用于清洁等离子体室的设备的制作方法

用于清洁等离子体室的设备
相关申请的交叉引用
1.本公开内容是于2019年3月11日申请的美国专利申请no.62/816,820的pct国际申请。上述引用的申请通过引用合并于此。
技术领域
2.本公开内容总体上涉及衬底处理系统，更具体而言，涉及通过经由喷头上方的辅助清扫轴环导入清洁气体而对等离子体室进行清洁。


背景技术：

3.这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的发明人的工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。
4.衬底处理系统可用于执行衬底处理，例如在诸如半导体晶片的类的衬底上沉积或蚀刻膜。衬底处理系统通常包含其中设置有衬底支撑件(如基座、板等)的处理室。衬底在进行处理期间被设置于衬底支撑件上。可以在处理室中设置气体扩散装置(例如喷头)，以根据需要而输送和分配处理气体以及清扫气体。


技术实现要素：

5.一种用于清洁处理室的系统包含喷头、轴环、气体源、等离子体产生器和控制器。所述喷头被设置在所述处理室中的基座上方。所述喷头喷头包含杆部和头部。所述杆部被连接至所述处理室的顶板，并在设置于所述基座上的衬底的处理期间接收处理气体。所述头部包含多个通孔以在所述衬底的处理期间使所述处理气体分散。所述轴环环绕所述喷头的所述杆部、限定空腔、并且包含多个槽孔，所述多个槽孔从所述空腔向外延伸以在所述衬底的处理期间使清扫气体分散。所述气体源用于供应清洁气体。所述等离子体产生器位于所述处理室的外部，以从所述气体源接收所述清洁气体并用于产生等离子体。所述控制器响应于未在所述处理室中处理所述衬底而停止分别供应所述处理气体和所述清扫气体至所述喷头的所述杆部和所述轴环。所述控制器将所述等离子体供应至所述轴环并经由所述槽孔而进入所述处理室中，以清洁所述喷头周围和所述处理室中的区域。
6.在另一特征中，在所述清洁期间所供应的所述清洁气体与在所述衬底的处理期间所供应的所述清扫气体不同。
7.在另一特征中，所述清洁气体包含卤素物质。
8.在另一特征中，所述清洁气体包含三氟化氮(nf3)或四氟乙烯(c2f4)。
9.在另一特征中，所述控制器被配置成供应所述等离子体持续预定时段。
10.在其他特征中，在所述处理室的所述清洁之前和之后，所述控制器被配置成：停止供应所述等离子体至所述轴环；并且分别供应所述处理气体和所述清扫气体至所述喷头的所述杆部和所述轴环，以对所述衬底进行处理。
11.在还有的其他特征中，一种用于清洁处理室的系统包含喷头、轴环、气体源、rf产生器和控制器。所述喷头被设置在所述处理室中的基座上方。所述喷头包含杆部和头部。所述杆部被连接至所述处理室的顶板，并在设置于所述基座上的衬底的处理期间接收处理气体。所述头部包含多个通孔以在所述衬底的处理期间使所述处理气体分散。所述轴环环绕所述喷头的所述杆部、限定空腔、并且包含多个槽孔，所述多个槽孔从所述空腔向外延伸以在所述衬底的处理期间使清扫气体分散。所述气体源用于供应清洁气体。所述rf产生器供应rf功率。所述控制器响应于未在所述处理室中处理所述衬底而停止分别供应所述处理气体和所述清扫气体至所述喷头的所述杆部和所述轴环。所述控制器将所述清洁气体供应至所述轴环并经由所述轴环的所述槽孔而进入所述处理室中。所述控制器将所述rf功率供应至所述喷头以在所述处理室中产生等离子体以清洁所述喷头周围和所述处理室中的区域。
12.在另一特征中，在所述清洁期间所供应的所述清洁气体与在所述衬底的处理期间所供应的所述清扫气体不同。
13.在另一特征中，所述清洁气体包含卤素物质。
14.在另一特征中，所述清洁气体包含三氟化氮(nf3)或四氟乙烯(c2f4)。
15.在另一特征中，所述控制器被配置成供应所述rf功率至所述喷头持续预定时段。
16.在另一特征中，所述控制器被配置成按顺序使所述处理室的所述顶板、所述处理室的侧壁以及所述基座接地。
17.在另一特征中，所述控制器被配置成使所述处理室的所述顶板、所述处理室的侧壁以及所述基座接地。
18.在其他特征中，在所述处理室的所述清洁之前和之后，所述控制器被配置成：停止供应所述清洁气体至所述轴环；并且分别供应所述处理气体和所述清扫气体至所述喷头的所述杆部和所述轴环，以对所述衬底进行处理。
19.在还有的其他特征中，一种用于清洁处理室的系统包含喷头、轴环、气体源、等离子体产生器、rf产生器以及控制器。所述喷头被设置在所述处理室中的基座上方。所述喷头包含杆部和头部。所述杆部被连接至所述处理室的顶板，并在设置于所述基座上的衬底的处理期间接收处理气体。所述头部包含多个通孔以在所述衬底的处理期间使所述处理气体分散。所述轴环环绕所述喷头的所述杆部、限定空腔、并且包含多个槽孔，所述多个槽孔从所述空腔向外延伸以在所述衬底的处理期间使清扫气体分散。所述气体源供应清洁气体和惰性气体。所述等离子体产生器位于所述处理室的外部，以接收所述清洁气体并且产生第一等离子体。所述rf产生器供应rf功率。所述控制器响应于未在所述处理室中处理所述衬底而停止分别供应所述处理气体和所述清扫气体至所述喷头的所述杆部和所述轴环。所述控制器将所述第一等离子体供应至所述喷头的所述杆部并且经由所述喷头的所述头部中的所述多个通孔而进入所述处理室中。所述控制器将所述惰性气体供应至所述轴环并经由所述轴环的所述槽孔而进入所述处理室中。所述控制器将所述rf功率供应至所述喷头以在所述处理室中产生第二等离子体以清洁所述喷头周围和所述处理室中的区域。
20.在另一特征中，在所述清洁期间所供应的所述清洁气体和所述惰性气体分别不同于在所述衬底的处理期间所供应的所述处理气体和所述清扫气体。
21.在另一特征中，所述清洁气体包含卤素物质。
