耦接至工艺腔室的等离子体源的制作方法
【专利摘要】提供了一种耦接至工艺腔室的等离子体源，所述等离子体源包括沿第一轴从第一端延伸到第二端的核芯元件。耦接至工艺腔室的等离子体源进一步包括围绕核芯元件的相应的一个或多个第一部分而设置的一个或多个线圈。耦接至工艺腔室的等离子体源进一步包括具有一个或多个内壁的等离子体块，所述一个或多个内壁至少部分地包围环形等离子体生成容积，所述环形等离子体生成容积围绕核芯元件的第二部分而设置。环形等离子体生成容积包括第一区域，所述第一区域关于多个垂直轴对称，所述多个垂直轴垂直于定位在第一轴上的第一点，所述第一区域具有在平行于所述第一轴的方向上的宽度以及在垂直于所述第一轴的方向上的深度。第一区域具有至少比第一区域的深度大三倍的宽度。
【专利说明】
耦接至工艺腔室的等离子体源
技术领域
[0001]本文公开的实施例总体上涉及等离子体处理系统和材料以及用于控制等离子体处理系统中的等离子体均匀性的装置。
【背景技术】
[0002]等离子体处理腔室经常被用于各种电子器件制造工艺中，所述电子器件制造工艺诸如，蚀刻工艺、化学气相沉积(CVD)工艺以及与在基板上的电子器件的制造有关的其他工艺。然而，有时在处理基板的腔室中生成等离子体是不期望的且不具有成本效益。在此类情况下，可使用远程等离子体源(RPS)。
[0003]常规的RPS设计在传统上使用闭合环路RF(射频)源配置，所述RF源配置具有卷绕闭合的磁性可渗透核芯的绕组，所述闭合的磁性可渗透核芯围绕等离子体生成区域的部分。最近，已开发出开放环路RF源配置。开放环路RF源配置使用围绕磁性可渗透核芯的环形处理容积，所述磁性可渗透核芯诸如，磁性可渗透线性杆，其中绕组卷绕所述磁性可渗透核芯。开放环路设计具有能够360度围绕磁性可渗透核芯来产生等离子体的优点，这相对于闭合环路设计可增加效率。
[0004]虽然开放环路设计具有优点，但是获得用于等离子体均匀性的目标可能具有挑战性。例如，在使用围绕线性磁性可渗透核芯(此核芯在第一水平方向上延伸)的环形等离子体腔室的开放环路设计中，RPS中的等离子体密度可能具有在第一水平方向上偏斜的一个或多个峰值。当等离子体密度相对于环形等离子体腔室的中心，跨水平方向不居中或均匀时，则含有等离子体或含有自由基的气体将不被均匀地供应至工艺腔室，这产生在正在工艺腔室中处理的基板上实现的工艺结果的非均匀性。此外，当对RPS硬件的配置进行小调整(诸如，相对于等离子体腔室对线圈位置的调整)时，经常观察到水平方向上等离子体密度均匀性的显著偏移。
[0005]因此，对于改善等离子体腔室中的等离子体均匀性的开放环路RF源配置存在需求。
【实用新型内容】
[0006]本文公开的实施例大体上涉及等离子体处理系统和材料以及用于控制等离子体处理系统中的等离子体均匀性的装置。在一个实施例中，提供一种耦接至工艺腔室的等离子体源。等离子体源包括沿第一轴从第一端延伸到第二端的核芯元件。等离子体源进一步包括围绕核芯元件的相应的一个或多个第一部分而设置的一个或多个线圈。等离子体源进一步包括具有一个或多个内壁的等离子体块，所述一个或多个内壁至少部分地包围环形等离子体生成容积，所述环形等离子体生成容积围绕在核芯元件的第二部分而设置。环形等离子体生成容积包括第一区域，所述第一区域关于多个垂直轴对称，所述多个垂直轴在沿第一轴而定位的第一点处垂直于所述第一轴，所述第一区域具有在平行于第一轴的方向上的宽度以及在垂直于第一轴的方向上的深度。第一区域的宽度随着距定位在第一轴上的第一点的深度增加而增加。第一区域有位于垂直轴中的一个垂直轴与内壁的交叉点处的中心点，其中，所述中心点距定位在所述第一轴上的第一点第一深度。第一区域进一步具有在一个或多个内壁上的第一位置与第二位置之间的第一宽度，其中所述第一宽度平行于第一轴，并且所述第一宽度距定位在第一轴上的第一点第二深度。第一区域具有横跨第二深度与第一深度之间的距离的第三深度，其中第一宽度至少比第三深度大三倍。
[0007]在另一实施例中，提供一种耦接至工艺腔室的等离子体源。等离子体源包括沿第一轴从第一端延伸到第二端的核芯元件。等离子体源进一步包括围绕核芯元件的相应的一个或多个第一部分而设置的一个或多个线圈。等离子体源进一步包括具有一个或多个内壁的等离子体块，所述一个或多个内壁至少部分地包围环形等离子体生成容积，所述环形等离子体生成容积围绕核芯元件的第二部分而设置。环形等离子体生成容积包括第一区域，所述第一区域关于多个垂直轴对称，所述多个垂直轴在沿着第一轴而定位的第一点处垂直于所述第一轴，所述第一区域具有在平行于第一轴的方向上的宽度以及在垂直于第一轴的方向上的深度。第一区域由曲面和边界线界定，所述曲面从所述内壁中的一个内壁上的第一位置延伸至第二位置，并且所述边界线具有在第一位置与第二位置之间、平行于第一轴而延伸的第一宽度。曲面上沿垂直轴中的一个垂直轴而定位的点比曲面上位于除了沿垂直轴中的一个垂直轴以外的位置处的点更接近第一轴上的所述第一点。沿垂直轴中的一个垂直轴的曲面上的中心点至边界线之间的距离是第一区域深度，并且第一宽度至少是第一区域深度的三倍。第二区域距第一轴比第一区域距第一轴更远。
