用于cvd 腔室清洗的遠(yuǎn)程誘導(dǎo)耦接的等離子體源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明主要包括遠(yuǎn)程等離子體源和在遠(yuǎn)程等離子體源中產(chǎn)生等離子體的方法。清洗氣體可在遠(yuǎn)程位置被激發(fā)為等離子體并且隨后提供到處理腔室。通過在冷卻RF線圈外部流動(dòng)清洗氣體，在可高壓或低壓下并且將高RF偏壓施加到線圈而激發(fā)等離子體。冷卻RF線圈可減少線圈的濺射并從而減少與清洗氣體等離子體一起被輸送到處理腔室的不期望污染物。減少線圈的濺射可延長遠(yuǎn)程等離子體源的使用壽命。
【專利說明】用于CVD腔室清洗的遠(yuǎn)程誘導(dǎo)耦接的等離子體源
[0001]本申請是2008年6月2日提交的申請?zhí)枮?00810111506.4的發(fā)明專利申請的分案申請。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明的實(shí)施方式主要涉及用于制造將被傳輸?shù)教幚砬皇业牡入x子體的遠(yuǎn)程等離子體源。

【背景技術(shù)】
[0003]等離子體處理用于多種器件制造應(yīng)用中的多個(gè)制造步驟。對于太陽能電池板或平板顯示器，近來基板尺寸一直在增加。隨著基板尺寸增加，需要更多的等離子體。另外，在處理期間，材料可能沉積于處理腔室的暴露區(qū)域上。隨著材料積累，存在材料可能剝落并污染基板的危險(xiǎn)。通過周期性地清洗處理腔室，可從腔室去除不期望的沉積物以減少基板污染。
[0004]因?yàn)榛宄叽缬捎谠鲩L的需求而一直增加，并且在一些情形下，必不可少地需要增加密度的等離子體以有效地清洗處理腔室。
[0005]因此，在現(xiàn)有技術(shù)中需要一種改進(jìn)的遠(yuǎn)程等離子體源。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明主要包括遠(yuǎn)程等離子體源和在遠(yuǎn)程等離子體源中產(chǎn)生等離子體的方法。清洗氣體可在遠(yuǎn)程位置被激發(fā)為等離子體并且隨后將等離子體提供到處理腔室。通過在冷卻RF線圈外部流動(dòng)清洗氣體，可在高壓或低壓下并且同時(shí)提供高RF偏壓到線圈來激發(fā)等離子體。冷卻RF線圈可減少線圈的濺射并因此減少與清洗氣體等離子體一起被輸送到處理腔室的不期望的污染物。減少線圈的濺射可延長遠(yuǎn)程等離子體源的使用壽命。
[0007]在一個(gè)實(shí)施方式中，公開了一種遠(yuǎn)程等離子體源。所述遠(yuǎn)程等離子體源包含:夕卜殼；氣體入口，所述氣體入口與所述外殼耦接；等離子體出口，所述等離子體出口與所述外殼耦接；金屬管道，所述金屬管道設(shè)置在所述外殼內(nèi)。所述金屬管道具有外側(cè)表面和內(nèi)側(cè)表面，并且所述金屬管道的預(yù)定厚度為厚于射頻電流的穿透深度。射頻輸入可與所述外側(cè)表面耦接且射頻輸入將在所述金屬管道外側(cè)流動(dòng)的氣體在所述外殼內(nèi)激發(fā)成等離子體。第一冷卻液入口可與所述內(nèi)側(cè)表面耦接，使冷卻液與所述金屬管道外側(cè)流動(dòng)的氣體相反地流經(jīng)所述金屬管道的內(nèi)側(cè)。
[0008]在另一實(shí)施方式中，公開一種等離子體產(chǎn)生方法。所述等離子體產(chǎn)生方法包含:經(jīng)過氣體入口將氣體流入腔室中；與所述氣體的流動(dòng)方向相反地在冷卻管道內(nèi)流動(dòng)冷卻液經(jīng)過所述腔室，所述冷卻管道的預(yù)定厚度為厚于射頻電流的穿透深度；沿著所述冷卻管道的外側(cè)表面流動(dòng)射頻電流；在所述腔室內(nèi)激發(fā)等離子體；以及經(jīng)過等離子體出口將所述等離子體流出所述腔室。
