CN102056393B - 电感耦合等离子体反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供等离子体处理设备以及形成等离子体的方法。在一些实施方式中，等离子体处理设备包括具有内处理空间的处理腔室；接近该处理腔室设置的第一RF线圈，以将RF能量耦合至该处理空间；以及接近该处理腔室设置的第二RF线圈，以将RF能量耦合至该处理空间，该第二RF线圈相对于该第一RF线圈同轴设置，其中该第一和第二RF线圈被配置为使得流经该第一RF线圈的RF电流与流经该第二RF线圈的RF电流为异相。

Description

电感耦合等离子体反应器
技术领域
本发明大体涉及半导体处理设备。
背景技术
电感耦合等离子体（ICP）工艺反应器通常通过由在处理腔室外设置的一个或多个感应线圈在处理腔室内设置的工艺气体中感应电流来形成等离子体。这些感应线圈可设置在腔室外并且通过诸如介质盖而与腔室电性隔离。当射频（RF）电流经由RF馈电结构从RF电源馈入到感应线圈时，能在腔室内利用由这些感应线圈所产生的电场来形成感应耦合等离子体。
在一些反应器设计中，反应器可配置为具有同心的内感应线圈和外感应线圈。本发明人已发现了内线圈和外线圈之间的附加电场特性（由于这些线圈所感生的磁场的不利干涉而造成）可以导致在远离这些线圈的基板水平面（substratelevel）处形成的等离子体的电场分布的不均匀性。例如，由于等离子体的不均匀电场分布所造成的蚀刻速率不均匀性，而使得利用这样的等离子体所蚀刻的基板可在该基板上产生不均匀的蚀刻图案，如M型蚀刻图案，例如，中心低及边缘低的蚀刻表面，且峰值在中心和边缘之间。本发明人还观察到对内线圈和外线圈之间的功率比进行调整来控制不均匀性的严重性不足以完全消除该不均匀性。此外，为了满足先进器件节点的临界尺寸要求，例如，约32nm及以下，可能需要进一步减小或消除由于这种现象而造成的其余蚀刻图案不均匀性。
因此，本发明人提出了一种更好地控制等离子体处理不均匀性的等离子体处理设备。
发明内容
在此提供用于等离子体处理的方法和设备。在一些实施方式中，等离子体处理设备包括具有内处理空间的处理腔室；接近该处理腔室设置以将RF能量耦合至该处理空间的第一RF线圈；和接近该处理腔室设置以将RF能量耦合至处理空间的第二RF线圈，该第二RF线圈与该第一RF线圈同轴设置，其中该第一RF线圈和第二RF线圈配置为使得流经该第一RF线圈的RF电流与流经该第二RF线圈的RF电流异相。
在一些实施方式中，等离子体处理设备包括具有内处理空间的处理腔室；以第一方向绕线并接近该处理腔室设置以将RF能量耦合至处理空间的第一RF线圈；和接近该处理腔室设置以将RF能量耦合至处理空间的第二RF线圈，该第二RF线圈与该第一RF线圈同轴设置，并且该第二RF线圈以与该第一方向相反的第二方向绕线，使得RF电流以第一方向流经第一RF线圈并以第二方向流经第二RF线圈。
在一些实施方式中，形成等离子体的方法包括通过第一RF线圈提供RF信号；通过与该第一RF线圈同轴设置的第二RF线圈提供该RF信号，使得流经第二线圈的RF信号与流经第一线圈的RF信号异相；以及通过将由第一和第二RF线圈所提供的RF信号耦合至设置在处理腔室中的工艺气体来形成等离子体。下面将描述本发明的其他和进一步的实施方式。
附图说明
通过参考附图中示出的本发明的说明性实施方式，可以理解上文所简要概括的且在下文更详细讨论的本发明的各实施方式。然而应当注意到，附图仅仅描述了本发明的典型实施方式，因此不能认为附图限制了本发明的范围，本发明还可允许其他等效实施方式。
图1示出根据本发明一些实施方式的电感耦合等离子体反应器的示意性侧视图。
图2示出根据本发明一些实施方式的电感耦合等离子体反应器的一对RF线圈的示意性顶视图。
图3A-B说明性示出使用传统设备和如在此公开的本发明设备的实施方式所产生的蚀刻速率分布曲线图。
图4A-B示出根据本发明一些实施方式的RF馈电结构。
图5A-B示出根据本发明一些实施方式的电感耦合等离子体设备的示意性顶视图。
图6示出根据本发明一些实施方式来形成等离子体的方法的流程图。
为了帮助理解，尽可能地，使用相同的参考标记来表示在附图中普遍使用的相同的元件。附图并未成比例绘制并且为了清楚起见而可能被简化。考虑可不需要进一步叙述而有益地将在一个实施方式中的元件和特征并入其他实施方式中。
具体实施方式
在此提供用于等离子体处理的方法和设备。本发明的方法和等离子体处理设备有益地提供较传统设备更均匀的等离子体，因而在用等离子体进行处理的基板上提供更均匀的处理结果。例如，利用本发明的等离子体设备所形成的等离子体具有改善的电场分布，这提供了更均匀的等离子体并能用于产生更均匀的处理，如在基板的表面上的蚀刻图案。
