利用現場等離子體激勵對室進行清洗的方法和設備的製作方法

2023-04-28 09:08:11 1

專利名稱：利用現場等離子體激勵對室進行清洗的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明的領域在總體上涉及一種利用現場等離子體激勵對等離子體室 進行清洗的獨特方法和設備。
背景技術：
各種處理室，例如用於製造半導體、平板、太陽能電池板等的真空室， 需要定期進行清洗。這種清洗通常採用等離子體激勵來實現。在現有技術 中，對於這種清洗存在兩種有關的已知方法，其通常被稱為遠程等離子 體清洗以及現場等離子體清洗。通常，用於清洗目的的等離子體的產生不 同於用於製造工藝的等離子體的產生。這種不同的一個起因是需要避免室 壁和卡盤被等離子體侵蝕。因此，用於清洗操作的等離子體的設計就要求 產生"軟等離子體"。
一種產生用於清洗目的的"軟等離子體"的公知方法是上述遠程等離 子體清洗系統。在遠程等離子體清洗系統中，從遠離需要清洗的處理空間
產生等離子體，並且允許所產生的基團(radical)漂移或遷移到處理空間中 以用作清洗目的。另一方面，利用現場室清洗的室僅使清洗等離子體保持 在與處理等離子體不同的條件下。例如，可以減小電源，並且可以不施加 偏置功率，從而避免加速等離子體中的基團。
一種需要上述定期進行清洗的處理室是化學汽相沉積(CVD)室。雖 然利用了某些形式的等離子體輔助或等離子體增強CVD室，但是常規的 CVD室並未將等離子體用於CVD工藝。因此，除了用於清洗目的以外， 這種CVD室並不具有等離子體的產生能力。因此，常規CVD室利用遠程 等離子休清洗方法，例如，遠程微波等離子體清洗。
現有技術中仍然存在著對等離子體室的清洗迸行改進的需求。由於在從遠程等離子體室轉移到處理室期間反應組分的複合率高，因此遠程等離 子體清洗的效率低。另一方面，現有技術水平的現場等離子體清洗通常限
於其中等離子體用於處理的室，即排除了諸如CVD室的室。而且，通常用 於現場清洗的等離子體設備與用於襯底處理的設備相同。因此，通常為產 生處理等離子體而對這種設備進行優化，而只是使清洗等離子體作為附帶 選擇。

發明內容
以下提供本發明的發明內容以便對本發明的一些方案和特徵有基本的 理解。本發明內容並非是對本發明的廣泛概述，而也不旨在具體確定本發 明的主要或關鍵要素，或描述本發明的範圍。其唯一的目的是以簡化的形 式介紹本發明的某些概念以作為下面所給出的更加詳細的說明的序言。
根據本發明的方案，提供一種新穎的現場等離子體清洗方法和設備。 本發明的各種實施例利用室體作為用於現場產生等離子體的諧振腔的一部 分。因此，在避免反應組分複合的同時，能夠提高對等離子體特性的控制。
根據本發明的方案，提供一種襯底處理室，包括室體，所述室體具 有至少一個設置在其側壁上的等離子體源開口；位於室體內的可移動的襯 底支架，所述襯底支架處於其中襯底設置在等離子體源開口之下的第一位 置、以及其中襯底設置在等離子體源開口之上的第二位置；耦合到等離子 體源開口的等離子體源；耦合到室體以從其中抽吸流體的真空泵；以及耦 合到室體以向其中注入氣體的氣體源。等離子體源開口可以包括電介質窗 並且其中等離子體源包括微波源。等離子體源可以包括將RF功率提供給纏
繞在管狀導管周圍的線圈的RF能量源，所述管狀導管以流體連通的方式連 接到所述等離子體源開口。管狀導管可以包括電介質管。管狀導管可以包 括具有電介質斷路器的導體管。管狀導管可以在彼此以180度相對的兩點 處連接到室體。
