CN101040366A - 用于等离子体室中的均匀等离子体分布的等离子体源 - Google Patents
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Abstract
在此公开了一种可以在反应室中产生等离子体以加工半导体晶片的等离子体源。该等离子体源包括配备在该反应室的上中央的衬套、以及从该衬套线性地延伸到该反应室的边缘的多个源线圈。利用该线性源线圈，可以防止径向方向上的从该等离子体源的中央到该等离子体源的边缘的磁场偏差，导致易于控制在该反应室的中央和该反应室的边缘的临界尺度和均匀的蚀刻速率。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体室，并且更具体地涉及用于等离子体室中的均匀等离子体分布的等离子体源。
背景技术
在最近的20年中，制造超大规模集成电路器件的技术得到显著发展。这些发展可以通过可支持需要先进技术的工艺的半导体制造装置来实现。作为这种半导体制造装置之一的等离子体室在其应用方面已得到拓宽，例如，现在用于沉积工艺以及蚀刻工艺。
等离子体室是在其内产生等离子体的半导体制造装置，并且使用等离子体执行诸如蚀刻工艺或沉积工艺的工艺。等离子体室可以依据等离子体源而分类成电子回旋共振等离子体(ECRP)源室、螺旋波激发等离子体(HWEP)源室、电感耦合等离子体(ICP)源室、电容耦合等离子体(CCP)源室等。近来，提出了自适应等离子体源室，其可以提供CCP源和ICP源两者的优点。
图1是示出了包括传统等离子体源的等离子体室的横截面示意图。图2是示出了图1的等离子体源的平面图。
在图1和图2中，等离子体室100包括反应空间104，反应空间104由室外壁102和室顶112限定于预定的尺度。在预定条件下，等离子体120在反应空间104的预定区域中产生。尽管在图中，反应空间104被示出为在等离子体室100的下部开口，但为了描述而对该结构作了简化，实际上，等离子体室100的下部也与外界隔离，使得等离子体室100处于真空。晶片支撑台106设置在等离子体室100的下部，以安置待在其上加工的半导体晶片108。晶片支撑台106连接到外部RF电源116。尽管未在图中示出，但晶片支撑台106可以具有置于其内的加热器。
等离子体源200设置在室顶112的外表面上以产生等离子体。如图2中所示，等离子体源200包括多个单元线圈，例如第一、第二、第三和第四单元线圈131、132、133和134以及衬套120。更具体地，衬套120位于等离子体源200的中央，且第一、第二、第三和第四单元线圈131、132、133和134从衬套120螺旋地延伸以围绕衬套120。尽管在该例子中图示了四个单元线圈，但单元线圈的数目当然不限于四个单位线圈。衬套120具有设置在衬套120的中央并且从衬套120的上表面垂直突起的支撑棒140。支撑棒140连接到RF电源114的一个端子。RF电源的另一个端子接地。电能通过支撑棒140和衬套120，从RF电源114供应给第一、第二、第三和第四单元线圈131、132、133和134。
传统等离子体源200具有从衬套120延伸并围绕衬套120的圆形形状。利用该结构，等离子体源200具有由如下方程给出的磁场强度：
B/t＝-×E ---(1)
其中B表示磁感应强度，表示Delta算子，E表示电场强度。
依照上述麦克斯韦(Maxwell)方程产生磁场适用于大多数具有圆形形状的等离子体源。但是，传统等离子体源具有如下问题：其遭受从等离子体源的中央到外边缘的磁场偏差，导致特别是在等离子体源的中央和外边缘难以控制临界尺度和均匀的蚀刻速率。
发明内容
因此，鉴于上述问题，提出了本发明，且本发明的一个目的是提供一种等离子体源，该等离子体源在方位角和径向方向上都产生均匀的磁场分布以在等离子体室中产生均匀的等离子体分布。
根据本发明的一方面，上述和其它目的可以通过提供用于在反应室中产生等离子体以便加工半导体晶片的等离子体源来实现，该等离子体源包括：导电衬套，其配备在反应室的上中央；以及多个源线圈，其从衬套线性地延伸到反应室的边缘。
所述多个源线圈可以按对称的排列来设置。
每个源线圈从连接到衬套的部分到反应室的边缘可以具有非恒定的厚度。
等离子体源可以进一步包括边缘源线圈，该边缘源线圈环绕反应室的上边缘，与衬套分开预定的距离同时围绕衬套，并且具有圆形形状以将所有的所述多个源线圈彼此连接。
在此情况下，等离子体源可以进一步包括至少一个中间源线圈，该中间源线圈在衬套和边缘源线圈之间，与衬套分开预定的距离同时围绕衬套，并且具有圆形形状以将所有的所述多个源线圈彼此连接。
