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TW202212618A - 控制偶然沉積的噴頭設計 - Google Patents

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TW202212618A
TW202212618A TW110130061A TW110130061A TW202212618A TW 202212618 A TW202212618 A TW 202212618A TW 110130061 A TW110130061 A TW 110130061A TW 110130061 A TW110130061 A TW 110130061A TW 202212618 A TW202212618 A TW 202212618A
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安克謝 達南夏瑞
朱昂卡洛斯 羅卡阿爾瓦雷斯
考希克柯曼杜爾 阿拉亞瓦利
傑Ｄ 賓森二世
里克 庫斯卓
巴德里Ｎ 拉馬穆爾蒂
阿努普庫馬爾 辛格
葛尼斯 巴拉蘇拔馬尼安
巴斯卡 古莫
維納亞克費雪瓦納 哈森
燦鋒 賴
卡羅 貝拉
賽耀史威普 甘塔
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美商應用材料股份有限公司
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Abstract

用於處理腔室的蓋包括具有第一表面和與第一表面相對的第二表面的板。第一表面具有凹槽以及形成於第一表面中並圍繞凹槽的密封槽。蓋還包括從凹槽延伸到第二表面的孔的陣列。

Description

控制偶然沉積的噴頭設計
本公開發明的實施例總體上涉及在半導體元件的製造中使用的裝置和方法。更具體地，本公開發明的實施例涉及用於形成半導體元件的基板處理腔室的部件。
積體電路已經發展成為可以在單個晶片上包括數百萬個電晶體、電容和電阻的複雜元件。晶片設計的發展不斷涉及更快的電路和更高的電路密度。對具有更大電路密度的更快電路的需求對用於製造這種積體電路的材料提出了相應的要求。特別是，隨著積體電路元件的尺寸減小到次微米級，會使用低電阻率導電材料以及低介電常數絕緣材料來從這些元件獲得合適的電效能的趨勢。
對更大積體電路密度的需求也對用於製造積體電路部件的處理順序提出了要求。例如，在使用傳統微影技術的處理序列中，能量敏感抗蝕劑層形成在設置在基板上的材料層堆疊之上。能量敏感抗蝕劑層暴露於圖案的圖像以形成光阻遮罩。此後，使用蝕刻處理將遮罩圖案轉移到堆疊的一個或更多個材料層。在蝕刻處理中使用的化學蝕刻劑被選擇為對堆疊的材料層具有比對能量敏感抗蝕劑的遮罩更大的蝕刻選擇性。即，化學蝕刻劑以比能量敏感抗蝕劑快得多的速率蝕刻一層或更多層材料堆疊。對抗蝕劑上的堆疊的一個或更多個材料層的蝕刻選擇性會防止在完成圖案轉移之前消耗能量敏感抗蝕劑。
隨著圖案尺寸的減小，能量敏感抗蝕劑的厚度相應地減小以控制圖案分辨率。由於化學蝕刻劑的侵蝕，這種薄抗蝕劑層可能不足以在圖案轉移處理期間中掩蔽下面的材料層。稱為硬遮罩的中間層（例如，氮氧化矽、碳化矽或碳膜）通常用於能量敏感抗蝕劑層和下面的材料層之間以促進圖案轉移，因為它對化學蝕刻劑具有更大的抵抗力。經常使用具有高蝕刻選擇性和高沉積速率的硬遮罩材料。隨著臨界尺寸的減小，當前的硬遮罩材料相對於下面的材料（例如氧化物和氮化物）缺乏所需的蝕刻選擇性，並且通常難以沉積。因此，本領域需要改進的用於製造半導體元件的方法和裝置。
本公開發明總體上涉及一種用於在半導體元件的製造中使用的處理腔室的蓋。在一個實施例中，用於處理腔室的蓋包括具有第一表面和與第一表面相對的第二表面的板。第一表面具有凹槽，第一表面具有開口。密封槽形成在第一表面中並圍繞開口。孔的陣列從凹槽延伸到第二表面。板具有大體上垂直於第一表面的軸，並且開口從軸徑向延伸出第一表面距軸的最大橫向範圍的70％或更少。
在另一個實施例中，用於處理腔室的蓋包括具有第一表面和與第一表面相對的第二表面的板。該板具有大致垂直於第一表面的軸和形成在第一表面中的密封槽。蓋還包括噴頭，該噴頭包括延伸穿過蓋板的孔的陣列。孔的陣列中的每個孔從第一表面中的入口延伸到第二表面中的出口，該入口位於密封槽的徑向內側。噴頭從軸徑向延伸出第二表面距軸的最大橫向範圍的80％或更少。
在另一個實施例中，一種組件包括導管，其被配置為連接到第一氣體的供應源和蓋。蓋包括具有連接到導管的第一表面的板。密封構件會密封板和導管之間的界面。該板具有與第一表面相對的第二表面、大體上垂直於第一表面的軸以及在第一表面中的凹槽。凹槽在密封構件的徑向內側，並且以軸為中心。蓋還包括沿軸與凹槽和導管對齊的噴頭。噴頭包括從凹槽延伸穿過蓋板到第二表面的孔的陣列。
本公開發明的實施例涉及在電子元件製造中的基板處理中使用的基板處理腔室。基板處理包括沉積處理、蝕刻處理以及用於在基板上製造電子元件的其他低壓處理、電漿處理和熱處理。可適於受益於本公開發明的示例性態樣的處理腔室和/或系統的示例是可從位於加利福尼亞州聖克拉拉的應用材料公司購買的PIONEER TMPECVD系統。預期其他處理腔室和/或處理平台(包括來自其他製造商的處理腔室和/或處理平台)可以適用於從本公開發明的態樣受益。
圖1是適合於進行沉積處理的說明性處理腔室100的示意性側剖視圖。在一實施例中，處理腔室100可經配置以將先行的圖案化膜沉積到基板上，例如硬遮罩膜，例如無定形碳硬遮罩膜。處理腔室100包括蓋200、設置在腔室主體192上的間隔件110、基板支撐件115和可變壓力系統120。處理容積160存在於蓋200和基板支撐件115之間的間隔件110內部。
