專(zhuān)利名稱(chēng)：用于等離子體處理的rf饋電結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方式主要涉及等離子體處理設(shè)備。
背景技術(shù)：
電感耦合等離子體(ICP)工藝反應(yīng)器主要通過(guò)由設(shè)置在處理腔室外部的一個(gè)或 多個(gè)感應(yīng)線(xiàn)圈在處理腔室內(nèi)設(shè)置的工藝氣體中感應(yīng)電流來(lái)形成等離子體。這些感應(yīng)線(xiàn)圈可 設(shè)置在所述腔室外，并通過(guò)例如介質(zhì)蓋(dielectric lid)而與所述腔室電性隔離。當(dāng)射頻 (RF)電流經(jīng)由來(lái)自RF電源的RF饋電結(jié)構(gòu)(feed structure)饋送(feed)到這些感應(yīng)線(xiàn)圈 時(shí)，能由這些感應(yīng)線(xiàn)圈所產(chǎn)生的電場(chǎng)而在腔室內(nèi)部形成電感耦合等離子體。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了由于RF饋電結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱(chēng)形狀而導(dǎo)致的磁場(chǎng)不對(duì)稱(chēng)，因此感應(yīng)線(xiàn) 圈產(chǎn)生的電場(chǎng)也不對(duì)稱(chēng)，使得這些感應(yīng)線(xiàn)圈所產(chǎn)生的等離子體具有不對(duì)稱(chēng)的分布。因此，發(fā)明人設(shè)計(jì)出一種改進(jìn)的RF饋電結(jié)構(gòu)以克服磁場(chǎng)和電場(chǎng)的不對(duì)稱(chēng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供用于等離子體處理的設(shè)備。在一些實(shí)施方式中，RF饋電結(jié)構(gòu)包括將 RF功率耦合到多個(gè)對(duì)稱(chēng)布置的堆疊的第一 RF線(xiàn)圈元件的第一 RF饋電器(feed)；與該第一 RF饋電器同軸地設(shè)置并與該第一 RF饋電器電絕緣的第二 RF饋電器，該第二 RF饋電器將 RF功率耦合到多個(gè)對(duì)稱(chēng)布置的堆疊的第二 RF線(xiàn)圈元件，該第二 RF線(xiàn)圈元件與該第一 RF線(xiàn) 圈元件同軸地設(shè)置。在一些實(shí)施方式中，等離子體處理設(shè)備包括第一 RF線(xiàn)圈；與該第一 RF線(xiàn)圈同軸 設(shè)置的第二 RF線(xiàn)圈；耦接到該第一 RF線(xiàn)圈從而為其提供RF功率的第一 RF饋電器；以及與 該第一 RF饋電器同軸地設(shè)置并與該第一 RF饋電器電絕緣的的第二 RF饋電器，該第二 RF 饋電器耦接到該第二 RF線(xiàn)圈從而為其提供RF功率。本發(fā)明的其它以及進(jìn)一步的實(shí)施方式 在下文中描述。


上面所簡(jiǎn)要概述的以及下面將要詳細(xì)描述的本發(fā)明的實(shí)施方式可參考附圖中描 述的本發(fā)明的示例性實(shí)施方式進(jìn)行理解。然而，應(yīng)當(dāng)注意到，附圖僅示出本發(fā)明的典型實(shí)施 方式，由于本發(fā)明還可允許其它等效實(shí)施方式，因此附圖并不被認(rèn)為限制了本發(fā)明的范圍。圖1描述根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的電感耦合等離子體反應(yīng)器的側(cè)試示意圖。圖2A-2B描述根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的RF饋電結(jié)構(gòu)。圖3A-;3B描述根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的電感耦合等離子體設(shè)備的俯視示意 圖。圖4描述了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的電感耦合等離子體的側(cè)視示意圖。圖5A-5D說(shuō)明性地描述使用傳統(tǒng)設(shè)備和本發(fā)明公開(kāi)的一實(shí)施方式中的設(shè)備所產(chǎn) 生的電場(chǎng)的曲線(xiàn)圖。
為了便于理解，在可能之處，采用相同的參考標(biāo)記表示附圖中共有的相同元件。附 圖沒(méi)有按比例繪制，并且可能被簡(jiǎn)化以使其清楚。除非不兼容或明確聲明為相反，否則一個(gè) 實(shí)施方式中的元件和特征可有效地并入其它的實(shí)施方式而不做進(jìn)一步的敘述。
具體實(shí)施例方式這里提供了一種用于等離子體處理的設(shè)備。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的設(shè)備包 括用于將RF功率耦合到感應(yīng)RF線(xiàn)圈的RF饋電結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的RF饋電結(jié)構(gòu)有利地減小了 鄰近感應(yīng)RF線(xiàn)圈的磁場(chǎng)的不對(duì)稱(chēng)，這樣由RF線(xiàn)圈產(chǎn)生的電場(chǎng)是對(duì)稱(chēng)的，或者與使用傳統(tǒng)的 RF饋電器相比更對(duì)稱(chēng)，因此促進(jìn)了具有對(duì)稱(chēng)的或更對(duì)稱(chēng)的電場(chǎng)分布的等離子體的形成。圖1描述了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的電感耦合等離子體反應(yīng)器100的示例性 和簡(jiǎn)化的側(cè)視示意圖。圖4中示出了適用于本發(fā)明的實(shí)施方式的示例性等離子體反應(yīng)器的 更詳細(xì)的示圖。等離子體反應(yīng)器包括設(shè)置在處理腔室104頂上的電感耦合等離子體設(shè)備 102。