用于产生均匀的处理速率的方法和设备技术

本发明专利技术涉及用于产生均匀的处理速率的方法和设备，其中一种用于在等离子体处理设备的处理腔室的腔室壁内的等离子体产生区域中产生射频场分布的天线装置，其包括：射频电感天线，射频电源连接到其上，以供应射频电流来产生延伸进入等离子体产生区域内的第一射频场；及无源天线，无源天线电感性耦合到射频电感天线并且配置为产生第二射频场来修改第一射频场，使得在等离子体产生区域的射频场分布与没有无源天线时相比增加了处理设备的处理均匀性，其中，无源天线提供电传导路径，感应电流可以在该路径上流动，以产生至少一部分第二射频场。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总的涉及用于处理基片的设备和方法，其中基片包括用于 集成电路制造的半导体基片或用于平板显示器应用的玻璃板。更具体 的，本专利技术涉及改进的等离子体处理系统，其能够在基片表面以高处 理均匀性处理基片。
技术介绍
等离子体处理系统已经存在了一段时间。这些年来，使用电感性 耦合等离子体源、电子回旋加速器谐振(ECR)源、电容性源或类似物 的等离子体处理系统已经被不同程度地引入和使用，以处理不同对象， 诸如半导体基片和玻璃板。在处理中，通常使用多个沉积和/或蚀刻步骤。在沉积过程中，材 料被沉积到基片表面上(诸如玻璃板或晶片的表面)。例如，可以在基 片的表面形成诸如不同形态的硅、二氧化硅、氮化硅、金属和类似物 的沉积层。相反地，可以使用蚀刻来从基片表面上预定的区域选择性 地去除材料。例如，可以在基片的层中形成诸如过孔、触点或沟槽等 蚀刻特征。一种特定的等离子体处理的方法使用电感性源来产生等离子体。 图1示出了用于等离子体处理的现有技术的电感性等离子体处理反应 器200。典型的电感性等离子体处理反应器包括腔室202,天线或感应 线圈210设置在绝缘窗212上方。典型的，天线210可操作地连接到 第一射频(rf )电源214。另外，在腔室202的壁208内设置气体端口 215，其设置为用于将气态的源材料，例如，蚀刻剂源气体，释放到绝 缘窗212和基片206之间的射频感应等离子体区域204中。基片206 引入腔室202并且放置在卡盘216上，卡盘216通常作为电极并且可 操作地连接到第二射频电源218。为了产生等离子体，处理气体通过气体端口 215输入腔室202内。 随后使用第一射频电源214向感应线圈210施加功率。施加的射频能量穿过绝缘窗212耦合到腔室202内，并且在腔室202内感应出射频 磁场和伴随的大电场。电场加速腔室内存在的较小数量的电子，在腔 室中感应出环流的电流，并且该环流的电子与处理气体的气体分子碰 撞。这些碰撞导致电离和放电或等离子体204的开始。如在该技术中 已知的，处理气体的中性气体分子当遭受这些强电场时失去电子，并 且留下带正电荷的离子。因此，在等离子体204内部包含带正电荷的 离子、带负电荷的电子和中性气体分子(和/或原子)。 一旦自由电子 的产生速率超过其减少的速率，等离子体点火。在本申请中和权利要求书中，通过射频电感天线产生的电磁场为射频电磁场。虽然，在附图中示出的电磁场为静态的，通过射频电感 天线产生的电磁场通常为射频电磁场。一旦形成等离子体，等离子体内部的中性气体分子趋向于指向基 片的表面。通过例子，有助于在基片处存在中性气体分子的机制之一 为扩散(即，腔室内的分子的随机运动)。从而，通常沿基片206的表 面可以发现存在一层中性物质(例如，中性气体分子)。对应的，当向 底部电极216施加功率后，离子趋向于朝向基片加速，其在那里与中 性物质一起启动蚀刻反应。诸如上述的电感性等离子体系统遇到一个问题为，在基片上的蚀 刻性能存在差异，例如，不均匀的蚀刻速率。即，基片的一个区域蚀 刻的与其它区域不同。因此，特别是在集成电路的情况下，很难控制 与某个工作件相关的参数，例如，关键尺寸、纵横比和类似参数。另 外，不均匀的蚀刻速率可以导致半导体电路中设备失效，这通常转化 为生产商成本的增加。另外，还存在其它问题，涉及诸如总蚀刻速率、 蚀刻剖面、微负载、选择性和类似参数。在近些年，发现导致这些不均匀蚀刻速率的一个因素可能为在基 片表面上的等离子体密度的差异的结果，即，等离子体的各区域中的 活性物质(例如，带正电荷的离子)数量更多或更少。在不希望被理 论限制的同时，人们相信等离子体密度的差异是由在等离子体区域中 的磁场和电场中发现的不对称性造成的。