[0008]在又一实施例中，提供一种耦接至工艺腔室的等离子体源。等离子体源包括沿第一轴从第一端延伸到第二端的核芯元件。等离子体源进一步包括围绕核芯元件的相应的一个或多个第一部分而设置的一个或多个线圈。等离子体源进一步包括具有一个或多个内壁的等离子体块，所述一个或多个内壁至少部分地包围环形等离子体生成容积，所述环形等离子体生成容积围绕核芯元件的第二部分而设置。环形等离子体生成容积包括围绕核芯元件的第一区域，所述第一区域关于多个垂直轴对称，所述多个垂直轴在沿第一轴而定位的第一点处垂直于所述第一轴。第一区域由曲面和边界线界定，所述曲面从内壁中的一个内壁上的第一位置延伸至第二位置，并且所述边界线具有在第一位置与第二位置之间、平行于第一轴而延伸的第一宽度。曲面上沿垂直轴中的一个垂直轴而定位的点比曲面上位于除了沿垂直轴中的一个垂直轴以外的位置处的点更接近第一轴上的所述第一点。沿垂直轴中的一个垂直轴的曲面上的中心点至边界线之间的距离是第一区域深度，其中第一宽度至少是第一区域深度的三倍。环形等离子体生成容积进一步包括第二区域，所述第二区域距第一轴比第一区域距第一轴更远，其中第一区域和第二区域形成基本上所有环形等离子体生成容积。
【附图说明】
[0009]因此，为了可详细地理解本公开的上述特征的方式，可参考实施例进行对上文简要概述的本公开的更特定的描述，在所附附图中示出实施例中的一些。然而，应注意的是，附图仅示出本公开的典型实施例，并且因此不被视为限制本公开的范围，因为本公开可允许其他同等有效的实施例。
[0010]图1A是根据一个实施例的、耦接至工艺腔室的等离子体源的等角视图。[0011 ]图1B是根据一个实施例的、图1A中所示的等离子体源的剖视图。
[0012]图1C是根据一个实施例的、图1B中所示的等离子体源的部分的近视图。
[0013]图2是根据另一实施例的等离子体源的部分的近视图。
[0014]图3是根据另一实施例的等离子体源的剖视图。
[0015]图4是根据对照实施例的等离子体块的剖视图。
[0016]为了促进理解，在可能的情况下，已使用相同的元件符号指定诸图共用的相同元件。可以预期，在一个实施例中公开的元件可有利地用于其他实施例，而无需特定叙述。
【具体实施方式】
[0017]本公开的实施例总体上提供一种等离子体源，所述等离子体源能够在等离子体源的等离子体生成区域内生成均匀的等离子体，并且创建在其中处理基板的较大的处理窗口，而不显著地增加处理或硬件成本。
[0018]图1A是根据一个实施例的、耦接至工艺腔室50的等离子体源100的等角视图。等离子体源100可用于将含有自由基和/或离子的等离子体供应至工艺腔室50。工艺腔室50可包括包围处理区域58(图1B)的腔室盖55和腔室主体56，在处理期间，基板驻留在所述处理区域58中。等离子体源100包括耦接至等离子体块150的圆顶部分104。可在等离子体块150中产生供应至工艺腔室50的等离子体。用于形成等离子体的气体可通过进气口 106而被供应至等离子体块150的环形等离子体生成容积158(图1B)。诸如侧盖121、122之类的侧盖可包围等离子体块150的环形等离子体生成容积158。在一些实施例中，侧盖121、122还充当冷却板，所述冷却板用于调节等离子体源100中的部件中的一个或多个部件的温度。
[0019]等离子体源100使用开放环路配置来产生感性耦合的等离子体。开放环路配置包括磁性可渗透核芯元件130，所述磁性可渗透核芯元件延伸穿过等离子体块150中的开口150A。核芯元件130可具有圆柱状或棒状形状。虽然在此将核芯元件1130描述为圆柱状，但是构想了核芯元件1130的横截面形状可以是非圆形或非圆柱形的，诸如，正方形、六边形、矩形，或规则或不规则的任何其他所需的形状。可在等离子体块150的任一侧上围绕核芯元件130来卷绕线圈140A、140B以在X轴方向上延伸。当诸如RF功率之类的功率被供应至线圈140A、140B时，线圈140A、140B生成磁场。图1A示出连接至RF电源142的线圈140A、140。在一些实施例中，线圈140A、140B可通过一个或多个接线盒而电连接，所述接线盒诸如，在等离子体块150前方所示的接线盒145。如图1A中所示，核芯元件130在X轴方向上沿着第一轴135纵向地(lengthwise)延伸。因此，当磁场通过等离子体块150时，线圈140A、140B可生成基本上与X轴方向对准的磁场。当线圈140A、140B被激励时，核芯元件130在从X轴方向上从核芯元件130的一端至相对端的、围绕核芯元件130延伸的磁场中被磁化，从而使通过核芯元件130的磁场和环形等离子体生成容积158在X轴方向上基本上被对准。这些磁场与等离子体块150内部的气体相互作用以生成等离子体。等离子体块150包括环形等离子体生成容积158(见图1B)，当线圈140A、140B被激励时，在所述环形等离子体生成容积中产生等离子体。
