专利名称：用于产生均匀等离子体的自适应等离子体源的制作方法
技术领域：
本发明涉及等离子体半导体加工，尤其涉及一种用于在等离子体反应室内产生等离子体的自适应等离子体源。
背景技术：
在过去的20年期间，用于制造超大规模集成(ULSI)电路器件的技术取得显著的发展。归功于使用切割边(cut-edge)技术的半导体制造设备部件。等离子体反应室，所述半导体制造设备部件之一，被用于沉淀过程及蚀刻过程，其应用已越来越广泛。
等离子体在等离子体反应室内被形成，并且被用于蚀刻过程、沉积过程等等。根据等离子体源，等离子体反应室被分为各种类型电子回旋共振(ECR)等离子体源、螺旋波激发式等离子体(HWEP)源、电容耦合式等离子体(CCP)源和感应耦合式等离子体(ICP)源。在ICP源的情况中，使用供给感应线圈的射频(RF)功率产生磁场。此后，因由磁场感应的电场，电子在所述室的内部中心被俘获，从而甚至在低压下也能产生高密度的等离子体。与ECR等离子体源或HWEP源相比较，所述ICP源结构简单，并且可容易地获得大面积的等离子体。因此，所述ICP源被广泛地使用。
在使用ICP源的等离子体室中，大RF电流流过谐振电路的感应器的线圈。所述RF电流对在所述室内产生的等离子体的分布具有较大影响。众所周知的是，感应器的线圈具有固有电阻。因此，当电流沿所述线圈流动时，能量因固有电阻被消耗且变为热。结果，在所述线圈中流动的电流量逐渐减少。如此，如果电流量变得不均匀，则在所述室内产生的等离子体的分布也变得不均匀。
图1为说明在等离子体室内等离子体密度(ni)分布和临界尺寸(CD)的变化分布的曲线。此后，所述变化将被称为ΔCD。在本说明书中，通过在加工之前的期望CD和在加工之后作为结果的CD之间的差定义ΔCD。
参考图1，曲线12表示等离子体密度(ni)。所述等离子体密度(ni)在晶片的中心处为最高，且向着所述晶片的边缘部分减小。曲线14表示ΔCD。由于等离子体密度ni的不均匀，ΔCD从所述晶片的中心向其边缘部分减小。
迄今，由于等离子体的不均匀而产生的问题已在制造过程中得到解决。然而，由于诸如光刻(lithography)工艺的局限性等各种因素，在解决这些问题中存在局限性。
图1为说明在等离子体室内等离子体密度分布和ΔCD的变化分布的曲线；图2为使用依据本发明实施例的自适应等离子体源的等离子体反应室的横截面图；图3为图2中所示的自适应等离子体源的平面图；图4A和4B为用于解释依据本发明的另一实施例的自适应等离子体源的视图；图5A和5B为用于解释依据本发明的又一实施例的自适应等离子体源的视图；图6为用于解释依据本发明的又一实施例的自适应等离子体源的视图；图7为用于解释依据本发明的又一实施例的自适应等离子体源的视图；图8为图8中所示的自适应等离子体源中的感应部件的等效电路图；以及图9A和9B为用于说明依据本发明的又一实施例的具有角形形状的自适应等离子体源的视图。
本发明的详细描述本发明的技术目标本发明提供一种自适应等离子体源，所述自适应等离子体源在等离子体反应室内形成均匀的等离子体。
发明内容
依据本发明的一个方面，提供一种自适应等离子体源，其被布置在反应室的上部，所述反应室具有反应空间以形成等离子体，并且，所述反应室被从外部RF功率源供给RF(射频)功率以在反应空间内形成电场。所述自适应等离子体源包括导电衬套，其被连接至所述RF功率源且被布置在所述反应室的上部中间部位；以及从所述衬套分支出来的至少两个单元线圈，所述单元线圈以螺旋形状围绕所述衬套且具有等于a×(b/m)的多圈，其中a和b为正整数，m为所述单元线圈的个数。
所述衬套可具有预定直径的圆形形状，所述各单元线圈可从衬套边缘处的互相对称的位置处分支出来。
