CN101952941B - 等离子体处理装置和等离子体处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种等离子体处理装置包括提供内部空间的腔室，在该内部空间中在对象上执行处理；以及等离子体生成单元，其在所述内部空间中产生电场，以由提供给内部空间的源气体生成等离子体。所述等离子体生成单元包括与所述腔室的上表面大致平行地设置的上部源、连接到所述上部源以向所述上部源提供第一电流的上发生器、围绕所述腔室的侧面的侧源、以及连接到所述侧源以向所述侧源提供第二电流的侧发生器。所述等离子体生成单元还包括设置在所述上发生器和所述上部源之间的上匹配器、以及设置在所述侧发生器和所述侧源之间的下匹配器。
Description
技术领域
本发明涉及一种进行等离子体处理的方法和装置，更具体地，涉及一种在腔室中利用等离子体来处理对象的方法。
背景技术
半导体器件包括在硅衬底上的各种层，通过沉积处理将这些层沉积在硅衬底上。在沉积处理中，存在一些在评价沉积膜和选择沉积方法时非常重要的关键问题。
第一个问题是多个沉积膜。这是指组成、污染水平、缺陷密度、以及机械/电气性质。膜的组成根据沉积条件而变化，这对于实现特定的组成非常重要。
第二个问题是晶圆上的均匀厚度。具体而言，在具有台阶的非平面图案上沉积的膜厚度是非常重要的。通过台阶覆盖来确定沉积膜的厚度均匀性，厚度均匀性被定义为在台阶上沉积的膜的最小厚度与在图案的上表面沉积的膜的厚度之比。
与沉积有关的另一个问题是空间填充。这包括间隙填充，即，利用诸如氧化物膜的绝缘膜填充金属线之间的间隙。提供此间隙是为了使金属线物理地并且电气地绝缘。
在这些问题中，均匀性是与沉积处理相关的一个重要问题，非均匀膜导致金属线的电阻高并且机械损坏的可能性大。
发明内容
本发明的一个方面在于提供一种能够确保处理的均匀性的等离子体处理装置及方法。
根据结合附图的详细说明，本发明的其它方面将变得更加清楚。
根据本发明的一个方面，一种等离子体处理装置包括：腔室，其提供内部空间，在该内部空间中对对象执行处理；以及等离子体生成单元，其在所述内部空间中产生电场，以由提供给所述内部空间的源气体生成等离子体，其中，所述等离子体生成单元包括：上部源，其与所述腔室的上表面大致平行地设置；上发生器，其连接到所述上部源，以向所述上部源提供第一电流；侧源，其围绕所述腔室的侧面；以及侧发生器，其连接到所述侧源，以向所述侧源提供第二电流。
所述等离子体生成单元还可以包括：上匹配器，其设置在所述上发生器和所述上部源之间；以及下匹配器，其设置在所述侧发生器和所述侧源之间。
所述上部源可以包括第一上部源、形状与所述第一上部源大致相同并且与所述第一上部源具有预定相位差的第二上部源、以及形状与所述第一上部源和所述第二上部源大致相同并且与所述第二上部源具有预定相位差的第三上部源。
所述腔室可以包括：处理腔室，在所述处理腔室处通过所述等离子体进行处理，所述处理腔室设置有支撑组件，在所述支撑组件上放置所述对象；以及生成腔室，其位于所述处理腔室上方，以使得通过所述等离子体生成单元生成所述等离子体，其中，所述上部源与所述生成腔室的上表面大致平行地设置，并且所述侧源设置在所述生成腔室的侧面处。
根据本发明的另一方面，提供了一种等离子体处理方法，其中，该等离子体处理方法利用与腔室的上表面大致平行地设置的上部源和围绕所述腔室的侧面设置的侧源，所述等离子体处理方法包括以下步骤：通过经由所述上部源向所述上部源提供第一电流以及经由所述侧源向所述侧源提供第二电流，来在所述腔室的内部空间中生成等离子体；以及利用所生成的等离子体对设置在所述腔室内部的对象进行处理。
根据本发明的示例性实施方式，可以在腔室中产生具有均匀密度的等离子体。此外，可以通过等离子体均匀地处理对象。
附图说明
根据结合附图进行的详细说明，将更清楚地理解本发明的上述及其他方面、特征和优点，在附图中：
图1是根据本发明示例性实施方式的等离子体处理装置的示意图；
图2至图4是图1的上部源的视图；
图5至图7是图1的侧源的视图；
图8是图1的等离子体源的内部视图；以及
图9是连接到图1的上部源的连接器的视图。
具体实施方式
现在将参照附图更详细地说明本发明的示例性实施方式。然而，应当注意，本发明不限于这些实施方式，而是可以以各种形式来实现。为了使本领域技术人员更全面地理解本发明，给出这些实施方式作为示例。因此，为清楚地说明本发明，附图不是精确地按比例示出的。