图1示出根据本发明一些实施方式的电感耦合等离子体反应器（反应器100）的示意性侧视图。反应器100可单独使用，或者作为集成半导体基板处理系统或者组合工具（clustertool）的处理模块来使用，例如可获自加利福尼亚圣克拉拉的AppliedMaterials,Inc.的CENTURA集成半导体晶圆处理系统。可有益地受益于根据本发明实施方式的修改的适当的等离子体反应器的实例包括电感耦合等离子体蚀刻反应器如半导体装置的DPS线（如DPS、DPSII、DPSAE、DPSG3多蚀刻机、DPSG5或类似装置），它们也获自AppliedMaterials,Inc.。上面列出的半导体装置仅仅是说明性的，并且其他蚀刻反应器和非蚀刻装置（例如CVD反应器，或其他半导体处理装置）也可根据本发明的教导而进行适当的修改。
反应器100包括设置在处理腔室104顶上的电感耦合等离子体设备102。该电感耦合等离子体设备包括RF馈电结构106，该RF馈电结构106用来将RF电源108耦合至多种RF线圈，例如第一线圈110和第二RF线圈112。该多种RF线圈接近处理腔室104（例如在处理腔室上方）同轴设置并且配置为将RF功率感应耦合至处理腔室104以由在处理腔室104内提供的工艺气体形成等离子体。
RF电源108通过匹配网络114耦合到RF馈电结构106。可提供功率分配器105来调整分别输送到第一和第二RF线圈110、112的RF功率。该功率分配器105可连接在匹配网络114和RF馈电结构106之间。或者，功率分配器可为匹配网络114的一部分，这种情况下，匹配网络将具有连接到RF馈电结构106的两个输出—每一个输出与RF线圈110、112中每一个线圈对应。下文根据图4示出的实施方式更详细地讨论功率分配器。
RF馈电结构106将来自功率分配器116（或者并入有功率分配器的匹配网络114）的RF电流耦合至各RF线圈。在一些实施方式中，RF馈电结构106可配置为以对称方式向这些RF线圈提供RF电流，使得RF电流围绕这些RF线圈的中心轴，以几何对称的构造如同轴结构来耦合到每个线圈。
反应器100通常包括具有导电体（壁）130和介质盖120（它们一起限定处理空间）的处理腔室104，设置在该处理空间内的基板支撑基座116，电感耦合等离子体设备102和控制器140。壁130通常耦合至电接地134。在一些实施方式中，支撑基座（阴极）116可提供阴极，该阴极通过匹配网络124耦合到偏压功率源122。偏压源122可说明性地为在接近13.56MHz频率下高达1000W的源，该源能够产生连续功率或脉冲功率，当然也可按具体应用的需要来提供其他频率和功率。在其他实施方式中，源122可为DC源或脉冲DC源。
在一些实施方式中，可提供链路（link）（未示出）以将RF电源108和偏压源122相连接来帮助使一个源与另一个源的操作同步。任一RF源可为主导的或主要的RF产生器，而另一个RF产生器跟随，或者是从动装置。链路可进一步帮助操作RF电源108和偏压源122进行完美的同步或者帮助它们实现想要的偏移或相差。可通过在任一RF源或两种RF源中或在这些RF源之间的链路中设置的电路来提供相控制。这种在源和偏压RF产生器之间（例如108、122）的相控制可与对流经耦合RF电源108的多个RF线圈的RF电流的相控制相互独立地提供及控制。关于在源和偏压RF产生器之间的相控制的进一步详细说明可见于2009年5月13日递交的S.Banna等人共同拥有的美国专利申请系列号12/465,319，名称为“METHODANDAPPARATUSFORPULSEDPLASMAPROCESSINGUSINGATIMERESOLVEDTUNINGSCHEMEFORRFPOWERDELIVERY”，在此将该专利申请的全部内容整体引用引入本文。
在一些实施方式中，介质盖120可基本上是平的。腔室104的其他修改可具有其他类型的盖，如，圆顶型盖或其他形状。电感耦合等离子体设备102通常设置在盖120上方并配置为将RF功率感应耦合到处理腔室104。该电感耦合等离子体设备102包括设置在介质盖120上方的第一和第二线圈110、112。每个线圈的相对位置、直径比，和/或每个线圈的匝数都可按照需要通过控制每个线圈的电感来调整以控制，例如，正在形成的等离子体的密度或分布曲线。第一和第二线圈110、112中每一个线圈经由RF馈电结构106通过匹配网络119耦合到RF电源108。RF电源108可说明性地能够在50kHz至13.56MHz范围的可调频率下产生高达4000W的功率，当然可按照具体应用的需要来提供其他频率和功率。
