投射的等離子體源的制作方法
【專利摘要】本公開描述了用于經(jīng)由遠程等離子體源產(chǎn)生電離電磁場的系統(tǒng)、方法和裝置，使得該場可控地穿過其中該場被衰減的場投射部分延伸到等離子體處理部分，其中該場被衰減，但仍然強到足以維持等離子體。等離子體具有低電壓和RF能量，并可用于各種半導體和薄膜處理操作，該操作包括經(jīng)由基團產(chǎn)生進行的室清潔、蝕刻和沉積。
【專利說明】投射的等離子體源
【技術領域】
[0001]本公開通常涉及等離子體源。特別是，但不是通過限制的方式，本公開涉及用于與處理室遠離地產(chǎn)生等離子體的系統(tǒng)、方法和裝置。
【背景技術】
[0002]等離子體處理常常涉及與襯底的直接等離子體交互，且等離子體清潔常常涉及在等離子體創(chuàng)建的基團(radical)和處理室的表面之間的交互。在處理環(huán)境中，一般使用高電壓在處理室中創(chuàng)建等離子體，且因此等離子體是高度通電的。在等離子體轟擊表面中的高能離子和室中的材料可引起不需要的蝕刻或不需要的沉積。此外，在一些化學蝕刻應用中，高離子能量不是所希望的。為了清潔目的，基團常常在處理室內(nèi)的等離子體中形成，但在這里再次，高能離子可不利地蝕刻處理室。
[0003]遠程等離子體源(其中等離子體在與處理室分離的室中產(chǎn)生)可以克服高離子能量問題。氣體可穿過遠程等離子體，并形成被注入處理室中用于清潔該室或用于化學蝕刻的基團。然而，基團在去室的途中衰減，且因此不太理想的混合和密度的基團到達室。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]下面概括在附圖中示出的本公開的示例性實施例。在【具體實施方式】章節(jié)中更充分描述了這些和其它實施例。然而應理解，并沒有意圖將本公開限制到在該
【發(fā)明內(nèi)容】
中或在【具體實施方式】中描述的形式。本領域中的技術人員可認識到，存在落在如在權利要求中陳述的本公開的精神和范圍內(nèi)的很多修改、等同物和可替代的構造。
[0005]本公開的一些實施例可被特征化為包括場產(chǎn)生部分的裝置，該場產(chǎn)生部分產(chǎn)生等離子體和從場產(chǎn)生部分延伸的電離電磁場。將場投射部分耦合到場產(chǎn)生部分，且當電離電磁場穿過場投射部分時場投射部分使電尚電磁場裳減以產(chǎn)生裳減的電尚電磁場。接收部分接收衰減的電離電磁場并使用衰減的電離電磁場將等離子體維持接收部分內(nèi)。
[0006]其它實施例可被特征化為包括場產(chǎn)生部分和場投射部分的等離子體源，場產(chǎn)生部分產(chǎn)生延伸到場投射部分中的電離電磁場，而場投射部分使電離電磁場衰減以形成衰減的電離電磁場，衰減的電離電磁場具有足夠能量以將等離子體維持在耦合到場投射部分的接收部分內(nèi)。
[0007]如前所述，上述實施例和實施方式僅為了說明目的。根據(jù)下面的描述和權利要求本領域中的技術人員容易認識到本公開的很多其它實施例、實施方式和細節(jié)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]當結(jié)合附圖理解時通過參考下面的【具體實施方式】和所附權利要求，本公開的各種目的和優(yōu)點及更徹底的理解是明顯的且被更容易認識到。
[0009]圖1示出投射等離子體源的實施例。
[0010]圖2示出投射等離子體源的另一實施例。[0011]圖3示出投射等離子體源的又一實施例。
[0012]圖4示出投射等離子體的再一實施例。
[0013]圖5示出投射等離子體源的另一實施例。
[0014]圖6a不出投射等尚子體源的場投射部分的實施例。
[0015]圖6b不出投射等尚子體源的場投射部分的另一實施例。
[0016]圖6c不出場投射部分的又一實施例。
[0017]圖7a示出耦合到示例性投射等離子體源的接收部分的實施例。
[0018]圖7b示出耦合到示例性投射等離子體源的接收部分的另一實施例。
[0019]圖8示出接收部分的又一實施例。
[0020]圖9示出可聯(lián)系參考圖1-8描述的實施例詳細研究的方法的實施例。
【具體實施方式】
[0021]圖1示出投射等離子體源100的實施例。投射等離子體源100可包括場產(chǎn)生部分102和場投射部分104，且投射等離子體源100可耦合到接收部分106。
[0022]場產(chǎn)生部分102經(jīng)由穿過場投射部分104延伸或投射到接收部分106的電離電磁場(例如，電的、磁的或兩者的組合)激發(fā)和維持等離子體110的第一部分。場一旦被激發(fā)就可經(jīng)由電感或靜電(電容)裝置或經(jīng)由這兩者的組合而耦合到等離子體110的第一部分中。場經(jīng)由從電源140提供的能量而產(chǎn)生，電源140經(jīng)由控制電路或邏輯150來控制。電源140可由提供AC、脈沖DC或其它時變電流和電壓以及DC電流和電壓的一個或多個電力供應實現(xiàn)。電離電磁場可以在場投射部分104中被可控地衰減以形成衰減的電離電磁場。電離電磁場可在接收部分106內(nèi)被認為是例如衰減的電離電磁場。衰減的電離電磁場可延伸到接收部分106中，并可保留足夠的能量以維持等離子體108的第二部分。等離子體108的第二部分也可存在于接收部分106內(nèi)。等離子體108的這個第二部分可具有低能量，并可在接收部分106的一個或多個處理步驟(舉兩個例子，例如襯底蝕刻或用于室清潔的基團的產(chǎn)生)中被使用。