電感耦合等離子體設(shè)備102包括RF饋電結(jié)構(gòu)106，用于將RF電源108耦合到多個(gè)RF 線(xiàn)圈，如第一 RF線(xiàn)圈110和第二 RF線(xiàn)圈112。該多個(gè)RF線(xiàn)圈鄰近處理腔室104(例如，在 處理腔室上方)同軸地設(shè)置，并被配置成將RF功率感應(yīng)地耦合到處理腔室104中以由在處 理腔室104中提供的工藝氣體形成等離子體。RF電源108經(jīng)由匹配網(wǎng)絡(luò)114耦合到RF饋電結(jié)構(gòu)106。可提供功率分配器(power divider) 116以調(diào)節(jié)分別輸送到第一和第二 RF線(xiàn)圈110、112的RF功率。該功率分配器116 可連接在匹配網(wǎng)絡(luò)114和RF饋電結(jié)構(gòu)106之間。可選地，該功率分配器可以為該匹配網(wǎng)絡(luò) 114的一部分，在該情形中，該匹配網(wǎng)絡(luò)將具有耦接到RF饋電結(jié)構(gòu)106的兩個(gè)輸出端-每個(gè) 輸出端對(duì)應(yīng)RF線(xiàn)圈110、112之一。下面根據(jù)圖4中闡述的實(shí)施方式更詳細(xì)地描述該功率 分配器。RF饋電結(jié)構(gòu)106將來(lái)自功率分配器116(或其中結(jié)合有該功率分配器的匹配網(wǎng)絡(luò) 114)的RF電流耦合到各個(gè)RF線(xiàn)圈。RF饋電結(jié)構(gòu)106被配置成以對(duì)稱(chēng)的方式為RF線(xiàn)圈提 供RF電流，這樣RF電流以圍繞這些RF線(xiàn)圈的中心軸呈幾何對(duì)稱(chēng)的構(gòu)造耦合到各個(gè)線(xiàn)圈。例如，如2A-B描述根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的RF饋電結(jié)構(gòu)106。如圖2A所示， RF饋電結(jié)構(gòu)106可包括第一 RF饋電器202和與該第一 RF饋電器202同軸設(shè)置的第二 RF 饋電器204。該第一 RF饋電器202與該第二 RF饋電器204電絕緣。在一些實(shí)施方式中，RF 饋電結(jié)構(gòu)106可以為大致線(xiàn)性(substantially linear)，具有中心軸201。這里所述的大致 線(xiàn)性指的是沿RF饋電結(jié)構(gòu)的軸向長(zhǎng)度的幾何形狀，且排除了可形成在RF饋電結(jié)構(gòu)元件的 端部附近的任何凸緣(flange)或其它特征(feature)，例如，它們用以幫助與匹配網(wǎng)絡(luò)的 輸出端或功率分配器的輸出端的耦合或與這些RF線(xiàn)圈輸入端的耦合。在一些實(shí)施方式中， 如所闡述的，第一和第二 RF饋電器202、204可以為大致線(xiàn)性，且該第二 RF饋電器204圍繞 該第一 RF饋電器202同軸地設(shè)置。該第一和第二 RF饋電器202、204可由用于將RF功率 耦合到RF線(xiàn)圈的任意合適的導(dǎo)電材料形成。示例性的導(dǎo)電材料可包括銅、鋁或類(lèi)似物。第 一和第二 RF饋電器202、204可通過(guò)諸如空氣、含氟聚合物(例如，Tef Ion )、聚乙烯或類(lèi) 似物的一種或多種絕緣材料所電絕緣。第一 RF饋電器202和第二饋電器204各自耦接到第一或第二 RF線(xiàn)圈110、112中 不同的一個(gè)線(xiàn)圈。在一些實(shí)施方式中，第一 RF饋電器202可耦接到第一 RF線(xiàn)圈110。該第一 RF饋電器202可包括導(dǎo)線(xiàn)、纜線(xiàn)、桿、管或其它用于耦合RF功率的合適的導(dǎo)電元件中的 一種或多種。在一些實(shí)施方式中，第一 RF饋電器202的橫截面可以是大致圓形的。該第一 RF饋電器202可包括第一端206和第二端207。該第二端207可耦接到匹配網(wǎng)絡(luò)114(已 示出)或功率分配器(圖1中示出)。例如，如圖2A所示，匹配網(wǎng)絡(luò)114可包括功率分配器 230，該功率分配器230具有用于將經(jīng)分配的RF電流經(jīng)由RF饋電結(jié)構(gòu)提供給RF線(xiàn)圈的兩 個(gè)輸出端232、234。第一 RF饋電器202的第二端207耦接到匹配網(wǎng)絡(luò)114的兩個(gè)輸出端之 一(例如，圖2A中示出的輸出端232)。第一 RF饋電器202的第一端206可耦接到第一 RF線(xiàn)圈110。第一 RF饋電器202 的第一端206可直接或經(jīng)由某些中間支撐結(jié)構(gòu)(圖2A中示出了基座208)耦接到第一 RF 線(xiàn)圈110?；?08可為圓形的或其它形狀，并可包括用于將第一 RF線(xiàn)圈耦接到該基座的 對(duì)稱(chēng)布置的耦接點(diǎn)。例如，在圖2A中，兩個(gè)終端2 示出為設(shè)置在基座208的相對(duì)側(cè)上，用 于通過(guò)例如螺絲釘229(當(dāng)然可提供其它合適的耦接，例如夾具、焊接或類(lèi)似物)耦接到第 一 RF線(xiàn)圈的兩個(gè)部分。在一些實(shí)施方式中，如下面關(guān)于圖3A-B所進(jìn)一步討論的，第一 RF線(xiàn)圈110(和/ 或第二 RF線(xiàn)圈112)可包括多個(gè)(例如，兩個(gè)或更多個(gè))間隔的(interlineated)且對(duì)稱(chēng) 布置的堆疊線(xiàn)圈。例如，第一 RF線(xiàn)圈110可包括可繞入一個(gè)線(xiàn)圈的多個(gè)導(dǎo)體，每個(gè)導(dǎo)體占 有相同的圓柱平面。每個(gè)間隔的堆疊線(xiàn)圈可還具有朝向該線(xiàn)圈的中心軸向內(nèi)延伸的腿210。 在一些實(shí)施方式中，每條腿可圍繞基座208和/或第一 RF饋電器202彼此對(duì)稱(chēng)地布置(例 如，兩條腿以180度分開(kāi)，三條腿以120度分開(kāi)，四條腿以90度分開(kāi)，和類(lèi)似布置)。