專利名稱：等離子體處理裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及等離子體處理裝置和方法，更具體地涉及一種利用等離子體來處理腔 中的物體的方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體裝置包括層疊在硅基板上的多個(gè)層，這些層是通過沉積工藝沉積在基板上 的。這種沉積工藝涉及幾個(gè)重要問題，這些重要問題對于評估沉積層和選擇適當(dāng)?shù)某练e方 法而言至關(guān)重要。與沉積相關(guān)的第一個(gè)問題是沉積膜的質(zhì)量。質(zhì)量包括成分、污染程度、缺陷程度以 及機(jī)械性能和電氣性能。膜的成分可能隨著沉積條件而不同，沉積條件對于獲得特定成分 是很重要的。第二個(gè)問題是晶片截面的均勻厚度。具體來講，在有臺階的非平坦圖案上沉積的 膜厚非常重要。沉積膜的厚度是否均勻取決于臺階覆蓋率(step coverage)，臺階覆蓋率被 定義為將沉積在臺階上的膜的最小厚度除以沉積在圖案上的膜厚而得到的值。與沉積相關(guān)的第三個(gè)問題是填充空間。填充空間包括間隙填充，其中金屬線之間 的空間填充有包括氧化膜的絕緣膜。設(shè)置該間隙是為了將金屬線彼此機(jī)械地隔離并電絕 緣。在這些問題當(dāng)中，均勻性是沉積工藝中所涉及的重要問題。不均勻的膜會導(dǎo)致金 屬線具有很高的電阻并增大了機(jī)械損壞的風(fēng)險(xiǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
因此，考慮到上述問題而作出了本發(fā)明，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種等離子 體處理裝置和方法來保證工藝均勻性。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，可以通過提供一種等離子體處理裝置來實(shí)現(xiàn)上述和其它 目的，該等離子體處理裝置包括腔，其提供了對物體進(jìn)行處理的內(nèi)部區(qū)域；以及等離子體 源，其在所述內(nèi)部區(qū)域中生成電場，由此通過所述內(nèi)部區(qū)域中供應(yīng)的源氣體來生成等離子 體，其中所述等離子體源包括頂源(top source)，其被布置為覆蓋所述腔的頂面；以及側(cè) 源(side source)，其被布置為覆蓋所述腔的側(cè)面并使得電流能夠從所述腔的一側(cè)流向另 一側(cè)。所述頂源可以按照預(yù)定的曲率從所述腔的頂部中心向著所述腔的頂部邊緣延伸。所述頂源可以包括中心源，其按照預(yù)定的曲率從所述腔的頂面中心向所述腔的 頂面邊緣延伸；以及邊緣源，其從所述中心源的端部向著所述腔的邊緣徑向延伸。所述頂源可以包括中心源，其按照預(yù)定的曲率從所述腔的頂面中心向著所述腔 的頂面邊緣延伸；圓形源，其從所述中心源的端部延伸，并具有預(yù)定的直徑且為圓形；以及 邊緣源，其從所述中心源的端部向著所述腔的邊緣徑向延伸。所述頂源可以包括第一頂源；第二頂源，其形狀與所述第一頂源大致相同，并相對于第一頂源具有預(yù)定角度差；以及第三頂源，其形狀與所述第一頂源和第二頂源大致相 同，并相對于第二頂源具有預(yù)定角度差。所述側(cè)源可以包括按照從所述腔的頂部向著底部向下傾斜的方式延伸的向下源 (downward source)，其包括從所述腔的頂部流向所述腔的底部的電流；以及按照從所述腔 的底部向著頂部向上傾斜的方式延伸的向上源(upward source)，其包括從所述腔的底部 流向所述腔的頂部的電流。所述側(cè)源可以包括上源(upper source)，其從所述腔的一側(cè)向其另一側(cè)延伸； 下源(lower source)，其從所述腔的一側(cè)向其另一側(cè)延伸，該下源設(shè)置在所述頂源的下方； 向下源，其從所述腔的頂部向著其底部延伸，并且連接到所述上源的一端，該向下源允許電 流從所述腔的頂部流向其底部；以及向上源，其從所述腔的底部向其頂部延伸，并且連接到 所述下源的一端，該向上源允許電流從所述腔的底部流向其頂部。所述側(cè)源可以包括第一側(cè)源；第二側(cè)源，其形狀與所述第一側(cè)源大致相同，并相 對于第一側(cè)源具有預(yù)定角度差；以及第三側(cè)源，其形狀與所述第一側(cè)源和第二側(cè)源大致相 同，并相對于第二側(cè)源具有預(yù)定角度差。所述等離子體源可以是線圈。所述等離子體處理裝置還可以包括連接到所述頂源的RF發(fā)生器，該RF發(fā)生器用 于向所述頂源供應(yīng)具有射頻的電流；以及插設(shè)在所述RF發(fā)生器與所述頂源之間的匹配器件。