22.在另一特征中，所述清洁气体包含三氟化氮(nf3)或四氟乙烯(c2f4)。
23.在另一特征中，所述惰性气体选自由氩(ar)、分子氮(n2)和氦(he)所组成的群组。
24.在另一特征中，所述控制器被配置成将所述第一等离子体和所述惰性气体分别供应至所述喷头的所述杆部和所述轴环持续预定时段。
25.在另一特征中，所述控制器被配置成按顺序使所述处理室的所述顶板、所述处理室的侧壁以及所述基座接地。
26.在另一特征中，所述控制器被配置成使所述处理室的所述顶板、所述处理室的侧壁以及所述基座接地。
27.在其他特征中，在所述处理室的所述清洁之前和之后，所述控制器被配置成：停止将所述第一等离子体和所述惰性气体分别供应至所述喷头的所述杆部及所述轴环；并且分别供应所述处理气体和所述清扫气体至所述喷头的所述杆部和所述轴环，以对所述衬底进行处理。
28.在还有的其他特征中，一种用于清洁处理室的系统包含喷头、轴环、气体源、rf产生器和控制器。所述喷头被设置在所述处理室中的基座上方。所述喷头包含杆部和头部。所述杆部被连接至所述处理室的顶板，并在设置于所述基座上的衬底的处理期间接收处理气体。所述头部包含多个通孔以在所述衬底的处理期间使所述处理气体分散。所述轴环环绕所述喷头的所述杆部、限定空腔、并且包含多个槽孔，所述多个槽孔从所述空腔向外延伸以在所述衬底的处理期间使清扫气体分散。所述气体源用于供应清洁气体。所述rf产生器供应rf功率。所述控制器响应于未在所述处理室中处理所述衬底而停止分别供应所述处理气体和所述清扫气体至所述喷头的所述杆部和所述轴环。所述控制器将所述清洁气体供应至所述轴环并且经由所述轴环的所述槽孔而进入所述处理室中。所述控制器将所述rf功率供应至所述基座以在所述处理室中产生等离子体，以清洁所述喷头周围和所述处理室中的区域。
29.在另一特征中，在所述清洁期间所供应的所述清洁气体与在所述衬底的处理期间所供应的所述清扫气体不同。
30.在另一特征中，所述清洁气体包含卤素物质。
31.在另一特征中，所述清洁气体包含三氟化氮(nf3)或四氟乙烯(c2f4)。
32.在另一特征中，所述控制器被配置成供应所述rf功率至所述基座持续预定时段。
33.在另一特征中，所述控制器被配置成按顺序使所述处理室的所述顶板、所述处理室的侧壁以及所述喷头接地。
34.在另一特征中，所述控制器被配置成使所述处理室的所述顶板、所述处理室的侧壁以及所述喷头接地。
35.在其他特征中，在所述处理室的所述清洁之前和之后，所述控制器被配置成：停止供应所述清洁气体至所述轴环；并且分别供应所述处理气体和所述清扫气体至所述喷头的所述杆部和所述轴环，以对所述衬底进行处理。
36.在还有的其他特征中，一种用于清洁处理室的系统包含喷头、轴环、气体源、等离子体产生器、rf产生器、及控制器。所述喷头被设置在所述处理室中的基座上方。所述喷头包含杆部和头部。所述杆部被连接至所述处理室的顶板，并在设置于所述基座上的衬底的处理期间接收处理气体。所述头部包含多个通孔以在所述衬底的处理期间使所述处理气体分散。所述轴环环绕所述喷头的所述杆部、限定空腔、并且包含多个槽孔，所述多个槽孔从
所述空腔向外延伸以在所述衬底的处理期间使清扫气体分散。所述气体源供应清洁气体和惰性气体。所述等离子体产生器位于所述处理室的外部，以接收所述清洁气体并且产生第一等离子体。所述rf产生器供应rf功率。所述控制器响应于未在所述处理室中处理所述衬底而停止分别供应所述处理气体和所述清扫气体至所述喷头的所述杆部和所述轴环。所述控制器将所述第一等离子体供应至所述喷头的所述杆部并且经由所述喷头的所述头部中的所述多个通孔而进入所述处理室中。所述控制器将所述惰性气体供应至所述轴环并经由所述轴环的所述槽孔而进入所述处理室中。所述控制器将所述rf功率供应至所述基座以在所述处理室中产生第二等离子体以清洁所述喷头周围和所述处理室中的区域。
37.在另一特征中，在所述清洁期间所供应的所述清洁气体和所述惰性气体分别不同于在所述衬底的处理期间所供应的所述处理气体和所述清扫气体。
38.在另一特征中，所述清洁气体包含卤素物质。
39.在另一特征中，所述清洁气体包含三氟化氮(nf3)或四氟乙烯(c2f4)。
40.在另一特征中，所述惰性气体选自由氩(ar)、分子氮(n2)和氦(he)所组成的群组。
41.在另一特征中，所述控制器被配置成将所述第一等离子体和所述惰性气体分别供应至所述喷头的所述杆部和所述轴环持续预定时段。
42.在另一特征中，所述控制器被配置成按顺序使所述处理室的所述顶板、所述处理室的侧壁以及所述喷头接地。
43.在另一特征中，所述控制器被配置成使所述处理室的所述顶板、所述处理室的侧壁以及所述喷头接地。
44.在其他特征中，在所述处理室的所述清洁之前和之后，所述控制器被配置成：停止将所述第一等离子体和所述惰性气体分别供应至所述喷头的所述杆部及所述轴环；并且分别供应所述处理气体和所述清扫气体至所述喷头的所述杆部和所述轴环，以对所述衬底进行处理。
45.在还有的其他特征中，一种用于清洁处理室的系统包含喷头、轴环、气体供应系统和等离子体产生器。所述喷头被设置在所述处理室中的基座上方。所述喷头包含杆部和头部。所述杆部被连接至所述处理室的顶板，并在设置于所述基座上的衬底的处理期间接收处理气体。所述头部包含多个通孔以在所述衬底的处理期间使所述处理气体分散。所述轴环环绕所述喷头的所述杆部、限定空腔、并且包含多个槽孔，所述多个槽孔从所述空腔向外延伸以在所述衬底的处理期间使清扫气体分散。所述气体供应系统在所述衬底的处理期间将所述处理气体和所述清扫气体分别供应至所述喷头的所述杆部和所述轴环。所述气体供应系统在所述处理室的清洁期间供应清洁气体。所述等离子体产生器位于所述处理室的外部、从所述气体供应系统接收所述清洁气体、产生等离子体、并且将所述等离子体供应至所述轴环并经由所述槽孔而进入所述处理室中，以清洁所述喷头周围和所述处理室中的区域。