在一些 實(shí)施方式中，每條腿210可為各個(gè)RF線(xiàn)圈導(dǎo)體的一部分，該部分向內(nèi)延伸以與第一 RF饋電 器202電接觸。在一些實(shí)施方式中，第一 RF線(xiàn)圈110可包括多個(gè)導(dǎo)體，每個(gè)導(dǎo)體具有從該 線(xiàn)圈向內(nèi)延伸的腿210以在各個(gè)對(duì)稱(chēng)布置的耦接點(diǎn)(如，終端228)處耦接到基座208。第二 RF饋電器204可為圍繞第一 RF饋電器202同軸設(shè)置的導(dǎo)電管203。第二 RF 饋電器204可進(jìn)一步包括鄰近第一和第二 RF線(xiàn)圈110、112的第一端212和與該第一端212 相對(duì)的第二端214。在一些實(shí)施方式中，第二 RF線(xiàn)圈112可經(jīng)由凸緣(flange) 216在第一 端212處耦接到第二 RF饋電器204，或可選地直接耦接到第二 RF饋電器204 (未示出)。凸 緣216可為圓形或其它形狀，并圍繞第二 RF饋電器204同軸設(shè)置。凸緣216可進(jìn)一步包括 對(duì)稱(chēng)布置的耦接點(diǎn)以將第二 RF線(xiàn)圈112耦接到其上。例如，在圖2A中，示出了設(shè)置在第二 RF饋電器204的相對(duì)側(cè)上用于經(jīng)由，例如螺絲釘227(盡管可具有其它合適的耦接，例如上 述關(guān)于終端228的描述)耦接到第二 RF線(xiàn)圈112的兩個(gè)部分的兩個(gè)終端226。與第一線(xiàn)圈110相似，也如下面關(guān)于圖3A-B所進(jìn)一步討論的，第二 RF線(xiàn)圈112可 包括多個(gè)間隔的(interlineated)且對(duì)稱(chēng)地布置的堆疊線(xiàn)圈。每個(gè)堆疊線(xiàn)圈可具有從其延 伸用于在各個(gè)對(duì)稱(chēng)布置的耦接點(diǎn)處耦接到凸緣216的腿218。因此，每條腿218可圍繞凸緣 216和/或第二 RF饋電器204對(duì)稱(chēng)地布置。第二 RF饋電器204的第二端214可耦接到匹配網(wǎng)絡(luò)114(已示出)或功率分配器 (圖1中示出)。例如，如圖2A所示，匹配網(wǎng)絡(luò)114可包括具有兩個(gè)輸出端232、234的功率 分配器230。第二 RF饋電器204的第二端214可耦接到匹配網(wǎng)絡(luò)114的兩個(gè)輸出端之一 (例如，234)。第二 RF饋電器204的第二端214可經(jīng)由導(dǎo)電元件220(例如，導(dǎo)電帶)耦接 到匹配網(wǎng)絡(luò)114。在一些實(shí)施方式中，第二 RF饋電器204的第一和第二端212、214可由長(zhǎng)度222隔開(kāi)，該長(zhǎng)度222足夠限制可能由導(dǎo)電元件220所產(chǎn)生的任意磁場(chǎng)不對(duì)稱(chēng)的影響。所 需的長(zhǎng)度可根據(jù)意欲用于處理腔室104中的RF功率來(lái)確定，提供的功率越高，則所需的長(zhǎng) 度越長(zhǎng)。在一些實(shí)施方式中，長(zhǎng)度222可在約2英寸到約8英寸之間(約5cm到約20cm)。 在一些實(shí)施方式中，這樣的長(zhǎng)度使得通過(guò)RF電流在第一和第二 RF饋電器中流動(dòng)所形成的 磁場(chǎng)對(duì)通過(guò)RF電流在第一和第二 RF線(xiàn)圈110、112中流動(dòng)所形成的電場(chǎng)的對(duì)稱(chēng)性基本上沒(méi) 有影響。在一些實(shí)施方式中，如圖2B所示，盤(pán)2M可鄰近第二 RF饋電器204的第二端214 耦接到該第二 RF饋電器204?？墒褂脤?dǎo)電元件220或其它合適的連接器將盤(pán)2M耦接到 匹配網(wǎng)絡(luò)(或功率分配器)的輸出端。盤(pán)2M可由與第二 RF饋電器204相同類(lèi)型的材料 制造，并可由與第二 RF饋電器204為相同或不同的材料。盤(pán)2M可為第二 RF饋電器204 的一集成部件(已示出)，或可選地可通過(guò)在其二者間提供穩(wěn)固的(robust)電氣連接的任 何適當(dāng)手段而耦接至第二 RF饋電器204，這些手段包括但不限于螺栓連接(bolting)、焊 接(welding)、對(duì)圍繞第二 RF饋電器204的盤(pán)的延伸部或唇沿(Iip)壓合或類(lèi)似手段。盤(pán) 224可圍繞第二 RF饋電器204同軸設(shè)置。盤(pán)2 可以任意合適的方式，例如經(jīng)由導(dǎo)電帶 (conductive trap)或類(lèi)似方式耦接到匹配網(wǎng)絡(luò)114或功率分配器。盤(pán)2 有利地提供電 屏蔽，該電屏蔽減輕或消除由于來(lái)自匹配網(wǎng)絡(luò)114(或來(lái)自功率分配器)的偏移輸出而導(dǎo) 致的任意磁場(chǎng)不對(duì)稱(chēng)。因此，當(dāng)盤(pán)2M用于耦合RF功率時(shí)，第二 RF饋電器204的長(zhǎng)度222 可以比當(dāng)導(dǎo)電元件220直接耦接到第二 RF饋電器204時(shí)要短。在這樣的實(shí)施方式中，長(zhǎng)度 222可在約1英寸到約6英寸之間(約2cm到約15cm)。圖3A-;3B描述根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的電感耦合等離子體設(shè)備102的俯視示 意圖。如上所述，第一和第二 RF線(xiàn)圈110、112不需要為單一的連續(xù)線(xiàn)圈，可各自為多個(gè)(例 如，兩個(gè)或更多個(gè))間隔的且對(duì)稱(chēng)布置的堆疊線(xiàn)圈元件。此外，第二 RF線(xiàn)圈112可圍繞第 一 RF線(xiàn)圈110同軸地設(shè)置。在一些實(shí)施方式中，如圖3A-B所示，第二 RF線(xiàn)圈112圍繞第 一 RF線(xiàn)圈110同軸設(shè)置。