電感耦合等離子體反應器的製作方法

2023-06-10 12:17:31 1

專利名稱：電感耦合等離子體反應器的製作方法
電感耦合等離子體反應器技術領域
本發明大體涉及半導體處理設備。
背景技術：
電感耦合等離子體(ICP)工藝反應器通常通過由在處理腔室外設置的一或多個 感應線圈在處理腔室內設置的工藝氣體中感應電流來形成等離子體。這些感應線圈可設置 在腔室外並且通過諸如介質蓋而與腔室電性隔離。當射頻(RF)電流經由RF饋電結構從RF 電源饋入到感應線圈時，能在腔室內利用由這些感應線圈所產生的電場來形成感應耦合等 離子體。在一些反應器設計中，反應器可配置為具有同心的內感應線圈和外感應線圈。本 發明人已發現了內線圈和外線圈之間的附加電場特性(由於這些線圈所感生的磁場的不 利幹涉而造成)可以導致在遠離這些線圈的基板水平面(substrate level)處形成的等離 子體的電場分布的不均勻性。例如，由於等離子體的不均勻電場分布所造成的蝕刻速率不 均勻性，而使得利用這樣的等離子體所蝕刻的基板可在該基板上產生不均勻的蝕刻圖案， 如M型蝕刻圖案，例如，中心低及邊緣低的蝕刻表面，且峰值在中心和邊緣之間。本發明人 還觀察到對內和外線圈之間的功率比進行調整來控制不均勻性的嚴重性不足以完全消除 該不均勻性。此外，為了滿足先進器件節點的臨界尺寸要求，例如，約32nm及以下，可能需 要進一步減小或消除由於這種現象而造成的其餘蝕刻圖案不均勻性。因此，本發明人提出了一種更好控制等離子體處理不均勻性的等離子體處理設 備。

發明內容
在此提供用於等離子體處理的方法和設備。在一些實施方式中，等離子體處理設 備包括具有內處理空間的處理腔室；接近該處理腔室設置以將RF能量耦合至該處理空間 的第一 RF線圈；和接近該處理腔室設置以將RF能量耦合至處理空間的第二 RF線圈，該第 二 RF線圈與該第一 RF線圈同軸設置，其中該第一和第二 RF線圈配置為使得流經該第一 RF 線圈的RF電流與流經該第二 RF線圈的RF電流異相。在一些實施方式中，等離子體處理設備包括具有內處理空間的處理腔室；以第一 方向繞線並接近該處理腔室設置以將RF能量耦合至處理空間的第一 RF線圈；和接近該處 理腔室設置以將RF能量耦合至處理空間的第二 RF線圈，該第二 RF線圈與該第一 RF線圈 同軸設置，並且以與該第一方向相反的第二方向繞線，使得RF電流以第一方向流經第一 RF 線圈並以第二方向流經第二 RF線圈。在一些實施方式中，形成等離子體的方法包括通過第一RF線圈提供RF信號；通過 與該第一 RF線圈同軸設置的第二 RF線圈提供該RF信號，使得流經第二線圈的RF信號與 流經第一線圈的RF信號異相；以及通過將由第一和第二 RF線圈所提供的RF信號耦合至設 置在處理腔室中的工藝氣體來形成等離子體。下面將描述本發明的其他和進一步的實施方式。


通過參考附圖中示出的本發明的說明性實施方式，可以理解上文所簡要概括的且 在下文更詳細討論的本發明的各實施方式。然而應當注意到，附圖僅僅描述了本發明的典 型實施方式，因此不能認為附圖限制了本發明的範圍，本發明還可允許其他等效實施方式。圖1示出根據本發明一些實施方式的電感耦合等離子體反應器的示意性側視圖。圖2示出根據本發明一些實施方式的電感耦合等離子體反應器的一對RF線圈的 示意性頂視圖。圖3A-B說明性示出使用傳統設備和如在此公開的本發明設備的實施方式所產生 的蝕刻速率分布曲線圖。圖4A-B示出根據本發明一些實施方式的RF饋電結構。圖5A-B示出根據本發明一些實施方式的電感耦合等離子體設備的示意性頂視 圖。圖6示出根據本發明一些實施方式來形成等離子體的方法的流程圖。為了幫助理解，儘可能地，使用相同的參考標記來表示在附圖中普遍使用的相同 的元件。附圖並未成比例繪製並且為了清楚起見而可能被簡化。考慮可不需要進一步敘述 而有益地將在一個實施方式中的元件和特徵併入其它實施方式中。
具體實施例方式在此提供用於等離子體處理的方法和設備。本發明的方法和等離子體處理設備有 益地提供較傳統設備更均勻的等離子體，因而在用等離子體進行處理的基板上提供更均勻 的處理結果。例如，利用本發明的等離子體設備所形成的等離子體具有改善的電場分布，這 提供了更均勻的等離子體並能用於產生更均勻的處理，如在基板的表面上的蝕刻圖案。圖1示出根據本發明一些實施方式的電感耦合等離子體反應器(反應器100) 的示意性側視圖。反應器100可單獨使用，或者作為集成半導體基板處理系統或者組合 工具(cluster tool)的處理模塊來使用，例如可獲自加利福尼亞聖克拉拉的Applied Materials, Inc.的CENTURA 集成半導體晶圓處理系統。