CN105340059B - 用于等离子体反应器的增强等离子体源 - Google Patents
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Abstract
提供一种具有改良的线圈天线组件的装置的实施例，该改良的线圈天线组件可提供处理腔室中的增强的等离子体。该改良的线圈天线组件增强对等离子体处理腔室内的等离子体位置的位置控制，并且可被用于蚀刻、沉积、植入、与热处理系统，以及期望控制等离子体位置的其它应用。在一个实施例中，配置成用于半导体处理装置的电极组件包括：RF导电连接器；以及导电构件，该导电构件具有电连接至该RF导电连接器的第一端，其中该导电构件从该RF导电连接器向外并垂直地延伸。
Description
背景
技术领域
实施例一般涉及半导体基板处理系统的装置。更具体地，实施例涉及用于等离子体处理系统的增强等离子体生成组件。
背景技术
在集成电路的制造中，需要精确控制各种工艺参数以用于实现基板内的一致的结果，以及从基板至基板是可再现的结果。由于用于形成半导体器件的结构的几何限制推挤技术限制，因而更严格的公差和精确的工艺控制对制造成功来说很关键。然而，随着几何尺寸收缩，精确的临界尺寸与蚀刻工艺控制已变得日益困难。
许多半导体器件是在等离子体存在的情况下进行处理的。可在利用电容耦合功率来激励形成等离子体的气体的处理腔室中容易地点燃等离子体。然而，其他类型的处理腔室中的等离子体点燃可能并非那么容易启动，而经常需要尖峰功率来点燃腔室内的气体。不幸的是，这样的功率尖峰经常造成腔室部件的电弧放电与溅射，这减少腔室部件的使用寿命且不受期望地在处理腔室内生成颗粒，这不受期望地贡献于缺陷率。
因此，需要用于改善处理腔室内的等离子体点火的装置与方法。
发明内容
实施例一般提供一种改良的线圈天线组件，该改良的线圈天线组件可提供处理腔室内的增强的等离子体点火。该改良的线圈天线组件增强等离子体点火而基本上没有功率增加或腔室部件的溅射，并且该改良的线圈天线组件可被用于蚀刻、沉积、植入(implant)、与热处理系统，以及期望具有减少的腔室部件溅射的等离子体生成的其它应用。
在一个实施例中，提供一种线圈天线组件，该线圈天线组件增强处理腔室内的等离子体点火，该处理腔室具有一盖，该线圈天线组件被设置在该盖上。该线圈天线组件包括线圈，该线圈具有电极组件，该电极组件电连接至该线圈的第一端附近。该电极组件从该线圈的第一端朝向该线圈的第二端延伸。在操作中，该电极组件取得该线圈的第一端的电压，并将较高的电压提供在该处理腔室的盖附近。
在一个实施例中，配置成用于半导体处理装置中的电极组件包括RF导电连接器与导电构件，该导电构件具有第一端，该第一端电连接至该RF导电连接器，其中该导电构件从该RF导电连接器向外并垂直地延伸。
在另一实施例中，等离子体处理腔室包括：腔室主体；盖，封围该腔室主体的内部空间；基板支撑件，设置在该内部空间中；线圈天线组件，定位成毗邻该盖，以用于将RF功率耦接至该腔室主体；以及电极组件，电连接至该线圈天线组件。
在又一实施例中，等离子体处理腔室包括：腔室主体；盖，封围该腔室主体的内部空间；基板支撑件，设置在该内部空间中；线圈天线组件，具有数个绕组，该数个绕组被定位成毗邻该盖，以用于将RF功率耦接至该腔室主体；以及电极组件，电连接至设置在该线圈天线组件中的每一个绕组。
附图说明
为了可详细理解所提供的实施例的上述特征的方式，可通过参照实施例对简要概述于上的实施例进行更加具体的描述，在附图中示出这些实施例中的一些。然而，要注意这些附图仅示出本文中所述的典型实施例，并因此不被视为限制本发明的范围，因为本发明可容许其他等效实施例。
图1是根据一个实施例的包括改良的线圈天线组件的示例性半导体基板处理装置的示意图；
图2是图1的改良的线圈天线组件的一个实施例的俯视图；
图3是图2的改良的线圈天线组件的内线圈的俯视图；以及
图4是延伸至图1的半导体基板处理装置的盖的线圈天线组件的一部分的部分剖面。
为便于理解，已经在可能的地方使用相同的附图标记来指定各图所共有的相同元件。还构想，一个实施例的元件与特征可有利地并入其他实施例，而无需进一步详述。
