专利名称：在衬底沉积装置中使用高频扼流器的装置和方法
技术领域：
本发明涉及高频或射频(RF)扼流器，特别涉及用于等离子体处理室的RF扼流器。
背景技术：
随着各种技术的不断进步，衬底处理室在尺寸上有所增加以适应更大的衬底。更大的衬底处理室会需要用于在衬底处理室中执行衬底等离子体处理的RF功率的增加。需要提供一种装置和方法以允许现有的处理室成本效率得到增强从而支持使用更高RF功率的处理操作。
发明内容
本发明提供了一种衬底沉积装置，其包括连接到气体源的气体管、RF功率源以及衬底处理室。该气体管适于将来自气体源的气体传送到衬底处理室，并且该RF功率源适于将RF功率耦合到衬底处理室中。而且，RF扼流器连接到RF功率源和气体源，其中该扼流器适于衰减RF功率源与气体源之间的电压差。
从下面的详细描述、所附的权利要求书和附图中，本发明的其它特征和方案将会变得更加充分明显。
图1示出了按照本发明第一实施例的衬底处理装置的示意图；
图2示出了按照本发明第一实施例的图1中的衬底处理装置中的RF扼流器的透视图；图3示出了按照本发明第二实施例的衬底处理装置的示意图；图4示出了按照本发明第二实施例的图3中的RF扼流器的透视图；图5示出了按照本发明第三实施例的衬底处理装置的顶部示意图；图6A、6B、6C和6D分别示出了按照本发明第三实施例的RF扼流器的透视图、侧视图、端视图和详细视图。
具体实施例方式
衬底处理室可以适于使用远程产生的“清洗”等离子体执行清洗处理，该“清洗”等离子体经由用于向该处理室传送常规处理气体的相同通道传送到该处理室。因而，清洗处理可以使用清洗等离子体管，其可以连接到位于该衬底处理室外部的RF功率源。因此，RF功率源可以既连接到衬底等离子体处理室又连接到清洗等离子体管。该清洗等离子体管可以连接到气体源和RF功率源。然而，这可能会导致RF功率源和气体传送设备之间产生不期望的电耦合问题。为了避免这一问题，根据本发明，可以使用一种设备以电去耦(decouple)或者衰减RF功率源与气体源之间的电压差。这可以通过在RF功率源和气体传送设备之间设置诸如介电气体管(例如，陶瓷等离子体管)的设备而实现，其中该介电气体管也可以用作清洗等离子体管。然而，这会由于气体源与RF功率源之间电压差的不均匀衰减而导致局部的高密度电场，该局部高密度电场会在衬底处理期间在共享的介电气体管/清洗等离子体管中产生不期望的等离子体。
在等离子体照射(ignite)到等离子体管中之前，电压的更均匀衰减可以允许相对高的RF功率传送到衬底处理室。换句话说，本发明可以用于在使用较高RF功率进行衬底处理期间防止在清洗等离子体管中形成处理等离子体。可以在RF功率源和气体传送装置之间设置电阻并且该电阻可以确保在RF功率源和气体传送系统之间电压差的大致均匀衰减。然而，该电阻可能比较昂贵、易于受到损害并且占据不期望的空间量。因此，需要一种经济而紧凑的装置，该装置适于确保来自RF功率源和气体传送装置的大致均匀的电压衰减。
按照本发明，提供了一种RF扼流器。在第一实施例中，该RF扼流器可以包括围绕空塑料心或者构件(form)缠绕的金属线。该塑料心可以包括在表面车床加工的凹槽以允许该金属线横贯该塑料心长度而形成线圈。或者，在RF扼流器的第二实施例中，可以提供具有介电涂层的金属线。当金属线围绕诸如构件或者管的物体缠绕时，通过该金属线导电部分上的介电涂层的厚度而形成该金属线之间的螺距。
该RF扼流器可以电连接到气体源、RF功率源和衬底处理室。与RF功率源的连接的RF扼流器，尤其是螺旋金属线会沿着金属线的长度方向产生压降。按照前两个实施例，通过将金属线缠绕在线圈上，可以实现沿着金属线长度方向的大致均匀的压降。从而，可以实现和/或重复衬底处理室和/或气体管中引发等离子体的压降。下面将描述本发明的这些方面。
图1示出了按照本发明第一实施例的衬底处理装置100的示意图。该衬底处理装置100(例如，示例为由CA，Santa Clara的AKT公司制造的等离子体室型号15K、20K、25K和/或25KA)可以包括围绕气体管104共轴设置的独创的RF扼流器102。该气体管104(例如，由陶瓷、石英和/或其它形成)可以通过气体传送设备108(例如，不锈钢气体管线、气体分配组块和/或其它)连接到气体源106(例如，气路板、气体管线和/或其它)。而且，气体管104可以经由室分配设备112(例如，不锈钢管、车床加工的铜组块、莲蓬头和/或其它)连接到衬底处理室110。该可以围绕气体管104共轴设置的RF扼流器102电连接到气体传送设备108。如上所述，气体传送设备108可以连接到气体源106。此外，RF扼流器102可以经由RF传送设备116(例如，同轴电缆、母线和/或其它)连接到RF功率源114(例如，RF发生器和匹配网络、可变频率网络和/或其它)。
