高密度等离子体增强化学气相沉积腔室的制作方法

1.本公开内容的实施方式一般涉及一种用于处理大面积基板的装置。更特定而言，本公开内容的实施方式涉及用于器件制作的化学气相沉积系统。


背景技术：

2.在太阳能面板及平板面板显示器的制造中，利用许多处理以在例如半导体基板、太阳能面板基板和液晶显示器(lcd)和/或有机发光二极管(oled)基板的基板上沉积薄膜，以在其上形成电子器件。沉积大致通过引导前驱物气体至具有设置于温度控制的基板支撑件上的基板的真空腔室中来完成。前驱物气体通常通过座落于接近真空腔室的顶部的气体分配板引导。在真空腔室中的前驱物气体可通过从耦合至腔室的一个或多个rf源施加射频(rf)功率至设置于腔室中的导电喷头而能量化(例如，激发)成等离子体。激发的气体反应以在定位于温度控制的基板支撑件上的基板的表面上形成材料的层。
3.用于形成电子器件的基板的尺寸在表面积上目前常规地超过1平方米。横跨这些基板的膜厚度均匀性难以实现。随着基板尺寸增加，膜厚度均匀性变成甚至更困难的。传统上，在传统腔室中形成等离子体用于离子化气体原子且形成沉积气体的自由基，而用于使用电容耦合的电极布置在此类尺寸的基板上沉积膜层。最近，历史上利用于在圆形基板或晶片上沉积的电感耦合的等离子体布置的利益正探索于在这些大型基板的沉积处理中使用。然而，电感耦合利用介电材料作为结构支撑部件，且这些材料不具有结构强度以忍受由大气压力在其大气侧上腔室的大面积结构部分的一侧上，及对在其另一侧上的真空压力条件下的存在建立的结构负载，此在传统腔室中用于这些大型基板。因此，电感耦合的等离子体系统已经历发展用于大面积基板等离子体处理。然而，例如横跨大基板的沉积厚度均匀性的处理均匀性低于理想。
4.因此，存在对电感耦合的等离子体源使用于大面积基板而配置成改进横跨基板的沉积表面的膜厚度均匀性的需求。


技术实现要素：

5.本公开内容的实施方式包括用于喷头的方法及装置，及具有喷头的等离子体沉积腔室，能够在大面积基板上形成一层或多层膜。
6.在一个实施方式中，提供一种用于等离子体沉积腔室的喷头，包括多个穿孔的砖，其每一个耦合至多个支撑构件的一个或多个，及在喷头之中的多个电感耦合器，其中多个电感耦合器的一个电感耦合器相对应至多个穿孔的砖的一个，其中支撑构件提供前驱物气体至形成于电感耦合器及穿孔的砖之间的空间。
7.在另一实施方式中，提供一种等离子体沉积腔室，包括喷头，具有多个穿孔的砖，相对应至多个穿孔的砖的一个或多个的电感耦合器，及用于支撑穿孔的砖的每一个的多个支撑构件，其中支撑构件的一个或多个提供前驱物气体至形成于电感耦合器及穿孔的砖之间的空间。
8.在另一实施方式中，提供一种等离子体沉积腔室，包括喷头，具有多个穿孔的砖，其每一个耦合至多个支撑构件的一个或多个，多个介电板，多个介电板的一个相对应至多个穿孔的砖的一个，及多个电感耦合器，其中多个电感耦合器的一个电感耦合器相对应至多个介电板的一个，其中支撑构件提供前驱物气体至形成于电感耦合器及穿孔的砖之间的空间。
9.在另一实施方式中，公开一种用于在基板上沉积膜的方法，包括将前驱物气体流至喷头的多个气体空间，气体空间的每一个包含穿孔的砖及与分别的气体空间电气连通的电感耦合器，及改变至气体空间的每一个中的前驱物气体的流动。
附图说明
10.以此方式可详细理解本公开内容以上所载的特征，以上简要概述的本公开内容的更特定说明可通过参考实施方式而获得，某些实施方式图示于随附附图中。然而，应理解随附附图仅图示本公开内容的通常实施方式，且因此不应考虑为其范围的限制，因为本公开内容可认可其他同等有效的实施方式。
11.图1根据本公开内容的一个实施方式，为截面侧视图，显示图标性处理腔室。
12.图2a为图1的盖组件的部分的放大的视图。
13.图2b为线圈的一个实施方式的顶部平面视图。