可有益地受益於根據本發明 實施方式的修改的適當的等離子體反應器的實例包括電感耦合等離子體蝕刻反應器如半 導體裝置的DPS 線(如DPS 、DPS Π、DPS AE、DPS G3多蝕刻機、DPS G5或類 似裝置)，它們也獲自AppliedMaterials，Inc.。上面列出的半導體裝置僅僅是說明性的， 並且其它蝕刻反應器和非蝕刻裝置(例如CVD反應器，或其他半導體處理裝置)也可根據 本發明的教導而進行適當的修改。反應器100包括設置在處理腔室104頂上的電感耦合等離子體設備102。該電感 耦合等離子體設備包括RF饋電結構106，該RF饋電結構106用來將RF電源108耦合至多 種RF線圈，例如第一線圈110和第二 RF線圈112。該多種RF線圈接近處理腔室104 (例如 在處理腔室上方)同軸設置並且配置為將RF功率感應耦合至處理腔室104以由在處理腔 室104內提供的工藝氣體形成等離子體。RF電源108通過匹配網絡114耦合到RF饋電結構106。可提供功率分配器105來調整分別輸送到第一和第二 RF線圈110、112的RF功率。該功率分配器105可連接在匹 配網絡114和RF饋電結構106之間。或者，功率分配器可為匹配網絡114的一部分，這種 情況下，匹配網絡將具有連接到RF饋電結構106的兩個輸出-每一個輸出與RF線圈110、 112中每一個對應。下文根據圖4示出的實施方式更詳細地討論功率分配器。
RF饋電結構106將來自功率分配器116(或者併入有功率分配器的匹配網絡114) 的RF電流耦合至各RF線圈。在一些實施方式中，RF饋電結構106可配置為以對稱方式向 這些RF線圈提供RF電流，使得RF電流圍繞這些RF線圈的中心軸，以幾何對稱的構造如同 軸結構來耦合到每個線圈。
反應器100通常包括具有導電體(壁)130和介質蓋120 (它們一起限定處理空間) 的處理腔室104，設置在該處理空間內的基板支撐基座116，電感耦合等離子體設備102和 控制器140。壁130通常耦合至電接地134。在一些實施方式中，支撐基座(陰極)116可 提供陰極，該陰極通過匹配網絡1 耦合到偏壓功率源122。偏壓源122可說明性地為在接 近13. 56MHz頻率下高達1000W的源，其能夠產生連續功率或脈衝功率，當然也可按具體應 用的需要來提供其它頻率和功率。在其它實施方式中，源122可為DC源或脈衝DC源。在一些實施方式中，可提供鏈路(link)(未示出)以將RF電源108和偏壓源122 相連接來幫助使一個源與另一個源的操作同步。任一 RF源可為主導的或主要的RF產生器， 而另一個RF產生器跟隨，或者是從動裝置。鏈路可進一步幫助操作RF電源108和偏壓源 122進行完美的同步或者幫助它們實現想要的偏移或相差。可通過在任一 RF源或兩種RF源 中或在這些RF源之間的鏈路中設置的電路來提供相控制。這種在源和偏壓RF產生器之間 (例如108、122)的相控制可與對流經耦合RF電源108的多個RF線圈的RF電流的相控制 相互獨立地提供及控制。關於在源和偏壓RF產生器之間的相控制的進一步詳細說明可見 於2009年5月13日遞交的S. Barma等人共同擁有的美國專利申請系列號12/465，319，其 名稱為「METHOD AND APPARATUS FOR PULSED PLASMA PROCESSING USING A TIME RESOLVED TUNING SCHEME FOR RF POWER DELIVERY」，在此將其全部內容整體引用引入本文。在一些實施方式中，介質蓋120可基本上是平的。腔室104的其它修改可具有其 他類型的蓋，如，圓頂型蓋或其他形狀。電感耦合等離子體設備102通常設置在蓋120上方 並配置為將RF功率感應耦合到處理腔室104。該電感耦合等離子體設備102包括設置在介 質蓋120上方的第一和第二線圈110、112。每個線圈的相對位置、直徑比，和/或每個線圈 的匝數都可按照需要通過控制每個線圈的電感來調整以控制，例如，正在形成的等離子體 的密度或分布曲線。第一和第二線圈110、112中每一個經由RF饋電結構106通過匹配網 絡119耦合到RF電源108。RF電源108可說明性地能夠在50kHz至13. 56MHz範圍的可調 頻率下產生高達4000W的功率，當然可按照具體應用的需要來提供其它頻率和功率。第一和第二RF線圈110、112可配置為使得流經第一RF線圈的RF電流的相可相對 於流經第二 RF線圈的RF電流的相為異相(out of phase) 0如在此使用，術語「異相」可被 理解為表示流經第一 RF線圈的RF電流與流經第二 RF線圈的RF電流以相反的方向流動， 或者，流經第一 RF線圈的RF電流的相相對於流經第二 RF線圈的RF電流的相發生移動。