具体实施方式
实施例一般提供一种改良的线圈天线组件，该改良的线圈天线组件可提供处理腔室内的增强的等离子体分布。该改良的线圈天线组件增强对等离子体处理腔室内的等离子体位置的位置控制，并且可被用于蚀刻、沉积、植入、与热处理系统，以及期望控制等离子体位置的其它应用。
图1是示例性半导体基板处理装置100的示意图，该装置100包括改良的线圈天线组件104。在一个实施例中，图1的半导体基板处理装置100可被配置成使用RF电感耦合等离子体来执行反应离子蚀刻工艺，该RF电感耦合等离子体由设置在半导体基板处理装置100中的线圈天线组件104所生成。还构想的是，改良的线圈天线组件104可有益地用于其他类型的等离子体处理腔室，包括化学气相沉积腔室、物理气相沉积腔室、植入(implantation)腔室、氮化腔室、等离子体退火腔室、等离子体处理腔室、与灰化腔室以及其它。因此，图1的示例性半导体基板处理装置100的实施例被提供用于说明目的，而不应被用于限制实施例的范围。
半导体基板处理装置100包括腔室主体10，该腔室主体10包括限定处理腔室16的盖12与圆柱形侧壁14。盖12对于RF功率而言是穿透式的且允许由电感耦合等离子体源功率施加器71所提供的RF功率的耦合，以对处理腔室16内的气体进行处理，该施加器71被定位在盖12上方。盖12可由任何合适的材料制成，且在图1中所描绘的实施例中，盖12由介电材料(诸如石英)制成。
盖加热器62被设置在盖12上且位于处理腔室16外。尽管在图1中仅示出盖加热器62的一部分，但该盖加热器62实质上横跨整个盖12而延伸并基本上覆盖整个盖12。盖加热器62控制盖12的温度，以便控制副产物至盖12的沉积与粘附，这增强了颗粒控制。盖加热器62可以是电阻式或其他类型的加热器，并且在图1中所描绘的实施例中，盖加热器62包括耦接至加热器电源66的电阻式加热元件64。
在处理腔室16里面的是包括偏压电极20的基板支撑底座18。等离子体偏压功率生成器22通过RF偏压阻抗匹配24被耦接至偏压电极20。工艺气体供应51通过工艺气体分配装置52将工艺气体提供至处理腔室16中，该工艺气体分配装置52可例如被设置在侧壁14中(如所示)或被设置在盖12中。真空泵53通过泵送口54排空处理腔室16。
由金属所形成的线圈天线封围30被设置在盖12上方，并且包括金属接地基座(grounded base)圆柱形侧壁35与导电顶部圆柱形侧壁45，该金属接地基座圆柱形侧壁35具有支撑轴肩挡圈(shoulder ring)40的顶部边缘35a，该导电顶部圆柱形侧壁45从轴肩挡圈40延伸并支撑上覆的导电盖50。导电盖50与顶部圆柱形侧壁45可一体形成在一起，并且可被耦接至地。浮置支撑板55位于轴肩挡圈40上或位于轴肩挡圈40稍微上方处，且以下文要描述的方式受到支撑。
电感耦合等离子体源功率施加器71被设置于半导体基板处理装置100中，并被配置成生成电感耦合等离子体。电感耦合等离子体源功率施加器71包括改良的线圈天线组件104。线圈天线组件104通过两组托架60、65被支撑在支撑板55下方，该两组托架60、65从支撑板55向下延伸。线圈天线组件104包括至少一个线圈天线，且在图1中所描绘的实施例中，线圈天线组件104包括一个或多个内线圈天线70与一个或多个外线圈天线75。外线圈天线75可与内线圈天线70同心。托架60支撑内线圈天线70，而托架65将外线圈天线75支撑在腔室盖12的上方。线圈天线70、75可具有螺旋配置。每一个线圈天线75、70的第一端190、192通过RF阻抗匹配箱76被耦接至一个或多个RF功率生成器77、78，而每一个线圈天线75、70的第二端194、196被耦接至地。这在线圈天线75、70上创建了电压降，以使得第一端190、192相对于线圈天线75、70的第二端194、196具有更大的电势。