[0023]電離電磁場可具有足以使至少一些粒子電離并維持等離子體的強度。電離電磁場可具有根據(jù)位置而變化的場強。例如，場產(chǎn)生部分102中的電離電磁場可以比場投射部分104中的電離電磁場更強，場投射部分104中的電離電磁場可以比接收部分106中的電離電磁場更強。為了本公開的目的，通過保持期望等離子體密度(也被稱為電子或離子密度)或通過保持超過電子-離子重組速率一期望值的電離化速率來維持等離子體。在實施例中，當存在每Cm3IO8到IO13個自由電子的等離子體密度時，等離子體被維持。
[0024]等離子體密度可在被稱為護套108的區(qū)域中的遠程投射源100和接收部分106內(nèi)的邊緣或表面附近下降或降低。護套108是由于離子的密度大于電子而具有凈正電荷的等離子體的區(qū)域。由于護套中強電場由電荷不平衡引起，電壓的相當大的百分比在整個護套中下降。高場強可負責使電子加速到等離子體中，在等離子體中它們可沖擊等離子體中的中性原子和分子，并使它們電離。因此，護套108中的場強可負責使電子加速，電子使接收部分106內(nèi)的氣體電離并維持等離子體108的第二部分。護套108可存在于產(chǎn)生部分102、場投射部分104和接收部分106中。
[0025]場產(chǎn)生部分102可在一定范圍的AC頻率處例如在VHF范圍中操作，但也可經(jīng)由DC或脈沖DC場維持等離子體的第一和第二部分108、110。功率、頻率、DC和/或AC偏壓、脈沖寬度和脈沖調(diào)制連同場產(chǎn)生部分102的其它電特性可經(jīng)由控制電路或邏輯150來控制，控制電路或邏輯150可在硬件、軟件、固件或這些的組合中實施。本領域中的技術人員將認識到，控制電路或邏輯150可與在本公開稍后更深地討論的任何實施例一起使用。用于探測等離子體密度或場強(例如，在接收部分106內(nèi))的傳感器可與控制電路或邏輯150通信，使得場產(chǎn)生部分102作為反饋或前饋系統(tǒng)來操作。將參考圖2-5討論場產(chǎn)生部分102的各種非限制性實施例的詳細描述和附圖。
[0026]場投射部分104是一路徑(例如，具有由電介質(zhì)制成的內(nèi)表面的接地導電管)，在該路徑中等離子體110的第一部分中的電壓可在到接收部分106的途中被衰減。在實施例中，等離子體108的第二部分中的電壓可衰減到低于等離子體110的第一部分中的電壓的水平，但仍然足夠大以維持在接收部分106中的等離子體108的第二部分。場投射部分104可以是具有使得它使穿過它延伸的電磁場衰減的尺寸的管或其它通道。將參考圖6a、6b、6c討論場投射部分104的各種非限制性實施例的詳細描述和附圖。
[0027]接收部分106可從場投射部分104接收電離電磁場。示例性接收部分106是處理室，在處理室中等離子體108的第二部分、自由基團或兩者可與半導體或其它襯底交互作用以執(zhí)行一個或多個處理步驟(例如，等離子體增強蝕刻、等離子體增強化學氣相沉積或等離子體濺射，以舉幾個非限制性例子)。將參考圖7-8討論接收部分106的各種非限制性實施例的詳細描述和附圖。
[0028]圖1的細節(jié)僅為了例證性目的，且并不意味著將每個部分的實施例限制到所示結(jié)構。將在圖2-8的下面討論中詳細描述每個部分的特定實施例。每個附圖將聚焦于三個部分102、104、106之一的實施例，且應理解，在很多情況下，每個部分102、104、106的實施例是彼此可互換的。
[0029]遠程投射源100和參考其它附圖討論的其它實施例的一個優(yōu)點是，當?shù)入x子體在室內(nèi)被需要(例如用于蝕刻或創(chuàng)建用于室清潔的基團)時，高電壓等離子體的退化效應可在處理室內(nèi)被避免，而在低離子能量蝕刻應用中，低電壓等離子體實現(xiàn)較低離子能量分布。此夕卜，高頻等離子體(例如，5-300MHZ)可在僅為低頻等離子體構建的處理室中被使用。
[0030]低能量離子應用(例如化學蝕刻和離子輔助沉積)可能與常常用于產(chǎn)生等離子體的幾百或幾千伏不兼容。無論濺射或蝕刻襯底支架偏壓被設置得多么低，例如，離子也仍將具有用于產(chǎn)生它們的能量的相當大的部分。因此，離子能量的下限可由等離子體產(chǎn)生能量而不是由襯底上的濺射或蝕刻偏壓來設置。通過遠程地產(chǎn)生高電壓場并將它們投射到處理室內(nèi)，等離子體可被產(chǎn)生并維持在處理室內(nèi)，但具有較低數(shù)量級的電壓(例如，0.5V - 10V)。使用這樣的投射和衰減的場，可獨立于等離子體產(chǎn)生電壓而來設置離子能量分布的下限。
[0031]甚高頻(VHF)等離子體(例如60MHz)具有很多優(yōu)點，但當?shù)入x子體在VHF下形成時，等離子體中的VHF波可能需要更昂貴和復雜的處理室來處理VHF。例如，VHF能量的較短波長可以為大約室窗的尺寸，且因此能夠逃離室。VHF室具有較小的窗和允許它們包含VHF輻射并在這樣的輻射的壓力下持續(xù)更長時間的其它變型。通過使用投射場(在它們到達處理室時衰減)產(chǎn)生等離子體，低頻室可被使用，即使其中遠程等離子體源使用VHF能量產(chǎn)生等離子體。
[0032]圖2示出投射等離子體源200的另一實施例。投射等離子體源200具有場產(chǎn)生部分202，場產(chǎn)生部分202具有將能量靜電地耦合到等離子體201的第一部分的兩個電極214、216，用于等離子體210的第一部分的激發(fā)和電離電場218的產(chǎn)生。電離電場218穿過場投射部分204延伸到接收部分206。非活性氣體222可被注入到等離子體產(chǎn)生室212中，其中電源220可將功率(例如電壓)施加到第一電極214和第二電極216以靜電地(電容地)使氣體222的至少一部分電離并激發(fā)等離子體210的第一部分。穿過電源220和電極214、216的電流回路可經(jīng)由等離子體210的第一部分來完成，等離子體210—旦被激發(fā)就是導電的。電極214、216都可環(huán)繞或纏繞在等離子體產(chǎn)生室212周圍。
