CN111527583A - 等离子体处理设备和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了等离子体处理设备和方法。在一个示例实施方式中，等离子体处理设备包括处理室。等离子体处理设备包括设置于处理室中的基座。基座用于支撑工件。等离子体处理设备包括在竖直方向上设置于处理室上方的等离子体室。等离子体室包括介电侧壁。等离子体处理设备包括将处理室与等离子体室分开的分离格栅。等离子体处理设备包括邻近介电侧壁的第一等离子体源。第一等离子体源用于在分离格栅上方的等离子体室中产生远程等离子体。等离子体处理设备包括第二等离子体源。第二等离子体源用于在分离格栅下方的处理室中产生直接等离子体。

Description

等离子体处理设备和方法
优先权要求
本申请要求2017年12月27日提交的序列号为62/610,573、题目为“等离子体处理设备和方法(Plasma Processing Apparatus and Methods)”的美国临时专利申请的优先权益，其通过引用并入本文用于所有目的。
技术领域
本公开总体涉及用于使用等离子体源处理工件的设备、系统和方法。
背景技术
等离子体处理广泛使用在半导体工业中用于半导体晶圆和其他基底的沉积、刻蚀、抗蚀剂去除以及相关处理。等离子体源(例如，微波、ECR、电感等)通常用于等离子体处理，以产生用于处理基底的高密度等离子体和反应性物质。
等离子体剥离工具可用于剥离工艺，如光刻胶去除。等离子体剥离工具可以包括：一个或多个等离子体室，在所述等离子体室中产生等离子体；以及一个或多个独立的处理室，在所述处理室中处理一个或多个工件。一个或多个处理室可以是一个或多个等离子体室的“下游”，使得工件不直接暴露于等离子体。分离格栅可用于使一个或多个处理室与一个或多个等离子体室分开。分离格栅可以对中性物质透明，但对来自等离子体的带电物质不透明。一个或多个分离格栅可以包括带有孔的材料片。
等离子刻蚀工具可以将工件直接暴露于等离子体。等离子体可以包含像离子、自由基以及受激原子和分子这样的物质，这些物质可以用于处理工件，例如用于对工件进行反应离子刻蚀(RIE)工艺。在反应离子刻蚀工艺期间，等离子体中的离子和其他物质可以用来例如去除沉积在工件上的材料。
发明内容
本公开的实施例的各方面和优点将在下面的具体实施方式中进行部分阐述，或者可以从具体实施方式中知悉，或者可以通过实践实施例来知悉。
本公开的一个示例方面涉及等离子体处理设备。等离子体处理设备包括处理室。等离子体处理设备包括设置于处理室中的基座。基座用于保持工件。等离子体处理设备包括在竖直方向上设置于处理室上方的等离子体室。等离子体室包括介电侧壁。等离子体处理设备包括将处理室与等离子体室分开的分离格栅。等离子体处理设备包括邻近介电侧壁的第一等离子体源。第一等离子体源用于在分离格栅上方的等离子体室中产生远程等离子体。等离子体处理设备包括第二等离子体源。第二等离子体源用于在分离格栅下方的处理室中产生直接等离子体。
本公开的其他示例方面涉及用于对工件进行等离子体处理的设备、方法、工艺和装置。
参考以下具体实施方式和所附权利要求，各种实施例的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。被并入并构成本说明书一部分的附图示出了本公开的实施例，并与具体实施方式一起用于解释相关原理。
附图说明
参考附图，在说明书中面向本领域普通技术人员阐述了实施例的详细讨论，其中：
图1描绘了根据本公开的示例实施例的等离子体处理设备；
图2A和图2B描绘了根据本公开的示例实施例的等离子体处理设备中工件的示例竖直定位；
图3A、图3B和图3C描绘了根据本公开的示例实施例的等离子体处理设备中工件的示例竖直定位；
图4描绘了根据本公开的示例实施例的等离子体处理设备；
图5描绘了根据本公开的示例实施例的等离子体处理设备；
图6描绘了根据本公开的示例实施例的等离子体处理设备；
图7描绘了根据本公开的示例实施例的后等离子体气体注入(PPGI)；
图8和图9描绘了示出与根据本公开的示例实施例的示例表面处理工艺相关联的参数的表格。
具体实施方式
现在将详细参考实施例，其一个或多个示例在附图中予以说明。提供每个示例用于解释实施例而不是限制本公开。实际上，对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可以对实施例进行各种修改和变形。例如，作为一个实施例的一部分所示出或描述的特征可以与另一实施例一起使用，以产生又一实施例。因此，意图在于使本公开的各方面覆盖这样的修改和变形。
本公开的示例方面涉及用于在工件(如半导体晶圆)上进行等离子体工艺(例如，干法剥离和/或干法刻蚀)和其他工艺的等离子体处理设备。根据本公开的示例方面，等离子体处理设备可以使用远程产生的等离子体和/或直接暴露于等离子体来提供等离子体工艺。以这种方式，等离子体处理设备可以在单个处理设备中用于基于中性自由基的表面处理工艺(例如，剥离工艺)和基于离子的表面处理工艺(例如，反应离子刻蚀工艺)。
