棱柱形状中横截面是矩形，像图17中所示的。平坦导体具有高度或厚度T。厚度T可为任何合适的厚度，这取决于(例如)供电电极350材料。在一些实施方式中，供电电极350的厚度在约5μm至约5mm的范围中，在0.1mm至约5mm的范围中，或在约0.2mm至约4mm的范围中，或在约0.3mm至约3mm的范围中，或在约0.5mm至约2.5mm的范围中，或在约1mm至约2mm的范围中。
在一些实施方式中，电介质320和/或第二电介质325的宽度Wd可沿电极的长度保持相同或变化。在一些实施方式中，电介质320(可选地包括第二电介质325)具有从供电电极350的第一端355到第二端357的均匀宽度Wd。在一些实施方式中，电介质320具有大体上平行的侧面(像在图9中所示的)。侧面在供电电极的端355、357之间延伸。术语“大体上平行”是指由一侧形成的主平面在由另一侧形成的主平面的±10°内。主平面不包括弯曲的侧面的部分，如图15中所示。在一些实施方式中，电介质320的宽度Wd跨电极350的长度L保持大体上相同(例如，在平均值的10％内)。在一些实施方式中，电介质320的宽度Wd随着壳体307的宽度而变化，使得电介质320的宽度与壳体307的宽度的比例从壳体的内端到外端保持大约相同。在一些实施方式中，电介质320的宽度Wd不超过λ□o，其中λ是微波波长。
参见图7，第一微波产生器361经由第一馈电器381而电耦合到供电电极350的第一端355，并且第二微波产生器362经由第二馈电器382而电耦合到供电电极350的第二端357。第一馈电器381和第二馈电器382在上文参考图9进行了描述。第一微波产生器361以第一频率f1操作，而第二微波产生器362以第二频率f2操作。在一些实施方式中，第一频率f1和第二频率f2在约300MHz至约300GHz的范围中，或在约900MHz至约930MHz的范围中，或在约1GHz至约10GHz的范围中，或在约1.5GHz至约5GHz的范围中，或在约2GHz至约3GHz的范围中，或在约2.4GHz至约2.5GHz的范围中，或在约2.44GHz至约2.47GHz的范围中，或在约2.45GHz至约2.46GHz的范围中。在一些实施方式中，频率f1和频率f2各自约为915MHz±15％，或915MHz±10％。在一些实施方式中，频率f1在频率f2的0.05GHz内。在一些实施方式中，频率f1不同于频率f2(即，对于在900-930MHz范围中的频率，差异大于5MHz，或者对于在1GHz至10GHz范围中的频率，差异大于0.05GHz)。在一些实施方式中，频率f1不同于频率f2，并且每个频率在约900MHz至约930MHz的范围中，或在约2.4GHz至约2.5GHz的范围中，或2.45GHz±10％，或2.45GHz±5％，或915MHz±15％，或915MHz±10％。
第一微波产生器361和第二微波产生器362可以任何合适的功率操作。可独立地控制微波产生器的功率，以调节等离子体参数。在一些实施方式中，微波产生器的功率在约100W至约5kW的范围中，或在约500W至约2kW的范围中，或为约1kW。
在使用中，可使用第一微波产生器361和第二微波产生器362将微波功率施加到供电电极350的两端。当功率未被等离子体353吸收时，功率可经由微波产生器输出处的环行器(circulator)而被路由到假负载(也称为“匹配终端负载”)。这可通过内建环行器或外部环行器。在一些实施方式中，第二微波产生器362是第一微波产生器361的匹配终端负载(matched termination load)，使得一个产生器可向第一馈电器381和第二馈电器382两者提供功率。在一些实施方式中，第二微波产生器362是假负载。