线圈天线组件104进一步包括电极组件202，该电极组件202放置电势且延伸至盖12，所述电势是被施加至线圈天线组件104的高电压区域(即，图1中所示的外线圈天线75的第一端190)(例如，更靠近支撑板55)，该盖12接近于线圈天线组件104的低电压区域(即，外线圈天线75的第二端194)。通过将处于与线圈天线组件104的第一端190相同的电势下的电极组件202放置成延伸接近于腔室盖12或触摸腔室盖12，高电压(相对于线圈天线组件104的第二端194)被定位成更靠近腔室主体10的内部空间内的工艺气体，以便允许在较低的线圈天线组件电压下的更有效的等离子体点火。使用较低的等离子体点火电压的能力减少了腔室部件的溅射，这进而贡献于增加的设备产率。
在一个实施例中，电极组件202包括RF导电连接器204与拉长的导电构件206，该拉长的导电构件206附连至该RF导电连接器204。导电构件206可具有第一端203与第二端208，该第一端203电连接至RF导电连接器204，该第二端208延伸成接近于，或接触腔室盖12。下文将参照图2-4讨论关于电极组件202的更多细节。
RF阻抗匹配箱76安置于支撑板55上。第一RF功率生成器77通过阻抗匹配箱76中的阻抗匹配元件(未示出)耦接至内线圈天线70。第二RF功率生成器78通过阻抗匹配箱76中的其他阻抗匹配元件(未示出)耦接至外线圈天线75。
在等离子体处理期间，利用由功率生成器77,78所提供的RF功率来激励线圈天线组件104，以将由工艺气体形成的等离子体维持在腔室主体10的内部空间内。
柔性RF垫片57提供轴肩挡圈40与浮置支撑板55之间的RF屏蔽以及电连续性。RF垫片57可以是环形铜网格，且可被中断以容纳下文描述的支撑伺服机构(supportservo)。支撑板55由三个支撑伺服机构80、85、90所支撑，这些支撑伺服机构80、85、90以相等的(120度)间隔被置于轴肩挡圈40上。在一个实施例中，这些支撑伺服机构80、85、90是相同的。
控制信号电缆170供应来自图1的半导体基板处理装置100的中央控制器175的电控制信号与功率。中央控制器175控制三个支撑伺服机构80、85、90中的每一者。以相等间隔围绕轴肩挡圈40布置三个支撑伺服机构80、85、90使得控制器175能够使浮置支撑板55绕任何倾斜轴旋转，该倾斜轴沿着相对于处理腔室16的对称轴的任何方位角0而取向。
图2是可被设置在半导体基板处理装置100中的线圈天线组件104的一个实施例的示意性仰视图。如上所讨论，线圈天线组件104包括内线圈天线70与外线圈天线75。两组托架60、65分别支撑内线圈天线70与外线圈天线75。外线圈天线75可包括一个或多个线圈绕组240。内线圈天线70也可包括一个或多个线圈绕组242。在图2中所描绘的实施例中通过示例的方式，外线圈天线75包括四个线圈绕组240而内线圈天线70包括四个线圈绕组242。绕组240中的每一者并联地耦接在外线圈天线75的第一端190与第二端194处。同样地，绕组242中的每一者并联地耦接在内线圈天线70的第一端192与第二端196处。
进一步参考图3，图3描绘了内线圈天线70的示意图，相对于图2所描绘的配置倒置地示出内线圈天线70，以便于解释。RF馈送(feed)接收器302被设置在内线圈天线70中并且被适配成连接至RF阻抗匹配箱76(图1中所示)。四个腿线圈(leg coil)304被连接至RF馈送接收器302。腿线圈304可延伸并连接至形成在内线圈天线70中的多个绕组242。要注意的是，线圈绕组242可根据不同的等离子体生成要求所需而处于任何数量。如以上所讨论的，绕组242的最上面的绕组308(例如，第一端)位于最靠近RF馈送接收器302，该RF馈送接收器302是RF功率被供应至绕组242的点。归因于在绕组242上的电压降，绕组242的最上面的绕组308相比于绕组242的最下面的绕组310(例如，第二端)具有更高的电势。施加至最下面绕组310(最靠近腔室主体10的绕组)的不充足的电压可不利地导致蚀刻工艺期间的不充足的等离子体解离，从而导致蚀刻缺陷或蚀刻轮廓变形。因此，为了增强施加至内线圈天线70的每一个绕组242的电压的均匀分布，电极组件202被用于被设置在内线圈天线70中。电极组件202包括RF导电连接器204与导电构件206，该导电构件206被电连接至该RF导电连接器204。在一个实施例中，导电构件206可以是能够电传导电压的刚性或柔性金属结构。在一个实施例中，导电构件206可以是金属箔、金属导电片、金属板、金属棒、或可从RF导电连接器204向外且垂直地延伸的任何合适的导电结构。导电构件206可具有第二端208，该第二端208延伸至紧邻于盖12，例如，盖12的上表面的恰好上方至恰好下方。电极组件202可协助将施加至线圈天线组件104的电压从内线圈天线70的顶部(例如，最上面的绕组308)传送至底部(例如，最下面的绕组310)。在一些实施例中，导电构件206的第二端208可延伸在线圈天线组件104的最下面的绕组310下方。
