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TWI540941B - 感應耦合電漿裝置 - Google Patents

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TWI540941B
TWI540941B TW099121079A TW99121079A TWI540941B TW I540941 B TWI540941 B TW I540941B TW 099121079 A TW099121079 A TW 099121079A TW 99121079 A TW99121079 A TW 99121079A TW I540941 B TWI540941 B TW I540941B
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巴那沙莫
安格維恩卡
陳誌剛
王協蔣
蓋葉安德魯恩
薩理納斯馬丁傑夫
羅夫沙西德
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Description

感應耦合電漿裝置
本發明一般而言係關於電漿處理裝備。
感應耦合電漿(ICP)處理反應器通常透過設置在處理腔室外的一或多個感應線圈對設置在處理腔室內的處理氣體中感應電流，來形成電漿。這些感應線圈可設置在腔室的外部並且藉由諸如介電質蓋而與腔室電氣分離。當射頻(RF)電流經由RF饋電結構從RF電源供應器饋入感應線圈時，能在腔室的內部由這些感應線圈所產生的電場而形成感應耦合電漿。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及外感應線圈。本發明人已發現了內線圈及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干擾而造成)可以導致在遠離這些線圈的基板位準(substrate level)處形成的電漿的電場分佈的不均勻性。例如，由於電漿的不均勻電場分佈所造成的蝕刻速率不均勻性，而使得利用這樣的電漿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，且具有峰值在中心及邊緣之間。本發明人進一步觀察到對內及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，為了滿足先進設備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殘餘蝕刻圖案不均勻性。
因此，本發明人提出了一種電漿處理裝置以更佳地控制電漿處理的不均勻性。
在此提供用於電漿處理的方法及裝置。在一些實施例中，電漿處理裝置包括具有內處理空間的處理腔室；設置於接近該處理腔室的第一RF線圈而將RF能量耦合至該處理空間；及設置於接近該處理腔室的第二RF線圈而將RF能量耦合至處理空間，該第二RF線圈與該第一RF線圈同軸地設置，其中該第一及第二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電流不同相位。
在一些實施例中，電漿處理裝置包括具有內處理空間的處理腔室；以第一方向繞線並設置於接近該處理腔室的第一RF線圈，以將RF能量耦合至處理空間；及設置於接近該處理腔室的第二RF線圈，以將RF能量耦合至處理空間，該第二RF線圈與該第一RF線圈同軸地設置，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。
在一些實施例中，形成電漿的方法包括透過第一RF線圈提供RF信號；透過與該第一RF線圈同軸地設置的第二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信號不同相位；以及透過將由第一及第二RF線圈所提供的RF信號耦合至設置在處理腔室中的處理氣體來形成電漿。以下將描述本發明的其他及進一步的實施例。
在此提供用於電漿處理的方法及裝置。本發明的方法及電漿處理裝置有益地提供較傳統裝置更均勻的電漿，因而在用電漿進行處理的基板上提供更均勻的處理結果。例如，利用本發明的電漿裝置所形成的電漿具有改善的電場分佈，這提供了更均勻的電漿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描繪根據本發明一些實施例的感應耦合電漿反應器(反應器100)的示意性側視圖。反應器100可單獨使用，或者作為半導體積體基板處理系統或者組合工具(cluster tool)的處理模組來使用，例如可從加利福尼亞聖克拉拉的Applied Materials,Inc.取得的半導體積體晶圓處理系統。可有益地受益於根據本發明實施例所修改的適當的電漿反應器的範例包括感應耦合電漿蝕刻反應器，如半導體裝備的線(如 II、 AE、 G3多蝕刻機、 G5或類似者)，它們也可從Applied Materials,Inc.取得。以上所列的半導體裝備僅僅是說明性的，且其他蝕刻反應器及非蝕刻裝備(例如CVD反應器，或其他半導體處理裝備)亦可根據本發明的教示而進行適當的修改。