图19示出本公开内容的一个或多个实施方式的示意图，其中第一滑动短路(sliding short)461与第一馈电器381相邻，并且第二滑动短路462与第二馈电器382相邻。一些实施方式的滑动短路461、462是同轴滑动短路型调谐器，位于同轴馈电器周围。在一些实施方式中，第一可动短路463和第二可动短路464与第一滑动短路461和第二滑动短路462一起使用，以在功率输入处形成“L型”匹配网络。调谐区(套管和短路所定位的地方)可位于功率连接的大气侧。
图20示出本公开内容的一个或多个实施方式的示意图，其中同轴滑动短路型调谐器471、472定位在第一支腿391上和第二支腿392上，第一支腿391在第一端355处和第一馈电器381相邻并且第二支腿392在第二端357处和第二馈电器382相邻。第一支腿391和第二支腿392可为可调节长度的短路同轴线(shorted coaxial lines)。滑动金属短路可形成可变的传输线调谐元件。微波产生器示出为与供电电极350近似同轴地定位，并且支腿391、392与供电电极350的轴线成角度。
图21示出本公开内容的一个或多个实施方式的示意图，其中第一短线调谐器(stub tuner)481与供电电极350的第一端355处的第一馈电器381相邻，并且第二短线调谐器482与供电电极350的第二端357处的第二馈电器382相邻。短线调谐器481、482可定位在沿着供电电极350的长度的任何点处，并且可更靠近或远离供电电极350移动。例如，第二短线调谐器482图示为比第一短线调谐器481更靠近供电电极350。第一微波产生器361和第二微波产生器362在近似同轴布置中电耦合到供电电极350。在一些实施方式中，一个或多个短线调谐器的电阻在约20欧姆至约80欧姆的范围中，或在约40欧姆至约60欧姆的范围中，或为约50欧姆，以使功率反射最小化。
图22A示出本公开内容的一个或多个实施方式的示意图，该实施方式具有与图20的配置类似的配置。这里，支腿391、392图示为与供电电极350近似同轴，并且同轴滑动短路型调谐器471、472是同轴定向的。第一馈电器381和第二馈电器382与供电电极350的轴线成角度。图22B示出图22A的实施方式的示意图，其中第一馈电器381和第二馈电器382朝向供电电极350的长度的中心移动。将馈电器移动到电极的长度的中心可增加可用于产生等离子体的功率，同时调谐器可控制供电电极的端部处的等离子体轮廓。
图23A示出本公开内容的一个或多个实施方式的示意图，具有与图21的配置类似的配置。这里，支腿391、392图示为与供电电极350近似同轴，并且短线调谐器481、482与在第一馈电器381和第二馈电器382外侧的支腿391、392相邻。图23B示出图23A的实施方式的示意图，其中第一馈电器381和第二馈电器382朝向供电电极350的长度的中心移动，类似于图22A和图22B中的差异。图23A和图23B中所示的调谐器可处于水平定向以及所示的竖直定向。
在一些实施方式中，类似于没有短线调谐器481、482的图23A，供电电极350以约为1/16λ、1/8λ或1/4λ的量延伸超过第一馈电器381和第二馈电器382的每一个馈电器。在一些实施方式中，供电电极350以小于或等于约1/16λ、1/8λ或1/4λ的量延伸超过第一馈电器381和第二馈电器382的每一个馈电器。例如，图23A中所示的实施方式具有分别在第一馈电器381和第二馈电器382外侧的支腿391、392。供电电极350的不在馈电器之间的这些部分可称为支腿，延伸部或短线。在一些实施方式中，从供电电极350的端部到最近的馈电器的距离在约0.1mm至约10mm的范围中，或在约0.5mm至约8mm的范围中，或在约1mm至约7.5mm的范围中，或在约2mm至约6mm的范围中，或在约3mm至约4.5mm的范围中。在一些实施方式中，支腿391、392的长度可用作调谐元件，以增加等离子体均匀性。