根據本發明的方案，提供一種具有現場等離子體清洗能力的處理室， 包括具有側壁的室體；設置在室體之上的噴頭；耦合到室體的側壁的等離子體能量源；可移動的襯底支架，其具有在位於等離子體能量源之上的 同時使襯底以細小的間隙設置在噴頭之下的較高位置、以及位於等離子體 能量源之下的較低位置。等離子體能量源可以是電介質窗。等離子體能量 源可以是RF能量源。等離子體能量源可以是耦合到所述側壁的管狀導管。 管狀導管可以是導電性的並且還包括電介質斷路器。
根據本發明的方案，提供一種用於操作襯底處理室的方法，所述襯底 處理室在其側壁上具有用於進行現場室清洗的等離子體能量源，該方法包 括將襯底裝載到位於室中的襯底支架上；將襯底支架升至高於等離子體 能量源的水平高度；對襯底進行處理；將襯底支架降至低於等離子體能量 源的水平高度；卸載襯底；激活等離子體能量源以在所述室內激發並保持 等離子體以執行現場室清洗。
根據本發明的方案，提供了一種在具有可變處理腔的襯底處理室中， 用於操作所述室的方法，包括通過將可變腔設置為第一容積而將室置於 第一操作模式下；對襯底進行處理；通過擴大可變腔以使其具有大於第一 容積的第二容積而將室置於第二操作模式下；在其第二容積下，在可變腔 內轟擊並保持等離子體從而執行可變腔的現場清洗。


結合在本申請中中並構成本申請的一部分的附圖是作為本發明的實施 例的例示，並且與說明書一起用於解釋和說明本發明的原理。附圖旨在以 圖解的形式來說明示例性實施例的主要特徵。附圖並不旨在示出實際實施 例的每一個特徵，也不旨在示出所示元件的相對尺寸，並且也沒有按比例 繪製。
圖1A和1B示出根據本發明的實施例的處理室的例子，其中在圖1A 中設置室以進行等離子體清洗，而在圖1B中設置室以進行處理；
圖2A和2B示出根據本發明的實施例的處理室的另一個例子，其中在 圖2A中設置室以進行等離子體清洗，而在圖2B中設置室以進行處理；
圖3示出根據本發明的實施例的工藝；
7圖4A和4B示出根據本發明的實施例的處理室的另一個例子，其中在 圖4A中設置室以進行等離子體清洗，而在圖4B中設置室被以進行處理；
圖5A和5B示出根據本發明的實施例的處理室的另一個例子，其中在 圖5A中設置室以進行等離子體清洗，而在圖5B中設置室以進行處理。
具體實施例方式
本發明的各種實施例在總體上涉及等離子體室的清洗，其中激發等離 子體並使其保持在現場，即保持在進行處理的同一個腔中。本文所述的各 種實施例例如可以與用於製造半導體晶片、平板顯示器、太陽能電池板等 的各種處理室結合使用。在這些處理室中，實施例適合於例如與蝕刻、CVD、 PECVD、 PVD等一起使用。當然，本文所述的各種實施例和技術可以具有 本文沒有明確提及的其它應用。
在本發明的總體實施中，本發明的室通過可變腔具有兩種操作模式。 在第一操作模式中，將腔設置為用於襯底處理的第一容積，而在第二操作 模式中，將腔設置為用於現場清洗的第二容積。在第一操作模式中，對襯 底進行處理，並且可以使用等離子體或可以不使用等離子體。在第二操作 模式中，使腔擴大並且保持等離子體以清洗室。
圖1A和1B示出根據本發明的實施例的處理室的例子，其中在圖1A 中設置室以進行等離子體清洗，而在圖1B中設置室以進行處理。處理室 100可以例如為用於在襯底105上製造高純度薄固件的CVD室；然而，如 上所述，根據該實施例，其他室也可以採用現場清洗。通過裝載鎖定器IIO 將襯底105裝載到室中，並且將其放置在襯底支架上，例如卡盤115。 一旦 將襯底105放置在卡盤115上，就將卡盤升至處理位置，如圖1B所示。泵 135用於抽空室100，而波紋管130或者其他裝置可以用於使卡盤115移動 而不會破壞真空環境。處理位置將襯底放置在裝載鎖定器115的上方以及 電介質窗120的上方。然後，將來自氣體源125的前體氣體(precursorgas) 引入到室中以將所需要的層沉積在襯底105上。