反應器100包括設置在處理腔室104頂上的感應耦合電漿裝置102。該感應耦合電漿裝置包括RF饋電結構106，該RF饋電結構106用來將RF電源供應器108耦合至多個RF線圈，例如第一線圈110及第二RF線圈112。該多個RF線圈同軸地設置於接近處理腔室104(例如在處理腔室上方)，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內提供的處理氣體形成電漿。
RF電源供應器108透過匹配網路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及第二RF線圈110、112的RF功率。該功率分配器105可連接在匹配網路114及RF饋電結構106之間。或者，功率分配器可為匹配網路114的一部分，這種情況下，匹配網路將具有耦合至RF饋電結構106的兩個輸出-每一個輸出與RF線圈110、112中之每一者對應。下文根據圖4描繪的實施例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105(或者併入有功率分配器的匹配網路114)的RF電流耦合至各RF線圈。在一些實施例中，RF饋電結構106可配置為以對稱方式對這些RF線圈提供RF電流，使得RF電流相對於RF線圈的中心軸，例如藉由同軸構造，以幾何對稱的構造耦合至每個線圈。
反應器100通常包括具有導電體(壁)130及介電質蓋120(其一起界定處理空間)的處理腔室104、設置在該處理空間內的基板支撐基座116、感應耦合電漿裝置102及控制器140。壁130通常耦合至電氣接地134。在一些實施例中，支撐基座116可提供陰極，該陰極透過匹配網路124耦合到偏壓功率源122。偏壓源122可說明性地為在接近13.56 MHz頻率下高達1000 W的電源，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他頻率及功率。在其他實施例中，電源122可為DC電源或脈衝DC電源。
在一些實施例中，可提供鏈路(link)(未顯示)以連接RF電源供應器108及偏壓源122，而促進一個電源與另一個電源的操作同步。任一RF源可為主導的或主要的RF產生器，同時另一個RF產生器可為跟隨的，或者是從屬的。鏈路可進一步促進操作RF電源供應器108及偏壓源122進行完美的同步，或者幫助它們實現想要的偏移或相位差。可藉由在任一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位控制。這種在源及偏壓RF產生器之間(例如108、122)的相位控制可被提供且控制為與流經耦合RF電源供應器108的多個RF線圈的RF電流的相位控制相互獨立。關於在源及偏壓RF產生器之間的相位控制的進一步詳細說明可見於2009年5月13日申請的S. Banna等人共同擁有的美國專利申請號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併入作為參考。
在一些實施例中，介電質蓋120實質上可為平的。腔室104的其他修改可具有其他類型的蓋，如，圓頂型蓋或其他形狀。感應耦合電漿裝置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。該感應耦合電漿裝置102包括設置在介電質蓋120上方的第一及第二線圈110、112。每個線圈的相對位置、直徑比，及/或每個線圈的匝數都可按照需要透過控制每個線圈的電感來調整而控制，例如，正在形成的電漿的密度或分佈曲線。第一及第二線圈110、112中之每一者經由RF饋電結構106透過匹配網路119耦合到RF電源供應器108。RF電源供應器108說明性地可為能夠在50 kHz至13.56 MHz範圍的可調頻率下產生高達4000 W的功率，當然可按照具體應用的需要來提供其他頻率及功率。
第一及第二RF線圈110、112可配置為使得流經第一RF線圈的RF電流的相位可相對於流經第二RF線圈的RF電流的相位為不同相位(out of phase)。如在此使用，術語“不同相位”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電流的相位相對於流經第二RF線圈的RF電流的相位發生偏移。
例如，在傳統裝置中，兩RF線圈都通常以相同方向繞線。如此，RF電流在兩線圈中都以相同方向，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電流總是同相位。在本發明中，本發明人已觀察到藉由外部手段或藉由對這些線圈之一以相反方向實體上繞線來提供該兩線圈之間不同相位的電流，從而改變原始相位。本發明人已發現藉由控制線圈之間的相位來減小及消除諸如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。藉由提供線圈之間的不同相位RF電流以及藉由控制內及外線圈之間的電流比率，本發明人提供了一種促進控制處理圖案以在整個基板上實現改善均勻性的裝置。
