專(zhuān)利名稱(chēng)：螺旋諧振器型等離子體處理設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種等離子體處理設(shè)備，并尤其涉及一種利用螺旋線圈(helix coil)的螺旋諧振器型等離子體處理設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前，等離子體源在半導(dǎo)體工業(yè)中廣泛用于處理精細(xì)半導(dǎo)體器件或平面顯示面板。即，等離子體源越來(lái)越成為蝕刻薄膜或?yàn)榱酥圃彀雽?dǎo)體器件而在晶片表面上沉積預(yù)定的薄材料膜或者為了制造諸如LCD的平板顯示器而在襯底上沉積預(yù)定的薄材料膜中不可或缺的工具。于是，處理等離子體源的設(shè)備的發(fā)展成為半導(dǎo)體工業(yè)的核心需求。
近年來(lái)，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅猛發(fā)展，半導(dǎo)體器件的集成密度已經(jīng)快速提高。而且，為了提高處理效率，必須增加制造半導(dǎo)體器件的晶片的直徑。為了滿(mǎn)足這些工業(yè)需求，對(duì)于蝕刻或沉積非常薄的膜來(lái)說(shuō)，確保等離子體均勻性是必不可少的。為了這個(gè)目的，在等離子體產(chǎn)生機(jī)制，如電感耦合等離子體(ICP)機(jī)制、電子回旋共振機(jī)制、螺旋波等離子體機(jī)制以及螺旋諧振器等離子體機(jī)制方面，已經(jīng)積極開(kāi)展了各種嘗試來(lái)以低溫下的正規(guī)生產(chǎn)(normal production)獲得高密度和更高密度均勻性的等離子體源。
在上述等離子體產(chǎn)生機(jī)制中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)螺旋型諧振器是在低溫下觸發(fā)(igniting)和保持高密度等離子體的最適當(dāng)?shù)妮椛湓?。尤其是，由螺旋型諧振器的結(jié)構(gòu)特性而造成的飛濺顆粒的方向性為蝕刻設(shè)備提供了更高的適用性。盡管具有如此的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)，但是由于在處理室內(nèi)難于確保在晶片徑向上的等離子體密度均勻性，螺旋諧振器型等離子體源并未廣泛用于蝕刻或沉積的半導(dǎo)體處理中。
圖1是傳統(tǒng)螺旋諧振器等離子體處理設(shè)備的局部剖開(kāi)透視圖的示意圖，而圖2示出在處理室內(nèi)靠近襯底的等離子體密度分布。
參照?qǐng)D1，螺旋線圈20圍繞介電管10纏繞，該介電管10通常由石英制成。用于供給等離子體源氣體的氣體入口12形成在介電管10的上部上。螺旋線圈20的下端接地，同時(shí)上端開(kāi)路。在螺旋線圈20的預(yù)定位置上形成一個(gè)抽頭22，RF電源26經(jīng)匹配網(wǎng)絡(luò)24連接到該抽頭22上。金屬圓筒30圍繞螺旋線圈20放置。金屬圓筒30、螺旋線圈20和介電管10同軸設(shè)置在處理室40內(nèi)。處理室40保持在真空狀態(tài)下。為此目的，連接到真空泵49上的真空吸取口48形成在處理室40的底壁上。用于支撐待處理的晶片50的晶片托架42設(shè)置在處理室40的下部。晶片托架42連接到RF電源46上，用于經(jīng)由匹配網(wǎng)絡(luò)44將偏壓功率施加到晶片托架42上。
當(dāng)?shù)入x子體源氣體通過(guò)氣體入口12提供到介電管10內(nèi)且由RF電源26產(chǎn)生的RF功率經(jīng)匹配網(wǎng)絡(luò)24和抽頭22供給到螺旋線圈20上時(shí)，在介電管10內(nèi)產(chǎn)生高密度等離子體。所產(chǎn)生的等離子體在處理室40內(nèi)朝要處理的晶片50散射，用來(lái)或是通過(guò)于晶片化學(xué)反映而蝕刻或是在晶片50的表面上沉積預(yù)定的材料膜。
高密度等離子體在具有相對(duì)小直徑的介電管10內(nèi)產(chǎn)生，并且漫射到具有相對(duì)大直徑的處理室40內(nèi)，漫射到處理室40內(nèi)的高密度等離子體主要豎直地朝向晶片50行進(jìn)，并且也在一定程度上沿徑向行進(jìn)。然而，如圖2所示，盡管由在螺旋諧振器內(nèi)產(chǎn)生的等離子體的方向性造成的徑向漫射，晶片50的等離子體密度在其中心部分較高。這意味著沿著晶片50徑向的等離子體密度分布不均勻。
即，傳統(tǒng)螺旋諧振器等離子體處理設(shè)備在沿晶片50的徑向上獲得均勻的等離子體密度上存在困難。尤其是，當(dāng)晶片5直徑較大時(shí)，這個(gè)問(wèn)題尤為嚴(yán)重。等離子體密度的非均勻性會(huì)在蝕刻深度以及沉積在晶片50上的材料的膜厚度方面產(chǎn)生差異。這些問(wèn)題會(huì)顯著降低半導(dǎo)體器件的質(zhì)量以及生產(chǎn)率。