第一和第二RF线圈110、112可配置为使得流经第一RF线圈的RF电流的相可相对于流经第二RF线圈的RF电流的相为异相（outofphase）。如在此使用，术语“异相”可被理解为表示流经第一RF线圈的RF电流与流经第二RF线圈的RF电流以相反的方向流动，或者，流经第一RF线圈的RF电流的相相对于流经第二RF线圈的RF电流的相发生移动。
例如，在传统设备中，两RF线圈都通常以相同方向绕线。这样，RF电流在两线圈中都以相同方向，或顺时针或逆时针流动。相同的绕线方向表示在该两线圈中流动的RF电流总是同相。在本发明中，本发明人已观察到通过外部手段或通过对这些线圈之一以相反方向物理绕线来提供该两线圈之间异相的电流，从而改变原始相。本发明人已发现通过控制线圈之间的相来减小和消除诸如M型蚀刻图案这样的不均匀蚀刻结果的能力，并进而将处理（诸如蚀刻速率）图案从中心高控制到边缘高或控制到平坦且均匀的处理图案。通过提供线圈之间的异相RF电流以及通过控制内和外线圈之间的电流比率，本发明人提供了一种帮助控制处理图案以跨整个基板实现改善均匀性的设备。
通过提供线圈之间的异相RF电流，该设备使由每个线圈所产生的电磁场之间的不利干涉反转为有利的，并因此，反应器内的典型有利电场等离子体特性可以作类似反转。例如，本发明设备可配置为通过提供沿第一和第二线圈流动的异相的RF电流来增加接近第一和第二线圈中每一个线圈的电场，并减小这些线圈之间的电场。在一些实施方式中，诸如在每一个线圈中的RF电流完全异相（例如，相反的电流流动或180度相差）的情况下，由于相反电场之间的不利干涉，使得接近第一和第二线圈中每一个线圈的电场可以最大（或局部的），且线圈之间的电场可以最小（或零）。本发明人已发现了利用这种线圈构造所形成的等离子体能有益地具有改善的，例如更均匀的电场分布，并因此等离子体组分可扩散至电场的零区域以提供更均匀的等离子体。
在一些实施方式中，流经每个线圈的RF电流的方向可以通过线圈绕线的方向来控制。例如，如图2所示，第一RF线圈110可以第一方向202绕线，且第二RF线圈112可以与第一方向202相反的第二方向204绕线。因此，尽管由RF电源108所提供的RF信号的相没变，但第一和第二线圈110、112的相反绕线方向202、204造成RF电流异相，例如，以相反方向流动。
在一些实施方式中，可以在RF馈电结构106和RF电源108之间提供诸如分路电容器（dividingcapacitor）的功率分配器，以控制由RF电源108向各第一和第二线圈所提供的RF功率的相对量。例如，如图1所示，功率分配器105可设置在将RF馈电结构106与RF电源108相耦合的线路中，用以控制提供给每个线圈的RF功率的量（因此帮助控制对应第一和第二线圈的区域中的等离子体特性）。在一些实施方式中，功率分配器105可并入到匹配网路114内。在一些实施方式中，RF电流流过功率分配器105之后，流向RF馈电结构106，在此该RF电流被分配到第一和第二RF线圈110、112。或者，分开的RF电流可直接馈入到各第一和第二RF线圈中每一个线圈。
通过对功率比结合流经第一和第二线圈中每个线圈的RF信号的相进行调整，本发明人已发现可以控制不希望的处理不均匀性（诸如基板表面的M型蚀刻分布曲线）。例如，图3A-B说明性示出使用传统设备和在此公开的本发明设备的实施方式所产生的蚀刻速率分布曲线图。这些图说明性示出来自实际试验的数据和本发明人所进行的观察。图3A示出在传统设备中，对于第一和第二线圈之间的多个功率比，径向沿基板表面（轴312）的蚀刻速率（轴310）的蚀刻速率分布曲线图（曲线302A、304A和306A）。如图3A所示，虽然可通过对传统设备中的功率比进行调整来实现对蚀刻速率分布曲线的一定的控制，但本发明人发现对功率比的任何调整仍旧会导致整体均匀性不够，尤其是，较差的边缘分布曲线保持性（例如，各功率比对蚀刻分布曲线的边缘提供的影响有限）。
