用于平板处理设备的温控气体扩散器的制作方法

[0001]
本公开内容的实施方式一般涉及处理腔室，诸如等离子体增强气相沉积(pecvd)腔室。更具体来说，本公开内容的实施方式涉及用于处理腔室的气体分布组件。


背景技术：

[0002]
通常利用化学气相沉积(cvd)和等离子体增强化学气相沉积(pecvd)在诸如用于平板显示器或半导体晶片的透明基板的基板上沉积薄膜。通常通过将前驱物气体或气体混合物引入到含有基板的真空腔室中来完成cvd和pecvd。典型地通过位置接近腔室顶部的气体扩散器向下引导前驱物气体或气体混合物。将扩散板以较小的距离放置在安置在被加热的基板支撑件上的基板上方，以便扩散器和前驱物气体或气体混合物由来自基板支撑件的辐射热加热。在pecvd期间，通过由与腔室耦接的一个或多个rf源向腔室施加射频(rf)功率来将腔室中的前驱物气体或气体混合物通电(例如，激发)成等离子体。被激发的气体或气体混合物反应以在安置在被加热的基板支撑件上的基板的表面上形成一层材料。通过排气系统将在反应期间产生的易挥发副产物从腔室抽出。
[0003]
通过cvd和pecvd处理来处理的平板通常较大，常常超过370mmx470mm。因此，尤其是与用于200mm和300mm半导体晶片处理的气体扩散板相比，利用较大的气体扩散板(或气体分布板)来在尺寸相对较大的平板上方提供均匀的处理气流。由于气体扩散板较大并且仅由来自基板支撑件和被激发的等离子体的辐射热加热，因此气体扩散板的温度分布不均匀并且导致厚度不均匀的膜沉积或不均匀的膜蚀刻。
[0004]
因此，需要改进被沉积的膜或待蚀刻的膜的均匀性的改进的气体分布组件。


技术实现要素：

[0005]
在一个实施方式中，提供一种扩散器。扩散器包括顶部扩散板，其具有上游表面和下游表面以及设置在顶部扩散板中的多个第一气体通道区段(gas passage section)。各第一气体通道与设置在顶部扩散板中的至少一个流体通道(fluid channel)邻近。各流体通道与设置在顶部扩散板中的供应通道连接，所述供应通道具有被配置成可与热交换器的流体供应导管耦接的供应入口。各流体通道与设置在顶部扩散板中的返回通道连接。具有返回出口的返回通道被配置成可与热交换器的流体返回导管耦接。底部扩散板与顶部扩散板耦接。底部扩散板具有上游表面和下游表面。
[0006]
在另一实施方式中，提供一种扩散器。扩散器包括顶部扩散板，其具有上游表面和下游表面以及设置在顶部扩散板中的多个第一气体通道区段。各第一气体通道与设置在顶部扩散板中的至少一个流体通道邻近。各流体通道与设置在顶部扩散板中的供应通道和供应旁路通道之一连接。供应通道具有被配置成可与热交换器的流体供应导管耦接的供应入口。供应旁路通道与供应通道流体连通。各流体通道与设置在顶部扩散板中的返回通道和返回旁路通道之一连接。返回通道具有被配置成可与热交换器的流体返回导管耦接的返回出口。返回旁路通道与返回通道流体连通。底部扩散板与顶部扩散板耦接。底部扩散板具有
上游表面和下游表面。
[0007]
在又一实施方式中，提供一种腔室。腔室包括支撑组件和与扩散器耦接的射频(rf)电源。扩散器与支撑组件相对地设置。扩散器包括顶部扩散板，其具有上游表面和下游表面以及设置在顶部扩散板中的多个第一气体通道区段。各第一气体通道与设置在顶部扩散板中的至少一个流体通道邻近。各流体通道与设置在顶部扩散板中的供应通道连接，所述供应通道具有被配置成可与热交换器的流体供应导管耦接的供应入口。各流体通道与设置在顶部扩散板中的返回通道连接。具有返回出口的返回通道被配置成可与热交换器的流体返回导管耦接。底部扩散板与顶部扩散板耦接。底部扩散板具有上游表面和下游表面。
附图说明
[0008]
可参考实施方式(其中一些实施方式在附图中示出)来详细理解本公开内容的上述特征，以及以上简要概述的有关本公开内容更具体的描述。然而，应注意，附图仅描绘了示例性实施方式，并且因此不应视为对范围的限制，并且可允许其他等效实施方式。
[0009]
图1是根据一个实施方式的等离子体增强化学气相沉积系统的一个实施方式的示意性截面图。
[0010]
图2a是根据一个实施方式的示例性扩散器的局部示意性截面图并且图2b是所述示例性扩散器的截面底视图。
[0011]
图2c是根据一个实施方式的顶部扩散板的反面底部透视图。
[0012]
图2d是根据一个实施方式的顶部扩散板的放大反面区段。
[0013]
图2e是根据一个实施方式的顶部扩散板的反面底部透视图。
[0014]