同時(shí)，需要根據(jù)處理類(lèi)型或處理?xiàng)l件對(duì)所產(chǎn)生的等離子體電勢(shì)加以適當(dāng)控制。例如，當(dāng)相對(duì)高的偏壓電勢(shì)從連接到晶片托架42的RF電源46施加到晶片50上時(shí)，會(huì)在具有高縱橫比的薄膜的邊緣上產(chǎn)生陡壁效應(yīng)(cliffing effect)，這是由于應(yīng)力集中在邊緣上所致。為了避免陡壁效應(yīng)，需要提高等離子體電勢(shì)并降低偏壓電勢(shì)。相反，為了更高的加工精度，對(duì)于蝕刻或沉積納米單位的薄膜來(lái)說(shuō)，保持等離子體電勢(shì)低是必須的。然而，傳統(tǒng)螺旋諧振器等離子體處理設(shè)備在針對(duì)特別處理和處理?xiàng)l件而充分控制等離子體電勢(shì)方面存在缺陷。
于是，需要一種能夠確保高等離子體密度、維持均勻的等離子體密度分布并易于控制等離子體電勢(shì)的等離子體處理設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種螺旋諧振器型等離子體處理設(shè)備，該設(shè)備被構(gòu)造成改善靠近晶片的等離子體的密度均勻性，并在處理室內(nèi)易于控制等離子體電勢(shì)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，螺旋諧振器等離子體處理設(shè)備包括處理室，該處理室具有襯底托架，該襯底托架支撐待處理的襯底；介電管，該介電管設(shè)置在處理室上，以便與處理室的內(nèi)部空間相連通，該介電管包括內(nèi)管、圍繞內(nèi)管的外管、以及設(shè)置在外管上用來(lái)將等離子體源氣體供給到處理室的內(nèi)管和外管之間的內(nèi)部空間中的源氣體入口；圍繞介電管的外管纏繞的螺旋線圈；以及RF電源，用于將RF功率提供給螺旋線圈。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，螺旋諧振器等離子體處理設(shè)備還包括設(shè)置在介電管內(nèi)的控制電極，用以控制在介電管內(nèi)產(chǎn)生的等離子體電勢(shì)，并包括可變DC電源，用以向控制電極施加預(yù)定電勢(shì)。
控制電極優(yōu)選地設(shè)置在內(nèi)管的上部和外管的上部之間。
優(yōu)選的是，控制電極設(shè)置在源氣體入口之下，并具有多個(gè)孔，源氣體可以通過(guò)這些孔。
優(yōu)選的是，具有多個(gè)孔的等離子體分配器(plasma distributor)設(shè)置在介電管的下部。在這種情況下，等離子體分配器優(yōu)選地形成為與內(nèi)管和外管之間的空間相對(duì)應(yīng)的環(huán)形。
優(yōu)選的是，一個(gè)螺旋線圈端部接地，而另一端部電開(kāi)路，并且開(kāi)路這端纏繞到陶瓷件中。
優(yōu)選的是，在螺旋線圈的不同位置處形成多個(gè)抽頭，而將RF功率選擇性施加到抽頭上的開(kāi)關(guān)設(shè)置在抽頭和RF電源之間。在這種情況下，多個(gè)抽頭中的每個(gè)抽頭設(shè)置在螺旋線圈的每隔一圈上。
優(yōu)選的是，螺旋線圈具有方形橫截面形狀。
圍繞螺旋線圈設(shè)置一個(gè)金屬圓筒。將螺旋線圈產(chǎn)生的熱量耗散到外部的輻射風(fēng)扇(radiation fan)設(shè)置在金屬圓筒內(nèi)側(cè)，而在金屬圓筒的蓋上可以形成多個(gè)將空氣排到外側(cè)的多個(gè)孔。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，螺旋諧振器等離子體處理設(shè)備還包括多個(gè)磁鐵，這些磁鐵圍繞處理室的內(nèi)周設(shè)置，間隔開(kāi)預(yù)定距離。
靠近處理室的內(nèi)周可以設(shè)置圓柱形的磁鐵支撐單元，以支撐多個(gè)磁鐵，優(yōu)選地，在磁鐵支撐單元上形成多個(gè)狹槽，以便將每個(gè)磁鐵插入到狹槽中。優(yōu)選地，在磁鐵支撐單元上設(shè)置冷卻磁鐵的冷卻線路(cooling line)。
優(yōu)選地，在磁鐵支撐單元的內(nèi)側(cè)上設(shè)置圓柱形狀的保護(hù)單元，以保護(hù)磁鐵不受等離子體影響。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，螺旋諧振器等離子體處理設(shè)備還包括工藝氣體注入單元，用以注入加工放置在處理室內(nèi)的晶片的工藝氣體。優(yōu)選地，工藝氣體注入單元包括通過(guò)處理室的側(cè)壁安裝的氣體入口、設(shè)置在處理室內(nèi)的環(huán)形噴射器、以及形成在噴射器內(nèi)用以將工藝氣體從氣體入口分配到處理室內(nèi)的多個(gè)氣體分配孔。
RF電源可以通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)連接到螺旋線圈上。