[0033]電離電場218從電極216延伸或投射到任何較低電位表面。在所示實施例中，場投射部分204可接地或在比電極216低的電位下被加偏壓(DC或AC或脈沖DC)，且因此場218可從電極216延伸到場投射部分204的各個部分。接收部分206也可接地或在比電極216低的電位下，且因此場218可延伸到接收部分206。因為等離子體通常是電荷中性的，電壓電位差且因此電離電場218的開始可與產(chǎn)生部分202和場投射部分204之間的界面重
八
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[0034]在圖2所描繪的示例性實施例中，產(chǎn)生并維持等離子體210的第一部分的電離電場218從場產(chǎn)生部分202延伸或投射到接收部分206，使得等離子體的第二部分(例如，圖1的第二部分108)可在遠離電極214、216的接收部分206和電離電場218的最強部分中被產(chǎn)生并維持。電離電場218也可將離子從場產(chǎn)生部分202投射到接收部分206。然而，在某些情況下，穿過產(chǎn)生部分202的氣體222的力可以比電離電場218對離子和不帶電粒子朝著接收部分206的運動有更大的影響。同時，到達接收部分206的電離電場218繼續(xù)使被推到接收部分206中的氣體222的至少一部分電離，并維持電離化粒子的電離。
[0035]當電源220被示為AC (例如RF)源時，在一些變型中，電源220可以是DC或脈沖DC電源。電源220可以是例如電壓或電流源。在一些實施例中，高或低頻RF可施加到或耦合到等離子體210的第一部分，且在特定的實施例中，頻率可以在VHF范圍中。RF頻率可包括范圍IOkHz到lGHz、2-500MHz或30_150MHz。一些普通等離子體處理頻率包括450kHz、2MHz、4MHz、13.56MHz和27.12MHz。在實施例中，單個RF頻率可耦合到在產(chǎn)生部分202處的等離子體210的第一部分，且在另一實施例中，兩個或多個RF頻率可耦合到等離子體210的第一部分。在可替代實施例中，第一和第二電極214、216可經(jīng)由電感器(未示出)來耦合，該電感器產(chǎn)生將功率電感地耦合到等離子體210的第一部分的磁場。電感器可與所示電源220并聯(lián)連接。
[0036]等離子體產(chǎn)生室212可被依尺寸制造或具有一橫截面以與場投射部分204的橫截面匹配，雖然如所示的，等離子體產(chǎn)生室212具有比場投射部分204的管更大的橫截面。等離子體產(chǎn)生室212還可具有增強進入場投射區(qū)段204的氣體222的流的形狀(例如，與場投射部分204的形狀匹配的形狀)。在實施例中，等離子體產(chǎn)生室212包括電介質(zhì)(例如玻璃)。在所示實施例中，等離子體產(chǎn)生室212接地，但它也可以是浮置的或被加偏壓(例如DC、AC或脈沖DC偏壓)。
[0037]第二電極216可產(chǎn)生電離電場218并如所示被布置成與場投射部分204齊平或從場投射部分204偏移。在場產(chǎn)生部分202和場投射部分204之間的界面處的電壓可大到足以維持接收部分206內(nèi)的等離子體。換句話說，可在接收部分206的至少一部分內(nèi)維持等離子體的足夠密度。這可通過足夠大的電離電場218或通過在場產(chǎn)生部分202中產(chǎn)生較大的等離子體密度來促進。在實施例中，在場產(chǎn)生部分202和場投射部分204之間的界面處的電壓可大到足以維持在場投射部分204和接收部分206之間的界面處或在接收部分206的至少一部分中的至少每Cm3IO9個自由電子并且高到每Cm3IO13個自由電子的等離子體密度。
[0038]圖3示出投射等離子體源300的又一實施例。投射等離子體源300包括具有中心電極314和外圍電極312的場產(chǎn)生部分302，中心電極314和外圍電極312 —起將能量靜電地耦合到等離子體310的第一部分中以激發(fā)和維持等離子體310的第一部分。電極312、314還產(chǎn)生延伸或投射到接收部分306中的電離電場318。電源316在等離子體產(chǎn)生室324的中心電極314和外圍電極312之間產(chǎn)生電流。外圍電極312可以是等離子體產(chǎn)生室324的外表面或包絡表面的部分。外圍電極312可如所示那樣被接地，或可以是浮置的或AC、DC或脈沖DC加偏壓的。中心電極314可軸向地布置在等離子體產(chǎn)生室324中。非活性氣體322可進入等離子體產(chǎn)生室324內(nèi)并被由中心電極314和外圍電極312之間的電壓所產(chǎn)生的電離電場318部分地電離。當?shù)入x子體產(chǎn)生室324是管狀的時，這個電離電場318可包括徑向部件。等離子體產(chǎn)生室324也可以是矩形的或具有正方形橫截面，以舉兩個其它非限制性的例子。
[0039]等離子體產(chǎn)生室324可被成形和依尺寸制造為匹配場投射部分304的橫截面。在所示實施例中，等離子體產(chǎn)生室324的直徑大于場投射部分304的管的直徑。在其它實施例中，室324的直徑可以小于或等于場投射部分304的管的直徑。
