CN103748972A - 投射的等离子体源 - Google Patents
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Abstract
本公开描述了用于经由远程等离子体源产生电离电磁场的系统、方法和装置，使得该场可控地穿过其中该场被衰减的场投射部分延伸到等离子体处理部分，其中该场被衰减，但仍然强到足以维持等离子体。等离子体具有低电压和RF能量，并可用于各种半导体和薄膜处理操作，该操作包括经由基团产生进行的室清洁、蚀刻和沉积。
Description
技术领域
本公开通常涉及等离子体源。特别是，但不是通过限制的方式，本公开涉及用于与处理室远离地产生等离子体的系统、方法和装置。
背景技术
等离子体处理常常涉及与衬底的直接等离子体交互，且等离子体清洁常常涉及在等离子体创建的基团（radical）和处理室的表面之间的交互。在处理环境中，一般使用高电压在处理室中创建等离子体，且因此等离子体是高度通电的。在等离子体轰击表面中的高能离子和室中的材料可引起不需要的蚀刻或不需要的沉积。此外，在一些化学蚀刻应用中，高离子能量不是所希望的。为了清洁目的，基团常常在处理室内的等离子体中形成，但在这里再次，高能离子可不利地蚀刻处理室。
远程等离子体源（其中等离子体在与处理室分离的室中产生）可以克服高离子能量问题。气体可穿过远程等离子体，并形成被注入处理室中用于清洁该室或用于化学蚀刻的基团。然而，基团在去室的途中衰减，且因此不太理想的混合和密度的基团到达室。
发明内容
下面概括在附图中示出的本公开的示例性实施例。在具体实施方式章节中更充分描述了这些和其它实施例。然而应理解，并没有意图将本公开限制到在该发明内容中或在具体实施方式中描述的形式。本领域中的技术人员可认识到，存在落在如在权利要求中陈述的本公开的精神和范围内的很多修改、等同物和可替代的构造。
本公开的一些实施例可被特征化为包括场产生部分的装置，该场产生部分产生等离子体和从场产生部分延伸的电离电磁场。将场投射部分耦合到场产生部分，且当电离电磁场穿过场投射部分时场投射部分使电离电磁场衰减以产生衰减的电离电磁场。接收部分接收衰减的电离电磁场并使用衰减的电离电磁场将等离子体维持接收部分内。
其它实施例可被特征化为包括场产生部分和场投射部分的等离子体源，场产生部分产生延伸到场投射部分中的电离电磁场，而场投射部分使电离电磁场衰减以形成衰减的电离电磁场，衰减的电离电磁场具有足够能量以将等离子体维持在耦合到场投射部分的接收部分内。
如前所述，上述实施例和实施方式仅为了说明目的。根据下面的描述和权利要求本领域中的技术人员容易认识到本公开的很多其它实施例、实施方式和细节。
附图说明
当结合附图理解时通过参考下面的具体实施方式和所附权利要求，本公开的各种目的和优点及更彻底的理解是明显的且被更容易认识到。
图1示出投射等离子体源的实施例。
图2示出投射等离子体源的另一实施例。
图3示出投射等离子体源的又一实施例。
图4示出投射等离子体的再一实施例。
图5示出投射等离子体源的另一实施例。
图6a示出投射等离子体源的场投射部分的实施例。
图6b示出投射等离子体源的场投射部分的另一实施例。
图6c示出场投射部分的又一实施例。
图7a示出耦合到示例性投射等离子体源的接收部分的实施例。
图7b示出耦合到示例性投射等离子体源的接收部分的另一实施例。
图8示出接收部分的又一实施例。
图9示出可联系参考图1-8描述的实施例详细研究的方法的实施例。
具体实施方式
图1示出投射等离子体源100的实施例。投射等离子体源100可包括场产生部分102和场投射部分104，且投射等离子体源100可耦合到接收部分106。
场产生部分102经由穿过场投射部分104延伸或投射到接收部分106的电离电磁场（例如，电的、磁的或两者的组合）激发和维持等离子体110的第一部分。场一旦被激发就可经由电感或静电（电容）装置或经由这两者的组合而耦合到等离子体110的第一部分中。场经由从电源140提供的能量而产生，电源140经由控制电路或逻辑150来控制。电源140可由提供AC、脉冲DC或其它时变电流和电压以及DC电流和电压的一个或多个电力供应实现。电离电磁场可以在场投射部分104中被可控地衰减以形成衰减的电离电磁场。电离电磁场可在接收部分106内被认为是例如衰减的电离电磁场。衰减的电离电磁场可延伸到接收部分106中，并可保留足够的能量以维持等离子体108的第二部分。等离子体108的第二部分也可存在于接收部分106内。等离子体108的这个第二部分可具有低能量，并可在接收部分106的一个或多个处理步骤（举两个例子，例如衬底蚀刻或用于室清洁的基团的产生）中被使用。
电离电磁场可具有足以使至少一些粒子电离并维持等离子体的强度。电离电磁场可具有根据位置而变化的场强。例如，场产生部分102中的电离电磁场可以比场投射部分104中的电离电磁场更强，场投射部分104中的电离电磁场可以比接收部分106中的电离电磁场更强。为了本公开的目的，通过保持期望等离子体密度（也被称为电子或离子密度）或通过保持超过电子-离子重组速率一期望值的电离化速率来维持等离子体。在实施例中，当存在每cm3108到1013个自由电子的等离子体密度时，等离子体被维持。
