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具有均匀磁场分布的自适应耦合等离子体源和具有该等离子体源的等离子体室

阅读:692发布:2020-05-12

专利汇可以提供具有均匀磁场分布的自适应耦合等离子体源和具有该等离子体源的等离子体室专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且公开了具有均匀 磁场 分布的自适应耦合 等离子体 源。该自适应耦合等离子体源包括:在反应室的中心区域设置于反应室上方的平板形衬套;多个上部线圈,从所述衬套伸出以被设置于该反应室的上方,以便螺旋状地围绕所述衬套;以及在所述反应室 侧壁 部分的周围设置以围绕该反应室的多个侧部线圈。,下面是具有均匀磁场分布的自适应耦合等离子体源和具有该等离子体源的等离子体室专利的具体信息内容。

1.一种自适应耦合等离子体源,包括:
平板形衬套,在反应室的中心区域设置于反应室上方;
多个上部线圈,从该衬套伸出以设置于该反应室的上方,以便螺旋 状地围绕所述衬套;以及
多个侧部线圈,设置在所述反应室的侧壁部分的周围,以围绕在所 述反应室的外周。
2.根据权利要求1所述的自适应耦合等离子体源,其中,所述多 个侧部线圈被设置为彼此在垂直方向上间隔开预定的距离。
3.根据权利要求1所述的自适应耦合等离子体源,其中,所述侧 部线圈由、金或铂制成。
4.一种等离子体室,包括:
外壳,限定在其中产生等离子体的反应空间;
平板形晶片支撑,设置于所述反应空间的下部区域中,适于在 其上支撑晶片;
连接于所述平板形晶片支撑的下射频电源;
自适应耦合等离子体源,包括:在所述室外壳的中心区域设置于所 述室外壳上方的平板形衬套;多个上部线圈,从所述衬套伸出以设置于 所述室外壳的上方,以便螺旋状地围绕所述衬套;以及多个侧部线圈, 在所述室外壳的侧壁部分的周围设置以围绕所述室外壳;以及
连接于所述衬套的上射频电源。
5.根据权利要求4所述的等离子体室,其中,所述多个侧部线圈 被设置为彼此在垂直方向上间隔开预定的距离。
6.根据权利要求4所述的等离子体室,其中,所述侧部线圈由 银、铜、铝、金或铂制成。
7.根据权利要求4所述的等离子体室,其中,所述侧部线圈被 连接到所述上射频电源。
8.根据权利要求4所述的等离子体室,进一步包括 连接到所述侧部线圈的单独的电源。

说明书全文

技术领域

发明涉及半导体制造设备,更具体地,涉及具有均匀磁场分布 的自适应耦合等离子体(ACP)源和使用所述ACP源处理半导体晶片的方 法。

背景技术

通常,蚀刻过程(更具体而言,干蚀刻过程)是基于光致抗蚀 剂膜或硬掩模的图案,使用等离子体移除在半导体晶片上形成的膜 的过程,其中,所述光致抗蚀剂膜或硬掩模同样在半导体晶片上形 成,位于所述待移除的膜之上。为实施上述的干蚀刻过程,首先必 须在反应室中产生等离子体。等离子体产生源可分为电感耦合等离 子体(ICP)源和电容耦合等离子体(CCP)源。
使用CCP源的优点是具有高的工艺可再现性且相对于光致抗 蚀剂膜具有高的蚀刻选择性,然而其受制于产生的等离子体的密度 低,从而带来巨大的电消耗。另一方面,尽管使用ICP源有利于 获得高密度的等离子体从而减少电消耗,同时能够实现对等离子体 密度和离子能量的独立控制,但其缺点在于相对于光致抗蚀剂膜的 低选择性以及低的工艺可再现性。另外,当ICP源使用圆顶 时,可能会引起铝污染。因此,所述CCP源和ICP源有相抵触的优 点和缺点。因此,存在的问题在于,为获得期望的选择性,应牺牲 蚀刻率;相反,为获得期望的蚀刻率应牺牲选择性。因此,最近提 出了能够仅提供CCP源和ICP两者的优点的自适应耦合等离子体 (ACP)源。
图1为示出根据现有技术实施方式的ACP源和具有该ACP源的 等离子体室的截面图。图2为图1中所示的ACP源的俯视图。图3 示出图1中等离子体室内的磁场分布。
参照图1和图2,具有ACP源100的等离子体室200包括室外 壳210,所述室外壳210限定室200的用于在其中产生等离子体400 的内部空间。晶片支撑220设置于等离子体室200的内部空间的下 部区域,适于在其上支撑晶片300。ACP源100设置在室外壳210 的上表面。所述ACP源包括位于其中心的平板形衬套110和从所述 衬套110伸出以螺旋状地围绕该衬套110的单元线圈120。所述平 板形晶片支撑220连接于下射频(RF)电源230,而所述衬套110 连接于上射频电源240。
具有上述结构的ACP源100通过下侧平板形晶片支撑220和上 侧衬套110显示出CCP源的优点,且通过单元线圈120显示出ICP 源的优点。
然而,上述传统的ACP源100所具有的问题在于:在等离子体 室200中的磁场分布可能是不均匀的,如图3所示。具体地,等离 子体室200中的磁场在晶片300的中心区域具有相对较高的强度, 而在晶片300的边缘区域具有相对较低的强度。这种不均匀的磁场 强度分布可能产生密度不均匀的等离子体400,从而产生不均匀的 处理结果。