所述腔可以設(shè)置有裝載所述物體的支撐件，所述腔可以包括等離子體起作用的處 理腔和通過所述等離子體源來生成等離子體的生成腔，并且所述等離子體源可以布置在所 述生成腔的頂部和側(cè)部。本發(fā)明的另一方面提供了一種處理等離子體的方法，該方法包括以下步驟向等 離子體源供應(yīng)電流以在腔中生成等離子體；以及用等離子體來處理設(shè)置在所述腔中的物 體，其中所述等離子體源包括設(shè)置在所述腔的頂部的頂源和圍繞所述腔的側(cè)面的側(cè)源?？梢酝ㄟ^所述側(cè)源從所述腔的一側(cè)向著其另一側(cè)供應(yīng)電流，并且該電流可以從所 述腔的頂部流向其底部，隨后從所述腔的底部流向其頂部。本發(fā)明提供了一種等離子體處理裝置和方法以在腔中形成均勻密度的等離子體。 此外，根據(jù)本發(fā)明，可以保證使用等離子體對物體處理的均勻性。
本發(fā)明的上述和其它目的、特征和其它優(yōu)點(diǎn)將通過下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述變得 明了，附圖中圖1為示出了根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理裝置的示意圖；圖2至圖4為示出了圖1的頂源的視圖；圖5至圖7為示出了圖1的側(cè)源的視圖；圖8為示出了圖1的等離子體源的內(nèi)部的視圖；而圖9為示出了與圖1中的頂源相連接的連接器的視圖。
具體實(shí)施例方式下面將參照圖1至9來更加詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的主旨或范圍的條件下，可以對這些具體實(shí)施方式
做出各種 變型、附加和替換。給出這些實(shí)施方式是出于例示的目的，而不應(yīng)當(dāng)解讀為對本發(fā)明的限 制。因此，在附圖中，部件的形狀可能會為了更清楚描述的目的而被放大。同時(shí)，將以電感耦合等離子體(ICP)處理為例來進(jìn)行說明，但本發(fā)明可以應(yīng)用于 各種等離子體處理。此外，將以晶片作為物體的例子來進(jìn)行描述，但本發(fā)明可以應(yīng)用于各種 物體。圖1為示出了根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理裝置的示意圖。該等離子體處理裝置包括腔10，該腔10用于提供對晶片(W)進(jìn)行等離子體處理的 內(nèi)部區(qū)域。腔10被分為處理腔12和生成腔14，處理腔12是對晶片進(jìn)行處理的區(qū)域，生成 腔14是根據(jù)從外部供應(yīng)的源氣體來生成等離子體的區(qū)域。處理腔12設(shè)置有里面裝載晶片的支撐板20。通過設(shè)置在處理腔12 —側(cè)的入口 12a將晶片W引入處理腔12內(nèi)，并將引入的晶片放置在支撐板上。此外，支撐板20可以為 靜電吸盤(E-chuck)，并可以設(shè)置有額外的背側(cè)(back-side)氦(He)冷卻系統(tǒng)(未示出)， 以便于精確地控制裝載在支撐板20上的晶片的溫度。生成腔14的頂面和外周設(shè)置有等離子體源16。等離子體源16包括位于生成腔14 頂部的頂源100和位于其外周的側(cè)源200。頂源100通過輸入管路(input line) 16a連接 到射頻(RF)發(fā)生器，在頂源100與RF發(fā)生器之間設(shè)置有匹配器件18。側(cè)源200連接至頂 源100。從RF發(fā)生器供應(yīng)的射頻電流經(jīng)頂源100被引入底源200中。頂源100和底源200 將射頻電流轉(zhuǎn)換為磁場，并根據(jù)供應(yīng)到腔10中的源氣體來生成等離子體。處理腔12的一側(cè)連接至排出管(discharge line) 34，并且排出管34上連接有泵 34a。腔10中生成的材料(如等離子體和副產(chǎn)品)經(jīng)排出管34從腔10排出，泵34迫使材 料被排出到外部。經(jīng)由排放板32將腔10中存在的等離子體和副產(chǎn)品引入到排出管34中。 排放板32以基本上平行于支撐板20的方式與支撐板20接觸。經(jīng)由形成在排放板32中的 排放孔32a將存在于腔10中的材料(如等離子體和副產(chǎn)品)引入到排出管34中。圖2至圖4為示出了圖1的頂源的視圖。如圖2至圖4所示，頂源100包括第一頂源120、第二頂源140和第三頂源160。第 一至第三頂源120、140和160被設(shè)置成具有大致相同的形狀并成相同的角度。因此，第一 至第三頂源120、140和160的角度差彼此大致相等(θ = 60° )。