藉由提供線圈之間的不同相位RF電流，該裝置使得由每個線圈所產生的電磁場之間的破壞性干擾反轉為建設性干擾，並因此，反應器內的典型建設性電場電漿特性可以作類似反轉。例如，本發明裝置可配置為藉由提供沿第一及第二線圈流動的不同相位的RF電流來增加接近第一及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。在一些實施例中，諸如在每一個線圈中的RF電流完全不同相位(例如，相反的電流流動或180度相位差)的情況下，干擾使得接近第一及第二線圈中每一個線圈的電場可以最大化(或集中的)，且由於相反電場之間的破壞性干擾，線圈之間的電場可以最小化(或歸零)。本發明人已發現了利用這種線圈構造所形成的電漿能有益地具有改善的，例如更均勻的電場分佈，並因此電漿成分可擴散至電場的中性區域以提供更均勻的電漿。
在一些實施例中，流經每個線圈的RF電流的方向可以透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電源供應器108所提供的RF信號的相位沒變，但第一及第二線圈110、112的相反繞線方向202、204造成RF電流不同相位，例如，以相反方向流動。
在一些實施例中，可以在RF饋電結構106及RF電源供應器108之間提供諸如分配電容(dividing capacitor)的功率分配器，以控制由RF電源供應器108向各第一及第二線圈所提供的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電源供應器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(因此促進控制對應第一及第二線圈的區域中的電漿特性)。在一些實施例中，功率分配器105可併入匹配網路114內。在一些實施例中，RF電流在流過功率分配器105之後，流向RF饋電結構106，在此該RF電流被分配到第一及第二RF線圈110、112。或者，分開的RF電流可直接饋入各第一及第二RF線圈中每一個線圈。
藉由調整功率比與調整流經第一及第二線圈中每個線圈的RF信號的相位相結合，本發明人已發現可以控制非所欲的處理不均勻性(諸如基板表面的M型蝕刻分佈曲線)。例如，圖3A-B說明性描繪使用傳統裝置及在此公開的本發明裝置的實施例所產生的蝕刻速率分佈曲線圖。這些圖說明性描繪來自實際試驗的資料及本發明人所進行的觀察。圖3A描繪在傳統裝置中，對於第一及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)的蝕刻速率分佈曲線圖(曲線302A、304A及306A)。如圖3A所示，雖然可透過對傳統裝置中的功率比進行調整來實現對蝕刻速率分佈曲線的一定的控制，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，較差的邊緣分佈曲線保持性(例如，各功率比對蝕刻分佈曲線的邊緣提供的影響有限)。
相反地，圖3B描繪在根據本發明實施例的裝置中，對於第一及第二線圈之間的多個相同功率比，徑向沿基板表面(軸312)的蝕刻速率(軸310)的蝕刻速率分佈曲線圖(曲線302B、304B及306B)，其中流經第一及第二RF線圈180的RF電流成180度不同相位。具體而言，如圖3B所示，藉由在本發明裝置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，進一步能夠實現顯著改善的邊緣分佈曲線保持性。如可從圖3B中的圖形得知，本發明裝置能夠藉由調諧功率比(如304B)來提供實質上均勻的蝕刻速率分佈曲線，且進一步能夠提供較傳統裝置明顯更佳的邊緣分佈曲線保持性。例如，腔室配置為使RF電流不同相位流經兩RF線圈，藉由控制腔室中的功率比，分佈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，實質上平的蝕刻速率，或者中心低且邊緣高的蝕刻速率。由於這些結果歸因於電漿的均勻性，因此這種控制進一步可轉移到其他處理或結果(諸如電漿處理、沉積、退火或類似處理)，其中電漿的均勻性提供對這些處理或結果的控制。
以下描述示例性RF饋電結構106的實施例，其可以結合在此公開的不同相位RF線圈裝置使用，且在圖4A-B中進一步詳細描繪。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26日申請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描繪根據本發明一些實施例的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同軸地設置的第二RF饋電器404。該第一RF饋電器402與該第二RF饋電器404係電氣隔絕。在一些實施例中，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同軸地設置。該第一及第二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。該第一及第二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、或其他材料而電氣隔絕。
