具有相位控制的高效能三线圈感应耦合等离子体源的制作方法
【专利摘要】一种等离子体处理设备可包括：处理腔室；第一RF线圈、第二RF线圈及第三RF线圈；至少一个铁氧体遮罩(ferrite?shield)。该处理腔室具有内部处理容积；该第一RF线圈、该第二RF线圈及该第三RF线圈接近处理腔室设置以将RF能量耦合至处理容积中，其中第二RF线圈相对于第一RF线圈同轴地设置，且其中第三RF线圈相对于第一RF线圈及第二RF线圈同轴地设置；该至少一个铁氧体遮罩接近第一RF线圈、第二RF线圈或第三RF线圈中的至少一个设置，其中铁氧体遮罩经配置以局部导引通过RF电流产生的磁场，该RF电流经由第一RF线圈、第二RF线圈或第三RF线圈流向处理腔室，其中等离子体处理设备经配置以控制流经第一RF线圈、第二RF线圈或第三RF线圈中的每一个的每一RF电流的相位。
【专利说明】具有相位控制的高效能三线圈感应耦合等离子体源
【技术领域】
[0001]本发明的实施例大体而言是关于等离子体处理装备。
【背景技术】
[0002]感应耦合等离子体(ICP)工艺反应器大体通过设置于处理腔室外侧的一或更多个感应线圈在设置于处理腔室内的处理气体中感应电流来形成等离子体。感应线圈可设置于腔室外部且通过(例如)介电盖与腔室电气分隔。当射频(RF)电流经由RF馈送结构自RF功率源馈送至感应线圈时，可在腔室内侧自感应线圈产生的电场形成感应耦合等离子体。
[0003]在一些反应器设计中，反应器可经配置以具有同心的内部感应线圈及外部感应线圈。本案
【发明者】已发现，内部线圈与外部线圈之间的添加电场性质(归因于由线圈感应的磁场的相消干涉)可能导致远离线圈的基板水平处形成的等离子体的电场分布的非均匀性。举例而言，归因于由等离子体中非均匀电场分布所引起的蚀刻速率非均匀性，由此等离子体蚀刻的基板可能在基板上产生非均匀蚀刻图案，诸如，M形蚀刻图案，例如，中心与边缘之间具有尖峰的中心低且边缘低的蚀刻表面。本案
【发明者】已进一步观察到，调整内部线圈与外部线圈之间的功率比率来控制非均匀性的严重程度不足以完全消除非均匀性。此外，本案
【发明者】认为，为满足进阶装置节点的临限尺寸要求(例如，约32nm及32nm以下)，可能需要进一步降低或消除由此现象造成的剩余蚀刻图案非均匀性。
[0004]本案
【发明者】已进一步发现(例如)感应等离子体设备(诸如，上文论述的具有内部感应线圈及外部感应线圈的感应等离子体设备)的性质可能不会随着内部感应线圈及外部感应线圈的直径线性地增加而线性地缩放。举例而言，本案
【发明者】已发现，若内部线圈及外部线圈的直径线性地增加，(例如)以用于经配置用于450_直径基板的反应器，则工艺降低或消除M形蚀刻图案非均匀性或其他处理非均匀性的中心至边缘可调谐性不足以满足进阶装置节点的临限尺寸要求。
[0005]因此，本案
【发明者】已设计较佳控制等离子体处理非均匀性的等离子体处理设备。
【发明内容】
[0006]本文提供用于等离子体处理的方法及设备。在一些实施例中，一种等离子体处理设备可包括:处理腔室，该处理腔室具有内部体积处理容积；第一 RF线圈，该第一 RF线圈接近处理腔室设置，以将RF能量耦合至处理容积中;第二 RF线圈，该第二 RF线圈接近处理腔室设置，以将RF能量耦合至处理容积中，该第二 RF线圈相对于第一 RF线圈同轴地设置；第三RF线圈，该第三RF线圈接近处理腔室设置，以将RF能量耦合至处理容积中，该第三RF线圈相对于第一 RF线圈及第二 RF线圈同轴地设置；以及至少一个铁氧体遮罩，该至少一个铁氧体遮罩接近第一 RF线圈、第二 RF线圈或第三RF线圈中的至少一个设置，其中铁氧体遮罩经配置以局部围束/导引通过RF电流产生的磁场，该RF电流经由第一RF线圈、第二 RF线圈或第三RF线圈流向处理腔室，其中该等离子体处理设备经配置以使得当RF电流流经这些RF线圈中的每一 RF线圈时，RF电流经由第一 RF线圈、第二 RF线圈或第三RF线圈中的至少一个相对于第一 RF线圈、第二 RF线圈或第三RF线圈中的至少另一个异相(out-of-phase)流动,或者RF电流的相位可经选择性地控制以在第一 RF线圈、第二 RF线圈或第三RF线圈中的至少一个中相对于第一 RF线圈、第二 RF线圈或第三RF线圈中的至少另一个为同相(in-phase)或异相。
[0007]在一些实施例中，一种等离子体处理设备可包括:处理腔室，该处理腔室具有内部体积处理容积；第一 RF线圈，该第一 RF线圈接近处理腔室设置，以将RF能量耦合至处理容积中；第二 RF线圈，该第二 RF线圈接近处理腔室设置，以将RF能量耦合至处理容积中，该第二 RF线圈相对于第一 RF线圈同轴地设置；及第三RF线圈，该第三RF线圈接近处理腔室设置，以将RF能量耦合至处理容积中，该第三RF线圈相对于第一 RF线圈及第二 RF线圈同轴地设置；线圈控制器，该线圈控制器控制第一 RF线圈、第二 RF线圈及第三RF线圈移动至所要位置，其中第一 RF线圈、第二 RF线圈及第三RF线圈经配置以在垂直方向、水平方向及旋转方向中的至少一个上移动，且其中该等离子体处理设备经配置以使得当RF电流流经这些RF线圈中的每一 RF线圈时，RF电流经由第一 RF线圈、第二 RF线圈或第三RF线圈中的至少一个相对于第一 RF线圈、第二 RF线圈或第三RF线圈中的至少另一个异相流动，或者RF电流的相位可经选择性地控制以在第一 RF线圈、第二 RF线圈或第三RF线圈中的至少一个中相对于第一 RF线圈、第二 RF线圈或第三RF线圈中的至少另一个为同相或异相。
[0008]在一些实施例中，一种在处理腔室中等离子体处理的方法，该方法包括以下步骤:经由第一 RF线圈提供第一 RF信号；经由第二 RF线圈提供第二 RF信号，该第二 RF线圈相对于该第一 RF线圈同轴地设置；经由第三RF线圈提供第三RF信号，该第三RF线圈相对于第一 RF线圈及第二 RF线圈同轴地设置，其中第一 RF信号相对于第二 RF信号或第三RF信号中的至少一个异相流动，或者第一 RF信号相对于第二 RF信号或第三RF信号中的至少一个的相位可经选择性地控制为同相或异相；及移动以下各物中的至少一个:(a)至少一个铁氧体遮罩，以覆盖第一 RF线圈、第二 RF线圈或第三RF线圈中的至少一个的至少一部分，以局部围束通过RF电流产生的磁场，该RF电流经由第一 RF线圈、第二 RF线圈或第三RF线圈流向处理腔室；或(b)第一 RF线圈、第二 RF线圈或第三RF线圈，以控制通过RF电流产生的磁场的强度，该RF电流流经第一 RF线圈、第二 RF线圈或第三RF线圈。
[0009]下文描述本发明的其他及进一步实施例。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]通过参阅附图中所图示的本发明的说明性实施例理解上文简要概述及下文更详细地论述的本发明的实施例。然而，应注意，该等附图仅图示本发明的典型实施例，且因此不欲视为本发明的范畴的限制，因为本发明可允许其他同等有效的实施例。
[0011]图1图示根据本发明的一些实施例的感应耦合等离子体反应器的示意性侧视图。
[0012]图2A至图2B图示根据本发明的一些实施例的感应耦合等离子体反应器的部分侧视图。
