專利名稱：混合型電容耦合和電感耦合等離子處理系統(tǒng)的方法和設備的制作方法
混合型電容耦合和電感耦合等離子處理系統(tǒng)的方法和設備
背景技術(shù)：
等離子處理的發(fā)展促進了半導體工業(yè)的成長。半導體工業(yè)是高度競爭的市場。能夠在不同的處理條件下處理基片的能力可使制造商相對其他競爭者具有優(yōu)勢。因此，制造 商們花費專門的時間和資源來開發(fā)提高基片處理的方法和/或裝置。通常，等離子處理系統(tǒng)可由多個構(gòu)造構(gòu)成。例如，等離子處理系統(tǒng)可構(gòu)造為電容耦 合等離子(CCP)處理系統(tǒng)或電感耦合等離子(ICP)處理系統(tǒng)。每種等離子處理構(gòu)造建立為 能夠在較大的工藝參數(shù)范圍內(nèi)進行處理。然而，近年來，所處理的器件的類型變得更加精密以及需要更好的工藝控制。例 如，所處理的器件變得更小以及需要更精確地控制等離子參數(shù)(如等離子密度和縱貫該基 片的一致性)以獲得更好的成品率。此外，器件制造是多步驟工藝。工藝中的每個步驟需 要不同的工藝體制，這僅能在特定構(gòu)造的等離子處理系統(tǒng)上實現(xiàn)。因此，單一構(gòu)造的等離子 處理系統(tǒng)的工藝參數(shù)范圍無法提供整體解決方案以處理下一代基片。為了便于討論，圖IA說明現(xiàn)有電容耦合等離子(CCP)處理系統(tǒng)的簡化表述。等離 子處理系統(tǒng)100可以是單、雙(DFC)或三頻射頻(RF)電容放電系統(tǒng)。其中一個例子，射頻 可包括，但不限于，2，27和60MHz。電容耦合等離子處理系統(tǒng)100可構(gòu)造為包括設在下部電 極102上方的基片106。考慮這種情況，例如其中正在處理基片106。在等離子處理期間，具有接地路徑的 RF發(fā)生器108通過RF匹配110提供RF功率至下部電極102。在一個示例中，RF匹配110 可用來最大化至該等離子系統(tǒng)的功率傳送。來自RF發(fā)生器108的功率可與氣體反應(為 了簡化說明而未示)以在上部電極104和基片106之間的間隙112中引發(fā)等離子114。在 圖IA的示例中，上部電極104示為接地。然而，上部電極104也可通電。等離子114可用 來蝕刻和/或?qū)⒉牧铣练e在基片106上以產(chǎn)生電子器件。在CCP處理系統(tǒng)中，如圖IA的等離子處理系統(tǒng)100，間隙112可構(gòu)造為非常窄的間 隙。該間隙可以是間隙112與該上部電極104的直徑之間大約1 5至大約1 15的縱 橫比。通過形成窄的間隙，需要更短的氣體停留時間以最小化負載效應的處理步驟可用來 處理基片。這里所使用的術(shù)語，負載指的是由于蝕刻工藝中消耗索道至的反應性蝕刻劑的 可測量損耗。因此，CCP處理系統(tǒng)可適應具有非常小特征的、需要非常低氣體停留時間的電 子器件的蝕刻。通常，CCP處理系統(tǒng)100的一個受限特征，如圖IA所示，是不能解耦離子密度和離 子能量。在等離子處理期間，在CCP處理系統(tǒng)中難以獨立控制該離子密度和該離子能量。例 如，試圖通過增加RF功率來增加離子能量會導致鞘電勢增加，使得離子能量增加。CCP處理 系統(tǒng)100的另一受限特征，如圖IA所示，是相比電感耦合等離子處理系統(tǒng)能夠生成更高的 等離子密度。因此，CCP處理系統(tǒng)不能適于需要高等離子密度和/或獨立控制該離子能量 和該離子密度的等離子處理步驟。圖IB說明現(xiàn)有電感耦合等離子(ICP)處理系統(tǒng)的簡化示意表示。電感耦合等離 子處理系統(tǒng)150可構(gòu)造為包括設在下部電極152上方的基片156。如圖IB所示，該下部電極152可接地或由第一 RF發(fā)生器158供電。可通過RF匹配160將RF功率傳輸至下部電極152。在一個示例中，RF匹配160可用來最大化至該等離子系統(tǒng)的功率傳輸?？紤]這種情況，例如，其中處理基片156。在等離子處理期間，第二 RF發(fā)生器168 可施加RF功率至感應線圈166。感應線圈166的剖面(如圖IB所示)可以是設在介電窗 154上方具有空芯的螺旋線圈。從RF發(fā)生器168至感應線圈166的功率可引起穿過介電窗 154的磁場172。所引發(fā)的電場可產(chǎn)生電流，其與氣體反應以引發(fā)和維持等離子164。相比圖IA的CCP處理系統(tǒng)，由ICP處理系統(tǒng)生成的等離子164往往在類似的RF 功率水平上具有更高的密度。