根据另一方面，提供了用于在反应室中产生等离子体以便加工半导体晶片的等离子体源，该等离子体源包括：导电衬套，其配备在反应室的上中央；多个第一源线圈，其在围绕衬套的第一区域中，从衬套径向地延伸到第一区域的边缘，其中每个第一源线圈具有向反应室的上部弯曲的形状；以及多个第二源线圈，其在围绕第一区域的第二区域中，从第一源线圈螺旋地延伸到第二区域的边缘。
根据又一方面，提供了用于在反应室中产生等离子体以便加工半导体晶片的等离子源，该等离子体源包括：导电衬套，其配备在反应室的上中央；以及多个源线圈，其从衬套以波浪形延伸到反应室的边缘。
根据又一方面，提供了用于在反应室中产生等离子体以便加工半导体晶片的等离子源，该等离子体源包括：多个源线圈，其从反应室的上中央线性地延伸到反应室的边缘；以及圆形边缘源线圈，其环绕反应室的上边缘，将所述多个源线圈的所有远端相连接。
在此情况下，等离子体源可以进一步包括至少一个中间源线圈，该中间源线圈成圆形地设置在边缘源线圈内，同时与边缘源线圈分开预定的距离，以将所有的源线圈相连接。
根据又一方面，提供了用于在反应室中产生等离子体以便加工半导体晶片的等离子体源，该等离子体源包括：导电衬套，其配备在反应室的上中央，该衬套包括具有较大面积并位于反应室的下部的第一段以及具有较小面积并位于第一段的上表面上的第二段；多个源线圈，其从该衬套的第一段以波浪形延伸到反应室的边缘；以及圆形边缘源线圈，其在反应室的上边缘，将源线圈的所有远端相连接。
第一段可以从底表面到接触第二段的部分而逐渐减小。
根据又一方面，提供了用于在反应室中产生等离子体以便加工半导体晶片的等离子体源，该等离子体源包括：导电衬套，其配备在反应室的上中央；至少一个中间源线圈，其围绕衬套；多个第一线性源线圈，其从衬套线性地延伸到中间源线圈；边缘源线圈，其围绕中间源线圈；以及多个第二线性源线圈，其从第一线性源线圈线性地延伸到边缘源线圈，其中，形成中间源线圈和第一线性源线圈的材料不同于形成边缘源线圈和第二线性源线圈的材料。
根据又一方面，提供了用于在反应室中产生等离子体以便加工半导体晶片的等离子体源，该等离子体源包括：导电衬套，其配备在反应室的上中央；边缘源线圈，其围绕衬套；以及多个线性源线圈，其从衬套线性地延伸到边缘源线圈，其中，衬套、边缘源线圈和线性源线圈由不同的材料形成。
根据又一方面，提供了用于在反应室中产生等离子体以便加工半导体晶片的等离子体源，该等离子体源包括：导电衬套，其配备在反应室的上中央；多个第一源线圈，其从衬套以波浪形延伸到与衬套分开第一距离同时围绕衬套的第一区域；以及多个第二源线圈，其从第一源线圈螺旋地延伸到与第一区域分开第二距离同时围绕第一区域的第二区域。
根据又一方面，提供了用于在反应室中产生等离子体以便加工半导体晶片的等离子体源，该等离子体源包括：导电柱形衬套，其竖直地位于反应室的上中央，该衬套具有距反应室相当大距离的上表面以及邻近反应室的下表面；多个上源线圈，其从衬套以波浪形延伸到反应室的边缘，并且与衬套的上表面共面；以及多个下源线圈，其从衬套以波浪形延伸到反应室的边缘，并且与衬套的下表面共面。
等离子体源可以进一步包括：上边缘源线圈，其与衬套的上表面共面并将上源线圈的远端相连接；下边缘源线圈，其与衬套的下表面共面并将下源线圈的远端相连接；以及竖直源线圈，其将上边缘源线圈和下边缘源线圈竖直地连接。
根据又一方面，提供了用于在反应室中产生等离子体以便加工半导体晶片的等离子体源，该等离子体源包括：导电柱形衬套，其竖直地位于反应室的上中央，该衬套具有距反应室相当大距离的上表面以及邻近反应室的下表面；多个上源线圈，其从衬套线性地延伸到反应室的边缘，并且与衬套的上表面共面；以及多个下源线圈，其从衬套线性地延伸到反应室的边缘，并且与衬套的下表面共面。
等离子体源可以进一步包括：边缘上源线圈，其与衬套的上表面共面并将上源线圈的所有远端相连接；至少一个中间上源线圈，其在衬套和边缘上源线圈之间，与衬套的上表面共面；边缘下源线圈，其成圆形地与衬套的下表面共面并将下源线圈的所有远端相连接；至少一个中间下源线圈，其在衬套和边缘下源线圈之间，与衬套的下表面共面；以及竖直源线圈，其将边缘上源线圈和边缘下源线圈竖直地连接。
根据又一方面，提供了用于在反应室中产生等离子体以便加工半导体晶片的等离子体源，该等离子体源包括：导电上衬套，其位于距反应室相当大距离的上平面上；多个第一上源线圈，其从上衬套以波浪形延伸到与上衬套分开第一距离的第一区域；多个第二上源线圈，其在上平面上从第一上源线圈螺旋地延伸到与第一区域分开第二距离同时围绕第一区域的第二区域；边缘上源线圈，其在上平面上，将第二上源线圈的远端相连接；导电下衬套，其位于邻近反应室的下平面上；多个第一下源线圈，其从下衬套以波浪形延伸到与下衬套分开第三距离的第三区域；多个第二下源线圈，其在下平面上从第一下源线圈螺旋地延伸到与第三区域分开第四距离同时围绕第三区域的第四区域；边缘下源线圈，其在下平面上，将第二下源线圈的远端相连接；以及竖直源线圈，其将边缘上源线圈和边缘下源线圈竖直地连接。