所述衬套可具有多边形形状，以及单元线圈可具有与所述衬套相同的多边形形状且螺旋围绕所述衬套。
在这种情况中，衬套和单元线圈可具有矩形形状。可选择地，衬套和单元线圈可具有六边形形状。
衬套可与布设置在反应室上部的单元线圈布置在同一平面上。
衬套可被布置在第二平面上，所述第二平面高于第一平面，布置在反应室上部的单元线圈位于所述第一平面上。
在这种情况中，单元线圈可从布置在所述第二平面上的衬套分支出来，并且延伸至第一平面，然后以螺旋形状被布置在第一平面上。
依据本发明的另一方面，提供一种自适应等离子体源，所述自适应等离子体源被布置在反应室的上部，所述反应室具有反应空间以形成等离子体，并且所述反应室被从外部RF功率源供给RF(射频)功率以在反应空间内部形成电场，所述自适应等离子体源包括第一导电衬套，其在位于反应室上部的第一平面上被布置在所述反应室的上部中间部位；至少两个从第一平面上的第一衬套分支出来的第一单元线圈，所述第一单元线圈以螺旋形状围绕第一衬套且具有等于a×(b/m1)的圈数，其中a和b为正整数，m1为所述第一单元线圈的个数；第二导电衬套，其对应于所述第一衬套被布置在第二平面上，所述第二平面高于所述第一平面，所述第二导电衬套被弹性连接至所述第一衬套；以及至少两个从第二平面上的第二衬套分支出来的第二单元线圈，所述第二单元线圈以螺旋形状围绕第二衬套且具有等于a×(b/m2)的圈数，其中a和b为正整数，m2为所述第二单元线圈的个数。
第一衬套可具有等于或宽于第二衬套的横截面。
所述自适应等离子体源进一步包括至少一个第三衬套，其在第一平面和第二平面之间的至少一个平面上被连接至第一和第二衬套；以及至少一个第三单元线圈，其从第三衬套分支出来且以与第一单元线圈和第二单元线圈相同的方式被布置。
发明的效果依据本发明的自适应等离子体源，基于预定规则以螺旋形状将单元线圈布置在衬套周围，使得线圈布置可在任意位置是对称的。因此，可以获得均匀的等离子体密度。另外，由于衬套被布置在中心位置，所以在具有较强等离子体密度的中心部分处等离子体密度减少，从而使等离子体密度整体上被均匀分布。另外，衬套和单元线圈被布置在上和下部，从而通过控制单元线圈的数量及圈数可以精细地调整总阻抗。
具体实施例方式
图2为使用依据本发明实施例的自适应等离子体源的等离子体反应室的横截面图，图3为图2中所示的自适应等离子体源的平面图。
参考图2，等离子体反应室200包括预定容积的内部空间204，其由室外壁202限定。被处理的物体，例如半导体晶片206被放置在等离子体反应室200的内部空间204的下部。半导体晶片206被放置在基座208上，所述基座208被安装在所述等离子体反应室200的下部。支撑部件208被耦合至RF功率源210，从所述等离子体反应室200的外部提供所述RF功率源210。圆顶212被放置在所述等离子体反应室200的上部。等离子体214被形成在所述圆顶212和半导体晶片206之间的空间中。
用于等离子体214的自适应等离子体源300被设置在圆顶212上方，且与圆顶212隔开预定距离。所述自适应等离子体源300包括衬套310和多个单元线圈321，所述衬套310被设置在所述单元线圈321的中央。所述衬套310被连接至RF功率源216。RF功率被从RF功率源216供给单元线圈321、322和323，单元线圈321、322和323产生电场。所述电场通过圆顶212被感应至内部空间204。感应至内部空间204的电场产生所述内部空间204的放电气体，从而制造等离子体214。在所述等离子体214被制造时产生的中性游离粒子(Neutral radical particle)和带电离子互相发生化学反应。