[0013]图3A至图3B图示根据本发明的一些实施例的感应耦合等离子体反应器的RF线圈的不意性俯视图。
[0014]图4A说明性地图示使用习知设备产生的蚀刻速率分布的曲线图。[0015]图4B说明性地图示使用本文揭示的本发明的设备的实施例产生的蚀刻速率分布的曲线图。
[0016]图5图示根据本发明的一些实施例，在处理腔室中等离子体处理的方法的流程图。
[0017]图6A至图6C图示根据本发明的一些实施例的感应耦合等离子体反应器的匹配网络及线圈电路。
[0018]图7A至图7B说明性地图示使用本文揭示的本发明的设备实施例的不同RF电流相位组合及这些不同RF电流相位组合的相关联的方位电磁场分布。
[0019]图8图示根据本发明的一些实施例的具有可移动铁氧体遮罩的感应耦合等离子体反应器的部分侧视图。
[0020]图9图示根据本发明的一些实施例的具有非均匀铁氧体遮罩的感应耦合等离子体反应器的部分侧视图。
[0021]图10图示根据本发明的一些实施例的具有铁氧体遮罩的感应耦合等离子体反应器的一部分的示意性俯视图。
[0022]图11图示根据本发明的一些实施例，在处理腔室中等离子体处理的方法的流程图。
[0023]为了促进理解，在可能情况下已使用相同元件符号以指定为诸图所共有的相同元件。诸图未按比例绘制且为清晰起见可予以简化。预期一个实施例的元件及特征可有利地并入其他实施例中而无需进一步叙述。
【具体实施方式】
[0024]本文中提供用于等离子体处理的方法及设备。与习知设备相比，本发明方法及等离子体处理设备可有利地提供更均匀等离子体。此外，当经缩放以容纳较大直径基板(例如，450mm)时，与习知设备相比，本发明方法及等离子体处理设备可有利地提供更均匀等离子体，从而在正用等离子体处理的基板上提供更均匀处理结果。举例而言，利用本发明的等离子体设备形成的等离子体具有经改良电场分布，该经改良电场分布提供更均匀等离子体且可用以产生更均匀工艺，诸如，基板表面上的蚀刻图案。与本发明一致的实施例通过有利地使用具有电流相位控制的三个线圈来完成此效果，其中线圈中的一些线圈或所有线圈可用铁氧体遮罩完全地或部分地遮蔽，以增加对磁场线的围束，藉此增加功率耦合效率且允许控制等离子体设备内的局部化功率耦合。此外，使铁氧体遮罩可移动(上下移动)提供控制线圈之间功率耦合的能力，且因此，在介电窗下方成形电磁(EM)场线，此举提供对在等离子体设备内产生的等离子体分布的灵活控制。此外，使铁氧体遮罩可移动(旋转移动)提供控制介电窗下方EM场线的能力，此举提供对在等离子体设备内产生的等离子体分布的进一步灵活控制。此外，通过提供可移动线圈以使得线圈可水平地、垂直地及/或在轴上倾斜地移动，可较大程度地控制EM场线的强度，因此控制等离子体设备内产生的等离子体密度。
[0025]图1图示根据本发明的一些实施例的感应耦合等离子体反应器(反应器100)的示意性侧视图。反应器100可单独利用或作为整合半导体基板处理系统或群集工具(诸如，可购自加州圣大克劳拉市的Applied Materials, Inc.的CENTURA"整合半导体晶圆处理系统)的处理模块利用。可有利地受益于根据本发明的实施例的修改的适合等离子体反应器的实例包括感应稱合等离子体蚀刻反应器，诸如，亦可购自Applied Materials, Inc.的半导体装备的DPSli线(诸如，DPSI(、DPSli丨丨、DPS" AE, DPSu G3多蚀刻器、
DPSli G5或类似物)。半导体装备的以上列表仅为说明性的，且其他蚀刻反应器及非蚀刻
装备(诸如，CVD反应器或其他半导体处理装备)亦可根据本教示适当地修改。尽管本文结合较大直径基板(诸如，450_直径基板)描述，但反应器100不限于此。举例而言，本发明方法及设备的实施例可能有益于在设计用于较大或较小基板(诸如，200_或300_直径基板或类似物)的反应器中基板上的改良蚀刻速率分布。
[0026]反应器100包括感应稱合等尚子体设备102,该感应稱合等尚子体设备102设置于处理腔室104顶部。感应耦合等离子体设备可包括数个RF线圈，例如，耦接至RF功率源108的第一 RF线圈110、第二 RF线圈112及第三RF线圈113。数个RF线圈可经由RF馈送结构(未图示)耦接至RF功率源108。关于可用于本发明的一或更多个实施例的示例性RF馈送结构的进一步细节可见于Z.Chen等人在2010年6月23日提出申请的且标题为“RF FEED STRUCTURE FOR PLASMA PROCESSING (用于等离子体处理的RF馈送结构)”的美国专利申请案第12/821,626号。数个RF线圈接近处理腔室104(例如，在处理腔室上方)同轴地设置且配置该数个RF线圈以将RF功率感应地耦合至处理腔室104中，而由处理腔室104内提供的处理气体形成等离子体。举例而言，如图1中所示，第一 RF线圈110可为最内部的线圈。第二 RF线圈112可围绕第一 RF线圈110同心地设置。第三RF线圈113可围绕第二 RF线圈112同心地设置。
[0027]相邻RF线圈之间的间隔可经选择以(例如)控制通过流经相邻RF线圈的RF电流产生的电磁场之间的干涉。举例而言，电磁场之间的干涉可对于控制基板上的中心至边缘均匀性较关键。举例而言，在一些实施例中，第一 RF线圈110可具有约5英寸的第一直径。在一些实施例中，第二 RF线圈112可具有约13英寸的第二直径。在一些实施例中，第三RF线圈113可具有约17英寸的第三直径。然而，第一直径、第二直径及第三直径不限于以上列出的尺寸，且可利用在基板上产生所要中心至边缘均匀性的任何适合尺寸。
[0028]在一些实施例中，感应耦合等离子体设备102可包括一或更多个铁氧体遮罩160，该一或更多个铁氧体遮罩160经配置以局部围束通过RF电流产生的磁场，该RF电流经由第一 RF线圈、第二 RF线圈或第三RF线圈流向处理腔室。经适当置放的铁氧体遮罩将磁场有利地导引至等离子体中。通过局部围束通过RF电流产生的磁场，该RF电流经由第一 RF线圈、第二 RF线圈或第三RF线圈流向处理腔室，藉此增加源线圈110、112及113与等离子体之间的耦合效率。源线圈110、112及113与等离子体之间的较高效的耦合效率产生较高等离子体密度。此外，由铁氧体遮罩160的磁遮蔽造成的较高效率尤其可用于反向操作模式(亦即，其中两个相邻线圈之间的电流为异相)，其中EM场的相消干涉降低与等离子体的感应耦合效率。
[0029]在一些实施例中，铁氧体遮罩160可为可调整的，以移动(例如，上下移动)且覆盖给定线圈的单一或多个匝数，从而允许控制线圈之间EM场耦合的灵活性。(参见图8及下文对于进一步细节的相关联描述。)切换RF电流相位以及铁氧体遮罩160位置最佳化有利地最小化典型的ICP反应器的M形特性。一或更多个铁氧体遮罩160可由铁氧体遮罩致动器162移动。一或更多个铁氧体遮罩160的移动可由通讯耦接至铁氧体遮罩致动器162的控制器168控制。
[0030]此外，铁氧体遮罩可为固定电线，该固定电线耦接至第一 RF线圈、第二 RF线圈及/或第三RF线圈中的一或更多个的一或更多个匝数。(参见图9及下文对于进一步细节的相关联描述。)可用铁氧体遮罩160遮蔽三个线圈中的一或更多个。在一些实施例中，可单独地遮蔽每一线圈匝的上部。