相反，图3B示出在根据本发明实施方式的设备中，对于第一和第二线圈之间的多个相同功率比，径向沿基板表面（轴312）的蚀刻速率（轴310）的蚀刻速率分布曲线图（曲线302B、304B和306B），其中流经第一和第二RF线圈180的RF电流成180度异相。具体地说，如图3B所示，通过在本发明设备中进行相同功率比调整，本发明人发现能够实现明显更大程度的均匀性控制。此外，还能够实现显著改善的边缘分布曲线保持性。如可以从图3B中的图形得知，本发明设备能够通过调谐功率比（如304B）来提供基本上均匀的蚀刻速率分布曲线，且还能够提供较传统设备明显更佳的边缘分布曲线保持性。例如，腔室配置为使RF电流异相流经两RF线圈，通过控制腔室中的功率比，分布曲线的均匀性能够得到控制以提供中心高且边缘低的蚀刻速率，基本上平的蚀刻速率，或者中心低且边缘高的蚀刻速率。由于这些结果归因于等离子体均匀性，因此这种控制还可转移到其他工艺或结果（诸如等离子体处理、沉积、退火或类似工艺），对这些工艺或结果的控制由等离子体均匀性提供。
下面描述并在图4A-B中进一步详细示出示例性RF馈电结构106的实施方式，该RF馈电结构106可以结合在此公开的异相RF线圈设备使用。关于示例性RF结构的进一步详细内容可见于Z.Chen等人于2009年10月26日递交的美国专利申请序列号61/254,838，名称为“RFFEEDSTRUCTUREFORPLASMAPROCESSING”，在此将该专利申请的全部内容整体引用引入本文。例如，图4A-B示出根据本发明一些实施方式的RF馈电结构106。如图4A所示，RF馈电结构106可包括第一RF馈电器402以及与该第一RF馈电器402同轴设置的第二RF馈电器404。该第一RF馈电器402与该第二RF馈电器404电性绝缘。在一些实施方式中，以及如图所示，第二RF馈电器404与第一RF馈电器402例如，沿中心轴401同轴设置。该第一和第二RF馈电器402、404可由任何用于将RF功率耦合到RF线圈的适当的导电材料来形成。示例性的导电材料可包括铜、铝、它们的合金，或类似物。该第一和第二RF馈电器402、404可由一种或多种绝缘材料而电性绝缘，所述绝缘材料例如空气、含氟聚合物（例如Teflon）、聚乙烯或其他材料。
第一RF馈电器402和第二RF馈电器404每一个都耦合第一或第二RF线圈110、112中不同的一个线圈。在一些实施方式中，第一RF馈电器402可耦合至第一RF线圈110。第一RF馈电器402可包括导线、缆线、杆（bar）、管或其他用于耦合RF功率的适合的导电元件中的一种或多种。在一些实施方式中，第一RF馈电器402的横截面可以基本上是圆形的。第一RF馈电器402可包括第一端406和第二端407。该第二端407可耦合至匹配网络114（如图中所示），或该第二端407可耦合至功率分配器（如图1所示）。例如，如图4A所示，匹配网络114可包括具有两个输出432、434的功率分配器430，第一RF馈电器402的第二端407耦合该匹配网络114的两个输出之一（例如432）。
第一RF馈电器402的第一端406可耦合至第一线圈110。第一RF馈电器402的第一端406可直接地或通过一些中间支撑结构（如图4A所示的基座408）耦合至第一线圈110。基座408可为圆形的或其他形状并且包括用来使第一线圈110与该基座耦合的对称布置的耦合点。例如，在图4A中，两个终端428示出为设置在基座408的相对的两侧，用来通过例如螺丝429而耦合至第一RF线圈的两部分。当然，可提供任何适合的耦合，例如夹具、焊接或类似的耦合。
在一些实施方式中，并且如下面对于图5A-B所进一步讨论，第一RF线圈110（和/或第二RF线圈112）可包括多个（例如两个或更多）间隔的（interlineated）且对称布置的堆叠线圈。例如，第一RF线圈110可包括多个缠绕到线圈中的导体，每个导体占有相同的圆柱平面。每个间隔的堆叠线圈可还具有从该线圈向内朝该线圈中心轴延伸的腿410。在一些实施方式中，每条腿从线圈径向向内朝该线圈中心轴延伸。每条腿410可围绕基座408和/或第一RF馈电器402相对于腿彼此来对称布置（例如，两条腿呈180度分开，三条腿呈120度分开，四条腿呈90度分开，以及类似布置）。在一些实施方式中，每条腿410可为各RF线圈导体的一部分，该部分向内延伸以与第一RF馈电器402电接触。在一些实施方式中，第一RF线圈110可包括多个导体，每个导体具有从该线圈向内延伸的腿410以在对称布置的耦合点（例如，终端428）中的各个耦合点处耦合到基座408。
第二RF馈电器404可为围绕第一RF馈电器402同轴设置的导电管403。第二RF馈电器404可进一步包括接近第一和第二RF线圈110、112的第一端412以及与该第一端412相对的第二端414。在一些实施方式中，第二RF线圈112可在第一端412处通过凸缘416耦合至第二RF馈电器404，或者，直接耦合至第二RF馈电器404（未示出）。凸缘416可为圆形的或者其他形状并且围绕第二RF馈电器404同轴设置。凸缘416可进一步包括对称布置的耦合点以使第二RF线圈112与该凸缘耦合。例如，在图4A中，两个终端426示出为设置在第二RF馈电器404的相对的两侧，用来通过例如螺丝427而耦合至第二RF线圈112的两部分，当然，可提供其他适合的耦合，例如上面对终端428的讨论。