例如，在一些实施例中，等离子体处理设备可以包括具有基座的处理室用于等离子体处理，该基座用于支撑工件。该设备可以包括设置于处理室上方竖直位置的等离子体室。分离格栅可以将等离子体室与处理室分开。该设备可以包括第一等离子体源，该第一等离子体源配置为在等离子体室中产生远程等离子体。分离格栅可以过滤远程等离子体中产生的离子，并允许中性物质(例如，中性自由基)通过并到达处理室以进行等离子体工艺。如本文所使用的，“远程等离子体”是指从工件远程(例如在通过分离格栅与工件分隔开的等离子体室中)产生的等离子体。
此外，等离子体处理设备可以包括第二等离子体源，该第二等离子体源用于在分离格栅下方的处理室中产生直接等离子体，以便直接暴露于工件。在直接等离子体中产生的离子、中性粒子、物质和其他物质可用于对工件进行等离子体工艺。如本文所使用的，“直接等离子体”是指直接暴露于工件的等离子体(如在具有基座的处理室中产生的等离子体，该基座用于支撑工件)。
在一些实施例中，等离子体室可以包括圆柱形介电侧壁。第一等离子体源可以包括围绕圆柱形介电侧壁设置的感应线圈。感应线圈可以被来自RF发生器的RF能量激励，以在等离子体室中感应出远程等离子体。
当第一等离子体源没有被RF能量激励时，等离子体室和分离格栅可以充当喷头用于将工艺气体供给到处理室。可以使用第二等离子体源在工艺气体中产生直接等离子体。当第一等离子体源被RF能量激励以产生远程等离子体时，第二等离子体源可用于重新离解穿过分离格栅的中性自由基以产生直接等离子体。
在一些实施例中，等离子体处理设备可以包括形成处理室的一部分的介电窗口(例如，处理室的顶部的至少一部分)。介电窗口可以在等离子体室下方在水平方向上张开(例如，向外张开)。第二等离子体源可以包括位于第二介电窗口附近的感应线圈。感应线圈可以被来自RF发生器的RF能量激励，以在分离格栅下方在处理室中感应出直接等离子体。
在一些实施例中，第二等离子体源可以包括耦接到基座中的偏压电极的RF偏压源。偏压电极可以被来自RF偏压源的RF能量激励，以在存在于处理室中的工艺气体和/或中性自由基中产生直接等离子体。
在一些实施例中，等离子体处理设备可以包括第一等离子体源，该第一等离子体源用于在分离格栅上方在等离子体室中产生远程等离子体。第一等离子体源可以包括位于等离子体室附近的感应线圈。等离子体处理设备可以包括第二等离子体源，该第二等离子体源用于在分离格栅下方在处理室中感应出直接等离子体。第二等离子体源可以包括第二感应线圈，该第二感应线圈位于形成处理室的一部分的介电窗口附近。等离子体处理设备还可以包括耦接到基座中的偏压电极的RF偏压源，该基座用于支撑处理室中的工件。在一些实施例中，偏压电极可以被来自偏压源的RF能量激励，以在处理室中产生直接等离子体。
在一些实施例中，等离子体处理设备可以配置为提供工件相对于等离子体室/分离格栅的竖直运动。例如，等离子体处理设备可以包括可在竖直方向上移动的基座和/或可在竖直方向上移动的一个或多个升降销。可以将工件放置于第一竖直位置(例如，靠近分离格栅)，以便使用远程等离子体进行第一等离子体工艺(例如，干法剥离)。可以将工件放置于第二竖直位置(例如，远离分离格栅)，以便使用直接等离子体进行第二等离子体工艺(例如，干法刻蚀)。
出于说明和讨论的目的，参考“工件”或“晶圆”讨论本公开的各方面。使用本文提供的公开内容，本领域普通技术人员将理解本公开内容的示例方面可以与任何半导体基底或其他合适的基底结合使用。此外，术语“约”与数值结合使用意指所述数值的10％以内。
现在参考附图，现在将阐述本公开的示例实施例。图1描绘了根据本公开的示例实施例的示例等离子体处理设备100。等离子体处理设备100可以包括处理室110和与处理室110分开的等离子体室120。等离子体室120可以设置于处理室110上方的竖直位置。
处理室110可以包括用于支撑工件114的基座或基底保持件112。基座112可以包括一个或多个加热器、静电卡盘、偏压电极等。在一些实施例中，基座112可以在竖直方向上移动，这将在下文更详细地讨论。
设备100可以包括第一等离子体源135，该第一等离子体源135用于在等离子体室120中提供的工艺气体中产生远程等离子体125。然后通过设置于分离格栅116中的孔可以将期望的物质(例如，中性物质)从等离子体室120引导到工件114的表面，该分离格栅116将等离子体室120与处理室110(即下游区域)分开。
等离子体室120包括介电侧壁122。等离子体室120包括顶板154。介电侧壁122和顶板154限定了等离子体室内部。介电侧壁122可以由任何介电材料(如石英)形成。
第一等离子体源135可以包括感应线圈130，该感应线圈130围绕等离子体室120邻近介电侧壁122设置。感应线圈130可以通过适合的匹配网络132耦接到RF功率发生器134。可以将反应物和载气从气体源150提供到腔室内部。当感应线圈130被来自RF功率发生器134的RF功率激励时，可以在等离子体室120中感应出远程等离子体。等离子体处理设备100可以包括接地的法拉第屏蔽体128，以减少感应线圈130到远程等离子体125的电容耦合。
分离格栅116将等离子体室120与处理室110分开。分离格栅116可用于对等离子体室120中远程等离子体125产生的物质进行离子过滤。穿过分离格栅116的物质可以暴露于处理室110中的工件114(例如，半导体晶圆)，用于对工件114进行等离子体处理(例如，光刻胶去除)。