[0040]電場318的所示電場線僅僅是例證性的，且不應被解釋為具有限制形狀。例如，在一些變型中，電場線的更準確的再現(xiàn)(rendition)可能顯示在等離子體的邊緣處的電場線中的回折點，例如其中電場線進入護套區(qū)。此外，等離子體310的第一部分的形狀僅僅是例證性的且不應被解釋為限制性的。雖然電源316被示為AC (例如RF)源，在一些變型中電源316可以是DC或脈沖DC電源。電源316可以是例如電壓或電流源。
[0041]圖4示出投射等離子體源400的又一實施例。投射等離子體源400包括具有單個電極412的場產(chǎn)生部分402，電極412將能量靜電地耦合到等離子體410的第一部分中以激發(fā)并維持等離子體410的第一部分。電極412還產(chǎn)生延伸或投射到接收部分406中的電離電場418。非活性氣體422可以如所示的或經(jīng)由穿過電極412并垂直于電極412的導管被注入到等離子體產(chǎn)生室416中。在一些變型中，電源414可以是AC、脈沖AC或DC。電源414可以是例如電壓或電流源。
[0042]在示例性實施例的一些實施方式中，電極412可形成兩個電容電極之一，而第二個由接收部分406的襯底支架形成。第二電極還可以分布在襯底支架、襯底和壁或接收部分406和場投射部分404的其它較低電位表面之間。電極412可在場產(chǎn)生部分402和場投射部分404之間的界面處產(chǎn)生電壓，其中電壓根據(jù)離電極412的距離而降低。電極412被示為耦合到等離子體產(chǎn)生室416的外部，但在變型中可形成等離子體產(chǎn)生室416的外表面或可布置在等尚子體產(chǎn)生室416內(nèi)。等尚子體產(chǎn)生室416被不為具有比場投射部分404的橫截面或直徑大的橫截面或直徑；然而在一些實施例中，等離子體產(chǎn)生室416可被成形和依尺寸制造為匹配場投射部分404的管的橫截面。而且，所示等離子體410的形狀僅僅是例證性的，且不應被解釋為限制性的。
[0043]電離電場418被從電極412引導到具有較低電位的任何表面。例如，在所示實施例中，場投射部分404包括在比電極412低的電位下(例如接地)的管,且因此電離電場418被徑向地向下引導到場投射部分404的管以及進入管側(cè)壁中。這個例子僅僅是例證性的，且很多其它實施例包括可以用各種可選的方式影響電離電場418的場線的特征和結(jié)構。
[0044]圖5示出投射等離子體源500的另一實施例。投射等離子體源500具有場產(chǎn)生部分502，場產(chǎn)生部分502可電感地(且稍微電容地)耦合到等離子體510的第一部分并產(chǎn)生延伸或投射到接收部分506中的電離電場518。電場產(chǎn)生部分502包括兩個電感器514、516以電感地維持等離子體510。如所示的,非活性氣體522被注入到等離子體產(chǎn)生室512中，且穿過第一和第二電感器514、516的AC電流將功率電感地耦合到等離子體510的第一部分中以維持等離子體510的第一部分并使氣體522的至少一部分電離。電感耦合是AC(例如RF)、脈沖DC或任何其它時變電流穿過每個電感器514、516的結(jié)果，并由電源536、538產(chǎn)生。
[0045]電源536、538可在電感器514、516上產(chǎn)生徑向偏壓(例如，在每個電感器514、516的最外面的環(huán)上的最高電位和在每個較小直徑的環(huán)上的逐漸降低的電位)，使得電離電場518被產(chǎn)生為延伸或投射到并進入接收部分506中，并具有維持接收部分506內(nèi)的等離子體的足夠的能量。這樣的偏壓可經(jīng)由可變電容器532、534建立，雖然不可變電容器也可被使用。可變電容器532、534可控制電感器514、516的外環(huán)和內(nèi)環(huán)之間的電位(例如，通過如參考圖1描述的控制電路或邏輯150)，并因此控制電離電場強度518，電離電場強度518轉(zhuǎn)而控制接收部分506內(nèi)的等離子體密度。
[0046]非活性氣體522可被注入到等離子體產(chǎn)生室512中，其中穿過第一和第二電感器514,516的AC電流電感地耦合到等離子體510的第一部分中以維持等離子體510的第一部分并使氣體522的至少一部分電離。
[0047]可經(jīng)由每個電感器514、516的外環(huán)和場投射部分504和/或接收部分506之間的電位差來產(chǎn)生電離電場518。例如,在場投射部分504是接地導電管的情況下，電感器514、516的外環(huán)將在比場投射部分504高的電位下,且因此電離電場518將從電感器514、516被引導到場投射部分504的部分(例如導電管的壁)。在另一例子中，接收部分506也可被接地，使得電離電場518被引導到場投射部分504和接收部分506。電感器514、516的中心(最里面的環(huán))可以在比電感器514、516的外環(huán)高或低的電位下。然而，無論電容器514、516的中心環(huán)和外環(huán)之間的電位差是什么，外環(huán)都在比場產(chǎn)生部分504和接收部分506高的電位下。因此，電感器514、516產(chǎn)生延伸或投射到接收部分506中的電離電場518。
[0048]僅為了例證性目的，所不實施例的電感器514、516稍微成角度。在實施方式中，兩個電感器514、516平行于彼此、平行于等離子體產(chǎn)生室512或平行于等離子體510的第一部分。在實施例中，第一和第二電感器514、516是包括多個線圈或環(huán)的螺旋形導體，并且在平面布置中，其中穿過第一電感器514的平面平行于穿過第二電感器516的平面。在這個實施例中，功率主要電感地耦合到等離子體510的第一部分，雖然電容耦合也可出現(xiàn)并可用于激發(fā)。雖然電感器被示為單獨的并被示為具有單獨的電源536、538，它們也可經(jīng)由單個電源(例如電源536)被電感地耦合和/或加偏壓。