第一RF饋電器402及第二RF饋電器404每一個都耦合至第一或第二RF線圈110、112中不同的一個線圈。在一些實施例中，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、桿(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。在一些實施例中，第一RF饋電器402的橫截面可為實質上圓形的。第一RF饋電器402可包括第一端406及第二端407。該第二端407可耦合至匹配網路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，匹配網路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耦合該匹配網路114的兩個輸出之一者(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可直接地或透過一些中間支撐結構(如圖4A所示的底座408)耦合至第一線圈110。底座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佈置的耦合點。例如，在圖4A中，兩個終端428描繪為設置在底座408的相對的兩側，透過例如螺絲429而用來耦合至第一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。
在一些實施例中，並且如以下對於圖5A-B所進一步討論，第一RF線圈110(及/或第二RF線圈112)可包括多個(例如兩個或更多)間隔的(interlineated)且對稱佈置的堆疊線圈。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進一步具有從該線圈向內朝該線圈中心軸延伸的接腳410。在一些實施例中，每條接腳從線圈徑向向內朝該線圈中心軸延伸。每條接腳410可相對於彼此圍繞底座408及/或第一RF饋電器402而對稱佈置(例如，兩條接腳呈180度分開，三條接腳呈120度分開，四條接腳呈90度分開，以及類似佈置)。在一些實施例中，每條接腳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電氣接觸。在一些實施例中，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接腳410以在對稱佈置的耦合點(例如，終端428)中的各個耦合點處耦合到底座408。
第二RF饋電器404可為圍繞第一RF饋電器402同軸地設置的導電管403。第二RF饋電器404可進一步包括接近第一及第二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。在一些實施例中，第二RF線圈112可在第一端412處透過凸緣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(未顯示)。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同軸地設置。凸緣416可進一步包括對稱佈置的耦合點，以使得第二RF線圈112與該凸緣耦合。例如，在圖4A中，兩個終端426描繪為設置在第二RF饋電器404的相對的兩側，透過例如螺絲427而用來耦合至第二RF線圈112的兩部分，當然，可提供其他適合的耦合，例如上述對終端428的討論。
類似於第一線圈110，且亦於以下關於圖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佈置的堆疊線圈。每個堆疊線圈可具有從該線圈延伸出的接腳418用來在對稱佈置的耦合點中各個耦合點處耦合至凸緣416。因此，每條接腳418可圍繞凸緣416及/或第二RF饋電器404對稱佈置。
第二RF饋電器404的第二端414可耦合至匹配網路114(未顯示)，或耦合至功率分配器(如圖所示)。例如，如圖4A所示，匹配網路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可耦合至該匹配網路114的兩個輸出之一(例如434)。第二饋電器404的第二端414可透過導電元件420(如導電帶)耦合至匹配網路114。在一些實施例中，第二RF饋電器404的第一端412及第二端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，則需要更長的長度。在一些實施例中，該長度422可在約2英吋英吋至約8英吋英吋(約5 cm至約20cm)之間。在一些實施例中，該長度係為使得藉由將RF電流流經第一及第二RF饋電器所形成的磁場對於藉由將RF電流流經第一及第二RF線圈110、112所形成的電場的對稱性實質上沒有影響。