46.在另一特征中，在所述清洁期间所供应的所述清洁气体与在所述衬底的处理期间所供应的所述清扫气体不同。
47.在另一特征中，所述清洁气体包含卤素物质。
48.在另一特征中，所述清洁气体包含三氟化氮(nf3)或四氟乙烯(c2f4)。
49.在另一特征中，所述等离子体产生器被配置成供应所述等离子体持续预定时段。
50.在还有的其他特征中，一种用于清洁处理室的系统包含喷头、轴环、气体供应系统和rf产生器。所述喷头被设置在所述处理室中的基座上方。所述喷头包含杆部和头部。所述杆部被连接至所述处理室的顶板，并在设置于所述基座上的衬底的处理期间接收处理气体。所述头部包含多个通孔以在所述衬底的处理期间使所述处理气体分散。所述轴环环绕所述喷头的所述杆部、限定空腔、并且包含多个槽孔，所述多个槽孔从所述空腔向外延伸以在所述衬底的处理期间使清扫气体分散。所述气体供应系统在所述衬底的处理期间将所述处理气体和所述清扫气体分别供应至所述喷头的所述杆部和所述轴环。所述气体供应系统在所述处理室的清洁期间将清洁气体供应至所述轴环并经由所述轴环的所述槽孔而进入所述处理室中。所述rf产生器将rf功率供应至所述喷头或所述基座以在所述处理室中产生等离子体，从而清洁所述喷头周围和所述处理室中的区域。
51.在另一特征中，在所述清洁期间所供应的所述清洁气体与在所述衬底的处理期间所供应的所述清扫气体不同。
52.在另一特征中，所述清洁气体包含卤素物质。
53.在另一特征中，所述清洁气体包含三氟化氮(nf3)或四氟乙烯(c2f4)。
54.在另一特征中，所述rf产生器被配置成供应所述rf功率至所述喷头或所述基座持续预定时段。
55.在还有的其他特征中，一种用于清洁处理室的系统包含喷头、轴环、气体供应系统、等离子体产生器和rf产生器。所述喷头被设置在所述处理室中的基座上方。所述喷头包含杆部和头部。所述杆部被连接至所述处理室的顶板，并在设置于所述基座上的衬底的处理期间接收处理气体。所述头部包含多个通孔以在所述衬底的处理期间使所述处理气体分散。所述轴环环绕所述喷头的所述杆部、限定空腔、并且包含多个槽孔，所述多个槽孔从所述空腔向外延伸以在所述衬底的处理期间使清扫气体分散。所述气体供应系统在所述衬底的处理期间将所述处理气体和所述清扫气体分别供应至所述喷头的所述杆部和所述轴环。所述气体供应系统在所述处理室的清洁期间将惰性气体供应至所述轴环并经由所述轴环的所述槽孔而进入所述处理室中。所述气体供应系统在所述处理室的清洁期间供应清洁气体。所述等离子体产生器位于所述处理室的外部、从所述气体供应系统接收所述清洁气体、产生第一等离子体、并且将所述第一等离子体供应至所述喷头的所述杆部并经由所述喷头的所述头部中的所述多个通孔而进入所述处理室中。所述rf产生器将rf功率供应至所述喷头或所述基座以在所述处理室中产生第二等离子体，从而清洁所述喷头周围和所述处理室中的区域。
56.在另一特征中，在所述清洁期间所供应的所述清洁气体和所述惰性气体分别不同于在所述衬底的处理期间所供应的所述处理气体和所述清扫气体。
57.在另一特征中，所述清洁气体包含卤素物质。
58.在另一特征中，所述清洁气体包含三氟化氮(nf3)或四氟乙烯(c2f4)。
59.在另一特征中，所述惰性气体选自由氩(ar)、分子氮(n2)和氦(he)所组成的群组。
60.在其他特征中，来自所述气体供应系统的气体被配置成供应所述惰性气体至所述轴环持续预定时段。所述等离子体产生器被配置成供应所述第一等离子体至所述喷头的所述杆部持续所述预定时段。所述rf产生器被配置成供应所述rf功率至所述喷头或所述基座持续所述预定时段。
61.根据详细描述、权利要求和附图，本公开内容的适用性的进一步的范围将变得显而易见。详细描述和具体示例仅用于说明的目的，并非意在限制本公开内容的范围。
附图说明
62.根据详细描述和附图将更充分地理解本公开，其中：
63.图1显示了包含处理室的衬底处理系统的一个示例的功能框图；
64.图2显示了在图1的处理室中的喷头的周围所使用的轴环的一个示例；
65.图3显示了在图1的衬底处理系统中所使用的阀的配置，其用于在处理室中的衬底处理期间以及处理室的清洁期间供应气体；
66.图4
‑
6显示了在利用图2的轴环以及图3的阀配置的图1的衬底处理系统中清洁处理室的各种方法；
67.图7和8显示了在清洁处理室期间可使用的不同接地方法；
68.图9显示了处理室的流动模型；以及
69.图10显示了图3的替代配置，其具有接地的喷头及经供电的基座。
70.在附图中，可以重复使用附图标记来标识相似和/或相同的元件。
具体实施方式
71.在某些应用中，可利用等离子体增强化学气相沉积(pecvd)或等离子体增强原子层沉积(peald)将膜沉积于衬底上。在peald期间，执行一或更多循环以在衬底上沉积膜。每个peald循环通常包含一系列的前体投配、配料清扫、rf等离子体投配、以及rf清扫步骤。在进行沉积期间，可利用喷头将处理气体输送至处理室。在rf等离子体投配期间，将rf功率供应至喷头，并且使衬底支撑件接地(反之亦然)。
72.在每个peald循环中，惰性气体(例如氩(ar)或分子氮(n2))被用作主要突发(burst)清扫气体，其在配料清扫以及rf清扫步骤中流过喷头。此外，在每个peald循环的所有步骤中，连续地供应氧(o2)或分子氮(n2)通过喷头的背侧以作为辅助清扫气体。辅助清扫操作避免在远程区域处(如喷头的背侧、处理室的顶板、处理室的侧壁等)的任何非所期望的沉积。