[0031]例如，铁氧体遮罩160由具有高磁导率的材料(诸如，但不限于N1-Zn)形成。铁氧体遮罩160的相对磁导率(μ/μ0)可介于约1Ομ/μ0与10，000 μ / μ C1之间，但亦可取决于所需要的RF电流流动的操作频率而使用具有不同相对磁导率的其他材料。在一些实施例中，铁氧体材料可因不同线圈而改变，以允许场分布控制的灵活性。在一些实施例中，基于铁氧体的电阻率及磁导率的温度相依性选择所使用的铁氧体材料的类型。
[0032]在使用铁氧体遮罩160的一些实施例中，线圈110、112及113及铁氧体遮罩160可经水冷却，以确保在以高功率操作产生大量热量时的热量耗散。
[0033]在一些实施例中，第一 RF线圈110、第二 RF线圈112及第三RF线圈113可在垂直方向、水平方向及旋转方向中的至少一个上移动。在一些实施例中，第一 RF线圈110、第二RF线圈112及第三RF线圈113经配置以围绕水平轴旋转(亦即，倾斜的)，以使得第一 RF线圈110、第二 RF线圈112及第三RF线圈113的第一部分更接近处理腔室104设置，且第
一RF线圈110、第二 RF线圈112及第三RF线圈113的第二部分进一步远离处理腔室104设置。线圈110、112及113更接近处理腔室104或进一步远离处理腔室104的移动改变通过RF电流产生的磁场的强度，该RF电流流经第一 RF线圈110、第二 RF线圈112或第三RF线圈113。
[0034]在一些实施例中，线圈110、112及113(共同地称为线圈组件164)可经由一或更多个线圈致动器166水平地移动及经由一或更多个线圈致动器170垂直地移动。在一些实施例中，线圈110、112及113可通过将一或更多个线圈致动器170在不同方向上移动或移动不同量来倾斜。举例而言，在一些实施例中，一个致动器170将线圈110、112及113的一侧移动至更接近处理腔室104，且另一致动器170将线圈110、112及113的相对侧移动至进一步远离处理腔室104。亦可使用倾斜线圈110、112及113的其他方法。线圈110、112及113的移动可由通讯地耦接至线圈致动器166及170的控制器168控制。在一些实施例中，控制器168或单独的控制器(未图示)可用以控制一或更多个铁氧体遮罩160及线圈110、112及113的移动。
[0035]如图1中所示，RF功率源108可经由匹配网络114耦接至第一 RF线圈110、第二RF线圈112及第三RF线圈113。RF功率源可为如图1中所示的单一 RF功率源，以向第一RF线圈110、第二 RF线圈112及第三RF线圈113中的每一个提供RF功率。可提供功率分配器105，以调整分别输送至第一 RF线圈110、第二 RF线圈112及第三RF线圈113中的两个或两个以上的RF功率。举例而言，如图1中所示，RF功率源108可经由功率分配器105耦接至第一 RF线圈110、第二 RF线圈112及第三RF线圈113中的每一个。当RF馈送结构存在时，功率分配器105可耦接于匹配网络114与数个RF线圈或RF馈送结构之间。或者，功率分配器可为匹配网络114的一部分，在此情况下匹配网络将具有耦接至数个RF线圈或RF馈送结构的三个输出一一个输出对应于每一 RF线圈110、112、113。下文更详细地论述功率分配器。下文相对于图6A至图6C更详细地论述匹配网络电路及线圈电路。
[0036]或者，感应耦合等离子体设备102可包括图2A至图2B中所示的两个或两个以上功率源。举例而言，图2A图示根据本发明的一些实施例的反应器100的部分示意图，反应器100包括感应耦合等离子体设备102。举例而言，如图2A中所示，感应耦合等离子体源102可包括两个功率源，以向第一 RF线圈110、第二 RF线圈112及第三RF线圈113提供RF功率。举例而言，RF功率源108 (例如，第一 RF功率源)可经由功率分配器105耦接至第一RF线圈110及第二 RF线圈112。第二 RF功率源202可耦接至第三RF线圈113，以向第三RF线圈113提供RF功率。举例而言，第二 RF功率源202可经由第二匹配网络204耦接至第三RF线圈113。如图2A中所示，匹配网络114可用以将来自RF功率源108的RF功率经由功率分配器105耦接至第一 RF线圈110及第二 RF线圈112。举例而言，在操作中，功率分配器105可控制第一 RF线圈110与第二 RF线圈112之间的功率比率，且第二 RF功率源202可控制向第三RF线圈113提供的功率。举例而言，第一功率源108及第二功率源202可经链接、同步或类似动作以提供第一 RF线圈110、第二 RF线圈112及第三RF线圈113中的每一个之间的所要整体功率比率。
[0037]图2A中所示的感应稱合等离子体设备102的设计仅为一个示例性实施例。举例而言，此实施例可有利地用以调适现有双线圈感应耦合等离子体设备，以用于能够处理较大直径基板(例如，上文论述的450mm基板)的反应器。因此，可向现有双线圈感应耦合反应器添加第二功率源202及第三RF线圈113，该现有双线圈感应耦合反应器可包括第一 RF线圈110及第二 RF线圈112。
[0038]或者，如图2B中所示，感应耦合等离子体设备102可包括三个功率源，一个功率源耦接至每一 RF线圈。举例而言，如图2B中所示，RF功率源108 (例如，第一 RF功率源)可经由匹配网络114耦接至第一 RF线圈110。第二 RF功率源206可经由第二匹配网络208耦接至第二 RF线圈112。第三RF功率源210可经由第三匹配网络212耦接至第三RF线圈113。类似于上文，第一功率源108、第二功率源206及第三功率源210可经链接、同步或类似动作以提供第一 RF线圈110、第二 RF线圈112及第三RF线圈113中的每一个之间的所要整体功率比率。在一些实施例中，且如图2B中所示，可能不利用功率分配器。
[0039]返回至图1，反应器100大体包括处理腔室104、基板支撑底座116、感应耦合等离子体设备102及控制器140，该处理腔室104具有导电主体(壁)130及介电盖120 (该导电主体130及该介电盖120 —起界定处理容积)，该基板支撑底座116设置于处理容积内。壁130通常耦接至电接地134。在一些实施例中，支撑底座116可提供阴极，该阴极经由匹配网络124耦接至偏压功率源122。偏压源122可说明性地为近似400kHz、2MHz或13.56MHz频率下高达1000W的源，该源能够产生连续功率或者脉冲功率，但可在必要时为特定应用提供其他频率及功率。在其他实施例中，源122可为DC源或脉冲DC源。
[0040]在一些实施例中，可提供链路(未图示)，以耦接RF功率源108 (或图2A图至图2B图中所示的数个RF功率源)及偏压源122，以促进同步化一个源至另一源的操作。RF源可为前RF产生器或主RF产生器，而另一产生器跟随或为从属。链路可进一步促进以完美同步或以所要偏移或相位差操作RF功率源108及偏压源122。相位控制可由电路系统提供，该电路系统设置于RF源或RF源之间的链路中的任一者或两者内。可独立于对在耦接至RF功率源108的数个RF线圈中流动的RF电流的相位控制，来提供及控制源与偏压RF产生器(例如，RF功率源108、偏压源122)之间的此相位控制。关于源与偏压RF产生器之间的相位控制的进一步细节可见于S.Banna等人在2009年5月13日提出申请且标题为“METHODAND APPARATUS FOR PULSED PLASMA PROCESSING USING A TIME RESOLVED TUNING SCHEMEFOR RF POWER DELIVERY (使用RF功率传送的时间分辨调谐方案来进行脉冲等离子体处理的方法和设备)”的共同拥有的美国专利申请案第12/465，319号。
