專利名稱：具有均勻軸向分布的等離子體的電容耦合等離子體反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種生產(chǎn)半導(dǎo)體晶片的等離子體反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
本申請案是延續(xù)部份未定案的美國專利申請案第11/192271號，在2002年7月9日，標(biāo)題為CAPACITIVELY COUPLED PLASMA REACTORWITH MAGNETIC CONTROL，由Daniel Hoffman等人提出。
本申請案也延續(xù)關(guān)于以下標(biāo)題的申請案美國專利申請案第09/527,342號，提出于2000年3月17日，標(biāo)題為PLASMA REACTOR WITHOVERHEAD RF ELECTRODE TUNED TO THE PLASMA，由DanielHoffman等人提出；美國專利申請案第10/007,367號，提出于2001年10月22日，標(biāo)題為MERIE PLASMA RECTOR WITH OVERHEAD RFELECTRODE TUNED TO THE PLASMA WITH SUPPRES SION，由DanielHoffman等人提出，其為延續(xù)部份的美國專利申請案第09/527,342號，提出于2000年3月17日；以及美國專利申請案第10/028,922號，提出于2001年12月19日，標(biāo)題為PLASMA RECTOR WITH OVERHEAD RFELECTRODE TUNED TO THE PLASMA WITH ARCING SUPPES SION，由Daniel Hoffman等人提出，其為延續(xù)部份的美國專利申請案第09/527,342號，提出于2000年3月17日。
上述引用的申請案是描述一種等離子體反應(yīng)裝置，其超高頻等離子體源電力是由頂部電極供應(yīng)，而高頻等離子體偏壓電力則連接至支撐半導(dǎo)體晶片的平臺(tái)內(nèi)的陰極。超高頻頂部電極有助于提升中心-高等離子體離子密度分布。偏壓電力所產(chǎn)生的電場易為非均勻電場，它也會(huì)導(dǎo)致晶片或制品表面非均勻的等離子體離子密度分布。
均勻的等離子體離子密度分布有高度需求，因?yàn)樗龠M(jìn)橫越全部晶片表面的特征尺寸、蝕刻輪廓和蝕刻速率的均勻控制，導(dǎo)致廣泛的制程范圍。因此，可校正非均勻等離子體離子密度分布的特性是有益的。在尋找此特性中，我們發(fā)現(xiàn)非均勻等離子體離子密度放射分布有特殊原因，因此我們計(jì)劃投入解釋此特性。特定地說，因中心導(dǎo)體以垂直向上延伸通過工件支撐器的存在為一項(xiàng)原因，此中心導(dǎo)體引導(dǎo)高頻等離子體偏壓功率至工件。首先，中心導(dǎo)體借著頂部超高頻電極影響功率儲(chǔ)存的均勻度它穿過晶片支撐晶座，在超高頻功率中的接地回復(fù)路徑里，建立阻抗的非均勻放射分布。其次，中心導(dǎo)體影響供應(yīng)至工件支撐座的高頻等離子體偏壓功率產(chǎn)生的電場的放射分布。我們建議建立一種特性，可同時(shí)說明超高頻接地回復(fù)路徑的非均勻性，以及高頻偏壓電場的非均勻性，或者，在不考慮超高頻電源下，說明高頻偏壓電場的非均勻性。

發(fā)明內(nèi)容
一種處理半導(dǎo)體晶片的等離子體反應(yīng)器，其包含界定一處理室的一邊墻與一頂板、一工件支撐陰極在處理室內(nèi)，此工件支撐陰極具有面對頂板的工作表面，以支撐半導(dǎo)體工件與一在工作表面下以靜電接觸晶片的傳導(dǎo)臺(tái)、用來引導(dǎo)制程氣體進(jìn)入處理室之制程氣體入口、以及一具有偏壓功率頻率的射頻偏壓功率產(chǎn)生器。在傳導(dǎo)臺(tái)有一偏壓功率供應(yīng)點(diǎn)，且一射頻導(dǎo)體連接于射頻偏壓功率產(chǎn)生器與傳導(dǎo)臺(tái)的偏壓功率供應(yīng)點(diǎn)之間。一介電套筒環(huán)繞部份的射頻導(dǎo)體，此套筒具有沿著射頻導(dǎo)體的軸長、介電常數(shù)和沿著射頻導(dǎo)體的軸向定位，套筒的軸長、介電常數(shù)及定位使得套筒能提供可提高該工作表面上等離子體離子密度均勻度的電抗。
在一實(shí)施例中，通過介電套筒產(chǎn)生的電抗是使得偏壓功率頻率供應(yīng)點(diǎn)的阻抗達(dá)到一值，該值較接近環(huán)繞此射頻導(dǎo)體與套筒的工件支撐晶座的一部份的阻抗。在另一實(shí)施例中，頂板是一頂部電極，且反應(yīng)器更包含一具有來源頻率的來源功率產(chǎn)生器、一阻抗匹配組件連接于來源功率產(chǎn)生器和頂部電極之間、具有阻抗于來源功率頻率的供應(yīng)點(diǎn)、以及套筒的電抗降低供應(yīng)點(diǎn)阻抗趨近于零。兩者實(shí)施例可以被結(jié)合描述。
在進(jìn)一步實(shí)施例中，反應(yīng)器可包含一內(nèi)徑大致對應(yīng)一工件周圍的環(huán)狀射頻耦接環(huán)，此射頻耦接環(huán)在工作表面和頂部電極之間延伸一充分距離，以加強(qiáng)接近工件周圍的等離子體離子密度。射頻耦接環(huán)可以裝附于工作表面，并具有一上表面借耦接環(huán)厚度延伸于工作表面上?；蛘?，射頻耦接環(huán)可以裝附于頂板，并具有一下表面借耦接環(huán)厚度延伸于頂板下。或者在工作表面的環(huán)可以結(jié)合頂板上的環(huán)。射頻耦接環(huán)(或環(huán)組)可以結(jié)合介電套筒。


為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下圖1A、圖1B與圖1C所示為一等離子體反應(yīng)器，具有控制等離子體離子均勻度的頂部超高頻電極與頂部線圈。
圖2所示為一示范性裝置，以控制圖1的頂部線圈。
圖3A與圖3B所示為圖1的頂部線圈之電場圖標(biāo)法，而圖3C為其空間描述法。
圖4A、圖4B、圖4C以及圖4D所示為圖1的反應(yīng)器的晶片表面蝕刻速率(縱軸)，與不同操作模式的放射分布(橫軸)的函數(shù)關(guān)系圖。
圖5A、圖5B、圖5C以及圖5D所示為圖1的反應(yīng)器的晶片表面蝕刻速率(縱軸)，與更進(jìn)一步的操作模式的放射分布(橫軸)的函數(shù)關(guān)系圖。
圖6所示為磁場與蝕刻速率的函數(shù)關(guān)系圖。
圖7與圖8所示為具有MERIE磁鐵的圖1A的反應(yīng)器。
圖9是描述操作圖1A的反應(yīng)器的方法。
圖10所示為磁壓與離子或電子密度與圖1A的反應(yīng)器內(nèi)晶片表面放射位置的函數(shù)關(guān)系圖。
圖11所示為蝕刻速率非均勻性與線圈電流的函數(shù)關(guān)系圖。
圖12所示為圖11例子中，零線圈電流時(shí)的放射離子分布。
圖13A與圖13B比較在圖11例子中，11安培線圈電流下測量到的與預(yù)測的蝕刻速率分布。
圖14A與圖14B比較在圖11例子中，35安培線圈電流下測量到的與預(yù)測的蝕刻速率分布。
圖15描述一更進(jìn)一步操作圖1A的反應(yīng)器的方法。
圖16所示為在對應(yīng)圖1A的反應(yīng)器得到的磁場分布。
圖17描述在晶片平面上，圖16的磁場平方的斜率。
圖18所示為另一在對應(yīng)圖1A的反應(yīng)器得到的磁場分布。
圖19描述在晶片平面上，圖18的磁場平方的斜率。
圖20所示為又一在對應(yīng)圖1A的反應(yīng)器得到的磁場分布。
圖21描述在晶片平面上，圖20的磁場平方的斜率。
圖22描述另一個(gè)操作圖1A的反應(yīng)器的方法。
圖23描述一示范性控制圖1A的反應(yīng)器的微控制器操作。
圖24所示為一等離子體反應(yīng)器，包括圖1A的反應(yīng)器包含的特征。
圖25所示為另一等離子體反應(yīng)器，包括圖1A的反應(yīng)器包含的特征。
圖26、圖27、圖28、圖29A與圖29B所示為圖1A、圖24與圖25的反應(yīng)器的氣體分布平面。
圖30與圖31所示為如圖26的在氣體分布平面的溫度控制特征。
圖32與圖33所示為對應(yīng)圖26的具有雙區(qū)域氣體流控制的氣體分布平面。
圖34所示為對應(yīng)圖1A的具有雙區(qū)域氣體流控制的等離子體反應(yīng)器。
圖35與圖36所示為示范性的雙區(qū)域氣體流控制器。
圖37所示為對應(yīng)圖34的等離子體反應(yīng)器，其具有三個(gè)頂部線圈以控制等離子體離子分布。
圖38與圖39描述圖26中，氣體分布平面分別產(chǎn)生中心-低或中心-高的氣體流分布的不同的氣體注射孔圖形。
圖40、圖41、圖42與圖43所示為不同安置的頂部線圈，以控制等離子體離子分布。
圖44與圖45所示為對應(yīng)于圖1A的等離子體反應(yīng)器，其中反應(yīng)器處理室上方與下方的高低磁線圈代替頂部線圈，以產(chǎn)生圖45所見的尖形磁場。
圖46所示為如何以結(jié)構(gòu)磁場(CMF)線圈取代圖44的上下線圈，以產(chǎn)生圖45的尖形磁場。
圖47所示為一圖46的結(jié)構(gòu)磁場線圈的操作模式，以產(chǎn)生一需求的磁場結(jié)構(gòu)。
圖48、圖49與圖50所示為圖1A的反應(yīng)器內(nèi)的一環(huán)狀有孔平面，以防止等離子體離子進(jìn)入反應(yīng)器的泵環(huán)。
圖51所示為圖1A的反應(yīng)器的一方形實(shí)施例，以產(chǎn)生方形工件。
圖52所示為對應(yīng)于圖1A的一反應(yīng)器，其具有一可伸縮的晶片支撐晶座。
圖53所示為一電容耦合等離子體反應(yīng)器，其具有一介電套筒環(huán)繞連接至晶片偏壓供應(yīng)點(diǎn)的導(dǎo)體。
圖54為介電套筒的放大側(cè)視圖。
圖55為套筒相對于反應(yīng)器的其它部份的對應(yīng)俯視圖。
圖56為介電套筒側(cè)視圖。
圖57A所示為可機(jī)械性調(diào)整的介電套筒的側(cè)視圖。
圖57B所示為皆可機(jī)械性調(diào)整的多套筒段的側(cè)視圖。
圖58是比較在不同的蝕刻制程里，有無介電套筒之調(diào)諧的蝕刻速率圖。
圖59為圖58提到的制程的均勻性比較圖。
圖60為一具有底部射頻耦接環(huán)的等離子體反應(yīng)器的側(cè)視圖。
圖61為一具有頂部與底部射頻耦接環(huán)的等離子體反應(yīng)器的側(cè)視圖。
圖62為圖61或圖62中，受射頻耦接環(huán)影響的反應(yīng)器的不同放射制程區(qū)域的俯視圖。
圖63是比較不同材質(zhì)的射頻耦接環(huán)的電容放射分布圖。
圖64是比較無耦接環(huán)、有單耦接環(huán)和雙耦接環(huán)時(shí)的蝕刻速率的放射分布圖，其中耦接環(huán)的材質(zhì)為鋁，且僅供應(yīng)晶片偏壓功率。
圖65是比較無耦接環(huán)、有單耦接環(huán)和雙耦接環(huán)時(shí)的蝕刻速率的放射分布圖，其中耦接環(huán)的材質(zhì)為鋁，且借頂部電極供應(yīng)480瓦的超高頻來源功率。
圖66是比較無耦接環(huán)、有單耦接環(huán)和雙耦接環(huán)時(shí)的蝕刻速率的放射分布圖，其中耦接環(huán)的材質(zhì)為石英，且僅供應(yīng)晶片偏壓功率。
圖67是比較無耦接環(huán)、有單耦接環(huán)和雙耦接環(huán)時(shí)的蝕刻速率的放射分布圖，其中頂部電極供應(yīng)480瓦的超高頻來源功率，且耦接環(huán)的材質(zhì)為石英。
附圖標(biāo)記說明
5圓柱邊墻10頂板11阻抗匹配組件 12超高頻信號產(chǎn)生器15支撐晶座 20工件25氣體供應(yīng)器 30真空泵40射頻產(chǎn)生器 45匹配電路60內(nèi)線圈 64線圈65外線圈 70直流電流供應(yīng)器75直流電流供應(yīng)器 76直流電流供應(yīng)器82a電位計(jì)82b電位計(jì)84a開關(guān) 84b開關(guān)90控制器 91微處理器92MERIE電磁鐵94MERIE電磁鐵96MERIE電磁鐵98MERIE電磁鐵99電流控制器 100反應(yīng)器處理室105晶片支撐晶座 110晶片115導(dǎo)體或半導(dǎo)體環(huán)120介電環(huán)125傳導(dǎo)電極 126電極組件127處理室主體130介電密封墊135同軸短截線135a同軸遠(yuǎn)程135b同軸近端 140內(nèi)圓柱導(dǎo)體145外圓柱導(dǎo)體147絕緣體150射頻產(chǎn)生器150a射頻回復(fù)終端150b射頻功率終端 160同軸閥門162同軸線165終端導(dǎo)體170氣體線172氣體進(jìn)口173冷卻劑線 174冷卻劑信道175傳導(dǎo)外罩 176傳導(dǎo)圓柱體180介電環(huán)300氣體注射口302中心部份 303圓柱指針902MERIE磁鐵 904MERIE磁鐵控制器
910分析測定區(qū)塊 901’分析測定區(qū)塊920測量離子密度 920’測量離子密度930區(qū)塊 930’區(qū)塊940區(qū)塊 940’區(qū)塊950區(qū)塊 950’區(qū)塊960區(qū)塊 960’區(qū)塊1020支撐架 1025轉(zhuǎn)體1402蓋子1404基底1406盤面1408環(huán)狀墻1410承擔(dān)器 1414歧管1414a中心歧管 1414b外歧管1414c外歧管 1416氣體入口1418氣體出口1420氣體入口1502碳化硅覆膜 1504聚合物黏接層1520溫度控制組件1522晶片護(hù)套1524熱交換器1602環(huán)隔板1604內(nèi)隔板 1606外隔板1610雙區(qū)域控制器1612氣體供應(yīng)器1618葉片1640流體控制器1651閥 1652閥2210定義分析模式2220選擇磁場2230尋找模式2240儲(chǔ)存電流2250選擇電流值 2260應(yīng)用電流值2310蝕刻晶片表面2320潔凈頂板2330區(qū)塊2350區(qū)塊2360區(qū)塊2370區(qū)塊2380區(qū)塊2390區(qū)塊4060線圈4062線圈4064線圈4066線圈4068線圈4420線圈
4440線圈 4610電磁鐵4610a上導(dǎo)體 4610b下導(dǎo)體4620電磁鐵4620a上導(dǎo)體4620b下導(dǎo)體 4620c垂直導(dǎo)體4630電磁鐵4630a上導(dǎo)體4630b下導(dǎo)體 4630d垂直導(dǎo)體4640電磁鐵4640a上導(dǎo)體4640b下導(dǎo)體 4650MERIE反應(yīng)器4660電流控制器4810柵欄4820開口 4910處理室襯墊4920上水平段 4930垂直段4940下水平段 4950整體部份4960基底 4962環(huán)圍欄4964環(huán)圍欄4972溫度控制組件4974溫度控制組件 4976溫度控制組件5210下線圈5220外線圈5505金屬墊層 5510隔離層5515傳導(dǎo)網(wǎng)層 5520上隔離層5525延長導(dǎo)體(射頻導(dǎo)體)5525a上終端5530內(nèi)部部份 5535外部部份5540外部射頻部份 5545射頻回復(fù)路線5550電介質(zhì)圓柱套筒5552上段5554中段 5556下段5558套筒引導(dǎo) 5560控制鈕5560a上控制鈕 5560b中控制鈕5560c下控制鈕 5565線桿5570支撐套筒 5570a上支撐套筒5570b中支撐套筒 5570c下支撐套筒5580環(huán)5580a環(huán)上表面5585接地環(huán)5585a接地環(huán)上表面