图2f是根据一个实施方式的顶部扩散板的放大反面区段。
[0015]
为了便于理解，已经尽可能地使用相同的附图标记来标示各图共有的相同元件。应考虑，一个实施方式的元件和特征可有益地并入其他实施方式，而无需进一步叙述。
具体实施方式
[0016]
本文中描述的实施方式提供改进被沉积的膜或待蚀刻的膜的均匀性的气体分布组件。各气体分布组件包括通过扩散器的单向和双向流动的流体之一，以使得去除过量的热量和/或向扩散器提供热量以维持预定的扩散器温度。独立于处理期间的等离子体强度和从基板支撑件辐射的热量将扩散器105维持在预定的扩散器温度下，产生了具有改进的均匀性的被沉积的膜或被蚀刻的膜。
[0017]
图1是从位于加利福尼亚州(calif)圣克拉拉市(santa clara)的应用材料公司(applied materials，inc.)获得的等离子体增强化学气相沉积(pecvd)腔室100的一个实施方式的示意性截面图。应理解，下文所描述的系统是示例性腔室，并且可以使用包括来自其他制造商的腔室在内的其他腔室或将其更改以实现本公开内容的方面。腔室100包括腔室主体102、基板支撑组件104和气体分布组件106。气体分布组件106与基板支撑组件104相对地设置并且界定其间的处理容积108。
[0018]
基板支撑组件104至少部分地设置在腔室主体102内。基板支撑组件104在处理期间支撑基板110。基板支撑组件104包括基板支撑件112。基板支撑件112具有用于安装杆118的下表面114和用于支撑基板110的上表面116。杆118将基板支撑组件104与升降系统120耦
接，所述升降系统在处理位置(如图所示)与便于基板通过腔室主体102的狭缝阀122传送出入腔室100的传送位置之间移动基板支撑组件104。
[0019]
在可与本文中描述的其他实施方式组合的一个实施方式中，将设置在基板支撑件中的电阻元件(未示出)与可控地加热基板支撑件112的诸如电源之类的供应源耦接。在可与本文中描述的其他实施方式组合的另一实施方式中，与热交换器124连接的至少一个流体通道(未示出)通过与至少一个流体通道的入口连接的支撑供应导管126并且通过与至少一个流体通道的出口连接的支撑返回导管128与至少一个流体通道连接。热交换器124使通过基板支撑件112的流体循环，以使得去除过量的热量和/或向基板支撑件112提供热量以维持预定的支撑件温度。可以根据处理参数将预定的支撑件温度设定为某一温度，以使得独立于处理期间的等离子体强度维持基板110的均匀的温度分布。流体可包括可以维持约50℃至约450℃的温度的材料。
[0020]
气体分布组件106包括通过吊板(hanger plate)107从背板103悬挂的扩散器105。通过扩散器105形成多个气体通道109以允许均匀的预定分布的气体穿过扩散器105并且进入处理容积108。吊板107维持扩散器105和背板103处于分隔开的关系，从而界定在其间的气室(plenum)111。背板103包括气体入口通道113，气体入口通道113与岐管115耦接，岐管115可与一个或多个气源117耦接。气室111允许在扩散器105上方均匀地提供气体并且使气体跨越气体分布组件106的宽度以均匀的分布流动穿过多个气体通道109，以便使气体在处理容积108中均匀地流动。
[0021]
将气体分布组件106与射频(rf)电源119耦接，射频电源119用于产生用于处理基板110的等离子体。基板支撑组件104通常接地以使得rf功率由rf电源119供应到气体分布组件106，以在扩散器105与基板支撑件112之间提供电容耦接。当rf功率被供应到扩散器105时，在扩散器105与基板支撑件112之间产生电场，以使得存在于基板支撑件112与扩散器105之间的处理容积108中的气体的原子被电离并且释放电子。在处理期间，从等离子体强度产生的热量和来自基板支撑件112辐射到扩散器105的热量可能不均匀，从而在整个扩散器105上产生热区和冷区。气体分布组件106包括维持预定的扩散器温度的系统101，所述预定的扩散器温度独立于处理期间的等离子体强度和从基板支撑件112辐射的热量在整个扩散器105上是均匀的。独立于处理期间的等离子体强度和从基板支撑件112辐射的热量将扩散器105维持在预定的扩散器温度下产生具有改进的均匀性的被沉积的膜或被蚀刻的膜。
[0022]