73.处理室通常包含上表面与下表面以及侧壁。喷头包含限定气体充气部的圆柱形基部。面板被设置于气体充气部的一侧，并且包含多个间隔通孔。喷头还包含空心杆部，其一端连接至处理室的上表面而另一端连接至圆柱形基部的中心。喷头的杆部将处理气体输送至圆柱形基部中的气体充气部。处理气体流过面板的间隔通孔，并且相对于设置于衬底支撑件上且位于喷头下方的衬底而均匀地分散。
74.设置于杆部周围的轴环可用于将杆部连接至处理室的上表面。轴环可包含一或更多个气体狭缝，其在处理期间将辅助清扫气体输送并分散至喷头的圆柱形基部与处理室的上表面之间的处理室中。在喷头的圆柱形基部的径向外缘与处理室的侧壁之间限定间隙。辅助清扫气体流过轴环上的狭缝以及该间隙，并接着经由排气端口而被排空。因此，轴环也可以称为辅助清扫轴环。
75.通常，在处理衬底时通过轴环而输送氧，因为氧抑制寄生等离子体在喷头的背侧的上方和上面产生。然而，寄生等离子体导致残留物积聚在喷头的背板以及侧面上。对喷头
的背板以及侧面进行清洁可能是困难的。
76.本公开内容公开了用于经由轴环而输送清洁气体或惰性气体至难以清洁的处理室区域(如喷头的背部以及侧部)的系统和方法。这些系统和方法利用在衬底处理期间用于输送氧(o2)或分子氮(n2)的轴环。在室清洁处理期间，对供应至喷头以及轴环的气体供应进行切换，且轴环用于输送反应性清洁气体(例如nf3、c2f4等)或惰性气体(例如ar、n2、或he)至喷头的上方和上面(即，难以清洁的区域)。
77.在实践中，如上所述切换气体供应并且供应气体使得流动至难以清洁的区域的反应性清洁气体物质的分压增加，并且使清洁处理室的总时间减少。此外，经由辅助清扫轴环输送惰性气体可通过稀释来增加氟物质之间的碰撞距离，使得(从喷头面板输送的)氟自由基的寿命增加。
78.可以不同方式供应清洁气体或惰性气体。在一示例中，可以在远程等离子体产生器中使清洁气体预活化，并接着将预活化的清洁气体输送至轴环中。在另一示例中，清洁气体经由轴环而输送，且通过在基座接地的情况下施加rf功率至喷头而原位地进行活化。在又一示例中，通过喷头来输送预活化的清洁气体，并且经由轴环来供应惰性气体，使得从喷头输送的氟自由基的平均自由径增加，从而增加喷头上方以及后侧的氟自由基的分压。本发明的这些以及其他特征在下文中详细说明。
79.本公开内容组织如下。参照图1显示和描述原子层沉积(ald)处理室的示例。参照图2显示和详细描述轴环的示例。参照图3显示和描述在衬底处理以及室清洁操作期间供应各种气体的阀的配置。参照图3
‑
6显示和描述清洁处理室的各种方法。在清洁处理室期间可使用的不同接地方法显示于图7和8中。参照图9显示和描述处理室的流动模型。图10显示了具有接地的喷头以及经供电的基座的替代配置。
80.图1显示包含处理室108的衬底处理系统100的示例。衬底支撑件(例如基座)104被设置于处理室108内。在处理期间将衬底112设置于衬底支撑件104上。气体分配装置(例如喷头140)被设置于处理室108内、衬底支撑件104的上方。
81.气体输送系统120包含气体源122
‑
1、122
‑
2、
…
、以及122
‑
n(统称为气体源122)，其连接至阀124
‑
1、124
‑
2、
…
、以及124
‑
n(统称为阀124)以及质量流量控制器126
‑
1、126
‑
2、
…
、以及126
‑
n(统称为mfc 126)。mfc 126控制气体从气体源122至歧管128的流动，气体在歧管128中混合。歧管128的输出被供应至喷头140。喷头140包含内充气部以及气体通孔。喷头140经由气体通孔将处理气体导入并分配到处理室108中。
82.rf产生系统130产生并输出rf电压至喷头140或衬底支撑件104(另一者为dc接地、ac接地、或浮动的)。仅举例而言，rf产生系统130可以包含rf电压产生器132，其产生rf电压，该rf电压通过匹配网络134而馈送至喷头140或衬底支撑件104。等离子体在处理气体和rf功率被供应至喷头140时产生。
83.在一些示例中，在每个ald循环期间，在处理衬底112时，惰性气体(如氩(ar)或分子氮(n2))可用作主要清扫气体，其在配料清扫以及rf清扫步骤中流经喷头140。此外，在所有ald步骤中，分子氧(o2)或分子氮(n2)可连续流过喷头140的背侧以作为辅助清扫，从而避免或最小化在远程区域处(如喷头140的背侧、以及处理室108的壁部与顶板)产生任何非所期望的沉积。
84.控制器150控制处理气体的流动；监测处理参数，例如温度、压力、功率等；且控制
等离子体的激励和熄灭、反应物的移除等。控制器150控制来自气体输送系统120的气体输送，以在处理期间每隔预定时间间隔供应处理气体和/或清扫气体。控制器150利用阀160和泵162以控制处理室108中的压力和/或反应物排空。控制器150基于衬底支撑件104中来自传感器(未图示)和/或测量冷却剂温度的传感器(未图示)的温度反馈来控制衬底支撑件104和衬底112的温度。可通过控制器150，使用清扫气体源170以及相对应的阀(图示于图3中)，以选择性地供应辅助清扫气体至轴环142，如以下参照图2所描述的。
85.此外，衬底处理系统100包含清洁气体源180和远程等离子体产生器182。例如，远程等离子体产生器182可包含感应耦合式等离子体(icp)室，其在清洁气体源180供应清洁气体时产生等离子体。因此，远程等离子体产生器182可称为远程等离子体清洁(rpc
‑
icp)产生器。在整个本发明中，由远程等离子体产生器182所产生的等离子体被称为预活化清洁气体。预活化清洁气体也可以被称为远程等离子体清洁(rpc)气体。
86.控制器150控制来自清洁气体源180的清洁气体的供应，且在一些示例中控制来自远程等离子体产生器182的预活化清洁气体的供应，以对处理室108进行清洁，如以下参照图3
‑
6所描述的。