[0041]在一些实施例中，介电盖120可为实质上平坦。腔室104的其他修改可具有其他类型的盖，诸如(例如)，圆顶形盖或其他形状。介电盖120亦可称为介电窗，感应耦合等离子体设备102经由该介电窗将RF能量耦合至处理容积中，(例如)以形成等离子体。感应耦合等离子体设备102通常设置于盖120上方且经配置以将RF功率感应耦合至处理腔室104中。感应耦合等离子体设备102包括设置于介电盖120上方的第一 RF线圈110、第二RF线圈112及第三RF线圈113。每一线圈的相对位置、直径比率及/或每一线圈中的匝数可各自按需要调整以控制(例如)经由控制每一线圈上的电感形成的等离子体的分布或密度。第一 RF线圈110、第二 RF线圈112及第三RF线圈113中的每一个可如图1所示经由匹配网络114耦接至RF功率源108，或如图2A至图2B所示经由多个匹配网络耦接至多个功率源。本文揭示的RF功率源的任何实施例能够说明性地产生可调谐频率下的高达4000W功率，该可调谐频率处于约50kHz至约13.56MHz的范围内，但可按需要为特定应用提供其他频率及功率。在一些实施例中，选定的频率应与铁氧体遮罩材料性质相容。举例而言，一些铁氧体遮罩材料性质可要求RF频率处于约400kHz至约2MHz的范围内。
[0042]反应器100可经配置以使得当RF电流流经RF线圈(例如，第一 RF线圈110、第二RF线圈112及第三RF线圈113)中的每一个时，RF电流经由第一 RF线圈110、第二 RF线圈112及第三RF线圈113中的至少一个相对于第一 RF线圈110、第二 RF线圈112及第三RF线圈113中的至少另一个异相流动，或者RF电流的相位可经选择性地控制以在第一 RF线圈110、第二 RF线圈112及第三RF线圈113中的至少一个中相对于第一 RF线圈110、第
二RF线圈112及第三RF线圈113中的至少另一个为同相或异相。如本文所使用的，术语“异相”可理解为意谓流经数个RF线圈中的一个RF线圈的RF电流正在与流经数个RF线圈中的另一 RF线圈的RF电流相反方向上流动，或流经第一 RF线圈的RF电流的相位相对于流经第二 RF线圈的RF电流偏离。
[0043]举例而言，RF电流中的相位可由反应器100的一或更多个元件(例如)通过使用移相器及/或通过在相反方向上卷绕RF线圈以使得RF电流经由RF线圈在相反方向上流动来偏离。如本文所论述的，在要求RF电流的选择性控制在这些RF线圈中的一或更多个RF线圈中为同相或异相的实施例中，至少一个移相器可包括在反应器100中，且视需要，RF线圈中的一或更多个RF线圈可在相反方向上卷绕。或者，当不要求RF电流的选择性控制为同相或异相，且仅要求经由RF线圈中的一或更多个RF线圈的异相RF电流时，可能不需要移相器。因此，图1及图2A至图2B中所示移相器106使用虚线图示为可选元件。
[0044]举例而言，如图1中所示，移相器(诸如，移相器106或阻塞电容器(未图示))可用以选择性地偏离流经第一 RF线圈110、第二 RF线圈112及第三RF线圈113中的一或更多个的RF电流的相位，以使得流经第一 RF线圈110、第二 RF线圈112及第三RF线圈113中的至少一个的RF电流与流经第一 RF线圈110、第二 RF线圈112及第三RF线圈113中的另一个的RF电流异相。在一些实施例中，移相器或阻塞电容器可偏离相位，以使得流经第一 RF线圈110、第二 RF线圈112及第三RF线圈113中的至少一个的RF电流与流经第一RF线圈110、第二 RF线圈112及第三RF线圈113中的另一个的RF电流异相约180度。然而，RF电流不必为约180度异相，且在一些实施例中，相位可高达约+/-180度异相。
[0045]类似地，图2A至图2B中所示的感应耦合等离子体设备的实施例可利用移相器106。举例而言，如图2A中所示，移相器106可耦接至第一 RF线圈110及第二 RF线圈112与第三RF线圈113两者。举例而言，移相器106可为耦接至如图2A图至图2B图中所示的每一 RF线圈的单一元件或者耦接至每一 RF线圈的一或更多个元件(未图示)(诸如，单独的元件)。举例而言，如上文在图2A中所示的感应耦合等离子体设备102的实施例的上下文中论述的，可向现有感应耦合等离子体设备添加第三RF线圈113。因此，单独的移相器(未图示)可耦接至第三RF线圈113，以经由第三RF线圈113选择性地偏离RF电流的相位。
[0046]替代或结合包括移相器的实施例，RF线圈中的一或更多个RF线圈可在图3A至图3B中所示的相反方向上卷绕。举例而言，在习知设备中，每一 RF线圈通常在相同方向上卷绕。举例而言，在包括移相器的一些实施例中，第一 RF线圈110、第二 RF线圈112及第三RF线圈113可在与图3B中箭头指示的方向相同的方向上卷绕。因而，RF电流在两个线圈中皆在顺时针(如图所示)或者反时针的相同方向上流动。卷绕的相同方向指示在两个RF线圈中流动的RF电流始终同相，除非移相器包括在感应耦合等离子体设备中。在本发明中，本案
【发明者】已查明，通过外部构件(例如，移相器)或者通过在相反方向上物理卷绕线圈中的至少一个线圈来提供两个线圈之间的RF电流异相，从而改变原有相位。通过控制线圈之间的相位，本案
【发明者】已发现，减少及消除非均匀蚀刻结果(诸如，M形蚀刻图案)及另外将处理(诸如，蚀刻速率)图案自中心高控制至边缘高或至平坦且均匀的处理图案的能力。通过提供线圈之间的异相RF电流及通过控制RF线圈110、112、113之间的功率比率，本案
【发明者】已提供设备，该设备促进对处理图案的控制，以实现整个基板上的经改良均匀性。
[0047]通过提供线圈之间的异相RF电流，设备将每一线圈所产生的电磁场之间的相消干涉反转为相长干涉，且因此，反应器内典型的相长电场等离子体性质可经类似地反向。举例而言，本设备可经配置以通过提供沿着相邻RF线圈流动的异相RF电流，来增加接近RF线圈中的每一 RF线圈的电场及减小线圈之间的电场。在一些实施例中，诸如，在线圈中的每一线圈中的RF电流完全异相(例如，反向电流流动或180相位差)的情况下，可最大化(或局部化)接近RF线圈中的每一 RF线圈的电场及由于相反电场之间的相消干涉而最小化(或清空)线圈之间的电场。本案
【发明者】已发现，使用此线圈配置形成的等离子体可有利地具有经改良(例如，更均匀)电场分布，且等离子体的组分可扩散至电场的空区域中，以提供更均匀等离子体。