[0049]在通過引用并入本文的臨時專利申請61/466024中更詳細描述了利用經(jīng)由兩個電感器514、516的電感耦合的等離子體產(chǎn)生部分502的各種實施例。
[0050]如所示的，在電感器514、516和場投射部分504之間可能有偏差、空間或間隙。這樣的間隙可減小在場產(chǎn)生部分502和場投射部分504之間的界面處的電離電場518的強度。如果電感器514、516布置成較接近場投射部分504使得間隙被減小或消除，則較強的電力電場514、516可存在于場投射部分504中和接收部分506中。
[0051]雖然所示實施例顯示每個電感器被電感地加偏壓，在變型中，只有電感器514、516中的一個被電感地加偏壓。雖然示出電容器532和534，其它類型的電抗性阻抗可代替電容器532、534 (例如電感器)。雖然未不出，電介質(zhì)可布置在每個電感器514、516和等離子體510的第一部分之間。例如等離子體產(chǎn)生室512的內(nèi)表面可被涂覆電介質(zhì)。室512甚至可部分地由電介質(zhì)制成。電離電場518和等離子體510的形狀僅僅是例證性的且不應被解釋為限制性的。
[0052]圖6a不出投射等尚子體源600的場投射部分604A的實施例。投射等尚子體源600A具有包括接地導電管610的場投射部分604A，而電介質(zhì)層612在等離子體609的第三部分和導電管610之間。在場產(chǎn)生部分602中產(chǎn)生的電離電場延伸或投射到并穿過場投射部分604A并接著進入接收部分606中。在場產(chǎn)生部分602和場投射部分604A之間的界面處的場強可大于在場投射部分604A和接收部分606之間的界面處的場強。場強在穿過場投射部分604A期間衰退或衰減，且這個衰減是可控制的。在一個極端，衰減可以是可忽略的，而在另一極端，衰減可以使場強衰減到剛剛大到足以維持接收部分606中的等離子體的第二部分的水平?？刂破骰蚱渌鼨C構可用于將衰減可控地設置到在這個范圍內(nèi)的任何水平。
[0053]可通過場投射部分604A的長度、場投射部分604A的橫截面(例如高度和寬度)和/或電介質(zhì)612來控制衰減。例如，改變場投射部分604A以包括較大的長度、較小的橫截面、較高的介電常數(shù)和較大的電介質(zhì)厚度中的一個或多個將引起較大的衰減。此外，如果接地導電管610的小于整個內(nèi)表面由電介質(zhì)612覆蓋，則衰減將更小。減小的橫截面不僅使場強衰減，而且氣體壓力增加，這引起較高比率的粒子碰撞，例子碰撞可消滅等離子體并降低等離子體密度(例如在高電子能量下，電子碰撞往往電離化，而在較低電子能量下，碰撞往往導致電子吸收)。因此，在場投射部分604A和接收部分606的界面處的期望等離子體密度可被選擇并基于上述參數(shù)而改變。上述參數(shù)也可控制護套614的厚度，其中護套614是由于離子的密度大于電子而具有凈正電荷的等離子體的區(qū)域。護套614的厚度可被修改，以便控制接收部分606內(nèi)的等離子體密度。
[0054]接地導電管610也可具有除了管以外的形狀，例如正方形、矩形或卵形橫截面，僅舉幾個非限制性例子。導電管610被示為接地，但也可以是浮置的，或具有DC偏壓。
[0055]圖6b不出投射等尚子體源600B的場投射部分604B的另一實施例。投射等尚子體源600B可具有包括偏壓導電管616的場投射部分604B,介電層612在等離子體609的第三部分和偏壓導電管616之間。偏壓導電管616可具有AC偏壓(如所不的)，AC偏壓從場產(chǎn)生部分602中施加的AC相位偏移,其中該相位偏移可被選擇成使得額外的電場分量增強到達接收部分606的電場強度。額外的場強可使能在接收部分606中的較大等離子體密度?？山?jīng)由控制電路或邏輯(例如參考圖1討論的控制電路或邏輯)來控制AC偏壓。控制電路或邏輯可以與投射等離子體源600B和/或接收部分606內(nèi)的一個或多個傳感器通信，以便提供AC偏壓的反饋或前饋控制。在變型中，沒有偏壓施加到導電管616，且相反，導電管616是浮置的。
[0056]偏壓導電管616可以與接收部分606中的開口齊平。然而在一實施例中，偏壓導電管616的一部分可延伸到接收部分606中。這樣的延伸可幫助防止等離子體609的第三部分與接收部分606的內(nèi)壁交互作用。此外，磁場可增強等離子體609的第三部分在場投射部分604B內(nèi)的限制(例如同軸磁場)。同軸磁場也可用于增強接收部分606中的場延伸和投射。
[0057]偏壓導電管616可經(jīng)由一個或多個電容器614或具有帶有電抗分量的阻抗的任何其它設備與場產(chǎn)生部分602的結(jié)構電隔離。電容器614可以是可變的以便添加對電離電場的另一參數(shù)的控制，并可由控制電路或邏輯(例如如參考圖1討論的控制電路或邏輯150)控制。電容器614的位置僅僅是例證性的，且并不意味著限于電容器可耦合到場產(chǎn)生部分602的情況。
[0058]在一種變型中，偏壓導電管616可以是DC偏壓的(可能與AC偏壓組合)，以便可控地使電離電場衰減。通過改變DC偏壓，可控制衰減的水平和因而控制接收部分606中的場強。
[0059]圖6c不出場投射部分604C的又一實施例。投射等尚子體源600C具有包括浮置導電管618的場投射部分604C，介電層612在等離子體609的第三部分和浮置導電管618之間。
