專利名稱：具有局部有效電感等離子體耦合的等離子體處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及特別是用于半導(dǎo)體晶片制造的高密度等離子體發(fā)生裝置、系統(tǒng)和處理。更具體而言，本發(fā)明涉及用于為這樣的系統(tǒng)和處理產(chǎn)生高密度電感耦合等離子體(ICP)的天線和屏蔽結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
氣體等離子體發(fā)生被廣泛地用于各種集成電路(IC)制造處理中，這些制造處理包括等離子體刻蝕、等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(PECVD)和等離子體濺射沉積應(yīng)用。通常，通過(guò)下述方式在處理室內(nèi)產(chǎn)生等離子體，即通過(guò)在真空壓力下將處理氣體引入到處理室中并接著將電能耦合到處理室中以在處理氣體中產(chǎn)生并維持等離子體。等離子體可以以從10-6到完全離子化等離子體的各種離子化比例的形式存在。
等離子體通常包含工作氣體的充正電離子(其用于刻蝕襯底的表面、從靶濺射材料用于將材料層沉積到這樣的襯底上)和汽化涂層材料的離子以通過(guò)離子化物理汽相沉積(iPVD)控制材料到襯底上的沉積。等離子體通常包含在數(shù)量上與等離子體中的正電荷相等的電子，因此等離子體是宏觀準(zhǔn)中性的。
可以使用在處理室內(nèi)產(chǎn)生等離子體的各種方法?？梢栽谔幚硎覂?nèi)定位相對(duì)的電極以將能量電容耦合到等離子體。還使用微波能和電子回旋共振裝置(ECR)。對(duì)于產(chǎn)生高密度等離子體，特別是具有相對(duì)較低電子能量或等離子體電勢(shì)的高離子化比例的等離子體，將能量電感耦合到等離子體是特別理想的。電感耦合等離子體(ICP)經(jīng)常使用線圈或天線，其相對(duì)于處理室成形并定位以將能量電感耦合到處理室中并且從而在其中產(chǎn)生并維持等離子體。
在一些ICP系統(tǒng)中，電感線圈或天線圍繞或靠近處理室的頂部或另一端定位以在處理室內(nèi)產(chǎn)生等離子體。這樣的天線定位在處理室的壁中的電介質(zhì)板或窗的一側(cè)上，且來(lái)自天線的電磁能量被耦合通過(guò)電介質(zhì)窗并進(jìn)入等離子體。用于窗或室壁的一種合適的電介質(zhì)材料是石英。
ICP系統(tǒng)的幾何構(gòu)造是確定等離子體密度和均勻性(其接著可以影響在襯底表面之上處理的均勻性)的因素。如所期望經(jīng)常被考慮的是在相當(dāng)大面積上產(chǎn)生均勻高密度的等離子體，使得可以容納大襯底尺寸。例如，目前超大規(guī)模集成(ULSI)電路被形成在具有200mm和300mm直徑的晶片襯底上。
在現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)濺射涂覆系統(tǒng)中，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到濺射靶的幾何構(gòu)造影響晶片上涂層的均勻性。例如，在美國(guó)專利No.4,975,605中，確定的是提供從環(huán)形圈向著靶的周界增多的材料提高了晶片上涂層的均勻性并提高了臺(tái)階覆蓋度。此專利討論了在濺射材料從靶運(yùn)動(dòng)到晶片留下瞄準(zhǔn)線路徑(line-of-sight path)的壓力下進(jìn)行處理。
當(dāng)離子化物理汽相沉積(iPVD)發(fā)展時(shí)，例如在美國(guó)專利No.6,080,287中，發(fā)現(xiàn)圈形靶是有利的。在靶中心的RF源被設(shè)置為耦合能量以在處理室中形成次級(jí)等離子體，這使得從靶濺射的材料離子化。離子化的涂層材料有助于對(duì)晶片上特征部的涂覆，因?yàn)檫@樣的特征部變得更小。在例如美國(guó)專利No.6,287,435中還發(fā)現(xiàn)，在處理室中更高壓力的使用具有優(yōu)點(diǎn)。這樣的高壓趨向于使處理室中的濺射材料熱化(thermalize)并掩蓋了靶幾何構(gòu)造對(duì)涂層均勻性的影響。
在刻蝕系統(tǒng)和處理中，壓力通常不如以上討論的高壓iPVD系統(tǒng)那么高，但是因?yàn)闆](méi)有靶幾何構(gòu)造可利用，所以使用ICP的刻蝕系統(tǒng)必需依靠等離子體的形狀來(lái)提供涂覆均勻性。在涂覆和刻蝕，以及等離子體清除和其他等離子體處理系統(tǒng)中，還存在提高晶片處理中的均勻性的前述需要。
最常用的電感耦合源具有線圈形式的天線，線圈具有平面、圓筒或圓頂形狀的幾何構(gòu)造。其他線圈結(jié)構(gòu)包括具有組合(混合)的更復(fù)雜形狀或雙線圈構(gòu)造、多個(gè)小螺線管、多個(gè)螺線、多區(qū)域ICP增強(qiáng)PVD、超環(huán)形、傳輸線、嵌入式線圈、平面螺線(螺旋)天線和平行導(dǎo)體天線。本申請(qǐng)人已經(jīng)在美國(guó)專利No.6,237,526和6,474,258以及美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)朜o.10/080,496和10/338,771中描述了三維線圈，以及應(yīng)與其一起使用的沉積擋板和法拉第屏蔽。
用于300mm晶片的半導(dǎo)體制造工具正成為增長(zhǎng)的需求，其要求更大的處理室，其通常在直徑上超過(guò)450mm。需要這樣的處理室擴(kuò)大來(lái)通過(guò)減少室壁對(duì)整體等離子體的影響而減少處理區(qū)域內(nèi)的等離子體損失，并將諸如屏蔽、燈、診斷裝置、監(jiān)控及控制儀器等之類的硬件容納在處理室內(nèi)部，這正成為增長(zhǎng)的需求。對(duì)于這樣的處理室，電感元件也被制得更大，對(duì)于圓筒形或螺線管線圈為從400到500mm的范圍，并對(duì)于用于將能量電感耦合到用于300mm晶片處理的處理室中的螺旋管線圈為高達(dá)350mm。
增長(zhǎng)的線圈尺寸已經(jīng)需要更大的電介質(zhì)窗來(lái)允許RF能量有效地穿透到等離子體中并承受大氣壓力。在傳統(tǒng)電感耦合放電中增大用于大面積等離子體的外部天線的尺寸增大遇到了下述問(wèn)題，如需要為刻蝕或沉積提供相同的等離子體條件所需的厚電介質(zhì)窗、大電感的天線和極大的功率增大。例如，天線的電感與匝數(shù)的平方成比例，且天線上的壓降隨著匝數(shù)而增大。在這樣大尺度天線的端部處的電壓可以在通常的線圈電流和13.56MHz的工業(yè)電感頻率情況下很容易達(dá)到10kV以上的值。這樣的高電壓是危險(xiǎn)的，并導(dǎo)致天線與等離子體之間強(qiáng)烈的電容耦合，并增大了火花放電和電弧放電的可能性。