系统101包括至少多个流体通道121。各流体通道121具有与供应通道(图2c至图2f中所示)和供应旁路通道(图2e和图2f中所示)的至少一者耦接的通道入口(图2c至图2f中所示)。各流体通道121具有与返回通道(图2c至图2f中所示)和返回旁路通道(图2e和图2f中所示)的至少一者耦接的通道出口(图2c至图2f中所示)。热交换器123通过与供应通道的入口(图2c和图2e中所示)连接的流体供应导管125与供应通道连接。热交换器123通过与返回通道的出口(图2c和图2e中所示)连接的流体返回导管127与返回通道连接。热交换器123使通过流体通道121的流体循环，以使得去除过量的热量和/或向扩散器105提供热量以维持预定的扩散器温度。可以根据处理参数将预定的扩散器温度设定为某一温度，以使得独立于处理期间的等离子体强度和从基板支撑件112辐射的热量维持扩散器105的均匀的温度分布。流体可包括可以维持约50℃至约450℃的温度的材料。
[0023]
控制器130与腔室100耦接并且被配置成在处理期间控制腔室100的各个方面。控制器130可包括中央处理单元(cpu)(未示出)、存储器(未示出)和支撑电路(或i/o)(未示出)。cpu可以是在工业环境中用于控制各种工艺和硬件(例如，电机和其他硬件)和监视工艺(例如，流体的流量)的任何形式的计算机处理器中的一种。存储器(未示出)与cpu连接，并且可以是可容易获取的存储器中的一种或更多种，诸如随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、软盘、硬盘或任何其他形式的数字存储、无论是本地或远程。可以将软件指令和数据编码并且存储在存储器内用于对cpu发送指令。支持电路(未示出)也与cpu连接用于以传统方式支持处理器。支持电路可包括传统的高速缓冲存储器、电源、时钟电路、输入/输出电路、子系统和类似者。可被控制器130读取的程序(或计算机指令)确定哪些任务可以由腔室100执行。程序可以是可以被控制器130读取的软件并且可包括用于监视和控制的指令，例如扩散器105的预定的扩散器温度。
[0024]
图2a是示例性扩散器105的局部示意性截面图并且图2b是所述示例性扩散器的截面底视图。扩散器105被配置成具有厚度242，其维持整个吊板107上充分平坦以避免不利地影响基板处理。在可与本文中描述的其他实施方式组合的一个实施方式中，扩散器105的厚度242在约0.8英寸(inch)至约2.0英寸之间。扩散器105可以是圆形，用于半导体晶片制造，或多边形，诸如矩形，用于平板显示器制造。
[0025]
扩散器105包括顶部扩散板202，所述顶部扩散板包括面对背板103的上游表面206和下游表面208。在可与本文中描述的其他实施方式组合的一个实施方式中，扩散器105的下游表面208被铸型、钎焊、锻造、热等静压成型和烧结(至少使用其中一种)到包括面对基板支撑件112的下游表面212的底部扩散板204的上游表面210上。顶部扩散板202具有厚度244并且底部扩散板204具有厚度246。各气体通道109包括顶部扩散板202中的第一气体通道区段248和底部扩散板204中的第二通道区段250。在可与本文中描述的其他实施方式组合的一个实施方式中，与孔口(orifice hole)216邻近的各流体通道121与孔口216相距距离240。在可与本文中描述的其他实施方式组合的另一实施方式中，各流体通道121具有宽度238和高度236。在可与本文中描述的其他实施方式组合的另一实施方式中，各流体通道121是u形或v形的。
[0026]
如图2c(示例性扩散器105的顶部扩散板202的反面底部透视图)和图2d(顶部扩散板202的放大反面区段)中所示，各流体通道121与至少一个第一气体通道区段248邻近设置。流体通道121形成在顶部扩散板202的下游表面208上。各第一气体通道区段248设置在顶部扩散板202中。如图2a中所示，各第一气体通道区段248由与孔口216耦接的第一钻孔214限定，并且各第二通道区段250由与顶部扩散板202中的孔口216耦接的第二钻孔218在底部扩散板204中限定。在图2c和图2d中所示的实施方式中，各流体通道121具有单向流动配置，且具有与供应通道207耦接的通道入口213和与返回通道209耦接的通道出口215。供应通道207包括待通过流体供应导管125与热交换器123连接的入口203，和待通过流体返回导管127与热交换器123连接的出口205。热交换器123使通过流体通道121的单向流动的流体循环以将扩散器105维持在预定的扩散器温度下。在可与本文中描述的其他实施方式组合的一个实施方式中，系统101包括与控制器130耦接以确定扩散器105温度的多个热电偶251。与热电偶251和热交换器123耦接的控制器130可操作以监视和控制进入供应通道207的流体的循环和温度。