在一些實(shí)施方式中，如圖3A所示，第一 RF線(xiàn)圈110可包括兩個(gè)間隔的且對(duì)稱(chēng)布置 的堆疊的第一 RF線(xiàn)圈元件302A、302B，且第二 RF線(xiàn)圈112包括四個(gè)間隔的且對(duì)稱(chēng)布置的堆 疊的第二 RF線(xiàn)圈元件308A、308B、308C和308D。第一 RF線(xiàn)圈元件302A、302B可進(jìn)一步包 括從其向內(nèi)延伸且連接到第一 RF饋電器202的腿304A、304B。腿304A、304B基本上等同于 上面描述的腿210。腿304A、304B圍繞第一 RF饋電器202對(duì)稱(chēng)地布置(例如，彼此相對(duì))。 典型地，RF電流可從第一 RF饋電器202通過(guò)腿304A、304B流入第一 RF線(xiàn)圈元件302A、 302B,并最終流入分別耦接到第一 RF線(xiàn)圈元件302A、302B的終端的接地端306A、306B。為 了保持對(duì)稱(chēng)，例如，第一和第二 RF線(xiàn)圈110、112中的電場(chǎng)對(duì)稱(chēng)，接地端306A、306B可圍繞第 一 RF饋電結(jié)構(gòu)202以與腿304A、304B基本相似的對(duì)稱(chēng)方向設(shè)置。例如，如圖3A中所示，接 地端306A、306B與腿304A、304B同軸設(shè)置。與第一 RF線(xiàn)圈元件類(lèi)似，第二 RF線(xiàn)圈元件308A、308B、308C和308D可進(jìn)一步包括 從其延伸且連接到第二 RF饋電器204的腿310A、310B、310C和310D。腿310A、310B、310C 和310D基本上等同于上面描述的腿218。腿310A、310B、310C和310D圍繞第二 RF饋電器 204對(duì)稱(chēng)地布置。典型地，RF電流可從第二 RF饋電器204通過(guò)腿310A、310B、310C和310D 分別流入第二 RF線(xiàn)圈元件308A、308B、308C和308D，并最終流入分別耦接到第二 RF線(xiàn)圈元件308A、308B、308C和308D的終端的接地端312A、312B、312C禾口 312D。為了保持對(duì)稱(chēng)， 例如，第一和第二 RF線(xiàn)圈110,112中的電場(chǎng)對(duì)稱(chēng)，接地端312A、312B、312C和312D可圍繞 第二 RF饋電結(jié)構(gòu)204以與腿310A、310B、310C和310D基本相似的對(duì)稱(chēng)方向設(shè)置。例如，如 圖3A中所示，接地端312A、312B、312C和312D分別與腿310A、310B、310C和310D成一直線(xiàn) (in-line)設(shè)置。在一些實(shí)施方式中，如圖3A中所示，第一 RF線(xiàn)圈110的腿/接地端可關(guān)于第二 RF 線(xiàn)圈112的腿/接地端以一角度定向。但是，這只是示例性的，應(yīng)理解可使用任意對(duì)稱(chēng)的定 向，例如第一 RF線(xiàn)圈110的腿/接地端與第二 RF線(xiàn)圈112的腿/接地端成一直線(xiàn)設(shè)置。在一些實(shí)施方式中，如圖:3B所示，第一 RF線(xiàn)圈110可包括四個(gè)間隔的且對(duì)稱(chēng)布置 的堆疊的第一 RF線(xiàn)圈元件302A、302B、302C和302D。與第一 RF線(xiàn)圈元件302A、302B類(lèi)似， 附加的第一 RF線(xiàn)圈元件302C、302D可進(jìn)一步包括從其延伸且連接到第一 RF饋電器202的 腿304C、304D。腿304C、304D基本上等同于上面描述的腿210。腿304A、304B、304C、304D 圍繞第一 RF饋電器202對(duì)稱(chēng)地布置。與第一 RF線(xiàn)圈元件302A、302B類(lèi)似，第一 RF線(xiàn)圈 302C、302D在與腿304C、304D同軸設(shè)置的接地端306C、306D終止。為了保持對(duì)稱(chēng)，例如，第 一和第二 RF線(xiàn)圈110、112中的電場(chǎng)對(duì)稱(chēng)，接地端306A、306B、306C、306D可圍繞第一RF饋電 結(jié)構(gòu)202以與腿304A、304B、304C、304D基本相似的對(duì)稱(chēng)方向設(shè)置。例如，如圖中所示， 接地端306A、306B、306C、306D分別與腿304A、304B、304C、304D成一直線(xiàn)設(shè)置。圖中的 第二 RF線(xiàn)圈元件308A、308B、308C、308D及其所有部件(例如，腿/接地端)與上面描述的 圖3A中的一樣。
在一些實(shí)施方式中，如圖:3B中所示，第一 RF線(xiàn)圈110的腿/接地端可關(guān)于第二 RF 線(xiàn)圈112的腿/接地端以一角度定向。但是，這只是示例性的，應(yīng)理解可使用任意對(duì)稱(chēng)的定 向，例如第一 RF線(xiàn)圈110的腿/接地端與第二 RF線(xiàn)圈112的腿/接地端成一直線(xiàn)設(shè)置。盡管上述描述使用各個(gè)線(xiàn)圈具有兩個(gè)或四個(gè)堆疊元件的情況作為例子，但應(yīng)考慮 第一和第二 RF線(xiàn)圈110、112中的任一個(gè)或兩個(gè)可使用任意數(shù)量的線(xiàn)圈元件，例如，三個(gè)、六 個(gè)、或保持圍繞第一和第二 RF饋電器202、204的對(duì)稱(chēng)性的任意合適的數(shù)量和布置。例如， 一個(gè)線(xiàn)圈中可具有三個(gè)線(xiàn)圈元件，每個(gè)線(xiàn)圈元件關(guān)于相鄰的線(xiàn)圈元件旋轉(zhuǎn)120度。圖4描述根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的電感耦合等離子體反應(yīng)器400的側(cè)視示意 圖。反應(yīng)器400可單獨(dú)使用，或作為集成半導(dǎo)體襯底處理系統(tǒng)的處理模塊，或集群工具，例 如可從 California 的 Santa Clara 的 Applied Materials, Inc.獲得的CENTURA 集成半 導(dǎo)體晶片處理系統(tǒng)?？