具有含有开槽式螺旋波导的旋转微波等离子体天线的工件处理腔室的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请案要求于2015年1月30日、由michaelw.stowell所著、名称为“workpieceprocessingchamberhavingarotarymicrowaveplasmaantennawithslottedspiralwaveguide”的美国专利申请号14/609,883的优先权，所述美国专利申请号14/609,883要求于2015年1月7日、由michaelw.stowell所著、名称为“workpieceprocessingchamberhavingarotarymicrowaveplasmaantennawithslottedspiralwaveguide”的美国临时专利申请号62/100,595的利益。

本公开内容关注用于使用微波功率处理工件(诸如半导体晶片)的腔室或反应器。

背景技术：

可使用一种形式的电磁能量来执行对于工件(诸如半导体晶片)的处理，诸如(例如)射频(rf)功率或微波功率。可利用功率以例如产生等离子体，以执行基于等离子体的处理，诸如等离子体增强化学气相沉积(plasmaenhancedchemicalvapordeposition；pecvd)或等离子体增强反应离子蚀刻(plasmaenhancedreactiveionetching；perie)。一些处理需要极高的等离子体离子密度和极低的等离子体离子能量。这对诸如类金刚石(diamond-likecarbon；dlc)膜沉积的处理是事实，其中沉积一些类型的dlc膜所需的时间可为数小时，这取决于所期望的厚度以及等离子体离子密度。较高的等离子体密度需要较高的电源，且一般而言转化为较短的沉积时间。

微波源通常产生非常高的等离子体离子密度，同时产生低于其他源(例如电感耦接rf等离子体源或电容耦接rf等离子体源)的等离子体离子能量。由于此种原因，微波源将是理想的。然而，微波源无法符合横跨工件分布所需的沉积速度或蚀刻速度的严格的均匀度。最小均匀度可对应于少于1％的横跨300mm直径工件的处理速率变化。透过微波天线(诸如波导)将微波功率传递入腔室，所述波导具有面向腔室的介电窗口的槽(slot)。微波透过槽传播入腔室。天线具有周期性功率沉积模式，所述模式反映微波放射的波模式和槽布局，使得处理速率分布不均匀。这防止横跨工件分布的所期望的处理速率均匀度的实现。

对于处理速度的限制为可传递至处理腔室、而不伤害或过度加热腔室的微波窗口的微波功率量。目前，诸如石英板的微波窗口仅可承受低微波功率水平，在所述低微波功率水平下dlc沉积处理可需要数小时才能达到所期望的dlc膜厚度。微波窗口提供了腔室的真空边界且因此承受显著的机械应力，使得微波窗口容易受到过度加热所带来的伤害。

技术实现要素：

一种用于处理工件的反应器，反应器包含：腔室以及在腔室内的工件支撑件支撑表面；旋转耦合件，旋转耦合件包含固定式台与旋转式台，旋转式台具有旋转轴；微波源，微波源耦接至固定式台；旋转致动器；微波天线，微波天线耦接至旋转致动器与并覆盖工件处理腔室，微波天线包含：底板(floor)和天花板(ceiling)；第一螺旋壁，第一螺旋壁在底板和天花板之间延伸，且第一螺旋壁具有对应于旋转轴的螺旋轴，第一螺旋壁界定第一螺旋导管，第一螺旋导管具有第一导管端；第一多个口，第一多个口被沿着第一螺旋导管的长度间隔放置于底板中；轴向导管，轴向导管耦接至旋转式台；以及分配器波导，分配器波导包含输入和第一输出，输入耦接至轴向导管，且第一输出耦接至第一导管端。

在一个具体实施方式中，微波天线进一步包含：第二螺旋壁，第二螺旋壁在底板和天花板之间延伸并对齐螺旋轴，第二螺旋壁界定第二螺旋导管，第二螺旋导管具有第二导管端；第二多个口，第二多个口被沿着第二螺旋导管的长度在底板中间隔放置；其中分配器波导进一步包含第二输出，第二输出耦接至第二导管端。

在一个具体实施方式中，分配器波导包含：波导腔室，波导腔室覆盖微波天线并具有相应的开口，所述相应的开口对齐第一导管端和第二导管端的相应一个；以及第一反射性表面对，第一反射性表面对经设置角度以使波导腔室中的辐射偏斜进入相应的开口中。在一个具体实施方式中，微波天线进一步包含：第二反射性表面对，第二反射性表面对经设置角度以使来自相应的开口的辐射偏斜进入第一导管端和第二导管端的相应一个。

在一个具体实施方式中，第一反射性表面对以相对于对称轴45度定向。在一个具体实施方式中，第二反射性表面对以相对于对称轴45度定向。

在一个具体实施方式中，第一导管端和第二导管端位于微波天线的周围处，分配器波导跨越微波天线的直径。在相关的具体实施方式中，相应的开口被沿着所述周围彼此相距180度放置。