这里，将描述基于等离子体处理的电感耦合等离子体(ICP)作为示例，但是，本发明可应用于各种等离子体处理。此外，以下将描述衬底作为示例，但是，本发明可应用于各种对象。
图1是根据本发明的示例性实施方式的等离子体处理装置的示意图。
等离子体处理装置包括具有内部空间的腔室10，在该内部空间中在衬底W上进行处理。腔室10分为处理腔室12和生成腔室14。在处理腔室12中，在衬底上进行处理，而在生成腔室14中，由从外部提供的源气体生成等离子体。
支撑板20放置在处理腔室12的内部，其中，衬底W放置在支撑板20上。衬底W经由形成在处理腔室12的一侧处的入口12a放入处理腔室12中，然后，放置在支撑板20上。支撑板20可以是静电吸盘(E-chuck)，并且可以设置有分离的氦(He)后冷却系统(未示出)，以精确地控制支撑板20上放置的晶圆的温度。
生成腔室14在上表面和周表面处设置有等离子体源16。等离子体源16包括设置在生成腔室14的上表面处的上部源，以及设置在生成腔 室14的周表面处的侧源200。上部源100通过上输入线100a连接到射频(radio frequency：RF)发生器，并在上部源100和射频发生器之间提供有上匹配器18。侧源200通过侧输入线200a连接到另一个RF发生器，并在侧源200和RF发生器之间提供侧匹配器19。提供上匹配器18和侧匹配器19以用于阻抗匹配。
通过连接到上匹配器18的RF发生器所提供的RF电流提供给上部源100，并通过连接到侧匹配器19的RF发生器所提供的RF电流提供给侧源200。上部源100和侧源200将RF电流变换成磁场，并由提供到腔室10中的源气体生成等离子体。
此时，上部源100和侧源200连接到单独的RF发生器，从而分别向上部源100和侧源200提供单独的RF电流。因此，如果以不同的方式调整连接到上匹配器18的RF发生器和连接到侧匹配器19的RF发生器，则提供给上部源100的RF电流和提供给侧源200的RF电流可以具有不同的强度。
利用此配置，关于放置在支撑板20上的衬底W，处理均匀度是可调整的。例如，如果上部源100对应于衬底W的中央，而侧源200对应于衬底W的边缘，则衬底W中央处的均匀度比衬底W边缘处的均匀度更高或更低，则提供给上部源100的RF电流可以减小或增大，或者提供给侧源200的RF电流可以增大或减小。换言之，提供给上部源100的RF电流和提供给侧源200的RF电流是独立可调整的，从而确保处理的均匀度。
处理腔室12的一侧连接到排出管路34，并且泵34a连接到排出管路34。等离子体、副产品等经由排出管路34排出到腔室10的外面，并且泵34a将它们加压排出。
腔室10内部的等离子体、副产品等经由排出板32被导入排出管路34。排出板32设置在支撑板20的外侧并且大致平行于支撑板20。腔室10内部的等离子体、副产品等经由排出板32上形成的排出孔32a被导入排出管路34。
图2至图4示出了图1的上部源100。
参照图2至图4，上部源100包括第一上部源120、第二上部源140和第三上部源160。第一至第三上部源120、140和160具有大致相同的形状，并且相互成相等的角度排列。因此，第一至第三上部源120、140和160具有大致相同的相位差(θ＝60°)。
图2示出了根据本发明示例性实施方式的上部源100。参照图2，第一上部源120以预设的曲率(曲率半径＝r1)从生成腔室14上表面的中央向生成腔室14上表面的边缘延伸。第一上部源120的长度根据曲率的半径而改变，并且操作者可以根据处理来改变曲率半径。上输入线100a连接到设置在生成腔室14上表面的中央处的第一至第三上部源120、140和160的一端。因此，提供给上部源100的RF电流通过第一至第三上部源120、140和160从生成腔室14上表面的中央向生成腔室14上表面的边缘传递，同时生成顺时针螺旋。
