本實(shí)用新型要求2015年9月16日提交的、名稱為“SYSTEMS,APPARATUS,AND METHODS FOR AN IMPROVED PLASMA PROCESSING CHAMBER(用于改進(jìn)的等離子體處理腔室的系統(tǒng)、設(shè)備和方法)”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No.62/219,653的優(yōu)先權(quán)，此美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)由此出于所有目的以引用方式并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及處理腔室，并且更具體而言，涉及用于改進(jìn)的等離子體處理腔室的系統(tǒng)和設(shè)備。

背景技術(shù)：

等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)通常用于在基板上沉積薄膜，所述基板諸如，半導(dǎo)體基板、平板顯示器(FPD)的基板、有機(jī)發(fā)光(OLE)面板的基板、太陽(yáng)能電池板的基板以及其他基板。PECVD是一種沉積方法，通過(guò)所述沉積方法，通過(guò)氣體分配擴(kuò)散器或噴淋頭將處理氣體引入到處理腔室中。所述噴淋頭在處理氣體流入所述噴淋頭與支撐基板的基座之間的處理空間中時(shí)均勻地分散所述處理氣體。通常以RF(射頻)場(chǎng)來(lái)對(duì)噴淋頭進(jìn)行電偏置以將處理氣體點(diǎn)燃為等離子體。位于與噴淋頭相對(duì)處的基座通常電接地，或者由單獨(dú)的RF源供電且用作陽(yáng)極。所述等離子體生成化學(xué)物質(zhì)以在基板的表面上形成材料的薄膜，所述基板定位在基座上。

RF場(chǎng)通常經(jīng)由傳輸線(例如，柔性導(dǎo)電線纜或脊形波導(dǎo)管)從RF發(fā)生器傳送到噴淋頭/腔室。在傳輸線與噴淋頭/腔室之間耦接的RF匹配網(wǎng)絡(luò)可用來(lái)使RF發(fā)生器的輸出阻抗匹配到腔室的輸入阻抗。雖然傳輸線通常經(jīng)選擇為具有低損耗，但是傳輸線的長(zhǎng)度可以是在匹配阻抗中的重要因素。 阻抗失配會(huì)降低系統(tǒng)的效率，使匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)復(fù)雜化，并且導(dǎo)致其他問(wèn)題。此外，操作這些處理腔室的潔凈室環(huán)境中的占地面積是非常昂貴的，并且減小此類腔室的總覆蓋面積，這可獲得顯著的節(jié)省。因此，解決這些問(wèn)題的、用于將RF功率傳送到處理腔室的改進(jìn)的系統(tǒng)和設(shè)備是所需的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一些實(shí)施例中，本實(shí)用新型提供了一種用于改進(jìn)的處理腔室的系統(tǒng)。實(shí)施例包括等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)系統(tǒng)，所述PECVD系統(tǒng)具有：處理腔室，所述處理腔室具有蓋組件和噴淋頭；以及RF發(fā)生器，所述RF發(fā)生器可操作以通過(guò)蓋組件將10kW或更大的功率提供至噴淋頭。RF發(fā)生器緊鄰蓋組件而設(shè)置。所述蓋組件包括耦接在RF發(fā)生器與處理腔室之間的RF匹配網(wǎng)絡(luò)。RF匹配網(wǎng)絡(luò)可操作以使RF發(fā)生器的輸出阻抗匹配至處理腔室的輸入阻抗。

在其他實(shí)施例中，本實(shí)用新型提供了一種處理腔室蓋設(shè)備，所述處理腔室蓋設(shè)備包括：蓋組件，所述蓋組件可電耦接到噴淋頭；以及RF發(fā)生器，所述RF發(fā)生器可操作以通過(guò)蓋組件將10kW或更大的功率提供至噴淋頭。RF發(fā)生器緊鄰蓋組件而設(shè)置。

在另一些實(shí)施例中，本實(shí)用新型提供了一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括處理腔室，所述處理腔室具有蓋組件和噴淋頭，所述系統(tǒng)的特征在于RF發(fā)生器，所述RF發(fā)生器可操作以通過(guò)蓋組件將10kW或更大的功率提供至噴淋頭，其中，所述RF發(fā)生器緊鄰所述蓋組件而設(shè)置。