14.图3a为喷头的面板的一个实施方式的底部平面视图。
15.图3b为喷头的面板的另一实施方式的部分底部平面视图。
16.图4为概要底部平面视图，显示喷头的流动控制的另一实施方式。
17.图5为用于喷头的支撑框架的截面平面视图。
18.图6为可与此处所述的喷头一起使用的入口的一个实施方式的概要截面视图。
19.图7a为用于此处所述的喷头的穿孔的砖的平面视图。
20.图7b为形成于图7a的穿孔的砖中的开口的一个的概要截面视图。
21.为了促进理解，已尽可能地使用相同的附图标记代表共通附图中相同的元件。应考虑在一个实施方式中公开的元件可有益地利用于其他实施方式上而无须具体说明。
具体实施方式
22.本公开内容的实施方式包括可操作以在大面积基板上沉积多个层的处理系统。如此处所使用的大面积基板为具有大的表面积的主要侧的基板，例如具有通常约1平方米或更大的表面积的基板。然而，基板并非限于任何特定尺寸或形状。在一个方面中，“基板”一词代表任何多边形、方形、矩形、弯曲或者非圆形工件，例如玻璃或聚合物基板，例如在平板面板显示器的制作中使用。
23.此处，喷头配置成流动通过气体，且以数个独立控制的区至腔室的处理空间中，以便改进在处理区中暴露至气体的基板的表面的处理的均匀性。此外，每个区配置有气室，在气室及腔室的处理空间之间的一个或多个穿孔的板，及专用于区或个别穿孔的板的线圈或线圈的部分。气室形成于介电窗、穿孔的板及围绕结构之间。每个气室配置成允许处理气体流至且由相对均匀流率的结果分配至，或在某些情况中为气体定制的流率通过穿孔的板，且至处理空间中。在某些实施方式中气室具有小于在气室之中的压力下处理气体形成的等
离子体的暗隔间的厚度的两倍的厚度。在某些实施方式中，为线圈的形状的电感耦合器定位于介电窗后方，且其电感耦合能量通过介电窗、气室及穿孔的板，以冲击且支持在处理空间中的等离子体。此外，在邻接穿孔的板之间的区域中，提供额外的处理气体流动。在每个区中及通过穿孔的板之间的区域的处理气体的流动经控制以导致均匀或定制的气体流动，以在基板上实现所期望的处理结果。
24.本公开内容的实施方式包括高密度等离子体化学气相沉积(hdp cvd)处理腔室，而可操作在基板上形成一个或多个层或膜。如此处所公开的处理腔室适以传输在等离子体中产生的能量化的前驱物气体的物种。等离子体可通过电感耦合能量至真空下的气体中而产生。此处所公开的实施方式可适于在美国加州圣克拉拉市的应用材料公司的子公司akt america公司的腔室中使用。应理解此处所讨论的实施方式也可在从其他制造商可取得的腔室中实施。
25.图1根据本公开内容的一个实施方式，为截面侧视图，显示图标性处理腔室100。范例基板102显示为在腔室主体104之中。处理腔室100还包括盖组件106，及基座或基板支撑组件108。盖组件106设置于腔室主体104的上部端处，且基板支撑组件108至少部分设置于腔室主体104之中。基板支撑组件108耦合至杆110。杆110耦合至在腔室主体104之中垂直(以z方向)移动基板支撑组件108的驱动器112。在图1中所显示的处理腔室100的基板支撑组件108为在处理位置中。然而，基板支撑组件108可在z方向中降低至邻接传送通口114的位置。当降低时，可移动地设置于基板支撑组件108中的举升销116接触腔室主体104的底部118。当举升销116接触底部118时，举升销116无法再与基板支撑组件108向下移动，且维持基板102在相对固定的位置中，随着基板支撑组件108的基板接收表面120从此向下移动。此后，末端执行器或机械手臂叶片(未显示)插入传送通口114，且在基板102及基板接收表面120之间，以传送基板102离开腔室主体104。