襯底托架連接到偏壓電源上，偏壓電源是RF電源，而RF電源優(yōu)選地經(jīng)由匹配網(wǎng)絡(luò)電連接到襯底托架上。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，螺旋諧振器等離子體處理設(shè)備包括具有襯底托架以支撐待處理的襯底的處理室；設(shè)置在處理室內(nèi)以便與處理室的內(nèi)部空間相連通的介電管，在該介電管內(nèi)設(shè)置源氣體入口，以供給等離子體源氣體；圍繞介電管纏繞的螺旋線圈；將RF功率供給螺旋線圈的RF電源；設(shè)置在介電管內(nèi)的控制電極，以控制介電管內(nèi)產(chǎn)生的等離子體電勢(shì)；以及將預(yù)定電勢(shì)施加到控制電極上的可變DC電源。
根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理設(shè)備的使用對(duì)沿著晶片的徑向、靠近晶片的等離子體的密度均勻性提供了改善，并且提供了一種控制處理室內(nèi)的等離子體電勢(shì)的簡(jiǎn)便方法。


本發(fā)明的上述和其他特征和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)參照附圖對(duì)其優(yōu)選實(shí)施例的描述而變得更清楚，圖中圖1是傳統(tǒng)螺旋諧振器等離子體處理設(shè)備的局部剖開(kāi)的透視圖；圖2是示出傳統(tǒng)等離子體處理室內(nèi)靠近晶片的等離子體密度分布的曲線；
圖3是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的螺旋諧振器等離子體處理設(shè)備的垂直橫截面圖；圖4是圖3所示的介電管、控制電極、螺旋線圈和等離子體分配器的局部剖開(kāi)的透視圖；圖5是與圖4中所示的不同的控制電極的透視圖；圖6是圖3所示的金屬圓筒蓋和輻射風(fēng)扇的局部分解透視圖；圖7是圖3所示的磁鐵安裝結(jié)構(gòu)的局部分解透視圖；圖8是圖3所示的工藝氣體注入單元的局部剖開(kāi)的透視圖；以及圖9是示出在根據(jù)本發(fā)明的螺旋諧振器等離子體處理設(shè)備的處理室內(nèi)、靠近晶片的等離子體密度分布的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面，將參照附圖更全面地描述本分明，附圖中以舉例的形式示出本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)相同的元件。
圖3是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的螺旋諧振器等離子體處理設(shè)備的垂直橫截面圖，圖4是圖3所示的介電管、控制電極、螺旋線圈和等離子體分配器的局部剖開(kāi)的透視圖。
參照?qǐng)D3和4，根據(jù)本發(fā)明的螺旋諧振器等離子體處理設(shè)備是一種半導(dǎo)體加工設(shè)備，用于借助于螺旋諧振器100產(chǎn)生的等離子體進(jìn)行精細(xì)加工，如蝕刻襯底表面，或在襯底上沉積預(yù)定的材料層。裝載在處理室150內(nèi)的襯底可以是用于制造半導(dǎo)體器件的硅晶片W。
螺旋諧振器等離子體處理設(shè)備包括處理室150和設(shè)置在處理室內(nèi)的用于產(chǎn)生等離子體的螺旋諧振器100，其中處理室具有用于支撐晶片W的襯底托架160。
螺旋諧振器100包括設(shè)置在處理室150內(nèi)的介電管110、圍繞介電管110纏繞的螺旋線圈120、以及向螺旋線圈120提供RF功率的RF電源128。
介電管110通過(guò)在處理室150頂壁(ceiling Wall)上形成的連接孔152與處理室150連通，并優(yōu)選地由石英制成。
介電管110由雙管結(jié)構(gòu)形成，包括內(nèi)管112和圍繞內(nèi)管112的外管114。內(nèi)管112的上部被封閉而下部開(kāi)放。用于將源氣體供給到內(nèi)管112和外管114之間的空間內(nèi)的源氣體入口116形成在外管114的上部，而外管114的下部向處理室150開(kāi)放。
在介電管110內(nèi)，通過(guò)源氣體入口116供給的等離子體源氣體不填充內(nèi)管112的內(nèi)部空間，而是填充內(nèi)管112和外管114之間的空間。于是，由供給到螺旋線圈120上的RF功率所產(chǎn)生的等離子體滯留在內(nèi)管112和外管114之間的空間內(nèi)。由此，等離子體為環(huán)形。環(huán)形的等離子體進(jìn)入處理室150內(nèi)、朝向晶片W運(yùn)行，靠近晶片W具有均勻的密度分布，這將在后面具體描述。
優(yōu)選的是，具有多個(gè)孔118A的等離子體分配器118設(shè)置在介電管110的下端處。等離子體分配器118設(shè)置在介電管110和處理室150之間。等離子體分配器118可以形成為與內(nèi)管112和外管114之間的空間相對(duì)應(yīng)的環(huán)形，并可以插入到處理室150頂壁上形成的連接孔152中。
等離子體分配器118被構(gòu)造成通過(guò)使介電管110內(nèi)產(chǎn)生的等離子體穿過(guò)多個(gè)孔118A將等離子體更均勻和廣泛地分配到處理室150內(nèi)。從而在處理室150內(nèi)實(shí)現(xiàn)了在徑向上的均勻等離子體密度分布。