发明内容

技术问题
因此,鉴于上述问题作出了本发明。本发明的一个目的是提供 能在室内获得均匀的磁场强度分布的ACP源。
本发明的另一个目的是提供具有ACP源的等离子体室,所述 ACP源能在反应室内实现均匀的磁场强度分布。
技术方案
根据本发明的一个方面,可通过提供自适应耦合等离子体源达 到上述和其他目的,所述自适应耦合等离子体源包括:平板形衬套, 在反应室的中心区域设置于反应室上方;多个上部线圈,从衬套伸出以 设置于反应室的上方,以便螺旋状地围绕该衬套;以及多个侧部线圈, 围绕该反应室的侧壁部分周围设置以围绕该反应室的外周。
根据发明的另一方面,提供一种等离子体室,包括:室外壳, 其限定在其中产生等离子体的反应空间;平板形晶片支撑,其设置 于反应空间的下部区域,适于在其上支撑晶片;连接到所述平板形 晶片支撑的下射频电源;自适应耦合等离子体(ACP)源,包括:在室 外壳的中心区域设置于室外壳上方的平板形衬套;多个上部线圈,从所 述衬套伸出以设置于所述室外壳的上方,以便螺旋状地围绕所述衬套; 绕所述反应室的侧壁部分周围设置以围绕所述室外壳的多个侧部线圈; 以及连接于所述衬套的上射频电源。
有益效果
在根据本发明的自适应耦合等离子体(ACP)源和具有该ACP源的 等离子体室中,在反应室的侧壁部分的周围设置侧部线圈,以便在该反 应室内获得均匀的磁场分布。这实现了均匀密度的等离子体分布的效果。 此外,通过适当地选择要连接到ACP源的电源以及调节施加到侧部线圈 中的电流的密度,可进一步提高反应室中等离子体的整体密度。
附图说明
从以下结合附图的详细描述可以更清楚地理解本发明的上述 和其他目的、特征以及其他优点。在所述附图中:
图1为示出根据现有技术实施方式的自适应耦合等离子体 (ACP)源和具有该ACP源的等离子体室的截面图;
图2为图1中示出的ACP源的俯视图;
图3示出在图1的等离子体室内的磁场分布;
图4为示出根据本发明的ACP源和具有该ACP源的等离子体室 的截面图;
图5示出构成图4中示出的ACP源的侧部线圈;
图6示出由图5的侧部线圈在等离子体室内产生的磁通密度分 布;
图7示出由图4的ACP源在等离子体室内产生的磁通密度分 布;
图8示出根据本发明的用于调节在具有ACP等离子体源的等离 子体室中的磁通密度的方法。
最佳实施方式
根据本发明的自适应耦合等离子体源的特征在于其包括:在 反应室中心区域设置于反应室上方的平板形衬套(bushing);多个上部 线圈,其从所述衬套伸出以设置于反应室上方,以便螺旋状地围绕该衬 套;以及多个侧部线圈,其被设置于所述反应室的侧壁部分的周围以围 绕该反应室的外周。
优选地,所述多个侧部线圈被设置为彼此在垂直方向上间隔预 定的距离。
所述侧部线圈可由、铝、金或铂制成。
根据本发明的等离子体室的特征在于其包括:限定在其中产生 等离子体的反应空间的室外壳;设置于该反应空间的下部区域、适 于在其上支撑晶片的平板形晶片支撑;连接于所述平板形晶片支撑 的下射频电源;自适应耦合等离子体(ACP)源,所述ACP源包括:在 室外壳的中心区域设置于室外壳上方的平板形衬套;多个上部线圈,其 从所述衬套伸出以设置于所述室外壳上方,以便螺旋状地围绕该衬套; 以及多个侧部线圈,其被设置于反应室的侧壁部分的周围,以围绕该室 外壳;以及连接到所述衬套的上射频电源。
优选地,所述多个侧部线圈被设置为彼此在垂直方向上间隔预 定的距离。
所述侧部线圈可由银、铜、铝、金或铂制成。
所述侧部线圈可连接到上射频电源。
本发明中,等离子体室还可包括连接到侧部线圈的单独的电 源。
发明的实施方式
图4为示出根据本发明的ACP源和具有ACP源的等离子体室的 截面图。图5示出构成图4中所示的ACP源的侧部线圈。
参照图4和图5,根据本发明的ACP源500包括:在反应室600 中心区域设置于反应室600上方的平板形衬套510;螺旋状地设置 于反应室600的上方以围绕衬套510的多个上部线圈520;以及多 个侧部线圈530,其设置于反应室600侧壁部分周围以围绕该反应 室600。上部线圈520的结构与结合图2描述的结构相同,此处不 再赘述。侧部线圈530包括多个单元线圈,这些单元线圈彼此在垂 直方向上间隔预定的距离以围绕反应室600的外周。