蓋200連接到第一處理氣源140。第一處理氣源140可以包含處理氣體，例如用於在支撐在基板支撐件115上的基板118上形成膜的前驅物氣體。例如，前驅物氣體可以包括含碳氣體。例如，前驅物氣體可以包括含氫氣體。例如，前驅物氣體可以包括氦氣。例如，前驅物氣體可以包括一種或多種其他氣體。例如，前驅物氣體可以包括氣體的組合。在一些實施例中，前驅物氣體包括乙炔(C 2H 2)。
第二處理氣源142經由穿過間隔件110而設置的入口144而會流體地耦接到處理容積160。例如，第二處理氣源142可以包含處理氣體，例如前驅物氣體。例如，前驅物氣體可以包括含碳氣體。例如，前驅物氣體可以包括含氫氣體。例如，前驅物氣體可以包括氦氣。例如，前驅物氣體可以包括一種或多種其他氣體。例如，前驅物氣體可以包括氣體的組合。在一些實施例中，前驅物氣體包括C 2H 2。
在一些實施例中，進入處理容積160的前驅物氣體的總流速可為約100sccm至約2slm。在一些實施例中，從第二處理氣源142進入處理容積160的前驅物氣體的流速可以調節從第一處理氣源140進入處理容積160的前驅物氣體的流速，使得合併的前驅物氣體均勻分佈在處理容積160中。多個入口144圍繞間隔件110而周向分佈。在一個示例中，可以單獨控制流向每個入口144的氣流以進一步促進前驅物氣體在處理容積160內的均勻分佈。
蓋200包括板202。板202透過立管105連接到間隔件110，但是可以想到立板105可以省略並且板202可以直接連接到間隔件110。在可與其他實施例組合的一些實施例中，立管105可與板202整合。蓋200包括熱交換器124。熱交換器124可以附接到板202或與板202整合。熱交換器124包括入口126和出口128。在熱交換器124與板202整合的實施例中，熱交換流體可以從入口126流動，通過形成在板202中的通道130，並流出出口128。
板202耦接到歧管146或與歧管146整合。板202透過導管150(例如混合安瓿)耦接到遠程電漿源162，導管150具有軸向通孔152以促進電漿流過導管150。儘管導管150被示為耦接到歧管146，但是可以設想歧管146可以與導管150整合，使得導管150可以直接耦接到板202。歧管146連接到第一處理氣源140和淨化氣源156。第一處理氣源140和淨化氣源156都可以透過閥（未示出）連接到歧管146。
雖然蓋200可以耦接到遠程電漿源162，但是在一些實施例中，可以省略遠程電漿源162。當存在時，遠程電漿源162可以透過用於向處理容積160提供清潔氣體的進料管線而耦接到清潔氣源166。當不存在遠程電漿源162時，清潔氣源166可以直接連接到導管150。當不存在遠程電漿源162時，清潔氣源166可間接耦接到導管150。可透過導管150提供清潔氣體。另外或替代地，在一些實施例中，清潔氣體透過通道提供，該通道也將前驅物氣體輸送到處理容積160中。例如，清潔氣體可以包括含氧氣體，例如分子氧(O 2)和/或臭氧(O 3)。例如，清潔氣體可以包括含氟氣體，例如NF 3。例如，清潔氣體可包括一種或多種其他氣體。例如，清潔氣體可以包括氣體的組合。
基板支撐件115耦接到RF電源170。RF電源170可以是低頻RF電源（例如，約2MHz至約13.56MHz）。應當注意，還設想了其他頻率。在一些實施方式中，RF電源170是混合頻率的RF電源，提供高頻和低頻功率。利用雙頻射頻電源，改善薄膜沉積。在一個示例中，利用RF電源170提供雙頻功率。約2MHz到約13.56MHz的第一頻率改進了化學物質注入到沉積膜中，而約13.56MHz到約120MHz的第二頻率增加了膜的電離和沉積速率。
RF電源170可用於在處理容積160中產生或保持電漿。例如，可以在沉積處理期間利用RF電源170。在沉積或蝕刻處理期間，RF電源170在處理容積160中提供約100瓦(W)至約20,000W的功率以促進前驅物氣體的電離。在可以與本文所述的其他實施例組合的一個實施例中，RF電源170是脈衝的。在可與本文所述的其他實施例組合的另一實施例中，前驅物氣體包括氦氣和C 2H 2。在可與本文所述的其他實施例組合的一個實施例中，以約10sccm至約1,000sccm的流速提供C 2H 2並且以約50sccm至約10,000sccm的流速提供氦氣。
基板支撐件115耦接到提供其在Z方向上的運動的致動器172(即，舉升致動器)。基板支撐件115還耦接到可撓性的設施電纜178，其允許基板支撐件115的垂直移動同時保持與第二RF電源170以及其他電力的通訊和保持流體連接。間隔件110設置在腔室主體192上。間隔件110的高度允許基板支撐件115在處理容積160內垂直移動。間隔件110的高度可為約0.5英寸至約20英寸，例如約3英寸至約20英寸、例如約5英寸至約15英寸、例如約7英寸至約10英寸。在一個示例中，基板支撐件115可相對於蓋200（例如，相對於板202的基準180）從第一距離174移動到第二距離176。在可以與其他實施例組合的一個實施例中，第二距離176約是第一距離174的三分之二。例如，第一距離174和第二距離之間的差可以是約5英寸到約6英寸。因此，從圖1所示的位置，基板支撐件115可相對於板202的基準180移動約5英寸至約6英寸。在另一示例中，基板支撐件115固定在第一距離174和第二距離176中的一者處。
與傳統的電漿增強化學氣相沉積(PECVD)處理相比，間隔件110極大地增加了基板支撐件115和蓋200之間的距離（以及因此之間的容積）。基板支撐件115和蓋200之間增加的距離減少了處理容積160中電離物質的碰撞，導致以較小的中性應力沉積膜，例如小於2.5十億帕(GPa)。以較少的中性應力沉積的膜有助於改善在其上形成膜的基板的平面性（例如，較少的彎曲）。減少基板彎曲導致下游圖案化操作的精度提高。