螺旋線圈120圍繞介電管110纏繞多圈，并且它的端部(即傳統(tǒng)上為下端)接地(接地端)，而另一端部(即上端)為電開(kāi)路(開(kāi)路端)。優(yōu)選的是，開(kāi)路端由陶瓷121纏繞。陶瓷的目的在于防止(protect)在螺旋線圈120的開(kāi)路端和其他相鄰部件之間可能出現(xiàn)的火花放電。
來(lái)自RF電源128的RF功率供給到螺旋線圈120上。為了更高的耦合效率，RF功率可以經(jīng)匹配網(wǎng)絡(luò)126施加到螺旋線圈120上。
當(dāng)RF功率施加到螺旋線圈120上的任意點(diǎn)時(shí)，由流過(guò)螺旋線圈120的電流形成時(shí)變磁場(chǎng)，而由時(shí)變磁場(chǎng)感應(yīng)出電磁場(chǎng)。所感應(yīng)的電磁場(chǎng)通過(guò)離子化等離子體源氣體而產(chǎn)生等離子體。此時(shí)，來(lái)自RF功率分接在螺旋線圈120上的點(diǎn)的一端，即接地端電感耦合，而另一端，即開(kāi)路端電容耦合，由此產(chǎn)生諧振。在這種情況下，通過(guò)所產(chǎn)生的諧振(LC諧振)可以進(jìn)行有效地螺旋線圈120傳遞能量。因此，可以通過(guò)螺旋諧振器產(chǎn)生高密度等離子體。
在螺旋線圈120上形成要連接到RF電源128上的多個(gè)抽頭122。所述多個(gè)抽頭被構(gòu)造在螺旋線圈120的不同位置處。例如，一個(gè)抽頭可以設(shè)置在螺旋線圈120的每隔一圈上。在多個(gè)抽頭122和RF電源128之間可以設(shè)置開(kāi)關(guān)124，以便可以選擇性將RF功率施加到多個(gè)抽頭122上。
傳統(tǒng)上，為了找到獲得優(yōu)化諧振狀態(tài)的最佳分接點(diǎn)，通過(guò)從一點(diǎn)到另一點(diǎn)地將RF功率分接到螺旋線圈上來(lái)測(cè)量不同點(diǎn)的諧振。然而，通過(guò)操縱抽頭122和RF電源128之間的開(kāi)關(guān)124，可以容易探測(cè)到獲得本發(fā)明的最佳諧振的RF功率分接點(diǎn)。從而，可以有效地保持高密度等離子體。
螺旋線圈120可以具有圓形橫截面，但是，優(yōu)選的是，螺旋線圈120具有方形橫截面，如圖3和4所示。方形橫截面的螺旋線圈120由于表面積增大而提高等離子體發(fā)生效率。更具體的說(shuō)，螺旋線圈120增加的表面減小了在螺旋線圈120接地端的阻抗，由此通過(guò)增大電流減小了電感。于是，通過(guò)感應(yīng)施加的RF能量，增大了電感耦合的等離子體發(fā)生效率。另一方面，在螺旋線圈120的另一端，即，開(kāi)路端的電容由于螺旋線圈120的表面積的增大而增加，由此在開(kāi)路端處增大了電容耦合的等離子體發(fā)生效率。
根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理設(shè)備還可以包括位于介電管110內(nèi)的控制電極130和用于將預(yù)定電勢(shì)施加到控制電極130上的可變DC電源132。設(shè)置在介電管110內(nèi)的控制電極130被構(gòu)造成控制在介電管110內(nèi)部空間中產(chǎn)生的等離子體電勢(shì)。
控制電極130可以設(shè)置在內(nèi)管112的上部上和外管114的上部上。當(dāng)源氣體入口116設(shè)置在控制電極130之上時(shí)，優(yōu)選的是，在控制電極130內(nèi)形成多個(gè)用于使源氣體穿過(guò)的孔130A。當(dāng)源氣體入口116設(shè)置在控制電極130之下時(shí)，則不需要形成所述多個(gè)孔。
同時(shí)，圖5示出另一種類(lèi)型的控制電極130。如圖所示，控制電極130可以構(gòu)造成篩網(wǎng)形式，在其上具有孔130A的陣列。
控制電極130被構(gòu)造成輕易控制介電管110內(nèi)產(chǎn)生的等離子體電勢(shì)。更具體的說(shuō)，在蝕刻高縱橫比的薄膜時(shí)，施加到襯底托架160上的偏壓電勢(shì)必須減小，同時(shí)必須增大等離子體電勢(shì)。在這種情況下，可以通過(guò)從可變DC電源132向控制電極施加相同的電荷，即正電荷，來(lái)增加傳統(tǒng)上充正電的等離子體電勢(shì)。于是，通過(guò)降低施加到晶片W上的偏壓電勢(shì)，可以避免陡壁效應(yīng)，由于該效應(yīng)，高縱橫比的薄膜邊緣由于在蝕刻過(guò)程中在邊緣上的應(yīng)力集中而被腐蝕，從而蝕刻過(guò)程可以借助于增大的等離子體電勢(shì)而高效進(jìn)行。然而，當(dāng)以非常高的精度沉積納米單位厚度的薄膜，如原子層沉積(ALD)時(shí)或蝕刻納米單位厚度的薄膜時(shí)，必須保持等離子體電勢(shì)較低。在這種情況下，可以通過(guò)向控制電極130施加與等離子體電勢(shì)相反的反電荷，即，負(fù)電荷來(lái)實(shí)現(xiàn)低的等離子體電勢(shì)。
控制電極130使根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理設(shè)備能夠在不同條件下充分工作，并且能夠有效控制精密加工。