[0048]在一些实施例中，可通过卷绕线圈的方向控制流经每一线圈的RF电流的方向。举例而言，如图3A中所示，第一 RF线圈110可在第一方向302上卷绕，且第二 RF线圈112可在与第一方向302相反的第二方向304上卷绕。因此,尽管若未使用移相器106,则由RF功率源108(例如，如图1、图2A中所示)提供的RF信号的相位可能未变，但第一 RF线圈110及第二 RF线圈112的相反的卷绕方向302、304使RF电流为异相，例如，在相反方向上流动。类似地，可在图3A中所示第一方向302上卷绕第三RF线圈113。因此，第三RF线圈113可与第一 RF线圈110同相而与第二 RF线圈112异相。然而，图3A中所示的RF线圈的实施例仅为示例性的，且其他实施例为可能的。举例而言，(未图示)相邻RF线圈可在相同方向上卷绕，诸如，取决于所要等离子体特性，第二 RF线圈112及第三RF线圈113沿与第一RF线圈110或RF线圈的其他适合卷绕组合的卷绕方向相反的方向卷绕。
[0049]进一步地，RF线圈的额外实施例是可能的，每一 RF线圈不必为单一的连续线圈，且每一 RF线圈可各自为数个(例如，两个或两个以上)交替(interlineated)且对称地布置的堆迭式线圈元件。关于包含交替且对称地布置的堆迭式线圈元件的RF线圈的进一步细节可见于V.Todorow等人在2010年6月23日提出申请且标题为“INDUCTIVELYCOUPLED PLASMA APPARATUS(感应耦合的等离子体设备)”的共同拥有的美国专利申请案第12/821，609 号中。
[0050]在一些实施例中，可提供功率分配器(诸如，分压电容器)，以控制如图1所示由RF功率源108向各别第一 RF线圈110、第二 RF线圈112及第三RF线圈113提供的RF功率的相对量；或控制如图2A所示由RF功率源108向各别第一 RF线圈110及第二 RF线圈
112提供的RF功率的相对量，其中向第三RF线圈113提供的RF功率的量值可由第二 RF功率源202控制。或者，如图2B中所示，RF功率的量值可经由单独的RF功率源108、208、210独立地控制至每一 RF线圈。举例而言，使用图1、图2A至图2B中所示前述实施例中的任何实施例，控制向每一线圈提供的RF功率的量可促进控制与第一 RF线圈110、第二 RF线圈112、第三RF线圈113中的每一个相对应的区域中的等离子体特性。
[0051]通过调整功率比率结合流经每一 RF线圈的RF信号的相位，本案
【发明者】已发现，可控制非期望的处理非均匀性(诸如，基板表面的M形蚀刻分布)。举例而言，图4A至图4B说明性地图示使用习知设备及本文揭示的本发明的设备的实施例产生的蚀刻速率分布的曲线图。这些曲线图说明性地图示来自实际测试及由本案
【发明者】执行的观察的资料。图4A图示对于习知设备中的第一 RF线圈与第二 RF线圈之间的数个功率比率，径向沿基板表面(轴412)的蚀刻速率(轴410)的蚀刻速率分布曲线图。虽然通过调整习知设备的功率比率可达成对蚀刻速率分布的某种控制，但本案
【发明者】已发现，功率比率的任何调整仍导致总体均匀性的不足，且尤其导致差的边缘分布可调谐性(例如，每一功率比率提供蚀刻分布边缘处的有限效果)。
[0052]相反，图4B图示对于根据本发明的实施例的设备中每个RF线圈之间的数个相同功率比率，径向沿基板表面(轴412)的蚀刻速率(轴410)的蚀刻速率分布曲线图(曲线402B、曲线404B及曲线406B)，该设备具有异相流经RF线圈中的至少一个的RF电流。具体言之，通过在图4B中所示本发明设备中进行相同功率比率调整，本案
【发明者】已发现，可达成明显较高程度的均匀性控制。另外，亦可达成极大改良的边缘分布可调谐性。自图4B中的曲线图可看出，通过调谐功率比率(例如404B)，本发明设备可提供实质均匀的蚀刻速率分布，且与习知设备相比，本发明设备亦可提供明显较大的边缘分布可调谐性。例如，通过控制经配置具有异相流经RF线圈中的至少一个的RF电流的腔室中的功率比率，可控制均匀性分布以提供中心高且边缘低的蚀刻速率、实质平坦的蚀刻速率或中心低且边缘高的蚀刻速率。因为这些结果是由于等离子体均匀性，故此控制亦可转换为其他工艺或结果(诸如等离子体处理、沉积、退火等)，其中等离子体均匀性提供对这些工艺或结果的控制。
[0053]返回图1，加热器元件121可设置在介电盖120顶部，以促进加热处理腔室104内部。加热器元件121可设置在介电盖120与第一 RF线圈110及第二 RF线圈120之间。在一些实施例中，加热器元件121可包括电阻加热元件且加热器元件121可耦接至电源123(如交流(AC)电源)，电源123经配置以提供足够能量，以便将加热器元件121的温度控制在约摄氏50度至约摄氏100度之间。在一些实施例中，加热器元件121可为断路加热器。在一些实施例中，加热器元件121可包含不断路加热器，诸如环形元件，藉此促进处理腔室104内均匀等离子体形成。
[0054]在操作期间，基板194(诸如半导体晶圆或适合等离子体处理的其他基板)可放置在底座116上，处理气体可自气体分配盘138经由入口端口 126供应，以形成处理腔室104内的气态混合物150。可通过自等离子体源108供应功率至第一 RF线圈110和第二 RF线圈112及视需要的一或更多个电极(未图示)，来将气态混合物150点火成处理腔室104中的等离子体155。在一些实施例中，来自偏压源122的功率亦可提供给底座116。可使用节流阀127和真空泵136控制腔室104内部的压力。可使用流经壁130的含液体导管(未图示)控制腔室壁130的温度。
[0055]可通过稳定支撑底座116的温度来控制基板194的温度。在一个实施例中，来自气源148的氦气可经由气体导管149提供至界定在基板194背侧与设置于底座表面中的沟槽(未图示)之间的通道。氦气用于促进底座116与基板194之间的热传输。在处理期间，底座116可由底座内的电阻加热器(未图示)加热至稳态温度，且氦气可促进基板194的均匀加热。使用此热控制，基板194可说明性维持在摄氏O度与摄氏500度之间的温度。
[0056]控制器140包含中央处理单元(CPU) 144、存储器142及用于CPU144的支持电路146，且该控制器140促进控制反应器100的组件，并因而促进控制形成如本文所述的等离子体的方法。控制器140可为用于控制各种腔室的工业环境中的任何形式通用计算机处理器及子处理器中的一个。CPU144的存储器或计算机可读介质142可为易于获得的存储器中的一或更多种，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘或任何其他形式的数字储存器(本地或远程)。支持电路446耦接至CPU144以用习知方式支持处理器。这些电路包括高速缓存、电源、时钟电路、输入/输出电路及子系统等。本文所述的本发明方法可作为软件例程储存于存储器142中，该软件例程可经执行或调用以用上述方式控制反应器100的操作。软件例程亦可由第二 CPU(未图示)储存及/或执行，该第二 CPU远离由CPU144控制的硬件。
[0057]图5图示根据本发明的一些实施例的等离子体处理方法的流程图。以下根据图1至图4中所图示的本发明的实施例描述方法500。然而，方法600可适用于本文中描述的本发明的任何实施例。
[0058]方法500从步骤502处开始，此时经由第一 RF线圈(诸如第一 RF线圈110)提供第一 RF信号(但方法500的“第一 RF线圈”可为上述RF线圈的任一个)。第一 RF信号可以特定应用所需的任何适当频率提供。示例性频率包括(但不限于)介于约IOOkHz至约60MHz之间的频率。可以任何适当功率(诸如最高可达约5000瓦)提供RF信号。