根据本发明的等离子体室包括:ACP源500,反应室600以及 电源630和640。反应室600包括:限定产生等离子体400的反应 空间的室外壳610和设置于反应室下部区域且适于支撑晶片300 的平板形晶片支撑620。所述平板形晶片支撑620连接至下射频电 源630,而衬套510连接于上射频电源640。利用这种结构,如果 上射频电源640向衬套510施加偏压,则此偏压会被传递到上部线 圈520。虽然在附图中并未示出,侧部线圈530也连接至电源。在 这种情况下,侧部线圈530可与衬套510一起连接至上射频电源 640,或者可连接至单独的电源(未示出)。
图6示出由图5的侧部线圈在等离子体室内产生的磁通密度的 分布。图7示出由图4的ACP源在等离子体室内产生的磁通密度的 分布。
参照图6和图7,在根据本发明的ACP源和具有该ACP源的等 离子体室中,作为在反应室600的侧壁部分周围设置侧部线圈530 以围绕该反应室600的结果,反应室600在其内部显示出均匀的磁 场强度分布。具体地,如图6所示,在设置构成ACP源的侧部线圈 530的情况下,反应室600内的磁通密度在晶片的中心区域相对较 低,而在晶片的边缘区域相对较高。结果得到的磁通密度的分布与 由ACP源的上部线圈520产生的磁通密度的分布相反。因此,如图 7所示,反应室600内具有总体上均匀的磁通密度的分布。更具体 地,由上部线圈520在反应室600内产生的磁通密度在晶片的边缘 区域比在晶片的中心区域低,如图中实线“810”所示。相反,由 侧部线圈530在反应室600内产生的磁通密度在晶片的中心区域比 在晶片的边缘区域低,如图中点线“820”所示。综上,反应室600 内的整体磁通密度在晶片的边缘区域和中心区域均显示出均匀的 分布,如图中短划线“830”所示。如果反应室600内的磁通密度 的分布是均匀的,由于反应室600内产生的等离子体密度与该磁通 密度成比例,则类似地,所述等离子体密度也显示出均匀的分布。 此外,通过适当地选择连接到ACP源的电源以及调节施加到侧部线 圈530的电流密度,可进一步提高反应室600内的等离子体的整体 密度。
图8示出用于调节在根据本发明的具有ACP源的等离子体室中 产生的磁通密度的方法。
参照图8,附图中由“(a)”示出的实线810为示出在传统的 ACP源仅具有衬套510和上部线圈520而没有侧部线圈530的情况 下获得的磁通分布的线。在这种情况下,为得到均匀的磁通密度分 布,可降低晶片中心区域的磁通密度,如附图中箭头“x”所示(见 图8中实线“910”),或可增加晶片边缘区域的磁通密度,如附图 中箭头“y”所示(见图8中的点线“920”)。为此,可对衬套510 的大小、晶片边缘区域内各上部线圈520的间距等进行调节。另 一方面,在设置围绕反应室600的侧部线圈530的情况下,如图中 “(c)”所示,在晶片的中心区域和边缘区域具有均匀的磁通密度 (见图8中短划线“830”)。
具体地,可在考虑以下因素的情况下以多种方式来调节磁通密 度分布:侧部线圈530的断面形状、排列结构、直径、厚度、数、 间距、组成材料,以及与侧部线圈530连接的电源类型等。例如, 侧部线圈530可具有圆形或多边形的横截面形状,可以具有平板形 状,或者可以具有关于其中心轴对称或不对称的形状。当侧部线圈 530关于中心轴对称地形成时,侧部线圈530在其整个高度上具有 恒定的直径。另一方面,当侧部线圈530关于中心轴不对称地形成 时,各个侧部线圈530根据其高度具有彼此不同的直径。此外,侧 部线圈530可具有多边形或波浪形,可被设置为部分或全部地覆盖 反应室600,或者可连接至直流电源、交流电源或包括脉冲发电机 的其他电源。此外,侧部线圈530可由银、铜、铝、金、铂等制成。
工业应用
从以上描述明显可知,本发明适用于使用等离子体室的半导体 或相关领域的其它类似设备和方法。
尽管为了说明的目的公开了本发明的优选实施方式,本领域技 术人员将理解,在不脱离如所附权利要求中公开的发明的范围和精 神的情况下,各种修改、增加和替换都是可能的。
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