可變壓力系統120包括第一泵182和第二泵184。第一泵182是可以在清潔處理和/或基板轉移處理期間使用的低真空泵。低真空泵通常被配置為移動更高的容積流率和/或操作相對更高（儘管仍然低於大氣壓）的壓力。在一個示例中，第一泵182在清潔處理期間將處理腔室100內的壓力保持在小於50mTorr。在另一示例中，第一泵182將處理腔室100內的壓力保持在約0.5mTorr至約10Torr。在清潔操作期間使用低真空泵促進清潔氣體的相對較高的壓力和/或容積流率（與沉積操作相比）。在清潔操作期間相對較高的壓力和/或容積流率改善了腔室表面的清潔。
第二泵184可以是渦輪泵或低溫泵。在沉積處理期間使用第二泵184。第二泵184通常被配置為操作相對較低的容積流率和/或壓力。例如，第二泵184被配置為將處理腔室的處理容積160保持在小於約50mTorr的壓力下。在另一示例中，第二泵184將處理腔室內的壓力保持在約0.5mTorr至約10Torr。在沉積碳基硬遮罩時，在沉積期間保持的處理容積160的減壓會促進具有減少的中性應力和/或增加的sp 2-sp 3轉化的膜的沉積。因此，處理腔室100被配置為利用相對較低的壓力來改善沉積和利用相對較高的壓力來改善清潔。
在可以與本文所述的其他實施例結合的一些實施例中，在沉積處理期間利用第一泵182和第二泵184兩者以將處理腔室的處理容積160保持在低於約50mTorr的壓力下。在其他實施例中，第一泵182和第二泵184將處理容積160保持在約0.5mTorr至約10Torr的壓力下。閥186用於控制通向第一泵182和第二泵184中的一個或兩個的傳導路徑。閥186還提供從處理容積160的對稱的泵送。
處理腔室100還包括基板轉移埠185。基板轉移埠185由內門190和/或外門191選擇性地密封。門190和191中的每一個都耦接到致動器188（即，門致動器）。門190和191便於處理容積160的真空密封。門190和191還在處理容積160內提供對稱的RF應用和/或電漿對稱。在一個示例中，至少內門190由促進RF功率傳導的材料形成，例如不銹鋼、鋁或其合金。設置在間隔件110和腔室主體192的界面處的密封構件193(例如O形環)會進一步密封處理容積160。控制器194被配置為在處理期間控制處理腔室100的態樣。
圖2A是一些實施例的蓋200的截面局部視圖。如圖2A所示，可以省略擋板158。蓋200包括板202。板202具有第一(或上)表面204和與上表面204相對的第二(或下)表面206。在一些實施例中，板202的下表面206可以成形或被勾勒出。板202可以在上表面204中具有凹槽208。凹槽208具有開口210和從開口210延伸到板202內的底板216的側壁212。在一些實施例中，開口210限定圓形。出於以下幾何描述的目的，板202可具有大體上垂直於上表面204並因此在上表面204和下表面206之間延伸的軸214。預期開口210可從軸214徑向延伸到板202的上表面204的從軸214的最大橫向範圍的95%或更少的位置。例如，開口210可以從軸214徑向延伸到板202的上表面204從軸214的最大橫向範圍的90%或更少、80%或更少、70%或更少、60%或更少、50%或更少、40%或更少、30%或更少、20%或更少、10%或更少、或5%或更少的位置。
如圖2A所示，側壁212與平行於軸214的基準線214'呈銳角218而從開口210延伸到底板216。因此，側壁212以與軸214呈銳角218的方式從開口210延伸到底板216。然而，預期側壁212可從開口210以基本上平行於軸214而延伸至底板216。銳角218可以在零到80度之間，例如在零到70度之間，例如在零到60度之間，例如在零到50度之間，例如在零到40度之間，例如零到30度，例如在零到20度之間，例如在零到10度之間。在一些實施例中，如圖2A所示，側壁212可以從開口210延伸到底板216，使得開口210的橫截面積小於底板216的橫截面積，從而限定截頭圓錐形狀。
孔222的陣列220從凹槽208穿過板202而延伸到下表面206。每個孔222從凹槽208處的相應入口224延伸到下表面206處的相應出口226。每個入口224位於凹槽208的底板216處。然而，預期每個入口224可以位於凹槽208的側壁212處，或者每個入口224可以位於側壁212和凹槽208的底板216的相交處。在可以與其他實施例組合的一些實施例中，孔222的陣列220的一個或更多個孔222的入口224可以位於底板216、側壁212，和底板216和側壁212的交叉處中的一個，且孔222的陣列220的一個或更多個其他孔222的入口224可以位於底板216、側壁212以及底板216和側壁212的交叉處的另一個。換言之，陣列220具有多個孔222，每個孔222具有入口224，其中入口224獨立地位於底板216、側壁212或底板216和側壁212的交叉處之一。
如圖2A所示，每個孔222具有以與軸214呈銳角228的方式延伸而穿過板202的軌跡。銳角228介於零和80度之間，例如介於零和70度之間，例如介於零和60度之間，例如介於零和50度之間，例如介於零和40度之間，例如介於零和30度之間，例如介於零和20度之間，例如介於零和10度之間。然而，預期至少一個孔222可具有平行於軸214的軌跡。進一步設想每個孔222可具有平行於軸214的軌跡。
如圖2A所示，下表面206包括突起230。在可以與其他實施例結合的一些實施例中，每個出口226可以位於突起230處。然而，其他配置也是可以考慮的。例如，每個出口226可以不位於突起230處，或者每個出口226可以位於突起230的基部。在可與其他實施例組合的一些實施例中，孔222的陣列220的一個或更多個孔222的出口226可位於突起230、突起230的基部和下表面206的遠離突起230的一部分中的一者處，且孔222的陣列220的一個或更多個其他孔222的出口226可以位於突起230、突起230的基部、和下表面206的遠離突起230的一部分中的另一者處。換言之，陣列220具有多個孔222，每個孔222均具有出口226，其中每個出口226獨立地位於突起230、突起230的基部或第二表面206的遠離突起230的部分處。