等离子体密度可在被称为护套108的区域中的远程投射源100和接收部分106内的边缘或表面附近下降或降低。护套108是由于离子的密度大于电子而具有净正电荷的等离子体的区域。由于护套中强电场由电荷不平衡引起，电压的相当大的百分比在整个护套中下降。高场强可负责使电子加速到等离子体中，在等离子体中它们可冲击等离子体中的中性原子和分子，并使它们电离。因此，护套108中的场强可负责使电子加速，电子使接收部分106内的气体电离并维持等离子体108的第二部分。护套108可存在于产生部分102、场投射部分104和接收部分106中。
场产生部分102可在一定范围的AC频率处例如在VHF范围中操作，但也可经由DC或脉冲DC场维持等离子体的第一和第二部分108、110。功率、频率、DC和/或AC偏压、脉冲宽度和脉冲调制连同场产生部分102的其它电特性可经由控制电路或逻辑150来控制，控制电路或逻辑150可在硬件、软件、固件或这些的组合中实施。本领域中的技术人员将认识到，控制电路或逻辑150可与在本公开稍后更深地讨论的任何实施例一起使用。用于探测等离子体密度或场强（例如，在接收部分106内）的传感器可与控制电路或逻辑150通信，使得场产生部分102作为反馈或前馈系统来操作。将参考图2-5讨论场产生部分102的各种非限制性实施例的详细描述和附图。
场投射部分104是一路径（例如，具有由电介质制成的内表面的接地导电管），在该路径中等离子体110的第一部分中的电压可在到接收部分106的途中被衰减。在实施例中，等离子体108的第二部分中的电压可衰减到低于等离子体110的第一部分中的电压的水平，但仍然足够大以维持在接收部分106中的等离子体108的第二部分。场投射部分104可以是具有使得它使穿过它延伸的电磁场衰减的尺寸的管或其它通道。将参考图6a、6b、6c讨论场投射部分104的各种非限制性实施例的详细描述和附图。
接收部分106可从场投射部分104接收电离电磁场。示例性接收部分106是处理室，在处理室中等离子体108的第二部分、自由基团或两者可与半导体或其它衬底交互作用以执行一个或多个处理步骤（例如，等离子体增强蚀刻、等离子体增强化学气相沉积或等离子体溅射，以举几个非限制性例子）。将参考图7-8讨论接收部分106的各种非限制性实施例的详细描述和附图。
图1的细节仅为了例证性目的，且并不意味着将每个部分的实施例限制到所示结构。将在图2-8的下面讨论中详细描述每个部分的特定实施例。每个附图将聚焦于三个部分102、104、106之一的实施例，且应理解，在很多情况下，每个部分102、104、106的实施例是彼此可互换的。
远程投射源100和参考其它附图讨论的其它实施例的一个优点是，当等离子体在室内被需要（例如用于蚀刻或创建用于室清洁的基团）时，高电压等离子体的退化效应可在处理室内被避免，而在低离子能量蚀刻应用中，低电压等离子体实现较低离子能量分布。此外，高频等离子体（例如，5-300MHz）可在仅为低频等离子体构建的处理室中被使用。
低能量离子应用（例如化学蚀刻和离子辅助沉积）可能与常常用于产生等离子体的几百或几千伏不兼容。无论溅射或蚀刻衬底支架偏压被设置得多么低，例如，离子也仍将具有用于产生它们的能量的相当大的部分。因此，离子能量的下限可由等离子体产生能量而不是由衬底上的溅射或蚀刻偏压来设置。通过远程地产生高电压场并将它们投射到处理室内，等离子体可被产生并维持在处理室内，但具有较低数量级的电压（例如，0.5V–10V）。使用这样的投射和衰减的场，可独立于等离子体产生电压而来设置离子能量分布的下限。
甚高频（VHF）等离子体（例如60MHz）具有很多优点，但当等离子体在VHF下形成时，等离子体中的VHF波可能需要更昂贵和复杂的处理室来处理VHF。例如，VHF能量的较短波长可以为大约室窗的尺寸，且因此能够逃离室。VHF室具有较小的窗和允许它们包含VHF辐射并在这样的辐射的压力下持续更长时间的其它变型。通过使用投射场（在它们到达处理室时衰减）产生等离子体，低频室可被使用，即使其中远程等离子体源使用VHF能量产生等离子体。
图2示出投射等离子体源200的另一实施例。投射等离子体源200具有场产生部分202，场产生部分202具有将能量静电地耦合到等离子体201的第一部分的两个电极214、216，用于等离子体210的第一部分的激发和电离电场218的产生。电离电场218穿过场投射部分204延伸到接收部分206。非活性气体222可被注入到等离子体产生室212中，其中电源220可将功率（例如电压）施加到第一电极214和第二电极216以静电地（电容地）使气体222的至少一部分电离并激发等离子体210的第一部分。穿过电源220和电极214、216的电流回路可经由等离子体210的第一部分来完成，等离子体210一旦被激发就是导电的。电极214、216都可环绕或缠绕在等离子体产生室212周围。