在一个实施例中，电极组件202可具有夹在内线圈天线70的最上面绕组308上的RF导电连接器204。耦接至RF导电连接器204的导电构件206则可向下垂直地延伸至最下面的绕组310。导电构件206可与内线圈天线70中所形成的每一个绕组242接触，以将施加在该导电构件206上的电压从最上面绕组308向下电传送至最下面绕组310。导电构件206可电连接至或接触内线圈天线70中所形成的每一个绕组242。替代地，导电构件206可通过特定锁定机构(诸如固定螺钉、电线、金属嵌件、弹簧、扣环、或其他合适的锁定机构)电连接至每一个绕组242。通过这样的配置，导电构件206为施加至该导电构件206的电压提供短路以用较短的距离向下达到最下面的绕组310，消除从最上面绕组308至最下面绕组310的每一个绕组242之中的长行程。电极组件202为电压提供替代(或较短的)路径，以从内线圈天线70的最上面绕组308供应，并以较快的时间向下到达底部。替代地，导电构件206可被配置成与内线圈天线70中的每一个绕组242保持距离。通过在绕组242与导电构件206之间保持一距离，供应至最上面绕组308的电压可从RF导电连接器204直接传输到导电构件206的第二端208，该第二端208可被配置成延伸到处理装置100的盖12中。在一个实施例中，电极组件202可由一导电材料制造，该导电材料能够从上到下递送施加至内线圈天线70的电压。在一个实施例中，电极组件202的RF导电连接器204与导电构件206是由选自由不锈钢、铜、铝、镍、及上述材料的合金构成的组的材料所制成。
在一些实施例中，电极组件202可在不同位置处被耦接至内线圈天线70，或同样在不同位置处被耦接至外线圈天线75。在一个示例中，一个电极组件202可被设置在内线圈天线70中。此外，可根据需要将附加的电极组件205设置在外线圈天线75中，如图2中所示。
图4是线圈天线组件104的一部分的部分剖面，该线圈天线组件104延伸至图1的半导体基板处理装置100的盖加热器62与盖12。如以上所讨论的，电极组件202的导电构件206可具有第二端208，该第二端208延伸至盖加热器62，该盖加热器62设置在半导体基板处理装置100的盖12中。在某个实施例中，根据需要，电极组件202的第二端208可进一步向下延伸成与处理腔室的盖12的上表面430接触。盖加热器62通常包括形成于该盖加热器62中的至少一个孔422，以接收电极组件202的第二端208。如图4中所描绘的，RF导电连接器204通过第一夹具402被耦接至内线圈天线70的第一端190。第二夹具406被用于将导电构件206耦接至RF导电连接器204。可通过固定螺钉或螺母404接合与连接第一夹具402与第二夹具406。虽然图4中所示的实施例使得导电构件206远离内线圈天线70的下绕组一定距离，但注意的是，导电构件206可接触内线圈天线70中的绕组中的每一者或一部分。
因此，通过利用电极组件202，可以某种方式补充或纠正不充足的等离子体功率或等离子体不均匀性，随后可通过局部控制递送至线圈天线组件104的不同位置的RF功率级来消除剩余的不均匀性(即，径向不均匀性)。结果将是基板表面上的等离子体功率与蚀刻速率分布均匀性的增强。
因此，提供了一种电极组件，该电极组件增强了等离子体在处理腔室内的定位。由于可用充足的功率密度将等离子体定位在更期望的位置中，因而可实现更均匀且可预测的处理要求。
虽然前述内容针对如本文中所描述的实施例，但可设计其他与进一步的实施例而不背离本发明的基本范围，且本发明的范围由随后的权利要求书所决定。
Claims (19)