参考图3，在等离子体反应室200的内部空间204中产生等离子体214的自适应等离子体源300具有这样一种结构，其在于多个单元线圈321、322和323从位于中心的衬套310分出来，螺旋围绕衬套310。尽管所述衬套310具有圆形形状，但它也可有其他形状。例如，所述衬套310可具有多边形形状，诸如三角形、或圆形或多边环形。相应于等离子体反应室的中心放置所述衬套310。因此，在所述等离子体反应室的中心处的等离子体密度可以被减少。
在所述单元线圈321、322和323和所述衬套310被连接在一起处的分支出来点a、b和c彼此是互相对称的。因为单元线圈321、322和323必须通过衬套310从RF功率源216供给RF功率216，所以衬套310部分或全部由导电材料制造。尽管图3示出单元线圈的数量和各个单元线圈的圈数分别为三个和一圈，但单元线圈的数量可为两个或四个以上。同样，单元线圈的圈数可以由下面方程式1给出。
方程式1 n＝a×(b/m)其中“n”表示各个单元线圈的圈数，“a”和“b”表示正整数，以及“m”表示单元线圈的数量。
依据方程式1，因为图3中示出的单元线圈321、322和323的数量为“3”，则各个单元线圈的圈数n可为1/3、2/3、1、1和1/3、1和2/3等等。当这些条件满足时，所述单元线圈321、322和323被以任意状态对称地布置。因此，均匀等离子体密度可以被获得。也就是，即使自适应等离子体源300被沿通过衬套310中心的任一条线切割时，每个单元线圈为双侧对称的。然而，当方程式1的条件不满足时，各个单元线圈可能是不对称的。例如，在三个单元线圈全部被布置在所述衬套的右侧时，只有两个单元线圈可以被布置在左侧。这样一种非对称布置可能是在等离子体反应室内部空间中导致不均匀的等离子体密度的因素之一。
图4A和4B为依据本发明的另一实施例的自适应等离子体源的视图。详细地，图4A为一种结构图，在其中自适应等离子体源被连接至等离子体反应室，以及图4B为图4A中所示自适应等离子体源的三维图。由于相同附图标记被用于指示如图2和4中的相同部件，因此其说明被省略。
参考图4A和4B，自适应等离子体源包括被设置在上部的衬套410和被设置在下部的两个或更多(例如，三个)单元线圈421、422和423。所述单元线圈421、422和423被布置在第一平面4a上，所述第一平面4a与等离子体反应室200中的圆顶212的上表面邻近。所述衬套410被设置在第二平面4b上，所述第二平面4b与圆顶212的上表面间隔开更远的距离。具体地，从在所述第二平面4b上的所述衬套410分出来的所述单元线圈421、422和423垂直于所述第一平面4a延伸。延伸至所述第一平面4a的每个所述单元线圈421、422和423以螺旋形状布置在所述第一平面4a内。由于所述单元线圈421、422和423的螺旋结构与图3中说明的一致，所以它的说明被省略。
图5A和5B为依据本发明的又一实施例的自适应等离子体源的视图。详细地，图5A为一种结构图，在其中自适应等离子体源被连接至等离子体反应室，以及图5B为图5A中所示自适应等离子体源的三维图。由于相同附图标记被用于指示如图2和5A中的相同部件，因此其说明将被省略。
参考图5A和5B，自适应等离子体源包括被设置在下部的第一衬套510和设置在上部的第二衬套530。第一衬套510被布置在第一平面5a上，所述第一平面5a位于等离子体反应室200的圆顶212的上表面上，第二衬套530被布置在第二平面5b上，所述第二平面5b比所述第一平面5a高预定距离。除了第一衬套510之外，两个或多个(例如三个)第一单元线圈521、522和523被布置在所述第一平面5a上。同样地，除了第二衬套530之外，两个或多个(例如三个)第二单元线圈541、542和543被布置在所述第二平面5b上。第一衬套510和第二衬套530通过连接杆550被连接。所述连接杆550由导电材料制造。因此，通过第二衬套530和连接杆550，RF功率可被供给至第一衬套510。