图3示出了根据本发明另一示例性实施方式的上部源100。参照图3，第一上部源120包括第一中心源122和第一边缘源124。第一中心源122以预设的曲率(曲率半径＝r2)从生成腔室14上表面的中央向生成腔室14上表面的边缘延伸。第一边缘源124从第一中心源122的末端向生成腔室14上表面的边缘径向延伸。第一上部源120的长度可以根据曲率半径和第一边缘源124的长度而改变，并且操作者可以根据处理来改变曲率半径。前述上输入线100a连接到设置在生成腔室14上表面的中央处的第一至第三上部源120、140和160。因此，提供给上部源100的RF电流通过第一至第三中心源122、142和162从生成腔室14上表面的中央向生成腔室14上表面的边缘传递同时生成顺时针螺旋，然后通过第一至第三边缘源124、144和164向生成腔室14上表面的边缘径向地传递。
图4示出了根据本发明另一示例性实施方式的上部源100。参照图4，第一上部源120包括第一中心源122、第一圆形源124和第一边缘源126。第一中心源122从生成腔室14上表面的中央向生成腔室14上表面的边缘径向地延伸。第一圆形源124从第一中心源122的末端延伸，并且形状类似于半径等于第一中心源122的长度r3的圆弧。第一边缘源126从第一圆形源124的末端向生成腔室14上表面的边缘径向地延伸。另一方 面，第一上部源120的长度可以根据第一中心源122的长度r3而改变，并且操作者可以根据处理来改变曲率半径。上输入线100a连接到设置在生成腔室14上表面的中央处的第一至第三上部源120、140和160的一端。因此，提供给上部源100的RF电流通过第一至第三中心源122、142和162从生成腔室14上表面的中央向生成腔室14上表面的边缘传递，然后，在通过第一至第三圆形源124、144和164旋转预设的角度之后，通过第一至第三边缘源126、146和166向生成腔室14上表面的边缘径向地传递。
前述上部源100在生成腔室14中生成在生成腔室14上表面的径向方向具有均匀密度的等离子体。侧源200设置在生成腔室14的周表面处，使得侧源200生成的等离子体密度随着移向生成腔室14的周表面而增加，并且随着远离生成腔室14的周表面而降低。上部源100设置在从生成腔室14上表面的中央到生成腔室14上表面的边缘，使得上部源100生成的等离子体的密度沿着生成腔室14上表面的径向方向是均匀的。另一方面，图2至图4所示的第一至第三上部源120、140和160彼此隔离。
图5至图7示出了图1中的侧源200。通过将图1中的生成腔室14的周表面展开得到图5至图7中的生成腔室14，并且图5至图7中的侧源200设置在生成腔室14的周表面处。参照图5至图7，测源200包括第一侧源220、第二侧源240和第三侧源260，并且，第一至第三侧源220、240和260各自的一端连接到侧输入线200a的一端，第一至第三侧源220、240和260具有大致相同的相位差(θ＝60°)。第一至第三侧源220、240和260具有大致相同的形状，RF电流经过第一至第三侧源220、240和260从生成腔室14的一侧流到另一侧。在该实施方式中，RF电流以相同的方向流经第一至第三侧源220、240和260，或者另选地可以以彼此不同的方向流动。
图5示出了根据本发明示例性实施方式的侧源200。参照图5，第一侧源220包括第一下降源222和第一上升源224。第一下降源222的一端连接至侧输入线200的一端，并且第一下降源222从生成腔室14的顶部向下倾斜地延伸至底部。第一上升源224的一端连接至第一下降源222的一端，并第一上升源224从生成腔室14的底部向上倾斜地延伸至顶部。图5所示的第一侧源220包括一个第一下降源222和一个第一上升源224，但是本发明不限于此。另选地，可以替代地提供多个第一下降源222和多个第一上升源224。如上所述，RF电流可以提供给分别连接至侧输入线200a的第一至第三侧源220、240和260。然后，RF电流通过第一至第三下降源222、242和262从生成腔室14的顶部流至底部，并通过第一至第三上升源224、244和264从生成腔室14的底部流至顶部。