ICP處理系統(tǒng)150和CCP處理系統(tǒng)100的主要區(qū)別是將RF功 率耦合于等離子的方式。除了將來自RF發(fā)生器158的低偏壓RF功率施加到基片156，ICP 處理系統(tǒng)150中還可通過介電窗154將RF功率耦合于等離子164。因此，通過應用足夠的、 RF功率與等離子的非電容性耦合可在ICP處理系統(tǒng)中獲得高離子密度和低等離子電勢。如圖IB所示，等離子164可具有環(huán)面/圓環(huán)形形狀，其中該等離子圓環(huán)形可形成 在介電窗154和基片156之間的間隙162中。該磁場172 (如圖IB所示)可離軸達到峰值， 艮口，在感應螺旋線圈166半徑170的一半(1/2)距離處，而最小值在線圈的中心或壁處。因 此，該等離子圓環(huán)形164由于感應螺旋線圈166所產(chǎn)生的該磁場172而導致在感應螺旋線 圈166的直徑170 —半的距離處具有最大密度。如本領域技術(shù)可以認識到的，ICP處理系統(tǒng)中的該間隙162需要足夠高，S卩，該間 隙162的高度與感應線圈166的半徑相當以容納由感應線圈166產(chǎn)生的該磁場172。需要 足夠的間隙高度從而通過介電窗154引導的RF功率可吸收進等離子164。通過設置足夠 的間隙高度以便等離子吸收RF功率，可避免對基片156的損傷。例如，如果該間隙過窄，磁 場172會與基片156相互作用而產(chǎn)生電場感應電流和電容耦合而不是產(chǎn)生和/或維持等離 子。該電容耦合會導致該基片上器件的擊穿和/該基片上溫度增加，這對于等離子處理是 不希望發(fā)生的。因此，ICP處理系統(tǒng)的限制在于需要以相對大的間隙進行等離子處理。ICP處理系統(tǒng)150的另一局限，如圖IB所示，在處理非常大的基片中。為了在非 常大的基片上方實現(xiàn)相對良好的等離子一致性(在受到該磁場作用時)，感應線圈166會 需要按比例增加到近似的尺寸。所以，該室可以不用變得非常大，因為等離子的最大區(qū)域是 感應線圈166半徑170的一半。為了實現(xiàn)良好的等離子一致性，該感應線圈166需要足夠 大以覆蓋該較大的基片并且不會在邊緣引起不一致。然而，隨著該室變大以補償該感應線 圈，ICP處理系統(tǒng)的設計會遇到各種各樣的機械和/或工程上的挑戰(zhàn)。例如，真空負荷會非 常高以便支持該放大的ICP處理系統(tǒng)。另外，該氣體不能快速地排空從而導致不希望的過 長的停留時間。此外，較大的介電窗154更難以加工處理。盡管ICP處理系統(tǒng)能夠傳輸高密度等離子以及能夠解耦離子密度和離子能量，但 是ICP處理系統(tǒng)的局限在于相對大的間隙和處理較大基片時彌補等離子一致性所產(chǎn)生的 設計方面的挑戰(zhàn)。圖2示出現(xiàn)有感應線圈裝置的簡化示意圖，V. Godyak在“Distributed Ferromagnetic Inductively Coupled Plasma as anAlternative Plasma Processing Tool，，中 | [ii, Japanese Journal ofApplied Physics Vol. 45, No. 10B>2006, PP.8035A-8041。如圖2所示，可采用多個芯體202A、202B、202C、202B、202E和202F。相比圖IB的空芯，每個芯體可由磁性材料構(gòu)成，如鐵氧體或鐵粉。該多個磁性芯體(202A-F)的每個芯 體可構(gòu)造有來自多個線圈204A、204B、204C、204D、204E和204F的一個以用作小的感應源。 例如，如圖2所示，線圈204A對應磁性芯體202A的繞線?？刹捎么判孕倔w材料以將該磁場 限制在一定區(qū)域，從而相比圖IB提高耦合，其中該線圈可以是螺旋裝置以從來自該線圈的 電流引起環(huán)形/圓環(huán)形形狀磁場。因此，該多個小感應芯體的布置可解決圖IB的單個、大 螺旋線圈的局部不一致問題。如圖2所示，該感應芯體(202A-F)可纏繞線圈(204A-F)并在六角形封閉封裝裝 置中串聯(lián)連接以提高一致性和增加詞耦合的效能。然而，采用該六角形封閉封裝裝置作為 該感應線圈的填充間距不用試圖配位這些芯體元件。如可從前面所述認識到的，CCP處理系統(tǒng)的局限在于低密度等離子和/或不能解耦該離子密度和該離子能量。盡管ICP處理系統(tǒng)能夠克服高密度等離子和/或解耦離子密 度和離子能量產(chǎn)生的局限，但是ICP處理系統(tǒng)的局限在于相對大的間隙和/或處理較大基 片時的設計挑戰(zhàn)?？