等离子体均匀性制造技术

实现一种更加均匀的等离子体工艺用于利用具有均匀间隔槽的静电屏使用在处理表面上产生非对称等离子体密度图案的感耦等离子体源处理处理对象。有槽的静电屏按照补偿非对称等离子体密度图案从而在处理表面提供调整的等离子体密度图案的方式调整。介绍一种更加均匀的径向等离子体工艺，其中按照在处理表面上产生调整的径向变化特性的方式构造静电屏装置取代给定的静电屏。该感耦等离子体源限定一对称轴，且静电屏装置构造为包括延伸通过关于该对称轴的半径范围的形状。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本文一般地涉及半导体和/或光电器件的制造，并且更加特别地涉及用于在半导体器件的制造中改善衬底上薄膜的蚀刻或沉积均匀性的方法和设备。本文讨论的是等离子体均匀性。
技术介绍
在半导体集成电路和光电器件的制造中，有多个其中要在衬底上构图或沉积材料层的过程。该材料的蚀刻或沉积速率通常对于工艺的成功和晶体管的正确功能以及集成电路中或对于集成光学部件的互连至关重要。为保证较高的芯片产量，这些速率必须紧密控制且在整个晶片区域上保持均匀。通常，该蚀刻或沉积是在其中通过感耦源产生等离子的反应器中完成。在这样的反应器中在每个晶片上蚀刻、沉积速率或沉积薄膜性质的均匀性依赖于保持其反应要素、离子和基团对于晶片流量的良好均匀性。这就要求从感应天线到等离子体的功率沉积的特定分布。依赖于反应器形状和气体压力的这种分布使得离子和中性反应组分的产生速率在晶片上近似于常数。这些速率为气体密度和电子能量分布的函数，且其必须在空间上相当均匀。感耦等离子体源中的等离子体电子的能量由一个或一些激励线圈产生的射频电场提供。这种线圈经常按照非轴对称的方式或径向分布地为源中的等离子体提供E-M能量，使得在邻近晶片的等离子体中存在角向或径向相关的(分别的)非均匀性。需要消除这两种非均匀性从而使等离子体的性质和蚀刻或CVD沉积速率均匀。对于源中的等离子体的RF功率的感耦通常使用近似螺旋缠绕在轴对称真空容器周围的RF线圈来完成。在由RF功率源激励时，此线圈在源体积中产生RF磁场和电场，如果没有静电屏蔽的话。在感应电场(由改变磁通量产生)能有效为电子提供能量和维持等离子体时，静电场(由线圈上RF电势引起)并非必要且会使得等离子电势调整。此静电场使得鞘电势控制变差、电荷对半导体和光电器件有损伤，并易于容器材料溅射到衬底上。为减少这些问题，可以在RF线圈与真空容器之间设置槽形静电屏(例如见授予Savas的美国专利No.5,534,231，且其在此作为参考引入)。这种屏可以明显降低并不期望的从来自线圈的传导位移电流到等离子体中的静电场，该静电场导致了等离子体电势调整和其它上述不期望的效果。可以与感耦等离子体源一同使用任何形式的静电屏，但是对会穿透屏的RF功率，已经发现槽形静电屏是一种有效的方式。静电屏，除了其已知的对于工艺控制和避免金属污染的优点以外，目前没有发现具有对于感耦等离子体源中等离子进行控制的潜力。申请人迄今未发现任何使用静电屏控制等离子体均匀性或使用感耦等离子体的工艺的尝试。参照图1，其示意性地示出现有技术截圆锥形静电屏101，其具有缠绕在屏周围并具有分布在其周边附近的均匀间隔槽103的等离子体发生线圈102。在屏101内为等离子体容器104。槽103延伸在线圈上下，使得磁场更有效地穿透。这种屏实际上总是对称于规则间隔的固定宽度的槽。因此，这种屏构造对于等离子体非均匀性，无论是角向还是径向的效果很小或没有。通常，该等离子体源中的大多数顽固非均匀性为径向非均匀性。至此，将这种类型的等离子体非均匀性降低到较低水平的通常方式是使用较大的等离子源直径。