在晶片處的刻蝕均勻性由朝向晶片的離子通量(ion flux)所給定，并且其被等離子體密度分布所確定。通常，具有螺線線圈的ICP源產(chǎn)生在其中部具有峰值的等離子體分布。由于在這些線圈處感生的高電壓而限制了具有大直徑的螺線管的使用。電感耦合等離子體源(具體地，天線)的幾何構(gòu)造在確定大面積上等離子體和處理兩者的均勻性方面是重要的因素。使用ICP源，通過(guò)由天線產(chǎn)生并耦合穿過(guò)電介質(zhì)窗的共振電感場(chǎng)，并通過(guò)加熱電介質(zhì)窗的真空側(cè)附近的等離子體區(qū)域中的電子來(lái)激活等離子體。加熱等離子體電子的感應(yīng)電流從由天線中的RF電流產(chǎn)生的RF磁場(chǎng)得到。磁場(chǎng)的空間分布是由天線導(dǎo)體的每個(gè)部分產(chǎn)生的場(chǎng)的總和的函數(shù)。電感天線的幾何構(gòu)造可在很大程度上確定反應(yīng)室內(nèi)等離子體離子密度的空間分布。
在一些情況下，對(duì)于電磁場(chǎng)的電感成分是可透射的屏蔽被用于抑制從天線到等離子體的電容耦合，并防止導(dǎo)電或污染層建立在電介質(zhì)窗上。這種屏蔽的幾何構(gòu)造和結(jié)構(gòu)也可以對(duì)處理室內(nèi)的等離子體空間分布產(chǎn)生影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提高半導(dǎo)體晶片上等離子體處理均勻性，具體地設(shè)計(jì)刻蝕或更高壓力涂覆處理的應(yīng)用。
本發(fā)明的一個(gè)更具體目的室提供一種用于大面積襯底的等離子體處理的等離子體源，該等離子體處理包括等離子體刻蝕、等離子體沉積和等離子體清除。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種低電感的電感裝置。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種高度有效并簡(jiǎn)單的等離子體源并降低室成本。本發(fā)明的一個(gè)更具體目的是提供ICP等離子體處理裝備的所有權(quán)的降低的成本，并具體地提供可以經(jīng)濟(jì)地并相對(duì)容易地制造和維護(hù)的ICP源。
根據(jù)本發(fā)明的原理，提供了一種有源周界離子化源，用于產(chǎn)生可以進(jìn)行用于半導(dǎo)體晶片(特別是諸如300mm晶片之類的大晶片)的均勻等離子體處理的等離子體密度。而且根據(jù)本發(fā)明，ICP源設(shè)置有以天線或線圈形式的低電感的電感輻射裝置，用于將能量耦合到真空等離子體處理室中。
在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，ICP源設(shè)置有分段天線，其具有局部不同的參數(shù)并提供總體降低的電感。該天線被構(gòu)造為產(chǎn)生增強(qiáng)的周界離子化。通常，這樣的離子化產(chǎn)生了基本環(huán)形等離子體，其補(bǔ)償了室和源總體幾何結(jié)構(gòu)以晶片表面處產(chǎn)生均勻效果的等離子體來(lái)用于處理晶片。在許多實(shí)施例中，環(huán)形等離子體是繞室的周界的交替的高功率和低功率集中區(qū)域的環(huán)形陣列的形式。
根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，用于半導(dǎo)體晶片處理的沉積和刻蝕機(jī)械設(shè)置有具有多個(gè)部分的ICP源，其提供了雙重性能。源的某個(gè)部分設(shè)置有這樣的屏蔽部分，該屏蔽部分具有對(duì)于來(lái)自天線相鄰部分的RF磁場(chǎng)具有高透射率，天線的該相鄰部分被構(gòu)造為將最大的功率傳遞到等離子體中。源的這些部分布置為室的周界區(qū)域中的環(huán)，并以用于將功率耦合到等離子體中的能量集中的最有效模式操作。源的其他部分設(shè)置有這樣的屏蔽部分，該屏蔽部分對(duì)于來(lái)自天線相鄰部分的RF磁場(chǎng)不可透射，天線的該相鄰部分被構(gòu)造為以較低的效率操作來(lái)降低傳遞到相鄰硬件的功率的量。在源的這些部分中，通過(guò)不可透射屏蔽部分將天線與等離子體屏蔽開，其還提供了電介質(zhì)壁對(duì)來(lái)自等離子體污染的完全屏蔽。
在其優(yōu)選實(shí)施例中，這樣的裝置設(shè)置有單個(gè)電感元件來(lái)代替空間分布的多個(gè)電感線圈。
在本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施例中，電介質(zhì)窗尺寸和厚度被減小為增大ICP效率。也可以在不需要將高RF功率沉積到等離子體中的位置上減小ICP效率。
在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，天線設(shè)置有在電流承載橫截面上不同的部分。這樣隨不同部分而不同的橫截面的設(shè)置使得天線電流在一個(gè)部分中接種而在另一個(gè)部分中分散，從而隨著不同的部分產(chǎn)生分別較高和較低的輻射或天線效率。
在某些實(shí)施例中，螺旋或環(huán)狀3D天線具有界定了有角度部分的導(dǎo)體元件，其中的一些中導(dǎo)體是空間集中的而在另一些中導(dǎo)體是空間分散的，這產(chǎn)生了來(lái)自這些部分的RF能量的分別較高和較低的輻射或耦合效率。在許多實(shí)施例中，緊密群組的管狀導(dǎo)體段形成了空間集中段，而散開或分散導(dǎo)體段或大表面積段形成了空間分散段。
在一些實(shí)施例中，天線設(shè)置有具有不同橫截面段的連續(xù)導(dǎo)體，其不同橫截面段繞室的中心界定了不同的有角度部分。在一些這樣的部分中，導(dǎo)體具有更大的物理橫截面，其呈現(xiàn)了擴(kuò)展的電流承載表面，從該表面輻射了更弱的磁場(chǎng)通量，相比具有小物理橫截面的部分，其呈現(xiàn)了更小的電流承載表面，從該表面輻射了更強(qiáng)的磁場(chǎng)通量。
具有不同橫截面導(dǎo)體的實(shí)施例和具有單一橫截面導(dǎo)體的實(shí)施例在高效率部分上呈現(xiàn)了高度集中的電流并在低效率部分上呈現(xiàn)了空間分散電流。
沉積擋板或屏蔽可以設(shè)置有天線，該沉積擋板或屏蔽在與天線的低效率部分對(duì)應(yīng)的部分中電磁不可透射，或者可以在室壁中設(shè)置這樣對(duì)應(yīng)的分段窗。
多個(gè)導(dǎo)體部分的串聯(lián)鏈接可以布置為不同的圖案，因此通過(guò)具有小導(dǎo)體橫截面的多個(gè)部分產(chǎn)生共同的高磁場(chǎng)通量通道，并通過(guò)具有大導(dǎo)體橫截面的部分產(chǎn)生低通量通道。為有效激勵(lì)并維持等離子體，小導(dǎo)體橫截面部分可以定位為與將真空與大氣分離開的電介質(zhì)窗相鄰。