图6示出了根据本发明另一示例性实施方式的侧源200，并且图7是图6的变型。参照图6，第一侧源220包括第一上侧源222a、第一下侧源222b、第一下降源224a和第一上升源224b。第一上侧源222a的一端连接至侧输入线200a的一端，并且第一上侧源222a在从生成腔室14的一侧到另一侧的方向上大致平行于生成腔室14的上表面地延伸。第一下侧源222b在从生成腔室14的一侧到另一侧的方向上大致平行于第一上侧源222a地延伸。第一上侧源222a和第一下侧源222b通过第一下降源224a和第一上升源224b连接，其中，第一下降源224a从第一上侧源222a向下倾斜地延伸，而第一上升源224b从第一下侧源222b向上倾斜地延伸。作为图5所示第一侧源220的替代，可以另选地提供多个第一上侧源222a、多个第一下侧源222b、多个第一下降源224a和多个第一上升源224b。如上所述，RF电流提供给分别连接到侧输入线200a的第一至第三侧源220、240和260。然后，RF电流通过第一至第三上侧源222a、242a和262a从生成腔室14的一侧流向另一侧，并通过第一至第三下降源224a、244a和264a从生成腔室14的顶部流向底部。然后，RF电流通过第一至第三下侧源222b、242b和262b从生成腔室14的一侧流向另一侧，并通过第一至第三上升源224b、244b和264b从生成腔室14的底部流向顶部。
上述侧源200在生成腔室14中生成在生成腔室14的垂直方向具有均匀密度的等离子体。沿侧源200流动的RF电流沿着生成腔室14的周表面在生成腔室14的顶部和底部之间交替，使得由RF电流产生的磁场在生成腔室14的垂直方向是均匀的，并且通过磁场产生的等离子体在生成腔室14的垂直方向具有均匀密度。与此同时，图5至图7所示的第一至第三侧源220、240和260彼此隔离。
图8示出了图1的等离子体源16的内部。由于RF电流流经等离子体源16，所以等离子体源16的温度可以升高。为了控制等离子体源16的温度，可以向等离子体源16的内部提供制冷剂，以及可以使用冷却器(未示出)来将制冷剂控制到具有预设的温度。
图9示出了连接到图1的上部源100的连接器17。连接器17包括上连接器17a和多个下连接器17b。上连接器17a连接到上输入线100a，多个下连接器17b分别连接到第一至第三上部源120、140和160。
尽管已经参照实施方式和附图说明了本发明，但是，本发明不限于这些实施方式。此外，应当理解，在不脱离如所附权利要求书中公开的本发明的范围和精神的情况下，本领域普通技术人员即可做出各种修改、添加和替换。
Claims (5)
1.一种等离子体处理装置，该等离子体处理装置包括：
腔室，其提供内部空间，在该内部空间处在对象上执行处理；以及
等离子体生成单元，其在所述内部空间中产生电场，以由提供到所述内部空间的源气体生成等离子体，
所述等离子体生成单元包括：
上部源，其与所述腔室的上表面平行地设置；
上发生器，其连接到所述上部源，以向所述上部源提供第一电流；
侧源，其围绕所述腔室的侧面；以及
侧发生器，其连接到所述侧源，以向所述侧源提供第二电流，
其中，制冷剂被提供到所述上部源和所述侧源的内部，并且使用冷却器来将所述制冷剂控制到具有预设的温度。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，所述等离子体生成单元还包括：
上匹配器，其设置在所述上发生器和所述上部源之间；以及
下匹配器，其设置在所述侧发生器和所述侧源之间。
3.根据权利要求1或2所述的等离子体处理装置，其中，所述上部源包括第一上部源、形状与所述第一上部源相同并且与所述第一上部源具有预定相位差的第二上部源、以及形状与所述第一上部源和所述第二上部源相同并且与所述第二上部源具有预定相位差的第三上部源。
4.根据权利要求1或2所述的等离子体处理装置，其中，所述腔室包括：
处理腔室，在所述处理腔室处通过所述等离子体进行处理，所述处理腔室设置有支撑组件，在所述支撑组件上放置所述对象；以及
生成腔室，其位于所述处理腔室上方，以使得通过所述等离子体生成单元生成所述等离子体，
其中，所述上部源与所述生成腔室的上表面平行地设置，并且所述侧源设置在所述生成腔室的侧面处。
5.一种等离子体处理方法，其中，该等离子体处理方法利用与腔室的上表面平行地设置的上部源和围绕所述腔室的侧面设置的侧源，所述等离子体处理方法包括以下步骤：
通过经由上RF发生器向所述上部源提供第一电流以及经由侧RF发生器向所述侧源提供第二电流，来在所述腔室的内部空间中生成等离子体；以及
利用所生成的等离子体对设置在所述腔室内部的对象进行处理，
其中，制冷剂被提供到所述上部源和所述侧源的内部，并且使用冷却器来将所述制冷剂控制到具有预设的温度。
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