图24示出根据本公开内容的一个或多个实施方式的等离子体组件300的横截面示意图。这里，壳体307围绕电介质320和接地电极310两者。壳体307可为导电的或不导电的。所示实施方式示出对电介质320的长度DL、在气体通道370中形成的等离子体353的长度PL、供电电极350的长度WL和在功率输入之间的距离DI的测量。在一些实施方式中，长度DL在约150mm至约500mm的范围中，或在约200mm至约450mm的范围中，或在约250mm至约400mm的范围中，或在约300mm至约350mm的范围中。在一些实施方式中，等离子体的长度PL小于或等于长度DL。在一些实施方式中，等离子体的长度PL比长度DL小约10mm。供电电极350的长度WL约为等离子体PL的长度。在一些实施方式中，供电电极350的长度WL小于或等于约电介质的DL的长度。在输入之间的长度DI小于或等于供电电极350的长度WL。
本公开内容的另外的实施方式涉及产生或提供等离子体的方法。从第一微波产生器提供第一微波功率到供电电极的第一端，并且从第二微波产生器提供第二微波功率到供电电极的第二端。第一微波功率和第二微波功率以在约2.4至约2.5GHz范围中的频率操作。供电电极被包围在电介质中，其中在供电电极的第一侧上具有接地电极。与第一侧不同的供电电极的第二侧上的电介质相邻地形成等离子体。
在等离子体产生期间，工艺腔室中或通道370中的压力可为任何合适的温度。在一些实施方式中，通道370中的压力在约1mTorr至约100Torr的范围中，或在约10mTorr至约10Torr的范围中，或约50mT。
示例
具有双微波馈电器和带状线供电电极的等离子体源组件由在2.4-2.5GHz下操作的两个1kW产生器构建和供电。带状线具有铝主体、铜带和作为电介质的石英。几何形状配置成在电路中保持约50欧姆的特性阻抗，以最小化功率反射。施加器配备有在每一端处的两个短线调节器。在torr量级的气体压力下，在340×75mm的等离子体区域上方用N2和Ar/N2产生等离子体。
用楔形电介质构建楔形等离子体源组件。微波馈电器直接到组件的顶部，使用短端可调谐同轴线(short-ended tunable coax line)代替短线调谐器，并且带材料是钼。覆盖饼的等离子体在N2和Ar/N2气体混合物中产生直至若干托。
图25A示出对于不同的功率轮廓，功率(归一化到输入功率)随着轴向位置(归一化到供电电极长度)而变的图表。将约800W的功率施加到供电电极的一侧。图25B示出对于约800W施加到供电电极的一端且约600W施加到供电电极的另一端的双功率供电电极而言，功率(归一化为输入功率)随着轴向位置(归一化到供电电极长度)而变的图表。随着由波携带的能量在等离子体中消散，在天线中的功率从波发射点朝相对的天线端(或等离子体端)减小。
图26A至图26C图示使用双供电电极的波传播。在图26A中，供应到供电电极350的端部的功率不足以跨供电电极的整个长度形成等离子体。在图26B中，施加到供电电极的功率大于图26A中的功率，但仍不足以跨整个长度形成等离子体。图26C图示具有足够功率施加到两端，以跨供电电极的长度形成完整等离子体的供电电极。在一些实施方式中，形成的等离子体是过密的(电子密度ρe高于临界等离子体密度ρc)。另外，形成的等离子体可具有大于驻波截止密度(standing wave cutoff density)的电子密度ρe。例如，在2.45GHz下，临界等离子体密度ρc＝7×1010cm-3，而对于沿着具有例如是4的相对介电常数的电介质(石英)的驻波传播而言，截止密度为～3×1011cm-3。
本领域技术人员将认识到尽管图26C中的等离子体跨供电电极的整个长度而产生，等离子体可能不均匀。施加到供电电极的端部的功率是可影响供电电极与等离子体的电子耦合的完整性和均匀性和所得到的等离子体密度(电子密度)的一个因素。