所述第一单元线圈521、522和523从第一衬套510分出来，并以螺旋形状围绕位于第一平面5a上的第一衬套510。所述第二单元线圈541、542和543从第二衬套530分出来，且以螺旋形状围绕位于所述第二平面5b上的第二衬套530。由于第一和第二单元线圈的结构与图3中说明的一致，所以它们的说明被省略。
尽管没有在图中示出，但是可以在第一平面5a和第二平面5b之间的预定平面上进一步提供以与第一和第二衬套510及530相同方式布置的至少一个衬套。以与第一和第二单元线圈相同的方式，从所述衬套可以布置至少两个单元线圈(未显示)。同样，第一单元线圈的数量可以等于或不同于第二单元线圈的数量。
图6为依据本发明的又一实施例的自适应等离子体源的视图。
参考图6，自适应等离子体源包括被设置在下部的第一衬套510和设置在上部的第二衬套540。与图5A中自适应等离子体源不一样，图6中的自适应等离子体源的特征在于第一衬套510的直径d1不同于第二衬套540的直径d2。也就是，在第一平面5a上的第一衬套510的直径d1大于在第二平面5b上的第二衬套540的直径d2。这意味着，第一衬套510的横截面比第二衬套540的横截面宽。这种结构通过扩大第一衬套510的直径d1被得到，这种结构对于在等离子体反应室200中心部分处减少等离子体密度更有效。换言之，当与第一单元线圈521、522和523重叠的等离子体反应室的区域减少时，则等离子体密度减少的区域被加宽。
图7为依据本发明的又一实施例的自适应等离子体源的视图。
参考图7，与图5中自适应等离子体源的不同之处在于第一单元线圈521、522和523的数量不等于第二单元线圈541、542、543和544的数量。也就是，设置在下部的第一单元线圈521、522和523的数量为三个，而第二单元线圈541、542、543和544的数量为四个。通过调整下部单元线圈的数量和上部单元线圈的数量，可以获得更精细的阻抗。
图8为图7中所示的自适应等离子体线圈中感应部件的等效电路图。
参考图8，被设置在下部的所有第一单元线圈521、522和523从第一衬套510分出来，产生并联电路结构。同样，被设置在上部的所有第二单元线圈541、542、543和544从第二衬套530分出来，产生并联电路结构。如果各个单元线圈具有相等的阻抗Z，则第二单元线圈电路的第二等效阻抗Z2变为Z/4。同样地，第一单元线圈电路的第一等效阻抗Z1变为Z/3。因此，总等效阻抗Zt为7/12Z，其为第一等效阻抗Z1和第二等效阻抗Z2之和。也就是，可以获得相应于一个单元线圈的7/12倍的阻抗。因此，可以获得更精细的阻抗。例如，当三个单元线圈和四个单元线圈被分别布置在下部和上部时，可以获得一个单元线圈的1/12～12/12倍阻抗。
图9A和9B为依据本发明的又一实施例的具有角形形状的自适应等离子体源的视图。
尽管在上面已经描述了圆形衬套，但衬套还可以角形形状形成。如图9A和9B中所示，衬套可以矩形形状或六角形形状形成。在图9A中所示的矩形衬套910的情况下，两个或多个(例如四个)单元线圈921、922、923和924被对称地从衬套910的四边分出来。在这种情况中，很显然，所述单元线圈可以从衬套910的四个角分出来。同样，使用上面方程式1确定单元线圈921、922、923和924的圈数。也就是，因为四个单元线圈921、922、923和924被使用，所以圈数变为1/4、2/4、3/4、1、1和1/4、1和2/4等等。在图9B中所示的六角形衬套930的情况下，两个或多个(例如六个)单元线圈941、942、943、944、945和946被对称地从衬套930的六个角分出来。使用上面方程式1确定单元线圈941、942、943、944、945和946的圈数。也就是，因为六个单元线圈941、942、943、944、945和946被使用，所以圈数变为1/6、2/6、3/6、4/6、5/6、1、1和1/6、1和2/6、1及3/6、1和4/6等等。