捎欣厥芤嬗诟鶕?jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的變型的合適的等離子體反應(yīng) 器的例子包括電感耦合等離子體蝕刻反應(yīng)器，例如，同樣可從Applied Materials, Inc.獲 得的半導(dǎo)體設(shè)備的DPS 線(xiàn)(例如，DPS 、DPS II、DPS AE、DPS G3聚乙烯蝕刻器、DPS G5等)。上述半導(dǎo)體設(shè)備的名單僅為示例性的，其它蝕刻反應(yīng)器和非蝕刻設(shè)備(例如，CVD 反應(yīng)器或其它半導(dǎo)體處理設(shè)備)也可根據(jù)本教導(dǎo)進(jìn)行修改。其它根據(jù)本發(fā)明可使用的合 適的電感耦合等離子體反應(yīng)器包括由V. N. Todorow等人于2009年10月沈日提交的名稱(chēng) 為 “INDUCT IVELY COUPLED PLASMA APPARATUS WITH PHASE CONTROL” 的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序 列號(hào)61/254,833，以及由S. Banna等人于2009年10月沈日提交的名稱(chēng)為“DUAL MODE INDUCTIVELY COUPLED PLASMA REACTOR WITH ADJUSTABLE PHASE COIL ASSEMBLY” 的美國(guó) 專(zhuān)利申請(qǐng)61/254，837，在此引入每個(gè)專(zhuān)利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容作為參考。
反應(yīng)器400主要包括具有導(dǎo)電主體(壁)430和介質(zhì)蓋(dielectric lid)420(-起限定處理空間(processing volume))的處理腔室404、設(shè)置在處理空間內(nèi)的基板支撐基 座416、電感耦合等離子體設(shè)備102和控制器440。壁430典型地耦接到電氣接地434。在 一些實(shí)施方式中，支撐基座(陰極)416可通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)4M耦接到偏置電源422。盡管 對(duì)于特定的應(yīng)用可按照需要來(lái)提供其它的頻率和功率，但偏置電源422可說(shuō)明性地為在約 13. 56MHz的頻率下產(chǎn)生高達(dá)1000W的功率的一電源，該電源能產(chǎn)生連續(xù)或脈沖功率任一 者。在一些實(shí)施方式中，電源422可為DC或脈沖DC電源。在一些實(shí)施方式中，介質(zhì)蓋420可基本上平坦。腔室104的其它修改例可具有其 它類(lèi)型的蓋，例如圓頂型蓋或其它形狀的蓋。電感耦合等離子體設(shè)備102典型地設(shè)置在蓋 420上方，并配置成將RF功率感應(yīng)地耦合到處理腔室404。電感耦合等離子體設(shè)備102包 括如上所討論的設(shè)置在介質(zhì)蓋420上方的第一和第二 RF線(xiàn)圈110、112?？筛鶕?jù)需要來(lái)調(diào)節(jié) 每個(gè)線(xiàn)圈的相對(duì)位置、直徑比以及每個(gè)線(xiàn)圈的匝數(shù)中每一個(gè)以控制，例如形成的等離子體 的分布曲線(xiàn)(profile)或密度。第一和第二 RF線(xiàn)圈110、110中每一個(gè)通過(guò)經(jīng)由RF饋電結(jié) 構(gòu)的匹配網(wǎng)絡(luò)114耦接到RF電源108。盡管對(duì)于特定的應(yīng)用，可以按照需要提供其它頻率 和功率，但RF電源108可說(shuō)明性地能在從50KHz到13. 56MHz的范圍內(nèi)的可調(diào)頻率下產(chǎn)生 高達(dá)4000W的功率。在一些實(shí)施方式中，諸如分路電容器(dividing capacitor)的功率分配器可設(shè)置 在RF饋電結(jié)構(gòu)106和RF電源108之間，RF饋電結(jié)構(gòu)106用于控制由RF電源108提供給 各第一和第二 RF線(xiàn)圈的RF功率的相對(duì)量。例如，如圖4所示，功率分配器404可設(shè)置在將 RF饋電結(jié)構(gòu)106耦接到RF電源的線(xiàn)路上，以控制提供給各個(gè)線(xiàn)圈的RF功率的量(從而幫 助對(duì)與第一和第二 RF線(xiàn)圈對(duì)應(yīng)的區(qū)域中的等離子體特性的控制)。任選地，一個(gè)或多個(gè)電極(未示出)可電耦接到第一或第二 RF線(xiàn)圈110、112中一 個(gè)線(xiàn)圈，例如，諸如第一 RF線(xiàn)圈110的內(nèi)線(xiàn)圈。該一個(gè)或多個(gè)電極可為設(shè)置在第一 RF線(xiàn)圈 110和第二 RF線(xiàn)圈112之間并鄰近介質(zhì)蓋420的兩個(gè)電極。每個(gè)電極可電耦接到第一 RF 線(xiàn)圈110或第二 RF線(xiàn)圈112，且RF功率可通過(guò)RF電源108經(jīng)由與這些電極耦接的感應(yīng)線(xiàn) 圈(例如，第一 RF線(xiàn)圈110或第二 RF線(xiàn)圈112)提供給該一個(gè)或多個(gè)電極。在一些實(shí)施方式中，該一個(gè)或多個(gè)電極可以可移動(dòng)地耦接到該一個(gè)或多個(gè)感應(yīng)線(xiàn) 圈之一以幫助該一個(gè)或多個(gè)電極相對(duì)于介質(zhì)蓋420和/或相對(duì)于彼此的相對(duì)定位。例如， 一個(gè)或多個(gè)定位機(jī)構(gòu)(positioning mechanism)可耦接到一個(gè)或多個(gè)電極以控制其位置。 該定位裝置可為能幫助所需的一個(gè)或多個(gè)電極的定位的任意手動(dòng)的或自動(dòng)的適當(dāng)裝置，例 如，包括導(dǎo)螺桿(lead screw)、線(xiàn)性軸承(linear bearing)、步進(jìn)電機(jī)、楔形物(wedge)或 類(lèi)似物的裝置。