在一些實施例中，且如圖4B所示，可以用盤424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，且可為與第二RF饋電器404相同或不同的材料。盤424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的一組成部份(如所示)，或者可藉由在它們之間提供穩固的電氣連接的任何適當手段而耦合至第二RF饋電器404，該手段包括但不限於對圍繞第二RF饋電器404的該盤的唇或延伸部的栓接、焊接、壓合(press fit)，或類似手段。盤424可繞第二RF饋電器404同軸地設置。盤424可以任何適當的方式(例如透過導電帶或類似物)耦合至匹配網路114或耦合至功率分配器。盤424有益地提供電屏，該電屏減輕或消除由於匹配網路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424係用於耦合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。在此類實施例中，該長度422可為約1英吋至約6英吋(約2cm至約15 cm)之間。
圖5A-B描繪根據本發明一些實施例的感應耦合電漿裝置102的示意俯視圖。如上述討論，第一及第二線圈110、112不需要是單個連續的線圈，而可各自為多個(例如兩個或更多個)間隔且對稱佈置的堆疊線圈元件。此外，第二RF線圈112可相對於第一RF線圈110同軸地設置。在一些實施例中，如圖5A-B所示，第二RF線圈112圍繞第一RF線圈110同軸地設置。
在一些實施例中，並且如圖5A所示，第一線圈110可包括兩個間隔且對稱佈置的堆疊第一線圈元件502A、502B，且第二線圈112包括四個間隔且對稱佈置的堆疊第二線圈元件508A、508B、508C及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的接腳504A、504B。接腳504A、504B實質上等同於以上討論的接腳410。接腳504A、504B圍繞第一RF饋電器402對稱佈置(例如兩接腳彼此相對)。典型地，RF電流可從第一RF饋電器402經接腳502A、502B流入第一線圈元件504A、504B，並且最終流至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，在第一及第二線圈110、112中的電場對稱性，接地柱506A、506B可以與接腳502A、502B實質上相似的對稱方向圍繞第一RF饋線結構402來設置。例如，並且如圖5A所示，接地柱506A、506B與接腳502A、502B被設置成排成一線(in-line)。
類似於第一線圈元件，第二線圈元件508A、508B、508C及508D可進一步包括從其延伸並耦合至第二RF饋電器204的接腳510A、510B、510C及510D。接腳510A、510B、510C及510D實質上等同於以上討論的接腳418。接腳510A、510B、510C及510D圍繞第二RF饋電器404對稱佈置。典型地，RF電流可從第二RF饋電器404經接腳510A、510B、510C及510D流入第二線圈元件508A、508B、508C及508D，並且最終流至分別與第二線圈元件508A、508B、508C及508D的終端相耦合的接地柱512A、512B、512C及512D。為了保持對稱性，例如，在第一及第二線圈110、112中的電場對稱性，接地柱512A、512B、512C及512D可以與接腳510A、510B、510C及510D實質上相似的對稱方向圍繞第一RF饋線結構402來設置。例如，並且如圖5A所示，接地柱512A、512B、512C及512D分別與接腳510A、510B、510C及510D被設置成排成一線(in-line)。
在一些實施例中，並且如圖5A所示，第一線圈110的接腳/接地柱可相對於第二線圈112的接腳/接地柱而夾一角度。然而，此僅僅為範例且可考慮使用任何對稱方向，例如第一線圈110的接腳/接地柱與第二線圈112的接腳/接地柱被設置成排成一線。
在一些實施例中，且如圖5B所示，第一線圈110可包括四個間隔且對稱佈置的堆疊第一線圈元件502A、502B、502C及502D。如同第一線圈元件502A、502B，附加的第一線圈元件502C及502D可進一步包括從其延伸並耦合至第一RF饋電器402的接腳504C、504D。接腳504C、504D實質上等同於上述討論的接腳410。接腳504A、504B、504C及504D圍繞第一RF饋電器402對稱佈置。如同第一線圈元件502A、502B，第一線圈元件502C、502D在與接腳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，在第一及第二線圈110、112中的電場對稱性，接地柱506A、506B、506C及506D可以與接腳504A、504B、504C及504D實質上相似的對稱方向圍繞第一RF饋線結構402來設置。例如，並且如圖5B所示，接地柱506A、506B、506C及506D分別與接腳504A、504B、504C及504D設置成排成一線。圖5B中的第二線圈元件508A、508B、508C及508D以及其所有部件(例如，接腳/接地柱)都與圖5A以及以上所述的相同。