电离电场218从电极216延伸或投射到任何较低电位表面。在所示实施例中，场投射部分204可接地或在比电极216低的电位下被加偏压（DC或AC或脉冲DC），且因此场218可从电极216延伸到场投射部分204的各个部分。接收部分206也可接地或在比电极216低的电位下，且因此场218可延伸到接收部分206。因为等离子体通常是电荷中性的，电压电位差且因此电离电场218的开始可与产生部分202和场投射部分204之间的界面重合。
在图2所描绘的示例性实施例中，产生并维持等离子体210的第一部分的电离电场218从场产生部分202延伸或投射到接收部分206，使得等离子体的第二部分（例如，图1的第二部分108）可在远离电极214、216的接收部分206和电离电场218的最强部分中被产生并维持。电离电场218也可将离子从场产生部分202投射到接收部分206。然而，在某些情况下，穿过产生部分202的气体222的力可以比电离电场218对离子和不带电粒子朝着接收部分206的运动有更大的影响。同时，到达接收部分206的电离电场218继续使被推到接收部分206中的气体222的至少一部分电离，并维持电离化粒子的电离。
当电源220被示为AC（例如RF）源时，在一些变型中，电源220可以是DC或脉冲DC电源。电源220可以是例如电压或电流源。在一些实施例中，高或低频RF可施加到或耦合到等离子体210的第一部分，且在特定的实施例中，频率可以在VHF范围中。RF频率可包括范围10kHz到1GHz、2-500MHz或30-150MHz。一些普通等离子体处理频率包括450kHz、2MHz、4MHz、13.56MHz和27.12MHz。在实施例中，单个RF频率可耦合到在产生部分202处的等离子体210的第一部分，且在另一实施例中，两个或多个RF频率可耦合到等离子体210的第一部分。在可替代实施例中，第一和第二电极214、216可经由电感器（未示出）来耦合，该电感器产生将功率电感地耦合到等离子体210的第一部分的磁场。电感器可与所示电源220并联连接。
等离子体产生室212可被依尺寸制造或具有一横截面以与场投射部分204的横截面匹配，虽然如所示的，等离子体产生室212具有比场投射部分204的管更大的横截面。等离子体产生室212还可具有增强进入场投射区段204的气体222的流的形状（例如，与场投射部分204的形状匹配的形状）。在实施例中，等离子体产生室212包括电介质（例如玻璃）。在所示实施例中，等离子体产生室212接地，但它也可以是浮置的或被加偏压（例如DC、AC或脉冲DC偏压）。
第二电极216可产生电离电场218并如所示被布置成与场投射部分204齐平或从场投射部分204偏移。在场产生部分202和场投射部分204之间的界面处的电压可大到足以维持接收部分206内的等离子体。换句话说，可在接收部分206的至少一部分内维持等离子体的足够密度。这可通过足够大的电离电场218或通过在场产生部分202中产生较大的等离子体密度来促进。在实施例中，在场产生部分202和场投射部分204之间的界面处的电压可大到足以维持在场投射部分204和接收部分206之间的界面处或在接收部分206的至少一部分中的至少每cm3109个自由电子并且高到每cm31013个自由电子的等离子体密度。
图3示出投射等离子体源300的又一实施例。投射等离子体源300包括具有中心电极314和外围电极312的场产生部分302，中心电极314和外围电极312一起将能量静电地耦合到等离子体310的第一部分中以激发和维持等离子体310的第一部分。电极312、314还产生延伸或投射到接收部分306中的电离电场318。电源316在等离子体产生室324的中心电极314和外围电极312之间产生电流。外围电极312可以是等离子体产生室324的外表面或包络表面的部分。外围电极312可如所示那样被接地，或可以是浮置的或AC、DC或脉冲DC加偏压的。中心电极314可轴向地布置在等离子体产生室324中。非活性气体322可进入等离子体产生室324内并被由中心电极314和外围电极312之间的电压所产生的电离电场318部分地电离。当等离子体产生室324是管状的时，这个电离电场318可包括径向部件。等离子体产生室324也可以是矩形的或具有正方形横截面，以举两个其它非限制性的例子。
等离子体产生室324可被成形和依尺寸制造为匹配场投射部分304的横截面。在所示实施例中，等离子体产生室324的直径大于场投射部分304的管的直径。在其它实施例中，室324的直径可以小于或等于场投射部分304的管的直径。
电场318的所示电场线仅仅是例证性的，且不应被解释为具有限制形状。例如，在一些变型中，电场线的更准确的再现（rendition）可能显示在等离子体的边缘处的电场线中的回折点，例如其中电场线进入护套区。此外，等离子体310的第一部分的形状仅仅是例证性的且不应被解释为限制性的。虽然电源316被示为AC（例如RF）源，在一些变型中电源316可以是DC或脉冲DC电源。电源316可以是例如电压或电流源。