类似第一线圈110，以及也在下面关于图5A-B所进一步讨论的，第二RF线圈112可包括多个间隔的且对称布置的堆叠线圈。每个堆叠线圈可具有从该线圈伸出的腿418用来在对称布置的耦合点中各个耦合点处耦合至凸缘416。因此，每条腿418可围绕凸缘416和/或第二RF馈电器404对称布置。
第二RF馈电器404的第二端414可耦合至匹配网络114（未示出），或耦合至功率分配器（如图所示）。例如，如图4A所示，匹配网络114包括具有两个输出432、434的功率分配器430。第二RF馈电器404的第二端414可耦合至该匹配网络114的两个输出之一（例如434）。第二馈电器404的第二端414可通过导电元件420（如导电带）耦合至匹配网络114。在一些实施方式中，第二RF馈电器404的第一端412和第二端414可分开一长度422，该长度422足以限制可能由导电元件420所产生的任何磁场不对称的影响。所需的长度可取决于在处理腔室104中想要使用的RF功率，所供给的功率越大，则需要更大的长度。在一些实施方式中，该长度422可在约2英寸至约8英寸（约5cm至约20cm）之间。在一些实施方式中，该长度是使得通过将RF电流流经第一和第二RF馈电器所形成的磁场对于通过将RF电流流经第一和第二RF线圈110、112所形成的电场的对称性基本上没有影响。
在一些实施方式中，并且如图4B所示，可以用盘424来代替导电元件420。盘424可由与第二RF馈电器404相同类的材料来制造以及可与第二RF馈电器404为相同或不同的材料。盘424可接近第二RF馈电器404的第二端414而耦合至该第二RF馈电器404。盘424可为第二RF馈电器404的一集成部件（如所示），或者可耦合至第二RF馈电器404，这可通过在它们之间提供稳固的电连接的任何适当手段来实现，该手段包括但不限于栓接、焊接、对围绕第二RF馈电器404的该盘的唇或延伸部的压合（pressfit），或类似手段。盘424可绕第二RF馈电器404同轴设置。盘424可以任何适当的方式（例如通过导电带或类似物）耦合至匹配网络114或耦合至功率分配器。盘424有益地提供电屏蔽，该电屏蔽减轻或消除由于匹配网络114（或功率分配器）的偏移输出而导致的任何磁场不对称性。因此，当盘424用于耦合RF功率时，第二RF馈电器404的长度422可以比导电元件420直接耦合第二RF馈电器404时要短。在此类实施方式中，该长度422可为约1英寸至约6英寸（约2cm至约15cm）之间。
图5A-B示出根据本发明一些实施方式的电感耦合等离子体设备102的示意顶视图。如上面讨论，第一和第二线圈110、112不需要是单个连续的线圈，而可以各为多个（例如两个或更多个）间隔且对称布置的堆叠线圈元件。此外，第二RF线圈112可相对于第一RF线圈110同轴设置。在一些实施方式中，如图5A-B所示，第二RF线圈112围绕第一RF线圈110同轴设置。
在一些实施方式中，并且如图5A所示，第一线圈110可包括两个间隔且对称布置的堆叠第一线圈元件502A、502B，并且第二线圈112包括四个间隔且对称布置的堆叠第二线圈元件508A、508B、508C和508D。第一线圈元件502A、502B可进一步包括从该第一线圈元件向内延伸并耦合至第一RF馈电器402的腿504A、504B。腿504A、504B基本上与上面讨论的腿410相当。腿504A、504B围绕第一RF馈电器402对称布置（例如两腿彼此相对）。典型地，RF电流可从第一RF馈电器402经腿502A、502B流入第一线圈元件504A、504B，并且最终流向分别与第一线圈元件502A、502B的终端相耦合的接地柱506A、506B。为了保持对称性，例如，在第一和第二线圈110、112中的电场对称性，接地柱506A、506B可以与腿502A、502B基本相似的对称取向围绕第一RF馈线结构402来设置。例如，并且如图5A所示，接地柱506A、506B与腿502A、502B排成一线（in-line）设置。
