專利名稱：等離子體產(chǎn)生設(shè)備及等離子體處理設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體設(shè)備，更確切地，涉及一種利用多路端部開口的空腔諧振器(multiple open-ended cavity resonator)來產(chǎn)生微波等離子體的設(shè)備，和一種利用多路端部開口的空腔諧振器的等離子體處理設(shè)備。
背景技術(shù)：
由于相等的帶正電的離子和帶負(fù)電的電子，等離子體是沒有宏觀電荷的電離氣體。等離子體在非常高的溫度下并且在強電場或RF電磁場中產(chǎn)生。
當(dāng)被直流(DC)或RF電場所激發(fā)的自由電子與氣體分子碰撞并產(chǎn)生例如離子、基團(tuán)或電子的活性品類(active species)時，通過輝光放電產(chǎn)生等離子體。傳統(tǒng)上，等離子體處理包括通過在材料表面與已得到的活性品類之間的物理和/或化學(xué)相互作用來改變材料表面的特性。
如今，在半導(dǎo)體器件的大量生產(chǎn)中，大面積的晶片被加工。為了在大面積晶片上進(jìn)行等離子體處理，等離子體處理設(shè)備必須能夠容納大面積的晶片以及產(chǎn)生密度均勻的等離子體。這樣的設(shè)備在半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)中變得越來越重要。
在等離子體產(chǎn)生設(shè)備中，對于利用微波的等離子體處理設(shè)備的研究如今正在進(jìn)行。
圖1是一臺傳統(tǒng)的等離子體處理設(shè)備10的橫截面圖，其使用了雙向的分配器。
圖1中的等離子體處理設(shè)備10是于2002年12月24日在美國專利No.6,497,783中公開的，名稱為“PLASMA PROCESS APPARATUS PROVIDEDWITH MICROWAVE APPLICATOR HAVING ANNUNLAR WAVEGUIDEAND PROCESSING METHOD(擁有具備環(huán)形波導(dǎo)的微波加熱器的等離子體處理設(shè)備和處理方法)”。等離子體處理設(shè)備10包括用于形成處理室19的容器11，用于支撐裝入到處理室19中的晶片W的支持部件(holding unit)12，連接在支持部件12下面的加熱器25，具有氣體供應(yīng)端口17a的氣體供應(yīng)部件17，安裝在處理室19的上部以用來使處理室19和外部大氣隔離的介電窗(dielectric window)14，以及形成在介電窗14上的微波供應(yīng)部件13。
圖2是圖1所示的傳統(tǒng)等離子體處理設(shè)備10的微波供應(yīng)部件13的透視圖。
參照圖1和圖2，微波供應(yīng)部件13是由導(dǎo)電材料形成的諧振器，它包括通過其使微波傳播的空間13a，上和下壁13c和13g，在鄰近介電窗14的下壁13c中形成的多個槽13b，側(cè)壁13d，在上表面13g上形成的微波引導(dǎo)口(microwave introducing port)13e，以及通過劃分成兩部分，將從波導(dǎo)15供應(yīng)的微波引導(dǎo)至空間13a的分配器13f。
參照圖1，傳統(tǒng)等離子體處理設(shè)備10包括具有微波振蕩器例如磁電管的微波功率源6，至少兩個氣體供應(yīng)部件，以及一抽氣系統(tǒng)。每個氣體供應(yīng)部件包括氣體源21，閥門22，質(zhì)量流控制器(MFC)23。抽氣系統(tǒng)包括抽氣控制閥門26，切斷閥門25a和真空泵24。
等離子體在傳統(tǒng)等離子體處理設(shè)備10中的產(chǎn)生和處理的過程如下。
晶片W被裝載到支持部件12上并被加熱到預(yù)期的溫度。處理室19被真空泵24抽空，等離子處理氣體從氣體供應(yīng)部件17以不變的流速流入到處理室19。
接著，功率從微波功率源6經(jīng)由波導(dǎo)15被施加到微波供應(yīng)部件13。從微波供應(yīng)部件13供應(yīng)的微波在被分配器13f分成兩部分之后，傳播到空間13a中。被分開的微波在空間13a里通過相互干擾形成了駐波。
微波在多個槽13b處被加強，并經(jīng)由多個槽13b和介電窗14傳播進(jìn)入處理室19。供應(yīng)到處理室19的微波的電場使電子加速，從而在等離子體處理室19的上部產(chǎn)生高密度的等離子體。在處理室19中的處理氣體接著被高密度的等離子體激發(fā)，從而處理裝載到支持部件12上的晶片W。