[0060]在圖6a、6b和6c中的等離子體609的形狀僅僅是例證性的，且不應被解釋為限制性的。
[0061]圖7a示出耦合到示例性投射等離子體源700的接收部分706A的實施例。投射等離子體源700耦合到接收部分706A，而等離子體708的第二部分被維持在接收部分706A中。電離電場進入接收部分706A，具有足夠的強度和電壓以使一些粒子電離并維持等離子體708的第二部分。因為等離子體708的第二部分可進入接收部分706A，用于維持等離子體708的第二部分的能量可低于在沒有等離子體708幫助電離過程時它將有的能量。等離子體708的第二部分可用于各種半導體和薄膜處理和室清潔操作中的任一個。例如，蝕刻被固定到襯底支架712并經(jīng)由電源718加偏壓的襯底714或在沉積過程之后產(chǎn)生用于清潔接收部分706A內(nèi)部的表面的基團，或幫助在襯底714上的薄膜沉積，僅舉三個非限制性的例子。
[0062]電源718，不管是AC、DC、脈沖DC還是任何其它時變電力，可經(jīng)由控制電路或邏輯(例如參考圖1討論的控制電路或邏輯150)來控制。接收部分706A中的傳感器可與控制電路或邏輯通信，使得電源718可以被反饋或前饋控制。
[0063]襯底可包括半導體晶片、玻璃片和聚合物片，僅舉幾個非限制性的例子。襯底74可如所示地經(jīng)由AC、脈沖DC或其它時變偏壓718通過導電襯底支架712被加偏壓，或可以被加DC偏壓或接地。在實施例中，可利用AC和DC偏壓兩者來對襯底714加偏壓。
[0064]在實施例中，接收部分706A包括等離子體處理室。等離子體處理室可被構造成處理并包含低頻等離子體。在實施例中，接收部分706A包括耦合到等離子體處理室722的可選的氣體-等離子體交互作用室720。非活性氣體710和等離子體708的第二部分可交互作用以在氣體-等離子體交互作用室720內(nèi)形成基團(見圖7b)。在圖7b中，接收部分706B包括等離子體處理室722和氣體-等離子體交互作用室720。
[0065]再次參考圖7a,在一些等離子體處理應用(例如金屬蝕刻)中，使用具有相對于主要離子偏壓(例如電源718)可忽略的電壓的等離子體可能是合乎需要的。一般，原位產(chǎn)生的等離子體具有添加到主要離子偏壓的固有電壓，且甚至在主要離子偏壓被設置為零的場合，等離子體偏壓和主要離子偏壓的和也可以大于所希望的。因此，原位產(chǎn)生的等離子體可對離子能量設置下限。
[0066]通過向接收部分706A提供衰減的電離電場，等離子體偏壓可被明顯減小或消除到例如等離子體偏壓可相對于主要離子偏壓被忽略時的點。接收部分706A可包括利用被電源718控制的偏壓而不是等離子體708的第二部分中的能量，通過襯底支架712經(jīng)由電源718而被加偏壓的襯底714。換句話說，等離子體708的第二部分對接收部分706A中的離子或?qū)σr底偏壓714的能量偏壓影響相對于電源718的偏壓可能是可忽略的。在實施例中，施加到襯底714的有效最小電壓偏壓(或最小離子能量分布)小于與原位等離子體產(chǎn)生相關的偏壓。等離子體708的第二部分可與大約IV或更小的在接收部分706A中的離子能量相關聯(lián)。例如，等離子體708的第二部分的離子能量可以是原位產(chǎn)生的等離子體的電壓的 0.001 到 0.1。
[0067]具有低離子能量的等離子體708的第二部分具有各種半導體和薄膜處理應用。例如，等離子體708的第二部分可用在蝕刻(例如等離子體輔助化學蝕刻)中，其中實驗結(jié)果證明，使用在本文公開的系統(tǒng)、方法和裝置，至少每分鐘34微米的硅蝕刻速率是可能的。這個高蝕刻速率對穿過晶片通孔、硅薄化和其它硅蝕刻有特定的應用。如果被按比例調(diào)節(jié)(scaled)，這個高蝕刻速率可應用于單個處理室內(nèi)的多個晶片的大面積均勻蝕刻，例如經(jīng)由投射等離子體源的陣列。等離子體708的第二部分也可用在濺射、離子注入、沉積(例如等離子體輔助的化學氣相沉積、ALD和M0CVD，僅舉幾個例子)、光刻膠條、聚合物蝕刻、低K灰化和原位清潔中。
[0068]等離子體可經(jīng)由各種裝置(包括物理偏轉(zhuǎn)器(例如擋板、有角偏轉(zhuǎn)器、噴頭)或電磁等離子體引導裝置(例如當電場進入接收部分706A時改變等離子體方向的電場)引導和分布在整個接收部分706A中。
[0069]在實施例中，非活性氣體710可被引導以在等離子體708進入接收部分706A之后接觸等離子體708的第二部分。當非活性氣體710接觸等離子體708的第二部分時，等離子體708的第二部分激發(fā)非活性氣體710中的粒子并使氣體710的至少一部分通電以形成可用于各種半導體和薄膜處理應用的基團。有利地，這個實施例允許基團被形成而沒有遠距離源或傳統(tǒng)原位源的缺點。具體地，因為基團在等離子體接收部分706A內(nèi)部形成，它們不必從遠距離源行進并潛在地與系統(tǒng)部件和去處理室途中的氣體分子交互作用。此外，因為用于形成電離電場的高能量遠離接收部分706A且電離電場只有足夠的能量來維持等離子體708的第二部分，接收部分706A將不被等離子體中的高能功率損壞，不被高能離子蝕亥IJ，也不例如經(jīng)由處理室的玻璃觀看窗口來釋放高頻功率。因此，幾個實施例組合遠程源和原位源的優(yōu)點，同時避免其缺點。