1.一种配置成用于半导体处理装置中的电极组件，包括：
RF导电连接器，具有第一端，所述第一端包括配置成耦接至线圈天线组件的线圈夹具；以及
导电构件，所述导电构件具有电连接至所述RF导电连接器的第二端的第一端，其中所述导电构件具有从所述RF导电连接器向外并垂直地延伸的第二端，当所述线圈天线组件被激励时所述导电构件的第二端具有与所述RF导电连接器的第一端相同的电势。
2.如权利要求1所述的电极组件，其中所述导电构件的第二端延伸到所述半导体处理装置的盖中。
3.如权利要求1所述的电极组件，其中所述RF导电连接器被配置成电耦接至所述线圈天线组件的最上面的绕组。
4.如权利要求1所述的电极组件，其中所述导电构件被配置成从所述线圈天线组件的最上面的绕组至最下面的绕组电耦接至所述线圈天线组件中的每一个绕组。
5.如权利要求1所述的电极组件，其中所述导电构件被配置成通过锁定机构电耦接至所述线圈天线组件。
6.如权利要求1所述的电极组件，其中所述RF导电连接器或所述导电构件是由选自由不锈钢、铜、铝、镍、与前述材料的合金构成的组的材料制成。
7.如权利要求1所述的电极组件，其中所述导电构件是金属箔、金属导电片、金属板、或金属棒。
8.如权利要求1所述的电极组件，其中所述导电构件的第二端重叠设置在所述半导体处理装置的盖上的盖加热器。
9.如权利要求1所述的电极组件，其中所述导电构件是能够电传导电压的刚性或柔性金属结构。
10.一种等离子体处理腔室，包括：
腔室主体；
盖，封围所述腔室主体的内部空间；
基板支撑件，设置在所述内部空间中；
线圈天线组件，具有第一端和第二端，所述第二端定位成毗邻所述盖以用于将RF功率耦接至所述腔室主体，并且所述第一端定位成远离所述盖；以及
电极组件，具有线圈夹具，所述线圈夹具连接至所述线圈天线组件的第一端并且朝向所述线圈天线组件的第二端延伸，当所述线圈天线组件被激励时所述电极组件维持与所述线圈组件的第一端相同的电势。
11.如权利要求10所述的腔室，其中所述电极组件进一步包括：
RF导电连接器，具有包括线圈夹具的第一端，所述线圈夹具耦接至所述线圈天线组件；以及
导电构件，所述导电构件具有电连接至所述RF导电连接器的第二端的第一端，其中所述导电构件具有从所述RF导电连接器向外并垂直地延伸的第二端，当所述线圈天线组件被激励时所述导电构件的第二端具有与所述RF导电连接器的第一端相同的电势。
12.如权利要求11所述的腔室，其中所述导电构件是金属箔、金属导电片、金属板、或金属棒。
13.如权利要求10所述的腔室，其中所述电极组件被配置成电耦接至所述线圈天线组件中的每一个绕组。
14.如权利要求11所述的腔室，其中所述导电构件的第二端延伸到所述等离子体处理腔室的盖中。
15.如权利要求11所述的腔室，其中所述导电构件的第二端重叠设置在所述等离子体处理腔室的盖上的盖加热器。
16.如权利要求11所述的腔室，其中所述导电构件是能够电传导电压的刚性或柔性金属结构。
17.一种等离子体处理腔室，包括：
腔室主体；
盖，封围所述腔室主体的内部空间；
基板支撑件，设置在所述内部空间中；
线圈天线组件，具有多个绕组，每个绕组具有第一端和第二端，所述第二端定位成毗邻所述盖以用于将RF功率耦接至所述腔室主体，并且所述第一端定位成远离所述盖；以及
多个电极组件，每个电极组件具有线圈夹具，所述线圈夹具连接至所述多个绕组中的相应绕组的第一端并且朝向所述线圈天线组件的第二端延伸，当所述线圈天线组件被激励时所述每个电极组件维持与耦接至所述每个电极组件的相应绕组的第一端相同的电势。
18.如权利要求17所述的腔室，其中所述每个电极组件进一步包括：
RF导电连接器，具有耦接至所述线圈天线组件的第一端；以及
导电构件，所述导电构件具有电连接至所述RF导电连接器的第二端的第一端，其中所述导电构件具有从所述RF导电连接器向外并垂直地延伸的第二端，当所述线圈天线组件被激励时所述导电构件的第二端具有与所述RF导电连接器的第一端相同的电势。
19.如权利要求18所述的腔室，其中所述导电构件是能够电传导电压的刚性或柔性金属结构。
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