根據(jù)以下具體實(shí)施方式、所附權(quán)利要求書以及附圖，通過(guò)說(shuō)明大量示例性實(shí)施例和實(shí)現(xiàn)方案(包括為執(zhí)行本實(shí)用新型而構(gòu)想的最佳模式)，本實(shí)用新型的其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得完全顯而易見。本實(shí)用新型的實(shí)施例還可以能夠具有其他和不同的應(yīng)用，并且可在各個(gè)方面修改其若干細(xì)節(jié)，所有這些修改都不背離本實(shí)用新型的精神和范圍。因此，附圖和描述被視為本質(zhì)上是說(shuō)明性的，而不是限制性的。附圖不一定是按比例繪制的。說(shuō)明書旨在覆蓋落入權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的所有的修改，等效方案和替代方案。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的、描繪了改進(jìn)的系統(tǒng)的第一示例實(shí)施例的示意性框圖。

圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的、描繪了改進(jìn)的系統(tǒng)的第二示例實(shí)施例的示意性框圖。

圖3是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的、描繪了改進(jìn)的系統(tǒng)的第三示例實(shí)施例的示意性框圖。

圖4是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的、描繪了改進(jìn)的系統(tǒng)的第四示例實(shí)施例的示意性框圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型的實(shí)施例提供了用于改進(jìn)的處理腔室的系統(tǒng)和設(shè)備。實(shí)施例包括等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)設(shè)備，所述PECVD設(shè)備包括：處理腔室，所述處理腔室具有蓋組件和噴淋頭；以及射頻(RF)發(fā)生器，所述RF發(fā)生器可操作以提供10kW、15kW或更大的功率。RF發(fā)生器鄰近噴淋頭而設(shè)置，并且噴淋頭耦接到蓋組件。RF發(fā)生器設(shè)置在蓋組件上。所述蓋組件包括耦接在RF發(fā)生器與處理腔室之間的RF匹配網(wǎng)絡(luò)。RF匹配網(wǎng)絡(luò)可操作以使RF發(fā)生器的輸出阻抗匹配至處理腔室的輸入阻抗。

轉(zhuǎn)到圖1，示出了用于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積的示例PECVD系統(tǒng)100的側(cè)視圖。系統(tǒng)100包括處理腔室102，所述處理腔室102具有氣體擴(kuò)散噴淋頭104，所述氣體擴(kuò)散噴淋頭104設(shè)置在所述處理腔室102內(nèi)，并且安裝在可移除的蓋組件106上且緊鄰所述可移除的蓋組件106(例如，與所述可移除的蓋組件106接觸)。蓋組件106可以可密封地附接到處理腔室102的頂部。蓋組件106可包括蓋板107和匹配網(wǎng)絡(luò)108，所述匹配網(wǎng)絡(luò)108經(jīng)由連接器113電耦接到噴淋頭104。如下所示，在一些實(shí)施例中，匹配網(wǎng)絡(luò)108可一體式地形成在所述蓋組件106內(nèi)，或者可安裝在所述蓋組件106的底表面上。此外，在所述蓋組件106上安裝的且緊鄰所述蓋組件106(例如，與所述蓋組件106接觸)的是緊湊型RF發(fā)生器110。在一些實(shí)施例中， RF發(fā)生器110可直接安裝在蓋組件106上，并且在一些實(shí)施例中，匹配網(wǎng)絡(luò)108可安裝在所述RF發(fā)生器110與所述蓋組件106之間。這些配置旨在使RF發(fā)生器110與噴淋頭104之間的距離(例如，在傳導(dǎo)路徑的長(zhǎng)度方面)最小化，并且減小系統(tǒng)100的覆蓋面積(例如，相比使設(shè)置在潔凈室的地板上的生成器緊鄰腔室，通過(guò)將RF生成器110豎直地堆疊在系統(tǒng)100上)和成本。RF發(fā)生器110包括輸出112，所述輸出112可直接地電耦接到匹配網(wǎng)絡(luò)108。

