用于控制等離子體偏斜的遠程等離子體源的制作方法
【專利摘要】提供了一種等離子體源，所述等離子體源包括沿第一軸從第一端延伸到第二端的核芯元件。等離子體源進一步包括圍繞核芯元件的相應(yīng)的一個或多個第一部分而設(shè)置的一個或多個線圈。等離子體源進一步包括具有一個或多個內(nèi)壁的等離子體塊，所述一個或多個內(nèi)壁至少部分地包圍環(huán)形等離子體生成容積，所述環(huán)形等離子體生成容積圍繞核芯元件的第二部分而設(shè)置。環(huán)形等離子體生成容積包括第一區(qū)域，所述第一區(qū)域關(guān)于多個垂直軸對稱，所述多個垂直軸垂直于定位在第一軸上的第一點，所述第一區(qū)域具有在平行于所述第一軸的方向上的寬度以及在垂直于所述第一軸的方向上的深度。第一區(qū)域具有至少比第一區(qū)域的深度大三倍的寬度。
【專利說明】
用于控制等離子體偏斜的遠程等離子體源
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本文公開的實施例總體上涉及等離子體處理系統(tǒng)和材料以及用于控制等離子體處理系統(tǒng)中的等離子體均勻性的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]等離子體處理腔室經(jīng)常被用于各種電子器件制造工藝中，所述電子器件制造工藝諸如，蝕刻工藝、化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝以及與在基板上的電子器件的制造有關(guān)的其他工藝。然而，有時在處理基板的腔室中生成等離子體是不期望的且不具有成本效益。在此類情況下，可使用遠程等離子體源(RPS)。
[0003]常規(guī)的RPS設(shè)計在傳統(tǒng)上使用閉合環(huán)路RF(射頻)源配置，所述RF源配置具有卷繞閉合的磁性可滲透核芯的繞組，所述閉合的磁性可滲透核芯圍繞等離子體生成區(qū)域的部分。最近，已開發(fā)出開放環(huán)路RF源配置。開放環(huán)路RF源配置使用圍繞磁性可滲透核芯的環(huán)形處理容積，所述磁性可滲透核芯諸如，磁性可滲透線性桿，其中繞組卷繞所述磁性可滲透核芯。開放環(huán)路設(shè)計具有能夠360度圍繞磁性可滲透核芯來產(chǎn)生等離子體的優(yōu)點，這相對于閉合環(huán)路設(shè)計可增加效率。
[0004]雖然開放環(huán)路設(shè)計具有優(yōu)點，但是獲得用于等離子體均勻性的目標(biāo)可能具有挑戰(zhàn)性。例如，在使用圍繞線性磁性可滲透核芯(此核芯在第一水平方向上延伸)的環(huán)形等離子體腔室的開放環(huán)路設(shè)計中，RPS中的等離子體密度可能具有在第一水平方向上偏斜的一個或多個峰值。當(dāng)?shù)入x子體密度相對于環(huán)形等離子體腔室的中心，跨水平方向不居中或均勻時，則含有等離子體或含有自由基的氣體將不被均勻地供應(yīng)至工藝腔室，這產(chǎn)生在正在工藝腔室中處理的基板上實現(xiàn)的工藝結(jié)果的非均勻性。此外，當(dāng)對RPS硬件的配置進行小調(diào)整(諸如，相對于等離子體腔室對線圈位置的調(diào)整)時，經(jīng)常觀察到水平方向上等離子體密度均勻性的顯著偏移。
[0005]因此，對于改善等離子體腔室中的等離子體均勻性的開放環(huán)路RF源配置存在需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本文公開的實施例大體上涉及等離子體處理系統(tǒng)和材料以及用于控制等離子體處理系統(tǒng)中的等離子體均勻性的裝置。在一個實施例中，提供一種耦接至工藝腔室的等離子體源。等離子體源包括沿第一軸從第一端延伸到第二端的核芯元件。等離子體源進一步包括圍繞核芯元件的相應(yīng)的一個或多個第一部分而設(shè)置的一個或多個線圈。等離子體源進一步包括具有一個或多個內(nèi)壁的等離子體塊，所述一個或多個內(nèi)壁至少部分地包圍環(huán)形等離子體生成容積，所述環(huán)形等離子體生成容積圍繞在核芯元件的第二部分而設(shè)置。環(huán)形等離子體生成容積包括第一區(qū)域，所述第一區(qū)域關(guān)于多個垂直軸對稱，所述多個垂直軸在沿第一軸而定位的第一點處垂直于所述第一軸，所述第一區(qū)域具有在平行于第一軸的方向上的寬度以及在垂直于第一軸的方向上的深度。第一區(qū)域的寬度隨著距定位在第一軸上的第一點的深度增加而增加。第一區(qū)域有位于垂直軸中的一個垂直軸與內(nèi)壁的交叉點處的中心點，其中，所述中心點距定位在所述第一軸上的第一點第一深度。第一區(qū)域進一步具有在一個或多個內(nèi)壁上的第一位置與第二位置之間的第一寬度，其中所述第一寬度平行于第一軸，并且所述第一寬度距定位在第一軸上的第一點第二深度。第一區(qū)域具有橫跨第二深度與第一深度之間的距離的第三深度，其中第一寬度至少比第三深度大三倍。