圖3A和3B分別表示了當(dāng)使用傳統(tǒng)等離子體處理設(shè)備10進(jìn)行淀積工藝時，通過從微波供應(yīng)部件13的多個槽13b輻射的微波形成的等離子體的圖案，以及對應(yīng)于槽13b的腐蝕圖案。
參照圖3A和3B，傳統(tǒng)等離子體處理設(shè)備10具有一附加部件，其含有在微波供應(yīng)部件13的下部和介電窗14之間的多個槽A以改善等離子體B的密度均勻性。然而，該含有多個槽A的附加器件導(dǎo)致了介電窗14的腐蝕，從而產(chǎn)生不需要的微粒。當(dāng)使用傳統(tǒng)等離子體處理設(shè)備進(jìn)行蝕刻工藝過程中的淀積時，這些從介電窗14的腐蝕中產(chǎn)生的不需要的微粒會變成淀積或被蝕刻的薄膜中的雜質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種能在待處理材料的附近形成高密度和均勻的等離子源的微波等離子體產(chǎn)生設(shè)備，以及一種等離子體處理設(shè)備。
本發(fā)明還提供了一種能使功率損失最小化并避免介電窗腐蝕的微波等離子體產(chǎn)生設(shè)備，以及一種等離子體處理設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種等離子體處理設(shè)備，包括用于形成處理室的容器，用于支撐將在處理室里被處理的材料的支撐部件，在處理室的上部形成的介電窗，將處理氣體注入處理室的氣體供應(yīng)部件，以及用于通過介電窗供應(yīng)微波的包括多個端部開口的空腔諧振器的微波供應(yīng)部件。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種微波供應(yīng)部件，包括用于產(chǎn)生微波的微波功率源，多個波導(dǎo)，用于將由微波功率源產(chǎn)生的微波分配到多個波導(dǎo)的耦合器，以及多個端部開口的空腔諧振器。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，當(dāng)使用具有微波供應(yīng)部件并包括處理室和多個端部開口的空腔諧振器的等離子體處理設(shè)備來處理在處理室中的材料時，通過分別控制供應(yīng)到多個端部開口的空腔諧振器上的功率，能夠保持材料上的均勻的等離子密度。


通過參考附圖對本發(fā)明示例性實施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述及其他特征和優(yōu)點將會變得更加顯而易見，附圖中圖1是傳統(tǒng)等離子體處理設(shè)備的橫截面圖；圖2是圖1中所示的傳統(tǒng)等離子體處理設(shè)備的微波供應(yīng)部件的透視圖；圖3A和圖3B分別表示了當(dāng)使用圖1所示的傳統(tǒng)等離子體處理設(shè)備進(jìn)行淀積工藝時，通過從微波供應(yīng)部件的多個槽輻射的微波形成的等離子體的圖案，以及對應(yīng)于槽的腐蝕圖案；圖4是根據(jù)本發(fā)明一實施例的等離子體處理設(shè)備的剖面透視圖；
圖5是圖4的等離子體處理設(shè)備的微波供應(yīng)部件的橫截面圖；圖6是圖4的等離子體處理設(shè)備中等離子體的密度相對于距介電板的距離的曲線圖；圖7是在圖4的等離子體處理設(shè)備的處理室中，由單一諧振器所形成的駐波的示意圖；以及圖8是在圖4的等離子體處理設(shè)備的處理室中，由多個諧振器中的每一個所產(chǎn)生的等離子密度峰值的曲線圖。
具體實施例方式
現(xiàn)將參考附圖更加充分地描述本發(fā)明，附圖中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。在所有的圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。
圖4是根據(jù)本發(fā)明一實施例的等離子體處理設(shè)備的剖面透視圖。
如圖4所示，根據(jù)本發(fā)明一實施例的等離子體處理設(shè)備100包括用于形成處理室109的容器111，用于支撐在處理室109中的基板例如晶片的支撐部件102，包含第一氣體進(jìn)口107a的第一氣體供應(yīng)部件107，包含第二氣體進(jìn)口117a的第二氣體供應(yīng)部件117，與處理室109的上部結(jié)合并將處理室109與外部大氣隔離的介電窗104，以及在介電窗104上形成的微波供應(yīng)部件130。
