如，经由具有适当的机器可读指令的系统控制器）。例如，RF功率源114和匹配网络116可 在任何合适的功率下进行操作，以形成具有所期望的自由基物质的组分的等离子体。合适 的功率的实施例包括在上文中。同样地，RF功率源114可以提供任何适当频率的RF功率。 在一些实施方式中，RF功率源114可以被配置为控制彼此独立的高频RF功率源和低频RF 功率源。示例性的低频RF频率可以包括，但不限于，介于50kHz和500kHz之间的频率。示 例性的高频RF频率可以包括，但不限于，介于I. 8MHz和2. 45GHz之间的频率。应当理解， 任何合适的参数可被离散地或连续地调制以提供用于表面反应的等离子体能量。在一个非 限制性实例中，等离子体功率可以间歇地施以脉冲，以相对于被连续激励的等离子体减少 对衬底表面的离子轰击。
[0084] 在一些实施方式中，等离子体可由一个或多个等离子体监控器原位监控。在一种 情形中，等离子体功率可通过一个或一个以上的电压、电流传感器（例如，VI探针）进行 监控。在另一种情况下，等离子体密度和/或工艺气体的浓度可以由一个或多个光发射谱 (OES)传感器来测量。在一些实施方式中，一个或多个等离子体参数可基于来自这样的原位 等离子体监控器的测量结果通过编程方式进行调节。例如，OES传感器可用于反馈回路中 以提供对等离子体功率的编程式控制。应理解的是，在一些实施方式中，可使用其它监控器 来监控等离子体和其他工艺特性。这样的监控器可包括，但不限于，红外（IR)监控器、声学 监控器、以及压力传感器。
[0085] 在一些实施方式中，可以经由输入/输出控制（IOC)测序指令来控制等离子体。在 一个示例中，用于设置等离子体激活阶段的等离子条件的指令可被包括在工艺配方的相应 的等离子体激活配方阶段中。在某些情况下，工艺配方阶段可按顺序排列，使得用于工艺阶 段的所有指令与该工艺阶段同时执行。在一些实施方式中，用于设定一个或一个以上的等 离子体参数的指令可以被包括在等离子体工艺阶段之前的配方阶段中。例如，第一配方阶 段可以包括用于设置惰性气体（例如，氦）和/或反应气体的流率的指令、用于设置等离子 体发生器至功率设定点的指令、以及用于第一配方阶段的时延指令。后续的第二配方阶段 可包括用于启用等离子体发生器的指令以及用于第二配方阶段的时延指令。第三配方阶段 可以包括用于禁用等离子体发生器的指令以及用于第三配方阶段的时延指令。应当理解， 这些配方阶段可进一步以在本公开的范围内的任何合适的方式细分和/或重复。
[0086] 在一些沉积处理中，等离子体激励持续约几秒钟或更长的持续时间。在此处描述 的某些实施方案中，远远较短时间的等离子体激励可应用在处理循环期间。这些远远较短 时间可以是约50毫秒至1秒，0. 25秒是一个具体实施例。如此短时间的RF等离子体激励 要求等离子体的快速稳定。为了实现这一点，可以将等离子体发生器配置为使得所述阻抗 匹配被预设为特定的电压，同时使频率能浮动。按惯例，高频等离子体在约13. 56MHz的RF 频率下产生。在本文公开的各种实施方式中，使频率能浮动到不同于该标准值的值。通过 使频率能浮动，同时固定阻抗匹配到预定电压，可以远远较快地稳定等离子体，其结果在使 用与ALD循环相关的非常短时间的等离子体激励时可能是重要的。
