專利名稱：對(duì)稱等離子體處理室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于制造其中等離子體被施加在電極之間的RF功率激發(fā)的襯底的等離子體處理設(shè)備。更具體地，本發(fā)明涉及為改進(jìn)的等離子體均勻控制而提供電、氣體流和熱對(duì)稱的等離子體處理室。
背景技術(shù)：
諸如平板顯示器和集成電路的電子裝置通過(guò)一系列處理步驟來(lái)制造，其中，層沉積在襯底上，并且沉積的材料被蝕刻為期望的圖案。處理步驟通常包括物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子增強(qiáng)CVD (PECVD)和其他等離子體處理。具體地，等離子體處理要求將處理氣體混合物供應(yīng)到真空處理室，并施加電或者電磁功率(RF功率)以將處理氣體激發(fā)到等離子體狀態(tài)。等離子體將氣體混合物分解成執(zhí)行期望的沉積或者蝕刻處理的離子顆粒。等離子處理遇到的一個(gè)問(wèn)題是與在處理過(guò)程中在襯底的表面上建立均勻的等離子體密度相關(guān)的困難，這會(huì)導(dǎo)致在襯底的中心和邊緣區(qū)域之間不均勻的處理。建立均勻等離子體密度的困難的ー個(gè)原因涉及由于物理處理室設(shè)計(jì)的不對(duì)稱而造成的固有的電、氣流和熱差異(skew)。這種差異不僅造成固有地、方位角的、非均勻等離子體密度，而且還難以使用其他處理變量或者“旋鈕”來(lái)控制中心到邊緣的等離子體均勻性。因而，存在對(duì)提高電、氣流和熱對(duì)稱性以提高等離子體均勻控制的等離子體處理設(shè)備的需要。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，提供一種等離子體設(shè)備，包括蓋組件和室體，其圍成處理區(qū)域。襯底支撐組件設(shè)置在室體中。蓋組件包括上電極，其具有構(gòu)造成將處理氣體分配到處理區(qū)域中的中心歧管和構(gòu)造成將處理氣體分配到處理區(qū)域中的ー個(gè)或者多個(gè)外部歧管；以及環(huán)形歧管，其經(jīng)由多個(gè)氣體管耦合到ー個(gè)或者多個(gè)外部歧管，氣體管圍繞襯底支撐組件的中心軸線對(duì)稱地布置。在另ー實(shí)施例中，用于等離子體處理設(shè)備的蓋組件包括上電極，其具有構(gòu)造成通過(guò)其分配處理氣體的中心歧管和構(gòu)造成通過(guò)其分配處理氣體的ー個(gè)或者多個(gè)外部歧管；以及環(huán)形歧管，其經(jīng)由多個(gè)氣體管耦合到ー個(gè)或者多個(gè)外部歧管，氣體管圍繞上電極的中心軸線對(duì)稱地布置。在另ー實(shí)施例中，等離子體設(shè)備包括蓋組件和室體，其圍成處理區(qū)域。襯底支撐組件設(shè)置在室體中。蓋組件包括上電極，其具有構(gòu)造成將處理氣體分配到處理區(qū)域中的中心歧管和構(gòu)造成將處理氣體分配到處理區(qū)域中的ー個(gè)或者多個(gè)外部歧管；以及環(huán)形歧管，其經(jīng)由多個(gè)氣體管耦合到一個(gè)或者多個(gè)外部歧管，氣體管圍繞襯底支撐組件的中心軸線對(duì)稱地布置。排氣組件與室體限定抽真空區(qū)域，其中，室體包括圍繞襯底支撐組件的中心軸線對(duì)稱設(shè)置并將處理區(qū)域與抽真空區(qū)域流體耦合的多個(gè)通道。


以本發(fā)明以上所述的特征能被詳細(xì)理解的方式，通過(guò)參照實(shí)施例，對(duì)以上簡(jiǎn)要概括的本發(fā)明進(jìn)行更具體地描述，實(shí)施例的一部分圖示在附圖中。然而，要注意，附圖僅僅圖示本發(fā)明的典型實(shí)施例，因而不能認(rèn)為限制其范圍，因?yàn)楸景l(fā)明允許其他等同的實(shí)施例。圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的等離子體處理設(shè)備的示意橫截面視圖。圖2是圖1的處理設(shè)備的上電極的示意頂視圖。圖3A是設(shè)置在室體的上部?jī)?nèi)包圍圖1的處理設(shè)備的處理區(qū)域的上襯里組件的示意等距視圖。圖3B是室體和上襯里組件的一部分的局部、橫截面視圖。圖4是沿著圖1所示的線4-4所取的處理設(shè)備的示意視圖。圖5是延伸通過(guò)圖1的處理設(shè)備的進(jìn)出管的布局的示意描述。