電感耦合的局部化帶來(lái)了等離子體源設(shè)計(jì)及其性能上有利的益處。通過(guò)來(lái)自小導(dǎo)體橫截面部分的電感耦合有效地耦合到等離子體的部分可以由定位在為產(chǎn)生等離子體處理均勻性、局部化等離子體的維持或觸發(fā)、功率分布等所需的位置來(lái)設(shè)計(jì)?？梢蕴峁﹤鬟f到一些區(qū)域中的有效RF功率，同時(shí)在另一些區(qū)域中降低或去除功率傳遞。由于局部化的電感耦合效率，RF可透射電介質(zhì)窗不需要延伸過(guò)電感元件的整個(gè)面，而僅需延伸過(guò)需要進(jìn)行有效耦合的區(qū)域?？梢允褂酶〉碾娊橘|(zhì)窗，這樣的電介質(zhì)窗可以是更薄的，這是因?yàn)槠湫枰葐蝹€(gè)大尺度的窗承受顯著地更小的大氣壓力。即使大電介質(zhì)窗也可以由更薄的材料制成，這是因?yàn)樗鼈兛梢杂稍陔姼性c等離子體之間發(fā)生非常低的電感耦合處的屏蔽的剛性結(jié)構(gòu)所支撐。分段天線的總電感將低于非分段線圈。通過(guò)對(duì)不同部分選擇合適的比例和幾何結(jié)構(gòu)，可以調(diào)節(jié)電感。
本發(fā)明的某些實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是許多現(xiàn)存的等離子體處理系統(tǒng)的現(xiàn)存的RF源硬件可以在尺寸和功率水平上降低，甚至降低為與襯底托架等離子體源一體的單個(gè)天線，其將足以提供等離子體以處理放置在托架上的晶片。通過(guò)在晶片附近這樣產(chǎn)生等離子體，可以在立即影響晶片上方的等離子體分布且不需要過(guò)大的RF電源的情況下提供效率。
本發(fā)明的實(shí)施例提供了下述優(yōu)點(diǎn)，包括極大地增長(zhǎng)了(例如，加倍)室的電介質(zhì)壁或窗的壽命，該電介質(zhì)壁或窗可以旋轉(zhuǎn)或者偏移來(lái)移動(dòng)在壁或窗上沉積的局部區(qū)域。例如，在屏蔽被分段為不同透射率部分的情況下，僅鐘罩的某些部分將直接暴露于等離子體和污染物。
本發(fā)明提供的沉積屏蔽通常具有降低的歐姆損耗。天線提供了可靠的等離子體觸發(fā)。天線允許部分不可透射沉積屏蔽的使用，而沒(méi)有由于降低的電感耦合一起的功率損失。在預(yù)選的位置上發(fā)生耦合到等離子體中的提高的RF功率，可以通過(guò)電感元件設(shè)計(jì)(例如通過(guò)最優(yōu)化沉積屏蔽的低透射區(qū)域和高透射區(qū)域之間的間距或比率)來(lái)提供和定制所述預(yù)選的位置。通過(guò)沉積屏蔽中的短槽，局部地產(chǎn)生強(qiáng)RF磁場(chǎng)，其增大了耦合到等離子體中的功率。
從以下詳細(xì)描述中，本發(fā)明的這些和其他目的和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚。


圖1是本發(fā)明的某些實(shí)施例可以應(yīng)用到其的一種類型的現(xiàn)有技術(shù)離子化物理汽相沉積設(shè)備的簡(jiǎn)圖。
圖1A是本發(fā)明的其他實(shí)施例可以應(yīng)用到其的一種類型的現(xiàn)有技術(shù)離子化物理汽相沉積設(shè)備的簡(jiǎn)圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的周界離子化ICP源的分解立體圖。
圖2A是用于圖1所示類型的iPVD設(shè)備的現(xiàn)有技術(shù)ICP源的俯視概略圖。
圖2B是由圖2A的源產(chǎn)生的等離子體功率分布的三維圖像。
圖2C是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于圖1所示類型的iPVD設(shè)備的ICP源的俯視概略圖。
圖2D是由圖2C的源產(chǎn)生的等離子體功率分布的三維圖像。
圖2E是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的用于圖1所示類型的iPVD設(shè)備的ICP源的俯視概略圖。
圖2F是由圖2E的源產(chǎn)生的等離子體功率分布的三維圖像。
圖3是用于圖2E的ICP源的天線導(dǎo)體的部分的立體圖。
圖3A-3E是圖3的導(dǎo)體的可選實(shí)施例的立體圖。
圖4是用于具有根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的ICP源的iPVD設(shè)備的陰極組件切開立體圖。
圖4A-4F是圖4的ICP源的可選實(shí)施例的立體圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于刻蝕設(shè)備的ICP源的概略立體圖。
圖5A-5B是用于圖5的源的可選天線。
圖6是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的用于刻蝕設(shè)備的ICP源的概略立體圖。
圖6A是用于圖5和6的源的可選天線。
圖6B是用于圖6A的天線的沉積擋板。
圖6C是對(duì)于具有圖6A的天線和圖6B的擋板的ICP源的功率分布圖。
圖6D是用于圖5和6的源的可選天線。
圖6E是用于圖6D的天線的沉積擋板。
圖6F是對(duì)于具有圖6D的天線和圖6E的擋板的ICP源的功率分布圖。
圖6G是用于圖5和6的源的可選天線。
圖6H是用于圖6G的天線的沉積擋板。
圖6J是對(duì)于具有圖6G的天線和圖6H的擋板的ICP源的功率分布圖。
圖7A-7C是用于圖4的iPVD設(shè)備陰極組件的可選ICP源的立體圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的ICP源可以用在各種等離子體處理系統(tǒng)中，例如用于執(zhí)行濺射刻蝕和沉積處理、等離子體增強(qiáng)CVD(PECVD)處理、離子化PVD(iPVD)處理和反應(yīng)離子刻蝕處理(RIE)的那些等離子體處理系統(tǒng)。圖1圖示了用于半導(dǎo)體晶片制造類型的iPVD設(shè)備10，其中本發(fā)明的實(shí)施例如下所述。在美國(guó)專利No.6,080,287和6,287,435中描述了iPVD類型的半導(dǎo)體晶片處理機(jī)的示例，其兩者通過(guò)引用被明確地包含在本文中。
iPVD設(shè)備10包括在其頂部具有開口13的室壁11中封閉的真空處理室12，其中安裝了離子化濺射材料源20，離子化濺射材料源20密封開口13以將室12內(nèi)的真空與外部周圍環(huán)境隔絕開。晶片支撐14在室12內(nèi)，晶片支撐14夾持半導(dǎo)體晶片15使得其待處理的一側(cè)面對(duì)開口13。離子化材料源20包括磁控管陰極組件21，磁控管陰極組件21包括作為涂層材料源的環(huán)形靶22，其通常但不一定是金屬。陰極組件還包括用于將負(fù)DC濺射電勢(shì)施加到靶22的電源和位于靶22之后的永磁體組件23，永磁體組件23吸引在靶22表面之上被DC電勢(shì)所激發(fā)的電子以形成主等離子體，主等離子體在室內(nèi)的氣體中產(chǎn)生離子以從靶22濺射材料。
在源20中，靶22是環(huán)形的并圍繞電介質(zhì)窗25，電介質(zhì)窗25通常由石英或氧化鋁形成并在靶22的中部密封到靶22。靶22和窗25形成了用于室12的真空包圍體的沿著室壁11的一部分。RF ICP源24位于窗25處并將RF能量耦合到室12中以在室12內(nèi)激發(fā)次級(jí)高密度電感耦合等離子體。RF ICP源24包括位于窗25的大氣側(cè)上的天線或線圈26和在室12的內(nèi)部上覆蓋窗25的沉積擋板或屏蔽27。RF發(fā)生器(未示出)通過(guò)合適的匹配網(wǎng)絡(luò)跨接天線26的引線。通常，RF發(fā)生器以13.56MHz的工業(yè)頻率操作。iPVD的室12中的壓力通常落在從10mTorr到150mTorr的范圍內(nèi)。