所采用的导电介质(即，等离子体在其中点燃的气体源)可影响等离子体均匀性和电子密度。在一些实施方式中，可通过向等离子体气体添加氩来调节等离子体的电子密度。例如，若使用氮等离子体点燃等离子体，则功率损失到腔室壁、原子碰撞导致离子化损失(即，产生不是离子的受激发原子)、能量损失导致原子的振动或旋转状态变化等可造成电子密度的不均匀。向氮气中添加氩气流可增加均匀性，因为氩气不会损失得像氮气那样多。
可修改不同因素以改变等离子体的电子密度和/或均匀性。图27A图示平直的供电电极350，在接地电极310和电介质320的外面327之间具有均匀的距离。等离子体353图示为跨供电电极350的长度是不完整的。图下方所示的曲线示出图27A的实施方式的轴向功率密度(等离子体)轮廓，示出在电极的中间附近的等离子体密度的降低。
图27B图示一个实施方式，其中供电电极改变在电介质320的外面327之间的距离，使得供电电极350在供电电极350的长度的中间附近更靠近等离子体353。减小供电电极350到电介质320的外面327的距离使与等离子体353的电子耦合增加。供电电极350的宽度或厚度跨电极的长度保持约相同。图下方所示的曲线示出图27B的实施方式的轴向功率密度(等离子体)轮廓，该轮廓比图27A的实施方式的轴向功率密度(等离子体)轮廓跨供电电极的长度更均匀。
还可考虑所示的实施方式跨电极的长度改变供电电极到接地电极310的距离。减小到接地电极310的距离可通过增加到接地的电子耦合来减少到等离子体353的电子耦合。这个实施方式类似于关于图6D和图6E描述的实施方式。
图27C图示一个实施方式，其中电介质320的形状被改变，使得外面327在电极的长度的中间附近更靠近供电电极350。这个实施方式的供电电极350是平坦电极，并且到等离子体353的电子耦合通过电介质320的厚度而被调制。
图27D图示一个实施方式，其中沿着电极的长度改变供电电极350的形状。在这个实施方式中，供电电极350在电极的端部附近比在中间附近厚。改变电极的厚度可改变与接地电极310和/或电介质320中的一个或多个的电子耦合。
图27E图示一个实施方式的俯视图，其中供电电极350的宽度沿着电极的长度变化。这里，供电电极的宽度在电极的中间部分最大。出于说明性目的，第一馈电器381和第二馈电器382以虚线示出。馈电器沿着供电电极的长度的位置可改变。
图28示出等离子体源组件的实施方式，其中有两个连接口与供电电极350连接；一个具有微波源馈电器，而另一个端接有假负载和/或无功负载(reactive load)。第一馈电器381和第二馈电器382电耦合到供电电极350。微波产生器361电连接到第一馈电器381，并且第二馈电器382与假负载397电耦合。微波产生器可为固定频率产生器或可变频率产生器，经由一个口为电极供电，而另一个口可“终止(terminate)”。可包括在一端或两端处的功率控制和可选的调谐器。在一些实施方式中，调谐器分配在供电电极的两端之间，并且可提供可变的端对端功率/等离子体轴向分配轮廓控制。在一些实施方式中，使用轴向变化的施加器几何形状(带状线宽度/形状/位置和/或电介质尺寸或电介质材料介电常数)来包括附加的固定轴向等离子体/膜轮廓控制，例如，如图27A至图27E所示。
假负载397可为匹配的终端负载或无功负载(固定或可移动的短路)，或假负载和无功负载的组合。在一些实施方式中，假负载是来自第一微波产生器的匹配终端负载。
图29示出等离子体源组件的另一个实施方式，其中存在有电耦合到供电电极的至少一个附加馈电器398。可改变至少一个附加馈电器398的位置和数量。在一些实施方式中，存在有一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个或十个附加馈电器，或在1-10个附加馈电器的范围中。附加馈电器398的每一个可独立于任何其他馈电器而定位。