根据又一方面，提供了用于在反应室中产生等离子体以便加工半导体晶片的等离子体源，该等离子体源包括：衬套，其位于反应室的中央；以及多个导体，其从衬套以条形径向地延伸。
该导体可以对称设置。
该衬套可以包含导电材料。
每个导体可以具有从衬套到反应室边缘逐渐增大的厚度。
每个导体可以具有从衬套到反应室边缘逐渐减小的厚度。
根据又一方面，提供了用于在反应室中产生等离子体以便加工半导体晶片的等离子体源，该等离子体源包括：衬套，其位于反应室的中央；以及多个导体，其从衬套以弯曲的条形径向地延伸。
该导体可以对称设置。
该衬套可以包含导电材料。
每个导体可以具有S形或W形。
每个导体可以具有从衬套到反应室边缘逐渐增大的厚度。
每个导体可以具有从衬套到反应室边缘逐渐减小的厚度。
本发明的优点之一是：由于等离子体源包括非圆形的，即线性的源线圈，所以可以防止径向方向上的从反应室的中央到反应室的边缘的磁场偏差，导致易于控制在等离子体源的中央和等离子体源的边缘的临界尺度和均匀的蚀刻速率。本发明的另一优点是：因为从反应室中央的衬套径向地延伸的导体以条形或弯曲的条形设置，所以磁场被圆形地感应，使得磁场在方位角和径向方向上都均匀地分布，导致增强的选择性和均匀的CD分布。
附图说明
根据结合附图的如下具体说明，可以更清晰地理解本发明的上述和其它目的、特征和其它优点，在附图中：
图1是示出了采用传统等离子体源的等离子体室的横截面示意图；
图2是示出了图1的传统等离子体源的平面图；
图3是示出了根据本发明一个实施例的等离子体源的平面图；
图4是示出了图3的等离子体源的横截面图；
图5是示出了根据本发明另一实施例的等离子体源的平面图；
图6是示出了图5的等离子体源的横截面图；
图7是示出了根据本发明又一实施例的等离子体源的平面图；
图8是示出了根据本发明又一实施例的等离子体源的平面图；
图9是示出了距图8的等离子体源的中心的距离与线圈厚度之间的关系的曲线图；
图10是示出了根据本发明又一实施例的等离子体源的平面图；
图11是示出了根据本发明又一实施例的等离子体源的平面图；
图12是示出了根据本发明又一实施例的等离子体源的平面图；
图13是示出了图11的等离子体源的横截面图；
图14是示出了根据本发明又一实施例的等离子体源的平面图；
图15是示出了图14的等离子体源的横截面图；
图16是示出了根据本发明又一实施例的等离子体源的平面图；
图17是示出了根据本发明又一实施例的等离子体源的平面图；
图18是示出了根据本发明又一实施例的等离子体源的平面图；
图19是示出了根据本发明又一实施例的等离子体源的平面图；
图20是示出了根据本发明又一实施例的等离子体源的平面图；
图21是示出了根据本发明又一实施例的等离子体源的平面图；以及
图22到27是示出了根据本发明第五实施例的等离子体源的例子的平面图。
具体实施方式
将参考附图描述本发明的优选实施例。
图3是示出了根据本发明第一实施例的等离子体源的平面图，而图4是示出了图3的等离子体源的横截面图。
参考图3和图4，第一实施例的等离子体源210包括衬套211、中间源线圈213、边缘源线圈214以及多个线性源线圈212。衬套211由导电材料形成，并且，虽然未在图中示出，但是衬套211位于反应室的上中央。衬套211具有位于衬套211的中央的突起211-1，以将RF电能从外部RF电源(未示出)传送到衬套211。线性源线圈212从衬套211的边缘线性地延伸到反应室的上边缘。因为衬套211电连接到线性源线圈212，所以通过衬套211供给的RF电能也被供给到线性源线圈212。虽然在该实施例中，线性源线圈212对称设置，但是线性源线圈212可以非对称设置，以改变等离子体分布。边缘源线圈214位于反应室的上边缘以围绕衬套211，同时与衬套211分开预定的距离。一般而言，边缘源线圈214将线性源线圈212的所有远端相连接，并因此以圆形设置。中间源线圈213位于衬套211和边缘源线圈214之间，并且类似边缘源线圈214，其成圆形地设置以围绕衬套211，同时与衬套211分开预定的距离。中间源线圈213也将线性源线圈212的所有远端相连接。因此，线性源线圈212经由中间源线圈213和边缘源线圈214而彼此连接。
该实施例的等离子体源210包括从衬套211延伸到反应室的边缘的线性源线圈212。对于该结构，等离子体源210具有由如下方程给出的磁场强度：
其中B表示磁感应强度，μ0表示磁导率，I表示电流，
表示单位矢量，R表示距离。