5590第一射頻耦接環(huán)5595第二射頻耦接環(huán)具體實(shí)施方式
特定等離子體反應(yīng)器所顯示的等離子體離子密度分布，為處理室壓力、氣體混合與擴(kuò)散、以及來源功率輻射圖案的函數(shù)。在本發(fā)明中，此分布是磁性地改變?yōu)橼吔活A(yù)定改善制程均勻性的選定或理想分布。磁性地改變過或校正過的等離子體離子密度分布可改善橫越晶片或工件表面的制程均勻性。為了此目的，磁性校正過的等離子體分布可依使用者需求為均勻或非均勻。我們發(fā)現(xiàn)通過一平均磁場強(qiáng)度施加壓力于一等離子體上，可增進(jìn)改變等離子體分布至需求水準(zhǔn)的效率。根據(jù)這發(fā)現(xiàn)，通過增加磁場梯度的放射組成，可達(dá)到此意外的結(jié)果。應(yīng)了解的是，放射方向是圍繞圓柱形處理室的對稱軸。因此，所需要的一磁場結(jié)構(gòu)，是具有一大放射梯度，以及在其它方向的小磁場強(qiáng)度。此種磁場是尖形的，且其對稱軸與圓柱形反應(yīng)器處理室的軸一致。形成尖形磁場的方法為在圓柱形處理室的上方及下方提供線圈，并在相反的方向以直流電流通過這些線圈。
依據(jù)此處理室的設(shè)計(jì)，在晶片平臺(tái)下提供線圈可能不切實(shí)際，因此，在第1個(gè)例子中，上述線圈可滿足這些目的。此外，需要使尖形磁場可安裝或可調(diào)整，以精確控制或變更在給定的等離子體反應(yīng)器處理室內(nèi)(“周遭的”等離子體離子分布)固有的等離子體離子分布。因?yàn)樵诓煌M合的反應(yīng)器內(nèi)的等離子體離子分布不同，此可調(diào)整性在某些狀況中是必要的。選擇磁場斜率的放射組成，以提供改變周遭分布至欲求分布所需的磁壓力。舉例而言，若欲求分布為均勻分布，則選擇供應(yīng)的磁場，是抵銷無磁場時(shí)反應(yīng)器內(nèi)等離子體離子密度放射分布的非均勻性。在此狀況中，例如，若反應(yīng)器欲有中心-高等離子體離子密度分布，則選擇的磁場梯度，是維持晶片支撐晶座中心的等離子體密度，并提高其周圍的等離子體密度，以達(dá)到均勻性。
根據(jù)我們的發(fā)現(xiàn)，通過使用至少一不同于第一線圈半徑(例如較小的半徑)的第二頂部線圈，可實(shí)現(xiàn)尖形磁場的可調(diào)整性。在各線圈中的直流電流可獨(dú)立調(diào)整，以在相當(dāng)彈性的方式中，容許尖形磁場的形成，以改變幾乎任何周遭等離子體離子分布至近似所要求的等離子體離子分布?？稍O(shè)計(jì)磁場結(jié)構(gòu)的選擇，以修改中心-高或中心-低的等離子體離子密度分布。
可知的一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)是雙-折疊，其中尖形磁場具有相對于磁場強(qiáng)度(如上述的)顯得大的放射梯度，因而高效率于運(yùn)用校正的壓力于等離子體上。然而，因磁場是不變的，不易產(chǎn)生電弧，因此當(dāng)必要時(shí)，也可以使用有更大修正電容的較強(qiáng)磁場。如同本說明書稍后將描述的，此特征在較高的處理室壓力中相當(dāng)有幫助。
圖1A所示為一可調(diào)整的尖形磁場的等離子體反應(yīng)器。圖1A的反應(yīng)器包括一圓柱形邊墻5、一氣體分布板的頂板10、以及一握持半導(dǎo)體工件20的晶片支撐晶座15。具傳導(dǎo)性的頂板10或氣體分布板，是作為正極，或有一正極與其相連。頂板10或氣體分布板典型是鋁材，并在面對處理室的內(nèi)表面具有內(nèi)部氣體歧管和氣體注入孔。制程氣體供應(yīng)25供應(yīng)制程氣體至頂板10。真空泵30控制處理室內(nèi)部的壓力。穿過阻抗匹配電路45連接到晶片支撐晶座15的射頻產(chǎn)生器40，產(chǎn)生等離子體來源功率，其點(diǎn)燃并維持反應(yīng)器處理室內(nèi)的等離子體，因此晶片支撐晶座當(dāng)作一射頻電極使用。正極(其可為導(dǎo)體材料形成之頂板10)連接到射頻地線，因此它當(dāng)作反電極。此類反應(yīng)器易有非常不均勻的等離子體離子密度分布，此通常為中心-高的等離子體離子密度分布。
圖1B所示為一特征，其頂板10穿過阻抗匹配組件11(僅示意性地表示)，連接至等離子體來源功率的超高頻信號產(chǎn)生器12，而非如圖1A般，直接連至接地。在此例子中，射頻產(chǎn)生器40只控制在半導(dǎo)體晶片或半導(dǎo)體工件20上的射頻偏壓。(阻抗匹配組件11可為固定調(diào)整組件，例如同軸調(diào)諧短截線或分線電路)。此特征在本說明書稍后的部份會(huì)有較詳細(xì)的說明。
為了控制等離子體離子密度的分布，在頂板10上使用一組線圈。在圖1A的例子中，這組線圈包含一內(nèi)線圈60和一外線圈65，它們與圓柱形處理室同軸，并各有單纏繞的導(dǎo)體。圖1A所示為的內(nèi)線圈60和外線圈65只繞一圈，但他們也可以垂直地繞許多圈，如圖1B所示?；蛉鐖D1C所示，內(nèi)線圈60和外線圈65可同時(shí)垂直及水平延伸。在圖1A的圖例中，內(nèi)線圈60離頂板10比外線圈65離頂板10遠(yuǎn)。然而，在其它例子中，此安排可能會(huì)相反，或內(nèi)線圈60與外線圈65可能在頂板10上方同高度處。
在圖1A和圖1B的圖例中，控制器90借控制分別與內(nèi)線圈60與外線圈65相接的獨(dú)立的直流電流供應(yīng)器70與直流電流供應(yīng)器75，決定分別流至內(nèi)線圈60與外線圈65的電流的強(qiáng)度和極性。現(xiàn)請參考圖2，所示為一例子，其控制器90決定自直流電流供應(yīng)器76，通過控制器90，供應(yīng)至內(nèi)線圈60與外線圈65的直流電流，其中控制器90分別連接內(nèi)線圈60與外線圈65。在兩例子中，控制器90能夠使不同極性和強(qiáng)度的直流電流流至不同的內(nèi)線圈60與外線圈65。在圖2的例子中，控制器90包含一對可調(diào)整直流電流的電位計(jì)82a與電位計(jì)82b，其直流電流分別供應(yīng)至內(nèi)線圈60與外線圈65，以及一對獨(dú)立決定供應(yīng)到內(nèi)線圈60和外線圈65的直流電流極性的開關(guān)84a與開關(guān)84b?？刂破?0可包含一個(gè)可程序化組件，如微處理器91，以控制電位計(jì)82a、電位計(jì)82b、開關(guān)84a與開關(guān)84b。
圖1A、圖1B與圖1C所示為的內(nèi)線圈60與外線圈65的置放方式有些優(yōu)點(diǎn)，其中內(nèi)線圈60比外線圈65離頂板10的高度更大。確切地說，任一線圈所提供磁場梯度的放射組成至少粗略地正比于線圈半徑，且反比于線圈的軸向位移。因此，內(nèi)線圈60與外線圈65因其不同的尺寸和位移，而扮演不同的角色外線圈65因其較大半徑與較接近晶片20，支配橫越晶片20的整個(gè)表面，而內(nèi)線圈60對晶片中心有最大的影響力，故可當(dāng)作調(diào)整線圈，以做磁場的調(diào)整與造形。其它的置放方式可藉不同線圈的不同半徑和與等離子體的不同距離，以實(shí)現(xiàn)此差異控制。如本說明書稍后會(huì)參考實(shí)作例子所作的描述，對周遭等離子體離子密度分布所做的改變可得自于選擇在各頂部線圈(60、65)內(nèi)流動(dòng)的電流的不同大小、極性與方向。
圖3A所示為內(nèi)線圈60所產(chǎn)生的磁場放射強(qiáng)度(實(shí)線)與方位角(虛線)，與圖1A的晶片20上半徑位置的函數(shù)關(guān)系。圖3B所示為外線圈65所產(chǎn)生的磁場放射強(qiáng)度(實(shí)線)與方位角(虛線)，與晶片20上半徑位置的函數(shù)關(guān)系。所示為于圖3A與圖3B的數(shù)據(jù)得自于一實(shí)例，其晶片20的直徑為300mm、內(nèi)線圈60的直徑為12英寸且置于等離子體上方約10英寸、外線圈65的直徑為22英寸且置于等離子體上方約6英寸。圖3C為一簡化的圖，所示為內(nèi)線圈60與外線圈65所產(chǎn)生的半尖形磁場線圖。
圖2的控制器90可改變分別供應(yīng)至內(nèi)線圈60與外線圈65的電流，以調(diào)整晶片表面的磁場，并借以改變等離子體離子密度的空間分布?，F(xiàn)將說明內(nèi)線圈60與外線圈65提供的不同磁場的效力，以說明控制器90借改變這些磁場，如何深切地影響與改善在處理室內(nèi)的等離子體離子分布。在隨后的例子中，是直接測量橫越晶片表面的蝕刻速率的空間分布，而非等離子體離子分布。蝕刻速率分布隨著等離子體離子分布的改變直接改變，因此，其中之一有變化亦會(huì)影響到另一者。
圖4A、圖4B、圖4C與圖4D所示為僅在低處理室壓力(30mT)下使用內(nèi)線圈60的有益效用。圖4A所示為測量的蝕刻速率(垂直Z軸)與晶片20表面上的位置(水平X和Y軸)的函數(shù)關(guān)系圖。因此，圖4A所示為蝕刻速率在晶片表面平面上的空間分布。圖4A可清楚見到蝕刻速率分布的中心-高非均勻性。圖4A對應(yīng)未使用磁場的狀況，故其所示為反應(yīng)器內(nèi)固有的非均勻蝕刻速率分布，且其需要修正。在此例中，蝕刻速率的標(biāo)準(zhǔn)差為5.7％。在第4圖及第5圖中，磁場強(qiáng)度將被描述如靠近晶片中心的軸向場，雖然已知其放射場是一作用于等離子體離子密度分布的放射分布，以改善均勻度。在描述中選擇此軸向場，因?yàn)槠淠軐?shí)時(shí)測量。在晶片邊緣的放射場大約為此位置的軸向場的三分之一。
圖4B所示為當(dāng)內(nèi)線圈60產(chǎn)生9高斯的磁場時(shí)，蝕刻速率分布如何改變。非均勻性的標(biāo)準(zhǔn)差減少至4.7％。
圖4C的內(nèi)線圈60的磁場增加至18高斯，可清楚見到其中心的突峰劇減，故橫越晶片的蝕刻速率標(biāo)準(zhǔn)差減少至2.1％。
圖4D的內(nèi)線圈60的磁場更進(jìn)一步增加至27高斯，因此圖4A的中心-高圖形幾乎轉(zhuǎn)化成一中心-低圖形。在圖4D例子中的橫越晶片表面的蝕刻速率標(biāo)準(zhǔn)差為5.0％。
圖5A、圖5B、圖5C與圖5D所示為在較高處理室壓力(200mT)下使用內(nèi)線圈60與外線圈65的有益效用。圖5A對應(yīng)于圖4A，并描述未以磁場校正的反應(yīng)器的中心-高蝕刻速率非均勻性。在此例子中，橫越晶片表面的蝕刻速率標(biāo)準(zhǔn)差為5.2％。
在圖5B中，外線圈65可產(chǎn)生一22高斯的磁場，其于蝕刻速率分布中減少一點(diǎn)中心突峰。在此例子中，蝕刻速率標(biāo)準(zhǔn)差減少到3.5％。
在圖5C中，內(nèi)線圈60與外線圈65可產(chǎn)生一24高斯的磁場。其結(jié)果可見于圖5C，當(dāng)蝕刻速率接近周圍有增加時(shí)，蝕刻速率分布中的中心突峰有明顯減少?？偨Y(jié)結(jié)果為一較均勻的蝕刻速率分布伴隨一低標(biāo)準(zhǔn)差3.2％。
在圖5D中，兩線圈可產(chǎn)生一40高斯的磁場，與一過校正，因此，橫越晶片表面的蝕刻速率分布轉(zhuǎn)換為中心-低分布。其蝕刻標(biāo)準(zhǔn)差在此例子有較輕微提升(與圖5C例子相比)到3.5％。
比較從圖4A到圖4D的低壓力測試與從圖5A到圖5D的高壓力測試所得的結(jié)果，可見較高處理室壓力需要一大很多的磁場，以獲得蝕刻速率非均勻分布的相似修正。舉例而言，在30mT，只在內(nèi)線圈60使用18高斯，可得一理想的校正，而在300mT，需要使用內(nèi)線圈60與外線圈65的24高斯磁場以達(dá)到一理想校正。
圖6顯示頂部線圈的磁場對等離子體離子密度的均勻性或蝕刻速率分布有較大影響，但對蝕刻速率本身沒有大影響。這是有益的，當(dāng)需要改善蝕刻速率分布的均勻性時(shí)，不要改變一選定的半導(dǎo)體制程的蝕刻速率較佳。在圖6中，菱形代表測量的蝕刻速率(左手垂直軸)與磁場(水平軸)的函數(shù)關(guān)系，而方形描述蝕刻速率(右手垂直軸向)的標(biāo)準(zhǔn)差(非均勻性)與磁場的函數(shù)關(guān)系。在所示為范圍中的非均勻性的改變約為大小的一次方，蝕刻速率的改變只約為25％。
圖1A、圖1B與圖1C的內(nèi)線圈60與外線圈65可能使用已知的MERIE反應(yīng)器。圖7和圖8所示為一例子，對應(yīng)于圖1A，但多四個(gè)已知的MERIE電磁鐵92、電磁鐵94、電磁鐵96與電磁鐵98，以及一MERIE電流控制器99。電流控制器99提供交流電至各電磁鐵92、電磁鐵94、電磁鐵96與電磁鐵98。各電流為相同低頻率，但相位相差90°，以在傳統(tǒng)的方式中提供一緩慢旋轉(zhuǎn)的磁場于處理室內(nèi)。
以頂部線圈控制等離子體分布依照本發(fā)明的一種方法，在特定反應(yīng)器內(nèi)固有的橫越晶片表面的等離子體離子密度分布，是以特定方式量身訂做，其為借選擇內(nèi)線圈60與外線圈65產(chǎn)生的特定磁場。舉例而言，可設(shè)計(jì)等離子體分布以產(chǎn)生一較均勻的蝕刻速率分布橫越晶片表面。舉例而言，此設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)于編寫控制器90的程序，以選擇在頂部線圈中的直流電流的理想極性和振幅。
當(dāng)現(xiàn)在的例子考慮僅有兩個(gè)集中的頂部線圈(亦即內(nèi)線圈60與外線圈65)的反應(yīng)器，多于兩個(gè)線圈也可使用此方法，并用較多的頂部線圈可提供較準(zhǔn)確的結(jié)果。磁場通過控制器90來訂做，已改變橫越晶片表面的等離子體離子密度分布，其依序影響蝕刻速率分布。
第一步是在沒有內(nèi)線圈60與外線圈65提供磁場校正下，測量橫越晶片表面的蝕刻速率分布。下一步是在等離子體離子密度分布中決定一改變，等離子體離子密度分布使蝕刻速率分布較均勻。最后一步是決定一將產(chǎn)生改變于等離子體離子密度分布的磁場。在這磁場下，在內(nèi)線圈60與外線圈65中電流的大小與方向可由已知的靜磁場方程式導(dǎo)出。
我們有發(fā)現(xiàn)一種計(jì)算的方法，從磁場和等離子體上的內(nèi)線圈60與外線圈65的磁場的壓力(也稱為磁壓)。此將在以下討論。等離子體上的磁壓產(chǎn)生等離子體離子密度分布的改變。此等離子體離子密度分布的改變產(chǎn)生一正比于橫越晶片表面的蝕刻速率分布，其可直接觀察到。橫越晶片表面的等離子體離子密度分布以及蝕刻速率分布因而至少粗略有一比例關(guān)系。
起初，橫越晶片表面的蝕刻速率的空間分布測量先于內(nèi)線圈60與外線圈65的磁場應(yīng)用。從這點(diǎn)，可決定在蝕刻速率分布所需的一改變(以達(dá)到均勻分布)。其次，可從各線圈的幾何，決定內(nèi)線圈60與外線圈65產(chǎn)生的磁場空間分布，與處理室內(nèi)位置，以及線圈內(nèi)電流的函數(shù)關(guān)系。然后，借著在線圈上應(yīng)用已知的電流組，接著測量在橫越晶片表面的蝕刻速率分布的改變結(jié)果，可演繹出一線性刻度系數(shù)，其連接從所有晶片表面的線圈的磁場向量總合至晶片表面的蝕刻速率分布的改變。(此刻度系數(shù)一般是在等離子體的中壓函數(shù)且約500mT處理室壓力)。因此，假設(shè)在蝕刻速率分布有一改變或校正(為了達(dá)到較好的均勻度)，可發(fā)現(xiàn)必要的磁場(在本說明書稍后描述此方式)，且可使用事先定義分析的磁場空間分布函數(shù)，從此推論對應(yīng)的線圈電流。