圖5是圖4的等離子體處理設(shè)備100的微波供應(yīng)部件130的橫截面圖。
微波供應(yīng)部件130包括微波功率源132，耦合器134，包含上部氣體進(jìn)口108a的上部氣體供應(yīng)部件108，冷卻水進(jìn)口136a，冷卻水出口136b，1-nth波導(dǎo)1031-103n，以及1-nth諧振器1131-113n。
微波供應(yīng)部件130的微波功率源132包括微波發(fā)生器，例如磁電管。通過耦合器134，并經(jīng)過1-nth波導(dǎo)1031-103n中的每一個，由微波功率源132產(chǎn)生的微波被供應(yīng)到1-nth諧振器1131-113n。
作為多路端部開口的空腔諧振器的一部分，根據(jù)本發(fā)明的1-nth諧振器1131-113n具有開口端，在此處諧振器連接到1-nth波導(dǎo)1031-103n以及介電窗104。因此，通過微波在介電窗104的整個表面上均勻的分布，處理室109中的等離子體分布也變得均勻。
參考圖4，在根據(jù)本發(fā)明一實施例的等離子體處理設(shè)備100中，上部氣體供應(yīng)部件108有兩個功能。第一個功能是提供清潔氣體，其用于在對裝載到支撐部件102的基板上的薄膜進(jìn)行淀積或蝕刻之后，清潔處理室109。例如，在淀積SiO2薄膜之后，供應(yīng)C2F6氣體以用來清潔處理室109。另一個功能是機械性支撐介電窗104的中心部分。
通過機械性支撐介電窗104的中心部分，能夠以減小的機械應(yīng)力支撐大且相對薄的介電窗104。
為了使供應(yīng)給基板的處理氣體均勻分布，等離子源外罩(plasma sourcehousing)107f包括了第一氣體供應(yīng)部件107，該第一氣體供應(yīng)部件107包括第一氣體進(jìn)口107a，其用于以預(yù)定的角度向基板的表面噴射處理氣體。包含第二氣體進(jìn)口117a的第二氣體供應(yīng)部件117位于等離子源外罩107f的下方并被構(gòu)造得能提供在所有方位角中氣體流量的均勻分布。經(jīng)過每個上述氣體進(jìn)口的氣體流量能夠被單獨地控制。因此，供應(yīng)給基板的處理氣體的分布能夠變得均勻。
采用用于冷卻介電窗104的直接冷卻系統(tǒng)。即冷卻水通過冷卻水進(jìn)口136a進(jìn)入，直接接觸介電窗104，并在介電窗104的徑向方向上降低一溫度梯度后，通過冷卻水出口136b排放到外部。
圖4中所示的等離子體處理設(shè)備100采用了一對共軸型諧振器，即第一及第二諧振器1131和1132，其用來激發(fā)處理室109中的微波等離子體。第二諧振器1132位于介電窗104的邊緣附近。第二諧振器1132是一底部端部開口的空腔諧振器，其用于在處理室109的邊緣附近產(chǎn)生非常高密度的等離子體。
由微波功率源132產(chǎn)生的微波功率通過耦合器134進(jìn)入到第一和第二波導(dǎo)1031和1032。進(jìn)入到第一和第二波導(dǎo)1031和1032的每一微波經(jīng)由連接到每個波導(dǎo)1031和1032的錐形波導(dǎo)部件1051和1052，進(jìn)入到每個第一和第二諧振器1131和1132。
由微波功率源132產(chǎn)生并進(jìn)入到第一及第二諧振器1131和1132的一定量的微波功率能夠被包含在第一和第二波導(dǎo)1031和1032中的第一和第二組合探測器112a和112b所控制。
通過控制進(jìn)入第一諧振器1131的微波，能控制處理室109中心部分處的微波等離子密度。例如，改變傳輸?shù)降诙▽?dǎo)1032的微波功率的比率，能控制處理室109中徑向方向上的等離子體的均勻性。
圖4中所示的等離子體處理設(shè)備100使用了微波等離子發(fā)生裝置，該裝置由第一及第二諧振器1131和1132組成。然而，根據(jù)本發(fā)明可選擇實施例的等離子體處理設(shè)備可以使用由任意數(shù)目的諧振器組成的微波等離子發(fā)生裝置。
在根據(jù)本發(fā)明另一實施例的等離子體處理設(shè)備中，使用了應(yīng)用n個諧振器的微波等離子發(fā)生裝置，可以通過控制耦合器134以控制進(jìn)入每個諧振器的微波功率的比率，來控制處理室109中臨近介電窗104的等離子體的均勻性。
