专利名称：大面积等离子体源的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于进行等离子体辅助处理的等离子体源，该等离子体辅助处理包括在处理室中对基片进行的沉积和蚀刻处理。本发明尤其涉及能对大面积基片进行处理的等离子体源。
需要有能对大尺寸晶片进行上述类型处理的等离子体源，甚至还能进行平板显示器处理。工业上表明，正在努力制造在一边测量为1米的平板显示器，这样的基片的等离子体辅助处理需要有比已有系统中产生的等离子体离子密度水平更高的离子密度水平。该大面积基片的等离子体辅助处理既需要较高的等离子体密度，也需要较高的泵送速度，以便达到高的处理速度。
在上述类型的等离子体源中，只要处理气体流通量或泵送速度满足处理室的要求，等离子体沉积或蚀刻的速度就取决于离子流量或离子密度。因此，对于大面积的基片，获得令人满意的处理速度需要气体流通量和离子流量都足够高。
此外，有较大尺寸要求的等离子体源必须承受由大气压引起的相当大的力，还必须有最合适的几何形状，以便产生能在该处理室内部提供均匀等离子体的电场。
本发明的一个目的是提供一种具有上述能力的、大面积的等离子体源。
本发明的另一目的是提供一种大面积等离子体源的壳体，该壳体能够承受大气压的压力，同时对限定于壳体内的等离子体提供所需的静电屏蔽并能够将RF电磁场能量传递给等离子体。
本发明是通过提供一种有侧壁的等离子体源壳体来达到这些或其它目的，该侧壁由以下部分构成承受大气压力的金属静电屏蔽件；或能承受大气压力并与提供静电屏蔽功能的导电件组合的脊形绝缘壁；或者这两者的组合。该侧壁在任何垂直方向的几何形状可以包括但不限于直线形、向内或向外的锥形、向内或向外的曲线形等。因此，等离子体源壳体实际上能构成任意所需的尺寸和形状，同时使RF能量通过壳体壁供给等离子体。此外，该壳体将能很容易地安装用于冷却该处理室壁的系统。
本发明的又一目的是在处理室内获得很高的等离子体均匀度。因为在环绕该处理室的区域内产生有用于产生和保持等离子体的RF电场，根据气体种类或处理气体、流动和等离子体梯度组合并通过扩散而获得等离子体的均匀度，从而提供处理的均匀性。因此，在任意压力和RF功率级的情况下，等离子体的均匀度是处理室的纵横比的函数，即横截面积的平方根与处理室高度之间的比值的函数。该横截面积是在该室中具有平均横截面积的位置处的水平面积。
显然，通过使本文所公开的原理与标准实验步骤相结合，就可以获得很高的等离子体均匀度。
根据本发明，上述和其它目的通过一腔室壳体而实现，该壳体包围用于进行大面积基片的等离子体辅助处理的大面积等离子体源内的等离子体区，该腔室壳体包括一壳体件，该壳体件构成一基本垂直延伸的壁，该基本垂直延伸的壁环绕着对应于等离子体区的空间，该壳体件有多个开口和导电件，该导电件形成环绕该空间的静电屏蔽；多个绝缘件，每个绝缘件有外周缘，且每个绝缘件布置成封闭一个相应开口；以及密封件，该密封件在壳体件和各绝缘件的外周缘之间形成气密密封。
附图的简要说明
图1是本发明的大面积等离子体源的第一实施例的透视图。
图2是与图1类似的视图，表示本发明的等离子体源的第二实施例。
图3是图1所示实施例的一个部件的一部分的透视详图，其中几个元件以分解形式表示。
图4是沿图1中的线4-4的垂直剖视图。
图5是与图3类似的视图，表示图1所示等离子体源的部件的第二实施例。
图6A是与图3类似的视图，表示图1所示等离子体源的部件的第三实施例。
图6B是与图6A类似的视图，表示图6A的实施例的一种变化形式。
图6C是图6B所示构件的一部分的剖视详图。
图7是图1所示等离子体源实施例的剖视平面图，是从该腔室壳体内向上看。
图8A和8B分别是图1所示实施例的部件的垂直剖面详图和底视图。
图9是说明图7所示部件的工作原理的垂直示意图。