[0087] 在一些实施方式中，基座108可通过加热器110进行温控。另外，在一些实施方式 中，对于处理装置100的压力控制可通过诸如蝶形阀118之类的一个或者多个阀操作式真 空源来提供。如图1的实施方式中所示，蝶形阀118调节由下游真空栗（未示出）提供的真 空。然而，在一些实施方式中，处理装置100的压力控制也可以通过改变引入到处理室102 的一种或多种气体的流率进行调节。在一些实施方式中，一个或多个阀操作式真空源（如 蝶形阀118)可以用于在合适的ALD操作阶段从围绕处理站的体积去除膜前体。
[0088] 如上所述，一个或多个处理站可以被包括在多站式衬底处理工具中。图2示意性 地示出了多站式处理工具200的一实施例，其包括在共同的低压处理室214中的多个处理 站201、202、203和204。通过将每个站保持在低压环境中，可避免由膜沉积处理之间的真空 中断所引起的缺陷。
[0089] 如图2所示，多站式处理工具200具有衬底加载端口 220和衬底搬运机械手226， 衬底搬运机械手226被配置为将衬底从通过吊舱228装载的盒移动通过大气端口 220,进入 处理室214,并且最终到达处理站。具体地，在本案例中，衬底搬运机械手226在处理站201 和202装载衬底，并且衬底传送装置（在本案例中为衬底转盘290)在各处理站201、202、 203以及204之间传输衬底。在图2中所示的实施方式中，衬底装载装置被描绘为具有用 于衬底操作的2个臂的衬底搬运机械手226,因此，如所描绘的，它可以在两个站201和202 装载衬底（也许同时，或者也许按顺序地）。然后，在站201和202装载之后，图2中描绘 的衬底传送装置、转盘290可以做180度的旋转（绕其中心轴线，中心轴线基本上垂直于衬 底（从页面出来）的平面，并在衬底之间基本上等距）以从站201和202传送两个衬底到 站203和204。在这一点上，搬运机械手226可在站201和202装载2个新衬底，完成装载 过程。为了卸载，可以颠倒这些步骤，除了下列操作以外：如果要处理多组的4个晶片，那么 每次通过搬运机械手226卸载2个衬底将伴随通过在将传送转盘290转动180度之前装载 2个新的衬底。类似地，配置放置衬底在仅1站（例如201)的独臂搬运机械手将在伴随转 盘290旋转90度4次的4步装载工艺中使用以在所有4个站装载衬底。
[0090] 在图2中示出的所描述的处理室214提供了四个处理站201、202、203和204。每 个站具有加热基座（对于处理站201以218显示）以及气体管线入口。应当理解，在一些实 施方式中，每一个处理站可以具有不同的用途或多个用途。例如，在一些实施方式中，处理 站可以在ALD工艺模式和CVD工艺模式之间切换。附加地或替代地，在一些实施方式中，处 理室214可以包括一个或多个匹配的成对的ALD/CVD处理站。虽然所描绘的处理室214包 括四个处理站，但是应当理解，根据本公开的处理室可以具有任何适当的数目的站。例如， 在一些实施方式中，处理室可具有1个、或2个、或3个、或4个、或5个、或6个、或7个、或 8个、或9个、或10个、或11个、或12个、或13个、或14个、或15个、或16个、或更多的处 理站（或成组的实施方式可以被描述为每个反应室具有在由任何成对的前述值所限定的 范围内的处理站的数量，例如每个反应室具有2至6个处理站，或每个反应室具有4至8个 处理站，或每个反应室8至16个处理站等）。
[0091] 如上所指出的，图2还示出了衬底传送设备290的实施方式，衬底传送设备290用 于在处理室214内的处理站201、202、203和204之间传送衬底。应当理解，可以采用任何 合适的衬底传送设备。非限制性的实施例包括晶片转盘和衬底搬运机械手。
[0092] 主动热可调/受控喷头的详细描述