[0020]—方面，核芯元件130包括高磁导率高-μ)的杆或管(例如，铁氧体杆)，取决于耦接结构，核芯元件130可以是其他磁性材料。形成核芯元件130的磁性材料将通常具有以下特性:I)在高外加频率下的低磁芯损耗密度;2)具有高居里温度；以及3)具有高体电阻率。通常，核芯元件130可由可用于提供一路径的任何材料形成，通过RF电流流过一个或多个线圈(例如，线圈140A、140B)的RF电流而产生的场(例如，磁场)将优先地流过所述路径。在一个实施例中，核芯元件130包括含铁氧体元件。虽然本文中使用术语“铁氧体元件”和“铁氧体材料”，但是这些术语不旨在对于本公开的范围是限制性的。同时，在一个实施例中，核芯元件130包含围绕中心轴对准的一束较小直径的圆柱体或杆，所述中心轴诸如，与图1A中所示的X轴一致的第一轴135。
[0021]为了避免在如上文所讨论的常规的环形或RPS设计中发现的材料相容性问题，等离子体块150(以及下文所述的等离子体块250)优先地由将不与在环形等离子体生成容积158中形成的气体自由基或离子且不与反应性工艺气体反应的材料形成。通常，等离子体块150以关于核芯元件130对称的形状来形成，并且此等离子体块150包含一材料，所述材料将不明显地受等离子体化学品攻击，并且具有高热导率以将由等离子体生成的热传递至热交换装置。在一个实施例中，等离子体块150包含被形成为指定的对称形状的高热导率电介质材料。包含固体电介质材料的等离子体块150相比常规设计具有许多优点，因为这种类型的等离子体块避免了通常在常规的RPS设计中发现的涂覆缺陷和可能的损害问题。在一些实施例中，等离子体块150由氧化铝(A1203)、氮化铝(A1N)、氧化铍(BeO)、氮化硼(BN)、石英，或其他类似的材料制成。在一个实施例中，等离子体块150由约2英寸厚(S卩，图1A中的X轴方向)的氮化铝材料制成。
[0022]图1B是图1A的等离子体源100的剖视图，此图是通过沿穿过核芯元件130的第一轴135的X-Y平面(参见图1A)切开等离子体源100而形成的。
[0023]如图所示，等离子体块150包括在所述等离子体块150中形成的环形等离子体生成容积158。环形等离子体生成容积158通常围绕核芯元件130而形成。环形等离子体生成容积158可具有在下文中更详细地描述的各种形状的横截面。在一些实施例中，环形等离子体生成容积158具有基本上环形的形状，其中环形等离子体生成容积的给定的横截面360°围绕核芯元件130基本上相同。
[0024]核芯元件130沿第一轴135，从第一端131延伸至第二端132。第一轴135可以是核芯元件130的中心轴。此外，环形等离子体生成容积158可围绕第一轴135对称地设置。例如，环形等离子体生成容积158可具有与第一轴135共线的中心轴。
[0025]线圈140A、140B可围绕核芯元件130的相应的多个第一部分133而设置。核芯元件130通常穿过等尚子体块150中接近等尚子体块150的内壁155的部分而设置。核芯兀件130进一步包括在第一轴135上的第一点137。第一点137可对应于一中心点，等离子体块150和/或环形等离子体生成容积158围绕所述中心点而设置。此外，第一点137可对应于核芯元件130的中心。
[0026]等离子体块150包括一个或多个内壁155。所述一个或多个内壁155可至少部分地包围并界定环形等离子体生成容积158。也就是说，环形等离子体生成容积158可主要地由内壁155围绕，但是等离子体块150将通常包括分别用于接收气体以及用于将等离子体供应至工艺腔室50的开口 158A和158B。环形等离子体生成容积158围绕核芯元件130的第二部分134而设置。
[0027]在一些配置中，环形等离子体生成容积158包括第一区域160，所述第一区域160关于在第一点137处垂直于第一轴135的多个垂直轴136对称。这些垂直轴136 360°地围绕第一点137而设置。如果剖视图通过取下经过第一点137的Y-Z平面而获得，则所述多个垂直轴136将全部是可见的。在图1B的X-Y平面中，仅显示两个垂直轴136(即，从第一轴135向上延伸的一个垂直轴以及从第一轴135向下延伸的一个垂直轴)。环形等离子体生成区域158的第一区域160是最接近核芯元件130的区域。在一些实施例中，第一区域160围绕核芯元件130，并且因此360度地围绕轴135延伸。在其他实施例中，第一区域160围绕核芯元件的大部分(诸如，核芯元件130的至少75%，诸如，至少90%)而设置。环形等离子体生成容积158进一步包括第二区域170，所述第二区域170相比第一区域160距核芯元件130更远。第二区域170关于所述多个垂直轴136可以对称或可以不对称。在一些实施例中，第一区域160和第二区域170形成大体上所有的环形等离子体生成容积158，诸如，环形等离子体生成容积158的至少90 %。