同時(shí)，雖然控制電極130設(shè)置在具有兩個(gè)管的介電管110中，但是控制電極也可以設(shè)置在如圖1所示的具有單獨(dú)一個(gè)管的介電管內(nèi)。在這種情況下，也可以通過(guò)控制電極130輕易控制等離子體電勢(shì)。
圖6是圖3所示的金屬圓筒蓋和輻射風(fēng)扇的局部分解透視圖。
參照?qǐng)D3和圖6，在根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理設(shè)備中，圍繞螺旋線圈120可以設(shè)置金屬圓筒140，該金屬圓筒140為管狀，用于保護(hù)介電管110和螺旋線圈120，并用于阻擋電磁波。金屬圓筒140可以由鋁形成，但是優(yōu)選地由銅形成，銅具有上乘的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性以及更高的強(qiáng)度。
優(yōu)選的是，在金屬圓筒140內(nèi)設(shè)置用于將螺旋線圈120產(chǎn)生的熱量耗散到外面的輻射風(fēng)扇146。輻射風(fēng)扇146可以由金屬圓筒140的蓋142支撐。在金屬圓筒140的蓋142上形成多個(gè)孔144，金屬圓筒140內(nèi)的熱空氣可以通過(guò)這些孔排放到大氣中。
防止螺旋諧振器100過(guò)熱的輻射風(fēng)扇146和蓋142的結(jié)構(gòu)可以使該設(shè)備能夠連續(xù)并穩(wěn)定工作。
為了加工大直徑晶片，可以在處理室150內(nèi)設(shè)置多個(gè)具有如上所述的相同結(jié)構(gòu)的螺旋諧振器100。這是由于沿著晶片W的徑向獲得均勻等離子體密度的螺旋諧振器100的直徑不能夠增大許多所致。當(dāng)螺旋諧振器100的直徑過(guò)大時(shí)，就要升高施加到螺旋線圈120上的電壓。在這種情況下，根據(jù)晶片W的尺寸，可以在一個(gè)處理室150內(nèi)設(shè)置兩到四個(gè)螺旋諧振器100，并從而在較大晶片W上獲得更高的等離子體密度分布。
再次參照?qǐng)D3，在處理室內(nèi)部保持真空，并為此目的，在處理室150的底壁上形成一個(gè)與真空泵156相連接的抽真空口154。支撐晶片W的襯底托架160形成在處理室150內(nèi)。
偏壓電源164可以連接到襯底托架160上。偏壓電源164被構(gòu)造成將偏壓功率施加到襯底托架160上，使得螺旋諧振器100所產(chǎn)生的等離子體可以朝向放置在襯底托架160上的晶片W運(yùn)動(dòng)。RF電源或脈沖DC電源可以用作偏壓電源164。當(dāng)偏壓電源164是RF電源時(shí)，可以在偏壓電源164和襯底托架160之間設(shè)置用于增大RF功率傳輸效率的匹配網(wǎng)絡(luò)162。
根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理設(shè)備還包括多個(gè)設(shè)置在處理室150內(nèi)的磁鐵170，用于在處理室150內(nèi)形成磁場(chǎng)。磁鐵170可以是永久磁鐵。
磁鐵170沿著處理室150的內(nèi)周等間距設(shè)置。
圖7是圖3所示的磁鐵安裝結(jié)構(gòu)的局部分解透視圖。
參照?qǐng)D7，圓筒形用于支撐磁鐵170的磁鐵支撐單元172設(shè)置在處理室150的內(nèi)周附近。在磁鐵支撐單元172上形成多個(gè)狹槽174，并且一個(gè)磁鐵170通過(guò)插入到每個(gè)狹槽174中而得以支撐。多個(gè)狹槽174可以布置成兩行，如圖7所示，或者可以布置成一行或多于三行。
磁鐵170的磁性通常隨著溫度升高而減小。因此，處理室150內(nèi)的溫度必須保持盡可能低。為此目的，優(yōu)選的是，用于冷卻磁鐵170的冷卻線路176設(shè)置在磁鐵支撐單元172上。包括冷卻劑入口176A和冷卻劑出口176B的冷卻線路可以沿著磁鐵支撐單元172的邊緣設(shè)置。
由于磁鐵170可能被處理室150內(nèi)等離子體損壞或被涂敷上材料膜，磁鐵170的磁性會(huì)退化。為了應(yīng)付這個(gè)問(wèn)題，用于保護(hù)磁鐵170免受等離子體影響的圓筒形保護(hù)單元178設(shè)置在磁鐵支撐單元172的內(nèi)側(cè)。
由于等離子體擴(kuò)散的方向性，從介電管110擴(kuò)散到處理室150內(nèi)的等離子體在處理室150的外部區(qū)域的密度分布低于在處理室150中央?yún)^(qū)域的。然而，在處理室150外部區(qū)域內(nèi)的等離子體密度可以通過(guò)借助于沿著處理室150內(nèi)周設(shè)置的磁鐵170來(lái)形成磁場(chǎng)而予以補(bǔ)償。即，由于在晶片W邊緣處的等離子體密度變高，從而實(shí)現(xiàn)了沿晶片W徑向上均勻的等離子體密度。
圖8是圖3所示的工藝氣體注入單元的局部剖開(kāi)的透視圖。
參照?qǐng)D3和圖8，根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理設(shè)備還包括工藝氣體注入單元180。工藝氣體注入單元180被構(gòu)造成將諸如用來(lái)化學(xué)汽相沉積的氣體或用來(lái)干灰化(dry ashing)晶片W的氣體之類(lèi)的工藝氣體注入到處理室150內(nèi)。