更特别地，在一些实施例中，分离格栅116可以对中性物质透明，但对来自等离子体的带电物质不透明。例如，带电物质或离子可以在分离格栅116的壁上重新结合。分离格栅116可以包括一个或多个格栅板材料，该格栅板材料具有根据每片材料的孔图案分布的孔。每个格栅板的孔图案可以相同或不同。
例如，可以根据以基本平行配置进行布置的多个格栅板上的多个孔图案来分布孔，使得孔在等离子体室120和处理室110之间不存在直接视线，以(例如)减少或阻挡UV光线。根据工艺，一些或全部格栅可以由导电材料(例如，Al、Si、SiC等)和/或非导电材料(例如，石英等)制成。在一些实施例中，如果格栅的一部分(例如，格栅板)由导电材料制成，则格栅的该部分可以接地。在一些实施例中，如参考图7所讨论的，分离格栅116可以配置用于后等离子体气体注入。
参考图1，处理室110可以包括介电窗口118。介电窗口118可以向外张开，并且与分离格栅116一起形成处理室110的顶部的至少一部分。分离格栅116可以定位于等离子体室120的介电侧壁122和处理室110的电介质窗口118之间的接合处，并且电介质窗口118可以随着电介质窗口118从分离格栅116向下延伸而向外张开。由于介电窗口118的张开，处理室110沿水平方向的宽度可以大于等离子体室120沿水平方向的宽度。介电窗口118可以由任何合适的介电材料(如石英)制成。处理室110的介电窗口118可以与等离子体室120的介电侧壁122分开或一体形成。
等离子体处理设备100包括第二等离子体源145。第二等离子体源145可以用于在处理室110中产生直接等离子体115。例如，当第一等离子体源135不用于产生远程等离子体125时，等离子体室120和/或分离格栅可以充当喷头将工艺气体提供给处理室110。第二等离子体源145可用于在工艺气体中产生直接等离子体115。在直接等离子体115中产生的离子、中性粒子、自由基和其他物质可用于对工件114进行等离子体处理。当第一等离子体源135用于产生远程等离子体125时，第二等离子体源可用于通过重新离解穿过分离格栅116的自由基来产生直接等离子体115。
第二等离子体源145可以包括邻近介电窗口118设置的感应线圈140。感应线圈140可以通过合适的匹配网络142耦接到RF功率发生器144。RF发生器144可以独立于RF发生器134，以对第一等离子体源135和第二等离子体源145的源功率(例如，RF功率)提供独立控制。然而，在一些实施例中，RF发生器144可以与第一等离子体源135的RF发生器134相同。等离子体处理设备100可以包括接地的法拉第屏蔽体119，以减少感应线圈140到直接等离子体115的电容耦合。在一些实施例中，法拉第屏蔽体119可以机械地支撑感应线圈140。
第二等离子体源145的感应线圈140也可以帮助控制处理室110内的均一性。例如，感应线圈130、140可独立用于控制感应线圈130、140附近的等离子体密度分布。特别地，RF功率发生器134可用于独立地调节第一等离子体源135的感应线圈130的RF功率的频率、平均峰值电压或两者，并且RF功率发生器144可用于独立地调节第二等离子体源145的感应线圈140的RF功率的频率、平均峰值电压或两者。因此，等离子体处理设备100可以具有改进的源可调性。
等离子体处理设备100还可以包括一个或多个泵系统160，该泵系统160配置为控制处理室110内的压力和/或从处理室110排出气体。关于示例泵系统的细节将在下面图4的上下文中更详细地讨论。
在某些示例实施例中，等离子体处理设备100包括用于处理均一性的竖直可调性的特征。更特别地，处理室中的工件和分离格栅之间的距离是可调节的。例如，在一些示例实施例中，基底保持件的位置可沿竖直方向调节，以调节基底保持件上的工件和分离格栅之间的距离。在其他示例实施例中，一个或多个升降销可用于提升工件并调节工件和分离格栅之间的距离。
相对于已知的等离子体处理工具，通过调节工件和分离格栅之间的距离，可以提高等离子体处理设备100的性能。例如，可以调节工件和分离格栅之间的距离，以提供用于工艺(如光刻胶剥离工艺和/或等离子体刻蚀工艺)的合适距离。作为另一示例，可以调节工件和分离格栅之间的距离，以对工件提供可调节的和/或动态的冷却。在某些示例、实施例中，工件可以在不同的等离子体处理操作之间保持在等离子体处理设备100内，并且可以在各种等离子体处理操作之间调节工件和分离格栅之间的距离，以便为当前的等离子体处理操作提供合适的距离。
下面在图2A和图2B以及图3A、图3B和图3C的上下文中更详细地描述用于调整工件和分离格栅之间的距离的示例实施例。
图2A和图2B描绘了根据本公开的示例实施例的一个或多个升降销的示例竖直定位，以调节等离子体处理设备中的分离格栅/等离子体源和工件之间的距离。在图2A中，升降销170处于第一竖直位置，使得工件114与分离格栅116/等离子体室120相距第一距离d1。图2A中所示的工件114的位置可以与使用由第二等离子体源145产生的直接等离子体处理工件相关联。在图2B中，升降销170处于第二竖直位置，使得工件114与分离格栅116/等离子体室120相距第二距离d2。第二距离d2可以小于第一距离d1。图2B中所示的工件114的位置可以与使用远程等离子体源处理工件相关联。其他竖直位置也在本公开的范围内。因此，应当理解，可以将工件114调节到介于第一距离d1和第二距离d2之间的位置，或者取决于工件114和分离格栅116/等离子体室120之间的期望间距的其他距离。升降销170可以是马达驱动的、手动可调的、可更换的，和/或可以具有用于调节升降销170的有效长度的任何其它合适机构。