图4示出投射等离子体源400的又一实施例。投射等离子体源400包括具有单个电极412的场产生部分402，电极412将能量静电地耦合到等离子体410的第一部分中以激发并维持等离子体410的第一部分。电极412还产生延伸或投射到接收部分406中的电离电场418。非活性气体422可以如所示的或经由穿过电极412并垂直于电极412的导管被注入到等离子体产生室416中。在一些变型中，电源414可以是AC、脉冲AC或DC。电源414可以是例如电压或电流源。
在示例性实施例的一些实施方式中，电极412可形成两个电容电极之一，而第二个由接收部分406的衬底支架形成。第二电极还可以分布在衬底支架、衬底和壁或接收部分406和场投射部分404的其它较低电位表面之间。电极412可在场产生部分402和场投射部分404之间的界面处产生电压，其中电压根据离电极412的距离而降低。电极412被示为耦合到等离子体产生室416的外部，但在变型中可形成等离子体产生室416的外表面或可布置在等离子体产生室416内。等离子体产生室416被示为具有比场投射部分404的横截面或直径大的横截面或直径；然而在一些实施例中，等离子体产生室416可被成形和依尺寸制造为匹配场投射部分404的管的横截面。而且，所示等离子体410的形状仅仅是例证性的，且不应被解释为限制性的。
电离电场418被从电极412引导到具有较低电位的任何表面。例如，在所示实施例中，场投射部分404包括在比电极412低的电位下（例如接地）的管，且因此电离电场418被径向地向下引导到场投射部分404的管以及进入管侧壁中。这个例子仅仅是例证性的，且很多其它实施例包括可以用各种可选的方式影响电离电场418的场线的特征和结构。
图5示出投射等离子体源500的另一实施例。投射等离子体源500具有场产生部分502，场产生部分502可电感地（且稍微电容地）耦合到等离子体510的第一部分并产生延伸或投射到接收部分506中的电离电场518。电场产生部分502包括两个电感器514、516以电感地维持等离子体510。如所示的，非活性气体522被注入到等离子体产生室512中，且穿过第一和第二电感器514、516的AC电流将功率电感地耦合到等离子体510的第一部分中以维持等离子体510的第一部分并使气体522的至少一部分电离。电感耦合是AC（例如RF）、脉冲DC或任何其它时变电流穿过每个电感器514、516的结果，并由电源536、538产生。
电源536、538可在电感器514、516上产生径向偏压（例如，在每个电感器514、516的最外面的环上的最高电位和在每个较小直径的环上的逐渐降低的电位），使得电离电场518被产生为延伸或投射到并进入接收部分506中，并具有维持接收部分506内的等离子体的足够的能量。这样的偏压可经由可变电容器532、534建立，虽然不可变电容器也可被使用。可变电容器532、534可控制电感器514、516的外环和内环之间的电位（例如，通过如参考图1描述的控制电路或逻辑150），并因此控制电离电场强度518，电离电场强度518转而控制接收部分506内的等离子体密度。
非活性气体522可被注入到等离子体产生室512中，其中穿过第一和第二电感器514、516的AC电流电感地耦合到等离子体510的第一部分中以维持等离子体510的第一部分并使气体522的至少一部分电离。
可经由每个电感器514、516的外环和场投射部分504和/或接收部分506之间的电位差来产生电离电场518。例如，在场投射部分504是接地导电管的情况下，电感器514、516的外环将在比场投射部分504高的电位下，且因此电离电场518将从电感器514、516被引导到场投射部分504的部分（例如导电管的壁）。在另一例子中，接收部分506也可被接地，使得电离电场518被引导到场投射部分504和接收部分506。电感器514、516的中心（最里面的环）可以在比电感器514、516的外环高或低的电位下。然而，无论电容器514、516的中心环和外环之间的电位差是什么，外环都在比场产生部分504和接收部分506高的电位下。因此，电感器514、516产生延伸或投射到接收部分506中的电离电场518。
仅为了例证性目的，所示实施例的电感器514、516稍微成角度。在实施方式中，两个电感器514、516平行于彼此、平行于等离子体产生室512或平行于等离子体510的第一部分。在实施例中，第一和第二电感器514、516是包括多个线圈或环的螺旋形导体，并且在平面布置中，其中穿过第一电感器514的平面平行于穿过第二电感器516的平面。在这个实施例中，功率主要电感地耦合到等离子体510的第一部分，虽然电容耦合也可出现并可用于激发。虽然电感器被示为单独的并被示为具有单独的电源536、538，它们也可经由单个电源（例如电源536）被电感地耦合和/或加偏压。
在通过引用并入本文的临时专利申请61/466024中更详细描述了利用经由两个电感器514、516的电感耦合的等离子体产生部分502的各种实施例。