图10A和10B是表示图9所示部件的不同工作模式的速度分布图。
图1所示为本发明的处理装置的第一实施例。该装置基本包括腔室壳体2和环绕该壳体2的外壳4。壳体2和外壳4配合以界定一环形空间6，在本实施例中，该环形空间6在水平面上有矩形横截面。这对于处理构成平板显示器的基片来说是合适的形状。不过，也可以有其它的截面形状，在某些应用中，例如在半导体晶片处理时，圆形截面不仅与基片形状相对应，而且与矩形形状相比有更好的结构完整性。
空间6充满液体冷却剂，并包含RF线圈8，该RF线圈8提供有RF电流，该RF电流在由壳体2环绕的区域内产生电场，以便在由壳体2以及外壳4的上下壁包围的处理区10内点燃(ignite)和保持等离子体。外壳4的上壁12装有冷却剂供给和返回管道16、用于将气体分子和离子泵送出处理区10并使该区内保持合适的真空压力的真空泵组件18和用于将新鲜处理气体引入区域10内的连接通道(未示出)。
壁12另外装有一快速匹配组件或匹配网络20，该快速匹配组件或匹配网络20是已知部件，通常由具有两个可变电容器和一个电感器的L网络组成，其中，该可变电容由自动控制网络进行机械调节。当通过发生器观察匹配网络和等离子体源时，该网络20的目的是为了平衡RF发生器的源阻抗与负载阻抗。通常，RF发生器的源阻抗为50Ω，因此，可变匹配网络部件这样变化，即匹配网络的输出阻抗是等离子体源的输入阻抗的复共轭。在匹配状态下，匹配网络接头的正向功率最大，反射功率最小。尽管速度、强度和可控制性不同，匹配网络的设计都基于同样的基本原理，并在现有技术中很容易找到。
如下面更详细的介绍所述，腔室壳体2提供了区域10的垂直边界壁，并能承受由于作用在外壳4的较大面积壁12和14的外表面上的大气压和在区域10内形成并作用在这些壁的内表面上的真空压力之间的压力差而作用在壁12和14上的力。腔室壳体2还提供了用于区域10的静电屏蔽，并能将RF能量从线圈8传递给区域10。外壳4的垂直壁可以但不必须有助于承受上述由于各壁的相对表面之间的压力差而作用在壁12和14上的力。
各真空泵18是真空泵组件的一部分，该真空泵包括一相应的闸阀或节流阀22，该闸阀或节流阀22通过连接法兰24安装在壁12上。当闸阀22全开时，可以达到最大泵送速度。不过，局部关闭可以通过改变由分布的泵送孔进行的限流而使得泵送速度在空间上改变。闸阀22可以是已知的设计类型。
法兰24是在壁12的各通孔28与各泵18的进口端之间提供流动通道的柱形部分。孔28是泵送孔，各孔与相应真空泵18的进口连通。通过孔28的合适定位和选择其数目，同时对泵18的操作进行合适选择和控制，可以调节排出的气流，以便使气体从区域10均匀排出。泵的选择和控制以及孔28的布置可基于本领域已知的原理和经验而进行。
达到合适的处理均匀性还需要合适控制气体的注入。本发明的这一部分将在下面介绍。
此外，该等离子体源的底部将提供有合适的基片支架和用于向支架施加偏压的装置，该偏压例如RF偏压。这一基片支架可以根据现有技术已知的原理和经验而构成并装于该等离子体源内。
图2是与图1类似的视图，表示本发明的等离子体源的第二实施例，该等离子体源与图1的等离子体源的不同点基本在于几何形状。图1所示的实施例的腔室10是平行六面体形，图2所示的腔室10’是截头锥形。因此，壳体2’的侧壁相对于该源的垂直轴线而倾斜，外壳4’的侧壁也一样。
图3是表示壳体2的一部分的透视详图，该壳体由导电材料例如铝制成，并且其壁厚足够能提供所需的压缩和拉伸强度。当外壳4的内部处于真空状态时，朝其内部的总压力将在材料内产生弯曲力矩，从而使处于拉伸或压缩状态的外壳4产生分离区。
由于由导电材料制成，壳体2构成静电屏蔽。壳体2有一系列垂直的细长凹口32，该细长凹口32绕壳体外周均匀间隔开。在各凹口32的中心，有一狭窄的细长槽34，该细长槽34穿过壳体2的剩余厚度而延伸，以便与区域10连通。各凹口32有由绝缘材料如氧化铝制成的插入件36，该插入件36有伸入其相应凹口32的槽34内的凸起部分。各插入件36有四个弹性体真空密封件，其中，密封件40和40’在插入件36的朝内的表面上，密封件42和42’在插入件的外侧。各插入件36由相应的框架46覆盖，该框架46借助于穿过螺纹孔48延伸的多个螺钉(未示出)而使相应的插入件36和密封件40、42在凹口32中保持就位。在两密封件40和40’之间有至少一个与大气连通的通道，在图4中以52表示。该通道延伸到外壳4的外侧位置，以便当该系统总装时进入(access)。通道52可以对两密封件40和40’进行泄漏检查。因此，腔室2和壁4之间相对于冷却剂流体54的密封和区域10的真空密封都可以通过一个孔进行检查。
RF能量可以从线圈8通过插入件36和槽34而流入区域10内。
图5所示为图1的实施例的另一种结构形式。在图5所示的结构形式中，壳体2有穿过壳体2的整个壁厚延伸的垂直细长槽60。在所示实施例中，各槽60有一个靠近壳体2外表面并向外发散或扩口的部分和一个具有与壳体2的垂直壁垂直的表面的部分64。绝缘窗口66安装在各槽60的部分64内，并通过焊接在部分64上和绝缘窗口66的外周边缘上的金属带68而固定在部分64上。带子68用于补偿绝缘窗口66和壳体2之间的热膨胀差。图5所示为壳体2的外部垂直表面的切开的一部分。因为这样一部分能更好地表示相邻槽60之间的区域的横截面形状。
带68可以由KovarTM制成，KovarTM是一种金属合金的商品名，该合金包含54％的铁、29％的镍和17％的钴。Kovar的热膨胀系数在金属壳体和绝缘窗口的热膨胀系数之间。工业上通常用该材料。
在图5的实施例中，各槽60可以有比图3和4所示实施例的各槽34更大的面积，这样，图5的实施例能够提供更大的绝缘窗口的总有效面积，以作为使RF能量进入区域10的通道。此外，在该实施例中，将绝缘窗口固定在等离子体源的壳体壁上所需的结构或结构面积最小。
图6A所示为本发明的腔室壳体72的又一实施例。壳体72有着与图1的壳体2相同的总体形状，但是在其各侧有一大面积的开口74，该开口74由构成开口74的凹形部分76包围。各开口74完全被由例如氧化铝制成的硬绝缘板78覆盖。各板78是单件的绝缘体，由扁平的基部80和多个垂直延伸的肋条82组成，该肋条以直角从基部80凸出。板78的尺寸能延伸到完全跨过开口74和凹口部分76。
壳体72还有多个由导电材料例如铝制成的细长负载支承件86。各支承件86有T形截面，并位于两相邻肋条82之间，并且在其上端和下端与壳体72的顶部和底部边缘固定连接。部件86起到静电屏蔽的导电件的作用，且重要的是这些部件与壳体72的顶部和底部都有很好的RF电接触。通过用机械螺钉(未示出)将各部件86的上端和下端固定在壳体72的顶部和底部边缘上，可以提供令人满意的接触和可靠的机械连接。因为部件86由金属制成并因而相对无弹性，优选是在各部件86与基部80的相应部分之间布置有一层弹性材料。一个这样的部件88如图6A中的虚线所示。
作为图6A所示实施例的一种可选形式，静电屏蔽可以由在各板78的外表面上的金属涂层提供，如图6B所示。该涂层可以呈分别位于两相邻肋条82之间的单独条带的形式。在本实施例中，肋条82缩短，这样，它们的端部与各板78的上下边缘间隔开。上下窗口托架89(图6B中仅示出了上托架89)沿各板78的上下边缘延伸，并提供有容纳肋条82端部的槽口和与该肋条82互锁的凸出部分。这些凸出部分与涂敷的金属涂层直接接触。窗口托架89将各绝缘板78的整个周边固定在壳体72的相应开口中。托架89螺栓连接在壳体72上，如图6B所示。
各托架89有某些如图6C所示的固有特征。尤其是，图6C表示了O形密封环40和40”以及泄漏检查孔52’。在图6A和6B所示的两实施例中，在腔室存在真空时，各绝缘板78必须能承受由于有向内的压力而施加的弯曲力矩。这就是肋条82的主要目的。
在图6A所示实施例和前述的可选方式中，各绝缘板78通过至少两个保持在槽41中的O形环而与其相应的凹口部分76气密密封。优选是，通过提供由一空间分开的双重弹性体密封件而获得密封，例如环40和40’，该空间通过一系列通道例如通道52而由壳体内部连到外部，从而使技术人员能检测液体泄漏或真空泄漏。
图7是当从腔室区域10内向上看时，表示腔室2的壁和壁12的底部表面的剖视平面图。壁12装有一系列处理气体引入管90，该引入管90有垂直延伸的进口部分92，该进口部分穿过固定在壁12中开口98内的绝缘体插入件96并由该插入件96支承。插入件96和该组件的其它绝缘体部分可以由例如PTFE制成。各管90有水平延伸的出口部分94，该出口部分在其相应的进口部分92之间延伸。各管90的出口部分94有一排出口孔或注入喷口94’(图8A和8B)，该出口孔或注入喷口94’沿出口部分的长度方向延伸。
管90的出口部分94可以布置于待处理基片上面的一定高度处，从而能使最佳的气体种类到达该基片。当出口部分94和基片之间的距离增加时，管90之间的间距可以增加，同时使到达基片的离子化气体的密度保持近似均匀。当然，管90之间的间距的增加导致管数目的减少。不过，对于某些处理，希望使管90的出口部分更靠近基片。例如，当希望减小在气体离子化和生成的离子与基片接触之间的时间时就可以这样做。
各气体注入管的输入部分与流量调节阀或单独的质量流量控制器相连，以便控制气体从进口总管(未示出)的注入。通过控制进入各管90的各端的气体流量，可以获得各种气体注入剖面，如下面所述。
在壁12的中心处有一呈漏斗形通道形式的观察孔99。该漏斗形通道的角度是这样，即，它提供了一个包含正进行处理的整个基片的观察区。观察孔99可以仅仅用于视觉监视该室及其处理过程，或者它可以包含一个需要光学进入该室内部的检定系统。
经过一定时间后，气体引入管90的外表面将涂有一层处理气体的残余物。根据本发明的又一特征，可以通过在清洁壳体2内部的过程中向管道90施加RF偏压而从管90上除去该涂层。
现在，通常通过单独的清洁处理而对蚀刻或沉积室定期进行这样的清洁，其中，该室是在区域10内安装有基片的情况下进行清洁的。区域10装满气体，该气体被离子化成等离子体时，能从壳体2内表面上将残余物涂层除去，且产生RF场的等离子体在区域10内生成。对于晶片处理，该清洁处理通常在比普通的处理压力高得多的压力下进行，以便通过增加等离子体中的原子或离子的数目而提高化学处理的速度。向壳体2的部件施加RF偏压也能提高残余物的除去速度。
还知道可以在壳体外部和壳体的绝缘壁后面安装金属电极并向电极施加一定电压，以便向该壁提供偏压和提高清洁速度。例如，该类型的结构在Wayne Johnson的待审的临时申请60/065794中进行了说明，该临时申请的题目为“ALL RF BIASABLE AND/OR SURFACETEMPERATURE CONTROLLED ESRF”。
向管90施加RF偏压可以增加离子在管90内撞击的能量，从而提高将残余物从内部壁面侵蚀掉的速度和效率。离子撞击可以认为是增加了被撞击表面的表面温度，从而提高化学反应速度。
优选是，注入管90由阳极化的铝制成或由插入由石英或氧化铝制成的绝缘管鞘套内的金属管部件构成。
为了能向管90施加清洁的RF偏压，需要使管90与外壳4的壁电绝缘。该绝缘是必须的，这样，等离子体不会在传送气体的管内产生。在正常工作时将不施加该偏压，只在定期清洁时施加该偏压。气体注入管的RF偏压是定期施加的，以便清洁外部表面(或处理面)。在蚀刻过程中，在管表面可能形成杂质。为了使长期的微粒污染减至最小，注入管的外部表面(除了该室内的全部表面以外的表面)必须在清洁过程中进行清洁。该RF偏压将产生DC自偏压(和所形成的穿过鞘的平均压差)，该DC自偏压再影响传递给注入管表面的平均离子能。
当该管由导电材料制成时，需要一电容器，以便能使它们通过自偏压而充电。
为了防止在施加RF偏压的过程中在注入管的内部容积内产生等离子体，可以在管内使用束缚物，其通过利用绝缘体表面区域而使击穿(breakdown)减至最小。一个实例是如在半导体工业中所用的在气流通道中的一束绝缘体材料(石英)毛细管，以便将处理气体传送到上部电极插入板。
图8A和8B所示为向注入管90提供RF电压的结构的详图。图8A是剖视图，图8B是一注入管90的进入区的底部平面图，处理气体通过该进入区而供给，RF偏压通过该进入区而施加。该组件在上壁12内。处理气体由标准气体管道供给，并利用标准接头102而装入气体注入系统，如图所示。绝缘体插入件96使接头102与环绕进口部分92的导电底座环104绝缘。RF电压通过标准连接法兰、RF连接接口108和RF内部导体110而施加到环104上，该标准连接法兰在各匹配网络的输出口处，该RF内部导体110与底座环104形成一个单元。输入到气体注入RF偏压组件的RF供给(feed)是由内部导体110、外部导体114和夹在两导体之间的绝缘体116构成的标准供给。内部导体110安装在与气体注入管90接触的基座环104上，外部导体114与支承板120成一体。绝缘体插入件96和116使外部导体114及其支承板120与内部导体110和环104绝缘。
根据本发明，利用图7所示的注入管结构，通过对气体进口压力、气体流速和各管90内的注入喷口(94’)的总面积中的一个或多个进行合适选择，可以控制处理气体在区域10内的分布。下面将参考图7、9、10A和10B说明进行该控制的关系。
如图7所示，处理气体通过一系列注入管90进入区域10，该注入管90的出口部分94在位于外壳壁12下面选定垂直距离处的公共的水平面内，该壁构成泵的总管板。不过，并不必须使全部注入管90在一个公共的水平面内。实际上，改变它们相对于晶片平面的垂直间距可能也有利。
注入管90在一个水平方向上等间距(间距d)分布。如图9所示，各管90的出口部分94在经过区域10的水平方向上有长度2L。如本文前面所述，管90的数目和它们的间距d可以变化，以便获得选定的处理结果。同样，长度2L也根据所希望的处理结果而进行选定。各注入管90沿其整个长度(即沿其进口和出口部分)的横截面积为A1，各管90的出口部分94有N个注入喷口(在图8A和8B中的94’)，每个注入喷口的横截面积为A2。因此，一个管90中的注入喷口的总出口面积A2T＝NA2。该注入喷口均匀地间隔开，相邻注入喷口的中心线之间的间距为Δl。气体以进口压力Pt并在各端(即在各进口部分)以容积流量Q向管90的两端供给。这也将在对图9的说明中详细介绍。各管90的横截面积并不必须为常数，注入喷口也不必须为等间距。对注入喷口分组可以有利于另外对气体注入的控制。
将注入系统设计成用于将处理气体引入大容积的处理室区域10，在该区域10中保持真空压力Pc。气体是以亚音速引入的，即M＝v/a＜0.3-0.5，其中M是马赫数，v是气体在各出口孔处的速度，a是本地音速。
根据本发明，气体在管90的出口部分94的整个长度上的出口速度分布或梯度能够通过合适选择在管90两端的流量Q和进口总压Pt而进行控制。所建立的特定梯度将影响整个基片表面的等离子体辅助处理的均匀性。
当进入一注入管90的流量Q较高时，出口速度分布是这样，即该速度在管的出口部分的长度方向的中点处最大，并朝两端逐渐减小。另外，当流量Q较低时，速度分布是这样，即在管出口部分94的端部获得最大速度。因此，可以通过调节进口容积流量Q来控制沿管90出口部分长度方向的速度分布，或者是跨度方向的速度分布。