权利要求
1.一种自适应等离子体源，其被布置在反应室的上部，所述反应室具有反应空间以形成等离子体，并且，所述反应室被从外部RF功率源供给RF(射频)功率以在反应空间内部形成电场，所述自适应等离子体源包括导电衬套，其被连接至所述RF功率源且被布置在所述反应室的上部中间部位；以及至少两个单元线圈，它们从所述衬套分支出来，各单元线圈以螺旋形状围绕所述衬套且具有等于a×(b/m)的圈数，其中a和b为正整数，m为单元线圈的个数。
2.权利要求1中的自适应等离子体源，其中衬套具有预定直径的圆形形状，各单元线圈从衬套边缘处的互相对称的位置处分支出来。
3.权利要求1中的自适应等离子体源，其中衬套具有多边形形状，各单元线圈具有与所述衬套相同的多边形形状且螺旋围绕所述衬套。
4.权利要求3中的自适应等离子体源，其中衬套和单元线圈具有矩形形状。
5.权利要求3中的自适应等离子体源，其中衬套和单元线圈具有六边形形状。
6.权利要求1中的自适应等离子体源，其中衬套与布置在反应室上部的各单元线圈布置在相同的平面上。
7.权利要求1中的自适应等离子体源，其中衬套被布置在高于第一平面的第二平面上，布置在反应室上部的各单元线圈被设置在所述第一平面上。
8.权利要求7中的自适应等离子体源，其中各单元线圈从布置在所述第二平面上的衬套分支出来，并且延伸至第一平面，此后以螺旋形状布置在第一平面上。
9.一种自适应等离子体源，其被布置在反应室的上部处，所述反应室具有反应空间以形成等离子体，并且，所述反应室被从外部RF功率源供给RF(射频)功率以在反应空间内部形成电场，所述自适应等离子体源包括第一导电衬套，其在位于反应室上部的第一平面上被布置在所述反应室的上部中间部位处；至少两个第一单元线圈，它们从第一平面上的第一衬套分支出来，所述第一单元线圈以螺旋形状围绕第一衬套且具有等于a×(b/m1)的圈数，其中a和b为正整数，m1为第一单元线圈的个数；第二导电衬套，其对应于第一衬套被布置在高于所述第一平面的第二平面上，所述第二导电衬套被弹性地连接至所述第一衬套；以及至少两个第二单元线圈，它们从第二平面上的第二衬套分支出来，所述第二单元线圈以螺旋形状围绕第二衬套且具有等于a×(b/m2)的圈数，其中a和b为正整数，m2为所述第二单元线圈的个数。
10.权利要求9中的自适应等离子体源，其中第一衬套具有等于或宽于第二衬套的横截面。
11.权利要求9中的自适应等离子体源，进一步包括至少一个第三衬套，其在第一平面和第二平面之间的至少一个平面上被连接至第一和第二衬套；以及至少一个第三单元线圈，其从第三衬套分支出来且以与第一单元线圈和第二单元线圈相同的方式被布置。
全文摘要
提供一种自适应等离子体源，其被设置在反应室的上部，所述反应室具有反应空间以形成等离子体，并被从外部RF功率源供给RF(射频)功率以在反应空间中形成电场。自适应等离子体源包括导电衬套和至少两个单元线圈。导电衬套被连接至RF功率源且被设置在所述反应室的上部中间部位。至少两个单元线圈从所述衬套分支出来，并且以螺旋形状围绕所述衬套且具有等于a×(b/m)的圈数，其中a和b为正整数，m为单元线圈的个数。
文档编号H05H1/46GK1864449SQ200480028661
公开日2006年11月15日 申请日期2004年9月8日 优先权日2003年9月9日
发明者金南宪 申请人:自适应等离子体技术株式会社