参照图1，在衬底处理室100中执行衬底制造工艺期间，RF功率源114可以将RF功率耦合到RF扼流器102和/或衬底处理室110。而且，气体源106可以经由气体传送设备108、气体管104和/或室分配设备112向衬底处理室110提供工艺气体。按照这种方式，可以在衬底处理室110和/或气体管104中形成等离子体。
仍然参照图1，可以通过流入气体并且将RF功率耦合到室分配设备112而在衬底处理室110中形成等离子体。可以使用该等离子体在衬底上执行材料去除和/或沉积工艺(例如，CVD、蚀刻和/或其它)。在材料去除和/或沉积工艺期间，室分配设备112的电压电平(Vbs)是已知的和/或可重复的，以在衬底处理室110中产生等离子体而不在气体管104中形成等离子体。
或者，在衬底处理室110中可能需要执行清洗工艺。可以通过经由气体传送设备108(例如，远程等离子体清洗源)向气体管104中流入清洗等离子体气体而执行清洗工艺。在流入清洗等离子体气体期间，RF功率源114可以经由RF传送设备116将RF功率耦合到RF扼流器102。按照这种方式，可以在气体管104中维持等离子体。而且，在气体管104中产生等离子体处的室分配设备112的电压电平(Vbs)是公知的。该等离子体可以提供诸如氯的反应物，其经由室分配设备112流入衬底处理室110以执行清洗工艺。
再次参照图1，可以通过控制沿着RF扼流器102长度方向的电压分配而按照公知的和/或重复的方式维持气体管104中的等离子体。例如，通过沿着RF扼流器102的长度方向大致均匀的分配电压，可以确定将等离子体维持在气体管104中(和/或在一些实施例中，产生等离子体或者防止反应物重新组合为更稳定的状态)的由RF功率源114输出的RF功率并且从而使得由RF功率源114输出的RF功率更加具有可预见性和/或可重复性。另外，从远程等离子体气体源106流入到气体管104的不同气体成分可以在不同Vbt电压电平形成等离子体。因而，对于各种气体成分，可以在气体管104中引发(induce)等离子体的电压电平Vbt是公知的和/或可重复的。
图2示出了按照本发明第一实施例的RF扼流器102的透视图。RF扼流器102可以包括铁心200(例如，空的塑料圆柱体或者其它)、螺旋金属线202(例如，17AWG镍-铬或者其它)、气体端部螺栓204(例如，不锈钢螺栓或者其它)和RF端部螺栓206(例如，不锈钢螺栓或者其它)。
参照图2，铁心200可以设置在通过螺旋金属线202形成的大致圆柱形形状的内部并且用作支撑螺旋金属线202的构件。而且，铁心200可以包括其表面上的连续凹槽208，在该凹槽中设置螺旋金属线202以维持该金属线的位置并且防止线圈短路。在铁心200的第一端上，气体端部螺栓204可以同时连接到螺旋金属线202和铁心200。部分气体端部螺栓204可以从铁心200的第一端突出。此外，RF端部螺栓206可以同时连接到螺旋金属线202和铁心200。部分RF端部螺栓206可以从铁心200的第二端突出。螺旋金属线202可以经由RF端部螺栓206连接到RF传送设备116。此外，螺旋金属线202也可以经由其它端部螺栓204连接到气体传送设备108。
仍然参照图2，在衬底和/或清洗工艺期间，RF端部螺栓206可以通过RF功率源114而被电激发到一电压，Vbs和/或Bbt或者任何其它合适的电压。此外，气体端部螺栓204可以为地电压或者接近地电压(例如，接近零电压等)。因而，螺旋金属线202可以具有沿着金属线的长度的压降，其大致等于Vbs和/Vbt或者任何其它合适的电压。而且，沿着螺旋金属线202的长度的压降可以大致均匀。通过施加大致等于Vbs和/或Vbt或者任何其它合适电压的大致均匀的压降，可以大致确定和/或重复来自RF功率源114的RF功率输出，该功率输出可以在气体管104和/或衬底处理室110中维持(或者引发照射)等离子体。