可用多種方式設(shè)定蝕刻速率分布內(nèi)非均勻性的校正。舉例而言，可從一均勻或平均蝕刻速率減少橫越晶片表面的二維蝕刻速率分布，以產(chǎn)生一「差異」分布。以此方法校正蝕刻速率分布的非均勻性是在反應(yīng)器處理室內(nèi)許多因素的結(jié)果，包括組合的來源功率的非均勻應(yīng)用、非均勻制程氣體分布、與非均勻等離子體離子密度分布。在前述的方法，借磁壓改變的等離子體離子密度分布校正非均勻性。
也可以使用接下來的方法以建立一「校正的」等離子體分布，其在一些方面為非均勻性。在此例子中，校正被造成于「非校正」或圍繞等離子體離子密度分布和要求分布之間的差異(此為本身非均勻性)。因此，此方法有用于產(chǎn)生較均勻或不一定均勻的特別選定的密度分布圖形的等離子體密度分布。
現(xiàn)參考圖9描述一連串可實(shí)現(xiàn)前述方法的步驟。
第一步驟(圖9的區(qū)塊910)分析定義每一個(gè)內(nèi)線圈60與外線圈65，其表現(xiàn)晶片表面的磁場與線圈電流及晶片表面半徑位置的函數(shù)。使用圓柱形坐標(biāo)，此表現(xiàn)法可將第ith線圈寫成Bi(r，z＝wafer，Ii)。此由Biot-Savart定律而來。
下一步驟(圖9的區(qū)塊920)在內(nèi)線圈60與外線圈65不具電流下實(shí)現(xiàn)。在此步驟中，測量橫越晶片表面的等離子體離子密度的空間分布。此空間分布可寫成n(r，z＝wafer)。在此步驟中，等離子體離子密度分布可借著測量橫越測試晶片表面的蝕刻速率而間接測量。熟悉此技術(shù)的人可以很快地自蝕刻速率分布推導(dǎo)出等離子體離子密度分布。
接著，在區(qū)塊930的步驟中，決定前一步驟測量的等離子體離子密度空間分布函數(shù)n(r，z＝wafer)的一修正函數(shù)c(r)。修正函數(shù)c(r)可以很多恰當(dāng)方式定義。舉例而言，其可以被定義為最大值n(r，z＝wafer)max減去n(r，z＝wafer)。在此方法中，加入c(r)到n(r，z＝wafer)中產(chǎn)生一具有相當(dāng)于n(r)max的均勻振幅的「校正」分布。當(dāng)然，修正函數(shù)c(r)可被不同定義，以產(chǎn)生不同的均勻振幅?；蛘?，如上簡短的描述，若所要求的分布是非均勻的，則修正則為所需分布與n(r，z＝wafer)之間的差異。
下一步驟(區(qū)塊940)是為內(nèi)線圈60與外線圈65選擇一「測試」電流Ii，并應(yīng)用此電流到適當(dāng)?shù)木€圈和測量等離子體離子分布，其可寫成n(r，z＝wafer)test。離子分布的改變?chǔ)(r)可得自于減去伴隨或不伴隨磁場的離子分布Δn(r)≡n(r，z＝wafer)-n(r，z＝wafer)test
下一步(區(qū)塊950)是去計(jì)算一比例因子S，使磁場使用的壓力斜率(亦即磁壓)與離子分布的改變?chǔ)(r)有關(guān)。此計(jì)算是以磁壓斜率除以Δn(r)。根據(jù)磁流體方程式，計(jì)算第ith線圈的磁場B(r，z＝wafer，Ii)的磁壓斜率rP≡-r〔B(r，z＝wafer，Ii)2/2μ0〕其中下標(biāo)符號r標(biāo)記放射組成。相加各線圈所得到的結(jié)果。因此，總磁壓斜率為-r{∑i〔B(r，z＝wafer，Ii)2/2μ0〕}因此，比例因子S是S＝{-r{∑i〔B(r，z＝wafer，Ii)2/2μ0〕}}/Δn(r)此除法運(yùn)算可以在r的不同值中導(dǎo)出，而其結(jié)果被平均以獲得S于數(shù)量形式。否則，比例因子S將為r的函數(shù)且被使用在適當(dāng)?shù)姆绞健?br> 區(qū)塊950的步驟中所發(fā)現(xiàn)的比例因子S，為決定磁壓的線圈電流Ii和離子分布的改變結(jié)果之間的連結(jié)。確切地說，給予一線圈電流Ii的設(shè)定，可計(jì)算在離子分布n(r)中的對應(yīng)改變可借著增加自借著比例因子S的Ii的設(shè)定所定義的磁壓Δn(r)＝{-r{∑i〔B(r，z＝wafer，Ii)2/2μ0〕}}/S此事實(shí)為接下來的步驟提供了基礎(chǔ)(區(qū)塊960)，其中一計(jì)算機(jī)(如微處理器91)使用前述的方程式去搜尋一組線圈電流Ii，其產(chǎn)生最接近先前特定或要求的等離子體離子密度分布中的改變?chǔ)(r)。在此例子中，所要的改變相當(dāng)于在區(qū)塊930的步驟中計(jì)算的修正函數(shù)c(r)。換言之，計(jì)算機(jī)搜尋一組滿足以下情形的線圈電流Ii
{-r{∑i〔B(r，z＝wafer，Ii)2/2μ0〕}}＝c(r)S此搜尋可通過已知的最佳化技術(shù)導(dǎo)出，例如，大幅下降的方式。此技巧可由熟悉此技術(shù)的人輕易解出，在此不需加以說明。
搜尋發(fā)現(xiàn)的這組線圈電流Ii的大小和極性隨后傳送到控制器90，其依序供應(yīng)這些電流到各內(nèi)線圈60與外線圈65。
圖10比較磁壓(實(shí)線)與在等離子體離子分布測量的改變(虛線)，為晶片表面放射位置的函數(shù)。如上所述，此磁壓是頂部線圈磁場平方的斜率。圖10指出在磁壓和離子分布密度的改變之間有很好的相關(guān)性。
此種方法的應(yīng)用所示為于圖11到第14圖。圖11所示為晶片表面的蝕刻速率空間分布的非均勻化或標(biāo)準(zhǔn)差(垂直軸向)如何隨著一頂部線圈內(nèi)的線圈電流而變化。在零線圈電流中，標(biāo)準(zhǔn)差約12％，而離子分布為如圖12所示的為中心-高。
約3％的最小非均勻性完成于約17安培的線圈電流。此代表一四倍的改善(亦即，蝕刻速率分布12％到3％的標(biāo)準(zhǔn)差)。實(shí)際或測量到的蝕刻速率分布如圖13A所示，而以圖9預(yù)測的蝕刻速率分布如圖13B所示。
在35安培的高線圈電流中，蝕刻速率分布標(biāo)準(zhǔn)差約14％。測量到的蝕刻速率分布如圖14A所示，而預(yù)測的蝕刻速率分布如圖14B所示。
再次參考圖13A，所獲得的最均勻離子分布當(dāng)然是非平坦的，且事實(shí)上是具有「碗」?fàn)睿咏車鷥?nèi)凹且接近中心凸面。這是可能的，隨著多數(shù)的獨(dú)立頂部線圈(例如三個(gè)或更多)，電流的最佳化將伴隨較多數(shù)的結(jié)果和較佳的均勻度產(chǎn)生。因此，本發(fā)明并不局限事實(shí)上具兩個(gè)線圈的例子。本發(fā)明可以使用小于或多于兩個(gè)頂部線圈的不同的結(jié)果來實(shí)現(xiàn)。
可應(yīng)用同樣的方法以控制頂板表面的等離子體離子密度分布或蝕刻速率分布。此方法可使用在處理室清潔操作期間，例如，圖15所示為圖9一種方法，其中離子密度(或蝕刻速率)空間分布的均勻度是最佳的。圖15的步驟，即為區(qū)塊910′、區(qū)塊920′、區(qū)塊930′、區(qū)塊940′、區(qū)塊950′以及區(qū)塊960′，其相同于圖9之區(qū)塊910、區(qū)塊920、區(qū)塊930、區(qū)塊940、區(qū)塊950以及區(qū)塊960，除了它們是以頂板平面而非晶片平面
第一步驟(圖15的區(qū)塊910′)分析定義每一個(gè)內(nèi)線圈60與外線圈65，其表現(xiàn)頂板表面的磁場與線圈的電流以及于晶片表面半徑位置的函數(shù)。使用圓柱形坐標(biāo)，此表現(xiàn)法可將第ith線圈寫成Bi(r，z＝wafer，Ii)。此由簡單靜磁場方程式而來，且不但為頂板表面的線圈電流Ii與放射分布r的函數(shù)，更為如線圈半徑與線圈和頂板內(nèi)表面之間的距離，z＝頂板的常數(shù)的函數(shù)。
下一步驟(圖15的測量離子密度920′)在內(nèi)線圈60與外線圈65不具電流下實(shí)現(xiàn)。在此步驟中，測量橫越頂板表面的等離子體離子密度的空間分布。此空間分布可寫成n(r，z＝ceiling)。在此步驟中，等離子體離子密度分布可以借已知的探針或其它間接技術(shù)測量。
接著，在區(qū)塊930’的步驟中，決定前一步驟測量的等離子體離子密度空間分布函數(shù)n(r，z＝ceiling)的一修正函數(shù)c’(r)。(值得注意的是，這里使用的此標(biāo)記「’」，是為了區(qū)別圖15與上述圖9的這些計(jì)算，不暗示在此的推導(dǎo))。修正函數(shù)c’(r)可以很多恰當(dāng)方式定義。舉例而言，其可以被定義為最大值n(r，z＝ceiling)max減去n(r，z＝ceiling)。在此方法中，加入c’(r)到n(r，z＝ceiling)中產(chǎn)生一具有相當(dāng)于n(r)max的均勻振幅的「校正」分布。當(dāng)然，修正函數(shù)c’(r)可被不同定義，以產(chǎn)生不同的均勻振幅。若要求特定的非均勻分布，則修正為未修正或周遭等離子體分布n(r，z＝ceiling)與需求的非均勻分布之間的差異。因此，該方法可以被使用于建立一個(gè)所需的特定非均勻圖形的等離子體離子分布，或一均勻的等離子體離子密度分布。
下一步驟(區(qū)塊940’)是為內(nèi)線圈60與外線圈65選擇一「測試」電流Ii，并應(yīng)用此電流到適當(dāng)?shù)木€圈和測量等離子體離子分布，其可寫成n(r，z＝ceiling)test。離子分布的改變?chǔ)(r)可得自于減去伴隨或不伴隨磁場的離子分布Δn′(r)＝n(r，z＝ceiling)-(r，z＝ceiling)test下一步(區(qū)塊950’)是去計(jì)算一比例因子S，使磁場使用的壓力斜率(亦即磁壓)與離子分布的改變?chǔ)’(r)有關(guān)。此計(jì)算是以磁壓斜率除以Δn’(r)。根據(jù)磁流體方程式，計(jì)算第ith線圈的磁場B(r，z＝ceiling，Ii)的磁壓斜率rP≡-r〔B(r，z＝ceiling，Ii)2/2μ0〕其中下標(biāo)符號r標(biāo)記放射組成。相加各線圈所得到的結(jié)果。因此，總磁壓斜率為-r{∑i〔B(r，z＝wafer，Ii)2/2μ0〕}因此，比例因子S為S′＝{-r{∑i〔B(r，z＝wafer，Ii)2/2μ0〕}}/Δn′(r)區(qū)塊950’的步驟中所發(fā)現(xiàn)的比例因子S’，為決定磁壓的線圈電流Ii和離子分布的改變結(jié)果之間的連結(jié)。確切地說，給予一線圈電流Ii的設(shè)定，可計(jì)算在離子分布n’(r)中的對應(yīng)改變可借著增加自借著比例因子S’的Ii的設(shè)定所定義的磁壓Δn′(r)＝{-r{∑i〔B(r，z＝wafer，Ii)2/2μ0〕}}/S′此事實(shí)為接下來的步驟提供了基礎(chǔ)(區(qū)塊960’)，其中一計(jì)算機(jī)(如微處理器91)使用前述的方程式去搜尋一組線圈電流Ii，其產(chǎn)生最接近先前特定或要求的等離子體離子密度分布中的改變?chǔ)’(r)。在此例子中，所要的改變相當(dāng)于在區(qū)塊930’的步驟中計(jì)算的修正函數(shù)c’(r)。換言之，計(jì)算機(jī)搜尋一組滿足以下情形的線圈電流Ii{-r{∑i〔B(r，z＝wafer，Ii)2/2μ0〕}}＝c′(r)S′此搜尋可借已知的最佳化技術(shù)導(dǎo)出，例如，大幅下降的方式。此技巧可由熟悉此技術(shù)的人輕易解出，在此不需加以說明。
搜尋發(fā)現(xiàn)的這組線圈電流Ii的大小和極性隨后傳送到控制器90，其依序供應(yīng)這些電流到各內(nèi)線圈60與外線圈65。
若只用一個(gè)頂部線圈，可以使用儀器來最佳化等離子體離子分布均勻性，可以在晶片上或頂板上，但非同時(shí)。若至少用兩頂部線圈(例如內(nèi)線圈60與外線圈65)，等離子體離子分布均勻化可至少接近理想地同時(shí)形成于晶片和頂板上。
用頂部線圈操作等離子體我們發(fā)現(xiàn)可以選擇線圈電流Ii，以操作等離子體朝向頂板及/或邊墻，或至晶片表面。也可選擇線圈電流Ii來改善等離子體密度分布于頂板表面的均勻性，以一種近似圖9的方式。結(jié)果，等離子體可于制程期間被集中在晶片上，并在清潔期間可以集中于頂板及/或邊墻。借著集中等離子體于頂板，清潔時(shí)間會(huì)減少。
在一例子中，借著控制器90操作等離子體至處理室的邊墻，供應(yīng)-17.5安培電流到內(nèi)線圈60和12.5安培電流到外線圈65。圖16所示為處理室內(nèi)部的一放射部份，沿著水平軸向自零半徑延伸到處理室周圍，以及沿著垂直軸向自晶片表面延伸到頂板。圖16的小箭頭指出于處理室不同的位置之磁場的大小與方向，當(dāng)借著控制器90操作等離子體至處理室的邊墻，供應(yīng)-17.5安培電流到內(nèi)線圈60和12.5安培電流到外線圈65。圖17所示為晶片表面磁場平方的對應(yīng)斜率與放射位置的函數(shù)關(guān)系。
在另一例子中，借著控制器90操作等離子體至處理室的頂部，供應(yīng)-12.5安培電流到內(nèi)線圈60和5安培電流到外線圈65。圖18所示為處理室內(nèi)部的一放射部份，沿著水平軸向自零半徑延伸到處理室周圍，以及沿著垂直軸向自晶片表面延伸到頂板。圖18的小箭頭指出在處理室不同的位置的磁場的大小與方向，當(dāng)借著控制器90操作等離子體至處理室的邊墻，供應(yīng)-12.5安培電流到內(nèi)線圈60和5安培電流到外線圈65。圖19所示為晶片表面磁場平方的對應(yīng)斜率與放射位置的函數(shù)關(guān)系。
在更進(jìn)一步的例子中，借著控制器90操作等離子體沿著磁力線，從頂板中心延伸至邊墻，供應(yīng)-25安培電流到內(nèi)線圈60和2.75安培電流到外線圈65。圖20所示為處理室內(nèi)部的一放射部份，沿著水平軸向自零半徑延伸到處理室周圍，以及沿著垂直軸向自晶片表面延伸到頂板。圖20的小箭頭指出在處理室不同的位置的磁場的大小與方向，當(dāng)借著控制器90操作等離子體至處理室的邊墻，供應(yīng)-25安培電流到內(nèi)線圈60和2.75安培電流到外線圈65。圖21所示為晶片表面磁場平方的對應(yīng)斜率與放射位置的函數(shù)關(guān)系。
圖17所示為當(dāng)操作等離子體至邊緣時(shí)，在處理室邊緣使用等離子體的高正值的磁壓。圖19所示為當(dāng)操作等離子體至頂板邊緣時(shí)，在處理室邊緣使用等離子體的高正值的磁壓。圖21所示為當(dāng)磁力線從頂板延伸至邊緣時(shí)，在處理室邊緣顯示出一高負(fù)值的磁壓。
因此，可選擇內(nèi)線圈60與外線圈65的電流，以操作等離子體到處理室也許需要清潔的不同位置，如頂板與邊墻?；蛘?，等離子體可被集中更靠近晶片。為了操作等離子體到晶片或頂板，或者根據(jù)一些操作比SR，分配等離子體于晶片和頂板之間，一種如圖22所示為的方法可被導(dǎo)出。
現(xiàn)請參考圖22，第一步驟(圖22的區(qū)塊2210)是定義一處理室內(nèi)的磁場的分析模型，與頂部線圈(如內(nèi)線圈65與外線圈65)內(nèi)所有電流的函數(shù)關(guān)系。熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人可使用靜磁場方程式完成，不需在此描述。磁場是每一線圈的個(gè)別磁場的總合。個(gè)別的磁場是各線圈的直徑、各線圈的位置、各線圈的電流以及在處理室內(nèi)位置的函數(shù)。因此，第ith線圈產(chǎn)生的磁場可寫成B(x，y，z，Ii)總磁場寫成∑i{B(x，y，z，Ii)}下一步驟(區(qū)塊2220)為選擇一組磁場，其滿足一組所需的制程狀況。舉例而言，為了操作等離子體到頂板，選擇一個(gè)磁場以產(chǎn)生一磁壓于等離子體上，其推動(dòng)等離子體朝向頂板，如圖18所示。為了操作等離子體到邊墻，選擇一個(gè)磁場產(chǎn)生一磁壓于等離子體上，其推動(dòng)等離子體朝向周圍，如圖16所示為。