紤]到需要該半導體工業(yè)中保持競爭力，所以非常需要能夠增強CCP和 ICP處理系統(tǒng)的能力。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，本發(fā)明涉及電容耦合等離子(CCP)處理系統(tǒng)，具有用于處理基 片的等離子處理室。該電容耦合等離子(CCP)處理系統(tǒng)包括用于處理該基片的上部電極和 下部電極，該基片在等離子處理期間設在該下部電極上。該電容耦合等離子(CCP)處理系 統(tǒng)還包括感應線圈裝置陣列，構(gòu)造為在該上部電極和該下部電極之間的間隙中以感應方式 維持等離子。上述概要只涉及這里所公開的本發(fā)明許多實施例的一個并且不是為了限制本發(fā) 明的范圍，這里在權(quán)利要求中闡述該范圍。本發(fā)明的這些和其他特征在下面對本發(fā)明的詳 細說明中結(jié)合附圖更詳細的描述。


在附圖中，本發(fā)明作為示例而不是作為限制來說明，其中類似的參考標號指出相 似的元件，其中圖IA說明現(xiàn)有電容耦合等離子(CCP)處理系統(tǒng)的簡化表示。圖IB說明現(xiàn)有電感耦合等離子(ICP)處理系統(tǒng)的簡化示意性表示。圖2示出V. Godyak提出的現(xiàn)有感應線圈裝置的簡化示意圖。圖3A示出按照本發(fā)明一個實施例，電容耦合等離子處理系統(tǒng)的簡化示意圖，配置 有感應線圈裝置陣列以能夠電感耦合等離子。圖3B示出按照本發(fā)明一個實施例，電容耦合等離子處理系統(tǒng)的簡化示意圖，配置 有馬蹄形感應線圈裝置陣列以能夠電感耦合等離子。圖4示出按照本發(fā)明一個實施例，上部電極一部分的簡化俯視示意圖，說明該上 部電極中、朝向該感應線圈徑向的狹縫。圖5A示出按照本發(fā)明一個實施例，代表性的、棋盤式感應線圈陣列裝置簡化俯視 示意圖。
圖5B示出按照本發(fā)明一個實施例，代表性的、交替同心的、用以模擬螺旋線圈的 感應線圈裝置的簡化俯視示意圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將根據(jù)其如在附圖中說明的幾個實施方式來具體描述本發(fā)明。在下面的描述 中，闡述許多具體細節(jié)以提供對本發(fā)明的徹底理解。然而，對于本領域技術(shù)人員，顯然，本發(fā) 明可不利用這些具體細節(jié)的一些或者全部而實施。在有的情況下，公知的工藝步驟和/或 結(jié)構(gòu)沒有說明，以避免不必要的混淆本發(fā)明。參照本發(fā)明的實施例，提供方法和裝置，用以將電容耦合等離子處理系統(tǒng)構(gòu)造有 感應線圈裝置陣列以使得該等離子處理系統(tǒng)能夠作為電容耦合和/或電感耦合等離子處 理系統(tǒng)之一來運行。本發(fā)明的實施例可包括應用該感應線圈裝置陣列等離子處理室的窄間 隙中提供高密度等離子。利用局部控制該感應線圈裝置陣列中每個感應線圈，可實現(xiàn)等離 子一致性從而在電子器件的處理中獲得更高的成品率。在一個實施例中，該等離子處理系統(tǒng)可配置有該感應線圈裝置陣列。在一個示例 中，該感應線圈裝置陣列可配置有一組線軸作為磁性芯體。在另一示例中，該磁性芯體可以 是一組馬蹄形磁體。在一個實施例中，該磁性芯體可由磁性材料構(gòu)造，如鐵磁體或鐵粉。通 過將磁性材料用作芯體，磁場可限制在一定區(qū)域以相比現(xiàn)有的、在螺旋感應線圈中采用空 芯的ICP系統(tǒng)提高耦合。在一個實施例中，每個磁性芯體可纏繞有線圈。每個感應線圈上的線圈可遠離上 部電極以相比螺旋線圈設在介電窗上的現(xiàn)有技術(shù)最小化電容耦合。在線軸作為磁性芯體的示例中，在一個實施例中，相鄰的線軸可彼此交替、磁極相 對布置。在一個實施例中，通過配位交替的、磁極相對的布置，允許來自這些相鄰的、磁極相 對的線軸的磁通量耦合形成環(huán)形磁場，其透入該等離子區(qū)域以維持等離子。為了使相鄰的 線軸對的磁回路完整，可采用磁性連接件以跨接這組線軸。磁性連接件可以是磁性帶或磁 性板。磁性帶和/或磁性板可由與該芯體相同的磁性材料構(gòu)成。在馬蹄形磁體作為磁性芯體的示例中，該馬蹄形磁體彎曲成“U”形，從而該兩個相 對的磁極位于同一平面。因此，每個馬蹄形磁體類似于具有連接帶的一對磁極相對的相鄰 線軸。然而，相比該線軸，馬蹄形磁體被迫使與同一磁體上的相對磁極耦合。而，該線軸上 的一個極的磁場可循環(huán)并與任何相鄰線軸的相對磁極耦合。相比現(xiàn)有技術(shù)，配位該感應線圈裝置陣列中的磁性芯體的磁極以增強該磁通量的 耦合而不是用作該現(xiàn)有技術(shù)中的獨立的感應源。