具體實(shí)施例方式如之前提及，傳統(tǒng)的等離子體系統(tǒng)的問(wèn)題是由于室的不對(duì)稱而難以提供均勻等離子體密度。本發(fā)明的實(shí)施例通過(guò)提供允許極其對(duì)稱的電、熱和氣流傳導(dǎo)通過(guò)室的室設(shè)計(jì)而緩解此問(wèn)題。通過(guò)提供這種在室內(nèi)形成的對(duì)稱、等離子體，已經(jīng)提高了設(shè)置在室的處理區(qū)域中的襯底的表面上均勻性。此外，其他室的附加情況，諸如提供操縱上下電極之間以及氣體入口和被處理的襯底之間 的間隙的能力，與傳統(tǒng)的系統(tǒng)相比提供能更好地控制等離子處理和均勻性的大的處理窗。圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的等離子體處理設(shè)備100的示意橫截面視圖。等離子體處理設(shè)備100可以是等離子體蝕刻室、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積室、物理氣相沉積室、等離子體處理室、離子植入室或者其他適合的真空處理室。如圖1所示，等離子體處理設(shè)備100 —般包括室蓋組件110、室體組件140和排氣組件190，它們一起圍成處理區(qū)域102和抽真空區(qū)域104。在實(shí)踐中，處理氣體引入到處理區(qū)域102中，并使用RF功率點(diǎn)燃成等離子體。襯底105定位在襯底支撐組件160上，并暴露到在處理區(qū)域102中產(chǎn)生的等離子體，以在襯底105上執(zhí)行等離子體處理，諸如蝕刻、化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、植入、等離子體退火、等離子體處理、除塵或者其他等離子體處理。通過(guò)排氣組件190在處理區(qū)域102中維持真空，該排氣組件190通過(guò)抽真空區(qū)域104從等離子體處理去除已經(jīng)使用的處理氣體和副產(chǎn)品。蓋組件110 —般包括從室體組件140隔離并被室體組件140支撐的上電極(或者陽(yáng)極)和包圍上電極112的室蓋114。圖2是上電極112的示意頂視圖。上電極112經(jīng)由導(dǎo)電的氣體入口管126而耦合到RF功率源103。導(dǎo)電的氣體入口管126與室體組件140的中心軸線(CA)同軸，使得RF功率和處理氣體對(duì)稱設(shè)置。上電極112包括附接到傳熱板118的噴頭板116。噴頭板116、傳熱板118和氣體入口管126都由諸如鋁或者不銹鋼的RF導(dǎo)電材料制成。
噴頭板116具有中心歧管120和ー個(gè)或者多個(gè)外部歧管122。ー個(gè)或者多個(gè)外部歧管122包圍中心歧管120。中心歧管120通過(guò)氣體入口管126接收來(lái)自氣體源106處理氣體，并將接收到的處理氣體通過(guò)多個(gè)氣體通道121而分配到處理區(qū)域102的中心區(qū)域。一個(gè)或多個(gè)外部歧管122從氣體源106接收處理氣體，該氣體可以是與在中心歧管120中接收到的氣體相同或者不同的混合物。ー個(gè)或多個(gè)外部歧管122然后將所接收到的處理氣體通過(guò)多個(gè)氣體通道123而分配到處理區(qū)域102的外部。歧管120、122具有足夠的體積以用作增壓室，使得均勻的壓力提供到與各個(gè)歧管120、122相關(guān)的每個(gè)氣體通道121。噴頭板116的雙歧管構(gòu)造允許提高對(duì)氣體輸送到處理區(qū)域102中的控制。例如，提供到處理區(qū)域102的中心部分因而提供到位于其中的襯底105的中心部分的處理氣體可以以與提供到處理區(qū)域102的外部因而襯底105的外部的處理氣體不同的流速和/或壓カ引入。與傳統(tǒng)的單歧管版本相反，多岐管噴頭板116能夠增強(qiáng)對(duì)處理結(jié)果的中心到邊緣的控制。

參照?qǐng)D1和圖2可見(jiàn)，來(lái)自氣體源的處理氣體通過(guò)入口管127輸送到圍繞入口管126共心地設(shè)置的環(huán)形歧管128。處理氣體從環(huán)形歧管128通過(guò)多個(gè)氣體管129輸送到一個(gè)或多個(gè)外部歧管122。在一個(gè)實(shí)施例中，環(huán)形歧管128包括回歸氣體路徑以確保氣體從環(huán)形歧管128平均地流入氣體管129中。環(huán)形歧管128和氣體管129由諸如鋁或者不銹鋼的導(dǎo)電材料制造。因而，環(huán)形歧管128和氣體管129可以影響RF電流的対稱性，造成上電極112提供的電場(chǎng)的差異，潛在地造成處理區(qū)域102內(nèi)等離子體均勻性的效果。為了防止電場(chǎng)中的這種差異，氣體管129繞豎直延伸通過(guò)處理設(shè)備100的中心軸線(CA)對(duì)稱地定位。