對于定義在上述區(qū)塊2220滿足一特定的情況的步驟中的每一磁場，一計(jì)算機(jī)搜尋定義于區(qū)塊2210的步驟中的模式，以產(chǎn)生所需的磁場的線圈電流。此為區(qū)塊2230的下一步驟。每一組在區(qū)塊2230步驟中找到的電流，以對應(yīng)的名字存入一內(nèi)存位置，其與對應(yīng)的制程情況連結(jié)(圖22的區(qū)塊2240)。每當(dāng)選擇一特定的制程情況時(shí)(例如操作等離子體到頂板)，微處理器91從對應(yīng)的內(nèi)存位置(區(qū)塊2250)發(fā)出這組電流值，并使相應(yīng)的電流到適當(dāng)?shù)木€圈(區(qū)塊2260)。
圖23顯示微處理器91可被設(shè)計(jì)以響應(yīng)使用者的輸入。必須先確定，制程是否包含晶片表面的蝕刻(區(qū)塊2310)，以及制程是否包含清除(蝕刻)頂板(區(qū)塊2320)。若只有蝕刻晶片，則操作等離子體至晶片(區(qū)塊2330)，且在晶片表面的等離子體分布均勻性被最佳化(區(qū)塊2350)利用圖9的方法。如果同時(shí)清除頂板與蝕刻晶片，則等離子體密度被分配于頂板和晶片(區(qū)塊2360)之間，且等離子體密度均勻性被最佳化利用于晶片表面，如圖9所示為，與于頂板，如圖15(區(qū)塊2370)。如果只有頂板被清除，則操作等離子體到頂板(區(qū)塊2380)，且等離子體密度均勻性于頂板被最佳化運(yùn)用(區(qū)塊2390)。
使用頂部電極圖24所示為內(nèi)線圈60與外線圈65如何與一反應(yīng)器結(jié)合，此反應(yīng)器具有一穿過固定調(diào)諧短截線，連接一超高頻等離子體來源功率產(chǎn)生器的頂部電極。此反應(yīng)器描述于美國專利申請案第No 10/028,922號，提出于2001年12月19日，標(biāo)題為PLASMA REACTOR WITH OVERHEAD RFELECTRODE TUNED TO THE PLASMA，由Daniel Hoffman等人提出，并轉(zhuǎn)讓至現(xiàn)申請人，在此一并公開參考。
請參考圖24，一等離子體反應(yīng)器包含一在處理室底部具有支撐半導(dǎo)體晶片110的晶片支撐器105的反應(yīng)器處理室100。在一實(shí)際實(shí)施例中，一制程設(shè)備可包含一導(dǎo)體或半導(dǎo)體環(huán)115，通過一介電環(huán)120支撐于接地的處理室主體127上。借助磁盤形頂部電極125界定處理室100的頂部，磁盤形頂部電極125是借一介電封環(huán)支撐于接地的處理室主體127上的晶片110上方的一間隙長度處。在一完成的例子中，晶片支撐器105可在垂直方向移動(dòng)，因而可改變間隙長。在其它完成的例子中，間隙長可為固定的預(yù)設(shè)長度。頂部電極125可為鍍上半金屬材料(如硅或碳化硅)在其內(nèi)表面的金屬(如鋁)，或者它本身可為半金屬材料。一射頻產(chǎn)生器150供應(yīng)射頻功率給傳導(dǎo)電極125。自射頻產(chǎn)生器150產(chǎn)生的射頻功率穿過一匹配至射頻產(chǎn)生器150的同軸線162，進(jìn)入連接至頂部電極125的同軸短截線135。同軸短截線135具有一特性阻抗，具有一共振頻率，并提供一阻抗匹配在傳導(dǎo)電極125和同軸線162或射頻功率產(chǎn)生器150的輸出之間，如下會(huì)詳細(xì)描述的。處理室主體連接至射頻產(chǎn)生器150的射頻回路(射頻地線)。介電環(huán)120的電容與介電密封墊130的電容會(huì)影響從傳導(dǎo)電極125至射頻地線的射頻路徑。晶片支撐器105、晶片110與制程設(shè)備導(dǎo)體或半導(dǎo)體環(huán)115提供供應(yīng)到傳導(dǎo)電極125的射頻功率的基本射頻回路。
如圖1A的例子，內(nèi)線圈60少于外線圈65直徑的一半，且其所在的平面較外線圈65離處理室遠(yuǎn)。外線圈65位于或接近于傳導(dǎo)電極125的上方的平面，而內(nèi)線圈60位于傳導(dǎo)電極125上方。如圖1的例子，控制內(nèi)線圈60與外線圈65的電流供應(yīng)器70與電流供應(yīng)器75的等離子體操作控制器90控制內(nèi)線圈60與外線圈65的直流電流。
在一示范的例子中，電極組件126的電容包含傳導(dǎo)電極125、導(dǎo)體或半導(dǎo)體環(huán)115、介電環(huán)120以及介電密封墊130，與射頻回路或地線測量為180法拉。電極區(qū)域和間隙寬(在晶片支撐和電極之間的距離)影響電極組件電容，且借因素影響偏離電容，特別是介電密封墊130與介電環(huán)120的介電值，其依序被介電常數(shù)及使用材料的厚度影響。電極組件126的電容(一未定數(shù)目或數(shù)量)相同或近似于在特定的來源功率頻率、等離子體密度以及操作壓力下的等離子體的陰極電容強(qiáng)度(一多的數(shù)量)，如以下的描述。
影響前述關(guān)系的許多因素大部份是預(yù)設(shè)的，由于等離子體制程需要反應(yīng)器與晶片尺寸的需求，以及在晶片上的均勻化要求。因此，等離子體電容是等離子體密度與來源功率頻率的函數(shù)，而電極電容是晶片支撐電極間隙(高)、電極直徑、以及組合物的絕緣體的介電值的函數(shù)。等離子體密度、操作壓力、間隙、以及電極直徑必須滿足反應(yīng)器的等離子體制程要求。特別是，離子密度必須在某一范圍內(nèi)。舉例而言，硅和介電等離子體蝕刻制程通常需要等離子體離子密度在109到1012ions/cc之間。舉例而言，若間隙約2寸，則晶片電極間隙提供最佳等離子體離子分布均勻性為8寸晶片。電極直徑至少在不超過的范圍下，越接近晶片直徑較佳。典型的蝕刻和其它等離子體制程的操作壓力同樣具有實(shí)際范圍。
但又發(fā)現(xiàn)可選擇其它因素以達(dá)成上述較佳的關(guān)系，來源頻率的特定選擇，與頂部電極組件126的電容的選擇。在前述的尺寸在電極上的限制，與等離子體上的限制(例如密度范圍)，電極電容可與等離子體的陰極電容強(qiáng)度匹配，若選擇來源功率頻率為超高頻頻率，且若選擇適當(dāng)?shù)碾姌O組件126的絕緣體組件的介電值。此選擇可于來源功率頻率和等離子體-電極共振頻率之間達(dá)到匹配或接近匹配。
所以在一示范的例子中，以一8寸晶片，頂部電極直徑大約為11寸，間隙約為2寸，等離子體密度以及操作壓力為上述的典型蝕刻制程，超高頻來源功率頻率是210MHz(雖然其它超高頻頻率同樣有效)，且來源功率頻率、等離子體電極共振頻率，以及短截線共振頻率都匹配或接近匹配。
更特別的是，在來源功率頻率為210MHz，電極等離子體共振頻率大約為200MHz以及短截線頻率約220MHz下，這三個(gè)頻率可彼此稍微補(bǔ)償，以達(dá)成一有利地減少系統(tǒng)Q的減少調(diào)整結(jié)果。系統(tǒng)Q的此減少使反應(yīng)器表現(xiàn)對處理室內(nèi)情況的改變較不敏感，因此全部的制程會(huì)更穩(wěn)定，且可實(shí)現(xiàn)較寬的制程窗口。
一目前較偏好的模式使處理室與晶座直徑適用于12寸直徑晶片、1.25寸晶片至頂板間隙、以及162MHz超高頻來源功率頻率(而非上述的210MHz)。
同軸短截線135是一個(gè)特別結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可更進(jìn)一步促進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定、寬的制程窗口能力、與許多其它寶貴優(yōu)點(diǎn)。它包含內(nèi)圓柱形導(dǎo)體140與外圓柱形導(dǎo)體145。例如一具有相對介電常數(shù)1的絕緣體147(在圖24以交叉細(xì)線標(biāo)示)，填滿內(nèi)圓柱導(dǎo)體140與外圓柱導(dǎo)體145之間的空隙。例如，內(nèi)圓柱導(dǎo)體140與外圓柱導(dǎo)體145可為鍍鎳的鋁。在一代表性的例子中，外圓柱導(dǎo)體145的直徑約4寸，而內(nèi)圓柱導(dǎo)體140的直徑約1.5寸。短截線特性阻抗決定于內(nèi)圓柱導(dǎo)體140與外圓柱導(dǎo)體145的半徑，以及絕緣體147的介電常數(shù)。上述例子中的同軸短截線135有一65歐姆的特性阻抗。一般而言，短截線特性阻抗超過來源功率輸出阻抗約20％-40％，且約為30％較佳。同軸短截線135具有一軸長約29寸(一半波長于220MHz)，以在與210MHz的超高頻來源功率頻率輕微補(bǔ)償時(shí)，具有接近220MHz的共振來匹配。
在沿著同軸短截線135軸長的特定點(diǎn)使用同軸閥門160，以從射頻產(chǎn)生器150供應(yīng)射頻功率到同軸短截線135，如下將描述。射頻產(chǎn)生器150的射頻功率終端150b和射頻回復(fù)終端150a分別連接于內(nèi)圓柱導(dǎo)體140與內(nèi)圓柱導(dǎo)體145的同軸短截線135上的同軸閥門160。這些連接由產(chǎn)生器至短截線同軸線162形成，此產(chǎn)生器至短截線同軸線162具有匹配于射頻產(chǎn)生器150的輸出阻抗(通常為50歐姆)的特性阻抗。在同軸短截線135遠(yuǎn)程135a的終端導(dǎo)體165短路內(nèi)圓柱導(dǎo)體140與內(nèi)圓柱導(dǎo)體145，因此同軸短截線135短路于自身的遠(yuǎn)程135a。在同軸短截線135近端135b(非短路端)，內(nèi)圓柱導(dǎo)體145通過一環(huán)狀導(dǎo)體支座或支架175連接至處理室主體，而內(nèi)圓柱導(dǎo)體140通過一導(dǎo)體圓柱或支架176連接至傳導(dǎo)電極125的中心。一介電環(huán)180置放于導(dǎo)體圓柱176和傳導(dǎo)電極125之間，并分開它們。
內(nèi)圓柱導(dǎo)體140提供一導(dǎo)管，以做如制程氣體和冷卻劑的用途。此特征的主要優(yōu)點(diǎn)為，不同于典型的等離子體反應(yīng)器，氣體線170與冷卻劑線173并沒有大的電壓差。因此它們可為能達(dá)到此目的的金屬，一種較不貴且較可靠的材料。金屬的氣體線170供應(yīng)與頂部電極125緊鄰或在其內(nèi)的氣體進(jìn)口172，而金屬的冷卻劑線173供應(yīng)在頂部電極125內(nèi)的冷卻劑174。
通過射頻產(chǎn)生器150和電極組件126之間的特殊結(jié)構(gòu)短截線匹配，提供一主動(dòng)共振的阻抗轉(zhuǎn)換，以及處理等離子體負(fù)荷，縮小反射功率并提供非常廣的阻抗匹配空間以容納負(fù)荷阻抗的廣泛改變。因此，可提供廣泛制程范圍以及制程彈性，與先前難以獲得的功率上的效率，當(dāng)縮小或避免典型阻抗匹配設(shè)備的需求。如上所述，短截線共振頻率也自理想的匹配補(bǔ)償?shù)礁M(jìn)一步提高全部的系統(tǒng)Q，系統(tǒng)穩(wěn)定、制程范圍以及多制程能力。
電極-等離子體共振頻率與超高頻來源功率頻率的匹配如上所提，一主要的特征為構(gòu)成電極組件126，以和等離子體共振于電極等離子體共振頻率，以及為了匹配(或接進(jìn)匹配)來源功率頻率與電極等離子體頻率。電極組件126具有一主要的電容電抗，而等離子體電抗為頻率、等離子體密度以及其它參數(shù)的復(fù)合函數(shù)。(將更詳細(xì)描述如下，以包含假設(shè)的條件并通常對應(yīng)于陰極電容的復(fù)合函數(shù)的電抗分析一等離子體)。電極等離子體共振頻率是由電極組件126和等離子體的電抗決定(類似于電容和電感的電抗決定電容/電感共振電路的共振頻率)。因此，電極等離子體共振頻率可不必為來源功率頻率，取決其在等離子體密度。所以，問題是找出一來源功率頻率，其等離子體電抗可使電極等離子體共振頻率與來源功率頻率相等或幾乎相等，假設(shè)實(shí)用上的壓力限制等離子體密度部份的范圍與電極尺寸。此問題甚至更困難，因?yàn)榈入x子體密度(其影響等離子體電抗)以及電極尺寸(其影響電極電容)必須符合特定的制程限制。確切地說，對介電層與導(dǎo)體等離子體蝕刻制程，等離子體密度應(yīng)于109-1012ions/cc的范圍內(nèi)，其為等離子體電抗的限制。更甚者，例如制作一8寸晶片的較均勻的等離子體離子密度分布，可借晶片到電極間隙或約2寸實(shí)現(xiàn)，以及一電極直徑為晶片直徑的次方倍，或更大，其為電極電容的壓力。另一方面，一不同的間隙可利用于12寸晶片。
所以，借著匹配(或接近匹配)電極電容到等離子體的陰極電容的強(qiáng)度，電極等離子體共振頻率以及來源功率頻率至少接近匹配。對于上述測量的一般導(dǎo)體以及介電蝕刻制程條件(例如，等離子體密度于109-1012ions/cc，一2寸的間隙和一約11寸的電極尺寸)，該匹配是可能的，如果來源功率頻率為一超高頻頻率。另外的情況(例如，不同的晶片尺寸、不同的等離子體密度等)可要求一不同的頻率范圍，以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器的特征的匹配。如下所描述，在一些主要的應(yīng)用內(nèi)的偏好的8寸晶片的等離子體制程情況下，其包含介電與金屬等離子體蝕刻，以及化學(xué)汽相沉積，在一典型工作例子中的等離子體電容具有如前述的等離子體分布約為兆分之-50到-400法拉第。在一代表性的例子中，電極組件126匹配于其強(qiáng)大的陰極等離子體電容，通過使用11寸電極尺寸、大致于2寸的間隙長度(電極到晶座空間)、選擇為了介電密封墊130具有介電常數(shù)9的介電材料、1寸的指定厚度；以及介電環(huán)120具有介電常數(shù)4的介電材料、10mm的指定厚度。
電極組件126和等離子體的結(jié)合在一電極等離子體共振頻率共振，其電極等離子體共振頻率至少接近匹配供應(yīng)至傳導(dǎo)電極125的來源功率頻率，假設(shè)其電容匹配才剛描述。我們發(fā)現(xiàn)良好的蝕刻等離子體制程參數(shù)、環(huán)境以及等離子體，這電極等離子體共振頻率以及來源功率頻率可以匹配或接近匹配于超高頻頻率；并且此頻率匹配或接近匹配的執(zhí)行具高度優(yōu)點(diǎn)。在一代表性的例子中，電極等離子體共振頻率相當(dāng)于前述的等離子體陰極電容的值，大約為200MHz，將于下方描述。來源功率頻率為210MHz，為一近似匹配，其中來源功率頻率和電極等離子體共振頻率有輕微補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)下述的其它優(yōu)點(diǎn)。
等離子體電容是等離子體電子密度的函數(shù)。這關(guān)系到等離子體離子密度，為了提供良好的制程環(huán)境，等離子體離子密度一般必須保持于109-1012ions/cc的范圍內(nèi)。這個(gè)密度與來源功率頻率和其它參數(shù)決定等離子體陰極電容，因此，這選擇是基于要最佳化等離子體制程環(huán)境，下面會(huì)有進(jìn)一步的描述。但是許多物理因素影響頂部電極組件電容，如間隙長(于傳導(dǎo)電極125和晶片之間的空隙)、傳導(dǎo)電極125的區(qū)域、介電密封墊130的介電損失切線范圍、在傳導(dǎo)電極125和處理室主體127之間的介電密封墊130的介電常數(shù)的選擇、制程設(shè)備介電密封墊130的介電參數(shù)的選擇、介電密封墊130和介電環(huán)120的厚度、以及介電環(huán)180的介電常數(shù)。此借選擇這些與其它影響頂部電極電容的物理因素，調(diào)整電極組件電容。我們發(fā)現(xiàn)這調(diào)整足以達(dá)到頂部電極組件電容匹配至陰極等離子體電容的大小。特別的是，選擇介電密封墊130和介電環(huán)120的介電材料和尺寸，以提供所需的介電常數(shù)和結(jié)果介電值?？呻S后達(dá)成電極電容的匹配與等離子體電容，盡管一些影響電極電容，尤其是間隙長度的物理因素，會(huì)隨實(shí)際情況指定或限制需要控制較大直徑的晶片、在全晶片表面作等離子體離子密度的良好均勻分布、以及具有離子密度對離子能量的良好控制。