为了实现对于半导体的蚀刻或CVD系统所需的很小百分比的非均匀性，等离子体源通常为待处理晶片直径的近乎两倍。一般，等离子体源的直径为14英寸至16英寸来为8英寸的晶片提供适当的均匀性，无论是屏蔽了的还是没有屏蔽的。不幸的是，这种较大的源易于需要成比例的因而较大的晶片传输室，这使得蚀刻/CVD系统更加昂贵且要求成比例的更多的非常昂贵的半导体制造厂(Fab)场地空间。这显示出目前的情形，与必要的工艺均匀性一致，而不顾出于经济原因应使蚀刻/CVD室的等离子体源尽可能小的事实。已经生产出具有良好径向均匀性的较小尺寸的源，但仅限于操作的压力和功率范围较小。由于源的形状对于等离子体密度的径向变化有很强的影响，可以明确对某些窄源条件可最优化其均匀性。然而，该源则无法用于处理基本不同的压力和功率水平的情况。获得这种结果是因为气体压强会强烈影响源中的高能电子的输运且由此影响了离子化速率的分布。等离子体源能够用于各种不同压强和气体成分的能力对于IC Fab中工艺的多用性非常有价值。然而，较小的源的经济优势充分，且因此期望发现一种方法以使这种小源能灵活用于可以实现均匀等离子体密度的条件。源中等离子体密度的角向非均匀性对于用于等离子体产生的高RF频率或非螺旋激励线圈构造有重要意义。在高RF频率的情况下，这是由于RF电流的变化是线圈上位置的函数。13.56MHz的频率用于14英寸等离子体源通常导致激励线圈上RF电流幅度约10％的变化至20％以上的变化。因此，角向非均匀性可能足够大，且这将导致传送到等离子体上的功率的角向变化。这种功率注入的角向变化将导致类似类型的等离子体密度非均匀性，其大小将依赖于源中气体的压强及其尺寸。然而，将这种高频用于激励源提供了一些益处，因为发电机和匹配网络易于理解并且它是ISM标准频率。因为，期望有一种有效方式来补偿来自多圈激励线圈的功率注入的非轴向对称。在现有技术中已经提出静电屏中槽的密度和槽的尺寸经常是轴向对称的，且因为向感耦等离子体中功率注入的不对称，无法减轻或降低角向非均匀性。例如，授予Johnson的美国专利No.5,234,529利用沿轴向变化的槽长和位置来调整形成在筒状源中的等离子体的轴向位置，但假定轴向对称，以及等离子体有适当(均匀)径向密度。在Johnson的专利中，通过双部件结构的屏产生的变化长度的槽仅用于直接设置在RF线圈与等离子体室之间的筒状的屏。Johnson清楚地教导了这种屏的变化性可以用于调整晶片上的等离子体位置的目的。具体而言，Johnson教导是用槽形状的调整仅用于调整等离子体的位置而根本不是等离子体的形状。因此，现有技术中仍有这样一个尚未满足的需要，即降低或消除等离子体角向非均匀性从而增强制造工艺中高频或非轴对称感耦源的价值。另外，期望提供均匀、可调整的径向等离子体参数。
技术实现思路
在用于通过向其实施等离子体相关工艺而对处理对象进行处理的系统中，介绍一种设备和方法。在本专利技术的一个方面中，在处理室中实现更均匀的等离子体和工艺，用于使用一种感耦等离子体源在反应室内处理处理对象的处理表面，该感耦等离子体源利用具有均匀间隔的槽的有槽静电屏，在处理表面处产生非对称等离子体密度图案。有槽静电屏按照补偿所述非对称等离子体密度图案的方式调整从而在所述处理表面提供调整的等离子体密度图案。在一个特征下，在调整的屏中的调整的槽密度图案形成为，使得邻近表现出低等离子体密度的第一区域的调整的槽图案的第一部分具有比整体调整的槽图案的平均有效孔大的增大的有效孔，从而在第一区域中形成调整的等离子体密度其大于减小的离子体密度。在另一特征下，通过在整体先前均匀槽图案内非对称地展宽槽而提供增大的有效孔。