在一些實施例中，且如圖5B所示，第一線圈110的接腳/接地柱可相對於第二線圈112的接腳/接地柱而夾一角度。然而，此僅僅為範例且可慮可使用任何對稱方向，例如第一線圈110的接腳/接地柱與第二線圈112的接腳/接地柱被設置成排成一線。
儘管以上使用每個線圈中具有兩個或四個堆疊元件的範例進行討論，但應考慮任何數量的線圈元件均可用於第一及第二線圈110、112任一者或兩者，例如三個、六個或任何適當數量以及保持圍繞第一及第二RF饋電器402、404的對稱性的佈置。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被旋轉120度。
在圖5A-B中所示的第一及第二線圈110、112的實施例可用於任何實施例來改變上述第一及第二線圈之間的相位。例如，此等第一線圈元件502中每一個都可以相反於此等第二線圈元件508中每一個的方向來繞線，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電流為不同相位。或者，當使用相位偏移器時，第一及第二線圈元件502、508可以相同方向或相反方向來繞線。
回到圖1，可選擇地，一或多個電極(未顯示)可電氣耦合到第一或第二線圈110、112中之一個線圈，例如第一線圈110。該一或多個電極可為設置在第一線圈110與第二線圈112之間並接近介電質蓋120的兩個電極。每個電極可電氣耦合到第一線圈110或第二線圈112中任一者，並且可由RF電源供應器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)向該一或多個電極提供RF功率。
在一些實施例中，該一或多個電極可以可移動地耦合到該一或多個感應線圈中之一者，以促進該一或多個電極相對於介電質蓋120及/或相對彼此而作相對定位。例如，一或多個定位機制可耦合到一或多個電極以控制其位置。該定位機制可為手動的或自動的任何適當設備，其可促進定位所欲的一或多個電極，例如，包括導螺桿、線性軸承、步進馬達、楔形物或類似設備。將該一或多個電極耦合到特定的感應線圈的電連接器可為有彈性的以促進此相對運動。例如，在一些實施例中，電連接器可包括一或多個彈性機制，如編絞線(braided wire)或其他導體。關於該電極的更詳細的描述以及其在電漿處理裝置中的應用可見於2008年7月30日申請的名稱為“Field Enhanced Inductively Coupled Plasma(FE-ICP)Reactor”的美國專利申請序列號12/182,342,在此整體引用引入本文。
加熱器元件121可設置在介電質蓋120的頂部以促進加熱處理腔室104的內部。加熱器元件121可設置在介電質蓋120與第一及第二線圈110、112之間。在一些實施例中，加熱器元件121可包括電阻加熱元件並且可耦合至電源供應器123，該電源供應器配置為提供足夠的能量以將加熱器元件121的溫度控制在約攝氏50度至約攝氏100度之間，如AC電源供應器。在一些實施例中，加熱器元件121可為開放式中斷加熱器(open break heater)。在一些實施例中，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)，從而促進在處理腔室104內均勻電漿的形成。
在操作期間，可將基板114(如半導體晶圓或其他適於電漿處理的基板)置於基座116上並且可從氣體控制板138經由進氣口126供應處理氣體，以在處理腔室104內形成氣體混合物150。可藉由將來自電漿源108的功率施加給第一及第二線圈110、112或者一或多個電極(未顯示)，而使該氣體混合物150在處理腔室104中被激發成電漿155。在一些實施例中，亦可將來自偏壓源122的功率提供給基座116。可使用節流閥127及真空泵136來控制腔室104內部的壓力。可使用流經(run through)腔室壁130的含液體導管(未顯示)來控制腔室壁130的溫度。
可藉由穩定支撐基座116的溫度來控制晶圓114的溫度。在一個實施例中，可透過氣體導管149將來自氣源148的氦氣提供給限定在設置於基座表面中的溝槽(未顯示)及在晶圓114背側之間的通道(channel)。氦氣係用於促進在基座116及晶圓114之間的熱傳遞。在處理期間，可透過基座內的電阻加熱器(未顯示)將基座116加熱至穩態溫度，且氦氣可促進晶圓114的均勻加熱。使用此種熱控制，晶圓114可說明性地維持在攝氏0及500度之間的溫度。
控制器140包括中央處理單元(CPU)144、記憶體142及用於CPU 144的支援電路146，以促進控制反應器100的部件，且如此控制此處所討論的形成電漿的方法。控制器140可為任何形式的通用目的之電腦處理器之一，該電腦處理器可以用於工業設置以控制多種腔室及子處理器。CPU 144的記憶體或電腦可讀取媒體142可為一或多個易取得的本端或遠端記憶體，例如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、軟碟、硬碟或任何其他形式的數位儲存裝置。支援電路446耦合到CPU 144以傳統方式用來支援處理器。這些電路包括快取記憶體器、電源供應器、時鐘電路、輸入/輸出電路及子系統及類似物。本發明方法可作為軟體常式儲存在記憶體142中，其可以上述方式來執行或調用該軟體常式以控制反應器100的操作。軟體常式亦可由第二CPU(未顯示)來儲存及/或執行，該第二CPU遠離由CPU 144控制的硬體。