[0007]在另一實施例中，提供一種耦接至工藝腔室的等離子體源。等離子體源包括沿第一軸從第一端延伸到第二端的核芯元件。等離子體源進一步包括圍繞核芯元件的相應(yīng)的一個或多個第一部分而設(shè)置的一個或多個線圈。等離子體源進一步包括具有一個或多個內(nèi)壁的等離子體塊，所述一個或多個內(nèi)壁至少部分地包圍環(huán)形等離子體生成容積，所述環(huán)形等離子體生成容積圍繞核芯元件的第二部分而設(shè)置。環(huán)形等離子體生成容積包括第一區(qū)域，所述第一區(qū)域關(guān)于多個垂直軸對稱，所述多個垂直軸在沿著第一軸而定位的第一點處垂直于所述第一軸，所述第一區(qū)域具有在平行于第一軸的方向上的寬度以及在垂直于第一軸的方向上的深度。第一區(qū)域由曲面和邊界線界定，所述曲面從所述內(nèi)壁中的一個內(nèi)壁上的第一位置延伸至第二位置，并且所述邊界線具有在第一位置與第二位置之間、平行于第一軸而延伸的第一寬度。曲面上沿垂直軸中的一個垂直軸而定位的點比曲面上位于除了沿垂直軸中的一個垂直軸以外的位置處的點更接近第一軸上的所述第一點。沿垂直軸中的一個垂直軸的曲面上的中心點至邊界線之間的距離是第一區(qū)域深度，并且第一寬度至少是第一區(qū)域深度的三倍。第二區(qū)域距第一軸比第一區(qū)域距第一軸更遠。
[0008]在又一實施例中，提供一種耦接至工藝腔室的等離子體源。等離子體源包括沿第一軸從第一端延伸到第二端的核芯元件。等離子體源進一步包括圍繞核芯元件的相應(yīng)的一個或多個第一部分而設(shè)置的一個或多個線圈。等離子體源進一步包括具有一個或多個內(nèi)壁的等離子體塊，所述一個或多個內(nèi)壁至少部分地包圍環(huán)形等離子體生成容積，所述環(huán)形等離子體生成容積圍繞核芯元件的第二部分而設(shè)置。環(huán)形等離子體生成容積包括圍繞核芯元件的第一區(qū)域，所述第一區(qū)域關(guān)于多個垂直軸對稱，所述多個垂直軸在沿第一軸而定位的第一點處垂直于所述第一軸。第一區(qū)域由曲面和邊界線界定，所述曲面從內(nèi)壁中的一個內(nèi)壁上的第一位置延伸至第二位置，并且所述邊界線具有在第一位置與第二位置之間、平行于第一軸而延伸的第一寬度。曲面上沿垂直軸中的一個垂直軸而定位的點比曲面上位于除了沿垂直軸中的一個垂直軸以外的位置處的點更接近第一軸上的所述第一點。沿垂直軸中的一個垂直軸的曲面上的中心點至邊界線之間的距離是第一區(qū)域深度，其中第一寬度至少是第一區(qū)域深度的三倍。環(huán)形等離子體生成容積進一步包括第二區(qū)域，所述第二區(qū)域距第一軸比第一區(qū)域距第一軸更遠，其中第一區(qū)域和第二區(qū)域形成基本上所有環(huán)形等離子體生成容積。
【附圖說明】
[0009]因此，為了可詳細地理解本公開的上述特征的方式，可參考實施例進行對上文簡要概述的本公開的更特定的描述，在所附附圖中示出實施例中的一些。然而，應(yīng)注意的是，附圖僅示出本公開的典型實施例，并且因此不被視為限制本公開的范圍，因為本公開可允許其他同等有效的實施例。
[0010]圖1A是根據(jù)一個實施例的、耦接至工藝腔室的等離子體源的等角視圖。[0011 ]圖1B是根據(jù)一個實施例的、圖1A中所示的等離子體源的剖視圖。
[0012]圖1C是根據(jù)一個實施例的、圖1B中所示的等離子體源的部分的近視圖。
[0013]圖2是根據(jù)另一實施例的等離子體源的部分的近視圖。
[0014]圖3是根據(jù)另一實施例的等離子體源的剖視圖。
[0015]圖4是根據(jù)對照實施例的等離子體塊的剖視圖。
[0016]為了促進理解，在可能的情況下，已使用相同的元件符號指定諸圖共用的相同元件?？梢灶A(yù)期，在一個實施例中公開的元件可有利地用于其他實施例，而無需特定敘述。
【具體實施方式】
[0017]本公開的實施例總體上提供一種等離子體源，所述等離子體源能夠在等離子體源的等離子體生成區(qū)域內(nèi)生成均勻的等離子體，并且創(chuàng)建在其中處理基板的較大的處理窗口，而不顯著地增加處理或硬件成本。
[0018]圖1A是根據(jù)一個實施例的、耦接至工藝腔室50的等離子體源100的等角視圖。等離子體源100可用于將含有自由基和/或離子的等離子體供應(yīng)至工藝腔室50。工藝腔室50可包括包圍處理區(qū)域58(圖1B)的腔室蓋55和腔室主體56，在處理期間，基板駐留在所述處理區(qū)域58中。等離子體源100包括耦接至等離子體塊150的圓頂部分104?？稍诘入x子體塊150中產(chǎn)生供應(yīng)至工藝腔室50的等離子體。用于形成等離子體的氣體可通過進氣口 106而被供應(yīng)至等離子體塊150的環(huán)形等離子體生成容積158(圖1B)。諸如側(cè)蓋121、122之類的側(cè)蓋可包圍等離子體塊150的環(huán)形等離子體生成容積158。在一些實施例中，側(cè)蓋121、122還充當(dāng)冷卻板，所述冷卻板用于調(diào)節(jié)等離子體源100中的部件中的一個或多個部件的溫度。