图3A、图3B和图3C描绘了根据本公开的示例实施例的基座的示例竖直定位，以调节等离子体处理设备中的分离格栅/等离子体室和工件之间的距离。在图3A中，基座112定位于第一竖直位置，使得工件114与分离格栅116/等离子体室120相距第一距离d1。图3A中所示的基座112的位置可以与直接等离子体操作相关联。因此，图3A中所示的基座112的位置可以适于将工件114暴露于由第二等离子体源145产生的直接等离子体115(例如，在等离子体刻蚀操作(如反应离子刻蚀)期间)。可以将第一等离子体源135去激活，使得当基座112处于图3A中所示的位置时，在等离子体室120中不产生远程等离子体125。然而，当基座112处于图3A中所示的位置时，分离格栅216和等离子体室220可以充当气体混合喷头，用于将气体注入处理室210。
在图3B中，基座112定位于第二竖直位置，使得工件与分离格栅116/等离子体室120相距第二距离d2(例如，不超过两毫米(2mm))。第二距离d2可以小于第一距离d1。图3B中所示的基座112的位置可以与远程等离子体操作相关联。因此，图3B中所示的基座112的位置可以适于将工件114暴露于来自远程等离子体125的中性物质，所述远程等离子体125由第一等离子体源135在等离子体室120中产生。在某些示例实施例中，也可以激活第二等离子体源145，使得当基座112处于图3B中所示的位置时，在处理室110中产生直接等离子体115。因此，当基座112处于图3B中所示的位置时，工件114可以暴露于来自远程等离子体125和/或直接等离子体115的中性物质。
在图3C中，基座212处于第三竖直位置，使得工件与分离格栅相距第三距离d3。第三距离d3可以大于第一距离d1和第二距离d2。图3C中所示的基座112的位置可以与工件装载操作相关联。其他竖直位置也在本公开的范围内。因此，可以理解，根据工件114和分离格栅116/等离子体室120之间的期望间距，可以将工件114调节到介于第二距离d2和第三距离d3之间的位置。可移动基座112可以是马达驱动的、手动可调节的，和/或可以具有用于调节基座112的竖直位置的任何其他合适的机构。
可以在第一距离d1、第二距离d2和第三距离d3之间调节基座112，而无需从基座112移除工件114。因此，等离子体处理设备100的用户可以通过在等离子体室120中选择性地形成远程等离子体125、在处理室110中形成直接等离子体115、和/或通过调节基座112的竖直位置而无需从基座112移除工件114，对工件114进行各种等离子体处理操作。
图4描绘了根据本公开的示例实施例的示例等离子体处理设备200。等离子体处理设备200包括许多与等离子体处理设备100(图1)共通的部件。例如，等离子体处理设备200包括处理室210、基底保持件212、分离格栅216、等离子体室220、介电侧壁222、接地的法拉第屏蔽体228、气体源250和顶板254。等离子体处理设备200还可以包括具有感应线圈230的等离子体源235、匹配网络232和RF功率发生器234。因此，等离子体处理设备200也可以以与上述等离子体处理设备100类似的方式操作。特别地，等离子体源235可用于在等离子体室220中产生远程等离子体。应当理解，在替代示例实施例中，图4中所示的等离子体处理设备200的部件也可以结合到任何其他合适的等离子体处理设备中。如下面更详细讨论的，等离子体处理设备200包括用于在处理室210中产生直接等离子体的特征。
在等离子体处理设备200中，RF偏压源270耦接到静电卡盘或偏压电极275。偏压电极275可以定位于处理室210内的分离格栅216下方。例如，偏压电极275可以安装到基底保持件212。RF偏压源270用于将RF功率提供给偏压电极275。当偏压电极275被来自RF偏压源270的RF功率激励时，可以在处理室210中感应出直接等离子体。
RF偏压源270可在各种频率下操作。例如，RF偏压源270以大约13.56MHz的频率用RF功率激励偏压电极275。因此，RF偏压源270可以激励偏压电极275，以在处理室210内形成直接电容耦合的等离子体。在某些示例实施例中，RF偏压源270可用于在介于约400KHz和约60KHz之间的范围内的频率下利用RF功率激励偏压电极275。
从上面可以看出，等离子体处理设备200可以具有定位于分离格栅216上方的自由基源(等离子体源235)，并且还可以具有位于分离格栅216下方的偏压电极275。因此，感应线圈230和偏压电极275可以围绕分离格栅216彼此相对定位。以这种方式，等离子体处理设备200可以在等离子体室220内形成远程等离子体，并且还可以在处理室210内形成直接等离子体。
在将等离子体源235去激活时，分离格栅216和等离子体室220可以充当气体混合喷头，用于将气体注入处理室210。因此，当等离子体源235没有在操作形成远程等离子体时，处理室210上方的等离子体处理设备200的部件可以帮助在处理室210内形成直接等离子体。当等离子体源235操作以在等离子体室220内形成远程等离子体并且RF偏压源270激励偏压电极275以在处理室210内形成直接等离子体时(即，当RF功率发生器234和RF偏压源270都开启时)，等离子体室220内的远程等离子体产生的自由基可以通过偏压电极275在工件214上提供的底部偏压而重新离解。