根据另一个方面，微波源包含：底板和天花板；第一螺旋壁，第一螺旋壁界定第一螺旋导管并在底板与天花板之间延伸，且第一螺旋导管具有螺旋轴和第一导管端；第一多个口，第一多个口被沿着第一螺旋导管的长度间隔放置于底板中；轴向导管；以及分配器波导，分配器波导包含输入和第一输出，输入耦接至轴向导管，且第一输出耦接至第一导管端。

在一个具体实施方式中，微波源进一步包含：旋转耦合件，旋转耦合件包含固定式台和旋转式台，旋转式台具有旋转轴，旋转轴与螺旋轴重合；微波源，微波源耦接至固定式台，轴向导管耦接至旋转式台；以及旋转致动器，旋转致动器耦接至旋转式台。

在一个具体实施方式中，所述源进一步包含：第二螺旋壁，第二螺旋壁在底板和天花板之间延伸，且第二螺旋壁对齐螺旋轴，第二螺旋壁界定第二螺旋导管，第二螺旋导管具有第二导管端；第二多个口，第二多个口被沿着第二螺旋导管的长度间隔放置于底板中；以及其中分配器波导进一步包含第二输出，第二输出耦接至第二导管端。

在一个具体实施方式中，分配器波导包含：波导腔室，波导腔室具有相应的开口，相应的开口对齐第一导管端和第二导管端的相应一个；以及第一反射性表面对，第一反射性表面对经设置角度以使波导腔室中的辐射偏斜进入相应的开口中。

在一个具体实施方式中，所述源进一步包含：第二反射性表面对，第二反射性表面对经设置角度以使来自相应的开口的辐射偏斜进入第一导管端和第二导管端的相应一个。

在一个具体实施方式中，第一反射性表面对以相对于对称轴45度定向，且第二反射性表面对以相对于对称轴45度定向。

在一个具体实施方式中，第一导管端和第二导管端在所述源的周围的两相对侧上。在一个具体实施方式中，相应的开口被沿着所述周围彼此相距180度放置。

根据另一个方面，一种反应器包含：工件处理腔室；第一螺旋波导导管，第一螺旋波导导管覆盖工件处理腔室并具有螺旋轴和第一导管端；第一多个口，第一多个口在第一螺旋波导导管中并面向工件处理腔室，且第一多个口被沿着第一螺旋波导导管的长度间隔放置；轴向导管；以及分配器波导，分配器波导包含输入和第一输出，输入耦接至轴向导管，且第一输出耦接至第一导管端。

在一个具体实施方式中，反应器进一步包含：旋转耦合件，旋转耦合件包含固定式台和旋转式台，旋转式台具有旋转轴，旋转轴与螺旋轴重合；微波源，微波源耦接至固定式台，轴向导管耦接至旋转式台；以及旋转致动器，旋转致动器耦接至旋转式台。

在一个具体实施方式中，反应器进一步包含：第二螺旋波导导管，第二螺旋波导导管对齐螺旋轴，第二螺旋导管具有第二导管端；第二多个口，第二多个口被沿着第二螺旋导管的长度间隔放置于第二螺旋波导导管中；以及其中分配器波导进一步包含第二输出，第二输出耦接至第二导管端。

附图说明

以上简要总结的本发明的实现上述示例性实施方式可被详细的理解的方式、对本发明更特定描述可以通过参考本发明的具体实施方式获得，所述具体实施方式示出在附图中。应当理解的是，本文并未讨论某些已知的工艺以避免模糊本发明。

图1a为第一具体实施方式的截面正视图。

图1b为图1a的具体实施方式中的微波天线的放大视图。

图2为沿着图1b的线2-2的截面平面图。

图3为图1b的具体实施方式的平面图。

图4为对应于图3的截面正交投影。

为了促进理解，已尽可能使用相同的参考数字指示附图中共通的相同元件。应当可以想到的是，可将一个具体实施方式的元件和特征有益地并入其他具体实施方式，而无需赘述。然而应注意到，附图仅示出此发明的示例性具体实施方式，且因此不应被视为对发明范围的限制，因为本发明可允许其他等效的具体实施方式。

具体实施方式

现在参照图1a和图1b，工件处理反应器包含腔室100，腔室100含有工件支撑件102。腔室100被侧壁104与天花板106围绕，侧壁104与天花板106由诸如介电材料的微波透明材料形成。在一个具体实施方式中，可将天花板106实施为以盘形形成的介电窗口108。旋转微波天线114覆盖介电窗口108。由传导屏蔽件122围绕微波天线114，传导屏蔽件122由圆柱形侧壁124与盘形帽126组成。在图2中绘制的一个具体实施方式中，微波天线114为盘形。