[0009]在另一實(shí)施方式中，公開一種等離子體設(shè)備。所述等離子體設(shè)備包含:處理腔室；射頻匹配網(wǎng)絡(luò)；以及遠(yuǎn)程等離子體源，所述遠(yuǎn)程等離子體源與所述處理腔室和射頻匹配網(wǎng)絡(luò)耦接。所述遠(yuǎn)程等離子體源可包含:外殼；以及冷卻管道，所述冷卻管道設(shè)置在所述外殼內(nèi)。所述冷卻管道與冷卻液入口和出口耦接。所述射頻匹配網(wǎng)絡(luò)與所述冷卻管道耦接并且所述射頻匹配網(wǎng)絡(luò)將在所述冷卻管道外側(cè)流動(dòng)的氣體在所述外殼內(nèi)激發(fā)成等離子體，所述氣體與所述冷卻液的流動(dòng)方向相反，其中所述冷卻管道的預(yù)定厚度為厚于射頻電流的穿透深度。
[0010]在另一實(shí)施方式中，公開一種遠(yuǎn)程等離子體源。所述遠(yuǎn)程等離子體源包含:外殼和冷卻液路徑(pathway)，所述冷卻液路徑設(shè)置在所述外殼內(nèi)。所述路徑可與射頻匹配網(wǎng)絡(luò)耦接。氣體入口可與外殼耦接。氣體入口提供氣體到外殼內(nèi)，使得氣體在冷卻液路徑外部流動(dòng)。
[0011]在另一實(shí)施方式中，公開一種等離子體產(chǎn)生方法。所述等離子體產(chǎn)生方法包含:在冷卻管道內(nèi)部流動(dòng)冷卻液，所述冷卻管道的預(yù)定厚度為厚于射頻電流的穿透深度；沿所述冷卻管道的外部流動(dòng)射頻電流；以及將在所述冷卻管道外部流動(dòng)的氣體激發(fā)為等離子體，所述氣體與所述冷卻液方向相反地流動(dòng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]因此為了更詳細(xì)地理解本發(fā)明的以上所述特征，將參照實(shí)施方式對以上簡要所述的本發(fā)明進(jìn)行更具體描述，其中部分實(shí)施方式在附圖中示出。然而，應(yīng)該注意，附圖僅示出了本發(fā)明典型的實(shí)施例，因此不能認(rèn)為是對本發(fā)明范圍的限定，因?yàn)楸景l(fā)明可以允許其他等同的有效實(shí)施例。
[0013]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的處理設(shè)備的示意性橫截面視圖；
[0014]圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的遠(yuǎn)程等離子體源的示意性俯視圖。
[0015]為了便于理解，盡可能使用相同的附圖標(biāo)記指示附圖中共有的相同元件?？梢岳斫庠谝粋€(gè)實(shí)施方式中公開的元件可以有利地用于其它實(shí)施方式中，而不用特別闡述。

【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明主要包括遠(yuǎn)程等離子體源和在遠(yuǎn)程等離子體源中產(chǎn)生等離子體的方法。清洗氣體可在遠(yuǎn)程位置被激發(fā)為等離子體，并且隨后等離子體被提供到處理腔室。通過將清洗氣體流到冷卻RF線圈外部，可在高壓或低壓并且同時(shí)提供高RF偏壓到線圈的情況下激發(fā)等離子體。冷卻RF線圈可減少線圈的濺射，并因此減小與清洗氣體等離子體一起被輸送到處理腔室的不期望的污染物。減少線圈的濺射可延長遠(yuǎn)程等離子體源的使用壽命。
[0017]以下將針對可從CA的Santa Clara的應(yīng)用材料有限公司分公司AKT購得的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)腔室示意地描述本發(fā)明?？梢岳斫獗景l(fā)明可等效地應(yīng)用到可能需要利用RF電流將氣體激發(fā)為等離子體的包括物理氣相沉積(PVD)腔室的任何腔室。還可以理解以下所述的本發(fā)明可等效地應(yīng)用到由其它供應(yīng)商制造的PECVD腔室和其它腔室。