工藝氣體注入單元180包括氣體入口182和環(huán)形噴射器184，該環(huán)形噴射器184具有多個(gè)氣體分配孔186，用于將工藝氣體分配到處理室150中。氣體入口182通過(guò)處理室150的側(cè)壁安裝，噴射器184緊緊地接觸處理室150的內(nèi)壁來(lái)設(shè)置，而多個(gè)氣體分配孔186設(shè)置在噴射器184的內(nèi)周上，分配孔186基本等距間隔開(kāi)。
工藝氣體注入單元180的結(jié)構(gòu)使得各種工藝氣體能夠均勻地分布到處理室150內(nèi)。通過(guò)利用氣體注入單元180，根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理設(shè)備可以用于進(jìn)行各種處理，如干蝕刻處理、化學(xué)汽相沉積處理、和干灰化處理。
圖9是示出在根據(jù)本發(fā)明的螺旋諧振器等離子體處理設(shè)備的處理室內(nèi)、靠近晶片的等離子體的密度分布。
參照?qǐng)D9，在雙管形式的介電管110內(nèi)產(chǎn)生的等離子體朝向晶片W流入處理室150中。由于在內(nèi)管112中不產(chǎn)生等離子體，而是在介電管110的內(nèi)管112和外管114之間的空間內(nèi)產(chǎn)生等離子體，因此等離子體具有環(huán)形形狀。與現(xiàn)有技術(shù)相比，等離子體的這種形狀可以使晶片W邊緣處的等離子體密度得以增加。由于在徑向上擴(kuò)散的兩個(gè)環(huán)形等離子體可以在晶片W中央?yún)^(qū)域重疊，因此在晶片W中央部分的等離子體密度也可以增大到與晶片W其他區(qū)域相同的水平。靠近處理室150側(cè)壁的等離子體的密度也可以由設(shè)置在處理室150內(nèi)的磁鐵170予以補(bǔ)償。于是，靠近晶片W的等離子體密度沿著晶片W的徑向均勻分布。此外，進(jìn)入處理室150的等離子體可以借助于設(shè)置在介電管110下部上的具有多個(gè)孔118A的分配器118而得以更均勻分布。因此，可以改善等離子體密度分布的均勻性。
例如，在具有設(shè)計(jì)成容納4英寸直徑晶片的處理室的根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理設(shè)備中測(cè)量朝向晶片徑向的等離子體密度分布。測(cè)量結(jié)果表明平均等離子體密度是2×1011cm-3，而等離子體密度偏差，即，最大密度和最小密度之差被最大密度除，大約為4％?？紤]到傳統(tǒng)等離子體處理設(shè)備中測(cè)得的等離子體密度偏差在大約10到20％之間，可以說(shuō)根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理設(shè)備中測(cè)得的等離子體密度偏差得到顯著改善。
根據(jù)上面的描述，根據(jù)本發(fā)明的螺旋諧振器等離子體處理設(shè)備具有如下優(yōu)點(diǎn)第一、由于介電管形成為雙管形式，在介電管內(nèi)產(chǎn)生并向處理室內(nèi)放置的晶片擴(kuò)散的等離子體的密度分布沿著晶片的徑向具有很高的均勻性。當(dāng)具有多個(gè)孔的分配器設(shè)置在介電管的下部時(shí)，均勻分布的等離子體可以擴(kuò)散到處理室內(nèi)。于是，可以均勻地加工甚至大直徑的晶片或用來(lái)制造平面顯示面板的大襯底。
第二、可以通過(guò)設(shè)置在介電管內(nèi)的控制電極輕易控制在介電管內(nèi)形成的等離子體電勢(shì)。因此，不論加工類(lèi)型和條件如何，都可以精確并高效進(jìn)行加工。
第三、通過(guò)提供多個(gè)抽頭用來(lái)選擇性向螺旋線圈施加RF功率，可以獲得最佳的諧振狀態(tài)，由此有效確保高密度等離子體。
第四、通過(guò)采用方形橫截面線圈，螺旋線圈的表面得以增加，由此增加等離子體發(fā)生效率。
第五、通過(guò)沿著處理室的內(nèi)周設(shè)置多個(gè)磁鐵，以便磁鐵補(bǔ)償晶片邊緣上的等離子體密度，從而實(shí)現(xiàn)沿著晶片徑向的均勻等離子體密度分布。
第六、通過(guò)利用氣體注入單元，根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理設(shè)備可以用于進(jìn)行各種處理，如干蝕刻處理、化學(xué)汽相沉積過(guò)程、和干灰化過(guò)程。
雖然已經(jīng)參照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例具體圖示和描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解到在不背離由所附權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明的精髓和范圍前提下，可以對(duì)本發(fā)明作出形式和細(xì)節(jié)上的各種變化。
權(quán)利要求