突起230在形狀上是具有側面232和端面234的截頭圓錐體，但是可以想到其他構造。在一些實施例中，突起230的形狀可以像球體、橢圓體或圓柱體的一部分。在一些可以與其他實施例結合的實施例中，每個出口226可以位於側面232處，或者每個出口226可以位於端面234處，或者，每個出口226可以位於側面232和端面234的交叉處。在可以與其他實施例組合的一些實施例中，孔222的陣列220的一個或更多個孔222的出口226可以位於側面232、端面234，及側面232和端面234交叉處中之一處，且孔222的陣列220的一個或更多個其他孔222的出口226可以位於側面232、端面234，及側面232和端面234的交叉處中的另一個處。換言之，陣列220具有多個孔222，每個孔222具有獨立地位於側面232、端面234或側面232和端面234的交叉處中之一處的出口226。在一些可以與其他實施例結合的實施例中，其出口226位於側面232處的每個孔222的軌跡與側面232相交的角度236可以大致為90度。
板202包括位於中心的噴頭240，其包括突起230(當存在時)和孔222的陣列220。如圖2A所示，噴頭240與板202是一整合的。然而，預期噴頭240可以永久地附接到板202或可移除地附接到板202。噴頭240和板202的佈置，特別是在噴頭240與板202係經整合的實施例中，可以促進處理容積160(包括板202、立管105(當存在時)和間隔件110)的整個外殼在使用期間完全接地，從而抑制寄生電漿的產生。
孔222的陣列220可以佈置為孔222的單個環或孔222的多個環。孔222的陣列220的孔222可以以基本均勻的間隔佈置在環中。孔222的陣列220的孔222可以以非均勻間隔佈置在環中。當利用孔222的多個環時，孔222的多個環可以是同心的、非同心的或集群排列的。在一些可以與其他實施例結合的實施例中，孔222的多個環中的一些環可以佈置為同心、非同心和集群狀中的一種，並且孔222的多個環中的其他環可以佈置為另一種同心、非同心和集群的。
也可以想到孔222的其他佈置。例如，孔222的陣列220的至少一些孔222可以佈置成其他幾何圖案，例如線、三角形、四邊形、五邊形、六邊形等。此外，或替代地，孔222的陣列220的至少一些孔222可以被佈置為限定規則圖案的孔222的集群，例如在成對的相鄰孔222之間顯示一個或更多個均勻間隔尺寸的圖案。此外，或替代地，孔222的陣列220的至少一些孔222可以被佈置為限定不規則圖案的孔222的集群，例如在成對的相鄰孔222之間顯示非均勻間隔尺寸的圖案。
如圖2B-2D所示，孔222的陣列220被佈置為孔222的兩個環、第一環242和第二環248。如圖2C和2D所示，第一環242和第二環248是同心的，並以軸214為中心。第一環242具有第一環入口半徑244，其從軸214到第一環242的每個孔222的入口224的中心所測量。第二環248具有第二環入口半徑250，其從軸214到第二環248的每個孔222的入口224的中心所測量。如圖2C和2D所示，第二環248入口半徑250大於第一環入口半徑244。第一環242具有第一環出口半徑246，其從軸214到第一環242的每個孔222的出口226的中心所測量。第二環248具有第二環出口半徑252，其從軸214到第二環248的每個孔222的出口226的中心所測量。如圖2D所示，第二環出口半徑252可以大於第一環出口半徑246。
在可以與其他實施例組合的一些實施例中，孔222的陣列220的每個孔222的軌跡的角度228可以基本相同，例如彼此相差1度以內。然而，預期孔222的陣列220的一些孔222的軌跡的角度228可以不同於孔222的陣列220的其他孔222的軌跡的角度228。例如，第一環入口半徑244可以大於或等於第二環入口半徑250，並且第一環出口半徑246可以小於第二環出口半徑252。
如標準製造公差所決定的，孔222的陣列220的每個孔222的直徑可以與每個其他孔222的直徑基本相同。然而，預期孔222的陣列220的一些孔222的直徑可以不同於孔222的陣列220的其他孔222的直徑。例如，具有第一直徑的孔222可以被佈置成第一集群或幾何形狀或圖案，且具有不同於第一直徑的第二直徑的孔222可以被佈置成第二集群或幾何形狀或圖案。在這樣的示例中，第一集群或幾何形狀或圖案可以具有與第二集群或幾何形狀或圖案的尺寸、形狀和/或圖案相似的尺寸、形狀和/或圖案。附加地或替代地，第一集群或幾何形狀或圖案可以具有與第二集群或幾何形狀或圖案的尺寸、形狀和/或圖案不同的尺寸、形狀和/或圖案。
在可以與其他實施例組合的一些實施例中，孔222的陣列220的每個孔222的直徑可以基本一致。在一些實施例中，孔222的陣列220的每個孔222的直徑可以基本不均勻。例如，每個孔222的直徑可以從每個入口224處的較大直徑逐漸減小到每個出口226處的較小直徑。或者，每個孔222的直徑可以從每個入口224處的較小直徑逐漸減小到每個出口226處的較大直徑。可替代地，每個孔222的直徑可以沿著每個孔222的部分長度是一致的，並且可以轉變為不同的直徑，使得在入口224處的每個孔222的直徑可以大於或小於出口226處的每個孔222。在一些可以與其他實施例結合的實施例中，孔222的陣列220的一些孔222的直徑可以基本一致，而孔222的陣列220的其他孔222的直徑可以基本不均勻.