等离子体处理设备200还可以包括涡轮泵组件260。涡轮泵组件260可具有压力控制阀262、泵送选择控制阀264、涡轮泵266和前级管线泵268。压力控制阀262可配置为调节或调整涡轮泵组件260和/或处理室210内的压力。泵送选择控制阀264可以手动和/或自动操作以在一个或多个泵(如涡轮泵266和前级管线泵268)之间进行选择，从而将泵送动作提供给处理室210。例如，泵送选择控制阀264可以在关闭与一个或多个其他已连接的泵的一个或多个连接的同时，打开与一个已连接的泵的连接。
涡轮泵266可以是具有多个级的涡轮分子泵，每个级包括旋转的转子叶片和固定的定子叶片。涡轮泵266可以在最高级吸入气体(例如，来自处理室210)，并且可以通过涡轮泵266的各种转子叶片和定子叶片将气体推到最低级。涡轮泵266可以独立供电和/或可以由前级管线泵268供电。例如，可以使用由前级管线泵268产生的压力驱动涡轮泵266，作为前级泵。特别地，前级管线泵268可以在涡轮泵266的下端处产生压力，使涡轮泵266中的转子叶片旋转，从而引起与涡轮泵266相关联的泵送动作。
此外，前级管线泵268可以直接连接到泵送选择控制阀264。例如，泵送选择控制阀264可用于选择前级管线泵268以在处理室210内提供高压(例如，约100mTorr至约10Torr)。泵送选择控制阀264可另外用于选择涡轮泵264以在处理室210内提供低压(例如，约5mTorr至约100mTorr)。
图5描绘了根据本公开的示例实施例的示例等离子体处理设备300。等离子体处理设备300包括许多与等离子体处理设备100(图1)和等离子体处理设备200(图4)共通的部件。例如，等离子体处理设备300包括处理室310、基底保持件312、分离格栅316、等离子体室320、介电侧壁322、接地的法拉第屏蔽体328、气体源350、顶板354和涡轮泵组件360。等离子体处理设备300还可以包括具有感应线圈330和RF功率发生器334的第一等离子体源335。因此，等离子体处理设备300可以以与上述等离子体处理设备100和等离子体处理设备200类似的方式操作。特别地，等离子体源335可用于在等离子体室320中产生远程等离子体。应当理解，在替代示例实施例中，图5中所示的等离子体处理设备300的部件也可以结合到任何其他合适的等离子体处理设备中。如下文更详细讨论的，等离子体处理设备300包括用于在处理室310中产生直接等离子体的特征。
在等离子体处理设备300中，第二等离子体源345包括感应线圈340和RF功率发生器344。如前面在等离子体处理设备100的上下文中所述，第二等离子体源345可用于在处理室310中产生直接等离子体。例如，第二等离子体源345的感应线圈340可以邻近介电窗口318设置。感应线圈340可以耦接到RF功率发生器344，所述RF功率发生器344用于激励感应线圈340，从而在处理室310中产生直接等离子体。等离子体处理设备300还可以包括接地的法拉第屏蔽体319，以减少感应线圈340到直接等离子体的电容耦合。可以以与上述等离子体处理设备100的第二等离子体源145相同或类似的方式构建等离子体处理设备300的第二等离子体源345。因此，等离子体处理设备300也可以以与上述等离子体处理设备100类似的方式操作，以在处理室310中产生直接等离子体。
等离子体处理设备300还可以包括RF偏压源370和静电卡盘或偏压电极375。如前面在等离子体处理设备200的上下文中所述，RF偏压源370耦接到偏压电极375。当偏压电极375被来自RF偏压源370的RF功率激励时，可以在处理室310中感应出直接等离子体。可以以与上述等离子体处理设备200的RF偏压源270和偏压电极275相同或类似的方式构建等离子体处理设备300的RF偏压源370和偏压电极375。因此，等离子体处理设备300也可以以与上述等离子体处理设备200类似的方式操作，以在处理室310中产生直接等离子体。
从上面可以看出，等离子体处理设备300可以包括第二等离子体源345、RF偏压源370和偏压电极375，以在处理室310中产生直接等离子体。等离子体源345可以与RF偏压源370和偏压电极375同时操作，以在处理室310中产生直接等离子体。等离子体源345和偏压源370/偏压电极375也可以彼此独立地操作，以在处理室310中产生直接等离子体。
图6描绘了根据本公开的示例实施例的示例等离子体处理设备400。等离子体处理设备400包括许多与等离子体处理设备100(图1)、等离子体处理设备200(图4)和等离子体处理设备300(图5)共通的部件。例如，等离子体处理设备400包括处理室410、基底保持件412、分离格栅416、等离子体室420、介电侧壁422、接地的法拉第屏蔽体428、气体源450、顶板454和涡轮泵组件460。等离子体处理设备400还可以包括具有感应线圈430和RF功率发生器434的第一等离子体源435。因此，等离子体处理设备400也可以以与上述等离子体处理设备100和等离子体处理设备200类似的方式操作。特别地，等离子体源435可用于在等离子体室420中产生远程等离子体。应当理解，在替代示例实施例中，图6中所示的等离子体处理设备400的部件也可以结合到任何其他合适的等离子体处理设备中。