盡管未顯示，但每個波導(dǎo)中使用單獨的微波功率源，能夠控制等離子體的均勻性。
第一及第二可移動凸緣115a和115b用于使每個波導(dǎo)與相應(yīng)的微波功率源相匹配。
第一波導(dǎo)1031可以相對于處理室109的軸轉(zhuǎn)動，而第二波導(dǎo)1032可以被構(gòu)建得相對于第一波導(dǎo)1031轉(zhuǎn)動。因此，微波等離子發(fā)生裝置可以很容易的與等離子體處理設(shè)備相結(jié)合。
支撐部件102位于處理室109的下面，其可以上下移動從而將裝載到支撐部件102上的基板放置在使等離子體的均勻性最佳的水平面處。
根據(jù)本發(fā)明，多個微波波導(dǎo)是共軸的，且相鄰的微波波導(dǎo)共享一個壁。
圖6是在圖4的等離子體處理設(shè)備中，等離子密度相對于從介電窗104朝向安裝在支撐部件102上的晶片基板W的距離的曲線圖。
參考圖6，d2代表在基板W的徑向方向上等離子體的最佳均勻性，d1和d3代表不理想的等離子體分布。因為通過調(diào)節(jié)介電窗104和晶片基板W之間的距離，能使晶片基板W位于等離子體的最佳分布區(qū)域，所以并不需要在處理室109的整個體積中產(chǎn)生均勻的等離子體以獲得基板W上的均勻流量?？刂朴商幚硎?09中的多個諧振器1131到113n所產(chǎn)生的各個等離子密度峰值就足夠了。
圖7是在處理室109中由單一諧振器形成的駐波的示意圖。
參考圖7，駐波的峰值出現(xiàn)在對應(yīng)諧振器中心線的位置。駐波的幅度表示微波功率的大小，并且處理室109中的等離子密度根據(jù)微波功率而變化。
圖8是由處理室109中多個諧振器1131到113n中的每一個所產(chǎn)生的等離子密度峰值的曲線圖。為了簡化，省略了冷卻水進(jìn)口136a和冷卻水出口136b。
參考圖8，在處理室109的中心處的中心峰值0由第一諧振器1131形成。峰值02到0n形成在對應(yīng)于第二至第n個諧振器1132-113n的中心線的位置處。由于所有的諧振器相對于處理室109的中心是對稱的，所以峰值也具有方位上的對稱性。因此，這些峰值的頂視圖是同心圓。
排列諧振器從而使得峰值02到0n在距中心峰值0的預(yù)定距離處形成。這樣，如上所述，等離子體的密度根據(jù)距處理室109中介電窗104的距離而變化，如圖6所示的那樣。因此，根據(jù)本發(fā)明，即使等離子密度在整個處理室109中并不均勻，仍可獲得徑向方向上距介電窗104預(yù)定距離處的均勻的等離子密度。
為了在對應(yīng)于諧振器中心線的位置處形成峰值，每個諧振器中必須發(fā)生諧振。根據(jù)本發(fā)明的每個諧振器的諧振條件是，諧振器中心線的長度必須等于對應(yīng)此諧振器的波導(dǎo)的微波波長的整數(shù)倍。在這里需要指出，在開口型波導(dǎo)中的波長與各面都具有傳導(dǎo)壁(conductive wall)的閉合型波導(dǎo)中的波長是不一樣的。這是因為，在開口型波導(dǎo)中，形成諧振器的不僅僅是構(gòu)成波導(dǎo)的彎曲的上部環(huán)，還包括了介電窗和處理室。
盡管諧振器中的振蕩頻率是由從微波供應(yīng)部件輸入的頻率決定的，在每個諧振器中被激發(fā)的模式類型還依賴于耦合裝置的位置。只要耦合通過多個獨立端口發(fā)生，每個輸入微波將以同樣的頻率激發(fā)其自有的諧振模式。
改變傳輸?shù)较鄳?yīng)諧振器的微波功率的比率，能夠控制在給定徑向位置上的峰值幅度。如圖5中所表示的，根據(jù)本發(fā)明的微波供應(yīng)部件能夠在距中心不同的徑向距離上使用三個或更多的共軸諧振器，這對于在大的區(qū)域上實現(xiàn)均勻的等離子體處理非常重要。
盡管已參考本發(fā)明的示例性實施例對其進(jìn)行了特別地表示和描述，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解的是，可以對本發(fā)明進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的多種改變而不背離由以下權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的主旨和范圍。