[0028]参见图1B，在一些实施例中，工艺腔室50包括挡板60(或喷淋头)，所述喷淋头配置成分配通过等离子体源100的开口 158B而接收的工艺气体的流。挡板60可包含多个端口 61，所述多个端口 61配置成均匀地将工艺气体的流分配至基板(未示出)的表面，所述基板设置在工艺腔室50的处理区域58中的挡板60下方。然而，已经发现，在环形等离子体生成容积158中形成的等离子体的分配影响通过挡板60被提供至处理区域58的自由基和/或等离子体的分配。换句话说，已经发现，环形等离子体生成容积158中的等离子体分配影响通过挡板60的不同区域的等离子体或自由基浓度(例如，工艺气体的X-Z平面分配均匀性)。因此，在一些实施例中，需要一种能够在等离子体源的等离子体生成区域内生成等离子体的等离子体源，所述等离子体源的等离子体生成区域能够更好地将工艺气体的更均匀的分配提供至设置在处理区域58中的基板的表面。
[0029]图1C是来自图1B的视图的、在核心元件130上方的核芯元件130的第二部分以及环形等离子体生成容积158的近视图。第一区域160具有在平行于第一轴135的方向W上的宽度以及在垂直于第一轴135垂直的方向D上的深度。第一区域160进一步包括中心点155C，所述中心点位于垂直轴136中的一个垂直轴与内壁155的交叉点处。中心点155C距第一轴135上的第一点137第一深度160D1。在环形等离子体生成容积158的给定横截面中，中心点155C是距第一轴135的最近的点。随着距第一轴135上的第一点137的深度增加，第一区域160的宽度从中心点155C处的宽度开始增加。因此，在此实施例中的第一区域160的宽度在中心点155C处最窄，并且例如在第二深度160D2(即，在第一区域160与第二区域170之间的边界)处最宽。第一宽度160W1在沿内壁155中的一个或多个内壁的相对的点处的第一位置155i与第二位置1552之间延伸。在实施例(诸如，图1C中所示的实施例)中，第一区域160可由内壁155和边界线162来界定，所述内壁具有曲面156且最接近核芯元件130，所述边界线162设置在内壁155中的一个或多个内壁上的第一位置155i与第二位置1552之间。边界线162是指假想线，并且不表示环形等离子体生成容积158的任何实体部分。在一些实施例中，边界线162是第一区域160与第二区域170之间的分界边界。在一些实施例中，曲面156包含比曲面156上的其他点中的任何点更接近第一轴135上的第一点137的至少一个点(诸如，中心点155C)，所述其他点中的任何点是当使用包含第一轴135的切割平面(例如，图1B中所示的X-Y平面或图1C中所示的W-D平面)来观察曲面156时形成的。
[0030]如上文所讨论，当激励线圈140A、140B时，核芯元件130生成在图1C中示出为宽度方向W的X轴方向上基本上对准的磁场。由经磁化核芯元件130生成的磁场具有随着距核芯元件130的外表面的距离增加(S卩，+D轴方向)而减小的强度。因此，在最接近核芯元件130的第一区域160的部分中发现通过环形等离子体生成容积158的磁场的最强磁场强度。较强的磁场可在环形等离子体生成容积158中生成比具有较弱的磁场的区域更高等离子体密度。因此，在第一区域160中最接近核芯元件130的部分中产生环形等离子体生成容积158中的密度最高的等离子体。如图1C中所示，第一区域160中最接近核芯元件130的部分关于垂直轴136居中，并且第一区域中在+W轴方向和—W方向上距垂直轴136更远的部分距核芯元件130更远。参见图1B，在等离子体块150的上部中的等离子体P被示出为在宽度方向W上居中以给出对在宽度方向W上居中的等离子体的更清晰的理解。
[0031]具有其中在W轴方向上的中心区域不是最接近核芯元件的横截面的环形等离子体生成容积158将生成在W轴方向上不是空间上均匀的等离子体。例如，具有矩形或圆角矩形横截面的环形等离子体生成容积呈现出产生空间上均匀的等离子体的问题。不受任何特定理论的约束，人们认为，通过基本上矩形横截面的磁场可围绕基本上矩形横截面的角落而产生密度更高的等离子体区域，同时在W轴方向上，在基本上矩形横截面的中心产生密度较低的等离子体。当等离子体在等离子体生成容积中不具有在W轴方向上(例如，跨第一宽度160W1)居中的密度分布时，将空间上均匀的等离子体供应至工艺腔室是困难的。