假定前述的等離子體電容的范圍與頂部電極電容的匹配，電極等離子體共振頻率大約200MHz，來源功率頻率為210MHz。
依此方法選擇電極組件126電容的優(yōu)點(diǎn)，與隨后電極等離子體共振頻率和來源功率頻率的匹配，為電極與靠近來源功率頻率的等離子體共振，提供較大的阻抗匹配與制程范圍，也因此更免于制程情況中的改變，亦因此有較大的操作穩(wěn)定性。整個(gè)制程系統(tǒng)對操作情況的變化較不敏感，例如，等離子體阻抗的偏移，所以制程應(yīng)用有更大的范圍與可靠性。如隨后會(huì)描述的，此優(yōu)點(diǎn)借電極等離子體共振頻率和來源功率頻率之間的小補(bǔ)償而更進(jìn)一步被加強(qiáng)。
圖25所示為內(nèi)線圈60與外線圈65如何與一反應(yīng)器結(jié)合，此反應(yīng)器具有一通過固定調(diào)諧短截線，連接一超高頻等離子體來源功率產(chǎn)生器的頂部電極，并具有MERIE電磁鐵環(huán)繞其周圍。此反應(yīng)器描述于美國專利申請案第No.10/028,922號，提出于2001年12月19日，標(biāo)題為PLASMAREACTOR WITH OVERHEAD RF ELECTRODE TUNED TO THEPLASMA，由Daniel Hoffman等人提出，并受讓至現(xiàn)申請人，于此一并公開參考。
參考圖25，一超高頻等離子體反應(yīng)器包含后述發(fā)現(xiàn)于圖1A的反應(yīng)器的組件一在處理室底部具有支撐半導(dǎo)體晶片110的晶片支撐器105的反應(yīng)器處理室100。在所示的范例中，一制程設(shè)備可包含一導(dǎo)體或半導(dǎo)體環(huán)115，借一介電環(huán)120支撐于接地的處理室主體127上。借磁盤形頂部電極125界定處理室100的頂部，磁盤形頂部電極125是借助一介電封環(huán)130支撐于接地的處理室主體127上的晶片110上方一預(yù)設(shè)的間隙長度處。頂部電極125也可為鍍上半金屬材料(如硅或碳化硅)于其內(nèi)表面的金屬(如鋁)，或者它本身可為半金屬材料。一射頻產(chǎn)生器150供應(yīng)射頻功率給傳導(dǎo)電極125。自射頻產(chǎn)生器150產(chǎn)生的射頻功率穿過一匹配至射頻產(chǎn)生器150的同軸線162，進(jìn)入連接至頂部電極125的同軸短截線135。同軸短截線135具有一特性阻抗，具有一共振頻率，并提供一阻抗匹配于傳導(dǎo)電極125和同軸線162或射頻功率產(chǎn)生器150的輸出之間，如下會(huì)詳細(xì)描述的。處理室主體連接至射頻產(chǎn)生器150的射頻回路(射頻地線)。介電環(huán)120的電容與介電密封墊130的電容會(huì)影響從傳導(dǎo)電極125至射頻地線的射頻路徑。晶片支撐器105、晶片110與制程設(shè)備導(dǎo)體或半導(dǎo)體環(huán)115提供供應(yīng)到傳導(dǎo)電極125的射頻功率的基本射頻回路。
如圖1A的例子，內(nèi)線圈60少于外線圈65直徑的一半，且所在的平面較外線圈65離處理室遠(yuǎn)。外線圈65位于或接近于傳導(dǎo)電極125的上方的平面，而內(nèi)線圈60位于傳導(dǎo)電極125上方。如圖1的例子，控制內(nèi)線圈60與外線圈65的電流供應(yīng)器70與電流供應(yīng)器75的等離子體操作控制器90控制內(nèi)線圈60與外線圈65的直流電流。
等離子體密度分布均勻性的改善是借引入一組MERIE電磁鐵902，置于相當(dāng)于晶片支撐晶座的周圍與反應(yīng)器處理室的外部(如圖7和圖8所示為)而達(dá)成。這些MERIE電磁鐵適用于產(chǎn)生一磁場，其緩慢的繞著通常橫越晶片支撐晶座表面的圓柱體的對稱軸向旋轉(zhuǎn)。在一例子中，此特征是由具有電磁鐵繞組繞在正切于晶片支撐晶座周長的各軸上的MERIE電磁鐵902顯現(xiàn)。在此例子中，一MERIE電流控制器904控制到每一個(gè)MERIE電磁鐵的電流。借MERIE電流控制器904提供交流電至每一個(gè)頻率相同但相位相差90度(或相差360度除以MERIE電磁鐵的數(shù)量)的磁線圈，一環(huán)磁場產(chǎn)生于工件支撐器平面。在另一例中，旋轉(zhuǎn)磁場的特征是由支撐架1020(虛線)支撐所有的MERIE磁鐵，其有一轉(zhuǎn)體1025(虛線)繞著對稱軸旋轉(zhuǎn)。在此例子中，MERIE磁鐵是一永久磁鐵。
亦提供一MERIE磁鐵906(虛線)的第2配置，同樣環(huán)繞工件或晶片支撐晶座放置，但在一比第1組MERIE磁鐵902高的平面。兩組磁鐵在分別靠近工件支撐器平面的平面。
控制器910供應(yīng)一低頻(0.5到10Hz)交流電流到MERIE磁鐵902和MERIE磁鐵906，供應(yīng)到鄰近磁鐵的電流相位如前述的相差90度。此結(jié)果為以交流電的低頻率，繞著工件支撐晶座的對稱軸旋轉(zhuǎn)的磁場。磁場使等離子體朝接近工件表面的磁場靠近，并環(huán)繞著磁場。此驅(qū)動(dòng)等離子體，以致于其密度分布變的更均勻。結(jié)果，反應(yīng)器的效能顯著地改善，因?yàn)楂@得更多橫越晶片全部表面的均勻蝕刻結(jié)果。
結(jié)合頂部電極與氣體分布平臺(tái)需要從頂板供應(yīng)制程氣體，以改善處理室內(nèi)的氣體分布。為了此目的，在圖24與圖25例子中的頂部電極125可為氣體分布噴頭，因此在其面對工件支撐器105的下表面具有很多的氣體注射埠或氣體注射口300。在一示范性的例子中，氣體注射口300的直徑介于0.01至0.03寸之間，且它們的中心均勻相距約3/8寸。
頂部電極/氣體分布平臺(tái)125(在此與其后是指氣體分布平臺(tái)125)已經(jīng)增加對電弧的抵抗性。這是由于引入一電弧抑制特性，其自每一個(gè)開放中心或氣體注射口300排除制程氣體及/或等離子體。此電弧抑制特性是一組在氣體注射口300的中心的中心塊或中心部302，支撐于各圓柱體手指或細(xì)棒303的末端，如圖26的剖面圖與圖27的放大剖面圖所示。在典型氣體分布平臺(tái)內(nèi)的電弧容易發(fā)生于靠近氣體注射孔的中心。因此，在每一個(gè)氣體注射口300的中心放置中心部302可防止制程氣體到達(dá)氣體注射口300的中心，所以可減少電弧的發(fā)生。如圖28的平面圖所示，氣體注射口300引入中心部302轉(zhuǎn)換了其它圓形開口或氣體注射300成環(huán)狀開口。
請參考圖29A，氣體分布平臺(tái)125與改善的電弧抑制構(gòu)成一蓋子1402與一基底1404。基底1404是一具有氣體注射開口的盤面1406，圍繞其為一具有一內(nèi)部肩部1410的環(huán)狀墻1408。蓋子1402也是一平圓狀平面。中心部份302為圓柱體細(xì)棒303的末段，其從蓋子1402的下表面向下延伸。蓋子1402的外邊支持于基底1404的肩部1410，以形成在蓋子1402和基底1404之間的歧管1414(圖26)。制程氣體自蓋子1402的中心氣體入口1416流入歧管1414。
氣體分布平臺(tái)125在處理室連接制程氣體或等離子體的部份，可由金屬形成，如鍍上半導(dǎo)體制程兼容材料，如碳化硅，的鋁。在此例子中，氣體分布平面的所有表面，除了蓋子1402的上表面，都被碳化硅覆模1502覆蓋，如圖29B放大的部份剖面圖。如圖30所示，蓋子1402的鋁上表面連接一溫度控制組件1520，其可借晶片護(hù)套1522與熱交換器1524的冷卻循環(huán)冷卻，以使氣體分布平臺(tái)125的熱傳導(dǎo)鋁材具有可控制的溫度。如圖31所示，水護(hù)套可在氣體分布平臺(tái)125內(nèi)。
然而，為了使碳化硅覆模1502具有同樣的控制溫度，必需有一導(dǎo)熱導(dǎo)體連接于碳化硅覆蓋和鋁之間。否則，碳化硅覆蓋的溫度會(huì)無法控制地變動(dòng)。為了在氣體分布平臺(tái)125的鋁材和碳化硅覆蓋之間達(dá)到良好的熱傳導(dǎo)，一種聚合物黏接層1504形成于鋁氣體分布平面與碳化硅覆模1502之間，如圖29A所示。圖29A所示為聚合物黏接層1504于碳化硅覆膜1502和基底1404之間。聚合物黏接層1504于鋁和碳化硅覆膜1502之間提供良好的熱傳導(dǎo)，以致于碳化硅覆膜1502的溫度可通過熱交換器1524控制。
圖32、圖33與圖34所示為圖29A的氣體分布平臺(tái)125如何校正以提供雙區(qū)域氣體流控制?？衫么颂匦?，通過選擇互補(bǔ)的制程氣體分布，去協(xié)助修改中心-高或中心-低的蝕刻速率或沉積速率空間分布。確切地說，一環(huán)狀部份或環(huán)隔板1602將歧管1414分為中心歧管1414a與外歧管1414b。除了供應(yīng)中心歧管1414a的氣體入口1416，另一氣體出口1418在氣體分布平臺(tái)125的中心及周圍供應(yīng)外歧管1414b。一雙區(qū)域控制器1610自氣體入口1416和氣體出口1418之間的氣體供應(yīng)器1612分配氣體流。圖35所示為一雙區(qū)域控制器1610的實(shí)現(xiàn)，其中一葉片1618控制相對氣體流量至氣體分布平臺(tái)的中心歧管1414a與外歧管1414b。一流體控制器1640支配葉片1618的位置。在另一所示為于圖36的實(shí)施例中，一對閥1651、閥1652控制各處理室放射區(qū)域的氣體流。
圖37所示為一例子，其中氣體分布平臺(tái)125具有三個(gè)氣體流區(qū)域，歧管1414借內(nèi)隔板1604和外隔板1606分割成中心歧管1414a、外歧管1414b、與外歧管1414c。三個(gè)氣體入口1416、氣體出口1418與氣體入口1420分別提供氣體流到各中心歧管1414a、外歧管1414b與外歧管1414c。
在本說明書中已描述許多具有一對頂部線圈內(nèi)線圈60與外線圈65的不同例子，圖37所示為可具有多于兩個(gè)頂部線圈。事實(shí)上，圖37的例子所示為具有三個(gè)集中的頂部線圈或內(nèi)線圈60、線圈64以及外線圈65。借著增加獨(dú)立控制的頂部線圈，可感覺增加解決制程非均勻的校正。
圖34與圖37的多數(shù)區(qū)域氣體分布平臺(tái)擁有彈性控制氣體分配于晶片的內(nèi)及外制程區(qū)域的優(yōu)點(diǎn)。然而，定制氣體流的另一方式是借著于氣體分布平臺(tái)125上，不同的氣體注入孔使用不同的半徑。舉例而言，如果反應(yīng)器易于有中心-高的空間蝕刻速率分布，借著在中心使用較小的氣體注射口300，以及于周圍使用較大的，則中心附近有較少的氣體，而處理室周圍有較多的氣體。此一氣體分布平臺(tái)所示為于圖38的平面圖。對一中心-低的蝕刻分布，相反的注入孔安置將如圖39所示為。
圖9反應(yīng)器內(nèi)的等離子體控制上述并參考圖11到第14圖的等離子體控制操作于圖9的例子。借助供應(yīng)-13安培的電流到內(nèi)線圈60與1.4安培的電流到外線圈65產(chǎn)生指向邊墻的一磁場。藉供應(yīng)-13安培的電流到內(nèi)線圈60與5.2安培的電流到外線圈65產(chǎn)生指向頂板或傳導(dǎo)電極125的周圍的一磁場。藉供應(yīng)-13安培的電流到內(nèi)線圈60與9.2安培的電流到外線圈65產(chǎn)生一邊墻的密集磁場。我們發(fā)現(xiàn)通過使用上述的指向頂板或傳導(dǎo)電極125的周圍的一磁場，可改善清除期間的處理室表面蝕刻速率到約40％。
線圈結(jié)構(gòu)當(dāng)參考內(nèi)線圈60與外線圈65而描述前述的狀況時(shí)，可使用更多量的線圈。舉例而言，圖40的例子具有五個(gè)線圈4060、線圈4062、線圈4064、線圈4066、線圈4068，各有自己藉控制器90控制的電流。線圈4060、線圈4062、線圈4064、線圈4066、線圈4068可在傳導(dǎo)電極125上的同樣高度或不同高度(如圖40)。圖41所示為一例子，其內(nèi)線圈60與外線圈65位于同高度。在圖41，內(nèi)線圈60與外線圈65的繞組堆棧在垂直與放射方向。圖42及圖43所示為不同的例子，其內(nèi)線圈60與外線圈65具有延伸于垂直方向與放射方向的繞組。
如本說明書先前并參考圖1A所述，校正非均勻分布的等離子體磁壓正比于磁場平方斜率的放射組成。因此，最有效的方法是使用一尖形磁場。如上述更進(jìn)一步的描述，尖形磁場更大的效能是減少一已知的磁壓下，磁場的必需強(qiáng)度，借以減少或排除高磁場下的儀器損壞。圖44所示為一例子，藉一對分別位于處理室上方或下方的線圈4420、線圈4440，提供一相當(dāng)尖形的磁場。上方線圈4420與下方線圈4440內(nèi)的電流分別為順時(shí)針及逆時(shí)針。圖45是一簡化的圖標(biāo)，所示為一藉一對線圈4420與線圈4440產(chǎn)生的相當(dāng)尖形的磁場的磁場線圖形。
圖46所示為一例子，使用已知的MERIE反應(yīng)器4650的四個(gè)電磁鐵4610、電磁鐵4620、電磁鐵4630、電磁鐵4640，以產(chǎn)生圖45的尖形磁場。程序設(shè)計(jì)一控制每一個(gè)電磁鐵4610、電磁鐵4620、電磁鐵4630、電磁鐵4640的電流控制器4660，以供應(yīng)直流電到所有的電磁鐵4610，電磁鐵4620，電磁鐵4630，電磁鐵4640的同樣方向(如順時(shí)針)，如圖46箭頭所示。在此方法中，直流電于上導(dǎo)體4610a，上導(dǎo)體4620a，上導(dǎo)體4630a，上導(dǎo)體4640a來自一順時(shí)針電流回路，直流電于下導(dǎo)體4610b，下導(dǎo)體4620b，下導(dǎo)體4630b，下導(dǎo)體4640b來自一逆時(shí)針電流回路，當(dāng)在每一個(gè)角落排列的電流于連接電磁鐵的垂直導(dǎo)體(如每一對的垂直導(dǎo)體4620c，垂直導(dǎo)體4630c)去除另一個(gè)在晶片表面的磁場。結(jié)果是分別產(chǎn)生順時(shí)針與逆時(shí)針電流回路于處理室的上方及下方，類似圖44例子，與圖45的尖形磁場的結(jié)果相同。圖46的反應(yīng)器操作于三種模式的任一個(gè)(1)磁壓模式，其中產(chǎn)生尖形磁場；(2)正弦波模式，其中供應(yīng)四個(gè)正弦波至電磁鐵4610、電磁鐵4620、電磁鐵4630、電磁鐵4640，以在晶片表面上產(chǎn)生一緩慢旋轉(zhuǎn)磁場；(3)結(jié)構(gòu)磁場模式(CMF)，其中將四個(gè)電磁鐵4610、電磁鐵4620、電磁鐵4630、電磁鐵4640分為緊鄰對的不同組，一對具有直流電，相反的一對具有相反的直流電，以產(chǎn)生延伸在相對于四個(gè)電磁鐵4610、電磁鐵4620、電磁鐵4630、電磁鐵4640的對角線方向的晶片表面大致直的磁場線。此分組借切換電流而轉(zhuǎn)動(dòng)，以使磁場旋轉(zhuǎn)過四個(gè)對角方位。這些方位的時(shí)序所示為于圖47A、圖47B、圖47C以及圖47D。
在圖47A中，電磁鐵4610與電磁鐵4620具有一正值的直流電流，而電磁鐵4630與電磁鐵4640具有負(fù)值的直流電流，而結(jié)果平均磁場方向一般是自圖標(biāo)的左上角到右下角。在圖47B，切換此分組，以使電磁鐵4620與電磁鐵4630具有一正值電流，而電磁鐵4640與電磁鐵4610具有負(fù)值電流，且平均磁場轉(zhuǎn)動(dòng)90度。圖47C和圖47D完成此循環(huán)。磁場線的強(qiáng)度藉正值和負(fù)值的直流電的差異而決定，并可借對MERIE反應(yīng)器4650編寫程序來調(diào)整。