因而，氣體管129以等角度(A)從中心定位的環(huán)形歧管128延伸，以輸送處理氣體通過(guò)冷卻板118，并進(jìn)入到外部歧管122中。例如，圖2中所示的實(shí)施例描述了120度的角度間隔開(kāi)的三個(gè)氣體管129。在其他示例(未示出)中，可以使用更多或者更少的氣體管129，只要它們圍繞中心軸線(CA)對(duì)稱地(S卩，彼此等角度(A)地)定位。通過(guò)采用環(huán)形歧管并圍繞中心軸線(CA)對(duì)稱地布置氣體管129，上電極112的電氣對(duì)稱性相較于傳統(tǒng)的系統(tǒng)顯著地得到改善，從而在處理區(qū)域102中得到更均勻和一致的等離子體形成。附加地，氣體管129的對(duì)稱布置將氣體以均勻環(huán)形陣列提供到外部歧管122中，由此在外部歧管122內(nèi)提供方位角均勻壓カ分布，結(jié)果，提供通過(guò)外部歧管123到處理區(qū)域102中氣體的方位角均勻的流動(dòng)，由此，增強(qiáng)處理均勻性。傳熱流體從流體源109通過(guò)流體入ロ管130輸送到傳熱板118。流體循環(huán)通過(guò)設(shè)置在傳熱板118中的ー個(gè)或者多個(gè)流體通道119，并經(jīng)由流體出口管131返回到流體源109。適合的傳熱流體包括水、水基こニ醇混合物、全氟聚醚(例如，Galden .■流體)、油基傳熱流體或者類似的流體。流體入口管130和流體出ロ管131各由諸如適合的塑料材料的非導(dǎo)熱材料制造。因而，管子自身不影響上電極112的電氣對(duì)稱。然而，配件132由諸如鋁或者不銹鋼的導(dǎo)熱材料制造，因而可以影響上電極112的電氣對(duì)稱，因而造成差異效果。因而，導(dǎo)電塞133由與配件132相同的材料制造并具有相同尺寸和形狀，并如圖2所示圍繞中心軸線(CA)對(duì)稱地設(shè)置，使得塞子133和配件132 —起限定以室體組件140的中心軸線(CA)為中心的環(huán)形陣列。導(dǎo)電塞133的添加提高了上電極112的電氣對(duì)稱，造成在處理區(qū)域102中比傳統(tǒng)的系統(tǒng)更均勻和一致的等離子體形成?；貋?lái)參照?qǐng)D1，室體組件140包括由對(duì)處理環(huán)境有耐性的導(dǎo)電材料(諸如鋁或者不銹鋼)制造的室體142。襯底支撐組件160設(shè)置在室體142的中心，并定位成在處理區(qū)域102中圍繞中心軸線(CA)對(duì)稱地支撐襯底105。圖3A是設(shè)置在室體142的上部?jī)?nèi)并包圍處理區(qū)域102的上襯里組件144的示意等距視圖。上襯里組件144可以由諸如鋁、不銹鋼和/或氧化釔(例如，涂覆氧化釔的鋁)的導(dǎo)電、處理兼容的材料構(gòu)造。在實(shí)踐中，上襯里組件144遮蔽室體142的上部免受處理區(qū)域102中的等離子體，并可移除以允許周期性地清潔和維護(hù)。在一個(gè)實(shí)施例中，上襯里組件144的溫度受到控制，諸如通過(guò)AC加熱器(未示出)，以增強(qiáng)室內(nèi)的熱對(duì)稱和設(shè)置在處理區(qū)域102中的等離子體的對(duì)稱。參照?qǐng)D1和圖3A，室體142包括對(duì)上襯里組件144的外凸緣145進(jìn)行支撐的壁架143。上襯里組件144的內(nèi)凸緣146支撐上電極112。絕緣體113定位在上襯里組件144和上電極112之間以提供室體組件140和上電極112之間的電氣絕緣。上襯里組件144包括附接到內(nèi)外凸緣(146、145)的外壁147、底壁148和內(nèi)壁149。外壁147和內(nèi)壁149是大致豎直的圓柱形的壁。外壁147定位成對(duì)于室體142屏蔽處理區(qū)域102中的等離子體，并且內(nèi)壁149定位成對(duì)于襯底支撐組件160的一側(cè)至少部分地屏蔽處理區(qū)域102中的等離子 體。底壁148除了在形成抽真空通道189的某些區(qū)域之外將外壁和內(nèi)壁(149、147)結(jié)合起來(lái)，這些區(qū)域隨后將在此處討論?；貋?lái)參照?qǐng)D1，通過(guò)設(shè)置在室體142中的狹縫閥隧道141而進(jìn)入處理區(qū)域102，狹縫閥隧道允許襯底105從襯底支撐組件160進(jìn)入和移除。上襯里組件144具有貫穿設(shè)置的槽150，其與狹縫閥隧道141匹配以允許襯底105貫穿通過(guò)。室體組件140包括狹縫閥門組件151，其包括定位和構(gòu)造成使得狹縫閥門153豎直延伸以密封狹縫閥隧道141和槽150并使得狹縫閥門153豎直收縮以允許通過(guò)狹縫閥隧道141和槽150進(jìn)入的致動(dòng)器152。