[0027]
第一钻孔214、孔口216和第二钻孔218组合形成通过扩散器105的路径。第一钻孔214从顶部扩散板202的上游表面206延伸第一长度230到底部220。第一钻孔214的底部220可以是锥形、斜面、倒角或倒圆的，以在气体从第一钻孔214流动到孔口216中时最小化流动限制。第一钻孔214大体具有约0.093英寸至约0.218英寸的直径，并且在一个实施方式中是约0.156英寸的直径。
[0028]
第二钻孔218形成在底部扩散板204中并且从下游表面212延伸约0.10英寸至约2.0英寸的第三长度234。优选地，第三长度234在约0.1英寸至约1.0英寸之间。第二钻孔218的直径226大体是约0.1英寸至约1.0英寸并且可以成约10度至约50度的角224将其扩口。优选地，直径226在约0.1英寸至约0.5英寸之间，并且角224在20度至约40度之间。第二钻孔218的直径226是指与下游表面212相交的直径。第二钻孔218的表面积在约0.05平方英寸至约10平方英寸之间并且优选地在约0.05平方英寸至约5平方英寸之间。214
[0029]
用于处理1500mm x1850 mm基板的扩散器105的实例具有直径226为0.250英寸和角224为约22度的第二钻孔218。邻近的第二钻孔218的边缘252之间的距离228在约0英寸至约0.6英寸之间，优选地在约0英寸至约0.4英寸之间。第一钻孔214的直径254通常(但不限于)至少等于或小于第二钻孔218的直径226。第二钻孔218的底部222可以是锥形、斜面、倒角或倒圆的，以最小化从孔口216流出并且流入第二钻孔218的气体的压力损失。
[0030]
孔口216大体将第一钻孔214的底部220与第二钻孔218的底部222耦接。孔口216大体具有约0.01英寸至约0.3英寸，优选地约0.01英寸至约0.1英寸的直径，并且典型地具有约0.02英寸至约1.0英寸，优选地约0.02英寸至约0.5英寸的第二长度232。孔口216的第二长度232和直径(或其他几何属性)是气室111中的背压的主要来源，其促进顶部扩散板202的整个上游表面206上的均匀气体分布。孔口216典型地在多个气体通道109间被均匀地配置；然而，可以在多个气体通道109间不同地配置通过孔口216的限制，以与另一区域相比促进更多气体流动穿过扩散器105的某一个区域。举例来说，在扩散器105的更靠近腔室主体102的壁的那些气体通道109中的孔口216可以具有更大的直径和/或更短的第二长度232，以使更多气体流动穿过扩散器105的边缘以提高基板110的周边处的沉积速率。扩散板的厚度在约0.8英寸至约3.0英寸之间，优选地在约0.8英寸至约2.0英寸之间。
[0031]
如图2e，具有双向流动配置的顶部扩散板202的反面底部透视图和图2f，所述顶部扩散板的放大反面区段中所示。双向流动配置包括具有与供应通道207耦接的通道入口211和与返回通道209耦接的通道出口249的多个流体通道121的第一部分。双向流动配置包括具有与供应旁路通道217耦接的通道入口211和与返回旁路通道219耦接的通道出口249的多个流体通道121的第二部分。供应旁路通道217通过供应传送通道221与供应通道207耦接。返回旁路通道219通过返回传送通道223与返回通道209耦接。流体通道121的第一部分和第二部分交替用于流体的双向流动。热交换器123使通过供应通道207、多个流体通道121的第一部分和返回通道209，和通过供应旁路通道217、多个流体通道121的第二部分，和通过返回旁路通道219的流体循环，以将扩散器105维持在预定的扩散器温度下。
[0032]
总而言之，本文中描述改进被沉积的膜或待蚀刻的膜的均匀性的气体分布组件。各气体分布组件包括通过扩散器的单向和双向流动的流体之一，以使得去除过量的热量和/或向扩散器提供热量以维持预定的扩散器温度。独立于处理期间的等离子体强度和由基板支撑件辐射的热量将扩散器维持在预定的扩散器温度下，产生了具有改进的均匀性的
被沉积的膜或被蚀刻的膜。
[0033]
尽管前述内容涉及本公开内容的实例，但在不背离本公开内容的基本范围的情况下，可设计出本公开内容的其他和进一步的实例，并且本公开内容的范围由随附权利要求书确定。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除