87.衬底处理系统100还包含多个阀190，以使得在衬底处理期间能输送处理气体和清扫气体，并且使得能在室清洁期间输送预活化清洁气体、惰性气体以及清洁气体。控制器150控制阀190以在处理衬底112时供应适当的处理气体和清扫气体至处理室108，如以下参照图3
‑
6所描述的。控制器150控制阀190以在清洁处理室108时供应其他合适的气体至处理室108，如以下参照图3
‑
6所描述的。元件120、128、170、180、190的组合或子组合可统称为气体供应系统。在某些实现方案中，气体供应系统可以包含元件150和/或元件182。
88.图2更加详细地显示了喷头140和轴环142。喷头140包含杆部200和头部202。头部202限定内腔204。诸如前体或清扫气体等流体流过杆部200至分散板206上、并且进入内腔204中。这些流体接着通过头部202的底表面中的间隔孔洞208并且进入处理室108中。
89.喷头140的杆部200经由轴环142而连接至处理室108的顶壁(即，顶板)。轴环142具有大致“t”形的横截面，且包含头部210和杆部212。轴环142限定内腔220，其为圆柱形且容纳喷头140的杆部200。多个槽孔230形成于轴环142的杆部212中。槽孔230使得诸如清扫气体的流体能够由内腔220流至轴环142的杆部212的外表面，并且进入喷头140上方的区域且进入处理室108。
90.流体连接件240可连接至轴环142的头部210的边缘，且用于在处理衬底112时供应诸如清扫气体之类的流体。流体连接件240包含总体以242标识的一或更多导管和/或连接件。轴环142的头部210包含总体上以244标识的导管和/或连接件，以将流体流引导至轴环142的内腔220。
91.板250被设置于喷头140的头部202与轴环142之间。板250包含上表面252、居中开口或孔260、底表面262。在一些示例中，板250由陶瓷所制成。可对板250的厚度进行选择以使材料以及对地的电容耦合或寄生等离子体最小化。板250的上表面252与轴环142的底缘间隔开，以使得流体能从其间通过。居中孔260也与喷头140的杆部200间隔开，以使得流体能从其间通过。板250的底表面262与喷头140的上表面间隔开，以使得流体能从其间通过。在一些示例中，可省略板250，且可在无板250的情况下操作处理室108。
92.使清扫气体流过轴环142阻碍工艺沉积化学品进入空腔220中的区域，以避免在该
处的不想要的膜沉积。可对槽孔230以及其他间隙的尺寸进行选择以防止等离子体在其内引燃并使得能够满足佩克莱(peclet)条件，以防止期望气体流率的反向扩散。
93.控制器150在下述清洁处理期间与在衬底112的处理期间以不同方式利用喷头140和轴环142。控制器150利用阀的配置(在下文中参照图3显示和描述)以在清洁处理室108时改变对喷头140和轴环142的利用。
94.图3显示了用于在室清洁操作期间供应不同气体至喷头140以及轴环142的各种阀的配置。阀190在衬底处理和室清洁操作期间切换向喷头140和轴环142供应例如处理气体、清扫气体、预活化清洁气体、惰性气体和清洁气体的气体供应。阀190包含阀300
‑
312，其在衬底处理和室清洁操作期间将各种气体引导至喷头140和轴环142。控制器150在衬底处理以及室清洁操作期间如下所述地控制阀300
‑
312。
95.在衬底处理期间，将处理气体供应至喷头140，且将清扫气体供应至轴环142。因此，在衬底处理期间，控制器150开启阀300和302，并且关闭阀304
‑
312。因此，在衬底处理期间，处理气体从歧管128经由阀300而供应至喷头140，而清扫气体从清扫气体源170经由阀302而供应至轴环142。
96.在清洁操作期间，控制器150关闭阀300和302，以关闭从歧管128和清扫气体源170分别供应至喷头140和轴环142的处理气体和清扫气体的供应。控制器150利用下述三种方法中的一种以清洁处理室108。在每一种方法期间，阀300和302保持关闭，且控制器150如下所述地开启阀304
‑
312。在利用三种方法中的任一种完成清洁操作之后，在处理室108中处理衬底112时，控制器150关闭阀304
‑
312并且开启阀300和302。
97.在第一清洁方法中，将来自清洁气体源180的清洁气体供应至远程等离子体产生器182，并产生预活化清洁气体。控制器150开启阀304，以将来自清洁气体源180的清洁气体供应至远程等离子体产生器182。接着，控制器150关闭阀306，以将预活化清洁气体从远程等离子体产生器182供应至喷头140的轴环142。在第一清洁方法中，阀300、302和308
‑
312保持关闭。
98.通过轴环142将预活化清洁气体分散于喷头140的背侧的上方和上面，并且进入处理室108中。预活化清洁气体与衬底处理期间可能沉积于这些区域中的任何残留物进行反应。预活化清洁气体对这些区域进行清洁。将预活化清洁气体供应至轴环142持续预定时段，之后关闭阀304和306。随后，当在处理室108中处理衬底112时，控制器150开启阀300和302以将处理气体和清扫气体分别供应至喷头140和轴环142。
99.在第二清洁方法中，将清洁气体从清洁气体源180直接供应至喷头140的轴环142，并且将rf功率供应至喷头140以活化处理室108中的清洁气体。在第二清洁方法期间，阀300
‑
306、310和312保持关闭。
100.控制器150开启阀308，以将清洁气体从清洁气体源180供应至喷头140的轴环142。控制器150将rf功率供应至喷头140以使从轴环142分散至处理室108中的清洁气体活化。经活化的清洁气体与衬底处理期间可能沉积于喷头140的背侧的上面和上方以及处理室108中的其他位置的任何残留物进行反应。经活化的清洁气体对这些区域进行清洁。