当利用这种线性结构产生磁场时，可以防止径向方向上的从等离子体源的中央到等离子体源的边缘的磁场偏差，导致易于控制在等离子体源的中央和等离子体源的边缘的临界尺度和均匀的蚀刻速率。
图5是示出了根据本发明第二实施例的等离子体源的平面图，图6是示出了图5的等离子体源的横截面图。
参考图5和图6，第二实施例的等离子体源220包括衬套221、第一源线圈222、223和224、第二源线圈225、226和227、以及边缘源线圈228。衬套221位于反应室的上中央。在该实施例的等离子体源220中，衬套221也由导电材料形成，并且这与下述实施例相同。第一源线圈222、223和224位于围绕衬套221的第一圆形区域A中，而第二源线圈225、226和227位于第一区域A和围绕第一区域A的圆形边缘源线圈228之间。更具体地，第一源线圈222、223和224在第一区域A中从衬套221径向地延伸到第一区域A的边缘，其中，第一源线圈222、223和224中的每个都具有向反应室的上部弯曲的形状。第二源线圈225、226和227在第一区域A和边缘源线圈228之间从第一源线圈222、223和224螺旋地延伸到边缘源线圈228。边缘源线圈228将第二源线圈225、226和227的所有远端相连接。
该实施例的等离子体源220包括具有从衬套221延伸到第一区域A的线性结构的第一源线圈222、223和224，并且如方程2所示的磁场强度利用这种线性结构来产生。当利用这种线性结构产生磁场时，可以防止径向方向上的从等离子体源的中央到等离子体源的至少第一区域A的磁场偏差，导致通过控制第一区域A的尺寸而易于控制在等离子体源的中央和等离子体源的边缘的临近尺度和均匀的蚀刻速率。
图7是示出了根据本发明第三实施例的等离子体源的平面图。
参考图7，第三实施例的等离子体源230包括衬套231和多个杆形源线圈232。更具体地，衬套231位于反应室的上中央。等离子体源230进一步包括边缘源线圈233，边缘源线圈233环绕衬套231而成圆形地设置并与衬套231分开预定的距离。虽然在该实施例中，衬套231和边缘源线圈233被描述为具有圆形的形状，但是它们当然可以具有不同的形状。多个源线圈232具有杆形状，每个都线性地设置并从衬套231延伸到边缘源线圈233。
图8是示出了根据本发明第四实施例的等离子体源的平面图，图9是示出了距图8的等离子体源的中心的距离与线圈厚度之间的关系的曲线图。在图8中，与图7中相同的标号表示与图7中相同的元件。
参考图8，每个从衬套231线性地延伸到边缘源线圈233的源线圈232的厚度从该源线圈连接到衬套231的部分到边缘源线圈233并非恒定。例如，每个源线圈232的厚度在朝衬套231的方向上逐渐地增大，而每个源线圈232的厚度在远离衬套231的方向上、即在边缘源线圈233的方向上逐渐地减小。也就是说，如图9中所示，多个源线圈232的厚度可以独立于距等离子体源的中心的距离而为恒定的(见410)，可以随着距等离子体源的中心的距离的增大而增大(见420)，或者可以随着距等离子体源的中心的距离的增大而减小(见430)。源线圈232的厚度的变化引起电流密度变化，进而影响等离子体密度。因此，通过改变源线圈232的厚度，可以获得所需的等离子体密度以防止该等离子体密度的非均匀性。
图10是示出了根据本发明第五实施例的等离子体源的平面图。
参考图10，第五实施例的等离子体源240包括配备在反应室的上中央的导电衬套241、以及从衬套241以波浪形延伸到该反应室边缘的多个径向源线圈243。此时，径向源线圈243的远端经由边缘源线圈242而彼此连接。优选地，径向源线圈243以具有整个波长的波浪形从衬套241到边缘源线圈243设置。
图11是示出了根据本发明第六实施例的等离子体源的平面图。
参考图11，第六实施例的等离子体源250包括从反应室的上中央线性地延伸到反应室的边缘的多个径向源线圈253、以及在反应室的上边缘将多个径向源线圈253的所有远端相连接的圆形边缘源线圈252。
等离子体源250进一步包括圆形中间源线圈251，圆形中间源线圈251在等离子体源的中央和边缘源线圈253之间，将所有的源线圈253相连接。从等离子体源250的中央到中间源线圈251的距离小于从中间源线圈251到边缘源线圈253的距离。
图12是示出了根据本发明第七实施例的等离子体源的平面图，图13是示出了图12的等离子体源的横截面图。