孔222的陣列220的每個孔222的尺寸可以透過決定孔222長度、孔222直徑、孔222直徑沿孔222長度的變化，或每個孔的軌跡222中的任何一個或更多個來選擇。在可與其他實施例組合的一些實施例中，孔222的陣列220的孔222的數量和/或尺寸可根據一個或更多個預定操作參數或約束來選擇。例如，可以根據一個或更多個預定操作參數或約束的一個或更多個值範圍來選擇孔222陣列220的孔222的數量和/或尺寸。示例的操作參數和約束可以包括但不限於操作期間產生的電漿的鞘層厚度、每個孔222的入口224處的氣體壓力、每個孔222的出口226處的氣體壓力、通過每個孔222的平均氣體速度、在每個孔222的入口224處的每個孔222內的氣體速度、在每個孔222的出口226處的每個孔222內的氣體速度、通過孔222的氣體總容積流率、通過孔222的陣列220的一組孔222的氣體總容積流率等中的任何一個或更多個。
孔222的陣列220的孔222的數量和/或孔222的尺寸可以根據在每個孔222的入口224處的為約0.01Torr至約10Torr的氣體壓力來選擇，例如約0.01Torr至約5Torr，例如約0.01Torr至約3Torr，例如約0.1Torr至約3Torr，例如約1Torr至約3Torr。
孔222的陣列220的孔222的數量和/或孔222的陣列222的尺寸可以根據在每個孔222的出口226處的為約1mTorr至約1Torr的氣體壓力來選擇，例如約1mTorr至約0.5Torr，例如約1mTorr至約0.1Torr，例如約1mTorr至約50mTorr，例如約1mTorr至約20mTorr。
進一步設想，孔222的陣列220的孔222的數量可以根據一個或更多個預定的操作參數或約束來選擇，並且孔222的尺寸可以根據一個或更多個其他預定的操作參數或約束。例如，每個孔222的直徑可以根據操作期間產生的電漿的鞘層厚度、每個孔222的入口224處的氣體壓力、每個孔222的出口226處的氣體壓力、通過每個孔222的平均氣體速度、在每個孔222的入口224處的每個孔222內的氣體速度、每個孔222的出口226處的每個孔222內的氣體速度，及等等中的任何一個或更多個來選擇;且孔222的陣列220的孔222的數量可以根據每個孔222的入口224處的氣體壓力、每個孔222的出口226處的氣體壓力、通過每個孔222的平均氣體速度、每個孔222入口224處每個孔222內的氣體速度、每個孔222出口226處每個孔222內的氣體速度、通過孔222的氣體總容積流率、通過孔222的陣列220的一組孔222的氣體總容積流率等等中的任何一個或多個來選擇。
在可與其他實施例組合的一些實施例中，孔222的陣列220的每個孔222的尺寸可設定為具有不大於操作期間產生的電漿的鞘層厚度的五倍的直徑，例如不大於操作期間產生的電漿鞘層厚度的四倍、例如操作期間產生的電漿鞘層厚度的三倍、例如操作期間產生的電漿鞘層厚度的兩倍、例如不超過操作期間產生的電漿鞘層厚度。
進一步設想，可以選擇孔222的陣列220的孔222的數量和/或直徑，使得在每個孔222的出口226處每個孔222內的氣體速度小於1馬赫（Mach）但大於或等於1馬赫數的一半。還預期孔222的陣列220的孔222的數量和/或直徑可以被選擇為使得每個孔222的出口226處的每個孔222內的氣體速度基本上等於1馬赫。還預期孔222的陣列220的孔222的數量和/或直徑可以被選擇為使得每個孔222的出口226處的每個孔222內的氣體速度大於1馬赫但不大於2馬赫。
進一步設想，可以選擇孔222的陣列220的孔222的數量和/或直徑，使得每個孔222的入口224處的每個孔222內的氣體速度小於1馬赫.還預期孔222的陣列220的孔222的數量和/或直徑可以被選擇為使得每個孔222的入口224處的每個孔222內的氣體速度基本上等於1馬赫。還預期孔222的陣列220的孔222的數量和/或直徑可以選擇為使得在每個孔222的入口224處的每個孔222內的氣體速度大於1馬赫但不大於2馬赫。
如圖2C所示，噴頭從軸214徑向延伸到外環孔222的出口226，其半徑等於第二環出口半徑252。設想噴頭240可以從軸214徑向延伸到板202的下表面206從軸214的最大橫向範圍的95%或更少的位置。例如，噴頭240可以從軸214徑向延伸到板202的下表面206距軸214的最大橫向範圍的90%或更少、80%或更少、70%或更少、60%或更少、50%或更少、40%或更少、30%或更少、20%或更少、10%或更少、或5%或更少的位置。
返回到圖2A，圖2A示出了包括蓋200的板202的組件的一部分。導管150附接到板202的上表面204。導管150具有與凹槽208基本對齊的通孔152。導管150透過一個或更多個緊固件258附接到板202的上表面204。如圖所示，板202的上表面204包括一個或更多個開口262，以用於接收相應的緊固件258，例如螺栓、螺釘、雙頭螺栓、定位銷等。另外地或替代地，預期上表面204可包括用於將板202連接到導管150的一個或更多個突起，並且突起可帶有螺紋。板202的上表面204中的密封槽264位於一個或更多個緊固件258和凹槽208之間，並且圍繞通向凹槽208的開口210。預期在使用多個緊固件258的情況下，緊固件258圍繞密封槽264。如圖2A所示，密封構件266(例如O形環)安裝在密封槽264中，從而密封板202和導管150之間的界面。預期密封構件266可接觸導管150的一部分或凸緣（法蘭）或與導管150相關聯的其他結構，例如歧管146。
導管150顯示為耦接到遠程電漿源162，圖2A中顯示了遠程電漿源162的一部分。通孔152可以與遠程電漿源162的出口268基本對齊。預期通孔152可以沿著導管150的長度從遠程電漿源162的出口268到板202的上表面204具有基本均勻的內徑，然而，如圖中的示例所示如圖2A所示，通孔152可包括沿導管150的長度從遠程電漿源162的出口268到板202的上表面204的中途限制270。