微波产生器的数量可随馈电器的数量而变化。例如，所示的实施方式具有三个馈电器并且可具有三个微波产生器，微波产生器向供电电极提供功率。在一些实施方式中，存在有少于馈电器的微波产生器。例如，第一馈电器381可连接到微波产生器，而其他馈电器(第二馈电器382和附加馈电器398)可连接到假负载和/或无功负载。在一些实施方式中，假负载的至少一个是第一微波产生器的匹配终端负载。至少一个微波产生器连接到馈电器。功率控制和可选的调谐器可位于每个口处，或可分配在口之间，以提供可变的端到端功率/等离子体轴向分配轮廓。通过轴向地改变施加器几何形状(供电电极宽度/形状/位置和/或电介质尺寸或电介质材料介电常数)，可实现附加(固定)轴向等离子体/膜轮廓控制。
本公开内容的第一实施方式涉及一种等离子体源组件，包含：供电电极，具有第一端和第二端，第一端和第二端限定长度，并且具有沿着供电电极的长度延伸的延长轴线，供电电极具有厚度和宽度；在供电电极的第一侧上的接地电极，接地电极与供电电极隔开一段距离；供电电极的第二侧上的电介质，电介质和接地电极包围供电电极，电介质具有与供电电极相邻的内面和与内面相对的外面；第一微波产生器，经由第一馈电器而电耦合到供电电极的第一端；第二微波产生器，经由第二馈电器而电耦合到供电电极的第二端。
在第二实施方式中，修改第一实施方式，其中接地电极通过第二电介质与供电电极隔开。
在第三实施方式中，修改第一或第二实施方式的任一个，其中供电电极是平坦导体。
在第四实施方式中，修改第一至第三实施方式的任一个，其中存在以下情况中的一个或多个：供电电极的宽度从第一端到第二端变化，从供电电极到接地电极的距离从第一端到第二端变化；或从供电电极到电介质的外面的距离从第一端到第二端变化。
在第五实施方式中，修改第一至第四实施方式的任一个，其中供电电极从电介质的内面移动一段距离以产生空气间隙。
在第六实施方式中，修改第一至第五实施方式的任一个，进一步包含一个或多个短线调谐器，位于沿着供电电极的长度的一个或多个位置处。
在第七实施方式中，修改第一至第六实施方式的任一个，其中短线调谐器包含与第一馈电器和第二馈电器相邻的滑动短路。
在第八实施方式中，修改第一至第七实施方式的任一个，其中存在有与第一馈电器和第二馈电器相邻定位的短线调谐器。
在第九实施方式中，修改第一至第八实施方式的任一个，其中供电电极进一步包含在第一端处的第一支腿和在第二端处的第二支腿。
在第十实施方式中，修改第一至第九实施方式的任一个，其中第一馈电器和第二馈电器与供电电极同轴，并且第一支腿和第二支腿与供电电极的轴线成一角度延伸。
在第十一实施方式中，修改第一至第十实施方式的任一个，进一步包含一个或多个短线调谐器，沿着供电电极的长度定位。
在第十二实施方式中，修改第一至第十一实施方式的任一个，其中短线调谐器包含定位在第一支腿的端部处的滑动短路和定位在第二支腿的端部处的滑动短路。
在第十三实施方式中，修改第一至第十二实施方式的任一个，其中短线调谐器与第一支腿相邻地定位，并且短线调谐器与第二支腿相邻地定位。
在第十四实施方式中，修改第一至第十三实施方式的任一个，其中第一馈电器和第二馈电器与供电电极的轴线成一角度延伸，并且第一支腿和第二支腿与供电电极同轴。
在第十五实施方式中，修改第一至第十四实施方式的任一个，进一步包含一个或多个短线调谐器，定位于第一支腿的端部处和第二支腿的端部处。
在第十六实施方式中，修改第一至第十五实施方式的任一个，其中短线调谐器包含与第一支腿相邻地定位的滑动短路和与第二支腿相邻地定位的滑动短路。
在第十七实施方式中，修改第一至第十六实施方式的任一个，其中第一微波产生器和第二微波产生器以在约900MHz到约930MHz的范围中的频率或在约2.4GHz到约2.5GHz的范围中的频率操作。
在第十八实施方式中，修改第一至第十七实施方式的任一个，其中第一微波产生器和第二微波产生器以不同的频率操作。