如所示的，在电感器514、516和场投射部分504之间可能有偏差、空间或间隙。这样的间隙可减小在场产生部分502和场投射部分504之间的界面处的电离电场518的强度。如果电感器514、516布置成较接近场投射部分504使得间隙被减小或消除，则较强的电力电场514、516可存在于场投射部分504中和接收部分506中。
虽然所示实施例显示每个电感器被电感地加偏压，在变型中，只有电感器514、516中的一个被电感地加偏压。虽然示出电容器532和534，其它类型的电抗性阻抗可代替电容器532、534（例如电感器）。虽然未示出，电介质可布置在每个电感器514、516和等离子体510的第一部分之间。例如等离子体产生室512的内表面可被涂覆电介质。室512甚至可部分地由电介质制成。电离电场518和等离子体510的形状仅仅是例证性的且不应被解释为限制性的。
图6a示出投射等离子体源600的场投射部分604A的实施例。投射等离子体源600A具有包括接地导电管610的场投射部分604A，而电介质层612在等离子体609的第三部分和导电管610之间。在场产生部分602中产生的电离电场延伸或投射到并穿过场投射部分604A并接着进入接收部分606中。在场产生部分602和场投射部分604A之间的界面处的场强可大于在场投射部分604A和接收部分606之间的界面处的场强。场强在穿过场投射部分604A期间衰退或衰减，且这个衰减是可控制的。在一个极端，衰减可以是可忽略的，而在另一极端，衰减可以使场强衰减到刚刚大到足以维持接收部分606中的等离子体的第二部分的水平。控制器或其它机构可用于将衰减可控地设置到在这个范围内的任何水平。
可通过场投射部分604A的长度、场投射部分604A的横截面（例如高度和宽度）和/或电介质612来控制衰减。例如，改变场投射部分604A以包括较大的长度、较小的横截面、较高的介电常数和较大的电介质厚度中的一个或多个将引起较大的衰减。此外，如果接地导电管610的小于整个内表面由电介质612覆盖，则衰减将更小。减小的横截面不仅使场强衰减，而且气体压力增加，这引起较高比率的粒子碰撞，例子碰撞可消灭等离子体并降低等离子体密度（例如在高电子能量下，电子碰撞往往电离化，而在较低电子能量下，碰撞往往导致电子吸收）。因此，在场投射部分604A和接收部分606的界面处的期望等离子体密度可被选择并基于上述参数而改变。上述参数也可控制护套614的厚度，其中护套614是由于离子的密度大于电子而具有净正电荷的等离子体的区域。护套614的厚度可被修改，以便控制接收部分606内的等离子体密度。
接地导电管610也可具有除了管以外的形状，例如正方形、矩形或卵形横截面，仅举几个非限制性例子。导电管610被示为接地，但也可以是浮置的，或具有DC偏压。
图6b示出投射等离子体源600B的场投射部分604B的另一实施例。投射等离子体源600B可具有包括偏压导电管616的场投射部分604B，介电层612在等离子体609的第三部分和偏压导电管616之间。偏压导电管616可具有AC偏压（如所示的），AC偏压从场产生部分602中施加的AC相位偏移，其中该相位偏移可被选择成使得额外的电场分量增强到达接收部分606的电场强度。额外的场强可使能在接收部分606中的较大等离子体密度。可经由控制电路或逻辑（例如参考图1讨论的控制电路或逻辑）来控制AC偏压。控制电路或逻辑可以与投射等离子体源600B和/或接收部分606内的一个或多个传感器通信，以便提供AC偏压的反馈或前馈控制。在变型中，没有偏压施加到导电管616，且相反，导电管616是浮置的。
偏压导电管616可以与接收部分606中的开口齐平。然而在一实施例中，偏压导电管616的一部分可延伸到接收部分606中。这样的延伸可帮助防止等离子体609的第三部分与接收部分606的内壁交互作用。此外，磁场可增强等离子体609的第三部分在场投射部分604B内的限制（例如同轴磁场）。同轴磁场也可用于增强接收部分606中的场延伸和投射。
偏压导电管616可经由一个或多个电容器614或具有带有电抗分量的阻抗的任何其它设备与场产生部分602的结构电隔离。电容器614可以是可变的以便添加对电离电场的另一参数的控制，并可由控制电路或逻辑（例如如参考图1讨论的控制电路或逻辑150）控制。电容器614的位置仅仅是例证性的，且并不意味着限于电容器可耦合到场产生部分602的情况。
在一种变型中，偏压导电管616可以是DC偏压的（可能与AC偏压组合），以便可控地使电离电场衰减。通过改变DC偏压，可控制衰减的水平和因而控制接收部分606中的场强。
图6c示出场投射部分604C的又一实施例。投射等离子体源600C具有包括浮置导电管618的场投射部分604C，介电层612在等离子体609的第三部分和浮置导电管618之间。
在图6a、6b和6c中的等离子体609的形状仅仅是例证性的，且不应被解释为限制性的。