[0032]例如，图4示出等离子体块450，所述等离子体块450具有包围等离子体生成容积458的内壁455，所述等离子体生成容积458具有矩形横截面。如图4中所示，由于来自在等离子体生成容积458的一些角落中的热场、电磁场等的任何形式的非对称性，等离子体P在具有矩形横截面的所述等离子体生成容积458的角落中的一些角落中以较高的密度形成。人们相信，热场强度的或电磁场强度的不对称性(诸如，磁场线“B”的不对称性)将在等离子体的点火和维持期间使等离子体封闭至角落中的任一角落。由于这是开放环路类型的等离子体源设计，因此使电磁场遍及整个等离子体块恒定具有挑战性，这会导致等离子体块450中的等离子体偏斜。换句话说，所生成的磁场线“B”的显著部分将趋向于收缩并通过在等离子体块450的下部之内的开口 150A(见图1A和图1C)和角落，而不是直接地通过等离子体块450或围绕等离子体块450的外部而通过。使等离子体在等离子体生成容积458的外部角落中具有较高密度的区域导致通过出口(例如，开口 158B(图1B))而提供至工艺腔室的等离子体或自由基浓度被类似地偏斜(例如，外边缘)，这妨碍了对基板的均匀和一致处理。
[0033]在诸如图1C的实施例之类的一些实施例中，第二区域170可具有平行于第一轴135的第二宽度170W，其中第二宽度170W在垂直于第一轴135的方向(S卩，深度方向D)上基本上恒定。在其他实施例中，诸如在参考图2所述的实施例中，第二区域可具有在深度方向D上变化的宽度。
[0034]第一宽度160W1平行于第一轴135。第一宽度160W1可以是第一区域160的最宽的宽度。第一宽度160W1也可在第一区域160的外边界的位置处。第一宽度160W1在D轴方向上位于距第一点137第二深度160D2处。在诸如图1C中所示的实施例之类的一些实施例中，随着第一区域160的宽度W从中心点155C开始增加，在W-D轴平面的中的表面156的切线将具有变化的斜率，诸如，随着第一区域160的深度在D轴方向上从第一轴135开始增加的不断变化的斜率(B卩，曲面)。第一区域160的深度是第三深度160D3，此第三深度160D3横跨第二深度160D2与第一深度160D1之间的距离。在一些实施例中，第一宽度160W1比第三深度160D3大至少三倍。在其他实施例中，第一宽度160W1比第三深度160D3大至少五倍。在一些实施例中，第一区域160具有环形等离子体生成容积158的至少三分之一的容积。虽然在图1至图3的环形等离子体生成区域(例如，环形等离子体生成区域158)中示出尖锐的角落，但是可以具有圆角半径或倒角以避免任何高应力集中。
[0035]第一区域160的深度也可被描述为第一区域深度(与第三深度160D3相同)，所述第一区域深度是沿垂直轴136中的一个轴的曲面156上的中心点155C到边界线162之间的距离。在一些实施例中，第一宽度160W1可以至少是第一区域深度的三倍。在其他实施例中，第一宽度160W1可以至少是第一区域深度的五倍。
[0036]使第一区域160(即，环形等离子体生成容积中至核芯元件最近的区域，其中第一区域具有随着距核芯元件的距离增加而增加的宽度)的宽度(W轴方向)基本上比第一区域160的深度(D轴方向)长防止在环形等离子体生成容积158中产生的等离子体被约束到环形等离子体生成容积158的过于狭窄的部分。如上文所讨论，由核芯元件130生成的磁场的强度随着距核芯元件130的距离增加而减少。因此，当与具有第一区域(此第一区域具有一宽度，此宽度具有比此第一区域的深度更短或与此深度相等的长度)(即，环形等离子体生成容积中至核芯元件的最接近的区域，其中第一区域具有随着距核芯元件的距离增加而增加的宽度)的横截面相比时，使环形等离子体生成容积具有最接近的区域(例如，第一区域160)具有大于此最接近的区域的深度(例如，图1C的第三深度160D)更大的深度(例如，图1C的第一深度160W1)的横截面允许更大容积以及更居中容积的气体与最接近核芯元件130的更强的磁场相互作用。当横截面的宽度小于或等于横截面的深度时，等离子体生成工艺变得低效，并且过多的等离子体被约束至最接近核芯元件130的狭窄的区域。因此，人们相信，具有基本上圆形截面(B卩，其中宽度基本上等于深度的截面)的环形等离子体生成容积产生约束至环形等离子体生成容积的过于狭窄的区域的等离子体。