[0019]等離子體源100使用開放環(huán)路配置來產(chǎn)生感性耦合的等離子體。開放環(huán)路配置包括磁性可滲透核芯元件130，所述磁性可滲透核芯元件延伸穿過等離子體塊150中的開口150A。核芯元件130可具有圓柱狀或棒狀形狀。雖然在此將核芯元件1130描述為圓柱狀，但是構(gòu)想了核芯元件1130的橫截面形狀可以是非圓形或非圓柱形的，諸如，正方形、六邊形、矩形，或規(guī)則或不規(guī)則的任何其他所需的形狀?？稍诘入x子體塊150的任一側(cè)上圍繞核芯元件130來卷繞線圈140A、140B以在X軸方向上延伸。當(dāng)諸如RF功率之類的功率被供應(yīng)至線圈140A、140B時，線圈140A、140B生成磁場。圖1A示出連接至RF電源142的線圈140A、140。在一些實施例中，線圈140A、140B可通過一個或多個接線盒而電連接，所述接線盒諸如，在等離子體塊150前方所示的接線盒145。如圖1A中所示，核芯元件130在X軸方向上沿著第一軸135縱向地(lengthwise)延伸。因此，當(dāng)磁場通過等離子體塊150時，線圈140A、140B可生成基本上與X軸方向?qū)?zhǔn)的磁場。當(dāng)線圈140A、140B被激勵時，核芯元件130在從X軸方向上從核芯元件130的一端至相對端的、圍繞核芯元件130延伸的磁場中被磁化，從而使通過核芯元件130的磁場和環(huán)形等離子體生成容積158在X軸方向上基本上被對準(zhǔn)。這些磁場與等離子體塊150內(nèi)部的氣體相互作用以生成等離子體。等離子體塊150包括環(huán)形等離子體生成容積158(見圖1B)，當(dāng)線圈140A、140B被激勵時，在所述環(huán)形等離子體生成容積中產(chǎn)生等離子體。
[0020]—方面，核芯元件130包括高磁導(dǎo)率高-μ)的桿或管(例如，鐵氧體桿)，取決于耦接結(jié)構(gòu)，核芯元件130可以是其他磁性材料。形成核芯元件130的磁性材料將通常具有以下特性:I)在高外加頻率下的低磁芯損耗密度;2)具有高居里溫度；以及3)具有高體電阻率。通常，核芯元件130可由可用于提供一路徑的任何材料形成，通過RF電流流過一個或多個線圈(例如，線圈140A、140B)的RF電流而產(chǎn)生的場(例如，磁場)將優(yōu)先地流過所述路徑。在一個實施例中，核芯元件130包括含鐵氧體元件。雖然本文中使用術(shù)語“鐵氧體元件”和“鐵氧體材料”，但是這些術(shù)語不旨在對于本公開的范圍是限制性的。同時，在一個實施例中，核芯元件130包含圍繞中心軸對準(zhǔn)的一束較小直徑的圓柱體或桿，所述中心軸諸如，與圖1A中所示的X軸一致的第一軸135。
[0021]為了避免在如上文所討論的常規(guī)的環(huán)形或RPS設(shè)計中發(fā)現(xiàn)的材料相容性問題，等離子體塊150(以及下文所述的等離子體塊250)優(yōu)先地由將不與在環(huán)形等離子體生成容積158中形成的氣體自由基或離子且不與反應(yīng)性工藝氣體反應(yīng)的材料形成。通常，等離子體塊150以關(guān)于核芯元件130對稱的形狀來形成，并且此等離子體塊150包含一材料，所述材料將不明顯地受等離子體化學(xué)品攻擊，并且具有高熱導(dǎo)率以將由等離子體生成的熱傳遞至熱交換裝置。在一個實施例中，等離子體塊150包含被形成為指定的對稱形狀的高熱導(dǎo)率電介質(zhì)材料。包含固體電介質(zhì)材料的等離子體塊150相比常規(guī)設(shè)計具有許多優(yōu)點，因為這種類型的等離子體塊避免了通常在常規(guī)的RPS設(shè)計中發(fā)現(xiàn)的涂覆缺陷和可能的損害問題。在一些實施例中，等離子體塊150由氧化鋁(A1203)、氮化鋁(A1N)、氧化鈹(BeO)、氮化硼(BN)、石英，或其他類似的材料制成。在一個實施例中，等離子體塊150由約2英寸厚(S卩，圖1A中的X軸方向)的氮化鋁材料制成。
[0022]圖1B是圖1A的等離子體源100的剖視圖，此圖是通過沿穿過核芯元件130的第一軸135的X-Y平面(參見圖1A)切開等離子體源100而形成的。
[0023]如圖所示，等離子體塊150包括在所述等離子體塊150中形成的環(huán)形等離子體生成容積158。環(huán)形等離子體生成容積158通常圍繞核芯元件130而形成。環(huán)形等離子體生成容積158可具有在下文中更詳細地描述的各種形狀的橫截面。在一些實施例中，環(huán)形等離子體生成容積158具有基本上環(huán)形的形狀，其中環(huán)形等離子體生成容積的給定的橫截面360°圍繞核芯元件130基本上相同。
[0024]核芯元件130沿第一軸135，從第一端131延伸至第二端132。第一軸135可以是核芯元件130的中心軸。此外，環(huán)形等離子體生成容積158可圍繞第一軸135對稱地設(shè)置。例如，環(huán)形等離子體生成容積158可具有與第一軸135共線的中心軸。
[0025]線圈140A、140B可圍繞核芯元件130的相應(yīng)的多個第一部分133而設(shè)置。核芯元件130通常穿過等尚子體塊150中接近等尚子體塊150的內(nèi)壁155的部分而設(shè)置。核芯兀件130進一步包括在第一軸135上的第一點137。第一點137可對應(yīng)于一中心點，等離子體塊150和/或環(huán)形等離子體生成容積158圍繞所述中心點而設(shè)置。此外，第一點137可對應(yīng)于核芯元件130的中心。
[0026]等離子體塊150包括一個或多個內(nèi)壁155。所述一個或多個內(nèi)壁155可至少部分地包圍并界定環(huán)形等離子體生成容積158。也就是說，環(huán)形等離子體生成容積158可主要地由內(nèi)壁155圍繞，但是等離子體塊150將通常包括分別用于接收氣體以及用于將等離子體供應(yīng)至工藝腔室50的開口 158A和158B。環(huán)形等離子體生成容積158圍繞核芯元件130的第二部分134而設(shè)置。