將該一個(gè)或多個(gè)電極耦接到特定的感應(yīng)線(xiàn)圈的電連接器可為柔性的以幫助 這樣的相對(duì)移動(dòng)。例如，在一些實(shí)施方式中，電連接器可包括一個(gè)或多個(gè)柔性機(jī)構(gòu)，如編織 線(xiàn)(braided wire)或其它導(dǎo)體。關(guān)于該電極的更詳細(xì)的描述以及其在等離子體處理設(shè)備 中的應(yīng)用參見(jiàn)于2008年7月30日遞交的名稱(chēng)為“Field Enhanced Inductively Coupled Plasma(FE-ICP)Reactor”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)12/182，342，在此引入其全部?jī)?nèi)容作為參 考。加熱器元件421可設(shè)置在介質(zhì)蓋420頂上，以幫助加熱處理腔室104的內(nèi)部。加 熱器元件421可設(shè)置在介質(zhì)蓋420和第一和第二 RF線(xiàn)圈110、112之間。在一些實(shí)施方式中，加熱器元件421可包括電阻加熱元件并可耦接到諸如AC電源這樣的電源423，該電源 423被配置成提供足夠的能量以控制加熱器元件421的溫度在約50攝氏度到約100攝氏度 之間。在一些實(shí)施方式中，加熱器元件421可為開(kāi)放式中斷加熱器(open break heater) 0 在一些實(shí)施方式中，加熱器元件421可包括諸如環(huán)形元件之類(lèi)的非中斷加熱器(no break heater)，從而幫助處理腔室104內(nèi)均勻等離子體的形成。在操作期間，襯底414 (諸如半導(dǎo)體晶片或適合用于等離子體處理的其它襯底)可 被放置在基座416上，并可通過(guò)進(jìn)氣口似6從氣體面板438提供工藝氣體以在處理腔室104 內(nèi)形成氣態(tài)混合物450。通過(guò)從等離子體源418施加功率到第一和第二 RF線(xiàn)圈110、112以 及任選地該一個(gè)或多個(gè)電極(未示出)，氣態(tài)混合物450可在處理腔室104內(nèi)被激發(fā)成等離 子體455。在一些實(shí)施方式中，來(lái)自偏置電源422的功率也可提供給基座416?？衫霉?jié)流 閥427和真空泵436來(lái)控制腔室104內(nèi)部的壓力?？衫秘灤┍?30的含液體管道(未示 出)控制腔室壁430的溫度?？赏ㄟ^(guò)穩(wěn)定處理支撐基座416的溫度來(lái)控制晶片414的溫度。在一個(gè)實(shí)施方式中， 來(lái)自氣體源448的氦氣可經(jīng)由氣體管道(gas conduit) )449提供給限定在晶片414背部與 設(shè)置在基座表面中的凹槽(未示出)之間的通路(channel)。使用氦氣來(lái)幫助基座416與 晶片414之間的熱傳遞。在處理過(guò)程中，基座416可由該基座內(nèi)的電阻加熱器(未示出) 而加熱到恒定的溫度，且氦氣可促進(jìn)晶片414的均勻加熱。使用這樣的熱控制，晶片414可 說(shuō)明性地維持在0到500攝氏度之間的溫度?？刂破?40包括中央處理器(CPU)444、存儲(chǔ)器442、以及CPU 444的輔助電路446， 以幫助對(duì)反應(yīng)器400的部件的控制以及如此對(duì)形成等離子體的方法的控制?？刂破?40可 為能用于工業(yè)設(shè)置來(lái)控制各種腔室和子處理器的任意形式的通用計(jì)算機(jī)處理器之一，CPU 444的存儲(chǔ)器或計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)442可為一種或多種易獲得的本地或遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器(readily available memory)，諸如隨機(jī)存儲(chǔ)存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、軟盤(pán)、硬盤(pán)或任何其它 形式的數(shù)字存儲(chǔ)裝置。輔助電路446耦接到CPU 444以傳統(tǒng)方式輔助處理器。這些電路包 括高速緩沖存儲(chǔ)器、電源、時(shí)鐘電路、輸入/輸出電路和子系統(tǒng)和類(lèi)似物。本發(fā)明的方法可 以作為軟件例程(routine)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器442中，可以上述方式來(lái)執(zhí)行或調(diào)用該軟件例程 以控制反應(yīng)器400的操作。軟件例程也可由第二 CPU(未示出)來(lái)存儲(chǔ)和/或執(zhí)行，該第二 CPU位于距受到CPU 444控制的硬件的遠(yuǎn)距離的地方。圖5A-5D說(shuō)明性地描述利用傳統(tǒng)設(shè)備以及這里公開(kāi)的本發(fā)明的設(shè)備的一實(shí)施方 式所產(chǎn)生的電場(chǎng)的曲線(xiàn)圖。這些曲線(xiàn)圖說(shuō)明性地描述來(lái)自實(shí)際試驗(yàn)的數(shù)據(jù)和本發(fā)明人所進(jìn) 行的觀察。圖5A和5B分別描述利用傳統(tǒng)RF饋電器而在等離子體中電場(chǎng)分布的徑向分量 和方位角分量。圖5A描述處理腔室510中的電場(chǎng)的徑向分量的曲線(xiàn)50^。提供襯底512 的概圖作為參考。圖5B描述處理腔室510中的電場(chǎng)的方位角分量的曲線(xiàn)504a。從這些曲 線(xiàn)圖可知，由于線(xiàn)圈電流和不對(duì)稱(chēng)RF饋電線(xiàn)電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的不對(duì)稱(chēng)干涉，導(dǎo)致等離子 體中的電場(chǎng)分布不對(duì)稱(chēng)。相反地，圖5C和5D分別描述利用這里公開(kāi)的本發(fā)明的RF饋電裝置而在等離子體 中電場(chǎng)分布的徑向分量和方位角分量。圖5C描述處理腔室510中的電場(chǎng)的徑向分量的曲 線(xiàn)50&。圖5D描述處理腔室510中的電場(chǎng)的方位角分量的曲線(xiàn)504b。從曲線(xiàn)圖可知，等離 子體中的電場(chǎng)分布得到了很大的改善，且基本上或幾乎為對(duì)稱(chēng)的。