圖6根據本發明一些實施例描繪用於形成電漿的方法的流程圖。以下根據在圖1-3描繪的本發明的實施例來描述該方法600，但是，方法600可與在此公開的本發明的任何實施例一起應用。
方法600開始於602，藉由第一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線圈之任一者)。對於特定應用，可以在任何適合頻率下提供RF信號。範例頻率包括但不限於約100KHz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，透過與第一RF線圈同軸地設置的第二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信號係為不同相位。可利用上述實施例中任一者來控制流經第一及第二線圈的RF電流的相位。例如，如上所述，為了建立第一及第二線圈之間的不同相位條件，第一及第二線圈可以相反方向，例如，如圖2所示的第一及第二方向202、204來繞線。可替代地或相結合地，可以利用諸如相位偏移器302、或阻擋電容302、304的相位偏移器來偏移流經第一及/或第二RF線圈的RF電流的相位，使得流經第一RF線圈的RF電流與流經第二RF線圈的RF電流為不同相位。在一些實施例中，相位偏移器或阻擋電容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度不同相位。但是，RF電流不需要為約180度不同相位，並且在一些實施例中，相位可以是約0到約+/-180度不同相位。
在606，可藉由將由第一及第二RF線圈所提供的RF信號耦合至設置在處理腔室中諸如氣體混合物150的處理氣體來形成諸如電漿155的電漿。處理氣體可包括任何用於形成電漿的適當處理氣體。在一些實施例中，可在對第一及第二RF線圈中每個線圈進行相同功率設置下提供RF信號。在一些實施例中，可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及第二RF線圈的RF電流的RF電流比及/或相位差的相同或不同設置來維持電漿所需的時間週期。
因此，在此提供用於電漿處理的方法及裝置。本發明的方法及電漿處理裝置有益地減小了在多線圈電漿裝置中相鄰電漿線圈之間的附加電場特性。因此，使用本發明電漿裝置所形成的電漿具有改善的電場分佈，並能被用來產生更光滑的蝕刻表面。
雖然前述內容專注於本發明的實施例，但亦可以設計出本發明的其他的以及進一步的實施例而不背離本發明的基本範疇。
100‧‧‧反應器
102‧‧‧電漿裝置
104‧‧‧處理腔室
105‧‧‧功率分配器
106‧‧‧RF饋電結構
108‧‧‧RF電源供應器
110‧‧‧第一RF線圈
112‧‧‧第二RF線圈
114‧‧‧匹配網路
116‧‧‧支撐基座
120‧‧‧蓋
121‧‧‧加熱元件
122．．．偏壓源
123．．．電源供應器
124．．．匹配網路
126．．．進氣部份
127．．．節流閥
130．．．腔室壁
134．．．電氣接地
136．．．真空泵
138．．．氣體控制板
140．．．控制器
142．．．記憶體
144．．．中央處理單元
146．．．支援電路
148．．．氣源
149．．．氣體管道
150．．．氣體混合物
155．．．電漿
202．．．方向
204．．．方向
302A-B．．．圖
304A-B．．．圖
306A-B．．．圖
310．．．軸
312．．．軸
401．．．軸
402．．．第一RF饋電器
403．．．導電管
404．．．第二RF饋電器
406．．．第一端
407．．．第二端
408．．．底座
410．．．接腳
412．．．第一端
414．．．第二端
416．．．凸緣
418．．．接腳
420．．．導電元件
422．．．長度
424．．．盤
426．．．終端
427．．．螺絲
428．．．終端
429．．．螺絲
430．．．功率分配器
432．．．輸出
434．．．輸出
502A-D．．．線圈元件
504A-D．．．接腳
506A-D．．．接地柱
508A-D．．．線圈元件
510A-D．．．接腳
512A-D．．．接地柱
600．．．方法
602．．．步驟
604．．．步驟
606．．．步驟
藉由參考附圖中描繪的本發明的說明性實施例，可以理解上文所簡要概述的且在下文更詳細討論的本發明的各實施例。然而應當注意到，附圖僅僅描述本發明的典型實施例，因此不能認為附圖限制了本發明的範圍，本發明進一步可允許其他等效實施例。
圖1描繪根據本發明一些實施例的感應耦合電漿反應器的示意性側視圖。
圖2描繪根據本發明一些實施例的感應耦合電漿反應器的一對RF線圈的示意性俯視圖。
圖3A-B說明性描繪使用傳統裝置及如在此公開的本發明裝置的實施例所產生的蝕刻速率分佈曲線圖。
圖4A-B描繪根據本發明一些實施例的RF饋電結構。
圖5A-B描繪根據本發明一些實施例的感應耦合電漿裝置的示意性俯視圖。
圖6根據本發明一些實施例描繪形成電漿的方法的流程圖。