天線26和屏蔽27被設(shè)計(jì)為在從天線26到室12中較低的電容耦合的狀態(tài)下，共同最有效地將RF能量從天線26通過(guò)窗25和屏蔽27電感耦合到室12中，其中電容耦合將對(duì)等離子體施加電壓。屏蔽27還構(gòu)造為保護(hù)窗25免遭累積沉積，累積沉積(尤其是在涂層材料是金屬的情況下)使窗25對(duì)來(lái)自天線的輻射不可透射，并干擾能量耦合到等離子體中。美國(guó)專利No.6,237,526和6,474,258以及美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)朜o.10/080,496和10/338,771中描述了天線和所附的屏蔽的細(xì)節(jié)，其通過(guò)引用被明確地包含在本文中。
圖1A圖示了本發(fā)明的原理可以應(yīng)用到其的刻蝕模塊(具體地，ICP濺射清除模塊30)。模塊30具有被室壁31包圍在其中的真空處理室32，圖示為石英的鐘罩。具有金屬壁的室(其中具有有限的電介質(zhì)窗)的刻蝕模塊還被用于刻蝕目定并可以從例如美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)朜o.09/875,339所述的發(fā)明的原理中獲益，其通過(guò)引用被清楚地結(jié)合于此。在室32中，待處理的晶片15被支撐在RF偏壓襯底托架33上，晶片15可以通過(guò)機(jī)械夾具、靜電卡盤或其他夾具結(jié)構(gòu)(未示出)被夾持到托架33。RF功率通常從RF發(fā)生器34通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)35，并通常還通過(guò)電容器36被電容偏壓到襯底托架33。
當(dāng)施加RF功率時(shí)，在真空室32中產(chǎn)生等離子體，通常用諸如氬之類的惰性氣體以從0.1至10mTorr的壓力填充真空室32。襯底支撐33通常被負(fù)偏壓使得正離子以足夠的能量朝向襯底15加速而從晶片15的表面濺射刻蝕材料。濺射刻蝕速率取決于能量和離子通量密度。能量由等離子與襯底托架33上的襯底15之間的電勢(shì)差確定。離子通量由總體等離子體密度確定。為增大朝向襯底15的表面的離子通量，可以通過(guò)天線或線圈38將RF能量耦合到室32中以在室32中形成高密度ICP。
高密度電感耦合等離子體在晶片15的中心處比晶片邊緣處產(chǎn)生更大的處理效果。申請(qǐng)人在美國(guó)專利No.6,534,493中已經(jīng)提出了用圈形等離子體提高均勻性的方案，其通過(guò)引用被明確地包含在本文中。在該專利中，提出使用永磁體來(lái)使等離子體成型。對(duì)于本發(fā)明，通過(guò)使用局部有效的RF ICP源來(lái)提供等離子體的成型。這樣的源通過(guò)例如在真空處理室內(nèi)產(chǎn)生在環(huán)中等離子體能量的集中來(lái)使用例如一系列的或排布的局部有效等離子體發(fā)生。在所述實(shí)施例中，通過(guò)局部有效天線結(jié)構(gòu)、具有可透射屏蔽結(jié)構(gòu)、以及天線和屏蔽結(jié)構(gòu)的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)此局部耦合效果。通過(guò)在半導(dǎo)體晶片刻蝕和涂覆處理及系統(tǒng)中的外圍離子化源中設(shè)置這樣的局部有效結(jié)構(gòu)，可以在所述實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)成型的等離子體。
圖2圖示了實(shí)施本發(fā)明原理的外圍離子化源39的實(shí)施例。周界離子化源39包括分段天線40，并還優(yōu)選地包括可以安裝在ICP處理機(jī)中的沉積擋板或屏蔽50，分段天線40與沉積擋板或屏蔽50在設(shè)備的真空室壁的電介質(zhì)部分或真空室壁中的窗25的相對(duì)側(cè)上互相對(duì)準(zhǔn)。天線40位于窗25外側(cè)的大氣壓環(huán)境中，而擋板50位于窗25內(nèi)側(cè)的真空室中。天線40由一個(gè)或多個(gè)繞組的導(dǎo)體43形成，其具有與低效率、相對(duì)低電感部分42交替的高效率、相對(duì)高電感部分41。當(dāng)采用擋板50時(shí)，擋板50由相對(duì)可透射的區(qū)域51和相對(duì)不可透射的區(qū)域52交替地形成。當(dāng)安裝在處理設(shè)備中時(shí)，天線40的高效率部分41與擋板50的高透射率部分51對(duì)準(zhǔn)，而天線40的低效率部分42與擋板50的低透射率部分52對(duì)準(zhǔn)。
圖2A是美國(guó)專利No.6,474,258中所述類型的三維線圈26a的一個(gè)實(shí)施例的俯視圖，該三維線圈26a用于美國(guó)專利No.6,287,435所述的并在圖1的圖中示出的類型的iPVD設(shè)備中。還圖示的是沉積擋板27a的一個(gè)實(shí)施例，其也如那些專利所述。省略了中間窗25。圖2B是圖示在緊接著沉積擋板27a的下方處，從天線26a沉積到室12中的功率密度29的圖像。功率密度朝向室12和晶片15的中心線趨向于更大。這是現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)代表。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，如圖2C所示，通過(guò)設(shè)置與螺線線圈26b結(jié)合的分段沉積擋板50a來(lái)形成分段周界離子化源39a。擋板50a具有與六個(gè)相對(duì)RF不可透射的部分52a交替的六個(gè)相對(duì)RF可透射的部分51a，其分布在繞室和線圈26b的中心線的圓上。結(jié)果，如圖2D的圖像所示，等離子體密度分布60a設(shè)有由于線圈26b引起的、與可透射部分51a相對(duì)的六個(gè)高密度等離子體形式的局部區(qū)域61a，在該處耦合是局部有效的。在六個(gè)區(qū)域61a之間的區(qū)域62a與不可透射部分52a相鄰，在不可透射部分52a處通過(guò)擋板50a的耦合是無(wú)效的。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了分段天線40a，其如圖2E所示與分段擋板50a結(jié)合形成了與圖2所示的實(shí)施例相似的周界離子化源39b。分段天線40a與具有線圈26b的實(shí)施例39a相比，提供了有利地降低的阻抗。天線40a具有與六個(gè)相對(duì)低電感部分42a(從其的場(chǎng)產(chǎn)生是無(wú)效的)交替的六個(gè)相對(duì)高電感部分41a(從其的場(chǎng)產(chǎn)生是相對(duì)有效的)，其分布在繞室12的中心線的圓上。分段天線40a可以與擋板結(jié)合使用，例如擋板50，其可透射部分51a與天線40a的相對(duì)高電感部分41a對(duì)準(zhǔn)，且擋板50a的不可透射部分52a與天線40a的相對(duì)低電感部分42a對(duì)準(zhǔn)。結(jié)果，如圖2F的圖像所示，等離子體密度分布60b設(shè)置有由于線圈41a引起的、與可透射部分51a相對(duì)的六個(gè)高密度等離子體形式的局部區(qū)域41a，在該處場(chǎng)產(chǎn)生和耦合是局部有效的。六個(gè)區(qū)域61b之間的區(qū)域62b是由天線部分42a引起的、并與不可透射部分52a相對(duì)，在該處由天線40a的場(chǎng)產(chǎn)生以及通過(guò)擋板50a的耦合是無(wú)效的。