狹縫閥門組件151及其部件在附圖沒(méi)有以陰影繪制，以使附圖的雜亂最小。狹縫閥門153可以由與上襯里組件144的材料(例如，涂有氧化釔的鋁)大致匹配的材料構(gòu)成，以在襯里中提供增大的電氣對(duì)稱。在一個(gè)實(shí)施例中，狹縫閥門153的溫度受到控制，諸如通過(guò)AC加熱器(未示出)，以與上襯里組件144的溫度匹配，以在處理區(qū)域102中提供增大的熱對(duì)稱。參照?qǐng)D3A，附加槽154與槽150的尺寸和形狀大致匹配，并貫穿上襯里組件144設(shè)置。槽154貫穿上襯里組件144圍繞中心軸線(CA)對(duì)稱地設(shè)置。例如，如圖3A所示，兩個(gè)槽154以與槽150成120度的角度設(shè)置，使得槽150和槽154形成圍繞中心軸線(CA)的環(huán)形陣列。槽154圍繞上襯里組件144對(duì)稱地設(shè)置，以補(bǔ)償由于槽15的存在而引起的上襯里組件144中出現(xiàn)的電流密度和/或分布的變化。此外，槽150和154可以按照各個(gè)氣管129定位，以在室中提供改善的電氣對(duì)稱。圖3B是室體142和上襯里組件144的一部分的局部橫截面視圖?？梢栽O(shè)置背襯155，以附接和覆蓋上襯里組件144的槽154。背襯155的尺寸、形狀和構(gòu)成材料可以確定為模仿狹縫閥門153。背襯155還與上襯里組件144導(dǎo)電接觸，以維持與上襯里組件144的電氣和熱接觸。因而，背襯155還提供圍繞上襯里組件144的電以及熱對(duì)稱，以相較于傳統(tǒng)的系統(tǒng)在處理區(qū)域102內(nèi)實(shí)現(xiàn)更均勻等離子體密度。圖4是沿著圖1所示的線4-4所取的處理設(shè)備100的示意圖，且為了清楚而將襯底105移除。參照?qǐng)D1和圖4，襯底支撐組件160對(duì)稱設(shè)置在室體組件140的中心區(qū)域156內(nèi)，并共用中心軸線(CA)。即，中心軸線(CA)豎直經(jīng)過(guò)襯底支撐組件160的中心。襯底支撐組件160 —般包括下電極161 (或者陰極)和中空基座162，并被中心支撐構(gòu)件157支撐，其中，中心軸線(CA)經(jīng)過(guò)中空基座162的中心，中心支撐構(gòu)件157設(shè)置在中心區(qū)域156中并被室體142支撐。中心軸線(CA)還經(jīng)過(guò)中心支撐構(gòu)件157的中心。下電極161通過(guò)隨后要描述的匹配網(wǎng)絡(luò)(未示出)和經(jīng)過(guò)中空基座162的纜線(未示出)耦合到RF功率源103。當(dāng)RF功率供應(yīng)到上電極112和下電極161時(shí)，形成在之間的電場(chǎng)將處理區(qū)域102中存在的處理氣體點(diǎn)燃成等離子體。中心支撐構(gòu)件157諸如通過(guò)緊固件和0環(huán)(未示出)而被密封到室體142，并且下電極161諸如通過(guò)波紋管158被密封到中心支撐構(gòu)件157。因而，中心區(qū)域156被從處理區(qū)域102密封，并可以維持在大氣壓力下，同時(shí)處理區(qū)域102維持在真空的條件下。致動(dòng)組件163定位在中心區(qū)域156內(nèi)，并附接到室體142和/或中心支撐構(gòu)件157。注意，致動(dòng)組件163在沒(méi)有繪制陰影的情況下示出以使附圖的雜亂最小。致動(dòng)組件163包括致動(dòng)器164 (例如，電動(dòng)機(jī))、絲杠165和附接到基座162的螺母166。在實(shí)踐中，致動(dòng)器164使絲杠165旋轉(zhuǎn)，絲杠165又使螺母166旋轉(zhuǎn)因而基座162升高或者降低。由于下電極161被基座162支撐，致動(dòng)組件163提供下電極161相對(duì)于室體142、中心支撐構(gòu)件157和上電極112的豎直移動(dòng)。因?yàn)橄码姌O161在處理區(qū)域102內(nèi)的這種豎直移動(dòng)提供下電極161和上電極112之間可變的間隙，從而允許增大對(duì)之間形成的電場(chǎng)的控制，進(jìn)而提供對(duì)在處理區(qū)域102中形成的等離子體的密度的更大的控制。此外，由于襯底105被下電極161支撐，襯底105和噴頭板116之間的間隙還可以變化，造成對(duì)襯底105上的處理氣體分布更大的控制。還設(shè)置等離子體屏159，其由下電極161支撐，并與上襯里組件144的內(nèi)壁149重疊，以保護(hù)襯底支撐組件160和波紋管158免受處理區(qū)域102中的等離子體。