等离子体处理设备400包括用于在处理室410中产生直接等离子体的特征。例如，等离子体处理设备400包括具有感应线圈440和RF功率发生器444的第二等离子体源445。如前面在等离子体处理设备100的上下文中所述，第二等离子体源445可用于在处理室410中产生直接等离子体。例如，第二等离子体源445的感应线圈440可以邻近介电窗口418设置。感应线圈440可以耦接到RF功率发生器444，所述RF功率发生器444用于激励感应线圈440，从而在处理室410中产生直接等离子体。等离子体处理设备400可以包括接地的法拉第屏蔽体419，以减少感应线圈440到直接等离子体的电容耦合。可以以与上述等离子体处理设备100的第二等离子体源145相同或类似的方式构建等离子体处理设备400的第二等离子体源445。因此，等离子体处理设备400也可以以与上述等离子体处理设备100类似的方式操作，以在处理室410中产生直接等离子体。
等离子体处理设备400可以另外包括RF偏压源470和静电卡盘或偏压电极475。如前面在等离子体处理设备200的上下文中所述，RF偏压源470耦接到偏压电极475。当偏压电极475被来自RF偏压源470的RF功率激励时，可以在处理室410中感应出直接等离子体。可以以与上述等离子体处理设备200的RF偏压源270和偏压电极275相同或类似的方式构建等离子体处理设备400的RF偏压源470和偏压电极475。因此，等离子体处理设备400也可以以与上述等离子体处理设备200类似的方式操作，以在处理室410中产生直接等离子体。
等离子体处理设备400还包括用于调节等离子体处理设备中的分离格栅/等离子体室和工件之间的距离的特征。特别地，基座412可沿竖直方向移动，以调节工件414和分离格栅416/等离子体室之间的距离。因此，可以以与等离子体处理设备100(图3A、图3B和图3C)的基座112相同或类似的方式构建基座412，以允许基座412定位在处理室410内的各种竖直位置。
在一些实施例中，后等离子体气体注入(PPGI)可以设置在将等离子体室与处理室分开的分离格栅处。后等离子体气体注入可以提供将气体和/或分子注入到穿过和/或位于分离格栅下方的自由基中。图7描绘了根据本公开的示例实施例的配置用于后等离子体气体注入的示例分离格栅116。更特别地，分离格栅组件116包括以平行关系设置的第一格栅板116a和第二格栅板116b，用于离子/紫外线过滤。
第一格栅板116a和第二格栅板116b可以是彼此平行的关系。第一格栅板116a可以具有第一格栅图案，第一格栅图案具有多个孔。第二格栅板116b可以具有第二格栅图案，第二格栅图案具有多个孔。第一格栅图案可以与第二格栅图案相同或不同。带电粒子(例如，离子)可以在穿过分离格栅116中的每个格栅板116a、116b的孔的路径中在壁上重新结合。中性物质(例如，自由基)可以相对自由地流过第一格栅板116a和第二格栅板116b中的孔。
在第二格栅板116b之后，气体注入源117(例如，气体端口)可以配置为允许气体进入自由基中。然后，自由基可以穿过第三格栅板116c以暴露于工件。气体可以用于多种目的。例如，在一些实施例中，气体可以是中性气体或惰性气体(例如，氮气、氦气、氩气)。气体可用于冷却自由基，以控制穿过分离格栅的自由基的能量。在一些实施例中，蒸发的溶剂可以经由气体注入源118注入到分离格栅116中。在一些实施例中，可以将期望的分子(例如，烃分子)注入到自由基中。
出于示例目的提供了图7中所示的后等离子体气体注入。本领域的普通技术人员将理解，根据本公开的示例实施例，有多种不同的配置用于在分离格栅中实施一个或多个气体端口，用于后等离子体气体注入。可以在任何格栅板之间布置一个或多个气体端口，所述气体端口可以在任何方向上注入气体或分子并且可以用于在分离格栅处形成多个后等离子体气体注入区域，用于均一性控制。在一些实施例中，可以在分离格栅下方的位置注入气体。
某些示例实施例可以在中心区域和外围区域中在分离格栅处或分离格栅下方注入气体或分子。在不偏离本公开的范围的情况下，在分离格栅处可以设置具有气体注入的更多区域，例如三个区域、四个区域、五个区域、六个区域等。可以以任何方式(如径向、方位或任何其他方式)划分这些区域。例如，在一个示例中，可以将分离格栅处的后等离子体气体注入分成中心区域和围绕分离格栅外围的四个方位区域(例如，象限)。
可以使用根据本公开的示例实施例的等离子体处理设备来实施示例等离子体工艺。出于示例目的提供了以下等离子体工艺。在不脱离本公开的范围的情况下，可以实施其他等离子体工艺。此外，可以在任何合适的等离子体处理设备中实施下面提供的示例性等离子体工艺。
示例#1
可以实施各向异性刻蚀工艺。该工艺可以包括提供含卤素的气体以对表面层进行改性和/或破坏工件表面上的键。该工艺可以包括用低于工件溅射率阈值的能量激励离子物质(例如，用直接等离子体)，以将双产物从工件去除。
在一些实施例中，该示例工艺可以包括Cl2气体或Cl*气体，作为具有H2或Ar等离子体的含卤素气体。该示例工艺可用于Si、SiN、III-V、Cu和难熔金属刻蚀。该示例工艺可用于TiN或TaN刻蚀。