眾所周知的是，在CVD處理期間，將薄膜沉積在襯底上，並且附帶地也將其沉積在室壁上。需要除去室壁上的沉積物，否則它可能剝落並且汙
染後面的晶片。因此，在降低卡盤115並從室中移走晶片105之後，可以 密封裝載鎖定器110並且進行現場等離子體清洗工藝。根據本實施例，可 以將惰性和反應性氣體，例如Ar、 He、 NF3 (或者任何含氟氣體)等，引 入到處於低壓環境下(例如，低於IOToit)的室中。然後，通過電介質窗 120將來自微波源122的微波能量引入到室中，從而在室中轟擊並保持等離 子體。取決於需求和設計，微波能量可以採取不同的值，例如頻率為 2.45GHz，功率範圍是100W-10kW。
圖2A和2B示出根據本發明的實施例的處理室的另一個例子，其中在 圖2A中設置室以進行等離子體清洗，而在圖2B中設置室以進行處理。除 了是2xx系列之外，圖2A和2B中與圖1A和1B中類似的元件用相同的附 圖標記來表示。
在圖2B中，將卡盤升至處理位置，並且處理過程與圖1B的實施例幾 乎一樣。另一方面，在圖2A中，降低卡盤以進行等離子體清洗操作。如同 圖1A和1B的實施例，在圖2A中執行現場等離子體清洗。然而，在本實 施例中不是採用微波能量，而是將RF能量感應地耦合到與室連接的導管 240中。如圖2A所示，導管240連接到室200，與可變腔202形成閉路流 體連通。在該例中，導管240在彼此以180度相對的兩點處連接到室200。 導管240可以由電介質材料製成，或者可以由導電材料製成，在這種情況 下其可以包括電介質斷路器(dielectric break) 245。通過線圈255將RF能 量從RF源250感應地耦合到導管240中。因此，在包括室的可變空腔202 和導管240的閉路流體路徑中激發等離子體。
圖3示出根據本發明的實施例的工藝。可以在根據本發明的實施例構 造的任何一個處理室中實施圖3所示的工藝。在步驟300中，將襯底裝載 到襯底支架上並且密封裝載鎖定器。可以使室保持在真空或低壓環境下。 在歩驟305中，將卡盤升至其處理位置，並且在步驟310中處理襯底。如 上所述，處理襯底可以包括蝕刻、沉積、退火等。 一旦處理完成，就在步 驟315處將卡盤降至其襯底卸載位置，並且在步驟320處卸載襯底。在步驟325處判定是否需要清洗循環。也就是說，在某些條件下，可 以在每一次處理循環之後執行清洗循環。然而，在其它的情形下，在T時 間之後，可以通過觀測工藝結果等，在每n次處理循環之後執行清洗。如 果不需要進行清洗，則該工藝進行到步驟300。否則，在步驟330處通過引 入清洗氣體例如惰性氣體和活性氣體的混合氣體來開始清洗循環。
在這點上應該注意的是，卡盤也可以移動到不同的位置。也就是說， 卡盤的清洗位置可以不同於卡盤的襯底卸載位置。值得注意的是，對於襯 底卸載卡盤需要清洗裝載鎖定器。另一方面，對於清洗循環卡盤必須清洗 等離子體能量源，例如電介質窗、導管240的開口等。為了簡明起見，在 圖3所示的例子中，假定襯底卸載位置與室清洗位置相同。
在步驟335處，接通等離子體源以在室中轟擊並保持等離子體。在步 驟340處檢査清洗循環是否已經結束。這可以通過例如採用計時器或者通 過對從室中排出的物質進行分析來實現。例如，當使用氣體源(如NF3) 來產生氟基團以便從室中清除矽沉積物時，可以監測排出的氣體中是否存 在SiF4。只要在排出的氣體中存在SiF4，就可以通過繼續引入氣體並保持 等離子體(步驟330和335)而繼續進行清洗。不存在SiF4則意味著清洗 結束，並且工藝進行到步驟345，其中等離子體消失。最理想地，在返回到 步驟300以裝載下一個襯底之前，腔可以被抽吸一段額外的時間。