1.一種螺旋諧振器型等離子體處理設(shè)備，包括處理室，該處理室具有襯底托架，該襯底托架支撐待處理的襯底；具有雙管形式的介電管，該介電管設(shè)置在處理室上，以便與處理室的內(nèi)部空間相連通，該介電管包括內(nèi)管，圍繞內(nèi)管的外管，以及源氣體入口，該源氣體入口設(shè)置在外管上，以便將等離子體源氣體供給到內(nèi)管和外管之間的空間內(nèi)；螺旋線圈，該螺旋線圈圍繞介電管的外管纏繞；以及RF電源，該RF電源向螺旋線圈供給RF功率。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括設(shè)置在介電管內(nèi)的控制電極，用以控制介電管內(nèi)產(chǎn)生的等離子體電勢(shì)；以及可變DC電源，用以向控制電極施加預(yù)定電勢(shì)。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，控制電極設(shè)置在內(nèi)管的上部和外管的上部之間。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中控制電極設(shè)置在源氣體入口之下，并具有多個(gè)孔，源氣體穿過(guò)這些孔。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，控制電極是篩網(wǎng)狀的。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，介電管由石英制成。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，介電管在其底部包括等離子體分配器，該等離子體分配器具有多個(gè)孔。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，等離子體分配器形成為與內(nèi)管和外管之間的空間相對(duì)應(yīng)的環(huán)形。
9.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，螺旋線圈的一端接地，而另一端電開(kāi)路，并且開(kāi)路端纏繞到陶瓷件中。
10.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，螺旋線圈包括多個(gè)抽頭，這些抽頭形成在螺旋線圈的不同位置上；以及設(shè)置在抽頭和RF電源之間的開(kāi)關(guān)，用以將RF功率選擇性施加到抽頭上。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，每個(gè)抽頭設(shè)置在螺旋線圈的每隔一圈上。
12.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，螺旋線圈為方形橫截面。
13.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，金屬圓筒圍繞螺旋線圈設(shè)置。
14.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中，金屬圓筒由銅形成。
15.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中，金屬圓筒的內(nèi)側(cè)包括設(shè)置在金屬圓筒內(nèi)側(cè)的輻射風(fēng)扇，用以將螺旋線圈產(chǎn)生的熱量耗散到外部；以及形成在金屬圓筒的蓋上的多個(gè)孔，用以將空氣排出到外部。
16.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中，輻射風(fēng)扇由金屬圓筒的蓋支撐。
17.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括沿著處理室的內(nèi)周設(shè)置的多個(gè)磁鐵，這些磁鐵間隔開(kāi)預(yù)定距離。
18.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中，磁鐵為永久磁鐵。
19.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中，處理室包括圓筒形的磁鐵支撐單元，用以支撐靠近處理室內(nèi)周設(shè)置的所述多個(gè)磁鐵。
20.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中，磁鐵支撐單元具有多個(gè)狹槽，以便在每隔狹槽內(nèi)插入永久磁鐵。
21.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中，所述多個(gè)狹槽布置成兩行。
22.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中，磁鐵支撐單元具有冷卻永久磁鐵的冷卻線路。
23.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中，冷卻線路設(shè)置在磁鐵支撐單元的邊緣上。
24.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中，磁鐵支撐單元包括圓筒形的保護(hù)單元，用以包括磁鐵免受等離子體影響，該保護(hù)單元設(shè)置在磁鐵支撐單元的內(nèi)側(cè)。