图7a示出耦合到示例性投射等离子体源700的接收部分706A的实施例。投射等离子体源700耦合到接收部分706A，而等离子体708的第二部分被维持在接收部分706A中。电离电场进入接收部分706A，具有足够的强度和电压以使一些粒子电离并维持等离子体708的第二部分。因为等离子体708的第二部分可进入接收部分706A，用于维持等离子体708的第二部分的能量可低于在没有等离子体708帮助电离过程时它将有的能量。等离子体708的第二部分可用于各种半导体和薄膜处理和室清洁操作中的任一个。例如，蚀刻被固定到衬底支架712并经由电源718加偏压的衬底714或在沉积过程之后产生用于清洁接收部分706A内部的表面的基团，或帮助在衬底714上的薄膜沉积，仅举三个非限制性的例子。
电源718，不管是AC、DC、脉冲DC还是任何其它时变电力，可经由控制电路或逻辑（例如参考图1讨论的控制电路或逻辑150）来控制。接收部分706A中的传感器可与控制电路或逻辑通信，使得电源718可以被反馈或前馈控制。
衬底可包括半导体晶片、玻璃片和聚合物片，仅举几个非限制性的例子。衬底74可如所示地经由AC、脉冲DC或其它时变偏压718通过导电衬底支架712被加偏压，或可以被加DC偏压或接地。在实施例中，可利用AC和DC偏压两者来对衬底714加偏压。
在实施例中，接收部分706A包括等离子体处理室。等离子体处理室可被构造成处理并包含低频等离子体。在实施例中，接收部分706A包括耦合到等离子体处理室722的可选的气体-等离子体交互作用室720。非活性气体710和等离子体708的第二部分可交互作用以在气体-等离子体交互作用室720内形成基团（见图7b）。在图7b中，接收部分706B包括等离子体处理室722和气体-等离子体交互作用室720。
再次参考图7a，在一些等离子体处理应用（例如金属蚀刻）中，使用具有相对于主要离子偏压（例如电源718）可忽略的电压的等离子体可能是合乎需要的。一般，原位产生的等离子体具有添加到主要离子偏压的固有电压，且甚至在主要离子偏压被设置为零的场合，等离子体偏压和主要离子偏压的和也可以大于所希望的。因此，原位产生的等离子体可对离子能量设置下限。
通过向接收部分706A提供衰减的电离电场，等离子体偏压可被明显减小或消除到例如等离子体偏压可相对于主要离子偏压被忽略时的点。接收部分706A可包括利用被电源718控制的偏压而不是等离子体708的第二部分中的能量，通过衬底支架712经由电源718而被加偏压的衬底714。换句话说，等离子体708的第二部分对接收部分706A中的离子或对衬底偏压714的能量偏压影响相对于电源718的偏压可能是可忽略的。在实施例中，施加到衬底714的有效最小电压偏压（或最小离子能量分布）小于与原位等离子体产生相关的偏压。等离子体708的第二部分可与大约1V或更小的在接收部分706A中的离子能量相关联。例如，等离子体708的第二部分的离子能量可以是原位产生的等离子体的电压的0.001到0.1。
具有低离子能量的等离子体708的第二部分具有各种半导体和薄膜处理应用。例如，等离子体708的第二部分可用在蚀刻（例如等离子体辅助化学蚀刻）中，其中实验结果证明，使用在本文公开的系统、方法和装置，至少每分钟34微米的硅蚀刻速率是可能的。这个高蚀刻速率对穿过晶片通孔、硅薄化和其它硅蚀刻有特定的应用。如果被按比例调节（scaled），这个高蚀刻速率可应用于单个处理室内的多个晶片的大面积均匀蚀刻，例如经由投射等离子体源的阵列。等离子体708的第二部分也可用在溅射、离子注入、沉积（例如等离子体辅助的化学气相沉积、ALD和MOCVD，仅举几个例子）、光刻胶条、聚合物蚀刻、低K灰化和原位清洁中。
等离子体可经由各种装置（包括物理偏转器（例如挡板、有角偏转器、喷头）或电磁等离子体引导装置（例如当电场进入接收部分706A时改变等离子体方向的电场）引导和分布在整个接收部分706A中。
在实施例中，非活性气体710可被引导以在等离子体708进入接收部分706A之后接触等离子体708的第二部分。当非活性气体710接触等离子体708的第二部分时，等离子体708的第二部分激发非活性气体710中的粒子并使气体710的至少一部分通电以形成可用于各种半导体和薄膜处理应用的基团。有利地，这个实施例允许基团被形成而没有远距离源或传统原位源的缺点。具体地，因为基团在等离子体接收部分706A内部形成，它们不必从远距离源行进并潜在地与系统部件和去处理室途中的气体分子交互作用。此外，因为用于形成电离电场的高能量远离接收部分706A且电离电场只有足够的能量来维持等离子体708的第二部分，接收部分706A将不被等离子体中的高能功率损坏，不被高能离子蚀刻，也不例如经由处理室的玻璃观看窗口来释放高频功率。因此，几个实施例组合远程源和原位源的优点，同时避免其缺点。