参考图12和图13，第七实施例的等离子体源260包括配备在反应室的上中央的衬套261、围绕衬套261的圆形边缘源线圈262以及设置在衬套261和边缘源线圈262之间的多个径向源线圈263。衬套261包括：第一段261a，其具有较大面积并位于等离子体源260的下部；以及第二段261b，其具有较小面积并位于第一段261a的上表面上。具体而言，位于等离子体源260的下部的第一段261a具有非恒定的横截面。例如，为了减小等离子体源的中央的等离子体密度，第一段261a的横截面从等离子体源的下部到上部逐渐地减小。每个径向源线圈263从衬套261的第一段261a以波浪形延伸到边缘源线圈263。具体而言，径向源线圈243以具有预定波长的波浪形关于中央轴而设置，该中央轴由从衬套261的中心到边缘源线圈263的线(虚线)所限定。此时，径向源线圈263的远端经由边缘源线圈263而彼此连接。
图14是示出了根据本发明第八实施例的等离子体源的平面图，图15是示出了图14的等离子体源的横截面图。
参考图14和图15，第八实施例的等离子体源270具有与图12和图13中所示的第七实施例的等离子体源260的构造相同的构造，包括边缘源线圈272的设置等，除了衬套271的形状和多个径向源线圈273的波形之外。在第八实施例的等离子体源270中，突起271-1设置在衬套271的中央以从外部RF电源(未示出)向衬套271供给RF电能，并且在竖直方向上横截面不变。此外，在第八实施例的等离子体源270中，每个径向源线圈273的波形都具有3/2个振荡，这不同于图12中所示的等离子体源260中具有一个振荡的径向源线圈263的波形。
图16是示出了根据本发明第九实施例的等离子体源的平面图。
参考图16，第九实施例的等离子体源280包括：导电衬套281，其配备在反应室的上中央；至少一个中间源线圈282，其围绕衬套281；多个第一线性源线圈284a，其从衬套281线性地延伸到中间源线圈283；边缘源线圈283，其围绕中间源线圈282；以及多个第二线性源线圈284b，其从第一线性源线圈284a线性地延伸到边缘源线圈283。
尽管衬套281、中间源线圈282、边缘源线圈283、第一线性源线圈284a以及第二线性源线圈284b是导电的，但是它们由不同的材料形成。即，中间源线圈282和第一线性源线圈284a由第一导电材料形成，而边缘源线圈283和第二线性源线圈284b由第二导电材料形成。这样，第一导电材料和第二导电材料之间的不同电导率使得等离子体密度在反应室的中央和反应室的边缘不同。因此，可以取决于所需的等离子体分布而特别确定第一导电材料和第二导电材料。
图17是示出了根据本发明第十实施例的等离子体源的平面图。
参考图17，第十实施例的等离子体源290包括：导电衬套291，其配备在反应室的上中央；边缘源线圈292，其围绕衬套291；以及多个线性源线圈293，其从衬套291线性地延伸到边缘源线圈292。衬套291由第一导电材料形成，而边缘源线圈292和线性源线圈293由第二导电材料形成。在第十实施例的情况下，也可以取决于所需的等离子体分布而特别确定第一导电材料和第二导电材料。
图18是示出了根据本发明第十一实施例的等离子体源的平面图。
参考图18，第十一实施例的等离子体源300包括：导电衬套301，其配备在反应室的上中央；多个第一源线圈302，其从衬套301延伸到与衬套301分开第一距离同时围绕衬套301的第一圆形区域B；边缘源线圈303，其围绕第一区域B；以及多个第二源线圈304，其从第一源线圈302延伸到边缘源线圈303。第一源线圈302以波浪形设置，而第二源线圈304以螺旋形设置。
图19是示出了根据本发明第十二实施例的等离子体源的平面图。、
参考图19，第十二实施例的等离子体源310包括：导电柱形衬套311，其竖直地位于反应室的上中央，其中，衬套311具有距反应室相当大距离的上表面311a以及邻近反应室的下表面311b。多个上源线圈313a从衬套311以波浪形延伸到该反应室的边缘，并且与衬套311的上表面共面。多个上源线圈313a的远端经由边缘上源线圈312a而彼此连接。多个下源线圈313b从衬套311以波浪形延伸到该反应室的边缘，并且与衬套311的下表面共面。多个下源线圈313b的远端经由边缘下源线圈312b而彼此连接。边缘上源线圈313a和边缘下源线圈313b经由竖直源线圈314而彼此连接，竖直源线圈314垂直于反应室的上表面而设置。
图20是示出了根据本发明第十三实施例的等离子体源的平面图。
参考图20，第十三实施例的等离子体源320包括：导电柱形衬套321，其竖直地位于反应室的上中央，其中，衬套321具有距反应室长距离的上表面321a以及邻近反应室的下表面321b。多个上线性源线圈324a从衬套321线性地延伸到反应室的边缘，并且与衬套321的上表面共面。多个上线性源线圈324a的远端经由边缘上源线圈323a而彼此连接，边缘上源线圈323a具有圆形形状，并且环绕反应室的上边缘而设置。此外，多个上线性源线圈324a经由中间上源线圈322a而彼此连接，中间上源线圈322a具有圆形形状，并且设置在衬套321和边缘上源线圈323a之间。