因此，這里提供了用于等離子體處理的設(shè)備。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的設(shè)備包 括用于將RF功率耦合到感應(yīng)RF線(xiàn)圈的RF饋電結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的RF饋電結(jié)構(gòu)有利地減小鄰 近感應(yīng)RF線(xiàn)圈的磁場(chǎng)不對(duì)稱(chēng)，這樣使得由RF線(xiàn)圈所產(chǎn)生的電場(chǎng)是對(duì)稱(chēng)的，并因此促使具有 對(duì)稱(chēng)的電場(chǎng)分布的等離子體的形成。雖然前面的描述涉及本發(fā)明的實(shí)施方式，但在不違背本發(fā)明的基本范圍的情況下 也可設(shè)計(jì)出本發(fā)明的其它和進(jìn)一步的實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種RF饋電結(jié)構(gòu)，包括第一 RF饋電器，所述第一 RF饋電器具有配置成接收RF功率的第一端和配置成將RF 功率耦合到多個(gè)對(duì)稱(chēng)布置的堆疊的第一 RF線(xiàn)圈元件并與該第一端相對(duì)的第二端；第二 RF饋電器，所述第二 RF饋電器圍繞所述第一 RF饋電器同軸設(shè)置并與所述第一 RF 饋電器電絕緣，所述第二 RF饋電器具有配置成接收RF功率的第一端和配置成將RF功率耦 合到多個(gè)對(duì)稱(chēng)布置的堆疊的第二 RF線(xiàn)圈元件并與該第一端相對(duì)的第二端，其中所述第二 RF線(xiàn)圈元件與所述第一 RF線(xiàn)圈元件同軸設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF饋電結(jié)構(gòu)，其中所述第一和第二RF饋電器圍繞中心軸同 軸地設(shè)置并為大致線(xiàn)性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF饋電結(jié)構(gòu)，其中所述第一 RF饋電器進(jìn)一步包括鄰近所述第一 RF饋電器的第一端并圍繞所述第一 RF 饋電器對(duì)稱(chēng)設(shè)置的多個(gè)第一終端；以及所述第二 RF饋電器進(jìn)一步包括鄰近所述第二 RF饋電器的第二端并圍繞所述第二 RF 饋電器對(duì)稱(chēng)設(shè)置的多個(gè)第二終端，每個(gè)所述第二終端用于將所述第二 RF饋電器耦接到第 二線(xiàn)圈元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的RF饋電結(jié)構(gòu)，其中所述第一RF饋電器進(jìn)一步包括耦接到所 述第一 RF饋電器的第一端的基座，所述基座具有多個(gè)設(shè)置在其上的第一終端，并且其中所 述第二 RF饋電器進(jìn)一步包括圍繞所述第二 RF饋電器并鄰近所述第二 RF饋電器的第二端 耦接到所述第二 RF饋電器的環(huán)形凸緣，所述環(huán)形凸緣具有設(shè)置在其上的所述多個(gè)第二終端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF饋電結(jié)構(gòu)，其中所述第二RF饋電器進(jìn)一步包括 圍繞所述第一 RF饋電器同軸設(shè)置的導(dǎo)電管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的RF饋電結(jié)構(gòu)，其中所述導(dǎo)電管具有約2英寸到約8英寸(約 5cm到約20cm)之間的長(zhǎng)度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF饋電結(jié)構(gòu)，其中所述第二RF饋電器進(jìn)一步包括 圍繞所述第二 RF饋電器并鄰近所述第二 RF饋電器的第二端耦接到所述第二 RF饋電器的環(huán)形盤(pán)，所述環(huán)形盤(pán)配置成將RF功率耦合到所述第二 RF饋電器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF饋電結(jié)構(gòu)，其中所述第一和第二RF饋電器具有一長(zhǎng)度，使 得通過(guò)RF電流在所述第一和第二 RF饋電器中流動(dòng)所形成的磁場(chǎng)對(duì)通過(guò)RF電流在所述第 一和第二 RF線(xiàn)圈元件中流動(dòng)所形成的電場(chǎng)的對(duì)稱(chēng)性基本上沒(méi)有影響。
9.一種等離子體處理設(shè)備，包括 第一 RF線(xiàn)圈；第二 RF線(xiàn)圈，所述第二 RF線(xiàn)圈圍繞所述第一 RF線(xiàn)圈同軸設(shè)置； 第一 RF饋電器，所述第一 RF饋電器耦接到所述第一 RF線(xiàn)圈以將RF功率提供給所述 第一 RF線(xiàn)圈；以及第二 RF饋電器，所述第二 RF饋電器圍繞所述第一 RF饋電器同軸設(shè)置并與所述第一 RF 饋電器電絕緣，所述第二 RF饋電器耦接到所述第二 RF線(xiàn)圈以將RF功率提供給所述第二 RF 線(xiàn)圈。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的等離子體處理設(shè)備，其中所述第二RF饋電器進(jìn)一步包括圍繞所述第一 RF饋電器同軸設(shè)置的導(dǎo)電管，所述導(dǎo)電管具有鄰近所述第二 RF線(xiàn)圈的 第一端以及與所述第一端相對(duì)的第二端。