圖2為示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的頂源100的視圖。如圖2所示，第一頂 源120按照預(yù)定的曲率(曲率直徑=Γι)從生成腔14的頂面中心向著生成腔14的頂面邊 緣延伸。第一頂源120的長度可以隨曲率直徑而改變，并且曲率直徑可以根據(jù)操作者采用 的處理?xiàng)l件而改變。前述的輸入管路16a與布置在生成腔14頂面中心的第一至第三頂源 120、140和160的一端相連接。因此，供應(yīng)給頂源100的射頻電流經(jīng)由第一至第三頂源120、 140和160以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的渦流的形式從生成腔14的頂面中心向生成腔14的頂面邊緣傳 送。圖3為示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的頂源100的視圖。如圖3所示，第一頂源120包括第一中心源122和第一邊緣源124。第一中心源 122按照預(yù)定的曲率(曲率直徑=r2)從生成腔14的頂面中心向著生成腔14的頂面邊緣 延伸。第一邊緣源124從第一中心源122的一端向生成腔14的頂面邊緣徑向地延伸。第一頂源120的長度可能取決于曲率直徑和第一邊緣源124的長度而不同，并且曲率直徑可 以根據(jù)操作者采用的處理?xiàng)l件而改變。前述的輸入管路16a與布置在生成腔14的頂面中 心的第一至第三頂源120、140和160的一端相連接。因此，供應(yīng)給頂源100的射頻電流從 生成腔14的頂面中心以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的渦流的形式經(jīng)第一至第三頂源122、142和162傳送 到生成腔14的頂面邊緣，然后從第一至第三邊緣源124、144和164向生成腔14的頂面邊 緣徑向傳送。圖4為示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的頂源100的視圖。如圖4所示，第一頂 源120包括第一中心源122、第一圓形源124和第一邊緣源126。第一中心源122從生成腔 14的頂面中心向著生成腔14的頂面邊緣徑向地延伸。第一圓形源124從第一中心源122 的一端延伸，并成為圓形，直徑為與第一中心源122的長度相對應(yīng)的r3。第一邊緣源126從 第一圓形源124的一端向生成腔14的頂面邊緣徑向地延伸。同時(shí)，第一中心源120的長度 可能取決于第一中心源122長度r3而不同，并且曲率直徑可以根據(jù)操作者采用的處理?xiàng)l件 而改變。前述的輸入管路16a與布置在生成腔14的頂面中心的第一至第三頂源120、140 和160的一端相連接。因此，供應(yīng)給頂源100的射頻電流從生成腔14的頂面中心向生成腔 14的頂面邊緣傳送，經(jīng)第一至第三圓形源124、144和164轉(zhuǎn)過預(yù)定的角度θ，然后經(jīng)由第 一至第三邊緣源126、146和166向著生成腔14的頂面邊緣徑向傳送。頂源100在生成腔14內(nèi)在其頂源的徑向上生成了具有均勻密度的等離子體。由于 側(cè)源200位于生成腔14的外周上，因此當(dāng)?shù)入x子體更接近生成腔14的外周時(shí)，側(cè)源200所 生成的等離子體的密度會增大，并且當(dāng)?shù)入x子體遠(yuǎn)離生成腔14的外周時(shí)，密度會減小。由 于頂源100從生成腔14的頂面中心向著生成腔14的頂面邊緣延伸，所以頂源100所生成 的等離子體的密度沿著生成腔14的頂面的徑向具有均勻的密度。同時(shí)，圖2至圖4中示出 的第一至第三頂源120、140和160彼此絕緣。圖5至圖7為示出了圖1的側(cè)源200的視圖。圖5至圖7示出了圖1中所示的生 成腔14的外周面的展開圖，并且圖5至圖7中示出的側(cè)源200被布置在生成腔14的周面 上。如圖5至圖7所示，側(cè)源200包括第一側(cè)源220、第二側(cè)源240和第三側(cè)源260，第一至 第三側(cè)源220、240和260具有大致相等的角度差(θ =60° )，并且它們的一端分別連接 至第一至第三頂源120、140和160。第一至第三側(cè)源220、240和260具有大致相等的形狀， 射頻電流在其中從生成腔14的一側(cè)流到另一側(cè)。在本實(shí)施方式中，射頻電流在第一至第三 側(cè)源220、240和260中以相同的方向流動，但是射頻電流也可以沿著不同的方向流動。圖5為示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的頂源100的視圖。如圖5所示，第一側(cè)源220包括第一向下源222和第一向上源224。