為了促進理解，盡可能地使用相同的元件符號來表示在附圖中共通的相同元件。附圖並未成比例繪製並且為了清楚起見而可能被簡化。應考慮在一個實施例中的元件及特徵不需要進一步敍述而可有益地併入其他實施例中。
100‧‧‧反應器
102‧‧‧電漿裝置
104‧‧‧處理腔室
105‧‧‧功率分配器
106‧‧‧RF饋電結構
108‧‧‧RF電源供應器
110‧‧‧第一RF線圈
112‧‧‧第二RF線圈
114‧‧‧匹配網路
116‧‧‧支撐基座
120‧‧‧蓋
121‧‧‧加熱元件
122‧‧‧偏壓源
123‧‧‧電源供應器
124‧‧‧匹配網路
126‧‧‧進氣部份
127‧‧‧節流閥
130‧‧‧腔室壁
134‧‧‧電氣接地
136‧‧‧真空泵
138‧‧‧氣體控制板
140‧‧‧控制器
142‧‧‧記憶體
144‧‧‧中央處理單元
146‧‧‧支援電路
148‧‧‧氣源
149‧‧‧氣體管道
150‧‧‧氣體混合物
155‧‧‧電漿

Claims (14)

  1. 一種電漿處理裝置，包括：具有一內部處理空間的一處理腔室；一第一RF線圈，設置於接近該處理腔室，以將RF能量耦合至該處理空間；一第二RF線圈，設置於接近該處理腔室，以將RF能量耦合至該處理空間中，該第二RF線圈相對於該第一RF線圈同軸地設置，其中該等第一及第二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電流為不同相位；一相位偏移器，該相位偏移器耦合至該第一或第二RF線圈中任一個線圈，以用於偏移流經過的該RF電流的該相位；一導電管，該導電管具有耦合至該等第一及第二RF線圈的一第一端及與該第一端相對且耦合至一匹配網路的一第二端；以及一加熱器元件，該加熱器元件設置在該等第一及第二RF線圈與該處理腔室的一介電質蓋之間。
  2. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該第一RF線圈以一第一方向繞線，且其中該第二RF線圈以與該第一方向相反的一第二方向繞線。
  3. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該第二RF線圈係圍繞該第一RF線圈同軸地設置。
  4. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該相位偏移器偏移該RF電流的該相位，使得流經該第一RF線圈的該RF電流與流經該第二RF線圈的RF電流為約180度不同相位。
  5. 一種電漿裝置，包括：具有一內部處理空間的一處理腔室；一第一RF線圈，設置於接近該處理腔室，以將RF能量耦合至該處理空間，且以一第一方向繞線；一第二RF線圈，設置於接近該處理腔室，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線圈同軸地設置，且以與該第一方向相反的一第二方向繞線，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；以及一RF饋電結構，包含：一第一RF饋電器，該第一RF饋電器耦合至該第一RF線圈，一第二RF饋電器，該第二RF饋電器耦合至該第二RF線圈，其中該第二RF饋電器包括一導電管，該導電管具有耦合至該等第一及第二RF線圈的一第一端及與該第一端相 對且耦合至一匹配網路的一第二端，其中該導電管的該第一端及該第二端分開一長度，使得藉由流經該等第一及第二RF饋電器的RF電流所形成的一磁場對藉由流經該等第一及第二RF線圈的RF電流所形成的一電場沒有影響。
  6. 如申請專利範圍第5項的裝置，其中流經該第一RF線圈的RF電流與流經該第二RF線圈的RF電流為約180度不同相位。
  7. 如申請專利範圍第5項的裝置，其中該第二RF線圈係圍繞該第一RF線圈同軸地設置。
  8. 如申請專利範圍第7項的裝置，其中該第一RF線圈進一步包括多個對稱佈置的第一線圈元件，且其中該第二RF線圈進一步包括多個對稱佈置的第二線圈元件。
  9. 如申請專利範圍第8項的裝置，其中第一線圈元件的該數量是兩個並且第二線圈元件的該數量是四個。
  10. 如申請專利範圍第8項的裝置，其中第一線圈元件的該數量是四個並且第二線圈元件的該數量是四個。
  11. 如申請專利範圍第10項的裝置，其中該RF饋電結構耦合至該等第一及第二線圈元件中每一者，以向每一個 線圈元件提供RF功率，且其中該RF饋電結構係與該等第一及第二線圈元件中每一者同軸地設置。
  12. 如申請專利範圍第11項的裝置，其中該第一RF饋電器耦合至該第一線圈元件中每一者；且其中該第二RF饋電器圍繞該第一RF饋電器同軸的設置且與該第一RF饋電器電氣絕緣，該第二RF饋電器耦合至該等第二線圈元件中每一者。
  13. 如申請專利範圍第12項的裝置，其中該多個第一線圈元件係對稱的設置成圍繞該第一RF饋電器，且該多個第二線圈元件係對稱的設置成圍繞該第二RF饋電器。
  14. 如申請專利範圍第12項的裝置，進一步包括：一加熱器元件，其設置在該等第一及第二RF線圈與該處理腔室的一介電質蓋之間。
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