例如，在傳統設備中，兩RF線圈都通常以相同方向繞線。這樣，RF電流在兩線圈 中都以相同方向，或順時針或逆時針流動。相同的繞線方向表示在該兩線圈中流動的RF電 流總是同相。在本發明中，本發明人已觀察到通過外部手段或通過對這些線圈之一以相反方向物理繞線來提供該兩線圈之間異相的電流，從而改變原始相。本發明人已發現通過控 制線圈之間的相來減小和消除諸如M型蝕刻圖案這樣的不均勻蝕刻結果的能力，並進而將 處理(諸如蝕刻速率)圖案從中心高控制到邊緣高或控制到平坦且均勻的處理圖案。通過 提供線圈之間的異相RF電流以及通過控制內和外線圈之間的電流比率，本發明人提供了 一種幫助控制處理圖案以跨整個基板實現改善均勻性的設備。通過提供線圈之間的異相RF電流，該設備使由每個線圈所產生的電磁場之間的 不利幹涉反轉為有利的，並因此，反應器內的典型有利電場等離子體特性可以作類似反轉。 例如，本發明設備可配置為通過提供沿第一和第二線圈流動的異相的RF電流來增加接近 第一和第二線圈中每一個線圈的電場，並減小這些線圈之間的電場。在一些實施方式中，諸 如在每一個線圈中的RF電流完全異相(例如，相反的電流流動或180度相差)的情況下，由 於相反電場之間的不利幹涉，使得接近第一和第二線圈中每一個線圈的電場可以最大(或 局部的)，且線圈之間的電場可以最小(或零)。本發明人已發現了利用這種線圈構造所形 成的等離子體能有益地具有改善的，例如更均勻的電場分布，並因此等離子體組分可擴散 至電場的零區域以提供更均勻的等離子體。在一些實施方式中，流經每個線圈的RF電流的方向可以通過線圈繞線的方向來 控制。例如，如圖2所示，第一 RF線圈110可以第一方向202繞線，且第二 RF線圈112可 以與第一方向202相反的第二方向204繞線。因此，儘管由RF電源108所提供的RF信號 的相沒變，但第一和第二線圈110、112的相反繞線方向202、204造成RF電流異相，例如，以 相反方向流動。在一些實施方式中，可以在RF饋電結構106和RF電源108之間提供諸如分路電 容器(dividing capacitor)的功率分配器，以控制由RF電源108向各第一和第二線圈所 提供的RF功率的相對量。例如，如圖1所示，功率分配器105可設置在將RF饋電結構106 與RF電源108相耦合的線路中，用以控制提供給每個線圈的RF功率的量(因此幫助控制 對應第一和第二線圈的區域中的等離子體特性)。在一些實施方式中，功率分配器105可並 入到匹配網路114內。在一些實施方式中，RF電流流過功率分配器105之後，流向RF饋電 結構106，在此該RF電流被分配到第一和第二 RF線圈110、112。或者，分開的RF電流可直 接饋入到各第一和第二 RF線圈中每一個線圈。通過對功率比結合流經第一和第二線圈中每個線圈的RF信號的相進行調整，本 發明人已發現可以控制不希望的處理不均勻性(諸如基板表面的M型蝕刻分布曲線)。例 如，圖3A-B說明性示出使用傳統設備和在此公開的本發明設備的實施方式所產生的蝕刻 速率分布曲線圖。這些圖說明性示出來自實際試驗的數據和本發明人所進行的觀察。圖3A 示出在傳統設備中，對於第一和第二線圈之間的多個功率比，徑向沿基板表面(軸312)的 蝕刻速率(軸310)的蝕刻速率分布曲線圖(曲線302A、304A和306A)。如圖3A所示，雖然 可通過對傳統設備中的功率比進行調整來實現對蝕刻速率分布曲線的一定的控制，但本發 明人發現對功率比的任何調整仍舊會導致整體均勻性不夠，尤其是，較差的邊緣分布曲線 保持性(例如，各功率比對蝕刻分布曲線的邊緣提供的影響有限)。相反，圖;3B示出在根據本發明實施方式的設備中，對於第一和第二線圈之間的多 個相同功率比，徑向沿基板表面(軸31 的蝕刻速率(軸310)的蝕刻速率分布曲線圖(曲 線302B、304B和306B)，其中流經第一和第二 RF線圈180的RF電流成180度異相。具體地說，如圖3B所示，通過在本發明設備中進行相同功率比調整，本發明人發現能夠實現明顯 更大程度的均勻性控制。此外，還能夠實現顯著改善的邊緣分布曲線保持性。如可以從圖3B 中的圖形得知，本發明設備能夠通過調諧功率比(如304B)來提供基本上均勻的蝕刻速率 分布曲線，且還能夠提供較傳統設備明顯更佳的邊緣分布曲線保持性。例如，腔室配置為使 RF電流異相流經兩RF線圈，通過控制腔室中的功率比，分布曲線的均勻性能夠得到控制以 提供中心高且邊緣低的蝕刻速率，基本上平的蝕刻速率，或者中心低且邊緣高的蝕刻速率。 由於這些結果歸因於等離子體均勻性，因此這種控制還可轉移到其他工藝或結果(諸如等 離子體處理、沉積、退火或類似工藝)，對這些工藝或結果的控制由等離子體均勻性提供。