[0037]图2是设置在核芯元件130的第二部分134上方的、等离子体块250中的环形等离子体生成容积258的替代实施例的近视图。环形等离子体生成容积258通常围绕核芯元件130而形成。在一些实施例中，环形等离子体生成容积258可以围绕核芯元件130，并且因此360度地围绕轴135延伸。等离子体块250包括内壁255。垂直轴136中的一个垂直轴(S卩，在X-Y平面中从第一轴135向上延伸的垂直轴136)(此轴在第一点137处垂直于第一轴135)可与最接近第一轴135的内壁255的中心点255C相交。如果观察到通过第一轴135的第一点137的Y-Z平面(即，将显示环形等离子体生成容积258的完整的环的平面)，则每一个垂直轴136将与内壁255上的中心点(诸如，点255C)相交，所述中心点比不沿垂直轴136定位的内壁255上的点更接近第一轴135上的第一点137。
[0038]环形等离子体生成容积258包括第一区域260和第二区域270。环形等离子体生成容积258的第一区域260是最接近核芯元件130的区域。第二区域270距核芯元件130比第一区域260距核芯元件130更远。第一区域260关于在第一点137处垂直于第一轴135的多个垂直轴136对称。在W-D平面中的第二区域270的横截面也可关于垂直轴136对称。第一区域260具有在平行于第一轴135的方向W上的宽度以及在垂直于第一轴135的方向D上的深度。第一区域260的宽度随着D轴方向(S卩，沿垂直轴136中的一个垂直轴，从第一轴135上的第一点137开始的方向)的深度增加而增加。第一区域260的宽度可随着距第一轴135上的第一点137的深度增加而以恒定的斜率增加。在诸如图2所示的实施例之类的一些实施例中，第二区域270可以是第一区域260的镜象。第一区域260在边界线262处与第二区域接界。边界线262是指假想线，并且不表示环形等离子体生成容积258的任何实体部分。边界线262可跨等离子体生成容积258，从一个内壁255上的第一点255工延伸至另一内壁255上的第二点2552。边界线262可在第一区域260和第二区域270的最宽的宽度的位置处。第二区域270的宽度可随着距第一轴135上的第一点137的深度增加而以恒定的斜率减小。
[0039]最接近核芯元件130的内壁256可平行于核芯元件130。壁256在W轴方向上的长度应当基本上比第一区域260的宽度(S卩，第一点255工与第二点2552之间的距离)短以防止在第一区域中生成的等离子体在宽度方向W上偏斜。在上文中参考图4讨论了关于等离子体在宽度方向上可能如何变得偏斜的进一步的细节。在其他实施例中，两个内壁可在沿垂直轴136的多个点处交汇，使得第一区域的宽度在第一区域中最接近核芯元件130的部分中接近零。使第一区域的宽度在第一区域中最接近核芯元件130的部分中接近零可有助于确保在第一区域中生成的等离子体在宽度方向W上是居中的且均匀地分布。
[0040]上文所讨论的环形等离子体生成容积158、258示出可改善通过端口而供应至工艺腔室的等离子体的空间均匀性，所述端口诸如，图1B中所示的开口 158B。每一个环形等离子体生成容积158、258都具有最接近核芯元件的第一区域，其中所述第一区域具有随着距核芯元件的距离增加而增加的宽度。使宽度随着距核芯元件的距离增加而增加允许在第一区域中生成的等离子体在环形等离子体生成区域中居中(即，沿与核芯元件的轴垂直的轴中的一个轴居中)。此外，每一个环形等离子体生成容积158、258具有带有比深度更长(S卩，幅度更大)的宽度(诸如，至少与第一区域的深度的三倍一样长)，这允许环形等离子体生成容积中的大且宽阔体积的气体与来自核芯元件的最强的磁场相互作用以产生等离子体。还构想了其他环形等离子体生成容积。例如，如上文所讨论，环形等离子体生成容积可包括第一区域，所述第一区域包括横截面形状，在此横截面形状中，两个基本上平直的内壁在相交于从中心点(诸如，核芯元件130的第一轴135上的第一点137)延伸的垂直轴的点处交汇。此夕卜，上文讨论的实施例的各种特征可与上文讨论的其他特征组合或与上文所讨论的其他特征重新排列。例如，具有带有曲面(诸如，曲面156)的第一区域的实施例可具有第二区域，此第二区域基本上是第一区域的镜象，类似于图2中所示的实施例的第一和第二区域是镜像。同样，一些实施例可具有第一区域，所述第一区域包括弯曲的内壁以及平直的内壁。
[0041 ] 双重式等尚子体块设计
[0042]图3是根据另一实施例的等离子体源300的剖视图。等离子体源300包括两个等离子体块35(h、3502。等离子体块35(h、3502耦接至工艺腔室70，所述工艺腔室70可与上文所讨论的工艺腔室50类似或相同。如图所示，每一个等离子体块35(h、3502都包括形成在所述等离子体块中的环形等离子体生成容积358^3582。在一些实施例中，等离子体块35(h、3502可定位成在X轴方向上彼此邻接。在其他实施例中，可在等离子体块35(h、3502之间包括空间。与核芯元件130类似的磁性可渗透核芯元件330可延伸穿过等离子体块35(h、3502。核芯元件330在X轴方向上，沿一轴335，从第一端331延伸至第二端332。线圈340A、340B可在等离子体块35(h、3502的任一侧上卷绕核芯元件330以在X轴方向上延伸。如果在等离子体块350!、3502之间包括空间，则另一线圈340C(未示出)可在等离子体块35(h、3502之间卷绕核芯元件330。