適于與本與實(shí)用新型的實(shí)施例一起使用的、可商購(gòu)獲得的緊湊型RF發(fā)生器的示例包括由日本橫濱的京三制作所株式會(huì)社(Kyosan Electric Mfg.Co.Ltd.of Yokohama,Japan)制造的型號(hào)為RFK150FH和RFK150ZH的RF發(fā)生器。此類RF發(fā)生器的細(xì)節(jié)在2004年8月17日向Yuzurihara等人頒證的、名稱為“POWER SUPPLY APPARATUS FOR GENERATING PLASMA(用于生成等離子體的電源設(shè)備)”的美國(guó)專利No.6,777,881中公開，此美國(guó)專利由此出于所有目的并入本文。與本實(shí)用新型的實(shí)施例一起使用的適當(dāng)?shù)钠ヅ渚W(wǎng)絡(luò)的示例包括在Kudela等人所有的、名稱為“COMPACT CONFIGURABLE MODULAR RADIO FREQUENCY MATCHING NETWORK ASSEMBLY FOR PLASMA PROCESSING SYSTEMS(用于等離子體處理系統(tǒng)的緊湊型可配置模塊化RF匹配網(wǎng)絡(luò)組件)”的美國(guó)專利申請(qǐng)S/N.14/815,945中描述的匹配網(wǎng)絡(luò)，此美國(guó)專利申請(qǐng)的公開內(nèi)容由此出于所有目的并入本文。

從氣體源114饋送處理氣體。當(dāng)腔室102用于沉積時(shí)，從氣體源114，通過(guò)遠(yuǎn)程等離子源116并且通過(guò)管道118來(lái)饋送處理氣體。在所述遠(yuǎn)程等離子源116中，處理氣體不被點(diǎn)燃成等離子體。所述遠(yuǎn)程等離子源116可替代地用于清潔管道118和其他部件。在例如，在諸如圖3和圖4中描繪的那些實(shí)施例之類的一些實(shí)施例中，遠(yuǎn)程等離子源116是任選的，并且不存在。在一些實(shí)施例中，可提供旁路，所述旁路允許處理氣體圍繞遠(yuǎn)程等離子源116而流動(dòng)。在清潔期間，清潔氣體從氣體源114發(fā)送到遠(yuǎn)程等離子源116中，在遠(yuǎn)程等離子源116處，所述清潔氣體在進(jìn)入腔室102之前被點(diǎn)燃成等離子體。管道118是導(dǎo)電的管道。

RF場(chǎng)從RF發(fā)生器110經(jīng)由匹配網(wǎng)絡(luò)108被耦接到管道118，所述RF場(chǎng)用于在腔室102內(nèi)將處理氣體點(diǎn)燃成等離子體。由于RF電流的“趨膚效應(yīng)”，RF電流沿管道118的外部行進(jìn)。RF電流僅滲透某個(gè)預(yù)定的深度而進(jìn)入導(dǎo)電材料中。因此，RF電流沿管道118的外部行進(jìn)，而處理氣體在管道118內(nèi)行進(jìn)。當(dāng)處理氣體在管道118中行進(jìn)時(shí)，所述處理氣體不由RF電流激發(fā)，因?yàn)楫?dāng)處理氣體在管道118內(nèi)時(shí)，RF電流不足夠遠(yuǎn)地滲透進(jìn)入管道118以使處理氣體暴露于RF電流。

處理氣體通過(guò)背板120被饋送到腔室102中。隨后，處理氣體膨脹到背板120與噴淋頭104之間的區(qū)域122中。隨后，處理氣體行進(jìn)通過(guò)噴淋頭104中的氣體通道，并且進(jìn)入處理區(qū)域124。

另一方面，RF電流不進(jìn)入背板120與噴淋頭104之間的區(qū)域122。相反，所述RF電流沿管道118的外部行進(jìn)到背板120。在那里，所述RF電流沿背板120的大氣(例如，頂端)側(cè)行進(jìn)。背板120可由導(dǎo)電材料(諸如，鋁或不銹鋼)形成。RF電流從背板120經(jīng)由支架行進(jìn)到噴淋頭104，所述支架由導(dǎo)電材料(諸如，鋁或不銹鋼)制成。隨后，RF電流沿噴淋頭104的面層行進(jìn)，其中，RF(射頻)電流在定位于噴淋頭104與基板126之間的處理區(qū)域124中將已通過(guò)氣體通道的處理氣體點(diǎn)燃成等離子體。在一些實(shí)施例中，噴淋頭104由導(dǎo)電材料(諸如，鋁或不銹鋼)制成。

由于在處理區(qū)域124中生成的等離子體，材料被沉積到基板126上。基板126可設(shè)置在基座128上，所述基座128在加載位置與占據(jù)位置之間是可移動(dòng)的?；?28可設(shè)置在心柱(stem)130上，并且通過(guò)致動(dòng)器132可以是移動(dòng)的。