[0093] 如上所述，本文公开的各种沉积工艺和技术采用用于分配膜前体的可以具有热调 节和/或控制功能的喷头。热可调节和/或控制喷头可以改善经由ALD工艺沉积的膜的晶 片到晶片和批次到批次的均匀性，但它也可以通过消除非处理延迟，通过减少不希望的温 度变化而减少颗粒的产生，从而提高产量，而且，通常，可提供用于微调膜性能的附加的有 价值的工艺参数。ALD形成的膜的均匀性可在批次内从晶片到晶片得到改善，因为，通过使 用温度受控的喷头，温度在连续批次的晶片上将变化较小-例如，从而避免以下情形：在一 批次中的开始的晶片使用一个或多个冷喷头沉积，而在该批次的最后的晶片使用已达到其 平衡温度的一个或多个喷头沉积。同样，通过控制在一个室的所有喷头是在相同温度下，可 以改善不同的子层之间的膜的性质的均匀性。非处理时间（只是加热喷头的虚设的沉积时 间）可以消除，从而提高产量。类似地，热循环可以减少，因为在站处于待机状态或被清洁 时，喷头温度可保持，而不是让喷头冷却。附加的好处可以是，热循环的减少降低了室组件 之间（和组件上的涂层之间）的不同的热膨胀系数的效果，从而减少颗粒产生。
[0094] 在一些实施方式中，合适的温度可调节的喷头可以是吊灯型喷头，此外，这样的喷 头的设计特征可以是在该喷头面和主体之间的界面处的热断裂（thermal break)，从而能 对所施加的热（添加的加热和/或减少了的加热工作周期）或增强的冷却作出快速的热响 应。这种快速响应可能在下述情况时是有利的：插入的基于等离子体的清洁步骤（在执行 于序列的衬底批次上的ALD操作之间执行）提供大量的热能至喷头，并且因此该喷头的温 度调节和/或控制硬件必须对热变化迅速作出反应（例如，通过切断热量的产生或提高冷 却剂流速，等等）。现在提供这种喷头的某些实施例的详细描述。
[0095] 通常，吊灯型喷头具有一端连接到室顶部而另一端连接到面板的杆，从而类似于 吊灯。杆的一部分可从室顶部突出以使气体线路能够与RF电源连接。为了控制温度，基于 喷头的温度，添加或除去热量。当等离子体接通时，因为带电粒子碰撞喷头而赋予能量，和 /或所施加的RF能量被耦合至喷头，因此喷头的温度升高。喷头温度还可以因为外部热量 通过例如作为来自电加热器的电能有意加入而升高。当冷却物材料（例如，在较低温度下 的反应物气体或在环境温度下的晶片）进入室，当通过传导（例如，通过喷头杆材料向上朝 室顶板传导热）以及通过喷头表面的辐射来去除热时，喷头温度下降。这些热事件中的一 些作为正常室操作的一部分发生，而其他的可被用于控制喷头温度。
[0096] 图4A、4B和4C是根据本发明的多种实施例的喷头的横截面示意图。参考图4A， 喷头400包括杆404、背板406和面板410。杆404可以被划分成上部部分和下部部分，其 可以具有不同的直径。在一个实施方式中，上部杆具有的直径为约1. 5至2英寸，优选约 1.75英寸。下部杆直径为约2至2. 5英寸，优选约2. 25英寸。面板直径可以稍大，并且与 晶片尺寸相当或比晶片尺寸稍大，优选约晶片尺寸的100%至125%。例如，对于300mm(12 英寸）的处理室，面板直径可以是约13英寸或约15英寸。面板和背板可各自具有的厚度 为约0. 25至0. 5英寸，或约0. 125至0. 5英寸，或者约0. 25-0. 375英寸。面板可以由铝、 阳极化铝或经涂覆的铝、或者被配制成耐高温、耐化学品和耐等离子体的金属制成。