圖9的方法可以使用于CMF模式，以精確地選擇電磁鐵4610，電磁鐵4620，電磁鐵4630，電磁鐵4640的直流電，以產(chǎn)生第47A-D圖的非均勻蝕刻速率或等離子體離子密度分布的最佳校正。在應(yīng)用圖9的方法在圖47A-D的CMF模式下，每一個(gè)電磁鐵的線圈或電磁鐵4610、電磁鐵4620、電磁鐵4630、電磁鐵4640替代內(nèi)線圈60與外線圈65，并根據(jù)此替代，執(zhí)行圖9的所有步驟。唯一不同是，把每一個(gè)線圈的磁場當(dāng)作對應(yīng)于圖47A-D的四個(gè)周期的平均計(jì)算。
圖48所示為一反應(yīng)器，包含一特殊的柵欄4810安裝于泵環(huán)上。柵欄4810由半導(dǎo)體材料如碳化硅，或?qū)w材料如鋁形成，并具有開口4820，以使氣體自處理室經(jīng)過泵環(huán)退出。此特殊的柵欄4810不包含來自泵環(huán)的等離子體，只有需要的保護(hù)和制程控制。為了此一目的，放射平面內(nèi)各開口4820內(nèi)部的距離不大于等離子體套子厚度的兩倍。如果等離子體不可能穿過柵欄4810，此方法是非常困難的。此減少或排除在泵環(huán)內(nèi)等離子體與處理室表面互動(dòng)。
圖49及圖50所示為一可去除的處理室襯墊4910，其并入圖48的柵欄4810。處理室襯墊4910覆蓋部份的處理室，其在傳導(dǎo)電極125下方與晶片110上方的地區(qū)之外。因此，處理室襯墊4910包含一上水平段4920覆蓋于一處理室頂板的外周圍，一垂直段4930覆蓋于處理室邊墻，以及一較低的下水平段4940，其包含柵欄4810以及覆蓋泵環(huán)，與緊鄰晶片110的一環(huán)表面。在一例子中，各上水平段4920、垂直段4930、下水平段4940一起形成，如整體的碳化硅整體部份4950。處理室襯墊4910更進(jìn)一步包含一鋁基底4960，在整體部份4950的下水平段4940的下方并連接于此。鋁基底4960包含一對向下延伸的環(huán)圍欄4962與環(huán)圍欄4964，其相對長和薄，并提供好的電傳導(dǎo)至晶片支撐晶座105下方的處理室的接地結(jié)構(gòu)組件。
反應(yīng)器可以具有溫度控制組件4972、溫度控制組件4974，其與向下延伸的環(huán)圍欄4962，環(huán)圍欄4964作熱接觸，以及一溫度控制組件4976，其與電磁鐵4930作熱接觸。每一個(gè)溫度控制組件4972、溫度控制組件4974、溫度控制組件4976可包含冷卻劑通過的冷卻設(shè)備，以及包含一電熱器的熱設(shè)備。其可充分保持處理室襯墊4910在十分高的溫度(如120度F)，以縮小化或防止聚合物或碳氟化合物沉淀于處理室襯墊4910的內(nèi)表面。
處理室襯墊4910提高制程穩(wěn)定度，因?yàn)槠涮峁┝己玫牡鼐€回路。這是由于沿著整體部份4950內(nèi)表面(包含上水平段4920，垂直段4930，下水平段4940的內(nèi)面表面)的電勢是均勻的。結(jié)果，處理室襯墊4910在其所有的內(nèi)面表面提供均勻的射頻回路，不管是從傳導(dǎo)電極125或從晶片支撐器105來的功率。一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)?shù)入x子體集中射頻回電流分布在處理室襯墊4910的內(nèi)表面的不同部份，此阻抗完全不變。此特征提升制程穩(wěn)定度。
圖51所示為修改圖7的例子，其中內(nèi)線圈60與外線圈65定義一方形圖形對稱于MERIE電磁鐵92、MERIE電磁鐵94、MERIE電磁鐵96、MERIE電磁鐵98的方形圖形，并特別適合于方形半導(dǎo)體或介電工件4910的均勻制程，例如微影光罩。
圖52所示為圖42的變化反應(yīng)器，其中晶片支撐晶座105可上下移動(dòng)。除了兩個(gè)控制等離子體離子放射分布的內(nèi)線圈60與外線圈65，還有一下線圈5210在晶片支撐晶座105的平臺(tái)下方。此外，還有一外線圈5220在處理室周圍。外線圈65和下線圈5210可具有相反的直流電流，以在處理室內(nèi)形成相當(dāng)尖形磁場。
當(dāng)已描述內(nèi)線圈60、外線圈65與一反應(yīng)器，此反應(yīng)器具有當(dāng)作頂部來源功率電極與氣體分布平臺(tái)的頂板，但隨著制程氣體是以其它已知方式(如穿過邊墻)被引入，頂板可以不具氣體分布平臺(tái)的形式。更甚者，內(nèi)線圈60、外線圈65可使用于反應(yīng)器中，且來源功率并非藉頂板電極耦合。并且，頂部電極的阻抗匹配組件已描述為固定的組件，如同軸調(diào)諧短截線。然而，阻抗匹配組件可為任何合適或已知的阻抗匹配設(shè)備，如一已知的動(dòng)態(tài)阻抗匹配電路。
均勻放射等離子體分布的偏壓電路調(diào)諧圖53所示為一等離子體反應(yīng)器，包含一特征，可提升超高頻來源功率沉積的均勻放射分布以及接近工件表面的高頻偏壓電場的均勻放射分布。圖53的反應(yīng)器包含已描述于前述的圖24的反應(yīng)器的組件，包含傳導(dǎo)電極125。此外，圖53更詳細(xì)所示為晶片支撐晶座105的結(jié)構(gòu)。晶片支撐晶座105包含一金屬墊層5505支撐一較低的下線圈5510，一傳導(dǎo)網(wǎng)層5515覆蓋于隔離層5510以及一上隔離層5520覆蓋于傳導(dǎo)網(wǎng)層5515。半導(dǎo)體工件或晶片110置于上隔離層5520的上方。傳導(dǎo)網(wǎng)層5515與金屬墊層5505可分別由鉬與鋁形成。隔離層5510和上隔離層5520可由例如氮化鋁或鋁形成。傳導(dǎo)網(wǎng)層5515供應(yīng)射頻偏壓電壓，以控制在晶片110表面的離子轟擊能。傳導(dǎo)網(wǎng)層5515也可使用于靜電拋出或非拋出晶片110，且在此例中，可以已知的方式連接至一拋出電壓來源。因此，傳導(dǎo)網(wǎng)層5515并非一定要接地，且可具有浮動(dòng)的電勢或固定的直流電電勢，根據(jù)已知的拋出及非拋出操作。如先前于此說明書提到的，晶片支撐晶座105與金屬墊層5505通常(但非必須)連接至接地，并借傳導(dǎo)電極125形成超高頻功率放射的部份回路。
射頻偏壓產(chǎn)生器40于高頻頻帶(如13.56MHz)提供功率。其射頻偏壓阻抗匹配組件是借延伸過晶片支撐晶座105的延長導(dǎo)體5525(在此指射頻導(dǎo)體)，連結(jié)至工件110。射頻導(dǎo)體5525與接地導(dǎo)體，如金屬墊層5505，絕緣。射頻導(dǎo)體5525具有一上端或偏壓功率終端5525a與傳導(dǎo)網(wǎng)層5515電性相接。
圖54為一電路的圖標(biāo)，包括超高頻頂部電極，供應(yīng)通過工件支撐電極105的射頻偏壓以及電極105的組件。圖55是晶片110的一平面的俯視圖，隨著末端或延長導(dǎo)體(射頻導(dǎo)體)5525的上終端5525a顯示于隱藏線。射頻回路藉晶片支撐器105提供包含兩部份于晶片110的平面，也就是放射內(nèi)部部份5530中心周圍以及上終端5525a外部延伸以及放射外部環(huán)狀部份5535。借兩內(nèi)部部份5530、外部部份5535提供的射頻回路是不同的，因此，內(nèi)部部份5530、外部部份5535表現(xiàn)對傳導(dǎo)電極125放射的超高頻功率的不同阻抗。
現(xiàn)描述兩個(gè)射頻回路內(nèi)的阻抗不同的主因。首要的回路是由傳導(dǎo)網(wǎng)層5515提供，其連接通過金屬墊層5505與射頻導(dǎo)體5525。外部射頻部份5540(圖54)通過圖55的外部部份5535，藉反應(yīng)聯(lián)結(jié)支配通過晶片110以及越過傳導(dǎo)網(wǎng)層5515到金屬墊層5505。相反地，射頻回路5545(圖54)藉上終端5525a的反應(yīng)阻抗支配通過圖55的內(nèi)部部份5530。如果阻抗沒有均勻的越過晶片，兩個(gè)射頻回路引發(fā)射頻功率的非均勻連接。
因?yàn)閮蓚€(gè)射頻回路為物理性的不同，它們易于對傳導(dǎo)電極125放射的超高頻功率，有不同的阻抗。此差異可引發(fā)橫越晶片表面的阻抗到超高頻功率于放射分布的非均勻性，使來源功率聯(lián)結(jié)至等離子體非均勻，并在接近工件的表面提升等離子體離子密度的非均勻放射分布。此依序可以引發(fā)不當(dāng)窄化制程范圍的制程非均勻性。為了解決這個(gè)問題，圖53的反應(yīng)器包含特定的特征，其調(diào)整射頻導(dǎo)體5525到超高頻功率的供應(yīng)點(diǎn)阻抗，以達(dá)到橫越晶片表面的阻抗的較均勻放射分布，因此，橫越晶片表面有超高頻功率的較均勻連接。
這些在供應(yīng)點(diǎn)阻抗的調(diào)整的主要目的是使上終端5525a的阻抗在來源功率頻率至少接近零(亦即傳導(dǎo)電極125的超高頻頻率約為162MHz)。此調(diào)整的結(jié)果，射頻電流回路是藉傳導(dǎo)網(wǎng)層5515支配穿過延長導(dǎo)體(射頻導(dǎo)體)5525，當(dāng)最小的電流穿過金屬墊層5505。結(jié)果，內(nèi)部部份5530、外部部份5535的阻抗可至少接近相同。
為了調(diào)整如前述的供應(yīng)點(diǎn)阻抗，一金屬墊層5550圍繞延長導(dǎo)體(射頻導(dǎo)體)5525。材料的軸長與介電常數(shù)構(gòu)成介電圓柱體套筒5550，藉延長導(dǎo)體(射頻導(dǎo)體)5525到超高頻功率決定供應(yīng)點(diǎn)阻抗存在。在一例子中，在超高頻來源功率頻率(例如162MHz)，選擇介電圓柱體套筒5550的長度與介電常數(shù)使供應(yīng)點(diǎn)阻抗接近零。在一實(shí)作的例子中，沒有介電圓柱體套筒5550的供應(yīng)點(diǎn)阻抗是(0.9+j41.8)歐姆，而有介電圓柱體套筒5550的是接近一短路電路為(0.8+j0.3)歐姆。環(huán)繞上終端5525a的外部部份5535的阻抗在162MHz接近一短路(主要由于傳導(dǎo)網(wǎng)層5515的存在)。因此，在稍后的例子中，介電圓柱體套筒5550可使來源功率頻率的供應(yīng)點(diǎn)阻抗到一接近其環(huán)繞區(qū)域的值。環(huán)繞供應(yīng)點(diǎn)的區(qū)域的阻抗主要由傳導(dǎo)網(wǎng)層5515決定。結(jié)果，達(dá)到阻抗更均勻的放射分布，更均勻的電容連接超高頻來源功率。
介電圓柱體套筒5550可以包含額外的特征，增進(jìn)前述超高頻功率沉積，當(dāng)同時(shí)解決不同的問題，換句話說，改善供應(yīng)到晶片110的射頻偏壓功率(例如13.56MHz)產(chǎn)生的電場的均勻性，射頻偏壓功率借延長導(dǎo)體(射頻導(dǎo)體)5525供應(yīng)到晶片110。問題是如何為了最大的等離子體離子密度的均勻性，調(diào)整超高頻功率連接的放射分布，當(dāng)同時(shí)為了最大均勻性而調(diào)整橫越晶片表面的高頻偏壓功率場分布。如果高頻偏壓功率頻率的供應(yīng)點(diǎn)的阻抗接近傳導(dǎo)網(wǎng)層5515(沒有在來源功率頻率的供應(yīng)點(diǎn)的阻抗改變超高頻)支配環(huán)繞的外部部份5535，將達(dá)到最大均勻性。借助沿著圓柱體軸向分離介電圓柱體套筒5550至多個(gè)圓柱體段，并調(diào)整或選擇每一獨(dú)立段的長度與介電常數(shù)可解決此問題。此提供許多獨(dú)立變量，以允許供應(yīng)點(diǎn)阻抗與同時(shí)在偏壓頻率(例如13.56MHz)與來源頻率(例如162MHz)的環(huán)繞地區(qū)的阻抗匹配。
參考圖56實(shí)際例子，介電圓柱體套筒5550可以分成三段，即一上段5552、一中段5554以及一下段5556。上段5552為聚合體并為3寸長，中段5554為鋁并為4寸長，下段5556為聚合體并為3寸長。在此實(shí)際例子中，我們發(fā)現(xiàn)用供應(yīng)到傳導(dǎo)電極125的大來源功率，可增進(jìn)等離子體離子密度分布(如藉蝕刻速率分布所測量的)的均勻性，指出改善的超高頻來源功率沉積。也觀察到高頻偏壓功率沉積的改善，因?yàn)榈入x子體離子密度分布的均勻被改善，當(dāng)在此實(shí)際例子中只供應(yīng)偏壓功率。因此，前述的實(shí)際例子是同時(shí)解決(a)在超高頻來源功率頻率(例如162MHz)非均勻阻抗以及(b)在橫越晶片支撐平臺(tái)的高頻偏壓功率(例如13.56MHz)非均勻阻抗的代表。
可以選擇并固定上段5552的長度和介電常數(shù)，以最佳化高頻偏壓功率沉積，而隨后可選擇中段5554與下段5556的長度和介電常數(shù)，以藉頂部電極最佳化超高頻來源功率沉積，當(dāng)離開最佳化的高頻偏壓功率沉積。
圖57A所示為介電圓柱體套筒5550如何在使用期間調(diào)整。在圖57A，使用一外部控制的下段5560于反應(yīng)器上。此控制鈕轉(zhuǎn)動(dòng)一線桿5565貫穿咬合一支撐套筒5570連接圖53的下方。當(dāng)下段5560旋轉(zhuǎn)時(shí)，支撐套筒5570傳導(dǎo)軸沿著貫穿線桿5565的軸向，強(qiáng)迫全部的介電圓柱體套筒5550在套統(tǒng)引導(dǎo)5558內(nèi)，朝同樣的方向旋轉(zhuǎn)(向上或向下)。下段5560允許使用者在反應(yīng)器操作期間(或較短的前期時(shí))，沿著延長導(dǎo)體(射頻導(dǎo)體)5525上下移動(dòng)介電圓柱體套筒5550，以調(diào)整供應(yīng)點(diǎn)阻抗。支撐套筒5570可移動(dòng)介電圓柱體套筒5550(例如所有的上段5552，中段5554，下段5556當(dāng)作一個(gè)一起的單位)。或者，支撐套筒5570可以連接僅一或兩個(gè)上段5552，中段5554，下段5556，以藉轉(zhuǎn)動(dòng)控制鈕5560，使僅一或兩個(gè)上段5552，中段5554，下段5556移動(dòng)。最后，如圖57B所示，三個(gè)上控制鈕5560a、中控制鈕5560b、下控制鈕5560c，分別使用三個(gè)上支撐套筒5570a、中支撐套筒5570b、下支撐套筒5570c。三個(gè)上支撐套筒5570a、中支撐套筒5570b、下支撐套筒5570c個(gè)別的連接至分別的三段上段5552、中段5554、下段5556，以便三段上段5552、中段5554、下段5556的每一個(gè)位置可藉三個(gè)上控制鈕5560a、中控制鈕5560b、下控制鈕5560c分別決定于套筒引導(dǎo)5558a內(nèi)。
圖58與圖59為反應(yīng)器執(zhí)行比較資料，以證明介電圓柱體套筒5550的功效的圖表。圖58的表格顯示介電圓柱體套筒5550非減弱蝕刻速率。垂直軸是蝕刻速率而水平軸為不同的制程。沿著水平軸的不同制程的標(biāo)記包含(由左到右)HAR RIE(高方向比反應(yīng)離子蝕刻)，HAR RIE+SP(來源功率)以及PR(光阻劑)刪去+SP。此術(shù)語反應(yīng)離子蝕刻指制程只使用偏壓功率供應(yīng)到傳導(dǎo)網(wǎng)層5515，且沒有來源功率來自于傳導(dǎo)電極125。有斜線的條狀指出有介電圓柱體套筒5550的調(diào)整的結(jié)果，沒斜線的條狀指出沒有介電圓柱體套筒5550調(diào)整的結(jié)果。自圖58的調(diào)查，只有高方向比制程由于使用介電圓柱體套筒5550，經(jīng)歷蝕刻速率減少，且此減少只是輕微的。但是，光阻劑的蝕刻速率大大的增加。
圖59的表顯示使用介電圓柱體套筒5550明顯地改善所有的三個(gè)前述制程的均勻度。蝕刻速率的非均勻度的放射分布如圖58所示，1％標(biāo)準(zhǔn)差描述于垂直軸向以及三個(gè)前述的制程結(jié)果置于水平軸。圖59顯示使用來源功率，光阻刪去制程在均勻度有大大的改善。