[0027]在一些配置中，環(huán)形等離子體生成容積158包括第一區(qū)域160，所述第一區(qū)域160關(guān)于在第一點137處垂直于第一軸135的多個垂直軸136對稱。這些垂直軸136 360°地圍繞第一點137而設(shè)置。如果剖視圖通過取下經(jīng)過第一點137的Y-Z平面而獲得，則所述多個垂直軸136將全部是可見的。在圖1B的X-Y平面中，僅顯示兩個垂直軸136(即，從第一軸135向上延伸的一個垂直軸以及從第一軸135向下延伸的一個垂直軸)。環(huán)形等離子體生成區(qū)域158的第一區(qū)域160是最接近核芯元件130的區(qū)域。在一些實施例中，第一區(qū)域160圍繞核芯元件130，并且因此360度地圍繞軸135延伸。在其他實施例中，第一區(qū)域160圍繞核芯元件的大部分(諸如，核芯元件130的至少75%，諸如，至少90%)而設(shè)置。環(huán)形等離子體生成容積158進一步包括第二區(qū)域170，所述第二區(qū)域170相比第一區(qū)域160距核芯元件130更遠。第二區(qū)域170關(guān)于所述多個垂直軸136可以對稱或可以不對稱。在一些實施例中，第一區(qū)域160和第二區(qū)域170形成大體上所有的環(huán)形等離子體生成容積158，諸如，環(huán)形等離子體生成容積158的至少90 %。
[0028]參見圖1B，在一些實施例中，工藝腔室50包括擋板60(或噴淋頭)，所述噴淋頭配置成分配通過等離子體源100的開口 158B而接收的工藝氣體的流。擋板60可包含多個端口 61，所述多個端口 61配置成均勻地將工藝氣體的流分配至基板(未示出)的表面，所述基板設(shè)置在工藝腔室50的處理區(qū)域58中的擋板60下方。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在環(huán)形等離子體生成容積158中形成的等離子體的分配影響通過擋板60被提供至處理區(qū)域58的自由基和/或等離子體的分配。換句話說，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，環(huán)形等離子體生成容積158中的等離子體分配影響通過擋板60的不同區(qū)域的等離子體或自由基濃度(例如，工藝氣體的X-Z平面分配均勻性)。因此，在一些實施例中，需要一種能夠在等離子體源的等離子體生成區(qū)域內(nèi)生成等離子體的等離子體源，所述等離子體源的等離子體生成區(qū)域能夠更好地將工藝氣體的更均勻的分配提供至設(shè)置在處理區(qū)域58中的基板的表面。
[0029]圖1C是來自圖1B的視圖的、在核心元件130上方的核芯元件130的第二部分以及環(huán)形等離子體生成容積158的近視圖。第一區(qū)域160具有在平行于第一軸135的方向W上的寬度以及在垂直于第一軸135垂直的方向D上的深度。第一區(qū)域160進一步包括中心點155C，所述中心點位于垂直軸136中的一個垂直軸與內(nèi)壁155的交叉點處。中心點155C距第一軸135上的第一點137第一深度160D1。在環(huán)形等離子體生成容積158的給定橫截面中，中心點155C是距第一軸135的最近的點。隨著距第一軸135上的第一點137的深度增加，第一區(qū)域160的寬度從中心點155C處的寬度開始增加。因此，在此實施例中的第一區(qū)域160的寬度在中心點155C處最窄，并且例如在第二深度160D2(即，在第一區(qū)域160與第二區(qū)域170之間的邊界)處最寬。第一寬度160W1在沿內(nèi)壁155中的一個或多個內(nèi)壁的相對的點處的第一位置155i與第二位置1552之間延伸。在實施例(諸如，圖1C中所示的實施例)中，第一區(qū)域160可由內(nèi)壁155和邊界線162來界定，所述內(nèi)壁具有曲面156且最接近核芯元件130，所述邊界線162設(shè)置在內(nèi)壁155中的一個或多個內(nèi)壁上的第一位置155i與第二位置1552之間。邊界線162是指假想線，并且不表示環(huán)形等離子體生成容積158的任何實體部分。在一些實施例中，邊界線162是第一區(qū)域160與第二區(qū)域170之間的分界邊界。在一些實施例中，曲面156包含比曲面156上的其他點中的任何點更接近第一軸135上的第一點137的至少一個點(諸如，中心點155C)，所述其他點中的任何點是當(dāng)使用包含第一軸135的切割平面(例如，圖1B中所示的X-Y平面或圖1C中所示的W-D平面)來觀察曲面156時形成的。
[0030]如上文所討論，當(dāng)激勵線圈140A、140B時，核芯元件130生成在圖1C中示出為寬度方向W的X軸方向上基本上對準(zhǔn)的磁場。由經(jīng)磁化核芯元件130生成的磁場具有隨著距核芯元件130的外表面的距離增加(S卩，+D軸方向)而減小的強度。因此，在最接近核芯元件130的第一區(qū)域160的部分中發(fā)現(xiàn)通過環(huán)形等離子體生成容積158的磁場的最強磁場強度。較強的磁場可在環(huán)形等離子體生成容積158中生成比具有較弱的磁場的區(qū)域更高等離子體密度。因此，在第一區(qū)域160中最接近核芯元件130的部分中產(chǎn)生環(huán)形等離子體生成容積158中的密度最高的等離子體。如圖1C中所示，第一區(qū)域160中最接近核芯元件130的部分關(guān)于垂直軸136居中，并且第一區(qū)域中在+W軸方向和—W方向上距垂直軸136更遠的部分距核芯元件130更遠。參見圖1B，在等離子體塊150的上部中的等離子體P被示出為在寬度方向W上居中以給出對在寬度方向W上居中的等離子體的更清晰的理解。