根據(jù)圖4最佳地示出的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，通過(guò)成型周界電感元件來(lái)發(fā)生并維持用于半導(dǎo)體涂覆和刻蝕系統(tǒng)及處理的高密度電感耦合等離子體(ICP)，所述成型周界電感元件以局部增強(qiáng)ICP效率允許RF功率到等離子體中的空間分布。周界電感元件包括天線40和屏蔽結(jié)構(gòu)50中的任一個(gè)或兩者。出于討論的目的，天線40表示圖示的或另外解釋的各種實(shí)施例中的任一個(gè)，例如天線40a(圖2E)，且屏蔽結(jié)構(gòu)50表示圖示的或另外解釋的各種實(shí)施例中的任一個(gè)，例如擋板50a(圖2C)。相似標(biāo)號(hào)給予此結(jié)構(gòu)的部分41、42、51和52并給予等離子體分布60a、60b及其特征部61a、61b和62a、62b。
分段天線元件50的特征是其總電感低于諸如天線26a或26b之類的非分段天線，從而使得其技術(shù)上更適于用于例如300mm晶片15的大面積等離子體處理系統(tǒng)，同時(shí)保持簡(jiǎn)單類型的更小尺寸的ICP源。分段天線40設(shè)有方位調(diào)制的間距，其提供了沉積到等離子體中的RF功率的空間分布，沉積屏蔽50中降低的歐姆損耗，低電感，和等離子中局部增強(qiáng)的RF功率密度分布60a、60b?？臻gRF功率密度分布60a、60b允許具有增強(qiáng)屏蔽性能的沉積屏蔽50的設(shè)計(jì)。
可以參考圖3來(lái)理解分段天線或天線40的導(dǎo)體的設(shè)計(jì)。天線40可以由串聯(lián)導(dǎo)體43形成，通過(guò)其可以認(rèn)為在由箭頭44所指示的方向上瞬時(shí)流動(dòng)，串聯(lián)導(dǎo)體43由兩種尺寸的導(dǎo)體或?qū)w部分45和46的串聯(lián)連接組成，其每個(gè)在與電流44垂直的方向上分別具有不同的橫截面S1和S2。不同橫截面導(dǎo)體部分45和46的每個(gè)在與電流44平行的方向上分別具有界定為L(zhǎng)1和L2的長(zhǎng)度。因此，導(dǎo)體43可以描述為具有“填充系數(shù)”Φ，其被界定為相對(duì)于大橫截面部分46的導(dǎo)體長(zhǎng)度L2與總導(dǎo)體長(zhǎng)度L1和L2(小橫截面部分45和大橫截面部分46兩者的導(dǎo)體長(zhǎng)度之和)的比率，例如，Φ＝L2/(L1+L2)。導(dǎo)體還可以由“橫截面比”Θ來(lái)部分地界定，橫截面比Θ作為大橫截面部分46的橫截面積S2對(duì)小橫截面部分45的面積S1的比率，或Θ＝S2/S1。
恒定RF電流流動(dòng)通過(guò)導(dǎo)體43。在所使用的RF頻率下，此電流以流動(dòng)通過(guò)圍繞實(shí)心導(dǎo)體橫截面的空間的導(dǎo)線籠的方式流動(dòng)靠近導(dǎo)體43的表面。在更小橫截面部分45的情況下，表面電流密度顯著地高于大橫截面部分46中的情況。因此，在緊鄰導(dǎo)體部分45表面附近中感生的RF磁場(chǎng)H1比導(dǎo)體46的表面附近中的場(chǎng)H2更強(qiáng)，于是將發(fā)生更強(qiáng)的電感耦合，且在與導(dǎo)體部分45相鄰的等離子體內(nèi)將感生的電流I1比與部分46相鄰感生的電流I2更大。于是，耦合到與部分45相鄰的等離子體中的RF功率61b、61a將大于耦合到部分46中的RF功率62a、62b(圖2D和2F)。
由于到等離子體的電感耦合在RF功率方面具有閥值，在該閥值以下只可能發(fā)生電容耦合，所以大橫截面導(dǎo)體部分46的區(qū)域中的較低RF功率62可以使得耦合的ICP模式成為不可能，而與小橫截面部分45相鄰的區(qū)域中的功率仍然在ICP閥值水平之上。結(jié)果，功率的耦合穿透到區(qū)域61a、61b并基本不存在于區(qū)域62a、62b。
圖3A-3E中圖示了分段導(dǎo)體43的各種構(gòu)在43a-43e。這些圖的每個(gè)示出了不同的橫截面區(qū)域構(gòu)造，一些比另一些更有效。通常，諸如43a和43b之類的三維分布是更有效的，如43c那樣垂直于或遠(yuǎn)離窗25延伸的維度比如43d或43e那樣平行于窗延伸的情況更有效。如以下更完整解釋的，不采用不同橫截面的段可以使得導(dǎo)體束集中或分散。
圖4是圖1的材料源20的切開立體圖，其裝備有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于產(chǎn)生ICP的周界電感元件。該元件在平面窗25的外側(cè)上包括三維分段天線40，以及用于保護(hù)平面窗25內(nèi)側(cè)的相應(yīng)分段的沉積擋板或屏蔽50。這樣的元件可以是例如圖2E所示的元件，其產(chǎn)生如圖2F所示的等離子體功率分布，該元件在圖4A中更詳細(xì)地圖示。
在圖4A中，天線40a被描繪為與電介質(zhì)窗25相鄰。擋板50a位于窗25的與天線40a相對(duì)的那側(cè)上。當(dāng)從上方觀察時(shí)，天線40a示出為由具有四個(gè)同心環(huán)47a(每個(gè)同心環(huán)分為六段)的連續(xù)導(dǎo)體43a形成。絕緣材料(例如特氟綸)制成的螺線帶或一系列圈(未示出)可以插入在相鄰的一對(duì)繞組43a之間或在其他實(shí)施例中繞組43的其他組合之間。每個(gè)繞組47a具有與六個(gè)大橫截面導(dǎo)體段46a交替的六個(gè)小橫截面導(dǎo)體段45a，每個(gè)繞組的段45a、46a與相鄰繞組47a的相似段對(duì)準(zhǔn)。小橫截面繞組45a徑向地對(duì)準(zhǔn)以形成天線40a的徑向楔形的高輻射效率部分41a，且大橫截面繞組46a徑向地對(duì)準(zhǔn)以形成天線40a的徑向楔形的低輻射效率部分42a。
擋板50示出為圓形金屬構(gòu)件，其具有六組人字形槽57a，其不存在微?？梢酝ㄟ^(guò)其從等離子體穿過(guò)擋板到窗25直線地移動(dòng)的位置線(line-of-site)路徑。每組槽57a界定了屏蔽50a的RF高透射率部分。槽57a垂直于天線40a的高效率導(dǎo)體段45a被徑向地定向在擋板50a上，以提供擋板50a的高透射率部分51a。在六個(gè)區(qū)域51a之間的區(qū)域是實(shí)心金屬制成的，并界定了擋板50a的相對(duì)不可透射部分52a，其與導(dǎo)體43a的低效率部分46a對(duì)準(zhǔn)。