多个下线性源线圈324b从衬套321线性地延伸到反应室的边缘，并且与衬套321的下表面共面。多个下线性源线圈324b的远端经由边缘下源线圈323b而彼此连接，边缘下源线圈323b具有圆形形状，并且环绕反应室的下边缘而设置。此外，多个下线性源线圈324b经由中间下源线圈322b而彼此连接，中间下源线圈322b具有圆形形状，并且设置在衬套321和边缘下源线圈323b之间。边缘上源线圈323a和边缘下源线圈323b经由竖直源线圈325而彼此连接，竖直源线圈325垂直于反应室的上表面而设置。
图21是示出了根据本发明第十四实施例的等离子体源的平面图。
参考图21，第十四实施例的等离子体源330包括：导电上衬套331a，其位于距反应室相当大距离的上平面上；以及导电下衬套331b，其位于邻近反应室的下平面上。即，上衬套331a与下衬套331b竖直地分开。
多个第一上源线圈332a位于上衬套331a所在的上平面上。第一上源线圈332a从上衬套331a以波浪形延伸到与上衬套331a分开第一距离的第一区域C1。此外，多个第二上源线圈334a在上平面上从第一上源线圈332a螺旋地延伸到与第一区域C1分开第二距离同时围绕第一区域C1的第二区域。边缘上源线圈333a环绕反应室的边缘而设置，以在上平面上将第二上源线圈334a的远端彼此连接。
多个第一下源线圈332b位于下衬套331b所在的下平面上。第一下源线圈332b从下衬套331a以波浪形延伸到与上衬套331b分开第三距离的第三区域C2。此外，多个第二下源线圈334b在下平面上从第一下源线圈332b螺旋地延伸到与第三区域C2分开第四距离同时围绕第三区域C2的第四区域。边缘下源线圈333b环绕反应室的边缘而设置，以在下平面上将第二下源线圈334b的远端彼此连接。边缘上源线圈333a和边缘下源线圈333b经由竖直源线圈335而彼此连接，竖直源线圈335垂直于反应室的上表面而设置。
图22到27是示出了根据本发明第十五实施例的等离子体源的例子的平面图。该实施例的等离子体源与第一到第四实施例的不同之处在于其不包括边缘源线圈。
参考图22，根据第十五实施例的等离子体源340的一个例子包括：衬套341，其位于等离子体源340的中央；以及多个导体342，其从衬套341沿等离子体源340的径向方向线性地延伸。衬套341由导电材料形成，并且虽然未在图中示出，但其连接到外部RF电源(未示出)。每个导体342以条形径向地设置，并且具有预定厚度d1。优选地，导体342对称设置。在此情况下，虽然导体342的数目为偶数，但是本发明并不限于该结构。此外，虽然未在图中示出，但每个导体342并不限于特定的横截面形状，并因此其可以具有例如圆形形状或其它多边形形状。
与传统等离子体源不同，如上所述地构造的等离子体源340产生以圆形形状感应的磁场，使得该磁场在方位角和径向方向上都均匀分布。利用方位角和径向方向上的磁场的均匀分布，可以获得增强的选择性和均匀的CD分布。
接着，参考图23，根据第十五实施例的等离子体源350的另一个例子包括：衬套351，其位于等离子体源350的中央；以及多个导体352，其从衬套351沿等离子体源350的径向方向线性地延伸。与图22中所示的等离子体源340不同，等离子体源350具有导体352，每个导体352具有从衬套351沿径向方向逐渐增大的厚度d2。该结构用于根据导体352的厚度d2的变化而改变所产生的磁场强度，导致等离子体密度的变化。此时，导体352的厚度的变化取决于使用该例子的等离子体源350的反应室中的所需工艺。例如，因为导体352在邻近衬套351处具有较小的厚度d2，而在远离衬套351处具有较大的厚度d2，所以磁场强度随着距衬套351的距离的增大而减小。因此，该例子可以用于需要在反应室的外边缘而不是在反应室的中央有减小的等离子体密度的工艺。
接着，参考图24，根据第十五实施例的等离子体源360的又一个例子包括：衬套361，其位于等离子体源360的中央；以及多个导体362，其从衬套361沿等离子体源360的径向方向线性地延伸。与图22中所示的等离子体源340不同，等离子体源360具有导体362，每个导体362具有非恒定的厚度d3。更具体地，导体362的厚度d3从衬套361沿径向向外的方向逐渐减小，而导体352的厚度d2从衬套351沿径向向外的方向逐渐增大。该结构用于根据导体362的厚度d3的变化而改变所产生的磁场强度，导致等离子体密度的变化。此时，导体362的厚度的变化取决于使用该例子的等离子体源360的反应室中的所需工艺。例如，因为导体362在邻近衬套361处具有较大的厚度d3，而在远离衬套361处具有较小的厚度d3，所以磁场强度随着距衬套361的距离的增大而增大。因此，该例子可以用于需要在反应室的中央而不是反应室的边缘有减小的等离子体密度的工艺。