該感應線圈裝置陣列中相鄰的成對的相對 磁極的配位耦合允許將該組環(huán)形磁場控制在該等離子區(qū)域中。因此，等離子一致性可通過 局部控制來增強。在一個實施例中，相對磁極的間距最好是該等離子室間隙，以便在等離子處理期 間控制該環(huán)形磁場透入該等離子區(qū)域的距離而不會損傷基片。在一個實施例中，相對的磁 極的間距范圍從該間隙的大約25%至整個間隙。相比現(xiàn)有技術(shù)，磁性芯體的間距最好是等 離子處理，而不是以間距填充的方式封裝。此外，可采用ICP以類似CCP工藝的、相對窄的 間隙處理基片，而沒有現(xiàn)有的ICP工藝的更寬間隙的局限性。在一個實施例中，該上部電極可配置有靜電屏蔽以使得導體材料表現(xiàn)為絕緣體。在一個示例中，靜電屏蔽可通過在上部電極中、朝向感應線圈徑向制造狹縫形成。通過應用 該靜電屏蔽，該上部電極構(gòu)造為在角向表現(xiàn)為絕緣體。相比現(xiàn)有技術(shù)，導體材料(即，該上 部電極)可應用于ICP工藝中，與該感應線圈的電感耦合最小，而沒有應用介電窗的局限 性。在一個實施例中，這組感應線圈可為了一致性而布置為自相似圖案，或布置為預 定的圖案以模擬更大的感應線圈的磁場。在另一實施例中，一組感應線圈中每個感應線圈 可獨立控制以改變傳輸至該感應線圈的頻率和/或RF功率以實現(xiàn)該等離子的局部操縱。在一個實施例中，在ICP處理過程中采用感應線圈裝置，上部電極可構(gòu)造為接地、RF供電或DC偏置。替代的方式或額外地，下部電極可通過同樣的或不同的射頻通電。本發(fā)明的特征和優(yōu)點參照下面的附圖和討論(現(xiàn)有的機構(gòu)和本發(fā)明的實施例對 比)可更好地理解。圖3示出，按照本發(fā)明一個實施例，電容耦合等離子處理系統(tǒng)的簡化示意圖，該系 統(tǒng)配置有感應線圈裝置陣列以能夠電感耦合等離子。如圖3A所示，等離子處理系統(tǒng)300可 構(gòu)造為典型的CCP處理系統(tǒng)?？紤]這種情況，例如，其中，基片306在等離子處理系統(tǒng)300以電容耦合模式處理。 等離子處理系統(tǒng)300構(gòu)造為包括設在下部電極302上方的基片306。在等離子處理期間，具 有接地路徑的RF發(fā)生器308可通過RF匹配310提供RF功率至下部電極302。在一個示 例中，可采用RF匹配310以最大化對等離子系統(tǒng)的功率輸送。該射頻可包括，但不限于2、 27和60MHz。來自RF發(fā)生器308的功率趨向于與氣體(為了簡化說明而未示)相互作用 以在上部電極304和基片306之間引起等離子314。如圖3A所示，下部電極306構(gòu)造為鄰 近具有下部接地擴展覆蓋環(huán)318的下部接地擴展環(huán)316。類似地，上部電極304可構(gòu)造為鄰 近具有上部接地擴展覆蓋環(huán)322的上部接地擴展環(huán)320。在圖3A的實施中，等離子314可通過一組限制環(huán)324限制在間隙312之間。如前 面所提到的，間隙312在CCP處理系統(tǒng)中可以是相對窄的間隙以便于需要較短氣體停留時 間的處理參數(shù)最小化負載效應。如可從前面所述認識到的，如圖3A所示的等離子處理系統(tǒng)300可結(jié)合通常用在 CCP處理系統(tǒng)中的其他額外結(jié)構(gòu)，如可調(diào)節(jié)電極間隙312、限制環(huán)324的可調(diào)間隙、DC和/或 RF通電上部電極304等。按照本發(fā)明一個實施例，等離子處理系統(tǒng)300 (如圖3A所示)示 為沒有全功能CCP處理系統(tǒng)的表示中的局限性。然而，考慮這種情況，例如其中，可能工藝中的一個步驟所需要的處理參數(shù)超出該 CCP處理系統(tǒng)的能力。按照本發(fā)明一個實施例，等離子處理系統(tǒng)300可從該電容耦合模式切 換到電感耦合模式。在一個實施例中，等離子處理系統(tǒng)300可配置有感應線圈裝置陣列340，如圖3A所 示。該感應線圈裝置陣列340是配置有一組線軸(326A-L)。該線軸(326A-L)可由磁性材 料構(gòu)成，如鐵磁體或鐵粉。按照本發(fā)明一個實施例，每個線軸(例如圖3A的線軸326A)實際上是獨立的磁 棒，其布置為設在上部電極304上方的陣列。每個磁棒或線軸(例如線軸326A)在該棒的 每端上可配置有North(N)磁極和South(S)磁極。在一個實施例中，該組線軸(326A-L)可通過一組帶(332A-H)跨接該頂部。