下面描述並在圖4A-B中進一步詳細示出示例性RF饋電結構106的實施方式，其 可以結合在此公開的異相RF線圈設備使用。關於示例性RF結構的進一步詳細內容可見 於Z. Chen等人於2009年10月沈日遞交的美國專利申請序列號61/254，838，名稱為「RF FEED STRUCTURE FOR PLASMA PROCESSING」，在此將其全部內容整體引用引入本文。例如， 圖4A-B示出根據本發明一些實施方式的RF饋電結構106。如圖4A所示，RF饋電結構106 可包括第一 RF饋電器402以及與該第一 RF饋電器402同軸設置的第二 RF饋電器404。該 第一 RF饋電器402與該第二 RF饋電器404電性絕緣。在一些實施方式中，以及如圖所示， 第二 RF饋電器404與第一 RF饋電器402例如，沿中心軸401同軸設置。該第一和第二 RF 饋電器402、404可由任何用於將RF功率耦合到RF線圈的適當的導電材料來形成。示例性 的導電材料可包括銅、鋁、它們的合金，或類似物。該第一和第二 RF饋電器402、404可由一 或多種絕緣材料如空氣、含氟聚合物(例如Teflon )、聚乙烯、或其他材料而電性絕緣。第一 RF饋電器402和第二 RF饋電器404每一個都耦合第一或第二 RF線圈110、 112中不同的一個線圈。在一些實施方式中，第一 RF饋電器402可耦合至第一 RF線圈110。 第一 RF饋電器402可包括導線、纜線、杆(bar)、管、或其他用於耦合RF功率的適合的導電 元件中的一或多種。在一些實施方式中，第一 RF饋電器402的橫截面可以基本上是圓形 的。第一 RF饋電器402可包括第一端406和第二端407。該第二端407可耦合至匹配網 絡114(如圖中所示)，或耦合至功率分配器(如圖1所示)。例如，如圖4A所示，匹配網絡 114可包括具有兩個輸出432、434的功率分配器430，第一 RF饋電器402的第二端407耦 合該匹配網絡114的兩個輸出之一(例如432)。第一 RF饋電器402的第一端406可耦合至第一線圈110。第一 RF饋電器402的 第一端406可直接地或通過一些中間支撐結構(如圖4A所示的基座408)耦合至第一線圈 110。基座408可為圓形的或其他形狀並且包括用來使第一線圈110與該基座耦合的對稱 布置的耦合點。例如，在圖4A中，兩個終端4 示出為設置在基座408的相對的兩側，用來 通過例如螺絲4 而耦合至第一 RF線圈的兩部分。當然，可提供任何適合的耦合，例如夾 具、焊接或類似的耦合。在一些實施方式中，並且如下面對於圖5A-B所進一步討論，第一 RF線圈110(和 /或第二 RF線圈112)可包括多個(例如兩個或更多)間隔的(interlineated)且對稱布 置的堆疊線圈。例如，第一 RF線圈110可包括多個纏繞到線圈中的導體，每個導體佔有相 同的圓柱平面。每個間隔的堆疊線圈可還具有從該線圈向內朝該線圈中心軸延伸的腿410。 在一些實施方式中，每條腿從線圈徑向向內朝該線圈中心軸延伸。每條腿410可圍繞基座 408和/或第一 RF饋電器402相對於腿彼此來對稱布置(例如，兩條腿呈180度分開，三條腿呈120度分開，四條腿呈90度分開，以及類似布置)。在一些實施方式中，每條腿410可 為各RF線圈導體的一部分，該部分向內延伸以與第一 RF饋電器402電接觸。在一些實施 方式中，第一 RF線圈110可包括多個導體，每個導體具有從該線圈向內延伸的腿410以在 對稱布置的耦合點(例如，終端42 中的各個耦合點處耦合到基座408。第二 RF饋電器404可為圍繞第一 RF饋電器402同軸設置的導電管403。第二 RF 饋電器404可進一步包括接近第一和第二 RF線圈110、112的第一端412以及與該第一端 412相對的第二端414。在一些實施方式中，第二 RF線圈112可在第一端412處通過凸緣 416耦合至第二 RF饋電器404，或者，直接耦合至第二 RF饋電器404 (未示出)。凸緣416 可為圓形的或者其他形狀並且圍繞第二 RF饋電器404同軸設置。凸緣416可進一步包括 對稱布置的耦合點以使第二 RF線圈112與該凸緣耦合。例如，在圖4A中，兩個終端4 示 出為設置在第二 RF饋電器404的相對的兩側，用來通過例如螺絲427而耦合至第二 RF線 圈112的兩部分，當然，可提供其他適合的耦合，例如上面對終端428的討論。類似第一線圈110，以及也在下面關於圖5A-B所進一步討論的，第二 RF線圈112 可包括多個間隔的且對稱布置的堆疊線圈。每個堆疊線圈可具有從該線圈伸出的腿418用 來在對稱布置的耦合點中各個耦合點處耦合至凸緣416。因此，每條腿418可圍繞凸緣416 和/或第二 RF饋電器404對稱布置。