為提供等離子體的周圍均勻性，填充系數(shù)Φ和橫截面比Θ對(duì)于圍繞繞組47a的每個(gè)的周圍的不同部分之間是恒定的，但可以隨繞組不同而不同。
圖4B圖示了與圖4A相似的周界電感元件，但其天線40b具有導(dǎo)體43b，其包括形成為平行的筆直段的小橫截面段45b和大橫截面段46b，而不是天線40a的段45a、46a那樣彎曲的段。此外，天線40可以在大橫截面段46a、46b的一個(gè)表面中具有拱口或槽口48，以進(jìn)一步減小天線40的導(dǎo)體43a、43b的這些部分的電感。圖4C、4D和4E分別圖示了可選天線40c、40d和40e，其每個(gè)具有不同構(gòu)造的八個(gè)徑向間隔的高效率部分45和低效率部分46。天線40c和40d每個(gè)僅具有一個(gè)繞組，而天線40e具有三個(gè)。
在圖4-4B的實(shí)施例中，窗25可以相對(duì)于對(duì)準(zhǔn)的六段式天線40a-40b和擋板50a旋轉(zhuǎn)30度以使得為窗戶25所需的清除前平均時(shí)間(mean-timebefore-cleaning)加倍。類似地，窗25可以相對(duì)于對(duì)準(zhǔn)的八段式天線40c-40e和對(duì)應(yīng)的八段式擋板(未示出)旋轉(zhuǎn)22.5度。對(duì)于300mm的大晶片15，為了經(jīng)受住大氣壓力，這樣的窗25必須相當(dāng)厚。如圖4F所示，通過(guò)使用小窗戶段25a的陣列來(lái)避免這么厚的窗25。這樣的窗段25a可以制為楔形并定位為與天線45a的高效率部分和屏蔽50a的開槽高透射率部分51a對(duì)準(zhǔn)。在窗段25a之間的實(shí)心壁段54可以與天線40的低效率段46和屏蔽50a的低透射率段52a對(duì)準(zhǔn)。
圖5圖示了適于諸如圖1A的刻蝕設(shè)備30之類的ICP刻蝕模塊的類型的周界電感元件。在這樣的設(shè)備中，石英室鐘罩壁31可以被其中具有小電介質(zhì)窗25c陣列的金屬壁31a所代替，每個(gè)電介質(zhì)窗25c被對(duì)應(yīng)尺寸的擋板50c覆蓋。螺旋天線40f包圍壁31a的外側(cè)，螺旋天線40f具有與窗25c對(duì)準(zhǔn)的高效率小導(dǎo)體部分45f和與金屬壁31a的在窗部分25c之間實(shí)心部分對(duì)準(zhǔn)的低效率部分46f。圖5A和5B分別示出了天線40f的可選形式40g、40h。參考圖5、5A和5B，這樣的天線40f、40g、40h可以由連續(xù)導(dǎo)體43f、43g、43h形成，其每個(gè)具有交替的高效率和低效率部分，即，由小橫截面導(dǎo)體形成的高效率、更高電感部分45f、45g、45h和由大橫截面導(dǎo)體形成的低效率、更低電感部分46f、46g、46h。如同圖1，圖4A和5B中的設(shè)備示出為具有實(shí)心鐘罩形窗31，在該情況下，不同于圖5的各個(gè)屏蔽50c，圓筒屏蔽(未示出)將設(shè)置有與天線的高效率部分45對(duì)準(zhǔn)的高透射率部分和與天線40的低效率部分46對(duì)準(zhǔn)的低透射率部分。
上述具有大橫截面部分和小橫截面部分的導(dǎo)體43的優(yōu)點(diǎn)在于不需要通過(guò)設(shè)置冷卻流體在其中流動(dòng)的中空管式導(dǎo)體來(lái)實(shí)現(xiàn)天線50的冷卻。導(dǎo)體的大橫截面部分的較大表面積替代地提供了主要熱傳導(dǎo)體以通過(guò)與周圍介質(zhì)的熱交換對(duì)導(dǎo)體提供充足的冷卻。
圖6圖示了類似于圖5-5B的刻蝕模塊30a的切開部分，其具有特別成本經(jīng)濟(jì)的周界電感元件，該周界電感元件能夠使用簡(jiǎn)單ICP源構(gòu)造技術(shù)來(lái)制造。在圖6中，刻蝕模塊30a的電介質(zhì)壁31被改變的螺旋天線40i圍繞，該螺旋天線40i利用了由貫穿其整個(gè)長(zhǎng)度的小尺寸管道形成的導(dǎo)體43i的多個(gè)繞組。導(dǎo)體43i被構(gòu)造為提供了如上所述變橫截面分段天線導(dǎo)體43的優(yōu)點(diǎn)。沉積屏蔽50d設(shè)置在鐘罩形電介質(zhì)壁31的內(nèi)側(cè)上。屏蔽50d具有與天線40i的高效率部分45i和天線40i的低效率部分46i分別對(duì)應(yīng)并對(duì)準(zhǔn)的高透射率部分55d和低透射率部分56d，在高效率部分45i中繞組緊密布置在一起，在低效率部分46i中繞組分散延伸。天線40i的交替的緊密形或成束導(dǎo)體部分45i和分散或散開導(dǎo)體46i分布具有高電感和輻射效率以及低電感和輻射效率，這是因?yàn)閷?dǎo)體的分散導(dǎo)致互相相反的磁場(chǎng)靠近各個(gè)散開部分46i中的導(dǎo)體繞組并在這些導(dǎo)體繞組之間，而導(dǎo)體的緊密導(dǎo)致磁場(chǎng)通過(guò)包圍整束導(dǎo)體部分45i而互相增強(qiáng)。
在圖6中，電感元件43i由有方向性地分為多個(gè)部分(例如八個(gè)部分，高效率部分45i和低效率部分46i每個(gè)間隔22.5度)的管狀導(dǎo)體43i制成。各個(gè)環(huán)之間的間距在高效率、成束導(dǎo)體部分45i中較小以在等離子體中產(chǎn)生局部較強(qiáng)的RF磁場(chǎng)。各個(gè)環(huán)之間的間距在低效率、散開導(dǎo)體部分46i中較大以當(dāng)通過(guò)電介質(zhì)壁時(shí)產(chǎn)生減弱的RF磁場(chǎng)。
在圖6的實(shí)施例中的擋板50d通常是圓筒形的并圍繞與天線40i直接相對(duì)的鐘罩形電介質(zhì)31的側(cè)壁內(nèi)部，擋板50d通常保護(hù)窗免遭繞其圓筒周界側(cè)壁的沉積。電介質(zhì)31的頂部不受擋板50d保護(hù)，但因?yàn)樘炀€不依靠該部分來(lái)耦合，所以在該部分上的沉積不干擾等離子體發(fā)生的效率。與天線40i的高效率部分45i對(duì)準(zhǔn)的高透射率部分55d阻擋了電介質(zhì)上幾乎全部沉積而留下最小限度的沉積，而不可透射部分56d幾乎完全防止了電介質(zhì)的相鄰部分上的沉積。但是，在與高透射率部分55d相鄰的電介質(zhì)31上的金屬沉積物最終開始降低了這些部分處通過(guò)電介質(zhì)50d的RF耦合。當(dāng)上述情況發(fā)生時(shí)，天線40i可以旋轉(zhuǎn)22.5度以移動(dòng)窗31上累積沉積物的區(qū)域，來(lái)使得窗的清除前平均時(shí)間(MTBC)加倍。
天線50d還使得在天線40i的散開部分46i中的繞組之一，即繞組47a，部分地延伸到電介質(zhì)窗31的頂側(cè)附近，超出擋板50d的范圍。這樣延伸的繞組47a具有與等離子體較小的電容耦合，并結(jié)果在等離子體觸發(fā)期間將能量耦合到等離子體時(shí)是較有效的。