這些帶可由高滲透性材料(如鐵磁體或鐵粉)構(gòu)成。這些帶由與該線軸同種磁性材料制成以使 得該組線軸(326A-L)之間的磁回路完整?；蛘?，這些帶可以是簡單的板，也由高滲透性材 料(如鐵磁體或鐵粉)制成。因此，可使一組線軸(326A-L)中相近的線軸對之間的磁回路完整。在一個實施例中，一組線軸(326A-L)中每個線軸(例如線軸3 26A)可纏繞有 一組線圈(328A-L)中的線圈(例如線圈328A)。參照一個實施例，纏繞在對應的線軸組 (326A-L)上的該組線圈(328A-L)可遠離上部電極304以相比現(xiàn)有的、圖IB的設在介電窗 154上的螺旋線圈166最小化電容耦合。按照本發(fā)明一個實施例，在一個實施例中，該組線軸(326A-L)可布置為交替相對 的磁極、彼此相鄰。例如，線軸326A在圖3中以頂部330A上N極的俯視圖示出，以及該相鄰 線軸326B以頂部330B上的S極的俯視圖示出。因此在一個實施例中，該線軸陣列(326A-L) 可布置為交替相對的磁極，從而允許具有相對磁極的一對相鄰線軸的磁場耦合形成該組環(huán) 形磁場(334A-K)。相比現(xiàn)有技術(shù)，配對該感應線圈裝置陣列中磁性芯體的磁極以增強該磁通量的耦 合，而不是用作現(xiàn)有技術(shù)中的獨立的感應源。該感應線圈裝置陣列中相鄰的、相對磁極的配 對耦合允許將該組環(huán)形磁場控制在該等離子區(qū)域中。因此，等離子一致性可通過局部控制 而增強。在一個實施例中，該線軸之間的間距最好是該間隙312高度使得相鄰線軸的環(huán) 形磁場(334A-K)根據(jù)需要透入如圖3A所示的該等離子區(qū)域。相鄰線軸的該環(huán)形磁場 (334A-K)可透過間隙312的距離是該相鄰線軸之間的間隔。希望該環(huán)形磁場(334A-K)透 過該上部電極304以在間隙312中激發(fā)和維持等離子而不損傷基片306。通常，該間距可從 該間隙的大約25%至該間隙的全高度。因此，相鄰線軸的間距最好是該間隙312高度以獲 得該等離子處理參數(shù)所要求的環(huán)形磁場。相比現(xiàn)有技術(shù)，該磁性芯體的間距可為等離子處理優(yōu)化，而不是封裝在六角形間 距填充的裝置中。此外，可利用ICP利用類似CCP工藝的相對窄的間隙來處理基片，而沒有 現(xiàn)有的ICP工藝的較寬間隙的局限性?；蛘咴诹硪粚嵤├?，馬蹄形磁體可用來替代磁棒以提供感應線圈裝置陣列。圖 3B示出，按照本發(fā)明一個實施例，電容耦合等離子處理系統(tǒng)的簡化示意圖，其配置有馬蹄形 感應線圈裝置陣列以能夠電感耦合等離子。等離子處理系統(tǒng)300可配置有另一感應線圈裝置陣列380，如圖3B所示。該感應 線圈裝置陣列380可配置有一組馬蹄形磁體(356A-F)。該馬蹄形磁體(356A-F)可由磁性 材料構(gòu)成，如鐵磁體或鐵粉。在一個實施例中，一組馬蹄形磁體(356A-F)中每個馬蹄形磁體(例如馬蹄形磁體 356A)可纏繞一組線圈(358A-F)中的一個線圈(例如線圈358A)。參照一個實施例，纏繞 在對應的馬蹄形磁體組(356A-L)上的該組線圈(358A-F)遠離上部電極304以相比圖IB 現(xiàn)有的、設在介電窗154上的螺旋線圈166最小化電容耦合。每個馬蹄形磁體(例如圖3B的馬蹄形磁體356A)在每端還配置有North (N)磁極 和South(S)磁極，類似于該磁棒。然而，馬蹄形磁體彎曲成“U”形，從而兩個相對的磁極位 于同一平面。因此，馬蹄形磁體(例如圖3B的馬蹄形磁體356A)類似圖3A中具有連接帶的、相鄰磁棒的一對相對磁極。然而，與圖3A的線軸不同，馬蹄形磁體被迫使與同一磁體上的相對磁極耦合。而，圖3A中線軸上的磁極的磁場可循環(huán)并與任何相鄰線軸的相對磁極耦合。如本領域技術(shù)人員可認識到的，每個馬蹄形磁體上相對磁極的間距也最好是該間 隙332高度以獲得該等離子處理參數(shù)所要求的環(huán)形磁場(360A-F)。如可從前面所述認識到的，圖3A的該組線軸感應線圈裝置和圖3B的該組馬蹄形 磁體感應線圈裝置之間的主要區(qū)別是在馬蹄形磁體內(nèi)的強迫耦合，而不是與任何相鄰線軸 的相對磁極耦合。然而，線軸裝置和馬蹄形磁體兩者都采用預先確定的相對磁極的配對耦 合來感應線圈，而不是只是采用V. Godyak的感應線圈裝置的封閉封裝、間距填充。如圖3A和3B所示，在一個實施例中，該線軸和/或馬蹄形磁體可設在上部電極 304上方。在另一實施例中，線軸和/或馬蹄形磁體可與上部電極304設置為其他構(gòu)造。