如在图1a中所示，以轴向波导116馈送微波天线114。透过覆盖的旋转微波耦合件118将轴向波导116耦接至固定式微波馈源(microwavefeed)120。旋转耦合件118包含固定式构件118-1和旋转式构件118-2。固定式构件118-1相对于腔室100为固定的，并连接至微波馈源120。旋转构件118-2连接至轴向波导116，且旋转构件118-2具有与微波天线114的对称轴114a重合的旋转轴。旋转式微波耦合件118允许微波能量从固定式构件118-1流至旋转式构件118-2，且微波能量的损失或泄漏可被忽略。作为一个可能的实例，可在固定式构件118-1与旋转式构件118-2之间的接口处放置滑环(slip-ring)rf密封件(未示出)。

旋转致动器140相对于腔室100为固定的，并包含旋转马达140-1以及旋转式驱动齿轮140-2，由旋转马达140-1驱动旋转式驱动齿轮140-2。搭接或紧固至旋转式构件118-2的驱动齿轮118-3与驱动齿轮140-2接合，以便马达140-1造成旋转式构件118-2绕着对称轴114a旋转。可例如将驱动齿轮118-3实施为在旋转式构件118-2底面上的环形齿(teeth)阵列。

在一个具体实施方式中，在天花板106下方设置气体分配板(gasdistributionplate；gdp)144，气体分配板144具有延伸通过气体分配板144的气体注入孔口145的阵列，并接收来自处理气源147的处理气体。

如在图1a中所示，由微波馈源120将远程微波源(或产生器)150耦接至旋转耦合件118。

图1b至图4详细绘制了微波天线114，微波天线114包含天线底板160、天线天花板162以及一对平行螺旋波导侧壁164、166，侧壁164、166在底板160与天花板162之间延伸。平行螺旋波导侧壁对164、166形成一对平行螺旋波导空腔168、169。在图示的具体实施方式中，所述一对平行螺旋波导空腔168、169形成阿基米德(archimedes)螺旋，其中每一螺旋的半径随着旋转角度而增加。小槽175(或穿过天线底板160的开口)作为微波辐射口，并被放置在沿着每一螺旋波导空腔168、169的长度周期性间隔的位置处。槽175可具有任何适当的形状且具有开口尺寸，在一个具体实施方式中，开口尺寸为微波产生器150的波长的小部分(例如十分之一或更少)。在一个具体实施方式中，沿着每一螺旋导管168、169的长度的邻接槽175之间的距离s为微波产生器150的波长的部分(例如约二分之一)。微波能量透过槽175辐射进入腔室100。在天花板162中，在对称轴114a的两相对侧上放置一对馈送开口180、182，馈送开口180、182提供相应的路径，以将微波能量馈送进入相应的螺旋波导空腔168、169的周边(辐射状向外延伸)的开端168a、169a。周边开端168a、169a沿着微波天线114周围彼此间隔180度放置。类似的，所述一对馈送开口180、182沿着微波天线114周围彼此间隔180度放置。

图3与图4中绘制的分配器波导200覆盖天花板162，并将微波能量从轴向波导116分配至所述一对馈送开口180、182。分配器波导200包含波导顶部202和一对倾斜端壁204、206，波导顶部202覆盖并面向天花板162，所述一对倾斜端壁204、206在波导顶部202与天花板162之间延伸。所述一对倾斜端壁204、206反射在分配器波导200内径向流动的微波能量，以使微波能量轴向地分别流入馈送开口180、182。相对于馈送开口180来定位的第一倾斜反射器表面184，以相对于对称轴114a的一角度(例如45度)而被放置。相对于馈送开口182来定位的第二倾斜反射器表面186，以相对于对称轴114a的一角度(例如45度)而被放置。第一倾斜反射器表面184与第二倾斜反射器表面186反射从馈送开口180、182轴向流动的微波能量，以使微波能量依照方位地分别流过螺旋波导空腔168、169。在一个具体实施方式中，倾斜表面184、186以及倾斜端壁204、206的每一个沿着波传导方向的长度为微波产生器150的波长的四分之一。倾斜表面184、186以及倾斜端壁204、206可被称为反射性表面。

参照图3，在一个具体实施方式中，分配器波导200的长度l对应于腔室100的直径，而宽度w为数英寸。轴向平侧壁200-1、200-2沿着长度l围绕分配器波导200的内部体积。侧壁200-1、200-2的高度对应于天花板162与波导顶部202之间的距离。在一个具体实施方式中，此距离可为一英寸或数英寸。可选地，将多个微波短线调谐器(stubtuner)300沿着分配器波导200的长度放置在周期性的位置处。

图1b至图4的具体实施方式的优点为微波能量被均匀地沿着每一螺旋波导空腔168、169的长度分布，以在对应于槽175的周期性位置的均匀分布区间辐射。另一个优点为可通过调整多个短线调谐器300来平衡所述一对螺旋波导空腔168、169中的功率分布。

尽管前述内容针对本发明的具体实施方式，但可在不脱离本发明的基本范围的情况下，设计本发明的其他和进一步的具体实施方式，且本发明的范围由以下的权利要求来确定。