在本专利技术的另一方面中，介绍一种设备和方法，其具有处理室，该处理室使用感耦等离子体源，该感耦等离子体源使用给定的静电屏在其中的处理对象的处理表面上产生具有给定径向变化特性的等离子体密度。按照在处理表面上产生与给定的径向变化特性不同的调整径向变化特性的方式来构造静电屏装置以取代给定的静电屏。在一个特征下，静电屏装置在处理表面上产生比给定的径向变化特性更加固定的调整径向变化特性。在另一个特征下，感耦等离子体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在处理室中产生更均匀的等离子体和处理的方法，用于利用具有均匀间隔的槽的有槽静电屏，使用在处理表面处产生非对称等离子体密度图案的感耦等离子体源，在反应室内处理处理对象的处理表面，所述方法包括步骤：按照补偿所述非对称等离子体密度 图案从而在所述处理表面提供调整的等离子体密度图案的方式调整所述有槽静电屏。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-4-1 60/459,405;US 2004-3-18 10/803,4531.一种用于在处理室中产生更均匀的等离子体和处理的方法，用于利用具有均匀间隔的槽的有槽静电屏，使用在处理表面处产生非对称等离子体密度图案的感耦等离子体源，在反应室内处理处理对象的处理表面，所述方法包括步骤按照补偿所述非对称等离子体密度图案从而在所述处理表面提供调整的等离子体密度图案的方式调整所述有槽静电屏。2.如权利要求1所述的方法，其中非对称等离子体密度图案包括具有低于非对称等离子体密度图案平均等离子体密度的低等离子体密度的第一区域，且其中调整所述屏的步骤包括在所述调整的屏中形成调整的槽图案使得调整的槽图案邻近所述第一区域的第一部分包括比整体调整槽图案的平均有效孔更大的增大有效孔，从而在所述第一区域中建立比所述低等离子体密度更大的调整等离子体密度。3.如权利要求1所述的方法，其中非对称等离子体密度图案包括具有低于非对称等离子体密度图案平均等离子体密度的低等离子体密度的第一区域，且其中调整所述屏的步骤包括在调整的屏中形成开口的调整图案使得开口的调整图案邻近所述第一区域第一部分包括比开口的调整图案的平均有效孔更大的增大有效孔，从而在所述第一区域中建立比所述低等离子体密度更大的调整等离子体密度。4.如权利要求3所述的方法，包括其中所述有槽静电屏的所述均匀间隔的槽沿圆周在有槽静电屏的周围限定出均匀的槽密度而每个槽限定相等面积的槽开口，且其中所述调整的屏邻近所述第一区域的所述槽的槽密度大于该均匀的槽密度。5.如权利要求3所述的方法，其中所述有槽静电屏的所述均匀间隔的槽沿圆周在有槽静电屏的周围限定出均匀的槽密度而每个槽限定未调整的、相等面积的槽开口，且其中所述调整的屏包括邻近所述第一区域的槽设置，所述槽设置由至少一个调整槽构成，所述调整槽具有调整槽开口其限定了邻近所述第一区域并大于所述未调整面积的调整面积。6.在使用在处理对象的处理表面上产生具有给定径向变化特性的等离子体密度的感耦等离子体源的处理室中，在该处理室内使用给定静电屏，一种方法包括步骤按照在所述处理表面上产生与所述给定径向变化特性不同的调整径向变化特性的方式构造静电屏装置以取代所述给定的静电屏。7.如权利要求6所述的方法，包括使用静电屏装置在所述处理表面上产生比给定径向变化特性更恒定的所述调整径向变化特性的步骤。8.如权利要求6所述的方法，其中所述感耦等离子体源限定了对称抽，且所述静电屏装置构造为包括至少一侧壁装置其具有延伸通过关于所述对称轴的半径范围的形状。9.