蝕刻速率分布均勻的顯著改善達(dá)成于廣泛的制程。在一僅使用偏壓功率的蝕刻制程，使用介電圓柱體套筒5550是減少4.9％到2.4％的非均勻性。在一使用500瓦來源功率的蝕刻制程，使用介電圓柱體套筒5550減少13.7％到12％的非均勻性。最大的改善發(fā)現(xiàn)于光阻劑灰制程，使用高超高頻來源功率。在2500瓦的來源功率下，使用介電圓柱體套筒5550減少30.0％到5.8％的非均勻性。在1500瓦同樣的反應(yīng)器內(nèi)，非均勻性藉使用介電圓柱體套筒5550而自30.1％改善到16.0％。
隨著制程使用高超高頻功率(亦即功率供應(yīng)到頂部電極)的均勻性改善，證明介電圓柱體套筒5550有最佳化超高頻回路的電容耦合分布。僅有偏壓功率制程的均勻性改善證明介電圓柱體套筒5550具有最佳化射頻產(chǎn)生器40產(chǎn)生的電場的分布。因此，同樣的介電圓柱體套筒5550同時(shí)解決超高頻回路最佳化，與高頻電場最佳化的問題。
增加等離子體均勻性的射頻耦接環(huán)在先前提到中，在一反應(yīng)器的等離子體離子密度分布具有一高超高頻電極，如傳導(dǎo)電極125易有約10％的非均勻中心-高。此非均勻性是借選擇性地增加從傳導(dǎo)電極125到鄰近工件周圍的等離子體的電容耦合減少。請參考圖60，一環(huán)狀的耦接環(huán)置于上方并與晶片支撐晶座105的外周圍電性相接。如圖60所示為，一可移動(dòng)的環(huán)5580環(huán)繞上隔離層5520，其上表面和晶片的上表面為共面。此可移動(dòng)的環(huán)5580可為制程兼容材料，例如硅。選擇性地，可移動(dòng)的金屬接地環(huán)5585環(huán)繞環(huán)5580，它的上表面5585a成為可移動(dòng)的金屬接地環(huán)5580的共面。提供一般的平面表面，以橫越晶片支撐晶座105的上方而藉接地環(huán)5585的周圍結(jié)合，面對傳導(dǎo)電極125的下方的一般的平面的表面。結(jié)果，橫越全部的制程區(qū)域的電容耦合藉傳導(dǎo)電極125而結(jié)合，且晶片支撐晶座105一般為均勻的。為了克服原有在中心-高等離子體離子密度分布的反應(yīng)器的非均勻性，電容耦合藉傳導(dǎo)電極125增加而接近晶片110的外部，借以放置一第一射頻耦接環(huán)5590于環(huán)5580和接地環(huán)5585的上方。第一射頻耦接環(huán)5590可以為導(dǎo)體，半導(dǎo)體或介電材質(zhì)。如果第一射頻耦接環(huán)5590是介電材質(zhì)，則電容耦合至等離子體接近晶片周圍借助介電材料的存在而增加。如果第一射頻耦接環(huán)5590是導(dǎo)體，它有效的縮小電極至反電極空間，并因此增加電容靠近晶片110的周圍范圍。所以，電極至反電極空間橫越制程區(qū)域?yàn)閔1，除了藉第一射頻耦接環(huán)5590占用的周圍，其空間減少自h1到第一射頻耦接環(huán)5590的h2高度。此增進(jìn)的來源功率電容耦合在周圍增加離子密度。其增加于離子密度自第一射頻耦接環(huán)5590延長于內(nèi)，以及延長于一晶片110的部份周圍上。因此，等離子體離子密度于晶片110上是少于中心-高并易于向接近均勻發(fā)展，或可能少許的邊緣-高。此情況借助一第一射頻耦接環(huán)5590的高(厚度)h2的小心選擇最佳化。
圖61為圖60的反應(yīng)器的校正，其中第二射頻耦接環(huán)5595是連接于傳導(dǎo)電極125的上表面的周圍以及壓在第一射頻耦接環(huán)5590的上面，如果第一射頻耦接環(huán)5590，第二射頻耦接環(huán)5595具有一厚度(高)h3，則電極至反電極距離接近晶片周圍為減少兩倍的h3，在此范圍的電容正比地增加，如圖60的反應(yīng)器。
圖62是一具有晶片110固定其上的晶片支撐晶座105的上平面圖，并顯示第一射頻耦接環(huán)5590占有的周圍范圍。圖62所示為制程區(qū)域分成三區(qū)域，即一內(nèi)中區(qū)域(區(qū)域A)圍繞晶片110的中心，一環(huán)狀區(qū)域(區(qū)域B)延伸至晶片110的周圍，以及一外區(qū)域(區(qū)域C)由第一射頻耦接環(huán)5590占有。圖63顯示第一射頻耦接環(huán)5590的不同材料(石英、鋁)與不同厚度(0.4寸與0.8寸)的電容放射分布。比較的基礎(chǔ)為沒有環(huán)(空氣)。圖63顯示于區(qū)域C最大的電容。因此，等離子體離子密度因?yàn)榈谝簧漕l耦接環(huán)5590或第一射頻耦接環(huán)5590與第二射頻耦接環(huán)5595的存在，而增加于晶片110的多數(shù)周圍范圍(區(qū)域B)。
圖64比較沒有耦接環(huán)、一個(gè)耦接環(huán)(圖60)以及兩個(gè)耦接環(huán)(圖61)的蝕刻速率放射分布，其耦接環(huán)材料為鋁，且唯一的功率是供應(yīng)到晶片支撐晶座105的偏壓功率。圖65比較沒有耦接環(huán)、一個(gè)耦接環(huán)以及兩個(gè)耦接環(huán)的蝕刻速率的放射分布，其耦接環(huán)材料為鋁，并有傳導(dǎo)電極125供應(yīng)480瓦的超高頻來源功率。圖66比較沒有耦接環(huán)、一個(gè)耦接環(huán)以及兩個(gè)耦接環(huán)的蝕刻速率的放射分布，其耦接環(huán)材料為石英，且只有供應(yīng)偏壓功率(沒有從頂部電極來的來源功率)。圖67比較沒有耦接環(huán)、一個(gè)耦接環(huán)以及兩個(gè)耦接環(huán)的蝕刻速率的放射分布，并有傳導(dǎo)電極125供應(yīng)480瓦的超高頻來源功率，其耦接環(huán)材料為石英。在這些例子中得到最大的改善，其中提供超高頻來源功率(圖65與圖67)。兩個(gè)耦接環(huán)(圖61)產(chǎn)生最大的均勻性。在這些實(shí)際例子中，每個(gè)耦接環(huán)的厚度約為0.4寸。
在只利用射頻偏壓功率的制程中(沒有來自傳導(dǎo)電極125的超高頻來源功率)，借著使用底部第一射頻耦接環(huán)5590的0.4寸厚的石英，非均勻性自6.5％減少到4.6％，以及借著使用鋁質(zhì)的第一射頻耦接環(huán)5590，非均勻性減少到5.0％。當(dāng)?shù)谝簧漕l耦接環(huán)5590的厚度增加到0.8寸時(shí)，非均勻性隨石英減少到2.3％。同樣的結(jié)果隨著鋁質(zhì)第一射頻耦接環(huán)5590達(dá)成。
在使用頂部電極供應(yīng)的500瓦的超高頻來源功率制程中，借著使用底部第一射頻耦接環(huán)5590的0.4寸厚的石英，非均勻性從11.1％減少到9.42％，而借著使用鋁質(zhì)的第一射頻耦接環(huán)5590，非均勻性減少到8.5％。當(dāng)?shù)谝簧漕l耦接環(huán)5590的厚度增加到0.8寸時(shí)，非均勻性隨石英減少到4.5％，而隨鋁質(zhì)減少到3.9％。
一般而言，值得注意的是，待修正的離子密度分布的非均勻性隨著增加的傳導(dǎo)電極125供應(yīng)的超高頻來源功率增加。舉例而言，當(dāng)來源功率增加于一具有0瓦、500瓦與1000瓦三個(gè)步驟的傳導(dǎo)電極125的反應(yīng)器內(nèi)，非均勻性(沒有射頻耦接環(huán))分別為6.9％、12.7％與15.8％。當(dāng)有使用第一射頻耦接環(huán)5590時(shí)，非均勻性分別為3.4％、5.3％與5.1％。圖53與圖56(使用第一射頻耦接環(huán)5590)的介電圓柱體套筒5550的使用，更進(jìn)一步分別減少非均勻性至3.5％、3.9％與4.3％。這對應(yīng)于圖60與圖61的觀點(diǎn)，其中圖53與圖56的介電圓柱體套筒5550與第一射頻耦接環(huán)5590一起存在。然而，在沒有介電圓柱體套筒5550環(huán)繞射頻導(dǎo)體5525的情況下，還是可使用第一射頻耦接環(huán)5590或成對的第一射頻耦接環(huán)5590、第二射頻耦接環(huán)5595。
當(dāng)在同樣的等離子體反應(yīng)器(如圖60圖61所所示為)內(nèi)分別或一起使用第一射頻耦接環(huán)5590、第二射頻耦接環(huán)5595與介電圓柱體套筒5550，這些特征可分別顯現(xiàn)或與使用上述控制內(nèi)線圈60、外線圈65方法的圖24所示為的等離子體均勻控制內(nèi)線圈60、外線圈65顯現(xiàn)。
第68圖所示為一等離子體反應(yīng)器，其結(jié)合圖24(包含等離子體均勻控制內(nèi)線圈60、外線圈65)、圖53(包含介電圓柱體套筒5550)與圖61(包含第一射頻耦接環(huán)5590、第二射頻耦接環(huán)5595)的特征。當(dāng)單獨(dú)或一起使用第一射頻耦接環(huán)5590與介電圓柱體套筒5550，可改善等離子體離子分布均勻性，以致于任何剩下的必須借內(nèi)線圈60、外線圈65修正的非均勻性大大地減少。因此，與介電圓柱體套筒5550與第一射頻耦接環(huán)5590及/或第二射頻耦接環(huán)5595的結(jié)構(gòu)組件實(shí)現(xiàn)的等離子體離子密度分布修正是起初的修正，而最后修正是藉內(nèi)線圈60、內(nèi)線圈65完成。此最后修正明顯小于沒有介電圓柱體套筒5550及/或第一射頻耦接環(huán)5590及/或第二射頻耦接環(huán)5595的修正。第68圖的反應(yīng)器內(nèi)的內(nèi)線圈60、外線圈65表現(xiàn)的此對等離子體分布的較小修正，可導(dǎo)致在內(nèi)線圈60、外線圈65實(shí)現(xiàn)的最大的等離子體離子分布內(nèi)的較大精確度或均勻性。
雖然本發(fā)明已以一較佳實(shí)施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的變動(dòng)與修飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種等離子體反應(yīng)器，包含一邊墻以及一頂板，以界定一處理室；一工件支撐陰極，是在該處理室內(nèi)，該工件支撐陰極具有一工作表面面對該頂板部份，以支撐一半導(dǎo)體工件；一制程氣體入口，用以導(dǎo)入一制程氣體至該處理室；一射頻偏壓功率產(chǎn)生器，具有一偏壓功率頻率；一偏壓功率供應(yīng)點(diǎn)，位于該工作表面；一射頻導(dǎo)體，連接于該射頻偏壓功率產(chǎn)生器和位于該工作表面的該偏壓功率供應(yīng)點(diǎn)之間；以及一介電套筒，環(huán)繞該射頻導(dǎo)體的一部份，該套筒具有沿著射頻導(dǎo)體的一軸長、一介電常數(shù)和沿著該射頻導(dǎo)體的一軸向定位，該套筒的軸長、介電常數(shù)與軸向定位，使得該套筒提供一電抗，該電抗增進(jìn)工作表面上等離子體離子密度的均一性。
2.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的供應(yīng)點(diǎn)在該偏壓功率頻率處具有一阻抗，而所述的介電套筒所提供的電抗，是使得該偏壓功率頻率處該供應(yīng)點(diǎn)的該阻抗達(dá)到一值，該值接近環(huán)繞該射頻導(dǎo)體和套筒的工件支撐陰極一部份的一阻抗。
3.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于該陰極包含一平隔離層以及于該平隔離層內(nèi)的一平傳導(dǎo)層，該平隔離層具有包含該工作表面的一上表面；該供應(yīng)點(diǎn)，于該偏壓功率頻率處具有一阻抗；以及通過該介電套筒所提供的電抗，使得在該偏壓功率頻率處該供應(yīng)點(diǎn)的阻抗達(dá)到一值，該值接近于該偏壓功率頻率的導(dǎo)體層的一阻抗。
4.如權(quán)利要求2所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的頂板包含一頂部電極，該反應(yīng)器進(jìn)一步包含一來源功率產(chǎn)生器，具有一來源頻率；一阻抗匹配組件，連接于該來源功率產(chǎn)生器和頂部電極之間；該供應(yīng)點(diǎn)，在該來源功率頻率處具有一阻抗；其特征在于，所述的套筒的電抗使得該來源頻率處該供應(yīng)點(diǎn)的阻抗接近一零阻抗。
5.如權(quán)利要求3所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的頂板包含一頂部電極，該反應(yīng)器進(jìn)一步包含一來源功率產(chǎn)生器，具有一來源頻率；一阻抗匹配組件，連接于該來源功率產(chǎn)生器和頂部電極之間；其特征在于，所述的供應(yīng)點(diǎn)在該來源功率頻率處具有一阻抗；以及其中藉該介電質(zhì)套筒提供的電抗，使得該來源功率頻率處該供應(yīng)點(diǎn)的阻抗達(dá)到一值，該值是在來源功率頻率處接近一零阻抗。
6.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的套筒沿著其軸長分為多個(gè)段，每一段的軸長和介電常數(shù)獨(dú)立于其它段。
7.如權(quán)利要求6所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的段的介電常數(shù)和軸長，使得該偏壓頻率處該供應(yīng)點(diǎn)的阻抗接近于該偏壓頻率處該導(dǎo)體層的阻抗，同時(shí)使得該來源功率頻率處該供應(yīng)點(diǎn)阻抗接近一零阻抗。
8.如權(quán)利要求7所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的偏壓功率頻率是一高頻(HF)頻率，而該來源功率頻率是一超高頻(VHF)頻率。
9.如權(quán)利要求8所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的多個(gè)套筒段的至少一者以鋁制成，同時(shí)該多個(gè)套筒段的另一者以聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)形成。
10.如權(quán)利要求8所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述套筒的一上段包含一第一介電材料，所述套筒的一中段包含一第二介電材料，所述套筒的一下段包含該第一介電材料。
11.如權(quán)利要求10所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的第一介電材料包含聚四氟乙烯以及所述的第二介電材料包含鋁。
12.如權(quán)利要求.8所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的頂部電極在一等離子體共振頻率是與該處理室內(nèi)的一等離子體共振，以及其特征在于，所述的超高頻來源功率頻率系為或接近該等離子體共振頻率。
13.如權(quán)利要求12所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的阻抗匹配組件連接于該來源功率產(chǎn)生器和該頂部電極之間，該阻抗匹配組件包含一固定調(diào)諧短截線(fixed tuning stub)，該固定調(diào)諧短截線在或接近該超高頻來源功率頻率處具有一短截線共振頻率。
14.如權(quán)利要求13所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的短截線共振頻率、該超高頻來源功率頻率與該等離子體共振頻率都彼此接近并彼此補(bǔ)償(offset)。