类似于第一线圈元件，第二线圈元件508A、508B、508C和508D可进一步包括从该第二线圈元件延伸并耦合至第二RF馈电器204的腿510A、510B、510C和510D。腿510A、510B、510C和510D与上面讨论的腿418基本上相当。腿510A、510B、510C和510D围绕第二RF馈电器404对称布置。通常，RF电流可从第二RF馈电器404经腿510A、510B、510C和510D流入第二线圈元件508A、508B、508C和508D，并且最终流向分别与第二线圈元件508A、508B、508C和508D的终端相耦合的接地柱512A、512B、512C和512D。为了保持对称性，例如，在第一和第二线圈110、112中的电场对称性，接地柱512A、512B、512C和512D可以与腿510A、510B、510C和510D基本相似的对称取向围绕第一RF馈线结构402来设置。例如，并且如图5A所示，接地柱512A、512B、512C和512D分别与腿510A、510B、510C和510D排成一线（in-line）设置。
在一些实施方式中，并且如图5A所示，第一线圈110的腿/接地柱可以相对于第二线圈112的腿/接地柱成一角度来取向。然而，这仅仅是示例性的并且可考虑可使用任何对称取向，例如第一线圈110的腿/接地柱与第二线圈112的腿/接地柱排成一线设置。
在一些实施方式中，以及如图5B所示，第一线圈110可包括四个间隔且对称布置的堆叠第一线圈元件502A、502B、502C和502D。如同第一线圈元件502A、502B，另外的第一线圈元件502C和502D可进一步包括从该第一线圈元件延伸并耦合至第一RF馈电器402的腿504C、504D。腿504C、504D基本上与上面讨论的腿410相当。腿504A、504B、504C和504D围绕第一RF馈电器402对称布置。如同第一线圈元件502A、502B，第一线圈元件502C、502D在与腿504C、504D排成一线设置的接地柱506C、506D处终止。为了保持对称性，例如，在第一和第二线圈110、112中的电场对称性，接地柱506A、506B、506C和506D可以与腿504A、504B、504C和504D基本相似的对称取向围绕第一RF馈线结构402来设置。例如，并且如图5B所示，接地柱506A、506B、506C和506D分别与腿504A、504B、504C和504D排成一线设置。图5B中的第二线圈元件508A、508B、508C和508D以及该第二线圈元件的所有部件（例如，腿/接地柱）都与图5A以及上面所述的相同。
在一些实施方式中，并且如图5B所示，第一线圈110的腿/接地柱可以相对于第二线圈112的腿/接地柱成一角度来取向。然而，这仅仅是示例性的并且可虑可使用任何对称取向，例如第一线圈110的腿/接地柱与第二线圈112的腿/接地柱排成一线设置。
尽管上面使用每个线圈中两个或四个堆叠元件的实例进行讨论，但应考虑任何数量的线圈元件均可以用于第一和第二线圈110、112中的任一个或两者，例如3、6或任何适当数量以及保持围绕第一和第二RF馈电器402、404的对称性的布置。例如，可在一线圈中提供三个线圈元件，每个线圈元件相对于相邻线圈元件转动120度。
在图5A-B中所示的第一和第二线圈110、112的实施方式可以用于任何实施方式来改变上述第一和第二线圈之间的相。例如，这些第一线圈元件502中每一个都可以按与这些第二线圈元件508中每一个线圈元件相反的方向来绕线使得流经第一线圈元件的RF电流与流经第二线圈元件的RF电流为异相。或者，当使用移相器时，第一和第二线圈元件502、508可以按相同方向或相反方向来绕线。
回到图1，任选地，一个或多个电极（未示出）可电耦合到第一或第二线圈110、112中的一个线圈，诸如第一线圈110。该一个或多个电极可以是设置在第一线圈110与第二线圈112之间并接近介质盖120的两个电极。每个电极可以电耦合到第一线圈110或第二线圈112中的任一线圈，并且可由RF电源108经由与这些电极耦合的感应线圈（例如，第一线圈110或第二线圈112）向该一个或多个电极提供RF功率。
在一些实施方式中，该一个或多个电极可以可移动地耦合到该一个或多个感应线圈中之一，以帮助该一个或多个电极相对于介质盖120和/或相对彼此来相对定位。例如，一个或多个定位机构可耦合到一个或多个电极以控制所述一个或多个电极的位置。该定位机构可为能帮助按需要来定位一个或多个电极的手动的或自动的任何适当装置，例如，包括导螺杆、线性轴承、步进电机、楔形物的装置或类似装置。将该一个或多个电极耦合到特定的感应线圈的电连接器可为柔性的以帮助此种相对移动。例如，在一些实施方式中，电连接器可包括一个或多个柔性机构，如编织线或其他导体。关于该电极的更详细的描述以及该电极在等离子体处理设备中的应用可见于2008年7月30日递交的名称为“FieldEnhancedInductivelyCoupledPlasma(FE-ICP)Reactor”的美国专利申请序列号12/182,342，在此对该专利申请整体引用引入本文。