在另一实施例中，两个或多个不同的基团流可在投射等离子体源700中的不同位置处形成。例如，第一非活性气体（例如，NF3或N2，举两个例子）可穿过场产生部分702中的等离子体并可至少部分地被电离以形成第一基团。第一基团和电离电场可穿过场投射部分704并进入接收部分706A中。第二非活性气体（例如硅烷）710可与在接收部分706A的入口处或附近的等离子体708的第二部分交互作用，并被等离子体708的第二部分至少部分地电离以形成第二基团。第一和第二基团都可接着用在接收部分706A中，用于各种半导体和薄膜工艺（例如室清洁）。在实施例中，非活性气体710（例如硅烷）可经由环形分散机构（未示出）分散到接收部分706A中，使得非活性气体710分布在环形图案中。
图8示出接收部分806的又一实施例。接收部分806耦合到投射等离子体源800并包括气体置换器820和喷头810用于将气流分散和引导到耦合到被偏压的衬底支架812的衬底814。对于等离子体辅助沉积，气体可被注入到喷头810中并穿过多个孔816，以便引导并分散接收部分806中的气体。可选地，置换器820可进一步分散喷头810内的气体。气体可接着用于将薄膜沉积在衬底814上，衬底814通过衬底支架812被电源818加偏压。
薄膜往往沉积在整个处理室而不是仅仅衬底814上。这些表面可通过将它们暴露于当非活性气体穿过等离子体时形成的基团而被清洁（在移除衬底814之后）。完成此的一种方式是经由远程源中的基团形成。然而，一些基团（特别是带电粒子和高能原子种类）在它们到达接收部分806之前成中性，且因此一般不是清洁过程的部分（例如，离子变成非电离的，且通电的粒子失去其一些能量）。然而，这些带电粒子或高能原子种类是合乎需要的，因为它们可增强清洁。
投射等离子体通过产生在接收部分806本身内的一些基团来增加可在清洁接收部分806时使用的高能粒子的数量。虽然很多基团仍然通过使非活性气体穿过产生部分802中的等离子体的第一部分来形成，但等离子体808的第二部分被维持在接收部分806内，使得基团甚至在接收部分806内继续形成。因为这些基团更加接近待清洁的表面，与当远程非投射源被使用时相比，更多的高能粒子可用来参与清洁。因此，投射等离子体源800比已知的远程源产生用于清洁接收部分806的远更加有效的基团混合。
虽然电源818被示为AC（例如RF）源，在一些变型中，电源818可以是DC或脉冲DC电源。电源818可以是例如电压或电流源。在一些变型中，衬底支架812和衬底808不是加偏压的（例如衬底支架812可以是接地或浮置的）。
传统喷头810可能不能经得起等离子体的热和电抗性，且因此可能必须被重新设计以便经得住与等离子体808的第二部分的交互作用。然而，在一些实施例中，可结合一般和未改变的接收部分806来使用如在本文公开的投射等离子体源。避免图8的喷头810可能是优选的，其中等离子体808的第二部分的较大密度对于与衬底814的直接交互作用（例如蚀刻）来说是期望的。对于这样的应用，喷头810可减小等离子体密度，因为等离子体808的第二部分可在穿过孔816时被消灭（例如，通过与孔816的“冷却”表面接触和当等离子体808的第二部分穿过孔816时的较高压力）。
图9示出可联系参考图1-8描述的实施例仔细研究的方法900的实施例。方法900经由场产生部分中的电离电场产生等离子体的第一部分，通过场投射部分将电离电磁场投射到等离子体接收部分，并使用衰减的电离电场来维持在接收部分内部的等离子体的第二部分。可使用如早些时候参考图1-8讨论的投射等离子体源的任何实施例来执行方法900。方法900包括在产生操作902中在投射等离子体源的场产生部分中产生电离电磁场，在第一维持操作904中维持场产生部分中的等离子体的第一部分，在衰减操作906中使场投射部分中的电离电磁场衰减以在接收部分的至少一部分中形成衰减的电离电磁场，以及在第二维持操作908中使用衰减的电离电磁场维持在接收部分的至少一部分内的等离子体的第二部分。
产生操作902产生穿过场产生部分延伸到接收部分的电离电磁场（例如电场或磁场）。场投射部分可耦合在场产生部分和场接收部分之间。电离电磁场可以是电的、磁的或这两者的组合，并可电容地（例如图2-4）或电感地（例如图5）耦合到等离子体中。一旦耦合到等离子体中，场就可以由于等离子体的导电性而以很少的损耗或衰减穿过等离子体。因为方法900维持穿过场投射部分延伸并进入接收部分的等离子体，电磁电磁场可横穿这个等离子体并以很少的衰减进入接收部分。
第一维持操作904维持在场产生部分内和附近的等离子体的第一部分。等离子体的第二部分存在于接收部分内，并具有比等离子体的第一部分少的能量，但具有足够的能量来维持等离子体的第二部分。
然而，场投射部分可配置成经由衰减操作906当电离电磁场横穿去接收部分的途中的等离子体时使电离电磁场可控地衰减。场投射部分可具有配置成使电离电磁场衰减的长度和/或横截面尺寸（例如长度和宽度或直径），使得在电离电磁场到达接收部分时电离电磁场是衰减的电离电磁场。场投射部分也可包括在场投射部分的内表面上的介电涂层或层，该介电涂层或层也或可替代地使电磁电磁场衰减。也可在操作期间例如使用场投射部分上的可变DC或AC偏压来修改电离电磁场强度。衰减操作906实现衰减的电离电磁场——具有比场产生部分中的电离电磁场更少的能量但具有足够的能量来维持在接收部分中的等离子体的第二部分的电离电磁场。换句话说，衰减操作906可使场衰减，使得等离子体的第二部分中的能量仅仅是维持接收部分内的电离化所必须的（例如其中电离化速率超过带电粒子重组或中和的速率）。