在第十九实施方式中，修改第一至第十八实施方式的任一个，进一步包含在接地电极中的气体入口，所述气体入口与沿着延长轴线延伸的一个或多个气室流体连通，一个或多个气室与一个或多个气体导管流体连通，以提供来自气体入口的气流以流过接地电极和电介质到达沿着等离子体源组件的延长轴线延伸的气体通道。
在第二十实施方式中，修改第一至第十九实施方式的任一个，其中供电电极到电介质的外面的距离跨供电电极的长度变化。
在第二十一实施方式中，修改第一至第二十实施方式的任一个，其中供电电极到接地电极的距离跨供电电极的长度变化。
在第二十二实施方式中，修改第一至第二十一实施方式的任一个，其中供电电极的厚度或宽度中的一个或多个沿着供电电极的长度变化。
在第二十三实施方式中，修改第一至第二十二实施方式的任一个，进一步包含第三微波产生器，经由第三馈电器而电耦合到供电电极，第三馈电器在第一馈电器和第二馈电器之间沿着供电电极的长度定位。
在第二十四实施方式中，修改第一至第二十三实施方式的任一个，进一步包含第四微波产生器，经由第四馈电器而电耦合到供电电极，第四馈电器在第一馈电器和第二馈电器之间沿着供电电极的长度定位。
在第二十五实施方式中，修改第一至第二十四实施方式的任一个，进一步包含第五微波产生器，经由第五馈电器而电耦合到供电电极，第五馈电器在第一馈电器和第二馈电器之间沿着供电电极的长度定位。
第二十六实施方式涉及一种气体分配组件，包含第一实施方式至第二十五实施方式的任一个的等离子体源组件。
第二十七实施方式涉及一种等离子体源组件，包含：平坦供电电极，具有第一端和第二端并且具有沿着等离子体源组件的延长轴线延伸的轴线，供电电极具有宽度；在供电电极的第一侧上的接地电极，接地电极通过第二电介质与供电电极间隔开，接地电极包括气体入口；在供电电极的第二侧上的电介质，电介质和第二电介质包围供电电极以防止在供电电极和接地电极之间的电接触，电介质具有沿着等离子体源组件的延长轴线延伸的气体通道，气体入口与沿着延长轴线延伸的一个或多个气室流体连通，一个或多个气室用一个或多个气体导管与气体通道流体连通；第一微波产生器，经由第一馈电器而电耦合到供电电极的第一端，第一微波产生器以第一频率操作；和第二微波产生器，经由第二馈电器而电耦合到供电电极的第二端，第二微波产生器以第二频率操作，其中第一频率和第二频率在约900MHz至约930MHz的范围内或在约2.4GHz到约2.5GHz的范围中，并且第一频率和第二频率是不同的。
第二十八实施方式涉及一种提供等离子体的方法，方法包含以下步骤：从第一微波产生器向供电电极的第一端提供第一微波功率，并且从第二微波产生器向供电电极的第二端提供第二微波功率，第一微波功率和第二微波功率以在约900MHz至约930MHz范围中或在约2.4GHz至约2.5GHz范围中的频率操作，供电电极被包围在电介质中，其中接地电极在供电电极的第一侧上，其中在不同于第一侧的供电电极的第二侧上与电介质相邻地形成等离子体，等离子体源组件包含：供电电极，具有第一端和第二端，第一端和第二端限定长度，并且具有沿着供电电极的长度延伸的轴线，供电电极具有宽度；在供电电极的第一侧上的接地电极，接地电极与供电电极隔开一段距离；在供电电极的第二侧上的电介质，电介质和接地电极包围供电电极，电介质具有与供电电极相邻的内面和与内面相对的外面；和电耦合到供电电极的第一馈电器和电耦合到供电电极的第二馈电器，第一馈电器与第一微波产生器电耦合，第二馈电器与假负载电耦合。
在第二十九实施方式中，修改第二十八实施方式，其中假负载是第一微波产生器的匹配终端负载。
在第三十实施方式中，修正第二十八至第二十九实施方式的任一个，进一步包含至少一个附加馈电器，电耦合到供电电极。
在第三十一实施方式中，修改第二十八到第三十实施方式的任一个，其中在沿着供电电极的长度的点处存在有电耦合到供电电极的在1到10个的范围中的附加馈电器。