如权利要求8所述的方法，包括形成所述静电屏装置从而包括由多个伸长的调整槽构成的调整槽装置，其每一个包括在所述侧壁中延伸通过至少所述半径范围的一部分的长度，且其每一个包括至少部分地沿所述长度变化的宽度，用于产生所述调整径向变化特性。10.如权利要求8所述的方法，其中所述静电屏装置至少整体为圆锥形构造。11.如权利要求8所述的方法，其中所述静电屏装置至少整体为截圆锥形构造。12.如权利要求8所述的方法，其中所述静电屏装置至少整体为圆顶形构造。13.如权利要求8所述的方法，其中所述静电屏装置包括设置为与所述对称轴交叉的板状上表面。14.如权利要求8所述的方法，其中构造步骤包括设置所述静电屏装置从而包括至少第一内屏部件和第二外屏部件，所述内屏部件限定第一开孔图案而所述外屏部件限定第二开孔图案，以及在内屏部件外侧且邻近内屏部件支撑外屏部件并使外屏部件相对内屏部件旋转，使得第一开孔图案与第二开孔图案按照在所述处理表面上提供所述调整径向变化特性的范围的方式配合。15.如权利要求14所述的方法，包括用于感应调整径向变化特性并响应调整径向变化特性的感应值而旋转内屏部件和外屏部件中之一的旋转装置。16.如权利要求14所述的方法，其中所述静电屏装置构造为使得每个内屏部件和外屏部件都为截圆锥形的构造，所述内屏部件包括内屏侧壁而所述外屏部件包括外屏侧壁，使得内屏侧壁与外屏侧壁彼此相邻。17.如权利要求8所述的方法，其中构造步骤包括设置所述静电屏装置从而包括至少第一屏部件和第二屏部件，所述第一屏部件限定第一开孔图案，以及在第一屏部件外侧支撑所述第二屏部件，用于按照在所述处理表面上提供所述调整径向变化特性的范围的方式相对第一屏部件线性移动。18.如权利要求17所述的方法，其中所述第一屏部件为具有窄端的截圆锥形构造，支撑所述第二屏部件用于朝向或远离第一屏部件的窄端移动。19.如权利要求18所述的方法，包括形成具有通孔的所述窄端，且所述第二屏部件朝向或远离所述通孔移动。20.如权利要求18所述的方法，其中第一屏部件的截圆锥形构造包括具有上周缘的圆锥侧壁和具有连接于圆锥侧壁的上周缘的外周缘的顶壁。21.如权利要求20所述的方法，其中所述圆锥侧壁和所述顶壁配合限定出按照连续的方式从圆锥侧壁到顶壁的整体开孔图案。22.如权利要求21所述的方法，包括形成所述整体开孔图案为楔形孔的沿圆周的排列，其每一个限定为具有在圆锥侧壁中的基部边缘和在所述顶壁中的顶点。23.如权利要求8所述的方法，其中构造步骤包括设置所述静电屏装置从而包括至少第一屏部件和第二屏部件，所述第一屏部件限定第一开孔图案而所述第二屏部件限定第二开孔图案，以及在第一屏部件外侧支撑所述第二屏部件，用于关于对称轴并相对于第一屏部件的旋转移动，该旋转移动按照通过使第二屏部件相对第一屏部件旋转而在所述处理表面上产生所述调整径向变化特性的范围的方式。24.如权利要求23所述的方法，其中所述第一屏部件为具有圆锥侧壁和由上表面封闭的窄端的截圆锥形构造，且所述圆锥侧壁和所述上表面配合限定出所述第一开孔图案为按连续的方式从圆锥侧壁到上表面中的多个间隔的开口，且所述第二屏部件形成为包括按照与第一屏部件的所述上表面对置的关系设置的主表面，所述主表面限定有多个槽，作为第二开孔图案，与限定在第一屏部件上表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：勒内乔治，安德烈亚斯卡达瓦尼克，丹尼尔J迪瓦恩，斯蒂芬E萨瓦斯，约翰扎贾克，单宏清，
申请(专利权)人：马特森技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]