如上所述，等离子体的第二部分可在第二维持操作908中经由衰减的电离电磁场被维持在接收部分的至少一部分内。等离子体可被维持在包括整个接收部分的接收部分的任何部分内。例如，在喷头被使用的场合或在场强在接收部分内快速衰减的场合，等离子体可只被维持在接收部分的一部分中。相反，在没有喷头被使用的场合和/或在场强在整个接收部分中保持相对不变的场合，等离子体可被维持在接收部分的较大部分中，如果不是整个接收部分的话。
此外，非活性气体可进入等离子体中（例如在等离子体的第一或第二部分处）。在一实施例中，第一非活性气体可进入等离子体的第一部分中，而第二非活性气体可进入等离子体的第二部分中。
总之，本公开除了别的以外还提供了在远程产生并维持等离子体的第一部分并将用于产生等离子体的场延伸到接收部分的方法、系统和装置，其中一旦场被衰减，可使用该场来维持等离子体的第二部分。本领域中的技术人员可容易认识到，可在本公开、其使用和其配置中进行很多变化和替换以实质上实现与通过本文描述的实施例实现的相同的结果。因此，没有将本公开限制到所公开的示例性形式的意图。很多变型、修改和可替代构造落在本公开的范围和精神内。
Claims (20)
1.一种方法，包括：
在投射等离子体源的场产生部分中产生电离电磁场，其中所述电离电磁场穿过所述投射等离子体源的场投射部分延伸到被耦合到所述投射等离子体源的接收部分，其中所述场投射部分被耦合在所述场产生部分和所述接收部分之间；
将等离子体的第一部分维持在所述场产生部分中；
使所述场投射部分中的所述电离电磁场衰减以在所述接收部分的至少一部分中形成衰减的电离电磁场；以及
使用所述衰减的电离电磁场将所述等离子体的第二部分维持在所述接收部分的至少一部分内。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述场投射部分通过其长度和横截面尺寸以及在所述场投射部分的内表面上的电介质的组合来使所述电离电磁场衰减。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述电离电磁场是电场。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述电离电磁场电容地耦合到所述等离子体中。
5.如权利要求3所述的方法，其中，所述电离电磁场电感地耦合到所述等离子体中。
6.如权利要求1所述的方法，还包括使非活性气体进入所述等离子体中。
7.如权利要求6所述的方法，还包括使所述非活性气体进入所述接收部分内部的所述等离子体中。
8.如权利要求1所述的方法，还包括在所述场产生部分和所述接收部分之间建立电压电位。
9.如权利要求1所述的方法，还包括通过所述衰减的电离电磁场来将所述等离子体的所述第二部分维持在所述投射等离子体源和所述接收部分之间的界面处。
10.一种装置，包括：
场产生部分，其产生等离子体和电离电磁场，其中，所述电离电磁场延伸出所述场产生部分之外；
场投射部分，其耦合到所述场产生部分，其中，所述场投射部分当所述电离电磁场穿过所述场产生部分时使所述电离电磁场衰减以产生衰减的电离电磁场；以及
接收部分，其接收所述衰减的电离电磁场并利用所述衰减的电离电磁场来将等离子体维持在所述接收部分内。
11.如权利要求10所述的装置，其中，所述场投射部分包括当所述电离电磁场穿过所述场投射部分时使所述电离电磁场衰减的电介质。
12.如权利要求11所述的装置，其中，所述场投射部分具有进一步使所述电离电磁场衰减的横截面和长度。
13.如权利要求12所述的装置，其中，所述衰减的电离电磁场比所述电离电磁场小至少10倍。
14.如权利要求10所述的装置，其中，所述电离电磁场是电场。
15.如权利要求10所述的装置，其中，非活性气体被注入到所述等离子体中并被所述电离电磁场至少部分地转换成第一基团。
16.如权利要求15所述的装置，其中，所述非活性气体被注入到所述等离子体中并被所述衰减的电离电磁场至少部分地转换成第二基团。
17.如权利要求10所述的装置，其中，所述场产生部分将能量电感地耦合到所述等离子体中。
18.如权利要求10所述的装置，其中，所述场产生部分将能量电容地耦合到所述等离子体中。
19.一种等离子体源，包括：
场产生部分，其产生延伸出所述场产生部分之外的电离电磁场；以及
场投射部分，其使所述电离电磁场衰减以形成衰减的电离电磁场，所述衰减的电离电磁场具有足够的能量来将等离子体维持被耦合到所述场投射部分的接收部分内。
20.如权利要求19所述的等离子体源，其中，所述场投射部分可控地使所述电离电磁场衰减。
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