[0018]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的處理設(shè)備100的示意性橫截面視圖。設(shè)備100包含PECVD腔室102。基座106可利用接地帶(grounding strap) 126而接地,所述接地帶126與腔室102的底部104耦接。襯底108可設(shè)置在基座103上并且襯底108可相對于噴頭110放置于腔室102內(nèi)。噴頭110可通過托架114支撐于腔室102內(nèi)。襯底108可經(jīng)過流量閥118插入腔室102內(nèi)并設(shè)置于升降桿142上?；?06隨后可提升以與襯底108相遇。支桿120上的基座106可通過致動(dòng)器122提升。真空泵124可對腔室102抽真空。
[0019]可將氣體從氣源132提供到噴頭110。氣體可通過遠(yuǎn)程等離子體源130，在所述遠(yuǎn)程等離子體源130處氣體可被激發(fā)為用于清洗目的等離子體或僅僅允許穿過腔室102。氣體可在腔室102內(nèi)通過由RF電源128施加的RF電流而被激發(fā)為等離子體。首先將氣體提供到高壓室(plenum) 136，所述高壓室136設(shè)置在蓋112與噴頭110的上游側(cè)138之間。氣體可充分均勻地分布在高壓室內(nèi)并且隨后經(jīng)過氣體通道116，所述氣體通道116在噴頭110中上游側(cè)138與下游側(cè)140之間延伸。在一個(gè)實(shí)施方式中，氣體通道116可包含空心陰極腔。只要在遠(yuǎn)程等離子體源130中遠(yuǎn)程地產(chǎn)生等離子體，則RF電流可從RF匹配網(wǎng)絡(luò)134施加到遠(yuǎn)程等離子體源130的相對端。
[0020]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的遠(yuǎn)程等離子體源200的示意性俯視圖。遠(yuǎn)程等離子體源200可包含腔室202，所述腔室202具有壁204，在所述壁204中具有一個(gè)或多個(gè)冷卻通路206。冷卻流體可經(jīng)過冷卻入口 210提供到冷卻通路206并經(jīng)過冷卻出口 208排出冷卻通路206。壁204在腔室202內(nèi)側(cè)可具有導(dǎo)電表面248以有助于形成等離子體。通過冷卻壁204，可減少來自壁202的任何可能濺射并且可增加遠(yuǎn)程等離子體源200壽命。
[0021]氣體可經(jīng)過氣體入口 214被輸送到腔室202，在該處氣體可被激發(fā)為等離子體并且隨后經(jīng)由等離子體排放裝置216排放到處理腔室。氣體可通過RF電流激發(fā)為等離子體。RF電流可沿著腔室202內(nèi)的線圈238的外部流動(dòng)。線圈238可導(dǎo)電并且包含金屬。因而，壁204和線圈238兩者可都是導(dǎo)電的。當(dāng)在腔室202內(nèi)激發(fā)等離子體時(shí)，等離子體可由線圈238和壁204的導(dǎo)電材料而不是絕緣材料包圍。因?yàn)榫€圈238在導(dǎo)電壁204內(nèi)部并且等離子體在壁204和線圈238之間形成，所以等離子體可不接地并且不致使遠(yuǎn)程等離子體源200失效。因此，由于在線圈238外部形成等離子體，可以增加遠(yuǎn)程等離子體源200的壽命。
[0022]在一個(gè)實(shí)施方式中，氣體可包含清洗氣體諸如NF3、F2和SF6。在另一實(shí)施方式中，氣體可包含蝕刻氣體。在又一實(shí)施方式中，氣體可包含沉積氣體。