第一向下源 222的端部與第一頂源120的一端連接，并且第一向下源222按照從生成腔14的頂部向底 部傾斜向下的方式延伸。第一向上源224的一端與第一向下源222的一端連接并且第一向 上源224按照從生成腔14的底部向頂部傾斜向上的方式延伸。圖5中所示的第一側(cè)源220 包括一個(gè)第一向下源222和一個(gè)第一向上源224。另選地，第一側(cè)源220可以包括交替排列 的多個(gè)第一向下源222和多個(gè)第一向上源224。如上所述，經(jīng)第一至第三頂源120、140和 160從生成腔14的頂面中心傳送到生成腔14的頂面邊緣的射頻電流被分別供應(yīng)給與第一 至第三頂源120、140和160連接的第一至第三側(cè)源220、240和260。隨后，射頻電流經(jīng)第 一至第三向下源222、242和262從生成腔14的頂部流向其底部，然后經(jīng)第一至第三向上源
7224、244和264從生成腔14的底部流向其頂部。圖6為示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的頂源100的視圖。如圖6所示，第一側(cè) 源220包括第一上源222a、第一下源222b、第一向下源224a和第一向上源224b。第一上源 222a的一端與第一頂源120的一端相連接，并且第一上源222a按照大致平行于生成腔14 的頂面的方式從生成腔14的一側(cè)向另一側(cè)延伸。第一下源222b按照大致平行于第一上源 222a的方式從生成腔14的一側(cè)向另一側(cè)延伸。第一上源222a和第一下源222b經(jīng)由從第 一上源222a向下傾斜的第一向下源224a以及經(jīng)由從第一下源222b向上傾斜的第一向上 源224b而彼此連接。不同于圖5中所示的第一側(cè)源220，該第一側(cè)源220可以包括交替排 列的第一上源222a、第一下源222b、第一向下源224a和第一向上源224b。如上所述，經(jīng)第一至第三頂源120、140和160從生成腔14的頂面中心傳送至生成 腔14的頂面邊緣的射頻電流被分別供應(yīng)給與第一和第三頂源120、140和160相連接的第 一至第三側(cè)源220、240和260。接著，射頻電流經(jīng)第一至第三上源222a、242a和262a從生 成腔14的一側(cè)流向另一側(cè)，隨后經(jīng)第一至第三向下源224a、244a和264a從生成腔14的頂 部流向底部。接下來，射頻電流經(jīng)第一至第三下源222b、242b和262b從生成腔14的一側(cè) 流向另一側(cè)，隨后經(jīng)第一至第三向上源224b、244b和264b從生成腔14的底部流向頂部。前述的側(cè)源100在生成腔14內(nèi)生成針對生成腔14的頂部和底部方向具有均勻密 度的等離子體。由于沿著側(cè)源100流動的射頻電流交替地在生成腔14頂部和生成腔14底 部沿著其周面流動，因此由射頻電流生成的磁場對于生成腔14的頂部和底部方向具有均 勻的密度，并且由磁場生成的等離子體在生成腔14的頂部和底部方向上也具有均勻的密 度。同時(shí)，圖5至圖7中示出的第一至第三側(cè)源220、240和260彼此絕緣。圖8為示出了圖1的等離子體源16的內(nèi)部的視圖。射頻電流在等離子體源16中 流動，等離子體源16的溫度會由此上升。因此，為了控制等離子體源16的溫度，可以在等離 子體源16中引入制冷劑，并且可以使用冷卻器(未示出)將該制冷劑調(diào)節(jié)到預(yù)定的溫度。圖9為示出了與圖1中的頂源100連接的連接器17的視圖。該連接器17包括一 個(gè)上連接器17a和多個(gè)下連接器17b。上連接器17a與輸入管路16a連接，下連接器17b與 第一至第三頂源120、140和160連接。雖然出于示例的目的公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理 解，可以在不偏離所附權(quán)利要求書所公開的本發(fā)明的精神或范圍的條件下做出各種變型、 附加和替換。
權(quán)利要求