在一些实施例中，该示例工艺可以用于例如在Si和SiGe工件中进行源极/漏极凹槽刻蚀。在一些实施例中，该示例工艺可用于高纵横比(HAR)底面清洁。在一些实施例中，该示例工艺可用于硬掩模图案化。
示例#2
可以实施各向异性刻蚀工艺。该工艺可以包括实施离子轰击、注入和/或化学反应，以利用具有中性物质和/或高能离子物质的直接等离子体来对表面进行改性。该工艺可以包括使用卤素、有机物、HF/NH3气体或来自远程等离子体的反应性物质，以加热去除反应副产物。
在一些实施例中，该示例工艺可以包括用于Co、Ni、Fe、Cu、Ru、Pd、Pt刻蚀的有机物/O2等离子体。在一些实施例中，该示例工艺可以包括用于III-V、Co和Cu刻蚀的有机物/Ar等离子体。在一些实施例中，示例工艺可以包括用于选择性SiN刻蚀的H2等离子体/NH3+NF3等离子体。
在一些实施例中，该示例工艺可以用于例如栅极氮化物间隔物刻蚀。在一些实施例中，该示例工艺可以用于例如磁性或贵金属刻蚀。在一些实施例中，该示例工艺可用于硬掩模图案化。
示例#3
可以实施各向异性刻蚀工艺。该工艺可以包括使用基于等离子体的工艺在工件的暴露表面的一部分上进行改性或沉积涂层。该工艺可以包括从工件的未覆盖表面去除材料。
在一些实施例中，该示例工艺可以包括用于选择性SiO2刻蚀的CxFy等离子体/Ar等离子体。在一些实施例中，该示例工艺可以包括用于选择性Si刻蚀的H2等离子体/Ar等离子体。
在一些实施例中，该示例工艺可以用于例如自对准接触刻蚀，以避免使用间隔物。在一些实施例中，该示例工艺可用于高纵横比(HAR)底面清洗。在一些实施例中，该示例工艺可用于硬掩模图案化。
示例#4
可以实施各向同性刻蚀表面处理工艺。该工艺可以包括在工件暴露的氮化物或氧化物表面上形成卤化铵盐。该工艺可以包括将工件加热到大于或等于约100℃以去除盐。在一些实施例中，该示例工艺可以包括通过形成铵盐然后加热烘焙来进行SiN、TaN、TiN和SiO2刻蚀。
在一些实施例中，该示例工艺可用于外延预清洗的自然氧化物去除。在一些实施例中，该示例工艺可以用于I/O氧化物(I/O oxide)凹槽刻蚀以显露Si/SiGe结构。在一些实施例中，该示例工艺可用于3D NAND ONON堆叠体中的选择性SiN凹槽刻蚀，以形成浮栅。在一些实施例中，该示例工艺可用于WF金属沉积的选择性TiN或TaN刻蚀。
示例#5
可以实施各向同性刻蚀表面处理工艺。该工艺可以包括将表面暴露于卤素类气体或中性粒子中。该工艺可以包括将工件加热到卤化物质的升华温度以上，以去除刻蚀的材料。在一些实施例中，该示例工艺可以对材料(如Si、TiN或TaN)进行氯化或氟化，然后加热烘焙。
在一些实施例中，该示例工艺可用于SDE横向凹槽刻蚀。在一些实施例中，该示例工艺可用于在3D NAND ONON堆叠体中进行选择性Si凹槽刻蚀，以形成浮栅。
示例#6
可以实施各向同性刻蚀表面处理工艺。该工艺可以包括将表面暴露于卤素或氧类气体或中性粒子。该工艺可以包括使有机物或有机金属前体流动以去除卤化物质。
在一些实施例中，该示例工艺可用于通过氟化随后暴露有机金属前体来进行ZrO2、HfO2、Al2O3、AlN、SiO2、ZnO热原子层刻蚀(ALE)。在一些实施例中，该示例工艺可以使用有机物/O2等离子体进行Co、Ni、Fe、Cu、Ru、Pd、Pt刻蚀。
在一些实施例中，该示例工艺可用于磁性或贵金属刻蚀。
示例#7
可以实施各向同性刻蚀表面处理工艺。该工艺可以包括将表面暴露于卤素类气体或中性粒子。该工艺可以包括将卤化表面暴露于第二种卤素类气体或中性粒子，以形成卤素间挥发性副产物。
在一些实施例中，该示例工艺可用于通过顺序暴露WF6和BCl3进行TiO2、Ta2O5和WO3刻蚀。在一些实施例中，该示例工艺可用于通过顺序暴露F*和Cl2(或Cl*)进行TiN刻蚀。
在一些实施例中，该示例工艺可用于WF金属沉积的选择性TiN或TaN刻蚀。
更多示例
图8中的表格提供了通过基于自由基的刻蚀或原子层刻蚀(ALE)来选择性去除常用硬掩模材料的示例。图9中的表格提供了根据本公开的示例实施例的使用后等离子体气体注入(PPGI)的自由基进行表面改性/处理的示例。
尽管已经针对本主题的特定示例实施例对本主题进行了详细描述，但是应当理解，本领域技术人员在理解前述内容之后，可以容易地产生对这样的实施例的更改、变形和等同形式。因此，本公开的范围是作为示例而不是作为限制，并且本公开不排除包括对本主题的这种修改、变形和/或添加，这对于本领域普通技术人员而言是显而易见的。

Claims (20)

1.一种等离子体处理设备，所述等离子体处理设备包括：
处理室；
基座，设置于所述处理室中，所述基座用于支撑工件；
等离子体室，在竖直方向上设置于所述处理室的上方，所述等离子体室包括介电侧壁；
分离格栅，将所述处理室与所述等离子体室分开；
第一等离子体源，邻近所述等离子体室的所述介电侧壁，所述第一等离子体源用于在所述分离格栅的上方的所述等离子体室中产生远程等离子体；以及
第二等离子体源，所述第二等离子体源用于在所述分离格栅的下方的所述处理室中产生直接等离子体。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其中，所述等离子体处理设备包括从处理室壁的一部分延伸的介电窗口，所述介电窗口限定了所述处理室的至少一部分。