由于等離子體屏159耦合到基座162并相對(duì)于基座162豎直移動(dòng)，等離子體屏159和上襯里組件144的內(nèi)壁149之間的重疊足以允許基座162在等離子體屏159和上襯里組件144分離的情況下享有充分的移動(dòng)范圍，并允許基座162下方的區(qū)域暴露以暴露于處理氣體。襯底支撐組件16 0還包括升降銷組件167以便于襯底105的裝載和卸載。升降銷組件167包括附接到升降銷板169的升降銷168。升降銷板169設(shè)置在下電極161內(nèi)的開(kāi)ロ 170內(nèi)，并且升降銷168延伸通過(guò)設(shè)置在開(kāi)ロ 170和處理區(qū)域102之間的升降銷孔171。升降銷板169耦合到絲杠172，絲杠172延伸通過(guò)下電極161中的開(kāi)ロ 173，并進(jìn)入到中空基座162中。致動(dòng)器195 (例如，電動(dòng)機(jī))可以定位在基座162上。注意，致動(dòng)器195在沒(méi)有繪制陰影的情況下示出以使附圖雜亂最小化。致動(dòng)器195使螺母旋轉(zhuǎn)，從而使絲杠172前進(jìn)或者后退。絲杠172耦合到升降銷板169。因而，隨著致動(dòng)器195使絲杠172升高或者降低升降銷板169，升降銷168延長(zhǎng)或者收縮。因而，不管下電極161的豎直定位如何，致動(dòng)器195都允許升降銷168延長(zhǎng)或者收縮。通過(guò)提供這樣的升降銷169的分開(kāi)致動(dòng)，能與下電極161的豎直定位分開(kāi)地改變襯底105的豎直定位，從而允許在襯底105的裝載和卸載過(guò)程中以及在襯底105的處理過(guò)程中對(duì)定位的更大的控制，例如通過(guò)在處理過(guò)程中升降襯底以允許背側(cè)氣體從襯底的下方逃逸。襯底支撐組件160還包括將開(kāi)ロ 170與排氣區(qū)域104耦合的通氣管路174。通氣管路174沿著中心行進(jìn)通過(guò)中空的基座162,并通過(guò)多個(gè)進(jìn)出管(access tube) 180中的一者而尚開(kāi)室體142,如隨后所述,進(jìn)出管180以輪福的圖案圍繞中心軸線(CA)對(duì)稱地布置。通氣管路174為開(kāi)口 170的抽空而設(shè)置，以去除會(huì)經(jīng)由升降銷孔171而泄露到開(kāi)口 170中的任何處理氣體。此外，開(kāi)口 170的抽空還有助于去除會(huì)存在于襯底105的背側(cè)的任何處理氣體，該襯底105設(shè)置在下電極161或者升降銷168上。襯底支撐組件160還可以包括貫穿設(shè)置并經(jīng)由氣體供應(yīng)管路178而耦合到惰性氣體供應(yīng)177的氣體端口 176。氣體供應(yīng)177將諸如氦的惰性氣體通過(guò)氣體供應(yīng)管路178和氣體端口 176而供應(yīng)到襯底105的背側(cè)，以幫助阻止處理氣體處理襯底105的背側(cè)。氣體供應(yīng)管路178還通過(guò)中空基座162行進(jìn)，并通過(guò)多個(gè)進(jìn)出管180中的一者而離開(kāi)室體142。襯底支撐組件160還可以包括從熱交換流體源198通過(guò)下電極161中的一個(gè)或者多個(gè)熱交換通道(未示出)而行進(jìn)的一個(gè)或者多個(gè)流體入口管路179和流體出口管路181,以在處理過(guò)程中提供對(duì)下電極161的溫度控制。流體入口管路178和流體出口管路181從下電極161行進(jìn)通過(guò)中空基座162，并通過(guò)多個(gè)進(jìn)出管180中的一者而離開(kāi)室體142。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底支撐組件160還可以包括設(shè)置在下電極161中的一個(gè)或者多個(gè)溫度傳感器182，以便于下電極161的溫度控制。在一個(gè)實(shí)施例中，下電極161是靜電吸盤，因而包括設(shè)置在其中的一個(gè)或者多個(gè)電極(未不出)。在處理過(guò)程中，電壓源(未不出)相對(duì)于襯底105而對(duì)該一個(gè)或者多個(gè)電極加偏壓，以形成吸引力以將襯底105保持就位。將一個(gè)或者多個(gè)電極耦合到電壓源的纜線行進(jìn)通過(guò)中空基座162，并通過(guò)多個(gè)進(jìn)出管180中的一者而離開(kāi)室體142。圖5是室體組件140的輪輻191內(nèi) 的進(jìn)出管180的布局的示意描述。