一種等離子體處理裝置，該等離子體處理裝置包括腔，其提供了對物體進(jìn)行處理的內(nèi)部區(qū)域；以及等離子體源，其在所述內(nèi)部區(qū)域中生成電場，由此通過所述內(nèi)部區(qū)域中供應(yīng)的源氣體來生成等離子體，其中，所述等離子體源包括頂源，其被布置為覆蓋所述腔的頂面；以及側(cè)源，其被布置為覆蓋所述腔的側(cè)面并使得電流能夠從所述腔的一側(cè)流向其另一側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其中，所述頂源按照預(yù)定的曲率從所述 腔的頂部中心向著所述腔的頂部邊緣延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其中，所述頂源包括中心源，其按照預(yù)定的曲率從所述腔的頂面中心向所述腔的頂面邊緣延伸；以及 邊緣源，其從所述中心源的端部向著所述腔的邊緣徑向延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其中，所述頂源包括中心源，其按照預(yù)定的曲率從所述腔的頂面中心向著所述腔的頂面邊緣延伸； 圓形源，其從所述中心源的端部延伸，具有預(yù)定的直徑且為圓形；以及 邊緣源，其從所述中心源的端部向著所述腔的邊緣徑向延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置，其中，所述頂源包括 第一頂源；第二頂源，其形狀與第一頂源大致相同，并相對于第一頂源具有預(yù)定角度差；以及 第三頂源，其形狀與第一頂源和第二頂源大致相同，并相對于第二頂源具有預(yù)定角度差。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其中，所述側(cè)源包括按照從所述腔的頂部向著其底部向下傾斜的方式延伸的向下源，其使得電流能夠從所 述腔的頂部向著所述腔的底部流動；以及按照從所述腔的底部向著其頂部向上傾斜的方式延伸的向上源，其使得電流能夠從所 述腔的底部流向所述腔的頂部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其中，所述側(cè)源包括 上源，其從所述腔的一側(cè)向著其另一側(cè)延伸；下源，其從所述腔的一側(cè)向其另一側(cè)延伸，該下源設(shè)置在所述頂源的下方； 向下源，其從所述腔的頂部向著其底部延伸，并且連接到所述上源的一端，該向下源使 得電流能夠從所述腔的頂部流向其底部；以及向上源，其從所述腔的底部向其頂部延伸，并且連接到所述下源的一端，該向上源使得 電流能夠從所述腔的底部流向其頂部。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的等離子體處理裝置，其中，所述側(cè)源包括 第一側(cè)源；第二側(cè)源，其形狀與第一側(cè)源大致相同，并相對于第一側(cè)源具有預(yù)定角度差；以及 第三側(cè)源，其形狀與第一側(cè)源和第二側(cè)源大致相同，并相對于第二側(cè)源具有預(yù)定角度差。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其中，所述等離子體源是線圈。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，該等離子體處理裝置還包括 連接到所述頂源的RF發(fā)生器，該RF發(fā)生器用于向所述頂源供應(yīng)射頻電流；以及 介于所述RF發(fā)生器與所述頂源之間的匹配器件。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其中，所述腔設(shè)置有裝載所述物體的支 撐件，所述腔包括等離子體起作用的處理腔和通過所述等離子體源來生成等離子體的生成 腔，并且所述等離子體源布置在所述生成腔的頂部和側(cè)部。
12.—種等離子體處理方法，該等離子體處理方法包括以下步驟 向等離子體源供應(yīng)電流以在腔中生成等離子體；以及用所述等離子體來處理設(shè)置在所述腔中的物體，其中，所述等離子體源包括設(shè)置在所述腔的頂部的頂源和圍繞所述腔的側(cè)面的側(cè)源。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的等離子體處理方法，其中，電流是通過所述側(cè)源從所述腔 的一側(cè)向著其另一側(cè)供應(yīng)的，并且電流從所述腔的頂部流向其底部，然后從所述腔的底部 流向其頂部。
全文摘要
一種等離子體處理裝置包括腔，其提供了對物體進(jìn)行處理的內(nèi)部區(qū)域；以及等離子體源，其在所述內(nèi)部區(qū)域中生成電場，由此通過所述內(nèi)部區(qū)域中供應(yīng)的源氣體來生成等離子體，其中，所述等離子體源包括設(shè)置在所述腔的頂部的頂源；以及側(cè)源，其圍繞所述腔的側(cè)面并使得電流能夠從所述腔的一側(cè)流向其另一側(cè)。
文檔編號H01L21/205GK101911254SQ200980102228
公開日2010年12月8日 申請日期2009年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月15日
發(fā)明者梁日光, 禹相浩 申請人:株式會社Eugene科技