如圖2A所示，導管150結合了歧管146。歧管146透過閥272連接到第一處理氣源140。在一些實施例中，歧管146可以提供處理氣體進入導管150的單個入口點，然而可以設想歧管146可以提供處理氣體進入導管150的多個入口點。在一些實施例中，歧管146可以耦接到淨化氣源156，然而可以預期的是，導管150可以在導管150的除歧管146之外的位置處耦接到淨化氣源156。例如，導管150可以在導管150的上端處或附近的位置處耦接到淨化氣源156。如圖2A所示，導管150包括熱交換器274，例如構造成傳送熱交換流體的管。然而，可以設想可以省略熱交換器274。
在操作中，來自淨化氣源156的淨化氣體進入導管150並與來自第一處理氣源140的氣體混合。合併的氣體流出導管150並通過板202中的孔222而進入處理容積160。操作的清潔循環包括清潔氣體流過導管150並通過板202中的孔222而進入處理容積160。預期清潔氣體可在合併的氣體通過板202中的孔222而流入處理容積160之前與導管150中的淨化氣體混合。進一步設想來自遠程電漿源162的電漿進入導管150並在組合的電漿和氣體流過板202中的孔222而進入處理容積160之前與導管150中的淨化氣體混合。
圖3A示出了蓋300A的實施例。蓋300A類似於圖2A的蓋200，並且可以代替其使用。蓋300A包括蓋200的一個或更多個開口262、密封槽264、凹槽208、突起230和噴頭240。如圖所示，蓋300A包括熱交換器124，其包括形成在板202中的通道130。噴頭240、突起230和通道130與板202整合在一起，使得帶有噴頭240、突起230和通道130的板202是整體式(或一體式)結構。如圖所示，板202的下表面206的形狀或輪廓為圓頂的內部。
作為進一步的替代，可以想到，蓋300A的凹槽208被省略，使得板202的上表面204包括孔222的陣列220的每個孔222的入口224，且入口224被密封槽264包圍。在這樣的示例中，每個孔222的軌跡和/或突起230的幾何形狀可以被佈置成而形成板202的幾何形狀，藉此凹槽208不存在。
圖3B示出了蓋300B的實施例。蓋300B類似於圖2A的蓋200，並且可以代替其使用。蓋300B包括蓋200的一個或更多個開口262、密封槽264、凹槽208和噴頭240。如圖所示，蓋300B省略了突起230，但包括熱交換器124，該熱交換器包括形成在板202中的通道130。噴頭240和通道130與板202整合在一起，使得帶有噴頭240和通道130的板202是整體式(或一體式)結構。如圖所示，板202的下表面206的形狀或輪廓為圓頂的內部。
作為進一步的替代，可以設想省略蓋300B的凹槽208，使得板202的上表面204包括孔222的陣列220的每個孔222的入口224，並且入口是被密封槽264包圍。在這樣的示例中，每個孔222的軌跡可以被佈置成形成板202的幾何形狀，藉此凹槽208不存在。
圖3C示出了蓋300C的實施例。蓋300C類似於圖2A的蓋200，並且可以代替其使用。蓋300C包括一個或更多個開口262、密封槽264、凹槽208、突起230和噴頭240。如圖所示，蓋300C包括熱交換器124，其包括形成在板202中的通道130。噴頭240、突起230和通道130與板202整合在一起，使得帶有噴頭240、突起230和通道130的板202是整體式(或一整式)結構。如圖所示，板202的下表面206的形狀或輪廓不是圓頂的內部。相反，下表面206由一個或更多個平面或線性部分形成。
作為進一步的替代，可以設想省略蓋300C的凹槽208，使得板202的上表面204包括孔222的陣列220的每個孔222的入口224，並且入口是被密封槽264包圍。在這樣的示例中，每個孔222的軌跡和/或突起230的幾何形狀可以被佈置成形成板202的幾何形狀，藉此凹槽208不存在。
圖3D示出了蓋300D的實施例。蓋300D類似於圖2A的蓋200，並且可以代替其使用。蓋300D包括一個或更多個開口262、密封槽264、凹槽208和噴頭240。如圖所示，蓋300B省略了突起230，但包括熱交換器124，該熱交換器包括形成在板202中的通道130。噴頭240和通道130可以與板202整合，使得具有噴頭240和通道130的板202是整體式(或一體式)結構。如圖所示，板202的下表面206的形狀或輪廓可以不為圓頂的內部。相反，板202的下表面206由一個或更多個平面或線性部分形成。
作為進一步的替代，可以設想省略蓋300D的凹槽208，使得板202的上表面204包括孔222的陣列220的每個孔222的入口224，並且入口是被密封槽264包圍。在這樣的示例中，每個孔222的軌跡可以被佈置成形成板202的幾何形狀，藉此凹槽208不存在。
圖4顯示了蓋400的一個實施例。蓋400類似於圖2A的蓋200，並且可以代替其使用。蓋400被示為帶有一個歧管146，該歧管146耦接到導管150（如圖1所示），儘管可以預期，蓋400可以直接附接到導管150。蓋400包括板202，板202具有從板202的上表面204延伸到板202的下表面206的埠276。歧管146耦接到板202的上表面204，使得耦接到歧管146的導管150的通孔152與板202的埠276基本對齊。
擋板158的桿282耦接到歧管146的支架154。擋板158包括碟284，碟284具有上側286和相對的下側288，並且被外孔290從上側286穿透到下側288，並且導管150和/或歧管140中的氣體可流通過該碟284。碟284的下側288具有突起230。擋板158具有內孔292，每個內孔將中心孔294流體連接到下側288，其中在突起230處具有出口226。如圖所示，中心孔294不延伸到碟284的下側288，而是終止於擋板158內。或者，可以想到中心孔294可以延伸到碟284的下側288處的中心開口。