參照?qǐng)D1和圖5，輪輻191和進(jìn)出管180以所示的輪輻圖案圍繞處理設(shè)備100的中心軸線(CA)對(duì)稱布置。在所示的實(shí)施例中，三個(gè)相同的進(jìn)出管180設(shè)置成穿過(guò)室體142進(jìn)入中心區(qū)域156中以便于將多個(gè)管道和纜線從室體142的外部供應(yīng)到下電極161。為了便于下電極162的豎直移動(dòng)，通過(guò)每個(gè)進(jìn)出管180的開(kāi)口 183大致等于下電極161的豎直行程。例如，在一個(gè)構(gòu)造中，下電極162可豎直移動(dòng)約7. 2英寸的距離。在此情況下，每個(gè)進(jìn)出管180中開(kāi)口 183的高度也為約7. 2英寸。保持這些距離大致相等有助于使得所要求的纜線的長(zhǎng)度最小，并防止在下電極161的豎直移動(dòng)過(guò)程中纜線的纏繞和磨損。此外,輪輻191的寬度(W)最小化，使得提供高的縱橫比(高度寬度)，使得用于抽真空通道189的敞開(kāi)面積得到提高，同時(shí)還允許足夠的空間供使用(例如，氣體、配線)。這種構(gòu)造降低排氣氣體的流動(dòng)阻力，導(dǎo)致由于泵送和更小成本的泵而降低能耗。為了進(jìn)一步便于纜線行進(jìn)到下電極161，纜線的行進(jìn)路線在多個(gè)進(jìn)出管180之間劃分。例如，流體管路(179、181)、氣體供應(yīng)管路178和真空管174可以都設(shè)置成通過(guò)進(jìn)出管180a ;用于溫度傳感器184的纜線和其他電纜(例如，到致動(dòng)器164、195)可以設(shè)置成通過(guò)進(jìn)出管180b ;并且RF電壓饋送和其他電極(例如，到用于卡夾功能的電極)可以設(shè)置成通過(guò)進(jìn)出管180c。因而，從室體142的外部到下電極162的電纜的數(shù)目和體積在進(jìn)出管180之間劃分，以使進(jìn)出管180的尺寸最小化，同時(shí)提供足夠的間隙以便于下電極161的移動(dòng)。進(jìn)出管180可以由諸如鋁或者不銹鋼的材料構(gòu)成。進(jìn)出管180的對(duì)稱輪輻布置設(shè)計(jì)成進(jìn)一步便于處理設(shè)備100的電氣和熱對(duì)稱。在一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)出管180以120度間隔開(kāi)定位，并且每個(gè)進(jìn)出管180與各個(gè)氣體管129對(duì)齊。進(jìn)出管180的對(duì)稱布置還在室體142中尤其是在處理區(qū)域102中提供電氣和熱對(duì)稱，以在處理過(guò)程中允許在處理區(qū)域102中形成更加均勻的等離子體，并改善對(duì)襯底105的表面上等離子體密度的控制。
回來(lái)參照?qǐng)D1和圖4，抽真空通道189圍繞中心軸線(CA)對(duì)稱地定位在上襯里組件144中。抽真空通道189允許將來(lái)自處理區(qū)域102的氣體通過(guò)抽真空區(qū)域104并通過(guò)排氣端ロ 196而離開(kāi)室體142而抽空。排氣端ロ 196圍繞室體組件140的中心軸線(CA)定位在中心，使得氣體均勻地抽吸經(jīng)過(guò)抽真空通道189。抽空管路187可以分別定位在設(shè)置在室體142中的抽空管道188中每個(gè)抽真空通道189的下方，以在處理過(guò)程中保護(hù)室體142免受處理氣體。抽空管路187可以由類似于如上所述的上襯里組件144的材料構(gòu)造。抽空管道188定位成遠(yuǎn)離處理區(qū)域102，使得基本上沒(méi)有電氣相互作用存在。然而，抽空管道188圍繞中心軸線(CA)的對(duì)稱定位在處理設(shè)備100內(nèi)提供改進(jìn)的熱和氣流對(duì)稱。例如，抽空管道188圍繞中心軸線(CA)并且因而處理區(qū)域的對(duì)稱定位促進(jìn)從處理區(qū)域102對(duì)稱地去除氣體，造成氣體在襯底105上對(duì)稱流動(dòng)。此外，抽空管道188和抽空管路187的對(duì)稱定位促進(jìn)室中熱分布的對(duì)稱。因而，在處理設(shè)備100中抽空管道188的對(duì)稱定位便于在處理區(qū)域102中形成均勻的等離子體，并允許對(duì)處理區(qū)域102中的等離子體密度和氣體流動(dòng)更大的控制。排氣組件190在室體142的底部與抽真空區(qū)域104相鄰定位。排氣組件可以包括耦合到真空泵194的節(jié)流閥192。