加热器元件121可设置在介质盖120的顶部以帮助加热处理腔室104的内部。加热器元件121可设置在介质盖120与第一和第二线圈110、112之间。在一些实施方式中，加热器元件121可包括电阻加热元件并且可耦合至电源123，该电源配置为提供足够的能量以将加热器元件121的温度控制在约50摄氏度至约100摄氏度之间，如AC电源。在一些实施方式中，加热器元件121可为开放式中断加热器（openbreakheater）。在一些实施方式中，加热器元件121可包括诸如环形元件之类的非中断加热器（nobreakheater），从而帮助在处理腔室104内均匀等离子体的形成。
在操作期间，可将基板114（如半导体晶圆或其他适于等离子体处理的基板）置于基座116上并且可从气体面板138经进入口126提供工艺气体以在处理腔室104内形成气体混合物150。可通过将来自等离子体源108的功率施加给第一和第二线圈110、112以及任选地一个或多个电极（未示出）而使该气体混合物150在处理腔室104中被激发成等离子体155。在一些实施方式中，也可将来自偏压源122的功率提供给基座116。可利用节流阀127和真空泵136来控制腔室104内部的压力。可利用贯穿（runthrough）该壁130的含液体管道（未示出）来控制腔室壁130的温度。
可通过稳定支撑基座116的温度来控制晶圆114的温度。在一个实施方式中，可通过气体管道149将来自气体源148的氦气提供给限定在在基座表面中设置的沟槽（未示出）和在晶圆114背侧之间的通路（channel）。使用氦气来促进在基座116和晶圆114之间的热传递。处理期间，可通过基座内的电阻加热器（未示出）将基座116加热至稳态温度并且氦气可促进晶圆114的均匀加热。使用此种热控制，晶圆114可说明性地维持在0和500摄氏度之间的温度。
控制器140包括中央处理单元（CPU）144、存储器142和用于CPU144的支持电路146以帮助控制反应器100的部件，以及如此来控制如在此所讨论的形成等离子体的方法。控制器140可为任何形式的通用目的的计算机处理器之一，该计算机处理器可以用于工业设置来控制多种腔室和子处理器。CPU144的存储器或计算机可读介质142可为一种或多种易获得的本地或远程存储器，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器（ROM）、软盘、硬盘或任何其他形式的数字存储装置。支持电路446耦合到CPU144用来以常规方式支持处理器。这些电路包括高速缓存器、电源、时钟电路、输入/输出电路和子系统和类似物。本发明方法可作为软件例程存储在存储器142中，可以上述方式来执行或调用该软件例程以控制反应器100的操作。软件例程也可由第二CPU（未示出）来存储和/或执行，该第二CPU远离由CPU144控制的硬件。
图6示出根据本发明一些实施方式用于形成等离子体的方法的流程图。下面根据在图1-3示出的本发明的实施方式来描述该方法600，但是，方法600可与在此公开的本发明的任何实施方式一起应用。
方法600开始于602，通过第一RF线圈，如第一RF线圈110来提供RF信号（当然方法600的“第一RF线圈”可为上述RF线圈之一）。对于具体应用，可以在任何适合频率下提供RF信号。示例性频率包括但不限于，在约100KHz至约60MHz之间的频率。可以在任何适合功率下提供RF信号，所述功率例如高达约5000W。
在604，通过与第一RF线圈同轴设置的第二RF线圈，例如，第二RF线圈112来提供RF信号，使得流经第二线圈的RF信号相对于流经第一线圈的RF信号异相。可利用上述实施方式中任一来控制流经第一和第二线圈的RF电流的相。例如，如上所述，为了创建第一和第二线圈之间的异相条件，第一和第二线圈可以以相反方向，例如，如图2所示的第一和第二方向202、204来绕线。可选地或结合地，可以利用移相器如移相器302、或隔直流电容器302、304来移动流经第一和/或第二RF线圈的RF电流的相，使得流经第一RF线圈的RF电流与流经第二RF线圈的RF电流为异相。在一些实施方式中，移相器或隔直流电容器可以移相使得流经第一RF线圈的RF电流与流经第二RF线圈的RF电流为约180度异相。但是，RF电流不需要为约180度异相，并且在一些实施方式中，相可以是约0到约+/-180度异相。