图3示出了按照本发明第二实施例的衬底处理装置300的示意图。该衬底处理装置300可以包括设置在气体管104周围的绝缘RF扼流器302。气体管104可以经由气体传送设备108连接到气体源106。而且，气体管104可以经由室分配设备112连接到衬底处理室110。设置在气体管104周围的绝缘RF扼流器302可以电连接到气体传送设备108。如上所述，气体传送设备108可以连接到气体源106。此外，绝缘RF扼流器302可以经由RF传送设备116(例如，同轴电缆、母线及其它)连接到RF功率源114(例如，RF发生器和匹配网络、可变频率网络及其它)。
图4示出了按照本发明第二实施方式的RF扼流器302的透视图。该绝缘RF扼流器302可以包括绝缘的螺旋金属线304、气体端部螺栓204和RF端部螺栓206。气体端部螺栓204可以将绝缘RF扼流器302连接到气体传送设备108。而且，RF端部螺栓206可以将绝缘RF扼流器302连接到室分配设备112。
在操作上与第一实施方式类似，在衬底和/或清洗工艺期间，RF端部螺栓206可以被RF功率源114电激发到一电压。此外，气体端部螺栓204可以为接近地电压的电压电平。因而，绝缘螺旋金属线304可以具有沿着金属线的长度的压降，其大致等于电压Vbs和/或Vbt或者任何其它合适的电压。而且，沿着绝缘螺旋金属线304的长度的压降可以大致均匀。按照这种方式，来自RF功率源114的RF功率输出可以大致为已知的或者可重复的，该RF功率输出可以在气体管104中引发等离子体照射。
转到图5，其示出了处理室的盖体502，其包括经由由RF扼流器510围绕的气体管508与扩散体506(引入处理室)流体连通的远程清洗等离子体源504。可以使用盖体502将能量(例如，RF、微波等)耦合给流体并且将该流体分配到处理室。气体管508可以经由气体输入512连接到扩散体506。匹配网络514可以连接到RF扼流器510和盖体502。接地连接器516可以将远程清洗等离子体源504和RF扼流器510连接到地电压(例如，大致零伏特)。
参照图5，远程清洗等离子体源504可以提供流体。可以在处理室中使用该流体以处理衬底、清洗室或者进行任何其它合适的操作。该流体可以是气态物质(例如，气体、汽化水等)或者任何其它适于在处理室中使用的流体。此外或者可选，可以离化该流体(例如，变为等离子体)或者给予其它类似特性以在处理室中执行处理。远程清洗等离子体源504可以包括铝和/或任何适于提供流体的材料。例如，在相同或者可选的实施例中，部分远程清洗等离子体源504可以包括陶瓷部件以确保不在流体和盖体之间交换能量(例如，电能)。
远程清洗等离子体源504可以适于提供流体以进行处理。例如，远程清洗等离子体源504可以适于汽化水以形成气态水(例如，水蒸气)。处理室可以使用该流体。
扩散体506可以包括阳极氧化铝，尽管可以使用任何适合的材料分配流体。如图5所示，扩散体506可以具有平面环形形状，当然也可以采用任意气体适合形状和/或结构。该扩散体506也可以具有适于使流体流入处理室的孔。如上所述，扩散体506可以经由气体管508与远程清洗等离子体源504流体连通。
可以使用扩散体506按照期望的方式分配流体。例如，可以期望在处理室内均匀分配流体以确保均匀处理。或者，扩散体506可以按照非均匀的方式分配流体以确保流体集中在处理室的期望区域中。
如图5所示，气体管508可以是单个圆形管508，尽管可以使用任何合适的形状和/或结构。气体管508可以包括阳极氧化铝，尽管可以使用任何合适的材料或者材料组合。
气体管508可以适于将流体从远程清洗等离子体源504传输到扩散体506。气体管508也可以将流体与电源或者其它能量源绝缘(例如，电绝缘)。通过将流体与能量源绝缘，气体管508可以确保期望量的能量耦合到流体上。此外或者可选，气体管508可以适于支撑本发明的其它组件。例如，下面将要讨论，气体管508可以适于机械支撑本发明的其它组件。
仍然参照图5，RF扼流器510可以设置在气体管508周围。所示的RF扼流器510为设置在气体管508周围的单个线圈，尽管可以使用其它适合的结构。与上面参照图1-4所述的实施例类似，可以使用RF扼流器510将能量耦合到通过气体管508传输的流体上。气体输入512可以包括铝，尽管可以使用任何合适的材料。图5所示的气体输入512为管状，尽管可以使用任何合适的形状。气体输入512可以适于将气体管508连接到扩散体506。可以使用气体输入512将流体从气体管508传输到扩散体506。在相同或者可选实施例中，可以使用气体输入512将扩散体506与气体管508电绝缘。