在第三十二实施方式中，修改第二十八至第三十一实施方式的任一个，进一步包含至少一个附加微波产生器，电耦合到附加馈电器的至少一个。
在第三十三实施方式中，修改第二十八至第三十二实施方式的任一个，其中第一微波产生器电耦合到第一馈电器，并且假负载电耦合到其他馈电器。
在第三十四实施方式中，修改第二十八至第三十二实施方式的任一个，其中假负载的至少一个是第一微波产生器的匹配终端负载。
根据一个或多个实施方式，在形成层之前和/或之后对基板进行处理。这种处理可在相同腔室中或在一个或多个分离的处理腔室中进行。在一些实施方式中，基板从第一腔室移动到分离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离的处理腔室，或者基板可从第一腔室移动到一个或多个传送腔室，并且接着移动到分离的处理腔室。因此，处理设备可包含与传送站连通的多个腔室。这种设备可称为“群集工具”或“群集系统”和类似物。
通常，群集工具是包含多个腔室的模块化系统，这些腔室执行各种功能，包括基板中心寻找和定向、脱气、退火、沉积和/或蚀刻。根据一个或多个实施方式，群集工具包括至少第一腔室和中央传送腔室。中央传送腔室可容纳机械手，机械手可使基板穿梭在处理腔室和装载锁定腔室之间。传送腔室通常保持在真空状态，并且提供用于使基板从一个腔室到另一个腔室穿梭和/或穿梭到位于群集工具的前端处的装载锁定腔室的中间平台。然而，出于执行于此所述的工艺的特定步骤的目的，可改变腔室的确切布置和组合。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(例如RTP)、等离子体氮化、脱气、定向、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，可在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进行氧化。
根据一个或多个实施方式，基板一直处于真空或“装载锁定”条件下，并且当从一个腔室移动到下一个腔室时不暴露于环境空气。因此，传送腔室处于真空状态，并且在真空压力下“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，使用惰性气体作为净化气体，以移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射净化气体，以防止反应物从沉积腔室移动到传送腔室和/或附加的处理腔室。因此，惰性气体流在腔室的出口处形成帘幕。
在处理期间，可加热或冷却基板。这种加热或冷却可通过修改任何合适的参数来完成，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，加热器/冷却器可被控制，以传导地改变基板温度。在一个或多个实施方式中，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/冷却器与基板表面相邻地定位在腔室内，以对流地改变基板温度。
在处理期间，基板也可为静止的或旋转的。旋转基板可连续地旋转或以离散步骤旋转。例如，基板可在整个工艺中旋转，或者基板可在暴露于不同的反应气体或净化气体之间小幅旋转。在处理期间(连续地或分步地)旋转基板可通过最小化(例如)气体流几何形状中的局部可变性的影响来帮助产生更均匀的沉积或蚀刻。
虽然前述内容涉及本公开内容的实施方式，但是可在不背离本公开内容的基本范围的情况下，可设计本公开内容的其他和进一步的实施方式，并且本公开内容的范围由所附的权利要求书确定。

Claims (20)

1.一种等离子体源组件，包含：
供电电极，具有第一端和第二端并且具有延长轴线，所述第一端和所述第二端限定长度，所述延长轴线沿着所述供电电极的所述长度延伸，所述供电电极具有厚度和宽度；
接地电极，在所述供电电极的第一侧上，所述接地电极与所述供电电极隔开一段距离；