圖6A、6D和6G分別圖示了作為圖6的天線40i的變化方案的天線40j、40k和40l，其繞組被構(gòu)造為每個(gè)跨越30度的六個(gè)交替的部分。天線40j可以代替天線40f、40g和40h，用于與圖5、5A和5B類似的屏蔽，或用于圖6B的屏蔽50e，其產(chǎn)生圖6C的能量分布60c。在通過(guò)電感元件40j的10amp電流情況下，圖6F的區(qū)域61c中峰值功率密度約高達(dá)0.48Wcm-2，而區(qū)域62c中具有極小的沉積功率。在這些條件下，到等離子體中的總沉積功率是約316瓦。
天線40k和40l被構(gòu)造為蜂巢結(jié)構(gòu)并可以用于合適的屏蔽，分別包括圖6E和6H的屏蔽50f和50g，其產(chǎn)生圖6F和6G的能量分布60d和60e。屏蔽50e具有單排的在整個(gè)高度上交替的高透射率部分55e和不可透射部分56e，以分別與天線40j的高效率部分45j和低效率部分46j對(duì)準(zhǔn)。屏蔽50f具有兩個(gè)交錯(cuò)排的交替的高透射率部分55f和不可透射部分56f，以分別與天線40k的高效率部分45k和低效率部分46k對(duì)準(zhǔn)，而屏蔽50g具有三個(gè)交錯(cuò)排的交替的高透射率部分55g和不可透射部分56g，以分別與天線40l的高效率部分45l和低效率部分46l對(duì)準(zhǔn)。
對(duì)于天線40k內(nèi)導(dǎo)體的蜂巢結(jié)構(gòu)，在圖6F的區(qū)域61d中的峰值密度為約0.19Wcm-2，而在區(qū)域62d中具有極小的沉積功率。到等離子體中的總沉積功率為約220瓦。天線40k的電感小于天線40j，例如，天線40l的8.34mH，相對(duì)天線40j的10.73mH。對(duì)于天線40l，在圖6J的區(qū)域61e中的峰值功率是0.30Wcm-2，而區(qū)域62e中具有極小的沉積功率。在10amp、450kHz以及8.59mH的電感情況下，總功率為235瓦。
圖6B、6E和6H的沉積屏蔽50e、50f和50g具有與各個(gè)天線40j、40k和40l的減小間距的區(qū)域相鄰的高透射率部分55e、55f和55g。
圖7A和7B圖示了適用于圖4所示的iPVD應(yīng)用的成本經(jīng)濟(jì)的實(shí)施例40m和40n。天線40m和40n每個(gè)具有高效率部分45m、45n和低效率部分46m、46n，其每個(gè)具有恒定橫截面的管狀導(dǎo)體，導(dǎo)體具有間距調(diào)制結(jié)構(gòu)。沉積擋板50f和50g分別被設(shè)計(jì)為用于天線45m和45n，并具有高透射率的部分55f、55g和不可透射部分56f、56g，其根據(jù)上述原理與天線部分對(duì)準(zhǔn)。
圖7C的天線40o是可以有效地用于擋板50f(圖7A)的優(yōu)選三維實(shí)施例。其包括與分散導(dǎo)體的六個(gè)30度部分46o交替的緊密間隔導(dǎo)體的六個(gè)30度部分45o，分散導(dǎo)體的六個(gè)30度部分46o延伸遠(yuǎn)離屏蔽50f的平面。天線40o的集中高效率部分45o與屏蔽50f的高透射率部分55f對(duì)準(zhǔn)，而天線40o的分散低效率部分與屏蔽50f的不可透射部分56f對(duì)準(zhǔn)。
所公開構(gòu)造的優(yōu)點(diǎn)和益處包括利用僅窗的一部分直接暴露于等離子體和污染物，通過(guò)電介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)，使得圖6的電介質(zhì)鐘罩或圖4的窗25的壽命加倍。利用上述的這些和其他實(shí)施例，到沉積屏蔽500中的歐姆損耗小于現(xiàn)有技術(shù)。具體地，使用圖6的構(gòu)造，通過(guò)使天線40i的繞組47a延伸超出屏蔽50d，其可以將能量電容耦合穿過(guò)窗來(lái)觸發(fā)等離子體，提供了可靠的等離子體觸發(fā)。由于降低的電感耦合，可以在不損失功率的情況下使用部分不可透射沉積屏蔽。到等離子體中的RF功率沉積在預(yù)選的位置上增大，其可以由改變天線部分的天線間距值以及改變沉積屏蔽的“低”和“高”透射區(qū)域的電感元件設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行定制。局部地產(chǎn)生強(qiáng)RF磁場(chǎng)，到等離子體中的增大的沉積功率平滑地通過(guò)相對(duì)較短的沉積屏蔽中的槽。在不可透射屏蔽區(qū)域中極小的RF功率被損失。
在示例性實(shí)施例的上下文中已經(jīng)描述了本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是，對(duì)此處所述的特征可以進(jìn)行添加、刪除和修改而不偏移本發(fā)明的原理。因此，權(quán)利要求書為所要求權(quán)利的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種電感耦合等離子體源，其用于在真空室中產(chǎn)生高密度電感耦合等離子體以用其處理半導(dǎo)體晶片，所述源包括電介質(zhì)室壁，其由電介質(zhì)材料的至少一個(gè)部分形成并具有真空側(cè)和大氣側(cè)；周界離子化源，其包括在所述電介質(zhì)室壁的大氣側(cè)上的RF天線和在所述電介質(zhì)室壁的真空側(cè)上的保護(hù)屏蔽，所述屏蔽具有穿過(guò)其的槽并被構(gòu)造為抑制材料從所述室沉積到所述電介質(zhì)室壁的真空側(cè)上，并幫助將RF能量從所述天線電感耦合通過(guò)所述屏蔽并電感耦合到所述室中；且所述周界離子化源具有交替的高輻射部分和低輻射部分的分段構(gòu)造，所述高輻射部分和低輻射部分布置為環(huán)并定位為將功率以環(huán)狀交替的高功率和低功率的分布形式通過(guò)所述電介質(zhì)室壁耦合到所述室中。
2.如權(quán)利要求1所述的電感耦合等離子體源，其中所述屏蔽具有交替的高透射率部分和低透射率部分的分段構(gòu)造，所述高透射率部分和低透射率部分布置為環(huán)并定位為幫助將功率以環(huán)狀交替的高功率和低功率的分布形式通過(guò)所述電介質(zhì)室壁耦合到所述室中，所述周界離子化源的所述高輻射部分包括所述屏蔽的所述高透射率部分，且所述周界離子化源的所述低輻射部分包括所述屏蔽的所述低透射率部分。
3.如權(quán)利要求2所述的電感耦合等離子體源，其中所述屏蔽的所述高透射率部分具有通過(guò)其的多個(gè)槽，且所述屏蔽的所述低透射率部分是導(dǎo)電的并相對(duì)于所述高透射率部分是基本實(shí)心的。
4.如權(quán)利要求3所述的電感耦合等離子體源，其中所述屏蔽是平坦并圓形的，且其高透射率部分具有多個(gè)徑向延伸通過(guò)其的槽。
5.如權(quán)利要求4所述的電感耦合等離子體源，其中所述天線具有分段構(gòu)造并包括其多個(gè)空間集中的導(dǎo)體段，所述多個(gè)空間集中的導(dǎo)體段平行于所述電介質(zhì)室壁并垂直于所述槽，且與所述屏蔽的所述高透射率部分對(duì)準(zhǔn)，和多個(gè)空間分散的導(dǎo)體段，所述多個(gè)空間分散的導(dǎo)體段與所述屏蔽的所述低透射率部分對(duì)準(zhǔn)；所述周界離子化源的所述高輻射部分包括所述空間集中的導(dǎo)體段，且所述周界離子化源的所述低輻射部分包括所述屏蔽的所述低透射率部分。