突起230是具有側面232和端面234的截頭圓錐形狀，但是也可以想到其他構造。在一些實施例中，突起230的形狀可以像球體、橢圓體或圓柱體的一部分。在一些可以與其他實施例結合的實施例中，每個內孔292的出口226可以位於側面232處，或位於端面234處，或位於側面232與端面234的相交處。在一些可以與其他實施例結合的實施例中，一個或更多個內孔292的出口226可以位於側面232、端面234以及側面232和端面234的相交處之一者，且一個或更多個其他內孔292的出口226可以位於側面232、端面234以及側面232和端面234的相交處中的另一者。在一些可以與其他實施例結合的實施例中，其出口226位於側面232處的每個內孔292的軌跡與側面232相交的角度可以大致為90度。
碟284的上側286連接到板202的下表面206。一個或更多個密封構件296(例如O形環)，在碟284的上側286和板202的下表面206之間的界面處提供密封。一個或更多個RF墊圈298在碟284的上側286和板202的下表面206之間的界面處提供RF傳輸屏障。
在操作中，處理氣體流過中心孔294並流過內孔292而進入處理容積160。此外，淨化氣體流過板202中的埠276和擋板158的桿282外部，並流過外孔290而進入處理容積160。在一些實施例中，淨化氣流和處理氣流是同時的，然而可預期淨化氣流和處理氣流不是同時的。操作的清潔循環包括清潔氣體流過板202中的埠276和擋板158的桿282外部並透過外孔290而進入處理容積160。在可以與其他實施例組合的一些實施例中，在組合的氣體流過外孔290而進入處理容積160之前，清潔氣體可以與淨化氣體混合。在可以與其他實施例組合的一些實施例中，來自遠程電漿源162的電漿可以在組合的電漿和氣體流過板202中的外孔290而進入處理容積160之前變得與淨化氣體混合。
本公開發明的實施例為處理腔室100的操作提供了許多好處，例如減少或消除某些不期望的影響。一個示例性的涉及板202的埠276的不希望有的影響，其為施加到處理腔室100的RF提供路徑以穿過蓋200上游的部件。例如，RF可以穿過導管150、遠程電漿源162，並且進入從清潔氣源166通向遠程電漿源162的進料管線。這可能導致駐波電漿的建立，從而可能導致導管150、遠程電漿源162和進料管線內的沉積。
透過本公開發明的實施例減輕的另一個不希望的影響涉及處理容積160的低操作壓力和通過埠276的低氣體速度，其導致自由基反向擴散到導管150、遠程電漿源162、和饋線。自由基的這種反向擴散可導致或有助於在導管150、遠程電漿源162和進料管線內的沉積。
更進一步，上述不希望的影響可能影響處理腔室100的操作，以致在處理容積160內部(例如在蓋200、間隔件110上，甚至在基板118上和在基板118上的薄膜上)造成偶然沉積。這種偶然沉積可能導致基板118中和沉積在基板118上的膜中的缺陷。
噴頭240和板202的佈置，特別是在其中噴頭240與板202整合一起的實施例中，可以促進處理容積160的整個外殼(包括板202、立管105(當存在時)、和間隔件110)在使用期間完全接地，從而抑制寄生電漿的產生。如圖4所示的具有RF墊圈298的隔板158的佈置還可以促進處理容積160的整個外殼（包括板202、立管105（當存在時）和間隔件110）在使用期間完全接地，從而抑制寄生電漿的產生。因此，本公開發明的實施例可以抑制不想要的RF穿越上游，從而阻礙駐波電漿的產生並阻止寄生沉積。
此外，本公開發明的實施例可以將通過蓋200、300A、300B、300C、300D或400而進入處理容積160的氣體的速度提高到足以抑制自由基的反向擴散的幅度.因此，本公開發明的實施例可以阻止上游偶然沉積。此外，通過蓋200、300A、300B、300C、300D或400而進入處理容積160的氣體的速度可以是足以抑制處理容積160內的偶然沉積的量，從而減少基板118中和沈積在基板118上的膜中的缺陷的發生率和量。
雖然上文針對本公開發明的實施例，但是在不脫離其基本範圍的情況下可以設計本公開發明的其他和進一步的實施例，並且其範圍由所附申請專利範圍決定。
100:處理腔室 200:蓋 192:腔室主體 110:間隔件 115:基板支撐件 120:可變壓力系統 160:處理容積 140:第一處理氣源 118:基板 142:第二處理氣源 144:入口 202:板 105:立管 124:熱交換器 126:入口 128:出口 130:通道 146:歧管 150:導管 162:遠程電漿源 152:通孔 156:淨化氣源 166:清潔氣源 170:RF電源 172:致動器 178:設施電纜 174:第一距離 176:第二距離 180:基準 182:第一泵 184:第二泵 186:閥 185:基板轉移埠 190:內門 191:外門 188:致動器 193:密封件 194:控制器 158:擋板 204:上表面 206:下表面 208:凹槽 210:開口 216:底板 212:側壁 214:軸 214':基準線 218:銳角 222:孔 220:陣列 224:入口 226:出口 228:銳角 230:突起 232:側面 234:端面 236:角度 240:噴頭 242:第一環 248:第二環 250:第二環入口半徑 252:第二環出口半徑 246:第一環出口半徑 244:第一環入口半徑 258:緊固件 264:密封槽 266:密封構件 152:通孔 270:限制 272:閥 274:熱交換器 300A:蓋 300B:蓋 300C:蓋 300D:蓋 400:蓋 154:支架 284:碟 286:上側 288:下側 290:外孔 292:內孔 294:中心孔 298:RF墊圈 282:桿 276:埠 262:開口 268:出口