[0097] 在一个实施方式中，背板是约0. 5英寸厚，而面板是约八分之三英寸厚。反应物 气体通过该喷头杆404内的气体入口通道402引入，流过背板406,并进入背板406和面板 410之间的歧管区408。参照图4B，挡板412在整个歧管区域408均匀分配气体。挡板412 可以经由挡板中的带螺纹插入物或带螺纹孔442和若干螺丝444附连到背板406。歧管区 域的体积是由背板和面板之间的间隙限定。该间隙可为约〇. 5至1英寸，优选为约0. 75英 寸。为了保持在间隙中的均匀气流，间隙可以利用若干分离器/隔离物432保持恒定，若干 分离器/隔离物432位于所述背板和面板之间的多个位置，例如：3个、6个或多至10个位 置。如图所示，螺丝438通过隔离体/隔离物432将背板406在带螺纹盲孔428处紧固到 面板。在其他实施方式中，可使用具有或不具有内螺纹的各种形状的隔板或套管。虽然示 出的螺丝进入背板并拧进面板中，但也可以使用相反的配置。例如，螺丝可被嵌入面板中并 穿过隔离物进入背板内的通孔。螺丝可以用螺母固定到背板。
[0098] 气体通过面板410中的穿孔或通孔（434)进入处理区域以引起晶片表面上的沉 积。通孔可被机加工、研磨、或钻穿。每个孔可为约0.04英寸的直径，或约0.01至0.5英 寸的直径。一些孔可以具有不同的尺寸。孔的数量可以是100-10, 〇〇〇, 2-5000,约3-4000， 或约200-2000个孔。孔可以以各种模式均匀分布在整个面板，例如，蜂巢模式或越来越大 的圆。根据包括所希望的膜均匀性、膜轮廓和气体流在内的各种因素，孔可具有多种非均匀 分布的模式，如被更密集地分布在面板的中间或更密集地分布在面板的边缘。在一个实施 方式中，孔可以具有均匀间隔的圆的模式，离中心越远，孔的间隔越大。通常，可以使用各种 孔模式和密度。
[0099] 在一些情况下，面板410被可拆卸地连接到背板406,以使穿孔/孔结构可以容易 地改变并且面板容易地清洁。在面板410的背面可包括配合特征以与背板连接和分离。如 图所示，该配合特征可以是凹槽430和带螺纹盲孔446。凹槽430可以配合到在背板上的相 应唇状物。在背板或面板上的螺丝孔440沿周边定位并匹配孔446。螺丝将背板和面板连 接一起。沿周边定位的螺丝的数量可以是超过4个、超过10个、约24个、或多到约50个。 可使用用于背板和面板的其他配合特征。例如，其它紧固机构可以包括带或夹，或者如果面 板的尺寸紧密配合背板的对应接收器的那些尺寸，则可以使用简单的基于摩擦的接合。如 图4A所示，面板可包括具有凸缘的周边侧壁。背板可定位在凸缘上并被用螺丝固定。在一 个实施方式中，在背板或面板的周边侧壁边缘上的专门加工的凹口与对应件上的齿状物紧 密配合的情况下，使用互锁卡爪机构。当喷头被加热，并且齿状物和凹口膨胀时，背板和面 板可通过摩擦连接起来。相对于必须被拧入并且会剥落和释放颗粒的螺丝而言，涉及非运 动部件的这样的机构会是优选的。又一可能的机构涉及在面板或背板的周边侧壁上的可拧 入相应的对应件中的螺纹。不论配合特征和紧固机构如何，背板和面板都以使得两者之间 保持良好的电接触和热接触的方式连接。
[0100] 在操作过程中，喷头面板经受在室内的应力条件。例如，来自达到非常高的温度 (例如，高于300°C)的温度变化的热应力会使背板或面板翘曲，并且使材料退化。操作过 程中的等离子体会侵蚀表面材料，造成颗粒和薄弱点。反应物（如氟气）也能以化学侵蚀 的方式腐蚀面板。不想要的反应产物或副产物的沉积会堵塞气流孔，影响工艺性能，膜在表 面上形成时导致颗粒，或在氟化铝的情况下影响等离子体的性能。通过积累，这些事件可能 会影响有关颗粒、均匀性和等离子体性能方面的工艺性能。仅清洁或更换面板的能力，而不 必更换整个喷头组件，这是具有成本效益的。