26.盖组件106可包括放置于腔室主体104上的背板122。盖组件106还包括气体分配组件或喷头124。喷头124从气源传输处理气体至喷头124及基板102之间的处理区域126。喷头124还耦合至清洁气源，而提供例如含氟气体的清洁气体至处理区域126。
27.喷头124还作用为等离子体源128。为了用作等离子体源128，喷头124包括一个或多个电感耦合的等离子体产生部件，或线圈130。一个或多个线圈130的每一个可为单一线圈130、两个线圈130或超过两个线圈130，此后单纯以线圈130叙述。一个或多个线圈130的每一个横跨功率源及接地133耦合。喷头124还包括面板132，而包含多个分散穿孔的砖134。功率源包括匹配电路或调谐能力，用于调整线圈130的电气特性。
28.穿孔的砖134的每一个由多个支撑构件136支撑。一个或多个线圈130的每一个或一个或多个线圈130的部分定位于分别的介电板138上或上方。在盖组件106之中设置于介电板138上方的线圈130的范例更清楚显示于图2a中。多个气体空间140由介电板138、穿孔的砖134及支撑构件136的表面来限定。一个或多个线圈130的每一个配置成建立电磁场，而在处理区域126中于气体空间140下方随着气体流至气体空间140中且通过邻接穿孔的砖至其下方的腔室空间能量化处理气体成为等离子体，来自气源的处理气体经由在支撑构件136中的导管提供至气体空间140的每一个。进入且离开喷头的气体的体积或流率在喷头124的不同区中控制。处理气体的区控制由多个流量控制器提供，例如图1中图示的质量流量控制器142、143及144。举例而言，至喷头124的周围或外部区的气体的流率由流量控制器
142、143控制，同时至喷头124的中心区的气体的流率由流量控制器144控制。当需要腔室清洁时，来自清洁气源的清洁气体流至气体空间140的每一个，且因此至处理区域126中，其中清洁气体能量化成离子、自由基或两者。能量化的清洁气流通过穿孔的砖134且至处理区域126中，以便清洁腔室部件。
29.图2a为图1的盖组件106的部分的放大的视图。如以上所解释，前驱物气体从气源通过由背板122形成的入口200至气体空间140。入口200的每一个耦合至形成于支撑构件136中的分别的导管205。导管205在出口开口210处提供前驱物气体至气体空间140。某些导管205提供气体至两个邻接气体空间140(导管205的一个以虚线显示于图2a中)。流至分别的气体空间140的气体更清楚地显示于图4中。
30.导管205包括限流器215以控制到气体空间140的流动。限流器215的尺寸可变化，以便控制通过的气流。举例而言，限流器215的每一个包括特定尺寸(例如，直径)的孔口而用以控制流动。再者，限流器215的每一个的尺寸可如所需的改变，以如所需的提供更大的孔口尺寸，或更小的孔口尺寸，以控制通过的流动。
31.如图2a中所显示，穿孔的砖134包括延伸通过的多个开口218。开口218的每一个与形成于覆盖板222中的开口220对齐(同心)。多个开口218及开口220的每一个允许气体以所期望的流率从气体空间140流至处理区域126中，此归因于在气体空间140及覆盖板222之间延伸的开口218的直径。开口218和/或220，和/或开口218和/或220的行及列可以不同尺寸设计和/或具不同间隔，以便平均通过穿孔的砖134的每一个和覆盖板222的每一个的气体流动。或者，取决于所期望的气体流动特性，来自开口218和/或220的每一个的气体流动可为非均匀的。
32.覆盖板222的每一个包括环绕穿孔的砖134的侧的安装部分225。每一个安装部分225包括多个开口230，而允许气体从导管205流至次要气室235中且接着至处理区域126中。