為了能夠詳細理解本公開發明的上述特徵的方式，可以透過參考實施例獲得對本公開發明的更具體的描述(其經上述簡要概括)，其中一些在實施例中示出附圖。然而，應當注意，附圖僅示出示例性實施例並且因此不應被認為是對範圍的限制，因為本公開發明可以允許其他同樣有效的實施例。
圖1是根據本公開發明的一個態樣的處理腔室的示意性側剖視圖。
圖2A是根據本公開發明的一個態樣的耦接到導管的蓋的一部分的示意性側剖視圖。
圖2B是圖2A的蓋的噴頭的立體圖。
圖2C是圖2A和2B的噴頭的示意性側剖視圖。
圖2D是圖2A至2C的蓋的一部分的平面視圖。
圖3A至3D是圖2A至2D的蓋的替代實施例的示意性側剖視圖。
圖4是蓋的另一個替代實施例的一部分的示意性側剖視圖。
為了便於理解，在可能的情況下使用了相同的元件符號來表示附圖共有的相同元件。可以預期，一個實施例的元素和特徵可以有益地合併到其他實施例中，而無需進一步敘述。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
200:蓋
262:開口
258:緊固件
268:出口
202:板
146:歧管
150:導管
162:遠程電漿源
152:通孔
204:上表面
206:下表面
208:凹槽
210:開口
216:底板
212:側壁
214:軸
214':基準線
218:銳角
222:孔
220:陣列
224:入口
226:出口
228:銳角
230:突起
232:側面
234:端面
236:角度
240:噴頭
264:密封槽
266:密封構件
270:限制
272:閥
274:熱交換器

Claims (20)

  1. 一種用於一處理腔室的蓋，該蓋包括： 一板，該板具有一第一表面和與該第一表面相對的一第二表面，該板包括大致垂直於該第一表面的一軸； 一凹槽，該凹槽在該第一表面中，該凹槽在該第一表面處具有一開口，其中該開口從該軸徑向延伸了該第一表面從該軸的最大橫向範圍的70%或更少； 一密封槽，該密封槽形成於該第一表面並環繞該開口；和 一孔陣列，該孔陣列從該凹槽延伸到該第二表面。
  2. 如請求項1所述的蓋，其中該孔的陣列中的每個孔與該軸呈一銳角延伸。
  3. 如請求項2所述的蓋，其中： 該凹槽具有從該開口延伸至一底板的一側壁；和 該孔的陣列從該底板延伸至該第二表面。
  4. 如請求項3所述的蓋，其中該側壁基本上平行於該軸而從該開口延伸到該底板。
  5. 如請求項3所述的蓋，其中該側壁與該軸呈銳角而從該開口延伸到該底板。
  6. 如請求項5所述的蓋，其中該開口的一橫截面積小於該底板的一橫截面積。
  7. 如請求項2所述的蓋，其中該孔的陣列佈置為： 經周向間隔開的第一孔的一第一環，每個第一孔在該凹槽處具有一第一入口並且在該第二表面處具有一第一出口； 經周向間隔開的第二孔的一第二環，每個第二孔在該凹槽處具有一第二入口並且在該第二表面處具有一第二出口；和 其中： 該第一環具有從該軸到每個第一孔的該第一入口所測量的一第一半徑， 該第二環具有從該軸到每個第二孔的該第二入口所測量的一第二半徑，並且 該第二半徑大於該第一半徑。
  8. 如請求項7所述的蓋，其中： 該第一環具有從該軸到每個第一孔的該第一出口所測量的一第三半徑， 該第二環具有從該軸到每個第二孔的該第二出口測量的一第四半徑，並且 該第四半徑大於該第三半徑。
  9. 如請求項1所述的蓋，其中該第二表面包括一突起，並且該孔的陣列中的每個孔在該突起處具有一出口。
  10. 如請求項1所述的蓋，其中該第二表面至少部分地限定一圓頂。
  11. 如請求項1所述的蓋，還包括在該第一表面中的通道，該等通道被配置為傳送一熱交換流體。
  12. 一種用於處理腔室的蓋，該蓋包括： 一板，該板具有一第一表面和與該第一表面相對的一第二表面，該板包括大致垂直於該第一表面的一軸； 一密封槽，該密封槽形成於該第一表面；和 一噴頭，該噴頭包括延伸穿過該蓋板的一孔的陣列，該孔的陣列的每個孔從該第一表面中的一入口延伸到該第二表面中的一出口，該入口位於該密封槽的徑向內側，其中該噴頭從該軸徑向延伸了從該軸徑向地距該第二表面的一最大橫向範圍的80%或更少。
  13. 如請求項12所述的蓋，其中該噴頭的至少一部分從該第二表面突出。
  14. 如請求項12所述的蓋，其中該孔的陣列佈置為： 經周向間隔開的第一孔的一第一環，每個第一孔在該第一表面處具有一第一入口並且在該第二表面處具有一第一出口； 經周向間隔開的第二孔的一第二環，每個第二孔在該第一表面處具有一第二入口並且在該第二表面處具有一第二出口；和 其中： 該第一環以該軸為中心並且具有從該軸到每個第一孔的該第一入口所測量的一第一半徑， 該第二環以該軸為中心並且具有從該軸到每個第二孔的該第二入口所測量的一第二半徑，並且 該第二半徑大於該第一半徑。
  15. 如請求項14所述的蓋，其中： 該第一環具有從該軸到每個第一孔的該第一出口所測量的一第三半徑， 該第二環具有從該軸到每個第二孔的該第二出口所測量的一第四半徑，並且 該第四半徑大於該第三半徑。
  16. 如請求項15所述的蓋，其中該板和該噴頭形成為一整體結構。
  17. 如請求項15所述的蓋，其中： 該第一表面包括一凹槽；和 每個第一孔的該第一入口和每個第二孔的該第二入口位於該凹槽內。
  18. 如請求項12所述的蓋，其中該第二表面至少部分地限定一圓頂。
  19. 如請求項12所述的蓋，其中該孔的陣列中的每個孔與該軸呈一銳角而延伸。
  20. 一種組件，包括： 一導管，該導管被配置為連接到一第一氣源；和 一蓋，該蓋包括： 一板，該板具有： 一第一表面，該第一表面連接到該導管，其中一密封構件密封該板和該導管之間的一界面； 一第二表面，該第二表面與該第一表面相對； 一凹槽，該凹槽在該第一表面中，該凹槽在該密封構件的徑向內側並且以大致垂直於該第一表面的一軸為中心；和 一噴頭，該噴頭與該凹槽和該導管沿該軸對齊，並且包括從該凹槽穿過該蓋板而延伸到該第二表面的一孔的陣列。
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