[0031]具有其中在W軸方向上的中心區(qū)域不是最接近核芯元件的橫截面的環(huán)形等離子體生成容積158將生成在W軸方向上不是空間上均勻的等離子體。例如，具有矩形或圓角矩形橫截面的環(huán)形等離子體生成容積呈現(xiàn)出產(chǎn)生空間上均勻的等離子體的問題。不受任何特定理論的約束，人們認為，通過基本上矩形橫截面的磁場可圍繞基本上矩形橫截面的角落而產(chǎn)生密度更高的等離子體區(qū)域，同時在W軸方向上，在基本上矩形橫截面的中心產(chǎn)生密度較低的等離子體。當(dāng)?shù)入x子體在等離子體生成容積中不具有在W軸方向上(例如，跨第一寬度160W1)居中的密度分布時，將空間上均勻的等離子體供應(yīng)至工藝腔室是困難的。
[0032]例如，圖4示出等離子體塊450，所述等離子體塊450具有包圍等離子體生成容積458的內(nèi)壁455，所述等離子體生成容積458具有矩形橫截面。如圖4中所示，由于來自在等離子體生成容積458的一些角落中的熱場、電磁場等的任何形式的非對稱性，等離子體P在具有矩形橫截面的所述等離子體生成容積458的角落中的一些角落中以較高的密度形成。人們相信，熱場強度的或電磁場強度的不對稱性(諸如，磁場線“B”的不對稱性)將在等離子體的點火和維持期間使等離子體封閉至角落中的任一角落。由于這是開放環(huán)路類型的等離子體源設(shè)計，因此使電磁場遍及整個等離子體塊恒定具有挑戰(zhàn)性，這會導(dǎo)致等離子體塊450中的等離子體偏斜。換句話說，所生成的磁場線“B”的顯著部分將趨向于收縮并通過在等離子體塊450的下部之內(nèi)的開口 150A(見圖1A和圖1C)和角落，而不是直接地通過等離子體塊450或圍繞等離子體塊450的外部而通過。使等離子體在等離子體生成容積458的外部角落中具有較高密度的區(qū)域?qū)е峦ㄟ^出口(例如，開口 158B(圖1B))而提供至工藝腔室的等離子體或自由基濃度被類似地偏斜(例如，外邊緣)，這妨礙了對基板的均勻和一致處理。
[0033]在諸如圖1C的實施例之類的一些實施例中，第二區(qū)域170可具有平行于第一軸135的第二寬度170W，其中第二寬度170W在垂直于第一軸135的方向(S卩，深度方向D)上基本上恒定。在其他實施例中，諸如在參考圖2所述的實施例中，第二區(qū)域可具有在深度方向D上變化的寬度。
[0034]第一寬度160W1平行于第一軸135。第一寬度160W1可以是第一區(qū)域160的最寬的寬度。第一寬度160W1也可在第一區(qū)域160的外邊界的位置處。第一寬度160W1在D軸方向上位于距第一點137第二深度160D2處。在諸如圖1C中所示的實施例之類的一些實施例中，隨著第一區(qū)域160的寬度W從中心點155C開始增加，在W-D軸平面的中的表面156的切線將具有變化的斜率，諸如，隨著第一區(qū)域160的深度在D軸方向上從第一軸135開始增加的不斷變化的斜率(B卩，曲面)。第一區(qū)域160的深度是第三深度160D3，此第三深度160D3橫跨第二深度160D2與第一深度160D1之間的距離。在一些實施例中，第一寬度160W1比第三深度160D3大至少三倍。在其他實施例中，第一寬度160W1比第三深度160D3大至少五倍。在一些實施例中，第一區(qū)域160具有環(huán)形等離子體生成容積158的至少三分之一的容積。雖然在圖1至圖3的環(huán)形等離子體生成區(qū)域(例如，環(huán)形等離子體生成區(qū)域158)中示出尖銳的角落，但是可以具有圓角半徑或倒角以避免任何高應(yīng)力集中。
[0035]第一區(qū)域160的深度也可被描述為第一區(qū)域深度(與第三深度160D3相同)，所述第一區(qū)域深度是沿垂直軸136中的一個軸的曲面156上的中心點155C到邊界線162之間的距離。在一些實施例中，第一寬度160W1可以至少是第一區(qū)域深度的三倍。在其他實施例中，第一寬度160W1可以至少是第一區(qū)域深度的五倍。
[0036]使第一區(qū)域160(即，環(huán)形等離子體生成容積中至核芯元件最近的區(qū)域，其中第一區(qū)域具有隨著距核芯元件的距離增加而增加的寬度)的寬度(W軸方向)基本上比第一區(qū)域160的深度(D軸方向)長防止在環(huán)形等離子體生成容積158中產(chǎn)生的等離子體被約束到環(huán)形等離子體生成容積158的過于狹窄的部分。如上文所討論，由核芯元件130生成的磁場的強度隨著距核芯元件130的距離增加而減少。因此，當(dāng)與具有第一區(qū)域(此第一區(qū)域具有一寬度，此寬度具有比此第一區(qū)域的深度更短或與此深度相等的長度)(即，環(huán)形等離子體生成容積中至核芯元件的最接近的區(qū)域，其中第一區(qū)域具有隨著距核芯元件的距離增加而增加的寬度)的橫截面相比時，使環(huán)形等離子體生成容積具有最接近的區(qū)域(例如，第一區(qū)域160)具有大于此最接近的區(qū)域的深度(例如，圖1C的第三深度160D)更大的深度(例如，圖1C的第一深度160W1)的橫截面允許更大容積以及更居中容積的氣體與最接近核芯元件130的更強的磁場相互作用。當(dāng)橫截面的寬度小于或等于橫截面的深度時，等離子體生成工藝變得低效，并且過多的等離子體被約束至最接近核芯元件130的狹窄的區(qū)域。因此，人們相信，具有基本上圓形截面(B卩，其中寬度基本上等于深度的截面)的環(huán)形等離子體生成容積產(chǎn)生約束至環(huán)形等離子體生成容積的過于狹窄的區(qū)域的等離子體。