15.如權(quán)利要求5所述的反應(yīng)器，其進(jìn)一步包含多個(gè)頂部線圈，為不同半徑且位于該頂板上不同高度，以及一控制器，是用以供應(yīng)個(gè)別直流電流至該多個(gè)線圈，以便增進(jìn)該處理室內(nèi)等離子體離子密度分布的均勻性。
16.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其進(jìn)一步包含一環(huán)狀射頻耦接環(huán)，具有大致對應(yīng)該工件周圍的一內(nèi)徑，該射頻耦結(jié)環(huán)在該工作表面和頂部電極之間延伸一充分距離以增進(jìn)接近該工件一周圍的等離子體離子密度。
17.如權(quán)利要求16所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的射頻耦接環(huán)裝附于該工作表面并具有一上表面，該上表面是通過該耦接環(huán)的一厚度延伸于該工作表面上。
18.如權(quán)利要求16所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的射頻耦接環(huán)裝附于該頂板并具有一下表面，該下表面是通過該耦接環(huán)的一厚度延伸于該頂板下。
19.如權(quán)利要求17所述的反應(yīng)器，其特征在于，進(jìn)一步包含一第二射頻耦接環(huán)，它是在第一射頻耦接環(huán)上并裝附于該頂板。
20.如權(quán)利要求16所述的反應(yīng)器，其特征在于，進(jìn)一步還包含多個(gè)頂部線圈，為不同半徑且位于該頂板上不同高度，以及一控制器，用以供應(yīng)個(gè)別直流電流至多個(gè)頂部線圈，以增進(jìn)該處理室內(nèi)等離子體離子密度分布的均勻性。
21.一種等離子體反應(yīng)器，其特征在于，至少包含一邊墻以及一頂板，界定一處理室，該頂板包含一頂部電極；一工件支撐陰極，是在該處理室內(nèi)，該工件支撐陰極具有一工作表面面對該頂板部份以支撐一半導(dǎo)體工件；制程氣體入口，用以導(dǎo)入一制程氣體至該處理室；一射頻偏壓功率產(chǎn)生器，具有一偏壓功率頻率；一偏壓功率供應(yīng)點(diǎn)，位于該工作表面；一射頻導(dǎo)體，連接于該射頻偏壓功率產(chǎn)生器和該偏壓功率供應(yīng)點(diǎn)之間，以及一介電套筒，環(huán)繞該導(dǎo)體的一段長度；一來源功率產(chǎn)生器，具有一來源頻率；一阻抗匹配組件，連接于該來源功率產(chǎn)生器和頂部電極之間；該供應(yīng)點(diǎn)在該來源功率頻率處具有一阻抗；其特征在于，所述的介電套筒的電抗，降低來源頻率處該供應(yīng)點(diǎn)的阻抗到至少接近零阻抗。
22.如權(quán)利要求21所述的反應(yīng)器，其特征在于該陰極包含一平隔離層以及在該平隔離層內(nèi)的一平傳導(dǎo)層，該平隔離層具有一上表面，該上表面包含該工作表面；該介電套筒的電抗，使得該偏壓功率頻率處該供應(yīng)點(diǎn)的阻抗達(dá)到一值，該值接近偏壓功率頻率處該傳導(dǎo)層的一阻抗。
23.如權(quán)利要求21所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的頂部電極在一等離子體共振頻率是與一等離子體共振，以及所述的來源功率頻率系為或接近該等離子體共振頻率。
24.如權(quán)利要求23所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的阻抗匹配組件連接于該來源功率產(chǎn)生器和該頂部電極之間，該阻抗匹配組件包含一固定調(diào)諧短截線，該固定調(diào)諧短截線在或接近該來源功率頻率處具有一短截線共振頻率。
25.如權(quán)利要求24所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的短截線共振頻率、該來源功率頻率與該等離子體共振頻率都彼此接近并彼此補(bǔ)償。
26.如權(quán)利要求24所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的等離子體共振頻率、該來源功率頻率與該短截線共振頻率都是超高頻頻率。
27.如權(quán)利要求21所述的反應(yīng)器，其特征在于，進(jìn)一步包含多個(gè)頂部線圈，為不同半徑并位于該頂板上不同高度，以及一控制器，用以供應(yīng)個(gè)別直流電流至該多個(gè)線圈，以增進(jìn)該處理室內(nèi)等離子體離子密度分布的均勻度。
28.如權(quán)利要求21所述的反應(yīng)器，其特征在于，進(jìn)一步包含一環(huán)狀射頻耦接環(huán)，具有大致對應(yīng)該工件周圍的一內(nèi)徑，該射頻耦結(jié)環(huán)在該工作表面和該頂部電極之間延伸一充分距離，以增進(jìn)鄰近該工件周圍的等離子體離子密度。
29.如權(quán)利要求28所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的射頻耦接環(huán)裝附于該工作表面并具有一上表面，該上表面系通過該耦接環(huán)的一厚度延伸于該工作表面上。
30.如權(quán)利要求28所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的射頻耦接環(huán)裝附于該頂板并具有一下表面，該下表面通過該耦接環(huán)的一厚度延伸于該頂板下。
31.如權(quán)利要求29所述的反應(yīng)器，其特征在于，進(jìn)一步包含一第二射頻耦接環(huán)，它是在該第一射頻耦接環(huán)上并且裝附于該頂板。
32.如權(quán)利要求28所述的反應(yīng)器，其特征在于，進(jìn)一步包含多個(gè)頂部線圈，為不同半徑并位于該頂板上不同高度，以及一控制器，用以供應(yīng)個(gè)別直流電流至該多個(gè)線圈，以增進(jìn)該處理室內(nèi)等離子體離子密度分布的均勻度。
33.一等離子體反應(yīng)器，其特征在于，至少包含一真空圍繞體，包含一邊墻和一頂板，以界定一真空處理室，以及一工件支撐器在該處理室內(nèi)，該工件支撐器具有一工作表面面對該頂板以支撐一平面工件，該工件支撐器和該頂板一起在該工件支撐器和頂板之間界定一制程區(qū)域；制程氣體注入口，使制程氣體進(jìn)入該處理室；一射頻偏壓功率產(chǎn)生器，具有一偏壓頻率；至少一第一頂部螺線管電磁鐵，鄰近該頂板，所述的頂部螺線管電磁鐵、頂板、邊墻和工件支撐器是沿著一對稱共享軸設(shè)置；以及一電流來源，連接該第一螺線管電磁鐵并且通入一第一電流于該第一螺線管電磁鐵，借此在該處理室內(nèi)產(chǎn)生一磁場，該磁場為該第一電流的一函數(shù)，該第一電流具有一值，以致該磁場鄰近該工作表面環(huán)繞該對稱軸增加等離子體離子密度放射分布；一偏壓功率供應(yīng)點(diǎn)，位于該工作表面；一射頻導(dǎo)體，連接于該射頻偏壓功率產(chǎn)生器和該工作表面處偏壓功率供應(yīng)點(diǎn)之間；以及一介電套筒，環(huán)繞該射頻導(dǎo)體一部份，該套筒具有一沿著該射頻導(dǎo)體的軸長、一介電常數(shù)和沿著該射頻導(dǎo)體的一軸向定位，該套筒的該軸長、介電常數(shù)與軸向定位，使得該套筒提供一電抗，該電抗增進(jìn)該工作表面上等離子體離子密度的均勻性。
34.如權(quán)利要求33所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的供應(yīng)點(diǎn)在該偏壓功率頻率處具有一阻抗，以及其中藉該介電套筒提供的電抗，使得該偏壓功率頻率處該供應(yīng)點(diǎn)的阻抗達(dá)到一值，該值接近環(huán)繞該射頻導(dǎo)體和套筒的該工件支撐器陰極一部份的一阻抗。
35.如權(quán)利要求33所述的反應(yīng)器，其中該陰極包含一平隔離層以及于該平隔離層內(nèi)之一平傳導(dǎo)層，該平隔離層具有包含該工作表面之一上表面；該供應(yīng)點(diǎn)于該偏壓功率頻率具有一阻抗；以及藉該介電質(zhì)套筒所提供之該電抗，系使得該偏壓功率頻率處該供應(yīng)點(diǎn)的阻抗達(dá)到一值，該值接近該偏壓力頻率處該導(dǎo)體層的一阻抗值。
36.如權(quán)利要求35所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的頂板包含一頂部電極，該反應(yīng)器更包含一來源功率產(chǎn)生器，具有一來源頻率；一阻抗匹配組件，連接于該來源功率產(chǎn)生器和該頂部電極之間；該供應(yīng)點(diǎn)在該來源功率頻率具有一阻抗；其中所述的套筒的電抗，使得該來源功率頻率處該供應(yīng)點(diǎn)的阻抗達(dá)到接近零阻抗的一值。
37.如權(quán)利要求33所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的第一螺線管電磁鐵在該處理室外側(cè)并面對該頂板一外部表面。
38.如權(quán)利要求36所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的來源功率產(chǎn)生器提供一射頻功率水準(zhǔn)，以維持在該處理室內(nèi)一等離子體位于一欲求等離子體離子密度水準(zhǔn)；該頂部電極具有一電抗，而在一電極-等離子體共振頻率與該等離子體形成一共振，該電極-等離子體共振頻率系為或接近該產(chǎn)生器的該頻率。
39.如權(quán)利要求33所述的反應(yīng)器，其特征在于，進(jìn)一步包含多個(gè)頂部螺線管電磁鐵鄰近該頂板，其具有一結(jié)合靜電磁場在該處理室內(nèi)，該處理室包含藉該多個(gè)螺線管電磁鐵的個(gè)別一個(gè)產(chǎn)生的個(gè)別靜電磁場的一總合磁場，其中所述的頂部螺線管電磁鐵、頂板、邊墻以及工件支撐器沿著一共享對稱軸設(shè)置，該第一頂部螺線管電磁鐵包含在該多個(gè)頂部螺線管電磁鐵內(nèi)；以及其中所述的結(jié)合磁場，是增加鄰近該工件支撐器一表面圍繞該對稱軸向的等離子體離子放射分布的均勻度。
40.如權(quán)利要求39所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的多個(gè)螺線管電磁鐵為同心圓，并以增加直徑和降低該頂板上的軸高來設(shè)置。
41.如權(quán)利要求40所述的反應(yīng)器，其特征在于所述的多個(gè)電磁鐵的最外側(cè)者相較于該電磁鐵的最內(nèi)側(cè)者，是橫越一較大徑向區(qū)域施加一相對大的放射磁壓于等離子體；該電磁鐵的最內(nèi)側(cè)者，鄰近該處理室中心的一限制范圍內(nèi)施加一放射磁壓于等離子體。
42.如權(quán)利要求36所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的等離子體具有一電抗以及該電極的電抗相當(dāng)于該等離子體的電抗。
43.如權(quán)利要求42所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的電極的電抗與該等離子體的電抗共軛(conjugate)。
44.如權(quán)利要求42所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的等離子體的電抗包含一負(fù)極電容，以及所述的電極的電容強(qiáng)度與該等離子體的該負(fù)極電容強(qiáng)度一樣。
45.如權(quán)利要求42所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的射頻產(chǎn)生器的該頻率以及該電極-等離子體共振頻率為超高頻頻率。
46.如權(quán)利要求42所述的反應(yīng)器，進(jìn)一步包含一固定阻抗匹配組件連接于該產(chǎn)生器和該頂部電極之間，該固定阻抗匹配組件具有一匹配組件共振頻率。
47.如權(quán)利要求46所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的匹配組件共振頻率和該電極-等離子體共振頻率系彼此補(bǔ)償以及該產(chǎn)生器的頻率介于該電極-等離子體共振頻率和該匹配組件共振頻率之間。
48.如權(quán)利要求47所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的產(chǎn)生器的頻率、等離子體頻率以及匹配組件共振頻率都為超高頻頻率。
49.如權(quán)利要求47所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的射頻功率產(chǎn)生器的頻率、匹配組件共振頻率以及電極-等離子體共振頻率都為彼此補(bǔ)償?shù)某哳l頻率。
50.如權(quán)利要求33所述的反應(yīng)器，其特征在于，進(jìn)一步包含一環(huán)狀射頻耦接環(huán)，具有大致對應(yīng)該工件周圍的一內(nèi)徑，該射頻耦結(jié)環(huán)在該工作表面和該頂部電極之間延伸一充份距離，以增進(jìn)鄰近該工件一周圍的等離子體離子密度。
51.如權(quán)利要求50所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的射頻耦接環(huán)裝附在該工作表面并具有一上表面，該上表面藉該耦接環(huán)的一厚度延伸于該工作表面上。
52.如權(quán)利要求50所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述的射頻耦接環(huán)裝附在該頂板并具有一下表面，該下表面藉該耦接環(huán)的一厚度延伸于該頂板下。
53.如權(quán)利要求51所述的反應(yīng)器，其特征在于，進(jìn)一步包含一第二射頻耦接環(huán)，是在該第一射頻耦接環(huán)上并裝附于該頂板。
全文摘要
一種制造半導(dǎo)體晶片的等離子體反應(yīng)器，其包含界定一處理室的邊墻和頂板、工件支撐器陰極于處理室內(nèi)、制程氣體入口用以引導(dǎo)制程氣體進(jìn)入處理室內(nèi)、與射頻偏壓功率產(chǎn)生器具有偏壓功率頻率，而此工件支撐器陰極具有工作表面面對頂板以支撐半導(dǎo)體工件。一偏壓功率供應(yīng)點(diǎn)位于工作表面，及一射頻導(dǎo)體連接于射頻偏壓功率產(chǎn)生器和工作表面之間。介電套筒環(huán)繞射頻導(dǎo)體一部分，此套筒具有沿著射頻導(dǎo)體的軸長、介電常數(shù)和沿著射頻導(dǎo)體的軸向定位，此套筒的軸長、介電常數(shù)和軸向定位是使得套筒提供電抗以增進(jìn)工作表面上等離子體離子密度的均勻性。在進(jìn)一步的方案中，反應(yīng)器還可包含環(huán)狀射頻耦接環(huán)，其具有大致對應(yīng)晶片周圍的內(nèi)徑，射頻連結(jié)環(huán)于工作表面和頂部電極之間延伸一段充分距離以接近晶片的周圍，增進(jìn)等離子體離子密度。
文檔編號C23C16/00GK1823180SQ03824996
公開日2006年8月23日 申請日期2003年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月4日
發(fā)明者楊江貴, 丹尼爾·J·霍夫曼, 詹姆斯·D·卡爾杜奇, 道格拉斯·A·小布赫貝格爾, 羅伯特·B·哈根, 馬修·L·米勒, 江康麗, 杰拉爾多·A·德爾加迪奧 申請人:應(yīng)用材料股份有限公司