25.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括工藝氣體注入單元，用以注入加工放置在處理室內(nèi)的晶片的工藝氣體。
26.如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中，工藝氣體注入單元包括通過(guò)處理室的側(cè)壁安裝的氣體入口；噴射器，該噴射器為環(huán)形并設(shè)置在處理室內(nèi)；以及多個(gè)氣體分配孔，這些孔形成在噴射器中，用以將穿過(guò)入口的工藝氣體分布到處理室內(nèi)。
27.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，RF電源經(jīng)匹配網(wǎng)絡(luò)電連接到螺旋線圈上。
28.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，襯底托架連接到偏壓電源上。
29.如權(quán)利要求28所述的設(shè)備，其中，偏壓電源是RF電源，且該RF電源經(jīng)匹配網(wǎng)絡(luò)電連接到襯底托架上。
30.一種螺旋諧振器等離子體處理設(shè)備，包括處理室，該處理室具有支撐待處理的襯底的襯底托架；介電管，該介電管設(shè)置在處理室上，以便與處理室的內(nèi)部空間連通，在該介電管中設(shè)置源氣體入口，用以提供等離子體源氣體；圍繞介電管纏繞的螺旋線圈；將RF功率施加到螺旋線圈上的RF電源；設(shè)置在介電管內(nèi)的控制電極，用以控制介電管內(nèi)產(chǎn)生的等離子體電勢(shì)；以及可變DC電源，用以將預(yù)定電勢(shì)施加到控制電極上。
31.如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中控制電極設(shè)置在源氣體入口之下；并且控制電極具有多個(gè)孔，等離子體源氣體穿過(guò)這些孔。
32.如權(quán)利要求31所述的設(shè)備，其中，控制電極為篩網(wǎng)狀的。
33.如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中，襯底托架連接到偏壓電源上。
34.如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中，螺旋線圈包括多個(gè)抽頭，這些抽頭形成在螺旋線圈的不同位置處；以及設(shè)置在抽頭和RF電源之間的開(kāi)關(guān)，用以選擇性將RF功率施加到抽頭上。
35.如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中，螺旋線圈是方形橫截面的。
36.如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中，圍繞螺旋線圈設(shè)置一金屬圓筒。
37.如權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其中，金屬圓筒包括設(shè)置在金屬圓筒內(nèi)側(cè)的輻射風(fēng)扇，用以將螺旋線圈產(chǎn)生的熱量耗散到外部；以及形成在金屬圓筒的蓋上的多個(gè)孔，用以將空氣排出到外部。
38.如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，還包括多個(gè)磁鐵，這些磁鐵沿處理室內(nèi)周設(shè)置、間隔開(kāi)預(yù)定距離。
39.如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，還包括工藝氣體注入單元，用以注入加工處理室內(nèi)放置的晶片的工藝氣體。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種螺旋諧振器等離子體處理設(shè)備。該等離子體處理設(shè)備包括處理室，該處理室具有襯底托架，該襯底托架支撐待處理的襯底；設(shè)置在處理室上以便與處理室的內(nèi)部空間相連通的介電管；圍繞介電管的外管纏繞的螺旋線圈；以及向螺旋線圈供給RF功率的RF電源。介電管為雙管形式，包括內(nèi)管和外管。而在外管內(nèi)設(shè)置等離子體源氣體入口，用以將等離子體源氣體供給到內(nèi)管和外管之間的空間內(nèi)。在介電管內(nèi)設(shè)置控制電極，用以控制等離子體電勢(shì)。這種等離子體處理設(shè)備提供了沿晶片徑向的均勻等離子體密度分布，并易于控制處理室內(nèi)的等離子體電勢(shì)。
文檔編號(hào)H01L21/205GK1614746SQ20041008977
公開(kāi)日2005年5月11日 申請(qǐng)日期2004年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月4日
發(fā)明者金大一, 馬東俊, 金國(guó)閏, 崔圣圭 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社