[0037]圖2是設(shè)置在核芯元件130的第二部分134上方的、等離子體塊250中的環(huán)形等離子體生成容積258的替代實施例的近視圖。環(huán)形等離子體生成容積258通常圍繞核芯元件130而形成。在一些實施例中，環(huán)形等離子體生成容積258可以圍繞核芯元件130，并且因此360度地圍繞軸135延伸。等離子體塊250包括內(nèi)壁255。垂直軸136中的一個垂直軸(S卩，在X-Y平面中從第一軸135向上延伸的垂直軸136)(此軸在第一點137處垂直于第一軸135)可與最接近第一軸135的內(nèi)壁255的中心點255C相交。如果觀察到通過第一軸135的第一點137的Y-Z平面(即，將顯示環(huán)形等離子體生成容積258的完整的環(huán)的平面)，則每一個垂直軸136將與內(nèi)壁255上的中心點(諸如，點255C)相交，所述中心點比不沿垂直軸136定位的內(nèi)壁255上的點更接近第一軸135上的第一點137。
[0038]環(huán)形等離子體生成容積258包括第一區(qū)域260和第二區(qū)域270。環(huán)形等離子體生成容積258的第一區(qū)域260是最接近核芯元件130的區(qū)域。第二區(qū)域270距核芯元件130比第一區(qū)域260距核芯元件130更遠。第一區(qū)域260關(guān)于在第一點137處垂直于第一軸135的多個垂直軸136對稱。在W-D平面中的第二區(qū)域270的橫截面也可關(guān)于垂直軸136對稱。第一區(qū)域260具有在平行于第一軸135的方向W上的寬度以及在垂直于第一軸135的方向D上的深度。第一區(qū)域260的寬度隨著D軸方向(S卩，沿垂直軸136中的一個垂直軸，從第一軸135上的第一點137開始的方向)的深度增加而增加。第一區(qū)域260的寬度可隨著距第一軸135上的第一點137的深度增加而以恒定的斜率增加。在諸如圖2所示的實施例之類的一些實施例中，第二區(qū)域270可以是第一區(qū)域260的鏡象。第一區(qū)域260在邊界線262處與第二區(qū)域接界。邊界線262是指假想線，并且不表示環(huán)形等離子體生成容積258的任何實體部分。邊界線262可跨等離子體生成容積258，從一個內(nèi)壁255上的第一點255工延伸至另一內(nèi)壁255上的第二點2552。邊界線262可在第一區(qū)域260和第二區(qū)域270的最寬的寬度的位置處。第二區(qū)域270的寬度可隨著距第一軸135上的第一點137的深度增加而以恒定的斜率減小。
[0039]最接近核芯元件130的內(nèi)壁256可平行于核芯元件130。壁256在W軸方向上的長度應(yīng)當(dāng)基本上比第一區(qū)域260的寬度(S卩，第一點255工與第二點2552之間的距離)短以防止在第一區(qū)域中生成的等離子體在寬度方向W上偏斜。在上文中參考圖4討論了關(guān)于等離子體在寬度方向上可能如何變得偏斜的進一步的細節(jié)。在其他實施例中，兩個內(nèi)壁可在沿垂直軸136的多個點處交匯，使得第一區(qū)域的寬度在第一區(qū)域中最接近核芯元件130的部分中接近零。使第一區(qū)域的寬度在第一區(qū)域中最接近核芯元件130的部分中接近零可有助于確保在第一區(qū)域中生成的等離子體在寬度方向W上是居中的且均勻地分布。
[0040]上文所討論的環(huán)形等離子體生成容積158、258示出可改善通過端口而供應(yīng)至工藝腔室的等離子體的空間均勻性，所述端口諸如，圖1B中所示的開口 158B。每一個環(huán)形等離子體生成容積158、258都具有最接近核芯元件的第一區(qū)域，其中所述第一區(qū)域具有隨著距核芯元件的距離增加而增加的寬度。使寬度隨著距核芯元件的距離增加而增加允許在第一區(qū)域中生成的等離子體在環(huán)形等離子體生成區(qū)域中居中(即，沿與核芯元件的軸垂直的軸中的一個軸居中)。此外，每一個環(huán)形等離子體生成容積158、258具有帶有比深度更長(S卩，幅度更大)的寬度(諸如，至少與第一區(qū)域的深度的三倍一樣長)，這允許環(huán)形等離子體生成容積中的大且寬闊體積的氣體與來自核芯元件的最強的磁場相互作用以產(chǎn)生等離子體。還構(gòu)想了其他環(huán)形等離子體生成容積。例如，如上文所討論，環(huán)形等離子體生成容積可包括第一區(qū)域，所述第一區(qū)域包括橫截面形狀，在此橫截面形狀中，兩個基本上平直的內(nèi)壁在相交于從中心點(諸如，核芯元件130的第一軸135上的第一點137)延伸的垂直軸的點處交匯。此夕卜，上文討論的實施例的各種特征可與上文討論的其他特征組合或與上文所討論的其他特征重新排列。例如，具有帶有曲面(諸如，曲面156)的第一區(qū)域的實施例可具有第二區(qū)域，此第二區(qū)域基本上是第一區(qū)域的鏡象，類似于圖2中所示的實施例的第一和第二區(qū)域是鏡像。同樣，一些實施例可具有第一區(qū)域，所述第一區(qū)域包括彎曲的內(nèi)壁以及平直的內(nèi)壁。
[0041 ] 雙重式等尚子體塊設(shè)計