6.一種離子化物理汽相沉積設(shè)備，具有如權(quán)利要求4所述的源。
7.如權(quán)利要求3所述的電感耦合等離子體源，其中所述屏蔽是基本圓筒形的，且其所述高透射率部分具有多個(gè)軸向延伸通過(guò)其的槽。
8.如權(quán)利要求7所述的電感耦合等離子體源，其中所述天線具有分段構(gòu)造并包括其多個(gè)空間集中的導(dǎo)體段和多個(gè)空間分散的導(dǎo)體段，所述多個(gè)空間集中的導(dǎo)體段平行于所述電介質(zhì)壁并垂直于所述槽，且與所述屏蔽的所述高透射率部分對(duì)準(zhǔn)，所述多個(gè)空間分散的導(dǎo)體段與所述屏蔽的所述低透射率部分對(duì)準(zhǔn)。
9.如權(quán)利要求8所述的電感耦合等離子體源，其中所述空間分散的導(dǎo)體段中的至少一些定位為將能量電容耦合為繞所述屏蔽并耦合到所述室中用于等離子體觸發(fā)。
10.一種等離子體刻蝕設(shè)備，具有如權(quán)利要求8所述的電感耦合等離子體源。
11.如權(quán)利要求1所述的電感耦合等離子體源，其中所述天線具有由至少一個(gè)導(dǎo)體形成的分段構(gòu)造，所述至少一個(gè)導(dǎo)體具有交替的高效率部分和低效率部分，所述高效率部分和低效率部分布置為環(huán)并定位為將功率以環(huán)狀交替的高功率和低功率的分布形式耦合通過(guò)所述電介質(zhì)室壁并耦合到所述室中，所述周界離子化源的所述高輻射部分包括所述天線的所述高效率部分，且所述周界離子化源的所述低輻射部分包括所述天線的所述低效率部分。
12.如權(quán)利要求11所述的電感耦合等離子體源，其中所述天線的所述高效率部分提供了靠近所述電介質(zhì)室壁的集中的天線電流路徑，且所述低效率部分提供了分散的天線電流路徑。
13.如權(quán)利要求11所述的電感耦合等離子體源，其中所述天線的所述高效率部分由靠近所述電介質(zhì)室壁的小橫截面的導(dǎo)體形成，且所述天線的所述低效率部分由相對(duì)大橫截面的導(dǎo)體形成。
14.如權(quán)利要求11所述的電感耦合等離子體源，其中所述天線的所述高效率部分由多個(gè)緊密間隔的導(dǎo)體段形成，且所述天線的所述低效率部分由比所述緊密間隔的導(dǎo)體段大體更寬地間隔的導(dǎo)體段形成。
15.如權(quán)利要求11所述的電感耦合等離子體源，其中所述屏蔽具有交替的高透射率部分和低透射率部分的分段構(gòu)造，所述高透射率部分和低透射率部分布置為環(huán)并定位為幫助將功率以環(huán)狀交替的高功率和低功率的分布形式通過(guò)所述電介質(zhì)室壁耦合到所述室中，所述周界離子化源的所述高輻射部分在其中包括所述屏蔽的所述高透射率部分，且所述周界離子化源的所述低輻射部分包括所述屏蔽的所述低透射率部分，所述天線的所述高效率部分與所述屏蔽的所述高透射率部分對(duì)準(zhǔn)，且所述天線的所述低效率部分與所述屏蔽的所述低透射率部分對(duì)準(zhǔn)。
16.如權(quán)利要求15所述的電感耦合等離子體源，其中所述電介質(zhì)室壁包括多個(gè)由電介質(zhì)材料制成的離散片，一個(gè)用于所述周界離子化源的所述高輻射部分中的每個(gè)，一個(gè)位于所述天線的每個(gè)高效率部分和與其對(duì)準(zhǔn)的所述屏蔽的高透射率部分之間。
17.一種半導(dǎo)體晶片處理設(shè)備，具有如權(quán)利要求1所述的源。
18.一種天線，其用于將能量電感耦合到真空室中的高密度等離子體中，以用其處理半導(dǎo)體晶片，所述天線包括由至少一個(gè)導(dǎo)體形成的分段構(gòu)造，所述至少一個(gè)導(dǎo)體具有交替的高效率部分和低效率部分，所述高效率部分和低效率部分布置為環(huán)，所述高效率部分包括產(chǎn)生與其相鄰的相對(duì)高磁場(chǎng)的集中電流承載段，且所述低效率部分包括產(chǎn)生與其相鄰的相對(duì)低磁場(chǎng)的分散電流承載段。
19.如權(quán)利要求18所述的天線，其中所述天線的所述高效率部分由小橫截面的導(dǎo)體形成，且所述天線的所述低效率部分由相對(duì)大橫截面的導(dǎo)體形成。
20.如權(quán)利要求18所述的天線，其中所述天線的所述高效率部分由多個(gè)緊密間隔的導(dǎo)體段形成，且所述天線的所述低效率部分由比所述緊密間隔的導(dǎo)體段大體更寬地間隔的導(dǎo)體段形成。
21.一種在真空室中產(chǎn)生高密度電感耦合等離子體以用其處理半導(dǎo)體晶片的方法，包括以下步驟將RF天線設(shè)置在電介質(zhì)室壁的大氣側(cè)上，所述RF天線具有交替的高效率部分和低效率部分的分段構(gòu)造；將保護(hù)屏蔽設(shè)置在所述電介質(zhì)室壁的真空側(cè)上，所述保護(hù)屏蔽具有與所述天線的所述高效率部分對(duì)準(zhǔn)的開槽高透射率部分，用于抑制材料從所述室沉積到所述電介質(zhì)室壁的真空側(cè)上并幫助將RF能量從所述天線電感耦合到所述室中；以及將功率以環(huán)狀交替的高功率和低功率分布等離子體環(huán)的形式從所述天線的所述高效率部分耦合通過(guò)所述電介質(zhì)室壁，并耦合到所述室中。
全文摘要
一種電感耦合等離子體源設(shè)置由周界離子化源(39)用于在真空室(32)中產(chǎn)生高密度等離子體以用于半導(dǎo)體晶片涂覆或刻蝕。該源包括具有高輻射段和低輻射段的分段構(gòu)造，并產(chǎn)生在繞室周圍的等離子體中能量集中的基本環(huán)形陣列。能量從分段低電感天線(40)耦合通過(guò)電介質(zhì)窗(25)或窗(25a)的陣列并通過(guò)分段屏蔽或擋板(50)。天線(40)具有集中導(dǎo)體段(45)，電流通過(guò)其在一個(gè)或多個(gè)小橫截面的導(dǎo)體中流動(dòng)以產(chǎn)生通過(guò)高透射率屏蔽段耦合到室中的高磁場(chǎng)，而由大橫截面導(dǎo)體部分或分散的小導(dǎo)體部分形成的交替的分散導(dǎo)體段(46)允許磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)或位于導(dǎo)體之間并且僅傳遞弱磁場(chǎng)，其與不可透射屏蔽部分對(duì)準(zhǔn)并將不顯著的能量耦合到等離子體。該源提供了等離子體能量分布的空間控制，其幫助了在被處理的半導(dǎo)體表面上等離子體處理均勻性的控制。
文檔編號(hào)H01J37/32GK1871685SQ200480031575
公開日2006年11月29日 申請(qǐng)日期2004年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月19日
發(fā)明者喬則夫·布卡, 羅德尼·李·羅賓森 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社