節(jié)流閥192可以是提升閥，其與真空泵194結(jié)合使用，通過(guò)從處理區(qū)域102經(jīng)過(guò)抽真空通道189并通過(guò)中心定位的排氣端ロ 196而從室對(duì)稱地抽吸排氣氣體來(lái)控制處理區(qū)域102內(nèi)的真空狀況，并進(jìn)一歩提供對(duì)處理區(qū)域102中的等離子體狀況的更大的控制。提升閥如圖1所示提供均勻的360度間隙198，抽空氣體通過(guò)該間隙被抽吸經(jīng)過(guò)排氣端ロ 189。相反，傳統(tǒng)的阻尼式節(jié)流閥提供了非均勻間隙供抽空氣體流動(dòng)。例如，當(dāng)阻尼式閥打開(kāi)時(shí)，閥的一側(cè)吸出比閥的另ー側(cè)更多的氣體。因而，提升節(jié)流閥相較于在等離子體處理室中傳統(tǒng)使用的傳統(tǒng)的阻尼式節(jié)流閥對(duì)差異的氣體傳導(dǎo)具有更小的影響。再次，參照?qǐng)D1和圖4，導(dǎo)電的傾斜網(wǎng)襯400定位在上襯里組件144的下部中。傾斜的網(wǎng)襯400可以由諸如鋁、不銹鋼和/或者氧化釔(例如，涂有氧化釔的鋁)的導(dǎo)電的、處理兼容的材料構(gòu)成。傾斜的網(wǎng)襯400可以具有底壁402和從底壁402以向外和向上的角度延伸的外壁404。外壁404可以具有多個(gè)貫穿形成的開(kāi)孔410。開(kāi)孔410可以圍繞傾斜網(wǎng)襯400的中心軸線對(duì)稱定位，以允許排氣氣體被貫穿地均勻抽吸，這便于在處理區(qū)域102中形成均勻的等離子體，并允許對(duì)處理區(qū)域102中等離子體密度和氣體流動(dòng)更大的控制。在一個(gè)實(shí)施例中，傾斜網(wǎng)襯400的中心軸線與室體組件140的中心軸線(CA)對(duì)齊。網(wǎng)襯400的底壁402可以電耦合到上襯里組件144的底壁148和/或者內(nèi)壁149。附加地，網(wǎng)襯400的外壁404可以電耦合到上襯里組件144的外壁147。當(dāng)RF等離子體出現(xiàn)在處理區(qū)域102內(nèi)吋，尋找向接地的返回路徑的RF電流可以沿著網(wǎng)襯400的表面行進(jìn)到上襯里組件144的外壁147。因而，網(wǎng)襯400的環(huán)形對(duì)稱構(gòu)造提供到接地的對(duì)稱RF返回，并繞過(guò)上襯里組件400的下部中的任何RF對(duì)稱。因而，本發(fā)明的實(shí)施例通過(guò)提供允許極其対稱的電、熱和氣體傳導(dǎo)通過(guò)室的室設(shè)計(jì)，解決了傳統(tǒng)的等離子體系統(tǒng)中由于室的不對(duì)稱而難以提供均勻等離子體密度的問(wèn)題。通過(guò)提供這種對(duì)稱，形成在室內(nèi)的等離子體自然地在設(shè)置在室的處理區(qū)域中的襯底的表面上具有改進(jìn)的均勻性。這種改進(jìn)的對(duì)稱性以及其他 室的附加情況(諸如提供操縱上下電極之間以及在氣體入口和被處理的襯底之間的間隙的能力)相較于傳統(tǒng)的系統(tǒng)允許對(duì)等離子體處理和均勻性更好的控制。
盡管前述涉及本發(fā)明的實(shí)施例，但是本發(fā)明的其他和進(jìn)一步的實(shí)施例可以在不脫離其基本范圍的情況下進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且`其范圍由權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1.一種等離子體處理設(shè)備，包括蓋組件和室體，其圍成處理區(qū)域；以及襯底支撐組件，其設(shè)置在所述室體中，其中，所述蓋組件包括上電極，其具有構(gòu)造成將處理氣體分配到所述處理區(qū)域中的中心歧管和構(gòu)造成將處理氣體分配到所述處理區(qū)域中的一個(gè)或者多個(gè)外部歧管；以及環(huán)形歧管，其經(jīng)由多個(gè)氣體管耦合到所述一個(gè)或者多個(gè)外部歧管，所述氣體管圍繞所述襯底支撐組件的中心軸線對(duì)稱地布置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理設(shè)備，其中，所述環(huán)形歧管和所述多個(gè)氣體管由導(dǎo)電材料構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理設(shè)備，還包括與所述上電極的中心歧管流體耦合的氣體入口管，其中，所述氣體入口管與所述襯底支撐組件的中心軸線同軸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的等離子體處理設(shè)備，其中，所述環(huán)形歧管包圍所述氣體入口管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子體處理設(shè)備，其中，所述環(huán)形歧管具有回歸氣體路徑， 