電感耦合式等離子體（icp）反應器中的功率沉積控制的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實施例大體上涉及電感耦合式等離子體處理反應器。
【背景技術(shù)】
[0002]典型的工業(yè)電感耦合式等離子體(ICP)源使用兩個平的(flat)或垂直線圈的布置來控制中心至邊緣(例如，相對于被處理的基板)的等離子體輪廓，并且允許在處理期間(例如，在蝕刻應用中)的基板層級(substrate level)的均勾度可調(diào)諧性(tunability)。在電流正在相同的方向上流動(被指示為“同相”(“in phase”))的典型的垂直式雙線圈布置中，由于在基板層級上的、線圈之間的電場的相長干涉(constructive interference)的性質(zhì)，Μ形蝕刻速率輪廓存在，這限制了先進節(jié)點技術(shù)可能期望的整體均勻度。在電介質(zhì)窗下的功率耦合的Μ形蝕刻速率輪廓的峰的位置可基于線圈的布置而有所不同。如果線圈中的電流彼此以相反方向上被驅(qū)動(被指示為“異相(“out of phase”)”)，則在線圈之間電場的相消干涉(destructive interference)發(fā)生，從而在電介質(zhì)窗下產(chǎn)生將ICP源從真空腔室隔離開的空區(qū)(null reg1n)。通過擴散，基板層級的整體等離子體輪廓可平坦化，從而消除或減少Μ形特征圖(signature)。在此類場景中，等離子體被向外推向腔室壁。因此，到達基板的總離子通量會減少，從而導致較低的蝕刻速率和減少的生產(chǎn)量。因此，為了增加蝕刻速率，在異相操作中需要更高的RF功率。由于一些應用遭受Μ形效應(由于高生產(chǎn)量要求和/或RF電源的最大功率的限制，該Μ形效應進一步要求高ICP功率)，因此，異相操作可能需要顯著地更高的功率，這可能要求無法在商業(yè)上獲得且極其昂貴的RF生成器與匹配設(shè)備。此外，在某些條件下，異相操作可能會遭遇容性耦合(Ε模式)和/或感性耦合(Η模式)的不穩(wěn)定性，這使此類工藝的操作窗口變窄。
[0003]因此，發(fā)明人相信，對于不需要求助于較高的功率且通過以不同的方式來實現(xiàn)相同的效果來模擬異相操作具有需求。因此，發(fā)明人提出通過操縱功率耦合輪廓(在電介質(zhì)窗下由等離子體吸收的功率)來減小模擬異相操作的Μ形并同時保持同相電流的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本文提供了電感耦合式等離子體(ICP)反應器的實施例。發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，在反應器的等離子體產(chǎn)生區(qū)域中的線圈之間的局部化區(qū)域中改變有效介電系數(shù)和/或改變電介質(zhì)窗厚度可模擬異相操作的效應，對于該異相操作，功率耦合的空區(qū)(或幾乎空的區(qū)域)創(chuàng)建在線圈之間。提供若干實施例以影響等離子體產(chǎn)生區(qū)域(例如ICP反應器的處理容積)中的線圈之間的整體功率耦合。例如，在一些實施例中，在線圈之間Μ達峰值(從真空側(cè)起算)的位置處，可增加將這些線圈與處理容積分開的電介質(zhì)窗的厚度。例如，如圖6中的功率輪廓所示，使用本文所述的實施例，由雙線圈ICP反應器中的同相操作產(chǎn)生的Μ形輪廓的峰602可被控制和抑制至幾乎空的峰604。替代地或組合地，可提供具有徑向地變化的介電系數(shù)的電介質(zhì)窗，使得在線圈之間中的區(qū)域中的介電系數(shù)以2至3倍達到峰值。在上文所述的實施例中，通過線圈進行的感性和容性耦合的影響會受影響。
[0005]本文提供電感耦合式等離子體(ICP)反應器的實施例。在一些實施例中，用于電感耦合式等離子體反應器的電介質(zhì)窗包括:主體，該主體包括第一側(cè)、與第一側(cè)相對的第二側(cè)、邊緣和中心，其中，該電介質(zhì)窗具有在空間上變化的介電系數(shù)。