圖4A和4B示出根據本發明的實施例的處理室的另一個例子，其中在 圖4A中設置室以進行等離子體清洗，而在圖4B中設置室以進行處理。除 了是4xx系列之夕卜，圖4A和4B中與圖1A和1B中類似的元件用相同的附 圖標記來表示。圖4A和4B是室的三維模型的局部剖面圖。在這個特定的 例子中，室通常用於CVD;然而，也可以使用其他室。
如圖4A所示，本實施例的CVD室400具有室體460，該室體460具 有其中可以對襯底進行處理的內腔。如被放置在襯底支架415上那樣，襯 底從裝載鎖定器開口 410進行裝載和卸載。在圖4A中示出襯底支架處於其 較低的位置，這允許進行襯底裝載和卸載，也允許進行室的等離子體清洗 操作。噴頭450提供處理氣體和等離子體清洗氣體。在該例中，將等離子體源開口 420設置在室體460的側壁上。這裡，等離子體源開口使得能夠 將微波能量耦合到腔中從而轟擊並保持等離子體以進行室的清洗操作。
在圖4B中，襯底支架415處於較高的位置，該位置用於對襯底進行處 理。值得注意的是，當襯底支架415處於處理位置時，間隙455變窄，並 且襯底沒有阻礙，即位於等離子體源開口 420 (在圖4B中看不見，因為其 被襯底支架415擋住了)的水平高度之上。
圖5A和5B示出根據本發明的實施例的處理室的另一個例子，其中在 圖5A中設置室以進行等離子體清洗，而在圖5B中設置室以進行處理。除 了是5xx系列之外，圖5A和5B中與圖1A和1B中類似的元件用相同的附 圖標記來表示。
圖5A和5B中的室包括兩個等離子體源，用於襯底的等離子體處理的 電容性RF耦合以及用於現場清洗的微波源。對於襯底505的等離子體處理， 來自RF源560的RF能量耦合在嵌入在襯底支架515中的導電電極565和 室的內頂板上的導電電極570之間。這裡，導電電極570顯示為接地，而 導電電極565顯示為連接到RF源560的高放射性一側，但是應當理解的是 反過來也同樣適用。而且，儘管僅示出一個RF源，然而在本領域中所公知 的是可以耦合一個以上的RF源，從而將一個以上的RF頻率耦合到室中。 如在本領域中所公知的那樣，導電電極570可以形成用於將氣體從氣源525 注入到室中的噴頭的一部分。
當圖5A和圖5B中的室用於等離子體處理時，其可以例如用於執行襯 底上的蝕刻。眾所周知的是，等離子體物質的駐留時間是蝕刻工藝質量方 面的一個重要因素，這導致對抽吸，即室的流導性有更高的要求。因此， 在圖5A和5B所示的室中，使襯底支架515的直徑小於室壁502的直徑。 因而，這種結構可以在襯底支架515的邊緣與室壁502之間留出大量的空 間以用來提高流導性。另一方面，如果空間是開放的，那麼為處理而保持 的等離子體可以移動到襯底支架505的下方。為了防止這種情況，使擋板 575處於用於襯底處理的水平高度上，如圖5B所示。當襯底支架上升以進 行處理，即升至圖5B所示的位置時，襯底支架515與擋板575處於相同的
ii水平高度上，從而為等離子體提供一個閉合的空間。然而，擋板575包括 小尺寸的孔，將其設計成能夠進行氣體抽吸，但看起來對於等離子體而言 是阻擋物。
另一方面，當設置襯底支架以進行現場清洗，即將襯底支架定位在圖 5A所示的位置時，可以切斷RF源560，而可以接通微波源522以激發用 於對室進行現場清洗的等離子體。
應當理解的是，本文所述的工藝和方法並非固有地與任何特定的設備 相關，並且可以通過任何適當的部件組合來實施。此外，可以根據本文所 述的教導使用各種類型的通用裝置。還可以證明製造專用設備來執行本文 所述的方法步驟是有利的。己經對於具體例子對本發明進行了說明，這些 例子旨在所有方面都是示例性的而非限制性的。本領域技術人員會認識到 硬體、軟體以及固件的多種不同組合將適用於實施本發明。例如，可以利 用各種編程或腳本語言，例如彙編語言、C/C++、 perl、 shell、 PHP、 Java、 HFSS、 CST、 EEKO等，來實現所述軟體。