[0023]RF電流可從匹配網(wǎng)絡(luò)236提供到線圈238。匹配網(wǎng)絡(luò)236可具有雙端輸出以將RF電流提供到遠(yuǎn)程等離子體源200的相對端224、230。RF電流可經(jīng)過RF耦接器(RFcoupling) 228,234與每端224、230耦接。在RF耦接器234處耦接的RF電流與耦接到RF耦接器228的RF電流的相位可相差180度。通過在彼此相位偏差180度的兩個(gè)位置處提供RF電流，可供應(yīng)較低的RF電流。在一個(gè)實(shí)施方式中，一個(gè)RF耦接器228、234可接地，而其它RF耦接器228、234偏置。當(dāng)將一個(gè)RF耦接器228、234接地時(shí)，提供到其它RF耦接器228,234的RF電流可以是當(dāng)在兩端224、230處供應(yīng)的彼此的相位偏差的RF電流的兩倍。
[0024]RF電流可沿著兩端224、230之間的金屬管道244、246外部和線圈238流動(dòng)。在腔室202外部，管道244、246可由絕緣管道240、242圍繞。金屬管道244、246可足夠厚，從而防止RF電流穿透到管道244、246內(nèi)部中。RF電流可沿腔室202內(nèi)的線圈238外部流動(dòng)并且將氣體在腔室202內(nèi)激發(fā)為等離子體。線圈238可包含諸如鋁的金屬。
[0025]因?yàn)镽F電流激起腔室202內(nèi)的等離子體，所以線圈238可能非常熱并且可能導(dǎo)致線圈238的不期望的濺射。如果線圈238被濺射，則線圈材料可沉積于腔室壁的內(nèi)側(cè)上?？蛇x地，被濺射的線圈材料可排出遠(yuǎn)程等離子體源200并與等離子體一起進(jìn)入處理腔室。通過利用冷卻液冷卻線圈238，可減少不期望的濺射。冷卻液可經(jīng)過冷卻入口 232供應(yīng)到線圈238并經(jīng)過冷卻出口 226排出線圈238。在一個(gè)實(shí)施方式中，冷卻液可包含水。在另一實(shí)施方式中，冷卻液可包含乙二醇?；谄谕还?yīng)的RF電流，可將線圈238和金屬管道244、246的厚度預(yù)定為厚于RF電流的穿透深度。因而，可減少冷卻液與RF電流的任何耦接。
[0026]如可從圖2中看出，冷卻液可與流入腔室202的氣體流相反地流經(jīng)線圈238內(nèi)側(cè)。因此，由于與氣體入口 214相比在等離子體排放裝置216附近具有預(yù)期較高的溫度，所以該相反流有助于冷卻。隨著等離子體經(jīng)過等離子體排放裝置216被排放出，冷卻液可被提供到冷卻管道218以冷卻等離子體管道216并減少等離子體排放裝置216的濺射或失效。冷卻液可經(jīng)過冷卻入口 222提供并經(jīng)過冷卻出口 220排出冷卻管道218。
[0027]通過在冷卻的RF線圈外部的導(dǎo)電外殼內(nèi)產(chǎn)生等離子體，可在高壓或低壓下形成高密度等離子體并且隨后提供到處理腔室。冷卻后的線圈和冷卻后的導(dǎo)電壁可減少線圈和壁的濺射。遠(yuǎn)程等離子體源的導(dǎo)電壁和線圈可減少遠(yuǎn)程等離子體源失效的可能性，原因在于遠(yuǎn)程等離子體源內(nèi)的接地、絕緣表面最小化。因而，遠(yuǎn)程等離子體源可增加壽命。
[0028]雖然上述描述針對本發(fā)明的實(shí)施方式，但是在不脫離本發(fā)明的基本范圍下，可承認(rèn)本發(fā)明的其它和進(jìn)一步的實(shí)施方式，并且本發(fā)明的范圍由以下的權(quán)利要求確定。
【權(quán)利要求】