[0059]在步骤504处，经由相对于第一 RF线圈同轴设置的第二 RF线圈(例如第二 RF线圈112)提供第二 RF信号。第二 RF信号可为(例如)由第二 RF功率源206提供给第二 RF线圈的独立RF信号，或者第二 RF信号可与由第一 RF功率源108提供的第一 RF信号相同。可以用特定应用所需的任何适当相位(诸如，与相邻的第一 RF线圈110或第三RF线圈113的RF信号同相或异相)经由第二 RF线圈提供第二 RF信号。如上所述，可提供第二 RF信号以使得该信号与相邻的第一 RF线圈100或第三RF线圈113中的RF信号异相，或者可根据特定应用所需选择第二 RF信号为与相邻的第一 RF线圈110或第三RF线圈113中的RF信号同相或异相。第二 RF信号可以特定应用所需的任何适当频率提供。示例性频率包括(但不限于)介于约IOOkHz至约60MHz之间的频率。可以任何适当功率(诸如最高可达约5000瓦)提供RF信号。
[0060]在步骤506处，经由与第一 RF线圈110及第二 RF线圈112同轴设置的第三RF线圈(例如第三RF线圈113)提供第三RF信号，以使得第一 RF信号、第二 RF信号或第三RF信号中的至少一个相对于第一 RF信号、第二 RF信号或第三RF信号中的至少另一个异相流动，或第一 RF信号、第二 RF信号或第三RF信号中的至少一个的相位相对于第一 RF信号、第二 RF信号或第三RF信号中的至少另一个可经选择性地控制为同相或异相。第二 RF信号可以特定应用所需的任何适当频率提供。示例性频率包括(但不限于)介于约IOOkHz至约60MHz之间的频率。可以任何适当功率(诸如最高可达约5000瓦)提供RF信号。
[0061]上述任一实施例可用于控制流经第一 RF线圈110、第二 RF线圈112、第三RF线圈113的RF电流的相位。例如，如上所述，为了产生任意两个RF线圈之间的异相状态，RF线圈可以相反方向卷绕。替代或结合，移相器(如移相器106)可用于偏离流经这些RF线圈中的一或更多个RF线圈的RF电流的相位，以使得流经一个RF线圈的RF电流与流经另一个RF线圈的RF电流异相。在一些实施例中，移相器或阻塞电容器可偏离相位，以使得流经一个RF线圈的RF电流与流经另一个RF线圈的RF电流约180度异相。然而，RF电流不需要180度异相，且在一些实施例中，相位可高达约+/-180度异相。在一些实施例中，第一 RF信号、第二 RF信号及第三RF信号中的每一个的频率可能大致相同。
[0062]在步骤508处,诸如等离子体155的等离子体可通过稱合由第一 RF线圈、第二 RF线圈及第三RF线圈提供给设置在处理腔室中的处理气体(诸如气态混合物150)的第一 RF信号、第二 RF信号及第三RF信号而形成。处理气体可包括用于形成等离子体的任何适当处理气体。在一些实施例中，可以对于第一 RF线圈、第二 RF线圈及第三RF线圈中的每一个相等的功率设定提供RF信号。在一些实施例中，可以第一 RF线圈110、第二 RF线圈112及第三RF线圈113中的任何两者之间的约1:10至约10:1的固定或可调功率比率，来提供RF信号，但可对特定应用使用其他功率比率。举例而言，可独立控制第一 RF信号、第二 RF信号或第三RF信号中的至少一个的量值。在一些实施例中，例如，诸如图2B中所示的那些实施例，其中每一 RF线圈耦接到独立RF功率源，可独立控制第一 RF信号、第二 RF信号或第三RF信号中的每一个的量值。类似地，在一些实施例中，诸如图2A至图2B中所示的那些实施例，可独立控制第一 RF信号、第二 RF信号或第三RF信号中的至少一个的频率。可使用流经第一 RF线圈、第二 RF线圈及第三RF线圈的RF电流的RF电流比率及/或相位差的相同或不同设定来维持等离子体持续所要时间。
[0063]图6A至图6C图示可用于实施与本发明一致的实施例的等离子体源的各个电路模型。电路模型包括由三个简单线圈电路(例如外部线圈612、中间线圈614及内部线圈616)表示的上述三个线圈，且剩余电路为用于调谐及控制RF功率输送的匹配网络114及功率分配器。在与图6A —致的一些实施例中，匹配网络114图示耦接至三线圈组件604(亦即，线圈电路612、线圈电路614及线圈电路616)。匹配网络114接收RF匹配输入606。在一些实施例中，RF匹配输入606为单个输入。在其他实施例中，RF匹配输入606可包含多个输入。将来自匹配网络114的RF匹配输出608提供至三线圈组件604作为输入。图6A中的元件610指三个线圈(外部线圈612、中间线圈614及内部线圈616)的互感610。图6A至图6C中所示的电路不包括等离子体负载的阻抗，且这些电路假定无损线圈及电容器。Cdc1618及CDa620为用于调谐不同线圈之间的功率稱合的可变电容器。在一些实施例中，可变电容器值可经选择以决定线圈之间的电流比率。在其他实施例中，可选择所要电流比率且将计算可变电容器值以获得此电流。图6B及图6C提供可用于与本发明一致的实施例的三线圈组件电路604的不同变型。
[0064]图7A及图7B图示操作模式，这些操作模式对应于基于图6A至图6C中所图示的电组件的值可达成的线圈之间的RF电流相位。具体地相对于图7A及图7B图，如图7A中所示更改线圈的电流相位(+或_)定性更改电磁场的干涉图案，藉此更改线圈的电感功率耦合分布，如图7B中的方位电磁场分布所示。例如，若图7A为处于+/+象限中，则(a)处的电流比率使得所有三个线圈之间的电流比率相同(1:1:1)。图7B中图示点(a)的方位电磁场分布702。在一些实施例中，使用者可简单地选择模式(例如+/+、+/-、-/_或_/+)及在预定范围内的所要电流比率。使用者选择的模式是基于用于控制介电窗下产生的等离子体分布的峰及谷的所要等离子体分布。
[0065]图8图示第一 RF线圈110、第二 RF线圈112及第三RF线圈113以及可移动铁氧体遮罩160 (设置于处理腔室104的介电盖120上方,如相对于图1所述)。可移动铁氧体遮罩160可始于初始位置160’，且可移动至所需新位置160以调整局部磁场及平滑如上所述的M形特性。如上相对于图1所论述，在一些实施例中，铁氧体遮罩160可为可调节的以移动(例如，向上移动及向下移动)及覆盖给定线圈的单匝或多匝，从而允许控制线圈之间的EM场耦合时的灵活性。切换RF电流相位以及铁氧体遮罩160位置最佳化有利地最小化典型ICP反应器的M形特性。可经由铁氧体遮罩致动器162移动一或更多个铁氧体遮罩160。可由控制器168控制一或更多个铁氧体遮罩160的移动，该控制器168通讯耦接至铁氧体遮罩致动器162。
[0066]图9图示第一 RF线圈110、第二 RF线圈112、第三RF线圈113以及接近这些线圈中的至少一个的至少一些匝数设置的非均匀铁氧体遮罩160(设置于处理腔室104的介电盖120上方，如相对于图1所述)。在一些实施例中，非均匀铁氧体遮罩160可为耦接至第一 RF线圈110、第二 RF线圈112及/或第三RF线圈113中的一或更多个的一或更多匝数的固定铁氧体线。在一些实施例中，可单独地遮蔽每一线圈匝的上部。非均匀铁氧体遮罩160允许控制局部耦合效率，且提供用于均匀性控制的额外控制旋钮。