已經對於具體例子對本發明進行了說明，這些例子旨在所有方面都是 示例性的而非限制性的。本領域技術人員會認識到硬體、軟體以及固件的 多種不同組合將適合於實施本發明。此外，通過考慮對本文所公開的本發 明的說明和實施，本發明的其他實施方式對於本領域技術人員而言是顯而 易見的。旨在將所述說明和例子僅視為是示例性的，本發明的真正範圍和 精神由所附的權利要求書指示。
權利要求
1、一種襯底處理室，包括室體，所述室體具有設置在其側壁上的至少一個等離子體源開口；位於所述室體內的可移動的襯底支架，所述襯底支架處於其中襯底設置在所述等離子體源開口之下的第一位置、以及其中所述襯底設置在所述等離子體源開口之上的第二位置；耦合到所述等離子體源開口的等離子體源；耦合到所述室體以從其中抽吸流體的真空泵；耦合到所述室體以向其中注入氣體的氣體源。
2、 根據權利要求1所述的處理室，其中所述等離子體源開口包括電介 質窗，並且其中所述等離子體源包括微波源。
3、 根據權利要求1所述的處理室，其中所述等離子體源包括將RF功 率提供給纏繞在管狀導管周圍的線圈的RF能量源，所述管狀導管以流體連 通的方式連接到所述等離子體源開口 。
4、 根據權利要求3所述的處理室，
5、 根據權利要求3所述的處理室， 斷路器的導體管。
6、 根據權利要求1所述的處理室， 相對的兩點處連接到所述室體。其中所述管狀導管包括電介質管。 其中所述管狀導管包括具有電介質其中所述管狀導管在彼此以180度
7、 一種具有現場等離子體清洗能力的處理室，包括: 具有側壁的室體；設置在所述室體之上的噴頭； 耦合到所述室體的所述側壁的等離子體能量源；可移動的襯底支架，其具有在位於所述等離子體能量源之上的同時使 襯底以細小的間隙設置在所述噴頭之下的較高位置、以及位於所述等離子 體能量源之下的較低位置。
8、 根據權利要求7所述的處理室，其中所述等離子體能量源是電介質窗°
9、 根據權利要求7所述的處理室，其中所述等離子體能量源是RF能
10、 根據權利要求7所述的處理室，其中所述等離子體能量源是耦合 到所述側壁的管狀導管。
11、 根據權利要求10所述的處理室，其中所述管狀導管是導電性的並 且還包括電介質斷路器。
12、 一種用於操作襯底處理室的方法，所述襯底處理室在其側壁上具 有用於進行現場室清洗的等離子體能量源，該方法包括將襯底裝載到位於所述室中的襯底支架上；將所述襯底支架升至高於所述等離子體能量源的水平高度；對所述襯底進行處理；將所述襯底支架降至低於所述等離子體能量源的水平高度； 卸載所述襯底；激活所述等離子體能量源以在所述室內激發並保持等離子體以執行現 場室清洗。
13、 一種在具有可變處理腔的襯底處理室中，用於操作所述室的方法，包括通過將所述可變腔設置為第一容積而將所述室置於第一操作模式下； 對襯底進行處理；通過擴大所述可變腔以使其具有大於所述第一容積的第二容積而將所 述室置於第二操作模式下；在其第二容積下，在所述可變腔內轟擊並保持等離子體從而執行所述可變腔的現場清洗。
全文摘要
一種用於對諸如半導體晶片、平板襯底、太陽能電池板等襯底進行處理，的襯底處理室，包括用於現場等離子體清洗的機構。室體具有至少一個設置在其側壁上的等離子體源開口。可移動的襯底支架位於室體內，所述襯底支架處於其中襯底設置在等離子體源開口之下以對室進行現場等離子體清洗的第一位置、以及其中襯底設置在等離子體源開口之上以進行襯底處理的第二位置。等離子體能量源耦合到等離子體源開口。
文檔編號H01L21/00GK101488447SQ20081019098
公開日2009年7月22日 申請日期2008年12月19日 優先權日2007年12月19日
發明者J·黃, M·S·巴恩斯, T·布盧克 申請人:因特瓦克公司