如上所述，由于根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理設(shè)備的結(jié)構(gòu)，使用多個環(huán)形端部開口的空腔諧振器，等離子體能夠在大的基板上形成均勻的分布。
另外，由于根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理設(shè)備沒有使用多個槽來通過介電窗供應(yīng)微波，因此介電窗的腐蝕也能夠得以避免。
另外，通過將處理氣體供應(yīng)到靠近介電窗的位置，處理氣體得以有效的電離和分解。
權(quán)利要求
1.一種等離子體處理設(shè)備，包括一用于形成一處理室的容器；一用于支撐材料使其在所述處理室中被處理的支撐部件；一在所述處理室的上部形成的介電窗；一將處理氣體注入到所述處理室的氣體供應(yīng)部件；以及一包含多個端部開口的空腔諧振器以通過所述介電窗供應(yīng)微波的微波供應(yīng)部件。
2.權(quán)利要求1的等離子體處理設(shè)備，其中所述氣體供應(yīng)部件包括一穿過所述介電窗的中心安裝的上部氣體供應(yīng)部件；一以一預(yù)定角度向待處理的材料表面供應(yīng)處理氣體的第一氣體供應(yīng)部件；以及一被配置為具有徑向均勻分布的氣體流量的第二氣體供應(yīng)部件。
3.權(quán)利要求2的等離子體處理設(shè)備，其中通過每個所述氣體供應(yīng)部件的氣體流量被獨立地控制。
4.權(quán)利要求1的等離子體處理設(shè)備，其中所述多個端部開口的空腔諧振器在與所述介電窗接觸的部分處打開。
5.權(quán)利要求1的等離子體處理設(shè)備，其中所述微波供應(yīng)部件包括一用于產(chǎn)生微波的微波功率源；多個波導(dǎo)；一用于將由所述微波功率源產(chǎn)生的微波分配到所述多個波導(dǎo)的耦合器；以及多個分別連接到多個波導(dǎo)的端部開口的空腔諧振器。
6.權(quán)利要求5的等離子體處理設(shè)備，其中通過改變傳輸?shù)剿雒總€波導(dǎo)的微波功率的比率，能夠改善所述處理室中徑向的等離子體均勻性。
7.權(quán)利要求5的等離子體處理設(shè)備，其中每個所述波導(dǎo)能夠相對于所述處理室的軸轉(zhuǎn)動。
8.權(quán)利要求5的等離子體處理設(shè)備，其中所述多個波導(dǎo)被配置成共軸的。
9.權(quán)利要求5的等離子體處理設(shè)備，其中相鄰的波導(dǎo)共享一共同的壁。
10.權(quán)利要求1的等離子體處理設(shè)備，其中所述支撐工具能夠上下移動從而將裝載到所述支撐工具上的基板放置到獲得最佳等離子體均勻性的水平面上。
11.一種微波供應(yīng)部件，包括一用于產(chǎn)生微波的微波功率源；多個波導(dǎo)；一用于將由所述微波功率源產(chǎn)生的微波分配到所述多個波導(dǎo)的耦合器以及多個諧振器。
12.權(quán)利要求11的微波供應(yīng)部件，其中所述耦合器調(diào)節(jié)傳輸?shù)矫總€所述波導(dǎo)的微波功率的比率。
13.權(quán)利要求11的微波供應(yīng)部件，其中所述多個波導(dǎo)能夠彼此相對轉(zhuǎn)動。
14.權(quán)利要求11的微波供應(yīng)部件，其中所述多個端部開口的空腔諧振器相對于所述波導(dǎo)的部分是打開的。
15.權(quán)利要求11的微波供應(yīng)部件，其中所述多個波導(dǎo)被配置成共軸的。
16.權(quán)利要求11的微波供應(yīng)部件，其中相鄰的波導(dǎo)共享一共同的壁。
全文摘要
提供了一種使用多路端部開口的空腔諧振器的微波等離子體產(chǎn)生設(shè)備，以及包括該微波等離子體產(chǎn)生設(shè)備的等離子體處理設(shè)備。該等離子處理設(shè)備包括用于形成處理室的容器，用于支撐材料使其在處理室中被處理的支撐部件，在處理室的上部形成的介電窗，將處理氣體注入處理室的氣體供應(yīng)部件，以及通過介電窗供應(yīng)微波的包含多個諧振器的微波供應(yīng)部件。
文檔編號H05H1/30GK1652661SQ200410078689
公開日2005年8月10日 申請日期2004年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月7日
發(fā)明者尤里·N·托爾馬切夫, 馬東俊, 金大一, 瑟吉·Y·納瓦拉 申請人:三星電子株式會社