轉(zhuǎn)到圖2，示出了示例PECVD系統(tǒng)的第二實(shí)施例100'。應(yīng)注意的是，使用相同的參考編號(hào)來(lái)引用來(lái)自圖1的等效元件。在所描繪的實(shí)施例中，匹配網(wǎng)絡(luò)108’一體式地形成在蓋組件106’內(nèi)。蓋組件106’包括蓋板107。RF發(fā)生器110直接安裝在蓋組件106’上，并且經(jīng)由連接器112’電耦接到RF匹配網(wǎng)絡(luò)108’。如圖2中所示，RF匹配網(wǎng)絡(luò)108’經(jīng)由連接器113’直接電耦接到圍繞氣體管道118的蓋組件106’的蓋板107的頂表面。

轉(zhuǎn)到圖3，示出了示例PECVD系統(tǒng)的第三實(shí)施例100”。應(yīng)注意的是， 使用相同的參考編號(hào)引用來(lái)自圖1的等效元件。在所描繪的實(shí)施例中，匹配網(wǎng)絡(luò)108”安裝在蓋組件106”的底表面上。RF發(fā)生器110直接安裝在蓋組件106”的蓋板107上，并且經(jīng)由連接器112”電耦接到RF匹配網(wǎng)絡(luò)108”，所述連接器112”延伸穿過(guò)蓋板107。如圖3中所示，RF匹配網(wǎng)絡(luò)108”經(jīng)由連接器113”直接地電耦接到圍繞氣體管道118的蓋板107的底表面。

轉(zhuǎn)到圖4，示出了示例PECVD系統(tǒng)的第四實(shí)施例100”’。應(yīng)注意的是，使用相同的參考編號(hào)引用來(lái)自圖1的等效元件。在所描繪的實(shí)施例中，匹配網(wǎng)絡(luò)108”’直接安裝在蓋組件106”’的蓋板107的頂表面上。RF發(fā)生器110也直接安裝在蓋組件106”’的蓋板107的頂表面上，并且經(jīng)由連接器112”’電耦接到RF匹配網(wǎng)絡(luò)108”’。如圖4中所示，RF匹配網(wǎng)絡(luò)108”’經(jīng)由連接器113”’直接地電耦接到圍繞氣體管道118的蓋板107的頂表面。

除了PECVD系統(tǒng)之外，本實(shí)用新型的實(shí)施例還可應(yīng)用于等離子體增強(qiáng)原子層沉積(PEALD)腔室、物理氣相沉積(PVD)腔室、蝕刻腔室以及等離子體增強(qiáng)原子層蝕刻(PEALE)腔室。

在本公開中描述了許多實(shí)施例，并且僅出于說(shuō)明性目的呈現(xiàn)這些實(shí)施例。所描述的實(shí)施例在任何意義上都不是且都不旨在是限制性的。當(dāng)前所公開的本實(shí)用新型的實(shí)施例廣泛地適用于許多實(shí)現(xiàn)方案，如從本公開中顯而易見的那樣。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可利用各種修改和更改(諸如，結(jié)構(gòu)、邏輯、軟件和電修改)來(lái)實(shí)踐所公開的實(shí)施例。雖然可參照一個(gè)或多個(gè)特定的配置和/或附圖描述所公開的實(shí)施例的特定特征，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，除非另外明確地指定，否則此類特征不限于在描述所述特征時(shí)所參照的一個(gè)或多個(gè)特定的實(shí)施例或附圖中使用。

本公開既不是所有實(shí)施例的文字描述，也不是對(duì)必須在所有實(shí)施例中存在的本實(shí)用新型特征的列舉。實(shí)用新型名稱(在本公開的第一頁(yè)的開頭處提出)不應(yīng)被視為以任何方式限制為所公開的本實(shí)用新型的實(shí)施例的范圍。

本公開向本領(lǐng)域普通技術(shù)人員中的一員提供對(duì)若干實(shí)施例和/或?qū)嵱眯滦偷目蓪?shí)現(xiàn)的描述。這些實(shí)施例和/或?qū)嵱眯滦椭械囊恍┛梢圆辉诒旧暾?qǐng)中要求保護(hù)，但可在要求本申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)權(quán)益的一項(xiàng)或多項(xiàng)繼續(xù)申請(qǐng)中要 求保護(hù)。

以上描述僅公開了本實(shí)用新型的示例實(shí)施例。落入本實(shí)用新型的范圍內(nèi)的對(duì)上文公開的設(shè)備和系統(tǒng)的修改對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。

因此，雖然已經(jīng)結(jié)合本實(shí)用新型的示例性實(shí)施例公開了本實(shí)用新型，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，其他實(shí)施例也可落入由所附權(quán)利要求書限定的本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)。