接着，参考图25到图27，根据第十五实施例的等离子体源370、380和390的其它例子包括：衬套371、381和391，其位于等离子体源370、380和390的中央；以及多个导体372、382和392，其分别从衬套371、381和391径向延伸。与如图22到图24中所示的具有以条形或以线设置的导体342、352和362的等离子体源340、350和360不同，等离子体源370、380和390分别具有以弯曲的条形或以曲线设置的导体372、382和392。
图25的等离子体源370具有四个导体372，图26的等离子体源380具有六个导体382，图27的等离子体源390具有八个导体392。除此之外，可以对称设置更多的导体。导体372、382和392的曲率不受限制，而且如图所示，导体372、382和392可以具有S形或W形。
在等离子体源370、380和390中，导体372、382和392可以具有恒定的厚度或非恒定的厚度。在导体372、382和392具有非恒定厚度的情况下，该厚度可以随着距衬套371、381和291的距离的增大而逐渐增大或减小。该厚度根据如上所述的待进行的工艺来确定。
本发明可以应用于采用等离子体室的半导体制造装置及其方法。
虽然为了说明目的已经公开了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不背离如所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。
Claims (30)
1.一种用于在反应室中产生等离子体以便加工半导体晶片的等离子体源，包括：
导电衬套，其配备在所述反应室的上中央；以及
多个源线圈，其从所述衬套线性地延伸到所述反应室的边缘。
2.根据权利要求1所述的等离子体源，其中，所述多个源线圈对称设置。
3.根据权利要求1所述的等离子体源，其中，每个所述源线圈从连接到所述衬套的部分到所述反应室的边缘具有非恒定的厚度。
4.根据权利要求1所述的等离子体源，进一步包括：
边缘源线圈，其环绕所述反应室的上边缘，与所述衬套分开预定的距离同时围绕所述衬套，并且具有圆形形状以将所有的所述多个源线圈彼此连接。
5.根据权利要求4所述的等离子体源，进一步包括：
至少一个中间源线圈，其在所述衬套和所述边缘源线圈之间，与所述衬套分开预定的距离同时围绕所述衬套，并且具有圆形形状以将所有的所述多个源线圈彼此连接。
6.一种用于在反应室中产生等离子体以便加工半导体晶片的等离子体源，包括：
导电衬套，其配备在所述反应室的上中央；
多个第一源线圈，其在围绕所述衬套的第一区域中，从所述衬套径向地延伸到所述第一区域的边缘，每个第一源线圈具有向所述反应室的上部弯曲的形状；以及
多个第二源线圈，其在围绕所述第一区域的第二区域中，从所述第一源线圈螺旋地延伸到所述第二区域的边缘。
7.一种用于在反应室中产生等离子体以便加工半导体晶片的等离子体源，包括：
导电衬套，其配备在所述反应室的上中央；以及
多个源线圈，其从所述衬套以波浪形延伸到所述反应室的边缘。
8.一种用于在反应室中产生等离子体以便加工半导体晶片的等离子体源，包括：
多个源线圈，其从所述反应室的上中央线性地延伸到所述反应室的边缘；以及
圆形边缘源线圈，其环绕所述反应室的上边缘，将所述多个源线圈的的所有远端相连接。
9.根据权利要求8所述的等离子体源，进一步包括：
至少一个中间源线圈，其成圆形地设置在所述边缘源线圈内，同时与所述边缘源线圈分开预定的距离，以将所有的所述源线圈相连接。
10.一种用于在反应室中产生等离子体以便加工半导体晶片的等离子体源，包括：
导电衬套，其配备在所述反应室的上中央，所述衬套包括具有较大面积并位于所述反应室的下部的第一段以及具有较小面积并位于所述第一段的上表面上的第二段；
多个源线圈，其从所述衬套的所述第一段以波浪形延伸到所述反应室的边缘；以及
圆形边缘源线圈，其在所述反应室的上边缘，将所述源线圈的所有远端相连接。
11.根据权利要求10所述的等离子体源，其中，所述第一段从底表面到接触所述第二段的部分逐渐减小。
12.一种用于在反应室中产生等离子体以便加工半导体晶片的等离子体源，包括：
导电衬套，其配备在所述反应室的上中央；
至少一个中间源线圈，其围绕所述衬套；
多个第一线性源线圈，其从所述衬套线性地延伸到所述中间源线圈；
边缘源线圈，其围绕所述中间源线圈；以及
多个第二线性源线圈，其从所述第一线性源线圈线性地延伸到所述边缘源线圈，其中，形成所述中间源线圈和所述第一线性源线圈的材料不同于形成所述边缘源线圈和所述第二线性源线圈的材料。
13.一种用于在反应室中产生等离子体以便加工半导体晶片的等离子体源，包括：