为了清楚起见，下面将对术语“高流量”和“低流量”进行定义。“高流量”是指气体动量相对于注入管与处理室气体之间的压力差来说较大时的情况。类似的，“低流量”是指气体动量相对较小时的情况。在高流量情况下，横向压力梯度不足以使“高”动量流体折弯并通过相邻注入喷口而使其加速；因此，主要机理是气体减速直至在管90出口部分94长度方向中点处达到停滞压力，在该位置，动量消减为零，并能获得足够的压差。在出口部分中点处的停滞流仅仅是从注入管的两端引入处理气体的结果。在低流速情况下，气体动量是这样，即在进口压力和处理室区域10内的压力之间的压力差的作用下，气体将通过在注入管的出口部分的端头处的开口而溢出；当气体通过连续的注入喷口94’溢出时，管90的出口部分94内的压力减小。
通过更精确的方法，能够更清楚地证明上述说明。考虑在图9所示坐标系中动量的横向等式。假设为稳定和两维的流动，忽略粘性，动量横向等式变成-1ρ∂P∂r=vz∂vr∂z+∂vrvr∂r---(1)]]>该径向压力梯度由两项进行平衡第一项表示气流方向动量(方向z)转化成径向动量(方向r)，第二项表示径向流的径向加速度。参考图9，该注入管的设计取决于一组独立的参数，包括ρ0，Q，Pt，Pc，A1，A2t，Δl和L。注意到，该参数表不包括注入喷口94’的数目N和它们各自的横截面积A2，因为N＝2L/Δl和A2＝A2T/N。忽略可压缩性(对于M＜0.3来说是很好的假设)，动量的径向等式用以下无量纲关系表示z*=zΔl---(2a)]]>r*=A2Tr2A1Δl----(2b)]]>vz*=A1vzQ----(2c)]]>vr*=A2Tvr2Q---(2d)]]>P*=PΔP---(2e)]]>ρ*=ρρ0---(2f)]]>其中ΔP＝Pt－Pc；ρ表示局部密度，ρ0表示在停滞状态时的密度。径向长度和速度标尺是通过连续性而获得的。由此获得动量的无量纲径向等式。∂P*ρ*∂r*=B*(vz*∂vr*∂z*+vr*∂vr*∂r*)---(3)]]>其中，确定了无量纲参数B*=4ρ0Q2A2T2ΔP----(4)]]>当B*＞＞1时，这与高流量相对应，这时压力梯度不足以使气流方向动量明显转向，因此，在注入管的出口部分的中点或中心有更大的出口速度。相反，当B*＜＜1时，这与低流量相对应，这时情况正相反。所产生的速度分布如图10A和10B所示。
这样，当B*＝1时，气体出口速度沿管90的出口部分94的长度方向是常数。对于许多处理，这是优选的出口速度分布情况。不过，也有优选是B*≠1的情况。例如，在区域10内产生的RF场可以在垂直于区域10垂向中心轴的径向方向上变化。在这种情况下，具有如图10A和10B中的一个所示形式的气流速度变化形式可以用于补偿RF场的变化，以便在基片的整个表面产生均匀的处理结果。
对B*定义的仔细研究可以了解注入管90的设计。例如，通过进行以下参数变化中的任意一个而其它全部参数保持恒定，就可以获得B*＞＞1的状态，该参数变化包括增加Q(增加气体动量ρ0V)；减小ΔP(减小弯转力)；和减小A2T(提供更大的流阻)。
通常，在给定的Pc值、进口压力和流速之间有一固定的关系，不过，也可以独立控制进口总压和质量流量。这需要在系统中用节流阀调节总压损失。例如，在涡轮分子泵上游的节流阀可以调节该室的压力，在注入管上游的压力调节器可以调节总压。
考虑到前述独立的有量纲参数表，能够定义一均匀度的参数u＝P(z＝0)－P(z＝L)，这样，无量纲的均匀度u*＝u/ΔP有以下形式u*=u*(B*,ΔlL,ΔPPc,A2A1,A1L2)---(5)]]>我们考虑后面四个的参数到零时的渐进极限，即注入喷口的数目很大(Δl/L→0)，压力差相对于其绝对值很小(ΔP/Pc→0)，各注入喷嘴的面积A2与注入管的横截面积相比很小(A2/A1→0)，注入管与其直径相比很长(A1/L2→0)。对于B*≈1的标准状态是Δl＝1.0cm，L＝50cm，N＝100，A1＝1.77cm2，A2＝0.0079cm2，Pc＝500mTorr，Pt＝600mTorr，Q＝160sccm(或Qtot＝320sccm)。