[0042]圖3是根據(jù)另一實施例的等離子體源300的剖視圖。等離子體源300包括兩個等離子體塊35(h、3502。等離子體塊35(h、3502耦接至工藝腔室70，所述工藝腔室70可與上文所討論的工藝腔室50類似或相同。如圖所示，每一個等離子體塊35(h、3502都包括形成在所述等離子體塊中的環(huán)形等離子體生成容積358^3582。在一些實施例中，等離子體塊35(h、3502可定位成在X軸方向上彼此鄰接。在其他實施例中，可在等離子體塊35(h、3502之間包括空間。與核芯元件130類似的磁性可滲透核芯元件330可延伸穿過等離子體塊35(h、3502。核芯元件330在X軸方向上，沿一軸335，從第一端331延伸至第二端332。線圈340A、340B可在等離子體塊35(h、3502的任一側(cè)上卷繞核芯元件330以在X軸方向上延伸。如果在等離子體塊350!、3502之間包括空間，則另一線圈340C(未示出)可在等離子體塊35(h、3502之間卷繞核芯元件330。
[0043]當(dāng)處理諸如半導(dǎo)體基板之類的基板時，能以不同的方式來使用等離子體源300以改善一致性和均勻性。通過將等離子體塊350^3502中的一個等離子體塊專用于特定的功能實現(xiàn)了等離子體源300可提供的一個益處。例如，等離子體塊35(h可專用于在沉積步驟期間使用，并且等離子體塊3502可專用于在清潔步驟期間使用。將等離子體塊3502專用于在清潔步驟期間使用防止諸如氟氣之類的刺激性材料進入等離子體塊35(h的環(huán)形等離子體生成容積358i。刺激性清潔材料(諸如，氟氣)可能開始從環(huán)形等離子體生成容積(諸如，環(huán)形等離子體生成容積3580的內(nèi)壁腐蝕掉材料。此腐蝕可能改變在環(huán)形等離子體生成容積SSS1R產(chǎn)生的等離子體的特性，從而盡管保持其他輸入恒定，但是還在工藝(諸如，沉積)期間導(dǎo)致不一致的和非均勻的結(jié)果。
[0044]來自等離子體源300另一益處在等離子體塊35(h、3502的同時使用期間發(fā)生。由于等離子體源300僅包括一個核芯元件330，因此僅存在產(chǎn)生磁場的一組線圈和一個磁性可滲透對象(即，核芯元件330)，所述磁場在等離子體塊350^3502中生成等離子體。使用兩個或更多個等離子體塊的先前的設(shè)計包括各自都具有單獨組的線圈的兩個或更多個核芯元件。因此，這些先前的設(shè)計對于每一個等離子體塊都包括單獨的等離子體源。在這些先前的設(shè)計中，由一個等離子體源生成的磁場將開始影響在其他等離子體源中生成的等離子體。例如，在這些先前的設(shè)計中，對于可同時處理兩個基板的工藝腔室，等離子體源可專用于工藝腔室的相對的側(cè)，使得每一個等離子體源代碼可為工藝腔室中的特定的基板提供等離子體。然而，此先前的設(shè)計不可避免地導(dǎo)致每一個等離子體源影響在兩個基板上執(zhí)行的工藝，從而在兩個等離子體源之間產(chǎn)生干擾，并且妨礙對在基板上執(zhí)行的工藝的控制。相反，在等離子體源300中，僅具有一個核芯元件330，此核芯元件330具有用于兩個等離子體塊350、350的一組線圈340A、340B的一個核芯元件330這消除了干擾情況的可能性。
[0045]雖然上述內(nèi)容是針對本公開的實施例，但是可設(shè)計本公開的其他和進一步的實施例而不背離本公開的基本范圍，并且本公開的范圍由所附權(quán)利要求書來確定。
【主權(quán)項】
1.一種耦接至工藝腔室的等離子體源，所述等離子體源包含: 核芯元件，沿第一軸從第一端延伸至第二端； 一個或多個線圈，圍繞所述核芯元件的相應(yīng)的一個或多個第一部分而設(shè)置；以及等離子體塊，具有一個或多個內(nèi)壁，所述一個或多個內(nèi)壁至少部分地包圍環(huán)形等離子體生成容積，所述環(huán)形等離子體生成容積圍繞所述核芯元件的第二部分而設(shè)置，所述環(huán)形等離子體生成容積包含: 第一區(qū)域，所述第一區(qū)域關(guān)于多個垂直軸對稱，所述多個垂直軸在沿所述第一軸而定位的第一點處垂直于所述第一軸，所述第一區(qū)域具有: 在平行于所述第一軸的方向上的寬度以及在垂直于所述第一軸的方向上的深度，其中所述第一區(qū)域的所述寬度隨著距定位在所述第一軸上的所述第一點的所述深度增加而增加； 中心點，位于所述垂直軸中的一個垂直軸與內(nèi)壁的交叉點處，其中所述中心點距定位在所述第一軸上的所述第一點第一深度； 在所述內(nèi)壁中的一個或多個內(nèi)壁上的第一位置與第二位置之間的第一寬度，其中所述第一寬度平行于所述第一軸，并且所述第一寬度距定位在所述第一軸上的所述第一點第二深度；以及 橫跨所述第二深度與所述第一深度之間的距離的第三深度，其中所述第一寬度至少比所述第三深度大三倍。2.如權(quán)利要求1所述的等離子體源，其特征在于，所述第一寬度至少比所述第三深度大五倍。3.如權(quán)利要求1所述的等離子體源，其特征在于，所述第一區(qū)域的所述寬度隨著所述第一區(qū)域的所述深度增加而以恒定的斜率增加。4.如權(quán)利要求3所述的等離子體源，其特征在于，所述環(huán)形等離子體生成容積進一步包含第二區(qū)域，所述第二區(qū)域距所述核芯元件比所述第一區(qū)域距所述核芯元件更遠。5.如權(quán)利要求4所述的等離子體源，其特征在于，所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域形成基本上所有的環(huán)形等離子體生成容積。6.