101.将清洁气体供应至轴环142且将rf功率供应至喷头140持续预定时段。在该预定时段之后，关闭阀308和rf功率。随后，当在处理室108中处理衬底112时，控制器150开启阀300和302以将处理气体和清扫气体分别供应至喷头140和轴环142。
102.在一些实现方案中，当控制器150将rf功率供应至喷头140以活化从轴环142分散至处理室108中的清洁气体时，控制器150可按顺序使处理室108的不同部分接地。例如，可使处理室108的顶板和侧壁经由开关350和352而接地，且可使基座104经由开关354而接地。控制器150可通过选择性地导通和关断开关350、352和354而按顺序使处理室108的顶板与侧壁以及基座104接地。按顺序接地使得等离子体清洁处理能够集中在处理室108的接地的特定区域或区段中。
103.例如，首先，通过导通开关350并且关断开关352和354，控制器150可以仅使在喷头140上方的处理室108的顶板接地。随后，通过导通开关352并且关断开关350和354，控制器150可以仅使处理室108的侧壁接地。随后，通过导通开关354并且关断开关350和352，控制器150可以仅使基座104接地。在一些示例中，可遵循不同的顺序。
104.替代地，首先，通过导通开关350并且关断开关352和354，控制器150可以仅使在喷头140上方的处理室108的顶板接地。随后，通过在保持开关350导通且开关354关断的同时使开关352导通，控制器150可额外地使处理室108的侧壁接地。随后，通过在保持开关350和352导通的同时使开关354导通，控制器150可额外地使基座104接地。在一些示例中，可遵循不同的顺序。在一些示例中，可使处理室108的主体(即，顶板和侧壁)和基座104一起接地(即，通过同时导通开关350
‑
354)，而非按顺序进行。
105.在第三清洁方法中，首先在远程等离子体产生器182中将来自清洁气体源180的清洁气体预活化。控制器150开启阀304，以将来自清洁气体源180的清洁气体供应至远程等离子体产生器182。接着，控制器150开启阀310，以将预活化清洁气体从远程等离子体产生器182供应至处理室108的喷头140。
106.此外，控制器150将惰性气体供应至喷头140的轴环142。在衬底处理期间，惰性气体通常从歧管128被供应至喷头140。为了取而代之将惰性气体从歧管128供应至轴环142，控制器150将阀312开启。在第三清洁方法中，阀300
‑
308保持关闭。
107.控制器150将rf功率供应至喷头140。rf功率使得从轴环142分散至喷头140的背侧的上面和上方并且进入处理室108的惰性气体活化。经活化的惰性气体使得从喷头140进入处理室108的预活化清洁气体能够与衬底处理期间可能沉积于喷头140的背侧的上面和上方以及处理室108中的其他位置的任何残留物进行反应。预活化清洁气体以及利用惰性气体所产生的等离子体对这些区域进行清洁。
108.将预活化清洁气体和惰性气体分别供应至喷头140和轴环142、且将rf功率供应至喷头140持续预定时段。在该预定时段之后，控制器150关闭阀310和312，并且将供应至喷头140的rf功率关闭。随后，当在处理室108中处理衬底112时，控制器150开启阀300和302以将处理气体和清扫气体分别供应至喷头140和轴环142。在一些实现方案中，在第三清洁方法期间，控制器150可以使用上文参照第二清洁方法所描述的顺序接地。
109.图4显示了用于清洁喷头140的背侧的上面和上方及处理室108中的区域的第一方法400。方法400由控制器150执行。在402，方法400确定是否清洁处理室108。在404，如果要清洁处理室108，则方法400首先关闭分别供应至喷头140和轴环142的处理气体和清扫气体的供应，供应的该处理气体和清扫气体在处理室108中处理衬底时使用。接着，方法400在远程等离子体产生器182中使清洁气体预活化。
110.在406，方法400将预活化清洁气体从远程等离子体产生器182供应至喷头140的轴
环142。此时，没有流体被供应至喷头140并经由喷头140而进入处理室108。预活化清洁气体经由轴环142而分散于清洁喷头140的背侧的上面和上方的区域中，并且进入处理室108中。预活化清洁气体与在处理衬底时可能沉积于这些区域中的任何残留物进行反应，并且清洁这些区域。
111.方法400供应预活化清洁气体持续预定时段，清洁操作在该预定时段内完成。在408，方法400检查是否已经过该预定时段，之后方法400使清洁操作停止。此时，方法400停止供应预活化清洁气体至喷头140的轴环142。随后，可在处理室108中处理衬底，并且可在处理衬底时将处理气体和清扫气体分别供应至喷头140和轴环142。
112.图5显示了用于清洁喷头140的背侧的上面和上方以及处理室108中的区域的第二方法500。方法500由控制器150执行。在502，方法500确定是否清洁处理室108。在504，如果要清洁处理室108，则方法500首先关闭分别供应至喷头140和轴环142的处理气体和清扫气体的供应，供应的该处理气体及清扫气体在处理室108中处理衬底时使用。接着，方法500将清洁气体经由喷头140的轴环142而供应至处理室108中。此时，没有流体被供应至喷头140并且经由喷头140而进入处理室108。
113.在506，方法500在供应清洁气体至轴环142的同时供应rf功率至喷头140。基座和/或室主体是接地的。rf功率使得分散通过轴环142至喷头140的背侧的上面和上方的清洁气体活化并且进入处理室108。经活化的清洁气体与在处理衬底时可能沉积于这些区域中的任何残留物进行反应，并且清洁这些区域。