按 照本發(fā)明一個實施例，例如，該上部電極304可加工有沉孔，從而該線軸和/或馬蹄形磁體 可部分埋在該上部電極304中。在另一示例中，該線軸和/或馬蹄形磁體可穿透上部電極 304以與上部電極304面向等離子的表面平齊或突出該表面。如果該線軸和/或馬蹄形磁 體突出或穿透，則暴露出來的一端需要蓋住或者保護以確保不會對該工藝產(chǎn)生不利影響。另外，為了防止電感耦合，上部電極304需要由高抗性材料構(gòu)成、需要非常薄或需 要切口。圖4示出，按照本發(fā)明一個實施例，上部電極的一部分的俯視簡化示意圖，說明該 上部電極中、朝向該感應線圈徑向的狹縫。如圖4所示，圖3A和/或3B的上部電極304的一部分400可配置有多個感應線 圈402A、402B、402C和402D。導體材料(如圖3的上部電極304)可通過提供靜電屏蔽或法 拉第(Faraday)屏蔽而做成表現(xiàn)為絕緣體。在一個實施例中，該靜電屏蔽可通過制作一直 穿過該上部電極表面的、朝向該感應線圈徑向的狹縫形成。例如，該狹縫404A從感應線圈 402A徑向延伸至402D。徑向狹縫404A不必觸及或到達感應線圈402A或402D的邊緣。因 此，通過采用該靜電屏蔽，導體材料(如圖3A的上部電極304)可制作成在角向表現(xiàn)為絕緣 體。通過采用該靜電屏蔽，該上部電極構(gòu)造為在角向表現(xiàn)為絕緣體。相比現(xiàn)有技術(shù)，導 體材料(即，該上部電極)可用于ICP工藝，利用來自該感應線圈的最小的電感耦合，而不 限于采用介電窗。如本領域技術(shù)人員可認識到的，其他技術(shù)也可用來使得導體材料表現(xiàn)為絕緣體。 例如參照一個實施例，上部電極304可選擇為更有抗性的材料，從而該徑向狹縫不必一直 切透該表面。對于更有抗性的材料，在一個實施例中，該上部電極可構(gòu)造為更薄的片。或 者，在另一實施例中，另一種使該導體材料表現(xiàn)為絕緣體的方法是創(chuàng)建溝槽，嵌入氧化硅或 石英作為阻擋物。因此，可消除或最小化該感應線圈和上部電極之間的電感耦合。在一個實施例中，該組感應線圈可為一致性而布置為自相似圖案或布置為特殊的 圖案以模擬更大的感應線圈的磁場。圖5A示出，按照本發(fā)明一個實施例，代表性的、棋盤形式的感應線圈陣列裝置的 簡化俯視示意圖。如圖5A所示，具有North極的感應線圈(502A-E)可與具有相對的South 極的感應線圈(504A-D)布置為交替的棋盤形式布置。在該棋盤形式布置中，因為交替圖案 的該自相似特性而使得磁場非常一致。因此，相比圖IB的現(xiàn)有螺旋線圈166可以提高等離子一致性。例如，在處理大的基片中，不需要像現(xiàn)有ICP處理系統(tǒng)那樣增加該線圈的尺寸來
提高等離子一致性。圖5B示出，按照本發(fā)明一個實施例，代表性的模擬螺旋線圈的感應線圈交替同心環(huán)布置的俯視簡化示意圖。在圖5B的實施中，多組感應線圈552、554A-H、556A-P和558A-P 可布置為同心環(huán)，其中感應線圈的相對磁極相對設置。例如，在圖5B的實施中，感應線圈組 552的磁極是N，感應線圈組554A-H的磁極是S。如從前面所述可以認識到的，感應線圈可 布置為預定的圖案以根據(jù)工藝參數(shù)要求模擬所需要的磁場。在一個實施例中，該感應線圈裝置可由全局或在特定的感應線圈具體調(diào)諧的相同 射頻驅(qū)動以實現(xiàn)對該等離子的局部控制或操縱。在另一實施例中，至該感應線圈的RF功率 可總的通過匹配網(wǎng)絡或通過分布式供電裝置的放大器用以局部控制。在一個實施例中，ICP處理期間采用感應線圈裝置，上部電極可構(gòu)造為接地、RF通 電或DC偏置?？商娲鼗蝾~外地，下部電極可由不同的射頻通電。如本領域技術(shù)人員可認 識到的，采用感應線圈裝置的該CCP處理系統(tǒng)容許在ICP工藝中的混合CCP處理系統(tǒng)的特 征。因此，這樣的混合可有利地放寬處理基片的運行參數(shù)。如可從前面所述認識到的，一個或多個本發(fā)明的實施例提供能夠進行CCP和/或 ICP兩種工藝的等離子處理系統(tǒng)。通過將CCP處理系統(tǒng)包括ICP能力，拓寬了處理范圍。通 過在CCP處理系統(tǒng)中實現(xiàn)ICP，該等離子密度可增加超出電容耦合等離子處理系統(tǒng)可能的 范圍。通過將該CCP處理系統(tǒng)混有可產(chǎn)生非常均勻的等離子的感應線圈，基片可在非常窄 的間隙系統(tǒng)中以ICP模式處理，獲得較低的氣體物質(zhì)停留時間。通過移遠該線圈，可消除等 離子的偶發(fā)性靜電場。