导电衬套，其配备在所述反应室的上中央；
边缘源线圈，其围绕所述衬套；以及
多个线性源线圈，其从所述衬套线性地延伸到所述边缘源线圈，其中，所述衬套、所述边缘源线圈和所述线性源线圈由不同的材料形成。
14.一种用于在反应室中产生等离子体以便加工半导体晶片的等离子体源，包括：
导电衬套，其配备在所述反应室的上中央；
多个第一源线圈，其从所述衬套以波浪形延伸到与所述衬套分开第一距离同时围绕所述衬套的第一区域；以及
多个第二源线圈，其从所述第一源线圈螺旋地延伸到与所述第一区域分开第二距离同时围绕所述第一区域的第二区域。
15.一种用于在反应室中产生等离子体以便加工半导体晶片的等离子体源，包括：
导电柱形衬套，其竖直地位于所述反应室的上中央，所述衬套具有距所述反应室相当大距离的上表面以及邻近所述反应室的下表面；
多个上源线圈，其从所述衬套以波浪形延伸到所述反应室的边缘，并且与所述衬套的所述上表面共面；以及
多个下源线圈，其从所述衬套以波浪形延伸到所述反应室的边缘，并且与所述衬套的所述下表面共面。
16.根据权利要求15所述的等离子体源，进一步包括：
上边缘源线圈，其与所述衬套的所述上表面共面并将所述上源线圈的远端相连接；
下边缘源线圈，其与所述衬套的所述下表面共面并将所述下源线圈的远端相连接；以及
竖直源线圈，其将所述上边缘源线圈和所述下边缘源线圈竖直地连接。
17.一种用于在反应室中产生等离子体以便加工半导体晶片的等离子体源，包括：
导电柱形衬套，其竖直地位于所述反应室的上中央，所述衬套具有距所述反应室相当大距离的上表面以及邻近所述反应室的下表面；
多个上源线圈，其从所述衬套线性地延伸到所述反应室的边缘，并且与所述衬套的所述上表面共面；以及
多个下源线圈，其从所述衬套线性地延伸到所述反应室的边缘，并且与所述衬套的所述下表面共面。
18.根据权利要求17所述的等离子体源，进一步包括：
边缘上源线圈，其与所述衬套的所述上表面共面并将所述上源线圈的所有远端相连接；
至少一个中间上源线圈，其在所述衬套和所述边缘上源线圈之间，与所述衬套的所述上表面共面；
边缘下源线圈，其成圆形地与所述衬套的所述下表面共面并将所述下源线圈的所有远端相连接；
至少一个中间下源线圈，其在所述衬套和所述边缘下源线圈之间，与所述衬套的所述下表面共面；以及
竖直源线圈，其将所述边缘上源线圈和所述边缘下源线圈竖直地连接。
19.一种用于在反应室中产生等离子体以便加工半导体晶片的等离子体源，包括：
导电上衬套，其位于距所述反应室相当大距离的上平面上；
多个第一上源线圈，其从所述上衬套以波浪形延伸到与所述上衬套分开第一距离的第一区域；
多个第二上源线圈，其在所述上平面上从所述第一上源线圈螺旋地延伸到与所述第一区域分开第二距离同时围绕所述第一区域的第二区域；
边缘上源线圈，其在所述上平面上将所述第二上源线圈的远端相连接；
导电下衬套，其位于邻近所述反应室的下平面上；
多个第一下源线圈，其从所述下衬套以波浪形延伸到与所述下衬套分开第三距离的第三区域；
多个第二下源线圈，其在所述下平面上从所述第一下源线圈螺旋地延伸到与所述第三区域分开第四距离同时围绕所述第三区域的第四区域；
边缘下源线圈，其在所述下平面上将所述第二下源线圈的远端相连接；以及
竖直源线圈，其将所述边缘上源线圈和所述边缘下源线圈竖直地连接。
20.一种用于在反应室中产生等离子体以便加工半导体晶片的等离子体源，包括：
衬套，其位于所述反应室的中央；以及
多个导体，其从所述衬套以条形径向地延伸。
21.根据权利要求20所述的等离子体源，其中，所述导体对称设置。
22.根据权利要求20所述的等离子体源，其中，所述衬套包含导电材料。
23.根据权利要求20所述的等离子体源，其中，每个所述导体都具有从所述衬套到所述反应室边缘逐渐增大的厚度。
24.根据权利要求20所述的等离子体源，其中，每个所述导体都具有从所述衬套到所述反应室边缘逐渐减小的厚度。
25.一种用于在反应室中产生等离子体以便加工半导体晶片的等离子体源，包括：
衬套，其位于所述反应室的中央；以及
多个导体，其从所述衬套以弯曲的条形径向地延伸。
26.根据权利要求25所述的等离子体源，其中，所述导体对称设置。
27.根据权利要求25所述的等离子体源，其中，所述衬套包含导电材料。
28.根据权利要求25所述的等离子体源，其中，每个所述导体都具有S形或W形。
29.根据权利要求25所述的等离子体源，其中，每个所述导体都具有从所述衬套到所述反应室边缘逐渐增大的厚度。
30.根据权利要求25所述的等离子体源，其中，每个所述导体都具有从所述衬套到所述反应室边缘逐渐减小的厚度。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |