CN111183504A - 制造过程中的超局部和等离子体均匀性控制 - Google Patents

制造过程中的超局部和等离子体均匀性控制 Download PDF

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Abstract

本文描述用于提供局部高密度等离子体源的结构、平台和方法，所述局部高密度等离子体源在晶片制造过程中点燃局部气体以提供整体均匀性。这种等离子体源是在处于或高于微波值的射频下操作的谐振结构。

Description

制造过程中的超局部和等离子体均匀性控制
背景技术
包括图案转移过程中的膜蚀刻过程在内的半导体晶片裸片制造过程可能会受到影响晶片裸片产量、生产率、可靠性和成本的许多问题困扰。随着图案变小和公差变得更局限，这些问题可能变得更加普遍。这种公差可能与蚀刻图案的线均匀性(例如，宽度、深度、直线度)和临界尺寸(CD)有关。在等离子体制造过程中，由于整体的等离子体不均匀性，可能会出现问题。由于在晶片边缘的材料/电气不连续性，朝向晶片裸片的中心可能比朝向边缘存在更多的等离子体均匀性。例如，靠近晶片裸片边缘的区域可以具有自由基和带电物质的通量，所述自由基和带电物质的通量与晶片裸片中心处的那些物质的通量有很大不同，因为晶片衬底边缘标记了不连续的电气和材料边界。
发明内容
在第一实例实施方案中，一种用于在等离子体处理系统中产生等离子体的设备包括结构阵列。每个结构包括电感(L)分量和电容(C)分量。电源耦合至所述阵列。电感分量和电容分量形成谐振电路。所述电源被配置成以所述结构中的一个或多个的谐振频率或接近所述谐振频率为所述谐振电路供电。
在第一实例实施方案的一个方面，所述电源电容耦合至所述结构。
在第一实例实施方案的另一方面，所述结构中的每一个包括小于所述谐振频率的自由空间波长的大小。
在第一实例实施方案的另一方面，所述阵列的每个结构的所述电感分量和所述电容分量具有相同的尺寸。
在第一实例实施方案的另一方面，所述阵列的一个或多个结构的所述电感分量和所述电容分量具有不同的尺寸。
在第一实例实施方案的另一方面，所述结构阵列被封装在陶瓷中。
在第一实例实施方案的另一方面，所述陶瓷是氧化铝。
在第一实例实施方案的另一方面，所述设备还包括与所述阵列相对或相邻安置的衬底卡盘。
在第一实例实施方案的另一方面，所述设备还包括安置在所述设备中的衬底卡盘，并且围绕所述衬底卡盘安置。
在第一实例实施方案的另一方面，所述谐振频率为大约2GHz至8GHz。
在第一实例实施方案的另一方面，所述谐振频率为大约100MHz至15GHz。
在第一实例实施方案的另一方面，所述谐振频率由所述电容分量和所述电感分量的布置或尺寸确定。
在第一实例实施方案的另一方面，所述电容(C)分量和所述电感(L)分量的宽度为大约4mm至8mm。
在第一实例实施方案的另一方面，所述结构中的每一个彼此间隔大约10mm。
在第一实例实施方案的另一方面，所述设备还包括在所述结构中的每一个中包括的局部气体源，并且气体在所述局部源中的每一个处引入并由相应结构中的每一个激发。
在第一实例实施方案的另一方面，所述局部气体源中的每一个包括防护装置，以防止所述结构内的意外点火。
在第一实例实施方案的另一方面，所述设备还包括安置在所述电源与所述结构之间的功率分配部件，并且所述功率分配部件被配置成改变施加至所述结构阵列内的所述结构的功率或频率。
在第一实例实施方案的另一方面，所述功率分配部件包括电耦合至至少一个结构的至少一个晶体管。
在第二实例实施方案中，一种等离子体处理的方法包括：向等离子体室提供一种或多种处理气体，所述等离子体室包括安置在等离子体室内的结构阵列，每个结构包括形成谐振电路的电容(C)分量和电感(L)分量；提供从电源至所述结构阵列的振荡电流，其中所述提供所述振荡电流在谐振频率下对所述电容(C)分量充电，以产生接近所述电容分量(C)的电场，所述电场引发接近所述电感(L)分量的磁场；以及在与所述结构相关联的所述电场或所述磁场附近的所述一种或多种处理气体内点燃等离子体态。
在第二实例实施方案的一个方面，所述提供振荡电流包括电流波，所述电流波确定所述结构中的每一个与彼此的位置。
在第二实例实施方案的另一方面，所述谐振频率至少部分地基于所述结构的一个或多个尺寸。
在第二实例实施方案的另一方面，所述结构阵列对于所述结构中的每一个包括类似的机械尺寸。
在第二实例实施方案的另一方面，所述结构阵列包括具有与所述阵列内的其它结构不同的机械尺寸的至少一个结构。
附图说明
参考附图描述详细描述。在附图中，附图标记的最左边数字标识所述附图标记首次出现的图。在整个附图中，相同的标号用于指代相似的特征和部件。
图1是示出根据本文的实施方案描述的电容耦合等离子体(CCP)处理系统的实例示意性配置的截面图。
图2是局部等离子体源或谐振结构/元件的实例示意性配置。
图3是具有气体入口和防护装置的局部等离子体源或元件的实例示意性配置。
图4是局部等离子体源或元件的阵列的实例示意性配置。
图5示出实施超局部等离子体源和均匀性控制的实例过程。
具体实施方式
本文描述用于在晶片制造过程中局部化高密度等离子体源的架构、平台和方法。这种局部高密度等离子体源可以是主等离子体源的辅助。具体实施方式可以包括受控的局部等离子体源的阵列。例如，阵列的多组等离子体源或元件可以控制为单个单元，或者各个等离子体源或元件可以是可控制的。当将一组阵列等离子体源或元件控制为单个单元时，将恒定的相对功率传递至阵列等离子体源或元件，以确保分配给阵列的总功率以可控的方式在等离子体源或元件之间分配。等离子体源阵列可以覆盖电抗器表面的受限部分，以便局部地控制其附近的等离子体密度，或者可以覆盖实质性区域，例如面向正被处理的晶片的整个顶表面。
图1示出根据本文的实施方案的电容耦合等离子体(CCP)处理设备或等离子体处理系统100的实例的示意性截面图。应理解，可以实施其它处理系统，例如径向线缝隙天线(RLSA)和电感耦合等离子体(ICP)处理系统。在具体实施方式中，等离子体处理系统100用于晶片制造过程。在某些实施方式中，所述设备被视为产生等离子体并且是等离子体处理系统100的一部分。本文描述了使用具有辅助局部等离子体源和分布式局部等离子体源的主等离子体源的实施方式和变型。这种等离子源用于在晶片制造过程中激发和离解气体并产生离子，所述离子通过由等离子体形成的护套朝向晶片加速。这种局部等离子体源的阵列也可以构成主等离子体源或唯一等离子体源。这种结构阵列可以是设备的一部分或包括在设备中。
等离子体处理系统100可以用于多种操作，包括灰化、蚀刻、沉积、清洁、等离子体聚合、等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)、等离子体增强的原子层沉积(PEALD)等等。等离子体处理可以在等离子体处理室102内执行，所述等离子体处理室102可以是由例如铝或不锈钢的金属制成的真空室。等离子体处理室102接地，例如，接至地面104。等离子体处理室102限定处理容器，所述处理容器提供用于等离子体产生的处理空间PS 106。等离子体处理室102的内壁可以涂覆有氧化铝、氧化钇或其它保护剂。等离子体处理室102可以是圆柱形的或具有其它几何配置。
在等离子体处理室102内的下部中央区域处，衬底保持器或基座108(可以是盘形的)可以用作安装台，在所述安装台上可以安装例如要处理的衬底W110(例如，半导体晶片)。衬底W110可以通过加载/卸载端口112和闸阀114移动至等离子体处理室102中。基座108形成下电极116(下电极组件)的一部分，作为第二电极的实例，第二电极用作用于在其上安装衬底W110的安装台。具体地，基座108支撑在基座支撑件118上，所述基座支撑件118经由绝缘板120设置在等离子体处理室102的底部的大致中心处。基座支撑件118可以是圆柱形的。基座108可以由例如铝合金形成。基座108上设有用于保持衬底W110的静电卡盘122(作为下电极组件116的一部分)。静电卡盘122可以被视为衬底卡盘。静电卡盘122设置有电极124。电极124电连接至DC电源126(直流电源)。静电卡盘122通过当将来自DC电源126的DC电压施加至电极124时产生的静电力将衬底W110吸引至其。
基座108可以经由匹配单元132与高频电源130电连接。此高频电源130(第二电源)可以输出例如4MHz至12MHz范围内的高频电压。施加高频偏置功率使在等离子体处理室102中产生的等离子体中的离子被吸引至衬底W110。聚焦环134设置在基座108的上表面上，以包围静电卡盘122。
在某些实施方式中，对于局部等离子体源，如下所述，可以在VHF频段(30MHz至300MHz)、UHF频段(300MHz至1GHz)、L频段(1GHz至2GHz)、S频段(2GHz至4GHz)，或C频段(4GHz至8GHz)或X频段(8GHz至12GHz)处提供高频电压。可以通过RF或微波电源(未示出)将用于局部等离子体源的高频电压提供至等离子体处理室102。
可以是圆柱形的并且由例如石英形成的内壁构件136附接至静电卡盘122和基座支撑件118的外周侧。基座支撑件118包括冷却剂流动路径138。冷却剂流动路径138与安装在等离子体处理室102外部的冷却器单元(未示出)连通。向冷却剂流动路径138供应通过对应管线循环的冷却剂(冷却液或冷却水)。因此，可以精确地控制安装在基座108上/上方的衬底W110的温度。穿过基座108和基座支撑件118的气体供应管线140被配置成将传热气体供应至静电卡盘122的上表面。例如氦气(He)的传热气体(也称为背面气体)可以经由气体供应管线140在衬底W110与静电吸盘122之间供应，以辅助加热衬底W110。
可以沿着内壁构件136的外周和等离子体处理室102的内侧壁表面形成排气路径142。在排气路径142的底部部分中设置排气口144(或多个排气口)。排气单元146经由排气管线148连接至每个排气口。排气单元146可以包括真空泵，例如涡轮分子泵，所述真空泵被配置成将等离子体处理室102内的等离子体处理空间解压至期望的真空条件。排气单元146抽空等离子体处理室102的内部，从而将等离子体处理室的内部压力减压至期望的真空度。
上电极150(即，上电极组件)是第一电极的实例，并且竖直地位于下电极116上方以平行面对下电极116。对于主等离子体源，在下电极116与上电极150之间限定等离子体产生空间或处理空间PS 106。上电极150包括具有盘形形状的内部上电极152，以及外部上电极154，所述外部上电极154可以是环形的并且围绕内部上电极152的外周。内部上电极152还用作处理气体入口，用于将特定量的处理气体注入至安装在下电极116上的衬底W110上方的处理空间PS 106中。
更具体地，内部上电极152包括具有气体注入口158的电极板156(通常为圆形)。内部上电极152还包括可拆卸地支撑电极板156的上侧的电极支撑件160。电极支撑件160可以形成为具有与电极板156基本相同直径的盘状(当电极板156被实施为圆形时)。在替代实施方案中，电极板156可以是正方形、矩形、多边形等。电极板156可以由导体或半导体材料形成，例如Si、SiC、掺杂的Si、铝等等。电极板156可以与上电极150成一体，或者由电极支撑件160可拆卸地支撑，以便于在表面腐蚀后更换给定板。上电极150还可以包括冷却板或冷却机构(未示出)以控制电极板156的温度。
电极支撑件160可以由例如铝形成，并且可以包括缓冲室162。缓冲室162用于扩散处理气体，并且可以限定盘状空间。来自处理气体供应系统164的处理气体将气体供应至上电极150。处理气体供应系统164可以被配置成在衬底W110上供应用于执行例如成膜、蚀刻等特定处理的处理气体。处理气体供应系统164与气体供应管线166连接，形成处理气体供应路径。气体供应管线166连接至内部上电极152的缓冲室162。然后，处理气体可以从缓冲室162在缓冲室的下表面处移动至气体注入口158。可以通过例如使用质量流量控制器来调节引入至缓冲室162的处理气体的流速。此外，引入的处理气体从电极板156(喷头电极)的气体注入口158均匀地排放至处理空间PS 106。然后，内部上电极152部分地起到提供喷头电极组件的作用。对于局部等离子体源，单独的气体出口孔可以位于元件阵列的局部等离子体源或元件的局部。在某些实施方案中，阵列围绕静电或衬底卡盘122安置。
可以在内部上电极152与外部上电极154之间插入具有环形的电介质168。可以以气密方式在外部上电极154与等离子体处理室102的内周壁之间插入绝缘体170，所述绝缘体170可以是具有环形并且由例如氧化铝形成的屏蔽构件。
在实施方式中，外部上电极154经由电力馈送器174、上电力馈送杆176和匹配单元178与高频电源172(第一高频电源)电连接。高频电源172可以输出具有13MHz(兆赫兹)或更高(例如60MHz)的频率的高频电压，或者可以输出具有30MHz至300MHz的频率的特高频(VHF)电压。与偏置电源相比，此电源172可以被称为主电源。电力馈送器174可以形成为例如具有打开的下表面的大致圆柱形。电力馈送器174可以在其下端部分处连接至外部上电极154。电力馈送器174在其上表面的中心部分处与上电力馈送杆176的下端部分电连接。上电力馈送杆176在其上端部分处连接至匹配单元178的输出侧。匹配单元178连接至高频电源172，并且可以使负载阻抗与高频电源172的内部阻抗匹配。然而，应注意，外部上电极154是可选的，并且实施方案可以用单个上电极起作用。
电力馈送器174可以是圆柱形的，所述电力馈送器174的侧壁的直径与等离子体处理室102的直径大致相同。接地导体180在其下端部处连接至等离子体处理室102的侧壁的上部部分。上电力馈送杆176穿过接地导体180的上表面的中心部分。在接地导体180与上电力馈送杆176之间的接触部分处插入绝缘构件182。
电极支撑件160在其上表面上与下电力馈送杆184电连接。下电力馈送杆184经由连接器连接至上电力馈送杆176。上电力馈送杆176和下电力馈送杆184形成用于从高频电源172向上电极150供应高频电力的电力馈送杆。在下电力馈送杆184中设置有可变电容器186。通过调节可变电容器186的电容，当从高频电源160施加高频电力时，可以调节在外部上电极154正下方形成的电场强度与在内部上电极172正下方形成的电场强度的相对比。上电极150的内部上电极152与低通滤波器(LPF)188电连接。LPF188阻挡来自高频电源172的高频，同时使来自高频电源130的低频传至地面。系统的下部部分，即形成下电极120的一部分的基座108，与高通滤波器(HPF)190电连接。HPF 190将来自高频电源172的高频传至地面。
等离子体处理系统100的部件可以连接至控制单元192并由控制单元192控制，所述控制单元192又可以连接至对应的存储单元194和用户界面196。可以通过用户界面196执行各种等离子体处理操作，并且可以在存储单元194中存储各种等离子体处理方案和操作。因此，可以使用各种微细加工技术在等离子体处理室内处理给定的衬底。在操作中，等离子体处理设备使用上电极和下电极在处理空间PS 106中产生等离子体。然后，这种产生的等离子体可以用于以各种类型的处理来处理目标衬底(例如衬底W110或任何要处理的材料)，所述各种类型的处理例如，等离子体蚀刻、化学气相沉积、玻璃材料的处理，以及例如薄膜太阳能电池、其它光伏电池和用于平板显示器的有机/无机板的大型面板的处理等。
控制单元192可以包括一个或多个处理器、微型计算机、计算单元等。存储单元194可以包括存储器，并且是用于存储由控制单元192执行以执行本文描述的各种功能的指令的非暂时性计算机可读存储介质的实例。例如，存储单元194通常可以包括易失性存储器和非易失性存储器(例如，RAM、ROM等)。存储器在本文中可以被称为存储器或计算机可读存储介质。存储器能够将计算机可读的、处理器可执行的程序指令存储为计算机程序代码，所述计算机程序代码可以由控制单元190执行为配置成执行在本文的实现方式中描述的操作和功能的特定机器。
存储器还可以存储一个或多个应用程序(未示出)。所述应用程序可以包括预配置/安装且可下载的应用程序。
在某些实施方式中，定位局部(超局部)等离子体源198以解决晶片制造过程中的均匀性问题。这种局部等离子体源198可以朝着衬底W110的边缘放置。具体地，局部等离子体源198或这种结构的阵列位于等离子体处理系统或设备100的晶片裸片平台的边缘。例如，通过将这种局部等离子体源198定位在晶片W110边缘上方的窄间隙电抗器中，局部等离子体源198或这种结构的阵列可以影响等离子体的极端边缘。在某些实施方式中，等离子体源198的径向辐射线性或圆周阵列可以用于在整个晶片W110上产生空间可控的等离子体。
图2示出局部等离子体源或谐振元件198的实例。如下文进一步描述，等离子体源或元件198可以是等离子体源或谐振元件的阵列的一部分。等离子体源或元件198可以被视为由RF或微波电源或电流源200驱动的谐振结构。电源200可以直接耦合至谐振元件198，或者通过天线202间接耦合。在某些实施方式中，谐振元件或结构198电容耦合至电源或电流源2000。电源或电流源200可以是单个发电机。在某些实施方案中，谐振元件198将具有四极对称性。在此实例中，天线202的激发每个谐振元件198的部分还将具有匹配的四极对称性。天线202可以是天线阵列。天线或天线阵列可以连续波(CW)或脉冲方式操作。脉冲方式可以允许更高的峰值功率。
作为谐振结构阵列一部分的等离子体源或谐振元件198可以由VHF(30MHz至300MHz)、UHF频段(300MHz至1GHz)、L频段(1GHz至2GHz)、S频段(2GHz至4GHz)、C频段(4GHz至8GHz)、X频段(8GHz至12GHz)中的电源或电流源200驱动。具体地，所关注的射频(RF)为等离子体源或谐振元件198充电，并且所关注的频率由各个元件的谐振频率确定，所述谐振频率又取决于各个元件的几何形状和围绕各个元件的电介质。
在图2所示的实施方式中，电流源200沿着平行导体传输，在此实施方式中，所述平行导体被示为具有矩形横截面204a和204b的轨道。这对轨道204a和204b形成横向电磁(TEM)传输线。在TEM轨道204a和204b中的相应电流流动由箭头206a和206b表示。
为了清楚起见，在图2的底部示出了等离子体源或谐振元件198的部分示出的图。仅示出了结构的后部部分以提高可读性。在此实例中，部分示出的谐振元件198具有两个镜像对称平面；然而，可以实施其它非对称配置。等离子体源或元件198包括一对磁耦合线圈208a和208b，所述磁耦合线圈208a和208b通过TEM轨道204a和204b将谐振元件198耦合至主传输线。磁耦合线圈208a和208b中的每一个终止于如顶板210a和210b以及底板211a和211b表示的一对电容分量中。因此，每个电容元件分别包括顶板210a和210b以及底板211a和211b。在此实例中，两个电容元件的底板211各自连接至两个半圆回路中的每一个的一端，两个半圆回路用作电感分量且表示为212a和212b。因此，两个半圆回路是两个电感回路。每个电感回路具有两个末端，或总共四个末端。这四个末端连接至四个电容元件210和211。
电容元件210和211及其对应的电感分量212a和212b形成LC电路。在这种谐振电路中，在电容器与电感器之间以谐振频率交换存储的能量。在某些实施方式中，阵列的电感分量212a和212b以及电容分量210和211具有相同的尺寸。在某些实施方式中，阵列的电感分量212a和212b以及电容分量210和211具有不同的尺寸。谐振元件198的定位方式使得由电感元件212a和212b产生的变化的磁场延伸至处理区域PS 106中；根据法拉第定律，变化的磁场会引起变化的电场，并且这种变化的电场将电力耦合至等离子体中的电子，从而能够形成并维持等离子体。谐振结构的几何大小可以等于或大大小于谐振频率下电磁辐射的空间波长。在由电感元件212a和212b形成的下部回路所位于的平面平行于由附近的等离子体与固体表面之间的界面形成的平面的情况下，感应电场平行于等离子体界面，因此感应电场的振幅在等离子体界面处是连续的，且感应电场能够渗透至等离子体中。
在图2所示的实施方案中，电磁功率通过顶部电感回路208电感耦合至谐振结构。然而，电磁功率也可以直接电容耦合至四个电容元件210a、210b、211a和211b。电磁功率也可以以组合的电容-电感方式耦合。谐振元件198具有四极对称性或镜像对称性并不特别。
可以驱动谐振结构198，使得驱动频率将接近其它谐振结构198的谐振频率。在存在等离子体的情况下，谐振结构198的谐振频率可以偏离原始谐振频率。如果电力继续以原始谐振频率传递，则将会有较少的电力传递至等离子体源或谐振结构198。由于等离子体密度通常与射频(RF)功率成正比，因此对元件(即，等离子体源或谐振结构198)的功率减小会导致所述元件(即，等离子体源或谐振结构198)承受的密度降低。在等离子体源或谐振结构198的阵列中，这确保了对等离子体密度的负反馈，从而防止等离子体源或谐振结构198中的一者在阵列中支配谐振结构或等离子体源198。这确保了所有结构或等离子体源198或阵列将点燃并且具有传递至每个结构或等离子体源198的大致相同的功率。然而，在其它实施方案中，功率分配部件可以安置在电源与结构之间，以改变至一个或多个结构的功率和/或频率。例如，功率分配部件可以包括一个或多个晶体管，所述一个或多个晶体管布置成改变由电源提供的功率信号的功率和/或频率。
谐振结构198的大小可以影响其谐振频率。较小的结构具有较高的谐振频率。在低频端，谐振结构198的大小受到电抗器的几何大小的限制，所述电抗器的几何大小通常是300mm晶片尺寸的几倍。当嵌入氧化铝中时，达到200mm的谐振结构的谐振频率为55MHz。相比之下，55MHz的半自由空间波长为2727mm。在某些实施方式中，谐振频率为大约2GHz至8GHz。在某些实施方式中，谐振频率为大约100MHz至15GHz。在某些实施方式中，谐振频率由电容分量和电感分量的布置和尺寸确定。
在拓扑上，这种结构与在较高频率下操作的谐振结构198相同。这种结构可以包括两个回路，每个回路在电容结构的任一端终止。两个回路之间存在互电容耦合。这分裂了电流循环方向的简并性，并根据激发的频率允许并联或反并联电流流动。电容元件的折叠结构在不增加结构的几何大小的情况下增加了电容。在圆柱几何形状中，这些结构将弯曲以位于圆的一部分上。例如，一组一个或多个这种结构可以以特定半径环绕电抗器的对称轴，从而形成分段的环面。不同半径的一组这种分段的环面覆盖了例如电抗器的顶部电极。重要的是要注意，与自由空间半波长相比，结构大小较小意味着这些结构不会与自由空间电磁波耦合。耦合至等离子体的场是当电流通过电感器从一个电容器传递至另一个电容器时产生的近场。我们已选择结构定向，以使电感元件最接近等离子体；这意味着到达等离子体区域的场主要由于变化的磁场引起的电场而导致，而变化的磁场又由流过结构的电感部分的电流产生。在反并联操作模式下，这些场从谐振元件迅速消失，而在并联操作模式下，这些场进一步延伸至等离子体区域中。因此，通过改变激发频率，可以改变电场的穿透并因此改变等离子体产生区域。通过同时激发不同振幅的两个频率，可以任意控制激发场的穿透深度。
可以预期的是，谐振结构198可以定向成使得电容元件最接近等离子体；这可以允许从电容元件产生的近场耦合至等离子体。这些通常垂直于等离子体表面极化，而以上针对所示几何形状讨论的电感场平行于等离子体表面。
在频率范围的上端，小于大约10mm的大小可能不太有用，因为在等离子体处理中通常使用的由这种谐振结构在压力下产生的等离子体具有所述大小或更大的大小。在需要非常局部的等离子体的应用中，可能需要较小的结构，因此需要高频。在非常局部的等离子体的情况下，可能需要等离子体既小又具有相对较高的等离子体密度。为了能够在晶片的某些部分上具有可测量的效果，这可以经过特别实施。在高频下操作的特别益处在于小尺寸的谐振结构198在高频下操作，并且高频通常产生更高的等离子体密度。这是因为较高的频率优先将功率耦合至电子加热，而不是离子加速，并且较高的频率能够传播至较高密度的等离子体中。
在希望具有局部等离子体的情况下，谐振元件不激发沿着等离子体与固体壁之间的界面传播的表面模式是有利的。这种模式从谐振元件传播开并且难以控制。图(2)所示的元件具有四极对称性，并且产生的电场图案与表面模式耦合不佳。实际上，由此四极谐振结构几何形状产生的电场图案将在底部两个半回路下方产生电流环。
结构或等离子体源198的大小约为10mm，大约是所关注的射频(RF)的四分之一波长。电容分量210a和210b以及电感分量212a和212b的宽度可以为大约4mm至8mm。
图3示出具有气体入口和防护装置的局部等离子体源或元件。示出了结构或等离子体源198连接至TEM轨道204a和204b。TEM轨道的宽度表示为300，其中这种宽度300可以为大约2mm。
气体注入孔302可以包括在结构或等离子体源198中，以允许将局部气体注入由等离子体源198提供的高密度等离子体中，从而产生自由基。换句话说，每个局部等离子体源198激发在相应等离子体源198处引入的局部气体。在晶片制造过程中，引入操作气体以形成自由基。气体被吹过等离子体，使电子与气体分子反应，从而使气体离解并形成反应性物质。气体注入孔302可以从气体供应管线140接收反应气体，可以是如上文图1描述的气体入口158的一部分。
在某些实施方式中，可以包括气孔点火抑制器结构304，从而遮蔽气体注入孔。抑制器结构304用于防止结构或等离子体源198内的意外点火。抑制器结构304可以有效地充当与磁场或电场的屏蔽，磁场或电场可能引起气体注入孔302内的意外点火。在谐振结构具有四极对称性的情况下，不需要这种抑制器结构，因为通过对称，在气体注入孔内不存在平行于所述孔的轴线的振荡电场。
图4示出局部等离子体源或元件的阵列。阵列400包括标识为198a、198b、198c、198d、198e、198f、198g、198h和198i的多个结构或等离子体源。在某些实施方式中，阵列400被封装在陶瓷402中。陶瓷402包括氧化铝。封装在陶瓷中可以确保阵列与等离子体兼容。陶瓷402的表面应是光滑的，以避免局部应力集中。
如上文参考图1所讨论，在一个实施方式中，阵列400可以位于等离子体处理系统或设备100的晶片裸片平台的边缘。在某些实施方式中，将阵列400(或多个阵列)放置在处理系统或设备100的晶片裸片平台的各种位置处。
在阵列400中，谐振元件198通过一对TEM传输线204a和204b耦合。预期其它配置是可能的，其中功率通过分支网络耦合至谐振元件198。每个谐振元件198也可以由其自身的电源驱动，其中这种电源可例如以是一对晶体管。可以基于所关注的频率(RF)来确定结构或等离子体源的间距404。可以基于波长来选择频率范围。当维持RF功率的波长相当于或小于电抗器或系统100的几何尺寸之一时，等离子体将趋于形成“模式”，其中模式的形状由在存在等离子体的情况下电磁波的传播特性确定。在2GHz至8GHz的微波范围内，波长小于或相当于典型CCP电抗器中的间隙。可能需要将谐振元件放置得足够靠近，以使谐振元件对晶片的影响是连续的，因此这种较高的频率范围可能是优选的。
在高频下，除非存在选择一个模式的几何结构，否则通常会出现具有不同图案且频率非常接近的多个模式。磁场的非线性性质，即等离子体耦合，会导致这些模式之间的转换，这可能很难控制。这些困难限制了2.45GHz电抗器的实用性。可以在特定的操作模式下选择几何谐振结构，因此可以避免模式跳变问题。有可能转至更高的频率，这将使谐振结构更加紧凑。
例如，在5GHz的所关注射频(RF)下，封装在氧化铝402中的阵列400将具有10mm的波长。谐振结构或等离子体源198之间的间隔404将为约10mm。由于如上文在图2中描述的来自RF/微波电源/电流源200的磁场是正弦波，因此谐振结构或等离子体源198可以彼此以波腹距离间隔开。具体地，谐振结构或等离子体源198可以沿着TEM轨道204a和204b放置在磁场波腹处。
尽管图4中所示的结构是线性的，但是所述结构在电抗器中的实施方式可以具有许多其它几何形状，例如，阵列可以沿着弧形布置，或者图6中的谐振元件可以呈弧形或完整的圆，因此这些元件中的一个或多个的阵列可以激发基本上轴对称的等离子体。沿着较大半径弧形安置的连续阵列随后可以用于覆盖整个半导体晶片。
由于谐振元件的谐振频率取决于其几何形状，因此每个谐振元件可能具有不同的谐振频率。因此，可以通过选择不同的激发频率来选择性地激发特定的谐振元件或特定的谐振元件阵列。个别元件或元件阵列可以以时分或多个同时频率的方式被激发；在通过多个同时频率激发的情况下，可以调节每个频率的振幅以控制等离子体的空间均匀性。在时分或脉冲激发的情况下，脉冲的排序可以与例如下电极的RF偏置或时间相关的处理气体注入的其它时间相关过程协调。这将允许控制各种特性，尤其是等离子体的空间轮廓。
图5示出实施超局部等离子体源和均匀性控制的实例过程500。具体地，所述过程可用于晶片蚀刻过程中的图案转移。描述方法的顺序不旨在被理解为限制，并且可以以任何顺序组合任意数量的所描述的方法框以实施所述方法或替代方法。另外，在不脱离本文描述的主题的精神和范围的情况下，可以从方法中删除各个框。此外，在不脱离本发明的范围的情况下，可以在任何合适的硬件、软件、固件或其组合中实施所述方法。
在框502，将一种或多种气体提供至等离子体室。等离子体室包括安置在等离子体室内的结构阵列，每个结构包括形成谐振电路的电容(C)分量和电感(L)分量。
在框504，从电源向结构阵列提供振荡电流。振荡电流在谐振频率下对电容(C)分量充电，以产生接近电容分量(C)的电场，所述电场引发接近电感(L)分量的磁场。振荡电流可以包括电流波，所述电流波确定结构与彼此的位置。可以基于结构的尺寸来确定谐振频率。这些结构可以具有彼此类似的机械尺寸。
在框506，在与结构相关联的电场或磁场附近的一种或多种处理气体内对等离子体态充电。

Claims (23)

1.一种用于在等离子体处理系统中产生等离子体的设备，包括：
结构阵列，其中每个结构包括：
电感(L)分量；以及
电容(C)分量，其中所述电感分量和所述电容分量形成谐振电路；以及
耦合至所述阵列的电源，所述电源被配置成以所述结构中的一个或多个的谐振频率或接近所述谐振频率为所述谐振电路供电。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述电源电容耦合至所述结构。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述结构中的每一个包括小于所述谐振频率的自由空间波长的大小。
4.如权利要求1所述的设备，其中所述阵列的每个结构的所述电感分量和所述电容分量具有相同的尺寸。
5.如权利要求1所述的设备，其中所述阵列的一个或多个结构的所述电感分量和所述电容分量具有不同的尺寸。
6.如权利要求1所述的设备，其中所述结构阵列被封装在陶瓷中。
7.如权利要求6所述的设备，其中所述陶瓷是氧化铝。
8.如权利要求1所述的设备，还包括与所述阵列相对或相邻安置的衬底卡盘。
9.如权利要求1所述的设备，还包括安置在所述设备中的衬底卡盘，其中所述阵列围绕所述衬底卡盘安置。
10.如权利要求1所述的设备，其中所述谐振频率为大约2GHz至8GHz。
11.如权利要求1所述的设备，其中所述谐振频率为大约100MHz至15GHz。
12.如权利要求1所述的设备，其中所述谐振频率由所述电容分量和所述电感分量的布置或尺寸确定。
13.如权利要求1所述的设备，其中所述电容(C)分量和所述电感(L)分量的宽度为大约4mm至8mm。
14.如权利要求1所述的设备，其中所述结构中的每一个彼此间隔大约10mm。
15.如权利要求1所述的设备，还包括在所述结构中的每一个中包括的局部气体源，其中气体在所述局部源中的每一个处引入并由相应结构中的每一个激发。
16.如权利要求15所述的设备，其中所述局部气体源中的每一个包括防护装置，以防止所述结构内的意外点火。
17.如权利要求1所述的设备，还包括安置在所述电源与所述结构之间的功率分配部件，所述功率分配部件被配置成改变施加至所述结构阵列内的所述结构的功率或频率。
18.如权利要求17所述的设备，其中所述功率分配部件包括电耦合至至少一个结构的至少一个晶体管。
19.一种等离子体处理的方法，包括：
向等离子体室提供一种或多种处理气体，所述等离子体室包括安置在等离子体室内的结构阵列，每个结构包括形成谐振电路的电容(C)分量和电感(L)分量；
提供从电源至所述结构阵列的振荡电流，其中所述提供所述振荡电流在谐振频率下对所述电容(C)分量充电，以产生接近所述电容分量(C)的电场，所述电场引发接近所述电感(L)分量的磁场；以及
在与所述结构相关联的所述电场或所述磁场附近的所述一种或多种处理气体内点燃等离子体态。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述提供振荡电流包括电流波，所述电流波确定所述结构中的每一个与彼此的位置。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述谐振频率至少部分地基于所述结构的一个或多个尺寸。
22.如权利要求20所述的方法，其中所述结构阵列对于所述结构中的每一个包括类似的机械尺寸。
23.如权利要求20所述的方法，其中所述结构阵列包括具有与所述阵列内的其它结构不同的机械尺寸的至少一个结构。
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