匹配网络514可以连接到RF扼流器510和盖体502。匹配网络514可以包括本申请中没有详细讨论的其它组件。这些组件可以是感应器和/或电容，尽管可以使用其它合适的组件。匹配网络514的外部壳体可以是铝，尽管可以使用任何合适的材料。
匹配网络514可以适于经由扼流器510将源(例如，电源)连接到盖体502。可以使用匹配网络514以将提供为匹配网络514的电负载(例如，处理室、RF扼流器等的电负载)与所述源的负载相匹配。在相同或者可选的实施例中，匹配网络514可以经由RF扼流器510将能量耦合给处理室。
接地连接器516可以包括铝，尽管可以使用任何适合的材料。图5所示的接地连接器为管状设备，尽管可以使用任何合适的形状。接地连接器516可以适于将RF扼流器的端部510接地。在相同或者可选实施例中，接地连接器516也可以连接到远程清洗等离子体源504。通过将RF扼流器510的端部接地，经由匹配网络514耦合到RF扼流器510的能量可以通过RF扼流器接地。
图6A示出了适于容纳和支撑以共轴方式位于图5的气体管508周围的导电线圈604(所示为局部缠绕在构件周围的导电线圈)的RF扼流器构件602的透视图。图6B和6C示出了图6A的构件的侧视图和端视图。图6D示出了研磨在构件表面以使导电线圈彼此分隔和绝缘的凹槽的特写详细视图。注意到，所示的附图并不成比例并且可以调整其尺寸以适应使用不同RF功率量的不同尺寸的室。例如，由AKT公司制造的等离子体室型号40K可以使用比上述的型号25K或者15K更长的RF扼流器。
RF扼流器构件602可以包括诸如聚酰胺的塑料，尽管可以使用任何适合的材料。例如，RF扼流器构件602可以包括陶瓷材料和其它材料。RF扼流器构件602可以适于容纳和支撑导电线圈604，以下将参照图6B和6D对其进行描述。
参照图6B，RF扼流器构件602可以具有围绕RF扼流器构件602的外部表面606缠绕的导电线圈604。应该注意的是该导电线圈可以包括缠绕在RF扼流器构件602周围的连续金属线。在相同或者可选的实施例中，期望控制各金属线环的间隔。因此，RF扼流器构件602可以适于控制该间隔，这将在下面描述。
参照图6D，RF扼流器构件602可以适于通过该RF扼流器构件602外表面606中的凹槽608而容纳和支撑导电线圈604。导电线圈604可以设置在凹槽608中。
尽管所示的凹槽608为U形谷，但是可以使用任何适合的形状。例如，在可选实施例中，凹槽608可以为V形或者矩形形状。凹槽608可以是适于控制凹槽608中导电线圈604的金属线深度的任何合适的深度。而且，如图6D所示，凹槽608为沿着RF扼流器构件602长度形成的连续图形。在可选实施例中，凹槽608可以包括多个图形。
上面的描述仅公开了本发明的示例性实施例。很显然对于本领域的普通技术人员来说，在本发明的范围内可以对上面公开的装置和方法进行修改。因此，尽管结合其示例性实施例公开了本发明，但是应该理解，其它实施例也可能落入由下面的权利要求书限定的本发明的精神和范围内。
权利要求
1.一种衬底沉积装置，包括连接到气体源的气体管、射频功率源和衬底处理室，其中所述气体管适于将来自气体源的气体传送到衬底处理室，和所述射频功率源适于将射频功率耦合到衬底处理室；以及连接到射频功率源和气体源的射频扼流器，其中该射频扼流器适于衰减射频功率源和气体源之间的电压差。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体管设置在所述射频扼流器内部。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述射频扼流器包括缠绕为线圈的金属线。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述射频扼流器还包括设置在缠绕为线圈的金属线内部的铁心。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述铁心适于确保所述线圈的螺距基本一致。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述金属线涂覆有介电材料。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述射频扼流器还包括设置在缠绕为线圈的金属线内部的铁心。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体管包括介电材料。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述射频扼流器包括缠绕为线圈的金属线。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述射频扼流器还包括设置在缠绕为线圈的金属线内部的铁心。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述铁心适于确保线圈的螺距基本一致。