1.一種遠(yuǎn)程等離子體源，包含: 外殼，所述外殼具有至少一個(gè)導(dǎo)電壁以及至少一個(gè)冷卻通道，所述至少一個(gè)冷卻通道在所述至少一個(gè)導(dǎo)電壁內(nèi)延伸； 氣體入口，所述氣體入口在與所述至少一個(gè)導(dǎo)電壁毗鄰的第一壁處與所述外殼耦接；等離子體出口，所述等離子體出口在與所述至少一個(gè)導(dǎo)電壁毗鄰且與所述第一壁相對的第二壁處與所述外殼耦接； 冷卻管道，所述冷卻管道圍繞所述等離子體出口； 金屬線圈，所述金屬線圈設(shè)置在所述外殼內(nèi)，所述金屬線圈具有外側(cè)表面和內(nèi)側(cè)表面，并且所述金屬線圈的預(yù)定厚度為厚于射頻電流的穿透深度，所述金屬線圈具有第一端和第二端，所述第一端與從設(shè)置在所述第一壁的外部的第一位置延伸的第一金屬管道連接，所述第二端與從所述第二壁的外部的第二位置延伸的第二金屬管道連接； 射頻輸入，所述射頻輸入在所述第一位置和所述第二位置與所述外側(cè)表面耦接，且所述射頻輸入將在所述金屬線圈外側(cè)流動(dòng)的氣體在所述外殼內(nèi)激發(fā)成等離子體；以及 第一冷卻液入口，所述第一冷卻液入口與所述內(nèi)側(cè)表面耦接，冷卻液與所述金屬線圈外側(cè)流動(dòng)的氣體相反地流經(jīng)所述金屬線圈的內(nèi)側(cè)。
2.一種等離子體設(shè)備，包含: 處理腔室； 射頻匹配網(wǎng)絡(luò)；以及 遠(yuǎn)程等離子體源，所述遠(yuǎn)程等離子體源與所述處理腔室和射頻匹配網(wǎng)絡(luò)耦接，所述遠(yuǎn)程等離子體源包含: 外殼，所述外殼具有至少一個(gè)導(dǎo)電壁以及至少一個(gè)冷卻通道，所述至少一個(gè)冷卻通道在所述至少一個(gè)導(dǎo)電壁內(nèi)延伸； 氣體入口，所述氣體入口在與所述至少一個(gè)導(dǎo)電壁毗鄰的第一壁處與所述外殼耦接；等離子體排出口，所述等離子體排出口在與所述至少一個(gè)導(dǎo)電壁毗鄰且與所述第一壁相對的第二壁處與所述外殼耦接； 冷卻管道，所述冷卻管道圍繞所述等離子體排出口 ；以及 金屬線圈，所述金屬線圈延伸通過所述外殼并具有第一端和第二端，所述第一端與從設(shè)置在所述第一壁的外部的第一位置延伸的第一金屬管道連接，所述第二端與從所述第二壁的外部的第二位置延伸的第二金屬管道連接，所述第一金屬管道與冷卻液入口耦接，所述第二金屬管道與冷卻液出口耦接，其中所述射頻匹配網(wǎng)絡(luò)在所述第一位置和所述第二位置與所述第一金屬管道和第二金屬管道耦接并且將在所述冷卻管道外側(cè)流動(dòng)的氣體在所述外殼內(nèi)激發(fā)成等離子體，所述氣體與所述冷卻液的流動(dòng)方向相反，所述冷卻管道的預(yù)定厚度為厚于射頻電流的穿透深度。
3.一種等離子體產(chǎn)生方法，包含: 在冷卻管道內(nèi)側(cè)流動(dòng)冷卻液，所述冷卻管道的預(yù)定厚度為厚于射頻電流的穿透深度； 沿所述冷卻管道的外側(cè)流動(dòng)射頻電流；以及 將在所述冷卻管道外側(cè)與所述冷卻液方向相反地流動(dòng)的氣體激發(fā)為等離子體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述冷卻管道設(shè)置在導(dǎo)電外殼內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述流動(dòng)射頻電流包含在所述冷卻管道一端施加具有第一相位的射頻電流以及在所述冷卻管道的另一端施加第二相位的射頻電流，其中所述第二相位與所述第一相位相差180度。
【文檔編號】H01J37/32GK104362066SQ201410459032
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2008年6月2日 優(yōu)先權(quán)日:2007年7月6日
【發(fā)明者】卡爾A·索倫森, 喬瑟夫·庫德拉 申請人:應(yīng)用材料公司