33.支撑构件136由例如螺钉或螺丝的紧固件240耦合至背板122。支撑构件136的每一个以覆盖板222的界面部分245支撑穿孔的砖134。界面部分245的每一个可为壁架或搁板，而支撑周围的部分或穿孔的砖134的边缘。界面部分245由例如螺钉或螺丝的紧固件250紧固至支撑构件136。界面部分245的部分包括次要气室235。界面部分245的每一个还支撑穿孔的砖134的周围或边缘。一个或多个密封件265用以密封气体空间140。举例而言，密封件265为弹性材料，例如o形环密封件或聚四氟乙烯(ptfe)接合密封材料。一个或多个密封件265可提供于支撑构件136及穿孔的砖134及覆盖板222的安装部分225之间。必要时，可覆盖板222移除，以替换一个或多个穿孔的砖134。
34.此外，支撑构件136的每一个利用从其延伸的搁板270支撑介电板138(显示于图2a中)。在喷头124/等离子体源128的实施方式中，介电板138在横向表面积上(x-y平面)相较于整个喷头124/等离子体源128的表面积更小。为了支撑介电板138，利用搁板270。多个介电板138减少的横向表面积允许使用介电材料作为真空环境及气体空间140中的等离子体及处理区域126及邻接线圈130通常定位于其中的大气环境之间的物理屏蔽，而不会基于大面积支撑大气压力负载而施予大应力于其中。
35.密封件265用以密封空间275(在大气或接近大气压力下)远离气体空间140(在处理期间于毫托或更小范围中的次大气压力下)。界面构件280显示为从支撑构件136延伸，且利用紧固件285以固定(即推挤)介电板138抵靠密封件265及搁板270。密封件265也可用以
密封介于穿孔的砖134的外部周围及支撑构件136之间的空间。
36.用于喷头124/等离子体源128的材料基于电气特性、强度及化学稳定性的一种或多种而选择。线圈130以导电材料制成。背板122及支撑构件136以能够支撑支撑的部件的重量及大气压力负载的材料制成，而可包括金属或其他类似的材料。背板122及支撑构件136可以非磁性材料(例如，非顺磁性或非铁磁性材料)制成，例如铝材料。覆盖板222也以非磁性材料形成，例如金属材料，例如铝。穿孔的砖134以陶瓷材料制成，例如石英、氧化铝或其他类似的材料。介电板138以石英、氧化铝或蓝宝石材料制成。
37.图2b为线圈130的一个实施方式的顶部平面视图，定位于在盖组件106中建立的介电板138上。在一个实施方式中，可使用于图2b中所显示的线圈130配置使得图标的线圈配置个别形成于介电板138的每一个上，使得每一个平面线圈与邻接定位的线圈130以所期望的图案横跨喷头124串联连接。线圈130包括矩形螺旋形状的导体图案290。电气连接包括电气输入端子295a及电气输出端子295b。喷头124的一个或多个线圈130的每一个以串联和/或并联连接。
38.图3a为喷头124的面板132的一个实施方式的底部平面视图。如以上所述，喷头124配置成包括一个或多个区，每一个区具有独立控制的气体流动。举例而言，面板132包括中心区300a、中间区300b1及300b2，及外部区300c1及300c2。
39.喷头124包括气体分配歧管305，而控制气体流动至中心区300a、中间区300b1及300b2及外部区300c1及300c2的每一个。至区的气体流动由多个流量控制器310控制，而为图1中所显示的流量控制器142、143及144。流量控制器310的每一个可为针形阀或质量流量控制器。流量控制器130也可包括隔膜阀，以启动或停止气体流动。
40.图3b为喷头124的面板132的另一实施方式的部分底部平面视图。在此实施方式中，穿孔的砖134由覆盖板222支撑。利用紧固件250以将穿孔的覆盖板222紧固至支撑构件136，而在此视图中因其在覆盖板222的后方而未显示。