[0043]当处理诸如半导体基板之类的基板时，能以不同的方式来使用等离子体源300以改善一致性和均匀性。通过将等离子体块350^3502中的一个等离子体块专用于特定的功能实现了等离子体源300可提供的一个益处。例如，等离子体块35(h可专用于在沉积步骤期间使用，并且等离子体块3502可专用于在清洁步骤期间使用。将等离子体块3502专用于在清洁步骤期间使用防止诸如氟气之类的刺激性材料进入等离子体块35(h的环形等离子体生成容积358i。刺激性清洁材料(诸如，氟气)可能开始从环形等离子体生成容积(诸如，环形等离子体生成容积3580的内壁腐蚀掉材料。此腐蚀可能改变在环形等离子体生成容积SSS1R产生的等离子体的特性，从而尽管保持其他输入恒定，但是还在工艺(诸如，沉积)期间导致不一致的和非均匀的结果。
[0044]来自等离子体源300另一益处在等离子体块35(h、3502的同时使用期间发生。由于等离子体源300仅包括一个核芯元件330，因此仅存在产生磁场的一组线圈和一个磁性可渗透对象(即，核芯元件330)，所述磁场在等离子体块350^3502中生成等离子体。使用两个或更多个等离子体块的先前的设计包括各自都具有单独组的线圈的两个或更多个核芯元件。因此，这些先前的设计对于每一个等离子体块都包括单独的等离子体源。在这些先前的设计中，由一个等离子体源生成的磁场将开始影响在其他等离子体源中生成的等离子体。例如，在这些先前的设计中，对于可同时处理两个基板的工艺腔室，等离子体源可专用于工艺腔室的相对的侧，使得每一个等离子体源代码可为工艺腔室中的特定的基板提供等离子体。然而，此先前的设计不可避免地导致每一个等离子体源影响在两个基板上执行的工艺，从而在两个等离子体源之间产生干扰，并且妨碍对在基板上执行的工艺的控制。相反，在等离子体源300中，仅具有一个核芯元件330，此核芯元件330具有用于两个等离子体块350、350的一组线圈340A、340B的一个核芯元件330这消除了干扰情况的可能性。
[0045]虽然上述内容是针对本公开的实施例，但是可设计本公开的其他和进一步的实施例而不背离本公开的基本范围，并且本公开的范围由所附权利要求书来确定。
【主权项】
1.一种耦接至工艺腔室的等离子体源，所述等离子体源包含: 核芯元件，沿第一轴从第一端延伸至第二端； 一个或多个线圈，围绕所述核芯元件的相应的一个或多个第一部分而设置；以及 等离子体块，具有一个或多个内壁，所述一个或多个内壁至少部分地包围环形等离子体生成容积，所述环形等离子体生成容积围绕所述核芯元件的第二部分而设置，所述环形等离子体生成容积包含: 第一区域，所述第一区域关于多个垂直轴对称，所述多个垂直轴在沿所述第一轴而定位的第一点处垂直于所述第一轴，所述第一区域具有: 在平行于所述第一轴的方向上的宽度以及在垂直于所述第一轴的方向上的深度，其中所述第一区域的所述宽度随着距定位在所述第一轴上的所述第一点的所述深度增加而增加； 中心点，位于所述垂直轴中的一个垂直轴与内壁的交叉点处，其中所述中心点距定位在所述第一轴上的所述第一点第一深度； 在所述内壁中的一个或多个内壁上的第一位置与第二位置之间的第一宽度，其中所述第一宽度平行于所述第一轴，并且所述第一宽度距定位在所述第一轴上的所述第一点第二深度；以及 横跨所述第二深度与所述第一深度之间的距离的第三深度，其中所述第一宽度至少比所述第三深度大三倍。2.如权利要求1所述的耦接至工艺腔室的等离子体源，其特征在于，所述第一宽度至少比所述第三深度大五倍。3.如权利要求1所述的耦接至工艺腔室的等离子体源，其特征在于，所述第一区域的所述宽度随着所述第一区域的所述深度增加而以恒定的斜率增加。4.如权利要求3所述的耦接至工艺腔室的等离子体源，其特征在于，所述环形等离子体生成容积进一步包含第二区域，所述第二区域距所述核芯元件比所述第一区域距所述核芯元件更远。5.如权利要求4所述的耦接至工艺腔室的等离子体源，其特征在于，所述第一区域和所述第二区域形成基本上所有的环形等离子体生成容积。6.如权利要求5所述的耦接至工艺腔室的等离子体源，其特征在于，所述第二区域是所述第一区域的镜象。7.如权利要求1所述的耦接至工艺腔室的等离子体源，其特征在于，所述第一区域的所述宽度随着所述第一区域的所述深度增加而以不断变化的斜率增加。8.如权利要求1所述的耦接至工艺腔室的等离子体源，其特征在于，所述第一区域由所述内壁中的一个内壁上的曲面以及在所述内壁中的一个或多个内壁上的所述第一位置与所述第二位置之间的边界线来界定。