如果等离子体区域中的磁场 是不对称的，顺理成章，感应电场的环流电流是不对称的，并且因此电离和等离子体的开始将是不对称的，从而导致等离子体密度的差异。 图1示出的示例天线210设计为用于减小功率耦合的不对称性。天线210包括两对同心的平面天线并且具有复杂的交叉结构，在交叉 结构处连接天线部件并且连接射频功率馈电装置。然而，需要提供射 频功率馈电装置意味着天线不能是完全方位角对称。在频率为等离子 体处理中通常使用的射频频率时，即使没有射频功率馈电装置，天线 部件具有的性质更像是传输线，而不是集总的部件，因此围绕天线的 电流强度存在差异，这导致产生的磁场图形方位角不对称。已经提出其它天线給构，用于改进等离子体区域中的电磁场的对 称性，并且从而改进等离子体的均匀性。美国专利5729280 (Holland 等人)描述了一种天线，其具有特定的螺旋形的结构，以使得由传输 线效应导致的具有相对高和低电流的区域得到校准和平均。多种方法 使用多种有源施加功率的天线。美国专利5401350 ( Patrick等人)描 述了一种线圈结构，其包括通过第一匹配网络接附到第一射频源的第 一螺旋线圏，和在第 一线圏内通过第二匹配网络连接到第二射频源的 第二螺旋线圏。美国专利5731565 (Gates)描述了一种盘绕的天线， 其连接到源，其中该天线的中心盘绕的部分可以选择性地连接到天线 内。即使天线可以制造得产生完全对称的电磁场，处理腔室或处理腔 室中任何部件与完全直圆柱体对称的偏离都可能在等离子体处理区域 中的射频场中引入不对称性。例如，卡盘216、工作件206、腔室壳体、 窗212或天线210与圆柱体形对称之间的任何偏移将向等离子体处理 系统内引入一些不对称性。正常的制造公差也将意味着等离子体处理 系统的一些部分不是完全圆柱体形对称的。例如，等离子体腔室的壁 的厚度的差异可以影响等离子体产生区域中的射频场的对称性。即使 使得等离子体区域的射频场完全对称了 ，如果晶片没有正确地对准， 或者如果在等离子体产生区域与工作件的表面之间的射频场分布存在 差异，都将导致工作件的等离子体处理不均匀。因此，不考虑通过天线产生的电磁场的对称性的改进，在晶片表 面上的等离子体处理仍可能存在很大的不均匀，而且即使在等离子体 腔室中完全对称的电磁场分布也不能保证对晶片的蚀刻完全均匀。考虑到上述内容，需要用于改进基片表面处处理均匀性的改进的 方法和设备。在处理趋向小尺寸时，例如，目前要求为0.1微米，更 需要对蚀刻速率的均匀性的成比例的准确的改进。
技术实现思路
根据本专利技术的第一个方面，提供了一种用于在等离子体处理设备 中产生射频场分布的天线装置。该装置包括射频电感天线，射频电源 连接到其上，以施加射频电流，以产生第一射频场。该射频场可以延 伸进入等离子体产生区域。无源天线电感性地耦合到该射频电感天线。 该无源天线配置为产生第二射频场。第二射频场修改第一射频场，使 得等离子体腔室中的射频场分布增加处理设备的处理均匀性。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种用于在等离子体处理设备 中的等离子体区域产生射频场分布的天线装置。该装置包括射频电感 天线和无源天线。该无源天线电感性地耦合到射频电感天线并且配置 为产生修改射频场分布的径向分布的射频场。还提供一种用于移动无 源天线以改变射频场分布的径向分布的装置。根据本专利技术的另一个方面，提供了用于改进等离子体处理设备中 的等离子体处理均匀性的方法。天线装置在等离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在等离子体处理设备的处理腔室的腔室壁内的等离子体产生区域中产生射频场分布的天线装置，其包括；　射频电感天线，射频电源连接到其上，以供应射频电流来产生延伸进入等离子体产生区域内的第一射频场；及　无源天线，无源天线电感性耦合 到射频电感天线并且配置为产生第二射频场来修改第一射频场，使得在等离子体产生区域的射频场分布与没有无源天线时相比增加了处理设备的处理均匀性，其中，无源天线提供电传导路径，感应电流可以在该路径上流动，以产生至少一部分第二射频场，其中，无源天线具有至少部分地围绕射频电感天线的一部分延伸的通道形状。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：AM霍瓦尔德，A库蒂，MH维尔科克森，AD拜利三世，
申请(专利权)人：兰姆研究有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]