114.方法500供应清洁气体至轴环142并且活化处理室108中的清洁气体持续预定时段，清洁操作在该预定时段内完成。在508，方法500检查是否已经过该预定时段，之后方法500使清洁操作停止。此时，方法500停止供应清洁气体至轴环142，且还停止供应rf功率至喷头140以活化清洁气体。随后，可在处理室108中处理衬底，并且可在处理衬底时将处理气体和清扫气体分别供应至喷头140和轴环142。
115.图6显示了用于清洁喷头140的背侧的上面和上方以及处理室108中的区域的第三方法600。方法600由控制器150执行。在602，方法600确定是否清洁处理室108。在604，如果要清洁处理室108，则方法600首先关闭分别供应至喷头140和轴环142的处理气体和清扫气体的供应，供应的该处理气体和清扫气体在处理室108中处理衬底时使用。接着，方法600在远程等离子体产生器182中使清洁气体预活化。
116.在606，方法600将预活化清洁气体从远程等离子体产生器182供应至喷头140，并且经由喷头140而进入处理室108。在608，方法600额外地将惰性气体供应至喷头140的轴环142，并且经由轴环142而进入处理室108。在610，方法600在供应惰性气体至轴环142且供应预活化清洁气体至喷头140的同时供应rf功率至喷头140。基座和/或室主体是接地的。
117.rf功率使得分散通过轴环142至喷头140的背侧的上面和上方的惰性气体活化并且进入处理室108。经活化的惰性气体使得预活化清洁气体能够与可能沉积于喷头140的背侧的上面和上方以及处理室108中的其他位置的任何残留物进行反应，并且清洁这些区域。
118.方法600分别供应预活化清洁气体和惰性气体至喷头140和轴环142并且活化惰性气体持续预定时段，清洁操作在该预定时段内完成。在612，方法600检查是否已经过该预定时段，之后方法600使清洁操作停止。此时，方法600停止分别供应预活化清洁气体和惰性气体至喷头140和轴环142，且还停止供应rf功率至喷头140以活化惰性气体。随后，可在处理
室108中处理衬底，并且可在处理衬底时将处理气体和清扫气体分别供应至喷头140和轴环142。
119.图7显示了方法700的第一示例，方法700可用于在清洁处理室108期间将处理室108的不同部分接地。在执行方法500和600时由控制器150执行方法700。在702，方法700确定是否将rf功率供应至喷头140(例如，图5和6的组件506和610)。在704，如果供应rf功率至喷头140，则方法700通过导通开关350并且关断开关352和354而仅使在喷头140上方的处理室108的顶板接地。在706，方法700通过导通开关352并且关断开关350和354而仅使处理室108的侧壁接地。在708，方法700通过导通开关354并且关断开关350和352而仅使基座104接地。
120.图8显示了方法800的第二示例，方法800可用于在清洁处理室108期间将处理室108的不同部分接地。在执行方法500和600时由控制器150执行方法800。在802，方法800确定是否将rf功率供应至喷头140(例如，图5和6的元件506和610)。在804，如果供应rf功率至喷头140，则方法800首先通过导通开关350并且关断开关352和354而仅使在喷头140上方的处理室108的顶板接地。在806，方法800通过在保持开关350导通且开关354关断的同时使开关352导通而额外地使处理室108的侧壁接地。在808，方法800通过在保持开关350及352导通的同时使开关354导通而额外地使基座104接地。
121.图9显示了处理室108的流动模型。该流动模型演示当在处理室108中处理衬底时流体(如清扫气体流)在喷头边缘附近没有再循环现象。流动模型还演示在不同清洁方法期间所使用的流体(例如清洁气体和惰性气体)在喷头边缘附近没有再循环现象。
122.图10显示了图3的替代配置，其具有接地的喷头和经供电的基座。在一些实现方案中，可以将rf功率供应至基座且可使喷头接地，而非供应rf功率至喷头并且使基座接地。图10的所有元件除了以下不同之处外都与图3相同：rf产生系统130供应rf功率至基座104、且开关354被控制以使喷头140接地。
123.在进行清洁期间，可如上所述将在外部预活化的清洁气体经由轴环而注入室中。替代地，可经由轴环将清洁气体注入室中，并且可通过供应rf功率至基座而触发等离子体。替代地，可以将在外部预活化的清洁气体经由喷头而注入室中，并且可以经由轴环而将惰性气体注入，且可以通过供应rf功率至基座而激励等离子体。另外，在这些替代方案中的每一个中，可以与上述相似的方式循序地使喷头和室的顶板与侧壁接地，不同的是：现将喷头接地而非将基座接地。
124.此外，在任一配置中(喷头经供电且基座接地、或喷头接地且基座经供电)，基座可包含静电卡盘、真空卡盘、或不包含夹持特征(重力使晶片与基座保持接触)。此外，供应至喷头或基座的rf功率可包含高频率(3至60mhz)和低频率(100至l000 khz)。
125.前面的描述本质上仅仅是说明性的，并且不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以各种形式实现。因此，虽然本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应当被如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求时，其他修改将变得显而易见。应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时地)执行。此外，虽然每个实施方案被描述为具有某些特征，但是相对于本公开的任何实施方案描述的那些特征中的任何一个或多个，可以在任何其它实施方案的特征中实现和/或与任何其它实施方案的特征组合，即使该组合没有明确描述。换句话说，所描述的