12.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述金属线涂覆有介电材料。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述气体管设置在线圈内部。
14.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述射频扼流器还适于大致均匀地衰减所述射频功率源和气体传送系统之间的电压差。
15.一种方法，包括提供气体管、气体源、射频功率源和衬底处理室；经由气体管将气体从气体源传送到衬底处理室；将射频功率耦合施加到衬底处理室；提供射频扼流器；通过射频扼流器衰减射频功率源和气体源之间的电压差。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述提供射频扼流器包括在气体管周围设置射频扼流器。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述提供射频扼流器包括提供缠绕为线圈的金属线。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述提供缠绕为线圈的金属线包括在气体管周围设置金属线。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述在气体管周围设置金属线还包括确保所述金属线的螺距基本一致。
20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述提供气体管包括提供介电材料。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述提供射频扼流器包括提供缠绕为线圈的金属线。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述提供缠绕为线圈的金属线包括在气体管周围设置金属线。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述在气体管周围设置金属线还包括确保所述金属线的螺距基本一致。
24.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述提供缠绕为线圈的金属线包括提供涂覆有介电材料的金属线。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述提供涂覆有介电材料的金属线包括在气体管周围设置涂覆有介电材料的金属线。
26.一种与衬底处理室一起使用的扼流器，包括形成为线圈的金属线；以及设置在线圈内部的构件，其中所述构件适于确保线圈的螺距基本一致，并且所述金属线涂覆有介电材料。
27.根据权利要求26所述的扼流器，其特征在于，还包括设置在所述构件内部的气体管。
28.根据权利要求26所述的扼流器，其特征在于，所述扼流器适于大致均匀地衰减射频功率源和气体传送系统之间的电压差。
全文摘要
本发明提供了一种衬底沉积装置。按照某些方面，该装置包括连接到气体源的气体管、射频功率源和衬底处理室。气体管适于将工艺气体和清洗等离子体从气体源/远程等离子体气体源运送到衬底处理室并且射频功率源适于将射频功率耦合施加到衬底处理室。而且，射频扼流器连接到射频功率源和气体源，其中射频扼流器适于衰减射频功率源和气体源之间的电压差以防止在衬底处理期间在气体管中形成等离子体。本发明还提供了许多其它方面。
文档编号C23F4/00GK1932077SQ20061012693
公开日2007年3月21日 申请日期2006年9月6日 优先权日2005年9月6日
发明者卡尔·A·索伦森 申请人:应用材料股份有限公司