第二 RF饋電器404的第二端414可耦合至匹配網絡114 (未示出)，或耦合至功率 分配器(如圖所示)。例如，如圖4A所示，匹配網絡114包括具有兩個輸出432、434的功 率分配器430。第二 RF饋電器404的第二端414可耦合至該匹配網絡114的兩個輸出之 一(例如434)。第二饋電器404的第二端414可通過導電元件420(如導電帶)耦合至匹 配網絡114。在一些實施方式中，第二 RF饋電器404的第一端412和第二端414可分開一 長度422，該長度422足以限制可能由導電元件420所產生的任何磁場不對稱的影響。所需 的長度可取決於在處理腔室104中想要使用的RF功率，所供給的功率越大，則需要更大的 長度。在一些實施方式中，該長度422可在約2英寸至約8英寸(約5cm至約20cm)之間。 在一些實施方式中，該長度是使得通過將RF電流流經第一和第二 RF饋電器所形成的磁場 對於通過將RF電流流經第一和第二 RF線圈110、112所形成的電場的對稱性基本上沒有影 響。在一些實施方式中，並且如圖4B所示，可以用盤似4來代替導電元件420。盤424 可由與第二 RF饋電器404相同類的材料來製造以及可與第二 RF饋電器404為相同或不同 的材料。盤似4可接近第二 RF饋電器404的第二端414而耦合至該第二 RF饋電器404。盤 424可為第二 RF饋電器404的一集成部件(如所示)，或者可耦合至第二 RF饋電器404，這 可通過在它們之間提供穩固的電連接的任何適當手段來實現，該手段包括但不限於栓接、 焊接、對圍繞第二 RF饋電器404的該盤的唇或延伸部的壓合(press fit)，或類似手段。盤 4M可繞第二 RF饋電器404同軸設置。盤4M可以任何適當的方式(例如通過導電帶或類 似物)耦合至匹配網絡114或耦合至功率分配器。盤4M有益地提供電屏蔽，該電屏蔽減 輕或消除由於匹配網絡114(或功率分配器)的偏移輸出而導致的任何磁場不對稱性。因 此，當盤似4用於耦合RF功率時，第二 RF饋電器404的長度422可以比導電元件420直接 耦合第二 RF饋電器404時要短。在此類實施方式中，該長度422可為約1英寸至約6英寸 (約2cm至約15cm)之間。
圖5A-B示出根據本發明一些實施方式的電感耦合等離子體設備102的示意頂視 圖。如上面討論，第一和第二線圈110、112不需要是單個連續的線圈，而可以各為多個(例 如兩個或更多個)間隔且對稱布置的堆疊線圈元件。此外，第二 RF線圈112可相對於第一 RF線圈110同軸設置。在一些實施方式中，如圖5A-B所示，第二 RF線圈112圍繞第一 RF 線圈110同軸設置。在一些實施方式中，並且如圖5A所示，第一線圈110可包括兩個間隔且對稱布置 的堆疊第一線圈元件502A、502B，並且第二線圈112包括四個間隔且對稱布置的堆疊第二 線圈元件508A、508B、508C和508D。第一線圈元件502A、502B可進一步包括從其向內延伸 並耦合至第一 RF饋電器402的腿504A、504B。腿504A、504B基本上與上面討論的腿410相 當。腿504A、504B圍繞第一 RF饋電器402對稱布置(例如兩腿彼此相對)。典型地，RF電 流可從第一 RF饋電器402經腿502A、502B流入第一線圈元件504A、504B，並且最終流向分 別與第一線圈元件502A、502B的終端相耦合的接地柱506A、506B。為了保持對稱性，例如， 在第一和第二線圈110、112中的電場對稱性，接地柱506A、506B可以與腿502A、502B基本 相似的對稱取向圍繞第一 RF饋線結構402來設置。例如，並且如圖5A所示，接地柱506A、 506B 與腿 502A、502B 排成一線(in-line)設置。類似於第一線圈元件，第二線圈元件508A、508B、508C和508D可進一步包括從其 延伸並耦合至第二 RF饋電器204的腿510A、510B、510C和510D。腿510A、510B、510C和510D 與上面討論的腿418基本上相當。腿510A、510B、510C和510D圍繞第二 RF饋電器404對 稱布置。通常，RF電流可從第二 RF饋電器404經腿510A、510B、510C和510D流入第二線圈 元件508A、508B、508C和508D，並且最終流向分別與第二線圈元件508A、508B、508C和508D 的終端相耦合的接地柱512A、512B、512C和512D。為了保持對稱性，例如，在第一和第二線 圈110,112中的電場對稱性，接地柱512A、512B、512C和512D可以與腿510A、510B、510C和 510D基本相似的對稱取向圍繞第一 RF饋線結構402來設置。