实施方案不是相互排斥的，并且一个或多个实施方案彼此的置换保持在本公开的范围内。
126.使用各种术语来描述元件之间(例如，模块之间、电路元件之间、半导体层之间等)的空间和功能关系，各种术语包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“紧挨”、“在...顶部”、“在...上面”、“在...下面”和“设置”。除非将第一和第二元件之间的关系明确地描述为“直接”，否则在上述公开中描述这种关系时，该关系可以是直接关系，其中在第一和第二元件之间不存在其它中间元件，但是也可以是间接关系，其中在第一和第二元件之间(在空间上或功能上)存在一个或多个中间元件。如本文所使用的，短语“a、b和c中的至少一个”应当被解释为意味着使用非排他性逻辑或(or)的逻辑(a或b或c)，并且不应被解释为表示“a中的至少一个、b中的至少一个和c中的至少一个”。
127.在一些实现方式中，控制器是系统的一部分，该系统可以是上述示例的一部分。这样的系统可以包括半导体处理设备，半导体处理设备包括一个或多个处理工具、一个或多个室、用于处理的一个或多个平台、和/或特定处理部件(基座、气体流系统等)。这些系统可以与用于在半导体晶片或衬底的处理之前、期间和之后控制它们的操作的电子器件集成。电子器件可以被称为“控制器”，其可以控制一个或多个系统的各种部件或子部件。
128.根据处理要求和/或系统类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括处理气体的输送、温度设置(例如加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、rf产生器设置、rf匹配电路设置、频率设置、流率设置、流体输送设置、位置和操作设置、晶片转移进出工具和其他转移工具和/或与具体系统连接或通过接口连接的装载锁。
129.概括地说，控制器可以定义为电子器件，电子器件具有接收指令、发出指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(dsp)、定义为专用集成电路(asic)的芯片、和/或一个或多个微处理器、或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。
130.程序指令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式发送到控制器的指令，单独设置(或程序文件)定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定工艺的操作参数。在一些实施方案中，操作参数可以是由工艺工程师定义的配方的一部分，以在一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或晶片的管芯的制造期间完成一个或多个处理步骤。
131.在一些实现方案中，控制器可以是与系统集成、耦合到系统、以其它方式联网到系统或其组合的计算机的一部分或耦合到该计算机。例如，控制器可以在“云”中或是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分，其可以允许对晶片处理的远程访问。计算机可以实现对系统的远程访问以监视制造操作的当前进展、检查过去制造操作的历史、检查多个制造操作的趋势或性能标准，改变当前处理的参数、设置处理步骤以跟随当前的处理、或者开始新的处理。
132.在一些示例中，远程计算机(例如服务器)可以通过网络(其可以包括本地网络或因特网)向系统提供工艺配方。远程计算机可以包括使得能够输入或编程参数和/或设置的用户界面，然后将该参数和/或设置从远程计算机发送到系统。在一些示例中，控制器接收数据形式的指令，其指定在一个或多个操作期间要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以特定于要执行的工艺的类型和工具的类型，控制器被配置为与该工具接口或控制该工具。
133.因此，如上所述，控制器可以是例如通过包括联网在一起并朝着共同目的(例如本文所述的工艺和控制)工作的一个或多个分立的控制器而呈分布式。用于这种目的的分布式控制器的示例是在与远程(例如在平台级或作为远程计算机的一部分)的一个或多个集成电路通信的室上的一个或多个集成电路，其组合以控制在室上的工艺。
134.示例系统可以包括但不限于等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转漂洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(pvd)室或模块、化学气相沉积(cvd)室或模块、原子层沉积(ald)室或模块、原子层蚀刻(ale)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及可以与半导体晶片的制造和/或制备相关联或用于半导体晶片的制造和/或制备的任何其它半导体处理系统。
135.如上所述，根据将由工具执行的一个或多个处理步骤，控制器可以与一个或多个其他工具电路或模块、其它工具部件、群集工具、其他工具接口、相邻工具、邻近工具、位于整个工厂中的工具、主计算机、另一控制器、或在将晶片容器往返半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口运输的材料运输中使用的工具通信。