[0006]在一些實施例中，用于處理基板的設(shè)備包括:工藝腔室，具有處理容積，該處理容積設(shè)置在該工藝腔室的蓋的下方；以及一個或多個電感線圈，這些電感線圈設(shè)置在蓋上方，以將RF能量感性耦合至設(shè)置在處理容積內(nèi)的基板支撐件上的處理容積中，并且在設(shè)置在處理容積內(nèi)的基板支撐件上的處理容積中形成等離子體；其中，該蓋是電介質(zhì)窗，該電介質(zhì)窗包括第一側(cè)與相對的第二側(cè)，該第二側(cè)面向該處理容積，并且其中，該蓋具有在空間上變化的介電系數(shù)，以將對RF能量的變化的功率耦合從一個或多個電感線圈提供至該處理容積。
[0007]在一些實施例中，用于處理基板的設(shè)備包括:工藝腔室，具有處理容積，該處理容積設(shè)置在該工藝腔室的蓋的下方，其中，該蓋是電介質(zhì)窗，該電介質(zhì)窗具有空間上變化的介電系數(shù)；基板支撐件，設(shè)置在該處理容積中；以及外線圈與內(nèi)線圈，設(shè)置在該蓋上方以將RF能量感性耦合至該基板支撐件上方的處理容積中；其中，該電介質(zhì)窗的介電系數(shù)在設(shè)置在外線圈與內(nèi)線圈之間的區(qū)域下方的位置處最大。
[0008]下文中描述本發(fā)明的其他與進一步的實施例。
【附圖說明】
[0009]通過參考在所附附圖中描繪的本發(fā)明的說明性實施例，可理解上文中簡要概括的且在下文中更詳細地討論的本發(fā)明的實施例。然而，應當注意，所附附圖僅示出本發(fā)明的典型實施例，并因此不應被視為限制本發(fā)明的范圍，因為本發(fā)明可允許其他等效實施例。
[0010]圖1描繪根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的、說明性電感耦合式等離子體(ICP)反應器的示意圖。
[0011]圖2A-2C描繪根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的ICP反應器的電介質(zhì)窗的側(cè)面剖視圖。
[0012]圖3描繪根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的圖2的電介質(zhì)窗的仰視圖。
[0013]圖4描繪根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的ICP反應器的電介質(zhì)窗的側(cè)面剖視圖。
[0014]圖5A-C描繪根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的電介質(zhì)窗的噴嘴插入件的部分側(cè)面剖視圖。
[0015]圖6描繪根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的功率輪廓。
[0016]為了便于理解，在可能的情況下，已使用完全相同的附圖標記來指定各圖所共有的完全相同的元件。這些附圖不是按比例尺繪制的，并且可為了清晰而經(jīng)簡化。構(gòu)想了一個實施例的元件與特征可有益地并入其他實施例而無須進一步的陳述。
【具體實施方式】
[0017]本文提供電感耦合式等離子體(ICP)反應器的實施例。發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，在反應器的等離子體產(chǎn)生區(qū)域中的線圈之間改變有效介電系數(shù)和/或改變電介質(zhì)窗厚度可模擬異相操作的效應，對于所述異相操作，功率耦合的空區(qū)創(chuàng)建在線圈之間。提供若干個實施例以增加等離子體產(chǎn)生區(qū)域(例如ICP反應器的處理容積)中的線圈之間的有效介電系數(shù)。例如，在一些實施例中，在線圈之間Μ達峰值(從真空側(cè)起算)的位置處，可增加將這些線圈與處理容積分開的電介質(zhì)窗的厚度。電介質(zhì)窗的此類厚度變化的形狀、尺寸和位置可發(fā)生變化。例如，在一些實施例中，電介質(zhì)窗可以是厚度在徑向上變化的漸縮(tapered)的蓋。替代地或組合地，可提供具有徑向地變化的介電系數(shù)的電介質(zhì)窗，使得在線圈之間的區(qū)域中，介電系數(shù)以2至3倍達到峰值。