[0067]图10图示根据本发明的一些实施例的感应耦合等离子体反应器的一部分的示意俯视图，该感应耦合等离子体反应器具有铁氧体遮罩。具体言之，图10图示根据本发明一些实施例的第一 RF线圈110、第二 RF线圈112及第三RF线圈113以及铁氧体遮罩160的俯视图。在与图10 —致的实施例中，铁氧体遮罩160包括设置于给定RF线圈(例如第二RF线圈112，如图10中所示)任一侧的第一组垂直杆1002及第二组垂直杆1004。尽管在图10中铁氧体遮罩160图示为仅设置于第二 RF线圈112任一侧上，但铁氧体遮罩160可替代地或结合地围绕其他RF线圈(例如110、113)中的任何一或更多个设置。因此，铁氧体遮罩可围绕第一 RF线圈110、第二 RF线圈112或第三RF线圈113中的任何一或更多个设置。举例而言，第三组垂直杆及第四组垂直杆可设置于不同RF线圈(例如，图10中第一RF线圈或第三RF线圈)的任一侧(例如，径向内周边及径向外周边)上。若所有三个RF线圈具有铁氧体遮罩，则第五组垂直杆及第六组垂直杆可设置于剩余RF线圈的任一侧上。
[0068]铁氧体遮罩160中垂直杆可经配置以局部控制等离子体的分布，以补偿工艺不对称(诸如歪斜控制、等离子体不对称及/或等离子体分布控制)。例如，第一组垂直杆1002及第二组垂直杆1004可围绕在给定RF线圈的整个周边(如虚线1010/1012所指示)或一部分周边(如角度α所指示)分布。
[0069]每组垂直杆中的垂直杆可以促进正确放置及(若需要)垂直杆移动的任何适当方式，固持就位。例如，该组垂直杆可直接或间接安装至处理腔室盖。在一些实施例中，可提供环(或弧形区段)以保持该组垂直杆安装至环而就位。在一些实施例中，可提供一对环(或弧形区段)以保持该组垂直杆在该对环(或弧形区段)之间安装就位。环或其他支撑部件可固定至环，可移动地安装至盖，或可在盖上方固持就位。亦可使用其他安装配置及致动配置。
[0070]第一组垂直杆1002的各个杆1006及第二组垂直杆1004的各个杆1008可经独立配置以局部控制垂直杆对相邻RF线圈的影响。例如，可对每一垂直杆1006、1008单独控制的参数包括:从垂直杆到相邻RF线圈的距离、在给定一组垂直杆中相邻垂直杆之间的距离、垂直杆的直径、垂直杆的磁导率及垂直杆的长度。
[0071]上述参数的示例性值包括(但不限于):从垂直杆到相邻RF线圈的距离约0.1英寸至约2英寸；相邻垂直杆之间的距离约0.1英寸至约3英寸；垂直杆的直径约0.1英寸至约I英寸；磁导率约10至约800 ;及垂直杆的长度高达比RF线圈的高度长或短约2英寸。另外，这些参数中任何一或更多个可在围绕给定RF线圈的所有垂直杆(例如在1002、1004两者中)中为一致的，在给定一组垂直杆(例如在1002中或在1004中)中为一致的，或在围绕给定RF线圈的该组垂直杆的一个或两个中为不一致的(例如在1002及1004中的每一个中不一致)。例如，一组垂直杆中相邻垂直杆可彼此均匀或不均匀隔开，且可具有相同或不同磁导率。因此，通过控制单独垂直杆的磁导率及位置以及单独垂直杆相对于彼此及相对于相邻RF线圈的几何分布，可控制使用期间处理腔室内形成的EM场线。
[0072]另外，在一些实施例中，铁氧体遮罩160可耦接至铁氧体遮罩致动器162 (上文所述)以控制铁氧体遮罩相对于RF线圈的垂直位置。在一些实施例中，铁氧体遮罩致动器162经配置以相对于处理腔室旋转铁氧体遮罩160，如箭头1014所示。例如，单独数个垂直杆(例如1002、1004)可为方位不对称，且可相对于处理腔室以及相对于相邻其他RF线圈设置的任何其他多组垂直杆旋转，(例如)以控制方位不对称的定向，以补偿工艺非均匀性。
[0073]图11图示根据本发明的一些实施例的等离子体处理方法的流程图。以下根据图1至图10中所图示的本发明的实施例描述方法1100。然而，方法1100可适用于本文中所述的本发明任何实施例。
[0074]方法1100从步骤1102处开始，此时经由第一 RF线圈(诸如第一 RF线圈110)提供第一 RF信号(但方法1100的“第一 RF线圈”可为上述RF线圈中的任一个)。第一 RF信号可以特定应用所需的任何适当频率提供。示例性频率包括(但不限于)介于约IOOkHz至约60MHz之间的频率。可以任何适当功率(如最高可达约5000瓦)提供RF信号。
[0075]在步骤1104处，经由相对于第一 RF线圈同轴设置的第二 RF线圈(例如第二 RF线圈112)提供第二 RF信号。第二 RF信号可为(例如)第二 RF功率源206提供给第二 RF线圈的独立RF信号,或者第二 RF信号可与第一 RF功率源108提供的第一 RF信号相同。可以特定应用所需的任何适当相位(诸如，与相邻的第一 RF线圈110或第三RF线圈113的RF信号同相或异相)经由第二 RF线圈提供第二 RF信号。如上所述，可提供第二 RF信号，以使得该信号与相邻的第一 RF线圈100或第三RF线圈113中的RF信号异相，或者可根据特定应用所需选择第二 RF信号为与相邻的第一 RF线圈110或第三RF线圈113中的RF信号同相或异相。第二 RF信号可以特定应用所需的任何适当频率提供。示例性频率包括但不限于介于约IOOkHz至约60MHz之间的频率。可以任何适当功率(如高达约5000瓦)提供RF信号。
[0076]在步骤1106处，经由相对于第一 RF线圈110及第二 RF线圈112同轴设置的第三RF线圈(例如第三RF线圈113)提供第三RF信号，以使得第一 RF信号、第二 RF信号或第
三RF信号中的至少一个相对于第一 RF信号、第二 RF信号或第三RF信号中的至少另一个异相流动，或第一 RF信号、第二 RF信号或第三RF信号中的至少一个的相位相对于第一 RF信号、第二 RF信号或第三RF信号中的至少另一个可经选择性地控制为同相或异相。第二 RF信号可以特定应用所需的任何适当频率提供。示例性频率包括(但不限于)介于约IOOkHz至约60MHz之间的频率。可以任何适当功率(如高达约5000瓦)提供RF信号。
[0077]上述任一实施例可用于控制流经第一 RF线圈110、第二 RF线圈112、第三RF线圈
113的RF电流的相位。例如，如上所述，为了产生任意两个RF线圈之间的异相状态，RF线圈可以相反方向卷绕。替代或结合，移相器(如移相器106)可用于偏离流经这些RF线圈中的一或更多个RF线圈的RF电流的相位，以使得流经一个RF线圈的RF电流与流经另一个RF线圈的RF电流异相。在一些实施例中，移相器或阻塞电容器可偏离相位，以使得流经一个RF线圈的RF电流与流经另一个RF线圈的RF电流180度异相。然而，RF电流不需要约180度异相，且在一些实施例中，相位可高达约+/-180度异相。在一些实施例中，第一 RF信号、第二 RF信号及第三RF信号中的每一个的频率可能大致相同。