通過在該設計中采用上部電極，可取消該介電窗得到更簡單的室設 計。因此，該混合式CCP等離子處理系統(tǒng)的器件制造商可根據(jù)需要在電感耦合等離子模式 和/或電容耦合等離子模式之間切換以利用兩種技術(shù)所提供的特征。盡管本發(fā)明依照多個實施方式描述，但是存在落入本發(fā)明范圍內(nèi)的改變、置換和 各種替代等同物。還應當注意，有許多實現(xiàn)本發(fā)明方法和設備的可選方式。此外，本發(fā)明的 實施例可用在其他應用中。摘要部分在這里為了方便而提供，并且由于字數(shù)限制，因而是為 了閱讀方便進行書寫，而不應當用來限制權(quán)利要求的范圍。所以，其意圖是下面所附的權(quán)利 要求解釋為包括所有這樣的落入本發(fā)明主旨和范圍內(nèi)的改變、增加、置換和等同物。
權(quán)利要求
一種具有用于處理基片的等離子處理室的電容耦合等離子(CCP)處理系統(tǒng)，包括用于處理所述基片的至少一個上部電極和一個下部電極，所述基片在等離子處理期間設在所述下部電極上；以及感應線圈裝置陣列，所述感應線圈裝置陣列設在所述上部電極上方，所述感應線圈裝置陣列構(gòu)造為在所述上部電極和所述下部電極之間的間隙中以感應方式維持等離子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CCP處理系統(tǒng)，進一步包括至少一個射頻(RF)功率源，所述 RF功率源構(gòu)造為以電容方式在所述上部電極和所述下部電極之間引起和維持等離子。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的CCP處理系統(tǒng)，其中所述RF功率源的RF頻率是大約2MHz、 大約27MHz和大約60MHz的至少一個。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CCP處理系統(tǒng)，其中所述感應線圈裝置陣列至少包括一組磁性芯體，和一組線圈，該組線圈的每個線圈纏繞該組磁性芯體的每個磁性芯體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的CCP處理系統(tǒng)，其中該組磁性芯體的所述每個磁性芯體是線 軸，一組線軸中所述線軸通過一組磁性連接件磁耦合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的CCP處理系統(tǒng)，其中該組磁性連接件設在該組磁性芯體上從 而使得相鄰的線軸對的磁回路完整。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的CCP處理系統(tǒng)，其中該組線軸中的第一線軸布置為磁極與相 鄰線軸交替且相對。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的CCP處理系統(tǒng)，其中該組連接件是一組磁性帶和磁性板的至 少一個。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的CCP處理系統(tǒng)，其中該組磁性芯體的所述每個磁性芯體是馬 蹄形磁體。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的CCP處理系統(tǒng)，其中該組磁性芯體的每個磁性芯體是磁性材 料，所述磁性材料由鐵磁體和鐵粉的至少一種制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的CCP處理系統(tǒng)，其中該組磁性連接件的每個磁性連接件是磁 性材料，所述磁性材料由鐵磁體和鐵粉至少一種制成。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的CCP處理系統(tǒng)，其中該組磁性芯體中第一磁性芯體與相鄰的 磁性芯體隔開所述上部電極和所述下部電極之間的所述間隙的大約25%至100%的距離。
13.根據(jù)權(quán)利要求4所述的CCP處理系統(tǒng)，其中所述感應線圈裝置陣列中該組線圈的所 述每個線圈遠離所述上部電極。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CCP處理系統(tǒng)，其中所述上部電極配置有靜電屏蔽。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CCP處理系統(tǒng)，其中所述感應線圈裝置陣列中的感應線圈布 置為自相似圖案。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CCP處理系統(tǒng)，其中所述感應線圈裝置陣列中的感應線圈布 置為預定的圖案。