[0101] 再次参照图4A，电阻元件形式的加热器414可以热连接到如图中所示的背板406 上。在一些实施方式中，加热器414可被嵌入背板406中。该加热器可以通过真空钎焊工 艺连接。电阻元件形式的加热器414通过加热器导线416来控制，加热器导线416穿过杆 连接到该电阻元件。因为在室操作期间喷头经受高射频能量，电阻元件的全部或部分可以 是与RF绝缘和隔离的。RF隔离可以通过EMI/RFI滤波器或任何其他市售的RF隔离设备来 实现。
[0102] 图4C示出喷头的稍微不同的横截面，以强调其他元件。在该图中，温度传感器418 被示出为与面板410热接触，以测量喷头的温度，具体地测量在喷头面板的温度。在一些实 施例中，诸如图4C所示，温度传感器418可以是热电偶。这里热电偶/温度传感器418穿 过背板406和面板410之间的支座420与上杆相连。在面板410处，热电偶可接触传感器 接触孔中的面板材料。类似于加热器导线和元件，热电偶也与RF绝缘和分离。RF隔离可以 在一频率通过RF带且在另一频率通过RF滤波器来实现。在其他实施方式中，可以使用其 他类型的温度感测装置来测量面板的温度。具体地讲，可以使用非接触式温度传感器。示 例包括测温、基于荧光的测温和红外测温。
[0103] 温度受控的喷头通过传导、对流和辐射增强了散热。热量被传导通过喷头杆本身 离开，喷头杆连接到室顶部。杆直径可被设计成使到室顶部的传导热损失最大化。热也可 以通过对流穿过在杆404中的冷却流体导管流动的冷却流体去除。图4C所示的实施方式 包括冷却流体入口 422,冷却流体，例如，清洁干燥空气（CDA)、氩、氦、氮、氢、或它们的混合 物，可以流入冷却流体入口 422。流体可以跟随螺旋路径沿杆向下。螺旋路径在图4C中显 示为通过对流冷却流体通路的导管424。冷却流体可以通过一个或多个冷却流体出口通道 426。在一个实施方式中，提供了两条冷却流体出口通道。虽然这里的实施例使用螺旋状的 通路，但本领域的技术人员可以设计出曲折的通路，以有效地将热量从喷头传递到冷却流 体。
[0104] 流体冷却导管（或通道）可被设计成使得离开的流体被完全加热到喷头杆的温 度。因为面板温度和杆温度是相关的，所以可以通过测量离开的流体的温度来推断面板温 度。离开的流体温度可远离由射频所引起的电磁干扰来测量。这种设计可避免使用该喷头 内的热电偶和其相关联的RF滤波电路。
[0105] 在另一种情况下，冷却流体可以进一步被调制以控制冷却的程度。基于离开的流 体温度的反馈回路可以增加或减少流量来改变冷却的程度。这种冷却可以是附加于背板上 的热或代替背板上的热。对于要求较低的应用，可以仅使用冷却来控制喷头温度；并且，所 述加热器元件和射频隔离装置可以省略。对于要求较高的应用中，冷却流体的调节是控制 喷头温度的额外的参数。
[0106] 除了传导和对流外，热量也可从背板辐射远离喷头。为了改善辐射冷却，背板的外 表面可以涂覆有具有高发射率的材料。例如，涂层可以是阳极氧化铝。辐射可以被室的顶 部吸收。室顶部也可用具有高发射率的材料处理，以增强辐射热传递。室顶部的内表面可 以涂覆有阳极氧化铝。室顶部可以例如用冷却水线路独立地冷却。
[0107] 导电性和辐射性热去除保持喷头在足够低的温度，由此电加热器可以反过来精确 加热它。在没有热去除的情况下，喷头温度将保持较高的和不可控的。热去除创建用于温 度控制的顶部空间（headroom)。在一个实施方式中，热去除保持低于约200°C的喷头温度。 因为面板和背板之间的大多数的热传递是围绕周边的，所以加热器可以是围绕背板周边的 简单线