在606，可以通过将由第一和第二RF线圈所提供的RF信号耦合至设置在处理腔室中的诸如气体混合物150的工艺气体来形成等离子体，如等离子体155。工艺气体可包括任何用于形成等离子体的适当工艺气体。在一些实施方式中，可以在对第一和第二RF线圈中每个线圈进行相同功率设置下提供RF信号。在一些实施方式中，可以以固定功率比或在第一与第二RF线圈之间为约1：0至约0：1之间的可调功率比来提供RF信号。可以使用对流经第一和第二RF线圈的RF电流的RF电流比和/或相差的相同或不同设置来维持等离子体所需的时间周期。
因此，在此提供用于等离子体处理的方法和设备。本发明的方法和等离子体处理设备有益地减小了在多线圈等离子体设备中相邻等离子体线圈之间的附加电场特性。因此，使用本发明等离子体设备所形成的等离子体具有改善的电场分布，并能被用来产生更光滑的蚀刻表面。
虽然前述内容针对于本发明的实施方式，但是在不背离本发明的基本范围的情况下，也可以设计出本发明的其他的以及进一步的实施方式。

Claims (18)

1.一种等离子体处理设备，包括：
具有内处理空间的处理腔室；
第一RF线圈，该第一RF线圈接近该处理腔室设置，以将RF能量耦合至该处理空间；
第二RF线圈，该第二RF线圈接近该处理腔室设置，以将RF能量耦合至该处理空间，该第二RF线圈相对于该第一RF线圈同轴且同心设置；以及
移相器，该移相器耦合至该第一RF线圈或第二RF线圈中任一个线圈以移动流经该线圈的RF电流的相，使得流经该第一RF线圈的RF电流与流经该第二RF线圈的RF电流为异相。
2.权利要求1所述的设备，其中该第一RF线圈以第一方向绕线，并且其中该第二RF线圈以与该第一方向相反的第二方向绕线。
3.权利要求1所述的设备，其中该第二RF线圈围绕该第一RF线圈同轴设置。
4.权利要求1所述的设备，其中该移相器移动该RF电流的相，使得流经该第一RF线圈的RF电流与流经该第二RF线圈的RF电流为约180度异相。
5.权利要求2所述的设备，其中流经该第一RF线圈的RF电流与流经该第二RF线圈的RF电流为约180度异相。
6.权利要求2所述的设备，其中该第二RF线圈围绕该第一RF线圈同轴设置。
7.权利要求6所述的设备，其中该第一RF线圈还包括多个对称布置的第一线圈元件，并且其中该第二RF线圈还包括多个对称布置的第二线圈元件。
8.权利要求7所述的设备，其中第一线圈元件的数量是两个并且第二线圈元件的数量是四个。
9.权利要求7所述的设备，其中第一线圈元件的数量是四个并且第二线圈元件的数量是四个。
10.权利要求9所述的设备，还包括：
RF馈电结构，该RF馈电结构耦合至该第一线圈元件和第二线圈元件中每一个线圈元件，以向每一个线圈元件提供RF功率，该RF馈电结构围绕该第一线圈元件和第二线圈元件中每一个线圈元件同轴设置。
11.权利要求10所述的设备，其中该RF馈电结构还包括：
第一RF馈电器，该第一RF馈电器耦合至该第一线圈元件中每一个线圈元件；和
第二RF馈电器，该第二RF馈电器围绕该第一RF馈电器同轴设置并与其电绝缘，该第二RF馈电器耦合至该第二线圈元件中每一个线圈元件。
12.权利要求11所述的设备，其中多个第一线圈元件围绕该第一RF馈电器对称设置，并且多个第二线圈元件围绕该第二RF馈电器对称设置。
13.权利要求11所述的设备，其中该第二RF馈电器还包括：
导电管，该导电管具有接近该第一线圈元件和第二线圈元件的第一端和与该第一端相对的第二端。
14.权利要求13所述的设备，其中该导电管的第一端和第二端分开一长度，使得通过使RF电流流经该第一RF馈电器和第二RF馈电器所形成的磁场对通过使RF电流流经该第一RF线圈和第二RF线圈所形成的电场基本上没有影响。
15.权利要求11所述的设备，还包括：
加热器元件，设置在该第一RF线圈和第二RF线圈与该处理腔室的介质盖之间。
16.一种形成等离子体的方法，包括：
通过第一RF线圈提供RF信号；
通过相对于该第一RF线圈同轴设置的第二RF线圈来提供RF信号；
分别移动流经该第一RF线圈和该第二RF线圈的RF电流的相，使得经过该第二RF线圈的RF信号的电流的相相对于经过该第一RF线圈的RF信号的电流的相异相；以及
通过使由该第一RF线圈和第二RF线圈所提供的RF信号耦合至设置在处理腔室中的工艺气体来形成等离子体。
17.权利要求16所述的方法，其中该第一RF线圈和第二RF线圈以相反方向绕线。
18.权利要求16所述的方法，其中流经该第一RF线圈和第二RF线圈的RF电流为约180度异相。
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