根据本发明的不同可选方式，可能希望气流在气体注入喷口94’处堵塞。当穿过注入喷口94’的压力比(即注入管内部的总压与注入喷口的出口外部周围的处理室压力的比值)足够大时，注入喷口处于“堵塞”状态，这时，当背压(或处理室压力)进一步降低或进口总压增加时，容积流量都不变。实际上，质量流量仅由于进口总压增加(从而影响气体密度)而增加。因为在注入喷口出口处的容积流量是不变的，且注入喷口出口面积也为常数，这意味着出口速度为常数。不过，可以重新分布注入管90的注入喷口94’，以便影响进入室中的质量流分布。因此，质量流分布可以设计成如图10A和10B中一个所示的方式。例如，当注入喷口94’朝注入管90的端头聚集时，可以得到类似于图10B的质量流分布。相反，当注入喷嘴94’朝注入管的中心聚集时，可以得到类似于图10A的质量流分布。此外，在远离注入平面处(大约10至20个注入喷口直径)，速度分布将类似于这样的分布形式。
采用气体注入管有多个优点，即气体注入管的RF偏压能够周期清洁外部表面；相邻管分别在垂直面和/或水平面上的可变布置使得各注入管位于基片上面的不同垂直高度处，以便提高对处理的控制；可选择注入喷口的分布，以便改变进口质量流的分布；能进行超音速或亚音速注入；以及对注入管的气体动量进行调节，以便对亚音速注入的质量流重新分布。
如本文前面参考图1和图2所述，本发明的等离子体源包括多个在处理操作过程中持续从区域10中抽气的泵18。各泵18主要起到区域10的辅助部分的作用。高速处理需要很高的气体流通量，以便产生所希望数量的表面化学反应。处理需要很高的气体流通量和很高的等离子体密度。在本文所述实施例中采用的大量的泵提供了很高的泵送能力，该泵送能力对获得大面积基片的高处理速度是必须的。各泵装有节流控制阀，如图1中22所示，该控制阀能调节该泵的泵送速度。通过单独控制各泵18的泵送速度，可以有多种变化的泵送速度剖面。各泵18可以由任意类型的目前用于等离子体处理装置的泵构成。对于一个非限定实施例，各泵18可以是涡轮分子泵或涡轮泵，可以有或者没有前级泵。
如图1和2所示，本发明的装置可以装备有16(4×4)个泵18。各泵可以是位于顶壁12的1000升/秒的涡轮泵。处理气体由于动量而从注入管90中的注入喷口94’朝向基片，该动量由处理气体从注入喷口出来时的速度产生。与基片反应后，未反应的处理气体和挥发性反应产物通过泵18而除去。为了使反应产物与引入的处理气体的相互影响最小，形成向外的压力梯度，以便偏压反应产物，使其流向外壁，然后向上流向泵。这可以通过减小在板12中心附近的泵18的泵送速度而实现，例如通过稍微关闭这些泵的阀以便减小它们的泵传导率。这样，下部室的压力方向可以朝着该室壳体2、2’的壁。
尽管上述说明是参考本发明的特殊实施例而进行的，但是应当知道，可以在不脱离本发明精神的情况下进行多种变化。附加的权利要求将包括这些将落入本发明的真正范围和宗旨内的变化。
本发明的等离子体源可以包括一个普通的夹盘，以便夹持待处理的基片或晶片。该夹盘可用于大多数普通的等离子体源。除了夹持基片，该夹盘也可以向基片施加RF偏压和加热该基片。因此，对于大面积处理，该夹盘可由多个部分构成。
因此，目前所述实施例完全是为了进行说明，而不是进行限定。本发明的范围由附加的权利要求表示，而不是由前面的说明表示。所有与权利要求的意思和范围等效的变化都将包含在本发明的范围内。
权利要求
1.一种包围用于对大面积基片进行等离子体辅助处理的大面积等离子体源内的等离子体区的腔室壳体，所述腔室壳体包括一壳体件，该壳体件构成基本垂直延伸的壁，该基本垂直延伸的壁环绕着对应于等离子体区的空间，所述壳体件有多个开口和导电件，该导电件形成环绕该空间的静电屏蔽；多个绝缘件，每个绝缘件有外周缘，且每个绝缘件布置成封闭一个相应开口；以及密封件，该密封件在所述壳体件和各所述绝缘件的外周缘之间形成气密密封。