9.如权利要求1所述的耦接至工艺腔室的等离子体源，其特征在于，所述环形等离子体生成容积围绕与所述第一轴共线的中心轴而设置。10.如权利要求1所述的耦接至工艺腔室的等离子体源，其特征在于，所述第一区域围绕所述核芯元件。11.如权利要求10所述的耦接至工艺腔室的等离子体源，其特征在于，所述第一区域包含所述环形等离子体生成容积的至少三分之一的容积。12.如权利要求1所述的耦接至工艺腔室的等离子体源，其特征在于，所述环形等离子体生成容积进一步包含第二区域，所述第二区域距所述核芯元件比所述第一区域距所述核芯元件更远，并且平行于所述第一轴的所述第二区域的第二宽度在垂直于所述第一轴的方向上基本上恒定。13.—种耦接至工艺腔室的等离子体源，所述等离子体源包含: 核芯元件，沿第一轴从第一端延伸至第二端； 一个或多个线圈，围绕所述核芯元件的相应的一个或多个第一部分而设置；以及等离子体块，具有一个或多个内壁，所述一个或多个内壁至少部分地包围环形等离子体生成容积，所述环形等离子体生成容积围绕所述核芯元件的第二部分而设置，所述环形等离子体生成容积包含: 第一区域，所述第一区域关于多个垂直轴对称，所述多个垂直轴在沿所述第一轴而定位的第一点处垂直于所述第一轴，所述第一区域具有在平行于所述第一轴的方向上的宽度以及在垂直于所述第一轴的方向上的深度，其中: 所述第一区域由曲面和边界线界定，所述曲面从所述内壁中的一个内壁上的第一位置延伸至第二位置，并且所述边界线具有在所述第一位置与所述第二位置之间、平行于所述第一轴而延伸的第一宽度； 所述曲面上沿所述垂直轴中的一个垂直轴而定位的点比所述曲面上位于除了沿所述垂直轴中的一个垂直轴以外的位置处的点更接近第一轴上的所述第一点； 沿所述垂直轴中的一个垂直轴的所述曲面上的中心点至所述边界线之间的距离是第一区域深度，其中所述第一宽度至少是所述第一区域深度的三倍;以及 第二区域，所述第二区域距所述第一轴比所述第一区域距所述第一轴更远。14.如权利要求13所述的耦接至工艺腔室的等离子体源，其特征在于，所述第一宽度至少比所述第一区域深度大五倍。15.如权利要求14所述的耦接至工艺腔室的等离子体源，其特征在于，所述第二区域与所述第一区域接界。16.如权利要求13所述的耦接至工艺腔室的等离子体源，其特征在于，所述第一区域围绕所述核芯元件。17.如权利要求16所述的耦接至工艺腔室的等离子体源，其特征在于，所述第一区域包含所述环形等离子体生成容积的至少三分之一的容积。18.如权利要求17所述的耦接至工艺腔室的等离子体源，其特征在于，所述环形等离子体生成容积围绕与所述第一轴共线的中心轴而设置。19.如权利要求13所述的耦接至工艺腔室的等离子体源，其特征在于，所述核芯元件具有圆柱形状。20.一种耦接至工艺腔室的等离子体源，所述等离子体源包含: 核芯元件，沿第一轴从第一端延伸至第二端； 一个或多个线圈，围绕所述核芯元件的相应的一个或多个第一部分而设置；以及等离子体块，具有一个或多个内壁，所述一个或多个内壁至少部分地包围环形等离子体生成容积，所述环形等离子体生成容积围绕所述核芯元件的第二部分而设置，所述环形等离子体生成容积包含: 第一区域，围绕所述核芯元件，所述第一区域关于多个垂直轴对称，所述多个垂直轴在沿所述第一轴而定位的第一点处垂直于所述第一轴，其中: 第一区域由曲面和边界线界定，所述曲面从所述内壁中的一个内壁上的第一位置延伸至第二位置，并且所述边界线具有在所述第一位置与所述第二位置之间、平行于所述第一轴而延伸的第一宽度； 所述曲面上沿所述垂直轴中的一个垂直轴而定位的点比所述曲面上位于除了沿所述垂直轴中的一个垂直轴以外的位置处的点更接近第一轴上的所述第一点； 沿所述垂直轴中的一个垂直轴的所述曲面上的中心点至所述边界线之间的距离是第一区域深度，其中所述第一宽度至少是所述第一区域深度的三倍;以及 第二区域，所述第二区域距所述第一轴比所述第一区域距所述第一轴更远，其中所述第一区域和所述第二区域形成基本上所有的环形等离子体生成容积。
【文档编号】H01J37/32GK205657041SQ201620190681
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2016年3月11日 公开号201620190681.7, CN 201620190681, CN 205657041 U, CN 205657041U, CN-U-205657041, CN201620190681, CN201620190681.7, CN205657041 U, CN205657041U
【发明人】A·A·哈贾, M·阿优伯, R·博卡, J·D·平森二世, J·C·罗查-阿尔瓦瑞斯
【申请人】应用材料公司