电介质，在所述供电电极的与所述第一侧相对的第二侧上，所述电介质和所述接地电极包围所述供电电极，所述电介质将所述供电电极与在所述第二侧上的气体分开，所述电介质具有与所述供电电极相邻的内面和与所述内面相对的外面；
第一微波产生器，经由第一馈电器而电耦合到所述供电电极的所述第一端；和
第二微波产生器，经由第二馈电器而电耦合到所述供电电极的所述第二端。
2.如权利要求1所述的等离子体源组件，其中所述接地电极通过第二电介质与所述供电电极隔开。
3.如权利要求1所述的等离子体源组件，其中所述供电电极是平坦导体。
4.如权利要求1所述的等离子体源组件，其中存在以下情况中的一个或多个：所述供电电极的所述宽度从所述第一端到所述第二端变化，从所述供电电极到所述接地电极的所述距离从所述第一端到所述第二端变化；或者
从供电电极到所述电介质的所述外面的距离从第一端到所述第二端变化。
5.如权利要求4所述的等离子体源组件，其中所述供电电极从所述电介质的所述内面移动一段距离以产生空气间隙。
6.如权利要求1所述的等离子体源组件，进一步包含一个或多个短线调谐器，所述一个或多个短线调谐器定位于沿着所述供电电极的所述长度的一个或多个位置处。
7.如权利要求6所述的等离子体源组件，其中所述短线调谐器包含滑动短路，所述滑动短路与所述第一馈电器和所述第二馈电器相邻地定位。
8.如权利要求6所述的等离子体源组件，其中存在与所述第一馈电器和所述第二馈电器相邻地定位的短线调谐器。
9.如权利要求1所述的等离子体源组件，其中所述供电电极进一步包含在所述第一端处的第一支腿和在所述第二端处的第二支腿。
10.如权利要求9所述的等离子体源组件，其中所述第一馈电器和所述第二馈电器与所述供电电极同轴，并且所述第一支腿和第二支腿与所述供电电极的所述轴线成角度地延伸。
11.如权利要求10所述的等离子体源组件，进一步包含一个或多个短线调谐器，所述一个或多个短线调谐器沿着所述供电电极的所述长度定位。
12.如权利要求9所述的等离子体源组件，其中所述第一馈电器和所述第二馈电器与所述供电电极的所述轴线成角度地延伸，并且所述第一支腿和所述第二支腿与所述供电电极同轴。
13.如权利要求12所述的等离子体源组件，进一步包含一个或多个短线调谐器，所述一个或多个短线调谐器定位在所述第一支腿的端部处和在所述第二支腿的端部处。
14.如权利要求1所述的等离子体源组件，其中所述第一微波产生器和所述第二微波产生器以在约900MHz到约930MHz的范围中的频率或在约2.4GHz到约2.5GHz的范围中的频率操作。
15.如权利要求14所述的等离子体源组件，其中所述第一微波产生器和所述第二微波产生器以不同的频率操作。
16.如权利要求1所述的等离子体源组件，进一步包含在所述接地电极中的气体入口，所述气体入口与沿着所述延长轴线延伸的一个或多个气室流体连通，所述一个或多个气室与一个或多个气体导管流体连通，以提供来自所述气体入口的气流流过所述接地电极和所述电介质，到达沿着所述等离子体源组件的所述延长轴线延伸的气体通道。
17.如权利要求1所述的等离子体源组件，其中所述供电电极到所述电介质的所述外面的所述距离跨所述供电电极的所述长度变化。
18.如权利要求1所述的等离子体源组件，其中所述供电电极到所述接地电极的所述距离跨所述供电电极的所述长度变化。
19.如权利要求1所述的等离子体源组件，其中所述供电电极的所述厚度或所述宽度的一个或多个沿着所述供电电极的所述长度变化。
20.如权利要求1所述的等离子体源组件，进一步包含第三微波产生器，所述第三微波产生器经由第三馈电器而电耦合到所述供电电极，所述第三馈电器在所述第一馈电器与所述第二馈电器之间沿着所述供电电极的所述长度定位。
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