例如，並且如圖5A所示，接地 柱 512A、512B、512C 和 512D 分別與腿 510A、510B、510C 和 510D 排成一線(in-line)設置。在一些實施方式中，並且如圖5A所示，第一線圈110的腿/接地柱可以相對於第 二線圈112的腿/接地柱成一角度來取向。然而，這僅僅是示例性的並且可考慮可使用任 何對稱取向，例如第一線圈110的腿/接地柱與第二線圈112的腿/接地柱排成一線設置。在一些實施方式中，以及如圖5B所示，第一線圈110可包括四個間隔且對稱布置 的堆疊第一線圈元件502A、502B、502C和502D。如同第一線圈元件502A、502B，另外的第 一線圈元件502C和502D可進一步包括從其延伸並耦合至第一 RF饋電器402的腿504C、 504D。腿504C、504D基本上與上面討論的腿410相當。腿504A、504B、504C和504D圍繞第 一 RF饋電器402對稱布置。如同第一線圈元件502A、502B，第一線圈元件502C、502D在與 腿504C、504D排成一線設置的接地柱506C、506D處終止。為了保持對稱性，例如，在第一和 第二線圈110、112中的電場對稱性，接地柱506A、506B、506C和506D可以與腿504A、504B、 504C和504D基本相似的對稱取向圍繞第一 RF饋線結構402來設置。例如，並且如圖5B所 示，接地柱506A、506B、506C和506D分別與腿504A、504B、504C和504D排成一線設置。圖 5B中的第二線圈元件508A、508B、508C和508D以及其所有部件(例如，腿/接地柱)都與 圖5A以及上面所述的相同。在一些實施方式中，並且如圖5B所示，第一線圈110的腿/接地柱可以相對於第二線圈112的腿/接地柱成一角度來取向。然而，這僅僅是示例性的並且可慮可使用任何 對稱取向，例如第一線圈110的腿/接地柱與第二線圈112的腿/接地柱排成一線設置。儘管上面使用每個線圈中兩個或四個堆疊元件的實例進行討論，但應考慮任何數 量的線圈元件均可以用於第一和第二線圈110、112任一或兩者，例如3、6或任何適當數量 以及保持圍繞第一和第二 RF饋電器402、404的對稱性的布置。例如，可在一線圈中提供三 個線圈元件，每個線圈元件相對於相鄰線圈元件轉動120度。在圖5A-B中所示的第一和第二線圈110、112的實施方式可以用於任何實施方式 來改變上述第一和第二線圈之間的相。例如，這些第一線圈元件502中每一個都可以按與 這些第二線圈元件508中每一個相反的方向來繞線使得流經第一線圈元件的RF電流與流 經第二線圈元件的RF電流為異相。或者，當使用移相器時，第一和第二線圈元件502、508 可以按相同方向或相反方向來繞線。回到圖1，任選地，一個或多個電極(未示出)可電耦合到第一或第二線圈110、 112中一個線圈，諸如第一線圈110。該一個或多個電極可以是設置在第一線圈110與第二 線圈112之間並接近介質蓋120的兩個電極。每個電極可以電耦合到第一線圈110或第二 線圈112中任一，並且可由RF電源108經由與這些電極耦合的感應線圈(例如，第一線圈 110或第二線圈112)向該一個或多個電極提供RF功率。在一些實施方式中，該一個或多個電極可以可移動地耦合到該一個或多個感應線 圈中之一，以幫助該一個或多個電極相對於介質蓋120和/或相對彼此來相對定位。例如， 一或多個定位機構可耦合到一個或多個電極以控制其位置。該定位機構可為能幫助按需要 來定位一個或多個電極的手動的或自動的任何適當裝置，例如，包括導螺杆、線性軸承、步 進電機、楔形物的裝置或類似裝置。將該一個或多個電極耦合到特定的感應線圈的電連接 器可為柔性的以幫助此種相對移動。例如，在一些實施方式中，電連接器可包括一個或多個 柔性機構，如編織線或其它導體。關於該電極的更詳細的描述以及其在等離子體處理設備 中的應用可見於2008年7月30日遞交的名稱為「Field Enhanced Inductively Coupled Plasma(FE-ICP) Reactor」的美國專利申請序列號12/182，342，在此對它整體引用引入本 文。加熱器元件121可設置在介質蓋120的頂部以幫助加熱處理腔室104的內部。加 熱器元件121可設置在介質蓋120與第一和第二線圈110、112之間。在一些實施方式中， 加熱器元件121可包括電阻加熱元件並且可耦合至電源123，該電源配置為提供足夠的能 量以將加熱器元件121的溫度控制在約50攝氏度至約100攝氏度之間，如AC電源。在一 些實施方式中，加熱器元件121可為開放式中斷加熱器(open break heater)。