[0070]在另一實施例中，兩個或多個不同的基團流可在投射等離子體源700中的不同位置處形成。例如，第一非活性氣體(例如，NF3或N2，舉兩個例子)可穿過場產(chǎn)生部分702中的等離子體并可至少部分地被電離以形成第一基團。第一基團和電離電場可穿過場投射部分704并進入接收部分706A中。第二非活性氣體(例如硅烷)710可與在接收部分706A的入口處或附近的等離子體708的第二部分交互作用，并被等離子體708的第二部分至少部分地電離以形成第二基團。第一和第二基團都可接著用在接收部分706A中，用于各種半導體和薄膜工藝(例如室清潔)。在實施例中，非活性氣體710 (例如硅烷)可經(jīng)由環(huán)形分散機構(未示出)分散到接收部分706A中，使得非活性氣體710分布在環(huán)形圖案中。
[0071]圖8示出接收部分806的又一實施例。接收部分806耦合到投射等離子體源800并包括氣體置換器820和噴頭810用于將氣流分散和引導到耦合到被偏壓的襯底支架812的襯底814。對于等離子體輔助沉積，氣體可被注入到噴頭810中并穿過多個孔816，以便引導并分散接收部分806中的氣體?？蛇x地，置換器820可進一步分散噴頭810內(nèi)的氣體。氣體可接著用于將薄膜沉積在襯底814上，襯底814通過襯底支架812被電源818加偏壓。
[0072]薄膜往往沉積在整個處理室而不是僅僅襯底814上。這些表面可通過將它們暴露于當非活性氣體穿過等離子體時形成的基團而被清潔(在移除襯底814之后)。完成此的一種方式是經(jīng)由遠程源中的基團形成。然而，一些基團(特別是帶電粒子和高能原子種類)在它們到達接收部分806之前成中性，且因此一般不是清潔過程的部分(例如，離子變成非電離的，且通電的粒子失去其一些能量)。然而，這些帶電粒子或高能原子種類是合乎需要的，因為它們可增強清潔。
[0073]投射等離子體通過產(chǎn)生在接收部分806本身內(nèi)的一些基團來增加可在清潔接收部分806時使用的高能粒子的數(shù)量。雖然很多基團仍然通過使非活性氣體穿過產(chǎn)生部分802中的等離子體的第一部分來形成，但等離子體808的第二部分被維持在接收部分806內(nèi)，使得基團甚至在接收部分806內(nèi)繼續(xù)形成。因為這些基團更加接近待清潔的表面，與當遠程非投射源被使用時相比，更多的高能粒子可用來參與清潔。因此，投射等離子體源800比已知的遠程源產(chǎn)生用于清潔接收部分806的遠更加有效的基團混合。
[0074]雖然電源818被示為AC (例如RF)源，在一些變型中，電源818可以是DC或脈沖DC電源。電源818可以是例如電壓或電流源。在一些變型中，襯底支架812和襯底808不是加偏壓的(例如襯底支架812可以是接地或浮置的)。
[0075]傳統(tǒng)噴頭810可能不能經(jīng)得起等離子體的熱和電抗性，且因此可能必須被重新設計以便經(jīng)得住與等離子體808的第二部分的交互作用。然而，在一些實施例中，可結(jié)合一般和未改變的接收部分806來使用如在本文公開的投射等離子體源。避免圖8的噴頭810可能是優(yōu)選的，其中等離子體808的第二部分的較大密度對于與襯底814的直接交互作用(例如蝕刻)來說是期望的。對于這樣的應用，噴頭810可減小等離子體密度，因為等離子體808的第二部分可在穿過孔816時被消滅(例如，通過與孔816的“冷卻”表面接觸和當?shù)入x子體808的第二部分穿過孔816時的較高壓力)。
[0076]圖9示出可聯(lián)系參考圖1-8描述的實施例仔細研究的方法900的實施例。方法900經(jīng)由場產(chǎn)生部分中的電離電場產(chǎn)生等離子體的第一部分，通過場投射部分將電離電磁場投射到等離子體接收部分，并使用衰減的電離電場來維持在接收部分內(nèi)部的等離子體的第二部分?？墒褂萌缭缧r候參考圖1-8討論的投射等離子體源的任何實施例來執(zhí)行方法900。方法900包括在產(chǎn)生操作902中在投射等離子體源的場產(chǎn)生部分中產(chǎn)生電離電磁場，在第一維持操作904中維持場產(chǎn)生部分中的等離子體的第一部分，在衰減操作906中使場投射部分中的電離電磁場衰減以在接收部分的至少一部分中形成衰減的電離電磁場，以及在第二維持操作908中使用衰減的電離電磁場維持在接收部分的至少一部分內(nèi)的等離子體的第二部分。
[0077]產(chǎn)生操作902產(chǎn)生穿過場產(chǎn)生部分延伸到接收部分的電離電磁場(例如電場或磁場)。場投射部分可稱合在場產(chǎn)生部分和場接收部分之間。電離電磁場可以是電的、磁的或這兩者的組合，并可電容地(例如圖2-4)或電感地(例如圖5)耦合到等離子體中。一旦耦合到等離子體中，場就可以由于等離子體的導電性而以很少的損耗或衰減穿過等離子體。因為方法900維持穿過場投射部分延伸并進入接收部分的等離子體，電磁電磁場可橫穿這個等離子體并以很少的衰減進入接收部分。
[0078]第一維持操作904維持在場產(chǎn)生部分內(nèi)和附近的等離子體的第一部分。等離子體的第二部分存在于接收部分內(nèi)，并具有比等離子體的第一部分少的能量，但具有足夠的能量來維持等離子體的第二部分。
[0079]然而，場投射部分可配置成經(jīng)由衰減操作906當電離電磁場橫穿去接收部分的途中的等離子體時使電離電磁場可控地衰減。場投射部分可具有配置成使電離電磁場衰減的長度和/或橫截面尺寸(例如長度和寬度或直徑)，使得在電離電磁場到達接收部分時電離電磁場是衰減的電離電磁場。場投射部分也可包括在場投射部分的內(nèi)表面上的介電涂層或?qū)?，該介電涂層或?qū)右不蚩商娲厥闺姶烹姶艌鏊p。也可在操作期間例如使用場投射部分上的可變DC或AC偏壓來修改電離電磁場強度。衰減操作906實現(xiàn)衰減的電離電磁場——具有比場產(chǎn)生部分中的電離電磁場更少的能量但具有足夠的能量來維持在接收部分中的等離子體的第二部分的電離電磁場。換句話說，衰減操作906可使場衰減，使得等離子體的第二部分中的能量僅僅是維持接收部分內(nèi)的電離化所必須的(例如其中電離化速率超過帶電粒子重組或中和的速率)。