2.根据权利要求1所述的腔室壳体，其中所述壳体件有多个凹口，各所述开口形成于各凹口内，所述密封件布置于各所述绝缘件的外周缘和所述凹口之间。
3.根据权利要求2所述的腔室壳体，其中所述壁呈多边形，有多个平侧面。
4.根据权利要求3所述的腔室壳体，其中各所述侧面有单个开口。
5.根据权利要求4所述的腔室壳体，其中所述导电件是在所述壁的上下边缘之间延伸并固定在该上下边缘上的金属杆，各所述金属杆穿过各开口而延伸。
6.根据权利要求5所述的腔室壳体，还包括介于所述金属杆和所述绝缘件之间的弹性件。
7.根据权利要求3所述的腔室壳体，其中各所述侧面有多个开口。
8.根据权利要求7所述的腔室壳体，其中所述导电件由所述壁的在所述壁顶部和底部边缘之间延伸的部分构成，并介于所述开口之间。
9.根据权利要求8所述的腔室壳体，其中各所述绝缘件有一伸入所述开口的凸出部分。
10.根据权利要求3所述的腔室壳体，其中所述平侧面垂直延伸。
11.根据权利要求3所述的腔室壳体，其中所述壁呈截头的金字塔形。
12.根据权利要求2所述的腔室壳体，其中对于各所述绝缘件，所述密封件包括两个布置于所述绝缘件和其相应凹口之间的交界面处的环形密封件，所述密封件沿该交界面间隔开；所述壁有通道，该通道的第一端与该交界面连通，第二端远离该交界面；所述壳体还包括与所述通道的所述第二端相连的压力监测装置，以便监测流体通过所述密封件中的一个的泄漏。
13.一种用于在等离子体区中对大面积基片进行等离子体辅助处理的大面积等离子体源，所述等离子体源包括如权利要求1所述的腔室壳体；一环绕所述壳体的线圈，用于在等离子体区中产生RF场；一外壳件，该外壳件环绕所述壳体和等离子体区；气体注入装置，该气体注入装置穿过所述外壳件延伸，以便将可离子化的处理气体引入该等离子体区；基片支承装置，以便支承将在该等离子体区中进行处理的基片；以及至少一个泵，该泵用于将气体泵送出等离子体区，以便在该等离子体区内保持低压。
14.根据权利要求13所述的等离子体源，其中所述气体注入装置包括至少一个气体注入管，该气体注入管包括至少一个进口部分，以便接受可离子化处理气体的供给；以及一个出口部分，该出口部分有多个注入喷口，通过该注入喷口，可离子化处理气体从所述进口部分传送到等离子体区，其中，所述出口部分平行于在所述基片支承装置上支承的基片而延伸。
15.根据权利要求14所述的等离子体源，其中所述至少一个气体注入管有两个进口部分，所述出口部分介于所述两个进口部分之间。
16.根据权利要求15所述的等离子体源，其中所述至少一个气体注入管的所述出口部分在所述两个进口部分之间以直线延伸。
17.根据权利要求16所述的等离子体源，其中所述至少一个气体注入管包括多个气体注入管，该多个气体注入管在平行于所述基片支承装置上支承的基片的平面内彼此间隔开。
全文摘要
一种包围用于进行大面积基片的等离子体辅助处理的大面积等离子体源内的等离子体区(10)的腔室壳体(2),所述腔室壳体(2)包括:一壳体件(2),该壳体件构成基本垂直延伸的壁(4),该壁环绕着对应于等离子体区(10)的空间(6),所述壳体件(2)有多个开口(32),导电件形成环绕该空间的静电屏蔽;多个绝缘件(36),每个绝缘件有外周缘,且每个绝缘件用于封闭一个相应开口(32);以及密封件(40、40’、42、42’),该密封件在所述壳体件和各所述绝缘件(36)的外周缘之间形成气密密封。
文档编号H05H1/00GK1334885SQ99815305
公开日2002年2月6日 申请日期1999年12月10日 优先权日1998年12月30日
发明者韦恩·L·约翰逊 申请人:东京电子株式会社