[0018]圖1描繪說明性的用于處理基板的設(shè)備(即，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的電感耦合式等離子體(ICP))的示意圖。ICP反應器100—般包括工藝腔室102 (例如，真空腔室)，該工藝腔室102 —般包圍處理容積122。基板支座124設(shè)置在工藝腔室102內(nèi)，以便將基板126支撐在處理容積122內(nèi)的適當位置中。ICP反應器100進一步包括一對電感線圈106，這些電感線圈106包括外線圈108與內(nèi)線圈110，該外線圈108與內(nèi)線圈110設(shè)置成接近工藝腔室102的蓋以將RF能量耦合到處理容積122中。在一些實施例中，ICP反應器100可包括僅一個圓柱形線圈。在其他實施例中，ICP反應器100可包括三個或更多個圓柱形的同心線圈。所有實施例中，圓柱性線圈可按平坦的位置或垂直位置來設(shè)置。工藝腔室102的蓋包括電介質(zhì)窗104，該電介質(zhì)窗104設(shè)置在電感線圈106與處理容積122之間。電介質(zhì)窗104有助于將供應至電感線圈106的RF能量耦合供應至處理容積122的氣體，以便于處理容積122中形成等離子體，并且該電介質(zhì)窗104配置按下文中更詳細地描述那樣來局部地控制等離子體功率耦合。
[0019]可穿過電介質(zhì)窗104來提供一個或多個氣體入口 120，以將氣體從氣源118提供至處理容積122。替代地或組合地，可在其他位置中提供一個或多個氣體入口，這些位置諸如，工藝腔室102的側(cè)壁處、接近基板支撐件124，等等。提供排放裝置128以將氣體和/或工藝副產(chǎn)物從工藝腔室102中去除，從而有助于將工藝腔室102維持在期望的壓力等下。在一些實施例中，這一個或多個氣體入口 120充當電介質(zhì)，并且將線圈與工藝腔室102隔離開。因此，在一些實施例中，入口的厚度可影響中心處的整體功率耦合。在一些實施例中，氣體入口 120可以是氣體噴嘴，該氣體噴嘴延伸進入工藝腔室102或可與環(huán)繞的電介質(zhì)窗104齊平。
[0020]由RF生成器112將RF能量提供給電感線圈106。匹配網(wǎng)絡(luò)114 一般被提供在RF生成器112與電感線圈106之間，以使返回到RF生成器112的反射功率最小化。在一些實施例中，可提供功率分配器116以控制分別耦合到電感線圈106的內(nèi)線圈110與外線圈108的RF能量的量(例如，電流)。在一些實施例中，操作頻率可從約400kHz至約60MHz變化，但是也可使用其他頻率。
[0021]圖2A描繪根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的ICP反應器100的電介質(zhì)窗104的側(cè)面剖視圖。如圖2所示，電介質(zhì)窗包括主體202，該主體202具有面向線圈的第一側(cè)204與面向真空的第二側(cè)206。凸緣(ledge)208可設(shè)置成圍繞主體202的外圍以有助于將電介質(zhì)窗104定位和/或耦合到工藝腔室102的主體。相對于凸緣208向內(nèi)的電介質(zhì)窗104的中心部設(shè)置在ICP反應器100的處理容積122上方，且鄰近該處理容積122。電介質(zhì)窗104可由具有適當?shù)慕殡娤禂?shù)的材料制成以促進通過電介質(zhì)窗104的、對RF能量的期望的功率耦合。例如，電介質(zhì)窗104可由陶瓷、石英等制成。在一些實施例中，電介質(zhì)窗104可由氧化鋁(A1203)或氧化釔制成，或能夠以氧化釔來涂布。在一些實施例中，電介質(zhì)窗104可由具有約1至幾十或幾百的介電系數(shù)的任何電介質(zhì)材料制成。
[0022]在一些實施例中，電介質(zhì)窗可具有有變化的厚度，使得有效介電系數(shù)變化以便如圖2B中所示期望的那樣來控制功率耦合輪廓，如第2B圖所示。如本文中所使用，術(shù)語