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的等離子體處理設(shè)備，其中所述第二RF饋電器進(jìn)一步包括圍繞所述導(dǎo)電管并鄰近所述導(dǎo)電管的第二端耦接到所述導(dǎo)電管的環(huán)形盤(pán)，所述環(huán)形盤(pán)配置成將RF功率耦合到所述第二 RF饋電器。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的等離子體處理設(shè)備，進(jìn)一步包括耦接到所述第一和第二 RF饋電器的匹配網(wǎng)絡(luò)，所述匹配網(wǎng)絡(luò)配置成將RF功率耦合到 所述第一和第二 RF饋電器；以及用于在所述第一和第二 RF饋電器之間以所需功率比率來(lái)分配功率的功率分配器，所 述功率分配器為匹配網(wǎng)絡(luò)的一部分或設(shè)置在匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端與RF饋電結(jié)構(gòu)之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的等離子體處理設(shè)備，進(jìn)一步包括耦接到所述匹配網(wǎng)絡(luò)以將RF功率提供給所述第一和第二 RF線(xiàn)圈的RF電源。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的等離子體處理設(shè)備，其中所述第一RF線(xiàn)圈為內(nèi)線(xiàn)圈，并且所 述第二 RF線(xiàn)圈為外線(xiàn)圈。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的等離子體處理設(shè)備其中所述第一 RF線(xiàn)圈進(jìn)一步包括多個(gè)對(duì)稱(chēng)布置的堆疊的第一 RF線(xiàn)圈元件，而且其中 每個(gè)第一 RF線(xiàn)圈元件進(jìn)一步包括從其向內(nèi)延伸并耦接到所述第一 RF饋電器的腿；以及其中所述第二 RF線(xiàn)圈進(jìn)一步包括多個(gè)對(duì)稱(chēng)布置的堆疊的第二 RF線(xiàn)圈元件，其中每個(gè) 第二 RF線(xiàn)圈元件進(jìn)一步包括從其向內(nèi)延伸并耦接到所述第二 RF饋電器的腿。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的等離子體處理設(shè)備，其中所述第一RF饋電元件的腿圍繞所 述第一 RF饋電器對(duì)稱(chēng)地布置，而且其中所述第二 RF饋電元件的腿圍繞所述第二 RF饋電器 對(duì)稱(chēng)地布置。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的等離子體處理設(shè)備，其中所述第一RF線(xiàn)圈進(jìn)一步包括兩個(gè) 對(duì)稱(chēng)布置的堆疊的第一 RF線(xiàn)圈元件，每個(gè)所述第一 RF線(xiàn)圈元件具有徑向向內(nèi)延伸并耦接 到所述第一 RF饋電器的腿，并且所述第二 RF線(xiàn)圈進(jìn)一步包括四個(gè)對(duì)稱(chēng)布置的堆疊的第二 RF線(xiàn)圈元件，每個(gè)所述第二 RF線(xiàn)圈元件具有徑向向內(nèi)延伸并耦接到所述第二 RF饋電器的 腿。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的等離子體處理設(shè)備，其中所述第一RF線(xiàn)圈和所得第二 RF 線(xiàn)圈關(guān)于彼此旋轉(zhuǎn)45度，使得所述第一 RF線(xiàn)圈的腿與相鄰的所述第二 RF線(xiàn)圈的腿等距地 隔開(kāi)。
19.根據(jù)權(quán)利要求9所述的等離子體處理設(shè)備，其中所述第一RF線(xiàn)圈進(jìn)一步包括四個(gè) 對(duì)稱(chēng)布置的堆疊的第一 RF線(xiàn)圈元件，每個(gè)所述第一 RF線(xiàn)圈元件具有徑向向內(nèi)延伸并耦接 到所述第一 RF饋電器的腿，并且所述第二 RF線(xiàn)圈進(jìn)一步包括四個(gè)對(duì)稱(chēng)布置的堆疊的第二 RF線(xiàn)圈元件，每個(gè)所述第二 RF線(xiàn)圈元件具有徑向向內(nèi)延伸并耦接到所述第二 RF饋電器的 腿。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的等離子體處理設(shè)備，其中所述第一RF線(xiàn)圈和所得第二 RF 線(xiàn)圈關(guān)于彼此旋轉(zhuǎn)45度，使得所述第一 RF線(xiàn)圈的腿與相鄰的所述第二 RF線(xiàn)圈的腿等距地 隔開(kāi)。
全文摘要
本發(fā)明提供用于等離子體處理的設(shè)備。在一些實(shí)施方式中，RF饋電結(jié)構(gòu)包括將RF功率耦合到多個(gè)對(duì)稱(chēng)布置的堆疊的第一RF線(xiàn)圈元件的第一RF饋電器；圍繞所述第一RF饋電器同軸設(shè)置并與所述第一RF饋電器電絕緣的第二RF饋電器，所述第二RF饋電器將RF功率耦合到多個(gè)對(duì)稱(chēng)布置的堆疊的第二RF線(xiàn)圈元件，其中所述第二RF線(xiàn)圈元件與所述第一RF線(xiàn)圈元件同軸設(shè)置。在一些實(shí)施方式中，等離子體處理設(shè)備包括第一RF線(xiàn)圈；圍繞所述第一RF線(xiàn)圈同軸設(shè)置的第二RF線(xiàn)圈；耦接到所述第一RF線(xiàn)圈以將RF功率提供到其上的第一RF饋電器；以及圍繞所述第一RF饋電器同軸設(shè)置并與所述第一RF饋電器電絕緣的第二RF饋電器，所述第二RF饋電器耦接到所述第二RF線(xiàn)圈以將RF功率提供到其上。
文檔編號(hào)H05H1/24GK102056391SQ20101024068
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月26日
發(fā)明者沙?！だ? 瓦倫丁·N·托多羅夫, 肯尼思·S·柯林斯, 薩姆爾·班納, 陳志剛, 馬丁·杰夫·薩利納斯 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司