在一些實施 方式中，加熱器元件121可包括諸如環形元件之類的非中斷加熱器(no break heater)，從 而幫助在處理腔室104內均勻等離子體的形成。在操作期間，可將基板114(如半導體晶圓或其他適於等離子體處理的基板)置於 基座116上並且可從氣體面板138經進入口 126提供工藝氣體以在處理腔室104內形成氣 體混合物150。可通過將來自等離子體源108的功率施加給第一和第二線圈110、112以及 任選地一或多個電極(未示出)而使該氣體混合物150在處理腔室104中被激發成等離子 體155。在一些實施方式中，也可將來自偏壓源122的功率提供給基座116。可利用節流閥 127和真空泵136來控制腔室104內部的壓力。可利用貫穿(run through)該壁130的含液體管道(未示出)來控制腔室壁130的溫度。可通過穩定支撐基座116的溫度來控制晶圓114的溫度。在一個實施方式中，可 通過氣體管道149將來自氣體源148的氦氣提供給限定在在基座表面中設置的溝槽(未示 出)和在晶圓114背側之間的通路(channel)。使用氦氣來促進在基座116和晶圓114之 間的熱傳遞。處理期間，可通過基座內的電阻加熱器(未示出)將基座116加熱至穩態溫 度並且氦氣可促進晶圓114的均勻加熱。使用此種熱控制，晶圓114可說明性地維持在0 和500攝氏度之間的溫度。控制器140包括中央處理單元(CPU) 144、存儲器142和用於CPU144的支持電路 146以幫助控制反應器100的部件，以及如此來控制如在此所討論的形成等離子體的方法。 控制器140可為任何形式的通用目的的計算機處理器之一，該計算機處理器可以用於工業 設置來控制多種腔室和子處理器。CPU144的存儲器或計算機可讀介質142可為一種或多種 易獲得的本地或遠程存儲器，例如隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、軟盤、硬碟或 任何其他形式的數字存儲裝置。支持電路446耦合到CPU144用來以常規方式支持處理器。 這些電路包括高速緩存器、電源、時鐘電路、輸入/輸出電路和子系統和類似物。本發明方 法可作為軟體例程存儲在存儲器142中，可以上述方式來執行或調用該軟體例程以控制反 應器100的操作。軟體例程也可由第二 CPU(未示出)來存儲和/或執行，該第二 CPU遠離 由CPU144控制的硬體。圖6示出根據本發明一些實施方式用於形成等離子體的方法的流程圖。下面根據 在圖1-3示出的本發明的實施方式來描述該方法600，但是，方法600可與在此公開的本發 明的任何實施方式一起應用。方法600開始於602，通過第一 RF線圈，如第一 RF線圈110來提供RF信號(當然 方法600的「第一 RF線圈」可為上述RF線圈之一)。對於具體應用，可以在任何適合頻率 下提供RF信號。示例性頻率包括但不限於，在約IOOKHz至約60MHz之間的頻率。可以在 任何適合功率，諸如高達約5000W下提供RF信號。在604，通過與第一 RF線圈同軸設置的第二 RF線圈，例如，第二 RF線圈112來提 供RF信號，使得流經第二線圈的RF信號相對於流經第一線圈的RF信號異相。可利用上述 實施方式中任一來控制流經第一和第二線圈的RF電流的相。例如，如上所述，為了創建第 一和第二線圈之間的異相條件，第一和第二線圈可以以相反方向，例如，如圖2所示的第一 和第二方向202、204來繞線。可選地或結合地，可以利用移相器如移相器302、或隔直流電 容器302、304來移動流經第一和/或第二 RF線圈的RF電流的相，使得流經第一 RF線圈的 RF電流與流經第二 RF線圈的RF電流為異相。在一些實施方式中，移相器或隔直流電容器 可以移相使得流經第一 RF線圈的RF電流與流經第二 RF線圈的RF電流為約180度異相。 但是，RF電流不需要為約180度異相，並且在一些實施方式中，相可以是約0到約+/-180度 異相。在606，可以通過將由第一和第二 RF線圈所提供的RF信號耦合至設置在處理腔室 中的諸如氣體混合物150的工藝氣體來形成等離子體，如等離子體155。工藝氣體可包括任 何用於形成等離子體的適當工藝氣體。在一些實施方式中，可以在對第一和第二 RF線圈中 每個線圈進行相同功率設置下提供RF信號。在一些實施方式中，可以以固定功率比或在第 一與第二 RF線圈之間為約1 0至約0 1之間的可調功率比來提供RF信號。可以使用對流經第一和第二 RF線圈的RF電流的RF電流比和/或相差的相同或不同設置來維持等 離子體所需的時間周期。因此，在此提供用於等離子體處理的方法和設備。本發明的方法和等離子體處理 設備有益地減小了在多線圈等離子體設備中相鄰等離子體線圈之間的附加電場特性。因 此，使用本發明等離子體設備所形成的等離子體具有改善的電場分布，並能被用來產生更 光滑的蝕刻表面。雖然前述內容針對於本發明的實施方式，但是在不背離本發明的基本範圍的情況 下，也可以設計出本發明的其他的以及進一步的實施方式。