[0080]如上所述，等離子體的第二部分可在第二維持操作908中經(jīng)由衰減的電離電磁場被維持在接收部分的至少一部分內(nèi)。等離子體可被維持在包括整個接收部分的接收部分的任何部分內(nèi)。例如，在噴頭被使用的場合或在場強在接收部分內(nèi)快速衰減的場合，等離子體可只被維持在接收部分的一部分中。相反，在沒有噴頭被使用的場合和/或在場強在整個接收部分中保持相對不變的場合，等離子體可被維持在接收部分的較大部分中，如果不是整個接收部分的話。
[0081]此外，非活性氣體可進入等離子體中(例如在等離子體的第一或第二部分處)。在一實施例中，第一非活性氣體可進入等離子體的第一部分中，而第二非活性氣體可進入等尚子體的第二部分中。
[0082]總之，本公開除了別的以外還提供了在遠程產(chǎn)生并維持等離子體的第一部分并將用于產(chǎn)生等離子體的場延伸到接收部分的方法、系統(tǒng)和裝置，其中一旦場被衰減，可使用該場來維持等離子體的第二部分。本領域中的技術人員可容易認識到，可在本公開、其使用和其配置中進行很多變化和替換以實質(zhì)上實現(xiàn)與通過本文描述的實施例實現(xiàn)的相同的結(jié)果。因此，沒有將本公開限制到所公開的示例性形式的意圖。很多變型、修改和可替代構造落在本公開的范圍和精神內(nèi)。
【權利要求】
1.一種方法，包括: 在投射等離子體源的場產(chǎn)生部分中產(chǎn)生電離電磁場，其中所述電離電磁場穿過所述投射等離子體源的場投射部分延伸到被耦合到所述投射等離子體源的接收部分，其中所述場投射部分被耦合在所述場產(chǎn)生部分和所述接收部分之間； 將等離子體的第一部分維持在所述場產(chǎn)生部分中； 使所述場投射部分中的所述電離電磁場衰減以在所述接收部分的至少一部分中形成衰減的電離電磁場；以及 使用所述衰減的電離電磁場將所述等離子體的第二部分維持在所述接收部分的至少一部分內(nèi)。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述場投射部分通過其長度和橫截面尺寸以及在所述場投射部分的內(nèi)表面上的電介質(zhì)的組合來使所述電離電磁場衰減。
3.如權利要求1所述的方法，其中，所述電離電磁場是電場。
4.如權利要求3所述的方法，其中，所述電離電磁場電容地耦合到所述等離子體中。
5.如權利要求3所述的方法，其中，所述電離電磁場電感地耦合到所述等離子體中。
6.如權利要求1所述的方法，還包括使非活性氣體進入所述等離子體中。
7.如權利要求6所述的方法，還包括使所述非活性氣體進入所述接收部分內(nèi)部的所述等離子體中。
8.如權利要求1所述的方法，還包括在所述場產(chǎn)生部分和所述接收部分之間建立電壓電位。
9.如權利要求1所述的方法，還包括通過所述衰減的電離電磁場來將所述等離子體的所述第二部分維持在所述投射等離子體源和所述接收部分之間的界面處。
10.一種裝置，包括: 場產(chǎn)生部分，其產(chǎn)生等離子體和電離電磁場，其中，所述電離電磁場延伸出所述場產(chǎn)生部分之外； 場投射部分，其耦合到所述場產(chǎn)生部分，其中，所述場投射部分當所述電離電磁場穿過所述場產(chǎn)生部分時使所述電離電磁場衰減以產(chǎn)生衰減的電離電磁場；以及 接收部分，其接收所述衰減的電離電磁場并利用所述衰減的電離電磁場來將等離子體維持在所述接收部分內(nèi)。
11.如權利要求10所述的裝置，其中，所述場投射部分包括當所述電離電磁場穿過所述場投射部分時使所述電離電磁場衰減的電介質(zhì)。
12.如權利要求11所述的裝置，其中，所述場投射部分具有進一步使所述電離電磁場衰減的橫截面和長度。
13.如權利要求12所述的裝置，其中，所述衰減的電離電磁場比所述電離電磁場小至少10倍。
14.如權利要求10所述的裝置，其中，所述電離電磁場是電場。
15.如權利要求10所述的裝置，其中，非活性氣體被注入到所述等離子體中并被所述電離電磁場至少部分地轉(zhuǎn)換成第一基團。
16.如權利要求15所述的裝置，其中，所述非活性氣體被注入到所述等離子體中并被所述衰減的電離電磁場至少部分地轉(zhuǎn)換成第二基團。
17.如權利要求10所述的裝置，其中，所述場產(chǎn)生部分將能量電感地耦合到所述等離子體中。
18.如權利要求10所述的裝置，其中，所述場產(chǎn)生部分將能量電容地耦合到所述等離子體中。
19.一種等離子體源，包括: 場產(chǎn)生部分，其產(chǎn)生延伸出所述場產(chǎn)生部分之外的電離電磁場；以及場投射部分，其使所述電離電磁場衰減以形成衰減的電離電磁場，所述衰減的電離電磁場具有足夠的能量來將等離子體維持被耦合到所述場投射部分的接收部分內(nèi)。
20.如權利要求19所述的等離子體源，其中，所述場投射部分可控地使所述電離電磁場衰減。`
【文檔編號】H05H1/02GK103748972SQ201280040741
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2012年6月21日 優(yōu)先權日:2011年6月30日
【發(fā)明者】D·J·霍夫曼, D·卡特, K·彼得森, R·格里利 申請人:先進能源工業(yè)公司