使得氣體從所述環(huán)形歧管平均地流入所述多個(gè)氣體管中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理設(shè)備，其中，所述一個(gè)或多個(gè)外部歧管圍繞所述中心歧管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理設(shè)備，還包括第一致動(dòng)裝置，其耦合到所述襯底支撐組件并且構(gòu)造成豎直移動(dòng)所述襯底支撐組件;以及第二致動(dòng)裝置，其耦合到所述襯底支撐組件并且構(gòu)造成移動(dòng)設(shè)置在所述襯底支撐組件內(nèi)的多個(gè)襯底支撐銷。
8.一種用于等離子體處理設(shè)備的蓋組件，包括上電極，其具有構(gòu)造成通過(guò)其分配處理氣體的中心歧管和構(gòu)造成通過(guò)其分配處理氣體的一個(gè)或者多個(gè)外部歧管；以及環(huán)形歧管，其經(jīng)由多個(gè)氣體管耦合到所述一個(gè)或者多個(gè)外部歧管，所述氣體管圍繞所述上電極的中心軸線對(duì)稱地布置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的蓋組件，其中，所述環(huán)形歧管和所述多個(gè)氣體管由導(dǎo)電材料構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的蓋組件，還包括與所述上電極的中心歧管流體耦合的氣體入口管，其中，所述氣體入口管與所述上電極的中心軸線同軸。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的蓋組件，其中，所述環(huán)形歧管包圍所述氣體入口管。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的蓋組件，其中，所述環(huán)形歧管具有回歸氣體路徑，使得氣體從所述環(huán)形歧管平均地流入所述多個(gè)氣體管中。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的蓋組件，其中，所述一個(gè)或多個(gè)外部歧管圍繞所述中心歧管。
14.一種等離子體處理設(shè)備，包括蓋組件和室體，其圍成處理區(qū)域；襯底支撐組件，其設(shè)置在所述室體中，其中，所述蓋組件包括上電極，其具有構(gòu)造成將處理氣體分配到所述處理區(qū)域中的中心歧管和構(gòu)造成將處理氣體分配到所述處理區(qū)域中的一個(gè)或者多個(gè)外部歧管；以及環(huán)形歧管，其經(jīng)由多個(gè)氣體管耦合到所述一個(gè)或者多個(gè)外部歧管，所述氣體管圍繞所述襯底支撐組件的中心軸線對(duì)稱地布置；以及排氣組件，其與所述室體限定抽真空區(qū)域，其中，所述室體包括圍繞所述襯底支撐組件的中心軸線對(duì)稱設(shè)置并將所述處理區(qū)域與所述抽真空區(qū)域流體耦合的多個(gè)通道。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的等離子體處理設(shè)備，其中，所述室體具有圍繞所述襯底支撐基座的中心軸線對(duì)稱地貫穿形成的排氣端口。
全文摘要
本發(fā)明提供一種對(duì)稱等離子體處理室。本發(fā)明實(shí)施例提供允許極其對(duì)稱的電、熱和氣體傳導(dǎo)通過(guò)室的室設(shè)計(jì)。通過(guò)提供這種對(duì)稱，形成在室內(nèi)的等離子體自然地在設(shè)置在室的處理區(qū)域中的襯底的表面上具有改進(jìn)的均勻性。這種改進(jìn)的對(duì)稱性以及其他室的附加情況(諸如提供操縱上下電極之間以及在氣體入口和被處理的襯底之間的間隙的能力)相較于傳統(tǒng)的系統(tǒng)允許對(duì)等離子體處理和均勻性更好的控制。
文檔編號(hào)H01J37/32GK103050363SQ20121054965
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月5日
發(fā)明者詹姆斯·D·卡達(dá)希, 哈密迪·塔瓦索里, 阿吉特·巴拉克利斯納, 陳智剛, 安德魯·源, 道格拉斯·A·小布什伯格, 卡爾蒂克·賈亞拉曼, 沙希德·勞夫, 肯尼思·S·柯林斯 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司