權利要求
1.一種等離子體處理設備，包括具有內處理空間的處理腔室；接近該處理腔室設置的第一 RF線圈，以將RF能量耦合至該處理空間；以及接近該處理腔室設置的第二 RF線圈，以將RF能量耦合至該處理空間，該第二 RF線圈 相對於該第一 RF線圈同軸設置，其中該第一和第二 RF線圈配置為使得流經該第一 RF線圈 的RF電流與流經該第二 RF線圈的RF電流為異相。
2.權利要求1的設備，其中該第一RF線圈以第一方向繞線，並且其中該第二 RF線圈以 與該第一方向相反的第二方向繞線。
3.權利要求1的設備，其中該第二RF線圈圍繞該第一 RF線圈同軸設置。
4.權利要求1的設備，還包括耦合至該第一或第二 RF線圈中任一個線圈的移相器，用於移動流經該線圈的RF電流 的相。
5.權利要求4的設備，其中該移相器移動該RF電流的相，使得流經該第一RF線圈的 RF電流與流經該第二 RF線圈的RF電流為約180度異相。
6.一種等離子體設備，包括具有內處理空間的處理腔室；以第一方向繞線且接近該處理腔室設置的第一 RF線圈，以將RF能量耦合至該處理空 間；以及接近該處理腔室設置的第二 RF線圈，以將RF能量耦合至該處理空間，該第二 RF線圈 相對於該第一 RF線圈同軸設置且以與該第一方向相反的第二方向繞線，使得RF電流以該 第一方向流經該第一 RF線圈且以該第二方向流經該第二 RF線圈。
7.權利要求6的設備，其中流經該第一RF線圈的RF電流與流經該第二線圈的RF電流 為約180度異相。
8.權利要求6的設備，其中該第二RF線圈圍繞該第一 RF線圈同軸設置。
9.權利要求8的設備，其中該第一RF還包括多個對稱布置的第一線圈元件，並且其中 該第二 RF線圈還包括多個對稱布置的第二線圈元件。
10.權利要求9的設備，其中第一線圈元件的數量是兩個並且第二線圈元件的數量是 四個。
11.權利要求9的設備，其中第一線圈元件的數量是四個並且第二線圈元件的數量是 四個。
12.權利要求11的設備，還包括耦合至該第一和第二線圈元件中每一個線圈元件的RF饋電結構，以向每一個線圈元 件提供RF功率，該RF饋電結構圍繞該第一和第二線圈元件中每一個線圈元件同軸設置。
13.權利要求12的設備，其中該RF饋電結構還包括耦合至該第一線圈元件中每一個線圈元件的第一 RF饋電器；和圍繞該第一 RF饋電器同軸設置並與其電絕緣的第二 RF饋電器，該第二 RF饋電器耦合 至該第二線圈元件中每一個線圈元件。
14.權利要求13的設備，其中多個第一線圈元件圍繞該第一RF饋電器對稱設置，並且 多個第二線圈元件圍繞該第二 RF饋電器對稱設置。
15.權利要求13的設備，其中該第二RF饋電器還包括導電管，具有接近該第一和第二線圈元件的第一端和與該第一端相對的第二端。
16.權利要求15的設備，其中該導電管的第一和第二端分開一長度，使得通過使RF電 流流經該第一和第二饋電器所形成的磁場對通過使RF電流流經該第一和第二 RF線圈所形 成的電場基本上沒有影響。
17.權利要求13的設備，還包括加熱器元件，設置在該第一和第二 RF線圈與該處理腔室的介質蓋之間。
18.一種形成等離子體的方法，包括 通過第一 RF線圈提供RF信號；通過相對於該第一 RF線圈同軸設置的第二 RF線圈來提供RF信號，使得流經該第二線 圈的RF信號相對於流經該第一線圈的RF信號異相；以及通過使由該第一和第二 RF線圈所提供的RF信號耦合至設置在處理腔室中的工藝氣體 來形成等離子體。
19.權利要求18的方法，其中該第一和第二RF線圈以相反方向繞線。
20.權利要求18的方法，其中流經該第一和第二RF線圈的RF電流為約180度異相。
全文摘要
本發明提供等離子體處理設備以及形成等離子體的方法。在一些實施方式中，等離子體處理設備包括具有內處理空間的處理腔室；接近該處理腔室設置的第一RF線圈，以將RF能量耦合至該處理空間；以及接近該處理腔室設置的第二RF線圈，以將RF能量耦合至該處理空間，該第二RF線圈相對於該第一RF線圈同軸設置，其中該第一和第二RF線圈被配置為使得流經該第一RF線圈的RF電流與流經該第二RF線圈的RF電流為異相。
文檔編號H01L21/3065GK102056393SQ201010240670
公開日2011年5月11日 申請日期2010年7月28日 優先權日2009年10月26日
發明者安庫爾·阿加瓦爾, 安德魯·阮, 王澤江, 瓦倫丁·N·託多羅夫, 薩姆爾·班納, 陳志剛, 馬丁·傑夫·薩利納斯 申請人:應用材料股份有限公司