[0078]在步骤1108处，可提供至少一个铁氧体遮罩以覆盖第一 RF线圈、第二 RF线圈或第三RF线圈中的至少一个的至少一部分，以局部围束通过RF电流产生的电磁场，该RF电流经由第一 RF线圈、第二 RF线圈或第三RF线圈流向处理腔室，且第一 RF线圈、第二 RF线圈及第三RF线圈可经移动以控制通过RF电流产生的磁场强度，该RF电流流经第一 RF线圈、第二 RF线圈或第三RF线圈。该至少一个铁氧体遮罩可为上述铁氧体遮罩中的任一个。铁氧体遮罩可提供在固定位置，或铁氧体遮罩中的至少一个可如上所述相对于RF线圈移动。例如，铁氧体遮罩中的至少一个可经水平移动，以控制提供至与被移动的铁氧体遮罩相对应的相邻RF线圈的遮蔽量。替代或结合，铁氧体遮罩中的至少一个可横向移动、轴上倾斜及/或旋转以进一步控制提供至与被移动的铁氧体遮罩相对应的相邻RF线圈的遮蔽量。对于遮蔽量的此控制有利地促进对处理腔室中电磁场线分布的更多控制，藉此能够补偿处理腔室中原本产生非均匀处理结果的非均匀性。
[0079]因此，本文提供用于等离子体处理的方法和设备。本发明方法及等离子体处理设备有利地减小多线圈等离子体设备中相邻等离子体线圈之间的加性电场性质。因此，利用本发明等离子体设备形成的等离子体具有改良的电场分布，且可用于产生更平滑的蚀刻表面。
[0080]虽然前述针对本发明的实施例，但可设想本发明的其他及进一步实施例，而不脱离本发明的基本范畴。
【权利要求】
1.一种等离子体处理设备，所述等离子体处理设备包含: 处理腔室，所述处理腔室具有内部处理容积； 第一 RF线圈，所述第一 RF线圈接近所述处理腔室设置，以将RF能量耦合至所述处理容积中； 第二 RF线圈，所述第二 RF线圈接近所述处理腔室设置，以将RF能量耦合至所述处理容积中，所述第二 RF线圈相对于所述第一 RF线圈同轴地设置； 第三RF线圈，所述第三RF线圈接近所述处理腔室设置，以将RF能量耦合至所述处理容积中，所述第三RF线圈相对于所述第一 RF线圈及所述第二 RF线圈同轴地设置 '及 至少一个铁氧体遮罩，所述至少一个铁氧体遮罩接近所述第一 RF线圈、所述第二 RF线圈或所述第三RF线圈中的至少一个设置，其中所述铁氧体遮罩经配置以局部围束通过RF电流所产生的磁场，所述RF电流经由所述第一 RF线圈、所述第二 RF线圈或所述第三RF线圈流向所述处理腔室， 其中所述等离子体处理设备经配置以使得当RF电流流经这些RF线圈中的每一 RF线圈时，所述RF电流经由所述第一 RF线圈、所述第二 RF线圈或所述第三RF线圈中的至少一个相对于所述第一 RF线圈、所述第二 RF线圈或所述第三RF线圈中的至少另一个为异相(out-of-phase)流动,或者所述RF电流的相位可经选择性地控制以在所述第一 RF线圈、所述第二 RF线圈或所述第三RF线圈中的至少一个中相对于所述第一 RF线圈、所述第二 RF线圈或所述第三RF线圈中的至少另一个为同相(in-phase)或异相。
2.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述至少一个铁氧体遮罩为可移动的。
3.如权利要求2所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述至少一个铁氧体遮罩可垂直地移动，以覆盖所述第一 RF线圈、所述第二 RF线圈或所述第三RF线圈中的至少一个的至少一部分。
4.如权利要求2所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述至少一个铁氧体遮罩为方位不对称，且所述至少一个铁氧体遮罩可旋转移动以改变方位不对称的定向。
5.如权利要求2所述的等离子体处理设备，所述等离子体处理设备进一步包含: 铁氧体遮罩控制器，所述铁氧体遮罩控制器用于控制所述至少一个铁氧体遮罩移动至所要位置。
6.如权利要求2所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述至少一个铁氧体遮罩包括用于所述第一 RF线圈、所述第二 RF线圈或所述第三RF线圈中的每一 RF线圈的单独铁氧体遮罩，且其中这些单独铁氧体遮罩中的每一个是独立可移动且可控制的。
7.如权利要求6所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述至少一个铁氧体遮罩仅包括用于所述第一 RF线圈的第一铁氧体遮罩及用于所述第三RF线圈的第二铁氧体遮罩，其中所述第一铁氧体遮罩及所述第二铁氧体遮罩中的每一个是独立可移动且可控制的。
8.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述至少一个铁氧体遮罩是固定铁氧体线，所述固定铁氧体线耦接至所述第一 RF线圈、所述第二 RF线圈或所述第三RF线圈中的至少一个的至少一部分。
9.如权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述至少一个铁氧体遮罩包含第一组(a first plurality of)垂直杆及第二组(a second plurality of)垂直杆,所述第一组垂直杆邻近给定RF线圈的第一侧上的所述给定RF线圈设置，所述第二组垂直杆邻近所述给定RF线圈的与所述第一侧相对的第二侧上的给定RF线圈设置。
10.如权利要求9所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述第一组垂直杆及所述第二组垂直杆沿所述给定RF线圈的完整(entire)周边布置。
11.如权利要求9所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述第一组垂直杆及所述第二组垂直杆沿所述给定RF线圈的不完整(less than the entire)周边布置。
12.如权利要求9所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述第一组垂直杆及所述第二组垂直杆至少包括第一单独垂直杆，所述第一单独垂直杆与至少第二单独垂直杆的不同在于以下至少一者中:直径、相对于相邻垂直杆的距离、相对于所述给定RF线圈的距离或磁导率。
13.如权利要求1至权利要求12中任一项所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述第一 RF线圈、所述第二 RF线圈及所述第三RF线圈在垂直及水平方向上为可移动的。
14.如权利要求1至权利要求12中任一项所述的等离子体处理设备，其特征在于，所述第一 RF线圈、所述第二 RF线圈及所述第三RF线圈经配置以绕水平轴旋转，使得所述第一 RF线圈、所述第二 RF线圈及所述第三RF线圈的第一部分更靠近所述处理腔室设置，且所述第一 RF线圈、所述第二 RF线圈及所述第三RF线圈的第二部分进一步远离所述处理腔室设置。
15.如权利要求14所述的等离子体处理设备，所述等离子体处理设备进一步包含: 线圈控制器，所 述线圈控制器用于控制所述第一 RF线圈、所述第二 RF线圈及所述第三RF线圈移动至所要位置。
【文档编号】H01L21/3065GK103907403SQ201280053078
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年10月23日 优先权日:2011年10月28日
【发明者】S·巴纳, W·比沙拉, R·贾尔, V·托多罗, D·卢博米尔斯基, K·坦蒂翁 申请人:应用材料公司