41.图4为概要底部平面视图，显示喷头124的另一实施方式，图标气体流动注入图案至形成于喷头124之中的气体空间140中。基板的长度400及宽度405显示于喷头124的侧上。流至气体空间140的前驱物可如箭头410所表示单一方向地提供，或如箭头415所表示双方向地提供。前驱物流动控制可由流量控制器142、143及144(显示于图1中)提供。此外，例如边缘区420、角落区425及中心区430的气体流动区可由流量控制器142、143及144(显示于图1中)提供。至气体空间140和/或区的每一个的前驱物流率可通过改变开口220、开口230及限流器215的一个或结合的尺寸(均显示于图2a中)而调整。
42.至气体空间140的每一个的流率可为相同或不同的。至气体空间140的流率可由图1中所显示的质量流量控制器142、143及144来控制。至气体空间140的流率可额外通过如上所述的限流器215的尺寸设计来控制。至处理区域126的流率可通过在穿孔的砖134中的开口220的尺寸以及在覆盖板222中的开口230的尺寸来控制。如所需的利用至气体空间140中的双向流动或单向流动，以提供至处理区域126足够的气体流动。
43.控制气体流动之方法包括1)使用来自质量流量控制器142、143及144的不同流率多重区(中心/边缘/角落/任何其他区)控制；2)通过不同孔口尺寸的流动控制(限流器215的尺寸)；3)至气体空间140中的流动方向控制(单一方向或双方向)；及4)通过在穿孔的砖134中的开口220的尺寸、在穿孔的砖134中的开口220的数量和/或在穿孔的砖134中的开口
220的位置的流动控制。如此处所述由喷头124提供的气体的质量流率改进约280％的非均匀百分比(nu％)(例如，从57％非均匀性(现有技术)至约15％非均匀性)。
44.图5为从图1中所显示的截面线检视的支撑框架500的底部截面视图。支撑框架500以多个支撑构件136组成。在图5的视图中的支撑框架500沿着导管205的截面切取，而显现限流器215的各种尺寸(孔口尺寸)。在一个实施方式中，限流器215的每一个的各种孔口可基于所期望的气体流动特性而改变或配置。
45.在此实施方式中，限流器215的每一个包括第一直径部分505、第二直径部分510及第三直径部分515。第一直径部分505、第二直径部分510及第三直径部分515的直径的每一个为不同或相同的。直径的每一个可基于用于喷头124的所期望流动特性而选择。在一个实施方式中，此处第一直径部分505具有最小直径，此处第三直径部分515具有最大直径，且第二直径部分510具有介于第一直径部分505及第三直径部分515之间的直径。在所显示的实施方式中，具有第一直径部分505的多个限流器215显示为在支撑框架500的中心部分中，同时具有第三直径部分515的多个限流器215显示为在支撑框架500的外部部分中。
46.此外，具有第二直径部分510的多个限流器215显示为在介于中心部分及外部部分之间的中间区中。在其他实施方式中，具有第一直径部分505、第二直径部分510及第三直径部分515的限流器215的位置如图5中所显示可在支撑框架500的部分中为相反的。或者，具有第一直径部分505、第二直径部分510及第三直径部分515的限流器215取决于所期望的特性及通过气体空间140的控制而可定位在支撑框架500的各种部分中。横跨喷头124的均匀气体流动在某些实施方式中可为所期望的。然而，在其他实施方式中，至喷头124的气体空间140的每一个的气体流动可为不均匀的。非均匀的气体流动可归因于处理腔室100的某些物理结构和/或几何。举例而言，在邻接于传送通口114(显示于图1中)的喷头124的部分中具有相较于在喷头124的其他部分中的气体流动更多的气体流动可为所期望的。