17.一種在電容耦合等離子(CCP)處理系統(tǒng)中、在等離子處理室中處理基片的方法，所 述方法包括所述等離子處理室中支撐所述基片，該室配置有相對設置的上部電極和下部電極；將感應線圈裝置陣列構(gòu)造為在所述上部電極和所述下部電極之間的間隙中以感應方式引發(fā)等離子，所述感應線圈裝置陣列設在所述上部電極上方。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進一步至少包括將一個射頻(RF)功率源構(gòu)造為在所 述上部電極和所述下部電極之間以電容方式引發(fā)和維持等離子。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述RF功率源的RF頻率是大約2MHz、大約 27MHz和大約60MHz的至少一個。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述感應線圈裝置陣列至少包括 一組磁性芯體，和一組線圈，該組線圈的每個線圈纏繞該組磁性芯體的每個磁性芯體。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中該組磁性芯體的所述每個磁性芯體是線軸，一 組線軸中所述線軸通過一組磁性連接件磁耦合。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中該組磁性連接件是設在該組磁性芯體上從而使 得相鄰的線軸對的磁回路完整。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中該組線軸中的第一線軸布置為磁極與相鄰線軸 交替且相對。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中該組連接件是一組磁性帶和磁性板的至少一個。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中該組磁性芯體的所述每個磁性芯體是馬蹄形磁體。
26.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中該組磁性芯體的每個磁性芯體是磁性材料，所 述磁性材料由鐵磁體和鐵粉的至少一種制成。
27.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中該組磁性連接件的每個磁性連接件是磁性材 料，所述磁性材料由鐵磁體和鐵粉的至少一種制成。
28.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中該組磁性芯體中第一磁性芯體與相鄰的磁性芯 體隔開所述上部電極和所述下部電極之間的所述間隙的大約25%至100%的距離。
29.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述感應線圈裝置陣列中該組線圈的所述每個 線圈遠離所述上部電極。
30.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述上部電極是配置有靜電屏蔽。
31.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述感應線圈裝置陣列中的感應線圈布置為自 相似圖案。
32.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述感應線圈裝置陣列中的感應線圈布置為預 定的圖案。
全文摘要
提供一種具有用于處理基片的等離子處理室的電容耦合等離子(CCP)處理系統(tǒng)。該電容耦合等離子(CCP)處理系統(tǒng)包括用于處理該基片的上部電極和下部電極，該基片在等離子處理期間設在該下部電極上。該電容耦合等離子(CCP)處理系統(tǒng)還包括感應線圈裝置陣列，構(gòu)造為該上部電極和該下部電極之間的間隙中以感應方式維持等離子。
文檔編號H01L21/205GK101809722SQ200880110039
公開日2010年8月18日 申請日期2008年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月27日
發(fā)明者尼爾·本杰明, 拉金德爾·德辛德薩, 艾瑞克·胡德森, 阿列克謝·馬拉赫塔諾夫 申請人:朗姆研究公司