如權(quán)利要求5所述的等離子體源，其特征在于，所述第二區(qū)域是所述第一區(qū)域的鏡象。7.如權(quán)利要求1所述的等離子體源，其特征在于，所述第一區(qū)域的所述寬度隨著所述第一區(qū)域的所述深度增加而以不斷變化的斜率增加。8.如權(quán)利要求1所述的等離子體源，其特征在于，所述第一區(qū)域由所述內(nèi)壁中的一個內(nèi)壁上的曲面以及在所述內(nèi)壁中的一個或多個內(nèi)壁上的所述第一位置與所述第二位置之間的邊界線來界定。9.如權(quán)利要求1所述的等離子體源，其特征在于，所述環(huán)形等離子體生成容積圍繞與所述第一軸共線的中心軸而設(shè)置。10.如權(quán)利要求1所述的等離子體源，其特征在于，所述第一區(qū)域圍繞所述核芯元件。11.如權(quán)利要求10所述的等離子體源，其特征在于，所述第一區(qū)域包含所述環(huán)形等離子體生成容積的至少三分之一的容積。12.如權(quán)利要求1所述的等離子體源，其特征在于，所述環(huán)形等離子體生成容積進一步包含第二區(qū)域，所述第二區(qū)域距所述核芯元件比所述第一區(qū)域距所述核芯元件更遠，并且平行于所述第一軸的所述第二區(qū)域的第二寬度在垂直于所述第一軸的方向上基本上恒定。13.—種耦接至工藝腔室的等離子體源，所述等離子體源包含: 核芯元件，沿第一軸從第一端延伸至第二端； 一個或多個線圈，圍繞所述核芯元件的相應(yīng)的一個或多個第一部分而設(shè)置；以及等離子體塊，具有一個或多個內(nèi)壁，所述一個或多個內(nèi)壁至少部分地包圍環(huán)形等離子體生成容積，所述環(huán)形等離子體生成容積圍繞所述核芯元件的第二部分而設(shè)置，所述環(huán)形等離子體生成容積包含: 第一區(qū)域，所述第一區(qū)域關(guān)于多個垂直軸對稱，所述多個垂直軸在沿所述第一軸而定位的第一點處垂直于所述第一軸，所述第一區(qū)域具有在平行于所述第一軸的方向上的寬度以及在垂直于所述第一軸的方向上的深度，其中: 所述第一區(qū)域由曲面和邊界線界定，所述曲面從所述內(nèi)壁中的一個內(nèi)壁上的第一位置延伸至第二位置，并且所述邊界線具有在所述第一位置與所述第二位置之間、平行于所述第一軸而延伸的第一寬度； 所述曲面上沿所述垂直軸中的一個垂直軸而定位的點比所述曲面上位于除了沿所述垂直軸中的一個垂直軸以外的位置處的點更接近第一軸上的所述第一點； 沿所述垂直軸中的一個垂直軸的所述曲面上的中心點至所述邊界線之間的距離是第一區(qū)域深度，其中所述第一寬度至少是所述第一區(qū)域深度的三倍;以及 第二區(qū)域，所述第二區(qū)域距所述第一軸比所述第一區(qū)域距所述第一軸更遠。14.如權(quán)利要求13所述的等離子體源，其特征在于，所述第一寬度至少比所述第一區(qū)域深度大五倍。15.如權(quán)利要求14所述的等離子體源，其特征在于，所述第二區(qū)域與所述第一區(qū)域接界。16.如權(quán)利要求13所述的等離子體源，其特征在于，所述第一區(qū)域圍繞所述核芯元件。17.如權(quán)利要求16所述的等離子體源，其特征在于，所述第一區(qū)域包含所述環(huán)形等離子體生成容積的至少三分之一的容積。18.如權(quán)利要求17所述的等離子體源，其特征在于，所述環(huán)形等離子體生成容積圍繞與所述第一軸共線的中心軸而設(shè)置。19.如權(quán)利要求13所述的等離子體源，其特征在于，所述核芯元件具有圓柱形狀。20.一種耦接至工藝腔室的等離子體源，所述等離子體源包含: 核芯元件，沿第一軸從第一端延伸至第二端； 一個或多個線圈，圍繞所述核芯元件的相應(yīng)的一個或多個第一部分而設(shè)置；以及等離子體塊，具有一個或多個內(nèi)壁，所述一個或多個內(nèi)壁至少部分地包圍環(huán)形等離子體生成容積，所述環(huán)形等離子體生成容積圍繞所述核芯元件的第二部分而設(shè)置，所述環(huán)形等離子體生成容積包含: 第一區(qū)域，圍繞所述核芯元件，所述第一區(qū)域關(guān)于多個垂直軸對稱，所述多個垂直軸在沿所述第一軸而定位的第一點處垂直于所述第一軸，其中:第一區(qū)域由曲面和邊界線界定，所述曲面從所述內(nèi)壁中的一個內(nèi)壁上的第一位置延伸至第二位置，并且所述邊界線具有在所述第一位置與所述第二位置之間、平行于所述第一軸而延伸的第一寬度； 所述曲面上沿所述垂直軸中的一個垂直軸而定位的點比所述曲面上位于除了沿所述垂直軸中的一個垂直軸以外的位置處的點更接近第一軸上的所述第一點； 沿所述垂直軸中的一個垂直軸的所述曲面上的中心點至所述邊界線之間的距離是第一區(qū)域深度，其中所述第一寬度至少是所述第一區(qū)域深度的三倍;以及 第二區(qū)域，所述第二區(qū)域距所述第一軸比所述第一區(qū)域距所述第一軸更遠，其中所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域形成基本上所有的環(huán)形等離子體生成容積。
【文檔編號】H01J37/32GK105977125SQ201610141134
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年3月11日
【發(fā)明人】A·A·哈賈, M·阿優(yōu)伯, R·博卡, J·D·平森二世, J·C·羅查-阿爾瓦瑞斯
【申請人】應(yīng)用材料公司