3.根据权利要求2所述的等离子体处理设备，其中，所述第二等离子体源包括位于所述第二介电窗口附近的感应线圈。
4.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其中，所述分离格栅用于过滤在所述远程等离子体中产生的一种或多种离子，所述分离格栅用于使一种或多种中性自由基通过到所述处理室。
5.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其中，所述等离子体处理设备包括气体源，所述气体源配置为将工艺气体供给到所述等离子体室中。
6.根据权利要求5所述的等离子体处理设备，其中，所述分离格栅用于充当所述工艺气体通入所述处理室中的喷头。
7.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其中，所述基座在竖直方向上至少在用于进行第一工艺的第一竖直位置和用于进行第二工艺的第二竖直位置之间能够移动，所述第一竖直位置相对于所述第二竖直位置更靠近所述分离格栅。
8.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其中，所述基座包括一个或多个升降销，所述升降销在竖直方向上至少在用于进行第一工艺的第一竖直位置和用于进行第二工艺的第二竖直位置之间能够移动，所述第一竖直位置相对于所述第二竖直位置更靠近所述分离格栅。
9.根据权利要求7所述的等离子体处理设备，其中，所述第一工艺是干法剥离工艺，所述第二工艺是干法刻蚀工艺。
10.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其中，所述第一等离子体源包括围绕所述介电侧壁设置的感应线圈。
11.根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其中，所述第二等离子体源包括与所述基座相关联的RF偏压电极，所述RF偏压电极用于在所述RF偏压电极被来自RF偏压源的RF能量激励时在所述处理室中产生所述直接等离子体。
12.一种等离子体处理设备，所述等离子体处理设备包括：
处理室；
基座，设置于所述处理室中，所述基座用于支撑工件；
等离子体室，在竖直方向上设置于所述处理室的上方，所述等离子体室包括介电侧壁，所述介电侧壁具有圆柱形形状；
分离格栅，将所述处理室与所述等离子体室分开；
介电窗口，形成所述处理室的顶部的一部分，所述介电窗口在水平方向上从所述等离子体室向外张开；
第一等离子体源，邻近所述介电侧壁，所述第一等离子体源用于在所述等离子体室中产生远程等离子体；以及
第二等离子体源，邻近所述介电窗口，所述第二等离子体源用于在所述处理室中产生直接等离子体。
13.根据权利要求12所述的等离子体处理设备，其中，所述第一等离子体源包括围绕所述介电侧壁设置的感应线圈。
14.根据权利要求12所述的等离子体处理设备，其中，所述第二等离子体源包括设置在所述介电窗口附近的感应线圈。
15.根据权利要求12所述的等离子体处理设备，还包括与所述基座相关联的RF偏压电极，所述RF偏压电极用于在所述RF偏压电极被来自RF偏压源的RF能量激励时在所述处理室中产生直接等离子体。
16.根据权利要求12所述的等离子体处理设备，其中，所述基座在竖直方向上至少在用于进行第一工艺的第一竖直位置和用于进行第二工艺的第二竖直位置之间能够移动，所述第一竖直位置相对于所述第二竖直位置更靠近所述分离格栅。
17.根据权利要求12所述的等离子体处理设备，其中，所述基座包括一个或多个升降销，所述升降销在竖直方向上至少在用于进行第一工艺的第一竖直位置和用于进行第二工艺的第二竖直位置之间能够移动，所述第一竖直位置相对于所述第二竖直位置更靠近所述分离格栅。
18.一种等离子体处理设备，包括：
处理室；
基座，设置于所述处理室中，所述基座用于支撑工件；
等离子体室，在竖直方向上设置于所述处理室的上方，所述等离子体室包括介电侧壁，所述介电侧壁具有圆柱形形状；
分离格栅，将所述处理室与所述等离子体室分开；
第一等离子体源，邻近所述介电侧壁，所述第一等离子体源用于在所述等离子体室中产生远程等离子体；
第二等离子体源，所述第二等离子体源用于在所述处理室中产生直接等离子体，所述第二等离子体源包括与所述基座相关联的RF偏压电极，所述RF偏压电极用于在所述RF偏压电极被来自RF偏压源的RF能量激励时在所述处理室中产生所述直接等离子体。
19.根据权利要求18所述的等离子体处理设备，其中，所述基座在竖直方向上在至少用于进行第一工艺的第一竖直位置和用于进行第二工艺的第二竖直位置之间能够移动，所述第一竖直位置相对于所述第二竖直位置更靠近所述分离格栅。
20.根据权利要求19所述的等离子体处理设备，其中，所述基座包括一个或多个升降销，所述升降销在竖直方向上至少在用于进行第一工艺的第一竖直位置和用于进行第二工艺的第二竖直位置之间能够移动，所述第一竖直位置相对于所述第二竖直位置更靠近所述分离格栅。
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