47.图6为入口200的一个实施方式的概要截面视图，而可与如此处所述的喷头124一起使用。入口200包括导管205，而包括如图2a中所述的限流器215。在某些实施方式中，限流器215的出口开口210的直径600包括约1.4毫米(mm)至约1.6mm的第一尺寸605a。在其他实施方式中，限流器215的出口开口210的直径600包括约1.9mm至约2.1mm的第二尺寸605b。出口开口210的直径600横跨喷头124的尺寸(例如，长度/宽度)而变化。举例而言，具有第一尺寸605a的限流器215可在如以上图3a中所述的中心区300a中利用。具有第二尺寸605b的限流器215可在如以上图3a中所述的中心区300a以外的喷头124的区中利用(例如，中间区300b1及300b2，及外部区300c1及300c2)。此外，限流器215包括在喷头124之中可为不同的长度610。在某些实施方式中，长度610包括可为约11mm至约12mm的第一长度615a。在其他实施方式中，限流器215的长度610包括约22mm至约24mm的第二长度615b。具有第一长度615a的限流器215可在如以上图3a中所述的中心区300a中利用。具有第二长度615b的限流器215可在如以上图3a中所述的中心区300a以外的喷头124的区中利用(例如，中间区300b1及300b2，及外部区300c1及300c2)。如以上所述关于“尺寸”及/或“长度”的“约”一词为 /-0.01mm。
48.图7a及图7b为穿孔的砖134的一个的一个实施方式的各种视图，而可与此处所述的喷头124一起利用。图7a为穿孔的砖134的第一表面700的底部平面视图，而面向覆盖板222(显示于图2a中)。图7b为形成于穿孔的砖134中的开口218的一个的概要截面视图。
49.穿孔的砖134包括以陶瓷材料制成的主体705，例如氧化铝(al2o3)。主体705包括第
一表面700及相对于第一表面700的第二表面710(显示于图7b中)。第一表面700及第二表面710为大致平行的。至少第二表面710具有约0.005英寸或更小的平坦度(根据几何尺寸标注和公差(gd&t)所限定的工程公差)。主体705的周围边缘720包括形成于第一表面700及第二表面710之间的多个开口218。
50.第一表面700包括凹陷的表面715，而界接于第一表面700及主体705的周围边缘720之间。凹陷的表面715包括过度区域725。过度区域725可为尖锐的肩部或斜角，而于第一表面700的边缘处开始且延伸至主体705的周围边缘720。过度区域725包括圆的角落730。主体705的周围边缘720包括方形角落735。
51.多个开口218的一个显示于图7b中。开口218包括形成于第二表面710中的入口孔洞或第一孔洞740。开口218还包括形成于第一表面700中的出口孔洞或第二孔洞745。第一孔洞740及第二孔洞745由步阶孔洞750流体连接。第一孔洞740及第二孔洞745的每一个包括喇叭形侧壁755。喇叭形侧壁755可包含约90度的角度α(例如，从表面700及710的平面约45度)。
52.步阶孔洞750包括第一孔口760及第二孔口765。第一孔口760包括直径770且第二孔口765包括直径775。直径775大于直径770。喇叭形区段780提供于第一孔口760及第二孔口765之间。喇叭形区段780包括约90度的角度α。直径770可为约0.017英寸至约0.018英寸。
53.本公开内容的实施方式包括用于喷头的方法及装置及具有喷头的等离子体沉积腔室，能够在大面积基板上形成一层或多层膜。等离子体均匀性以及气体(或前驱物)流动由个别穿孔的砖134的配置、专用于穿孔的砖134的线圈130和/或流量控制器142、143及144以及限流器215的变化尺寸和/或位置的结合而控制。
54.尽管以上涉及本公开内容的实施方式，可衍生本公开内容的其他及进一步实施方式而不会背离其基本范围，且其范围由随附权利要求来决定。