專利名稱：用于產生均勻等離子體的自適應等離子體源的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及等離子體半導體加工，尤其涉及一種用于在等離子體反應室內產生等離子體的自適應等離子體源。
背景技術：
在過去的20年期間，用于制造超大規(guī)模集成(ULSI)電路器件的技術取得顯著的發(fā)展。歸功于使用切割邊(cut-edge)技術的半導體制造設備部件。等離子體反應室，所述半導體制造設備部件之一，被用于沉淀過程及蝕刻過程，其應用已越來越廣泛。
等離子體在等離子體反應室內被形成，并且被用于蝕刻過程、沉積過程等等。根據等離子體源，等離子體反應室被分為各種類型電子回旋共振(ECR)等離子體源、螺旋波激發(fā)式等離子體(HWEP)源、電容耦合式等離子體(CCP)源和感應耦合式等離子體(ICP)源。在ICP源的情況中，使用供給感應線圈的射頻(RF)功率產生磁場。此后，因由磁場感應的電場，電子在所述室的內部中心被俘獲，從而甚至在低壓下也能產生高密度的等離子體。與ECR等離子體源或HWEP源相比較，所述ICP源結構簡單，并且可容易地獲得大面積的等離子體。因此，所述ICP源被廣泛地使用。
在使用ICP源的等離子體室中，大RF電流流過諧振電路的感應器的線圈。所述RF電流對在所述室內產生的等離子體的分布具有較大影響。眾所周知的是，感應器的線圈具有固有電阻。因此，當電流沿所述線圈流動時，能量因固有電阻被消耗且變?yōu)闊帷＝Y果，在所述線圈中流動的電流量逐漸減少。如此，如果電流量變得不均勻，則在所述室內產生的等離子體的分布也變得不均勻。
圖1為說明在等離子體室內等離子體密度(ni)分布和臨界尺寸(CD)的變化分布的曲線。此后，所述變化將被稱為ΔCD。在本說明書中，通過在加工之前的期望CD和在加工之后作為結果的CD之間的差定義ΔCD。
參考圖1，曲線12表示等離子體密度(ni)。所述等離子體密度(ni)在晶片的中心處為最高，且向著所述晶片的邊緣部分減小。曲線14表示ΔCD。由于等離子體密度ni的不均勻，ΔCD從所述晶片的中心向其邊緣部分減小。
迄今，由于等離子體的不均勻而產生的問題已在制造過程中得到解決。然而，由于諸如光刻(lithography)工藝的局限性等各種因素，在解決這些問題中存在局限性。


圖1為說明在等離子體室內等離子體密度分布和ΔCD的變化分布的曲線；圖2為使用依據本發(fā)明實施例的自適應等離子體源的等離子體反應室的橫截面圖；圖3為圖2中所示的自適應等離子體源的平面圖；圖4A和4B為用于解釋依據本發(fā)明的另一實施例的自適應等離子體源的視圖；圖5A和5B為用于解釋依據本發(fā)明的又一實施例的自適應等離子體源的視圖；圖6為用于解釋依據本發(fā)明的又一實施例的自適應等離子體源的視圖；圖7為用于解釋依據本發(fā)明的又一實施例的自適應等離子體源的視圖；圖8為圖8中所示的自適應等離子體源中的感應部件的等效電路圖；以及圖9A和9B為用于說明依據本發(fā)明的又一實施例的具有角形形狀的自適應等離子體源的視圖。
本發(fā)明的詳細描述本發(fā)明的技術目標本發(fā)明提供一種自適應等離子體源，所述自適應等離子體源在等離子體反應室內形成均勻的等離子體。

發(fā)明內容
依據本發(fā)明的一個方面，提供一種自適應等離子體源，其被布置在反應室的上部，所述反應室具有反應空間以形成等離子體，并且，所述反應室被從外部RF功率源供給RF(射頻)功率以在反應空間內形成電場。所述自適應等離子體源包括導電襯套，其被連接至所述RF功率源且被布置在所述反應室的上部中間部位；以及從所述襯套分支出來的至少兩個單元線圈，所述單元線圈以螺旋形狀圍繞所述襯套且具有等于a×(b/m)的多圈，其中a和b為正整數(shù)，m為所述單元線圈的個數(shù)。
所述襯套可具有預定直徑的圓形形狀，所述各單元線圈可從襯套邊緣處的互相對稱的位置處分支出來。
所述襯套可具有多邊形形狀，以及單元線圈可具有與所述襯套相同的多邊形形狀且螺旋圍繞所述襯套。
在這種情況中，襯套和單元線圈可具有矩形形狀?？蛇x擇地，襯套和單元線圈可具有六邊形形狀。
襯套可與布設置在反應室上部的單元線圈布置在同一平面上。
襯套可被布置在第二平面上，所述第二平面高于第一平面，布置在反應室上部的單元線圈位于所述第一平面上。
在這種情況中，單元線圈可從布置在所述第二平面上的襯套分支出來，并且延伸至第一平面，然后以螺旋形狀被布置在第一平面上。
依據本發(fā)明的另一方面，提供一種自適應等離子體源，所述自適應等離子體源被布置在反應室的上部，所述反應室具有反應空間以形成等離子體，并且所述反應室被從外部RF功率源供給RF(射頻)功率以在反應空間內部形成電場，所述自適應等離子體源包括第一導電襯套，其在位于反應室上部的第一平面上被布置在所述反應室的上部中間部位；至少兩個從第一平面上的第一襯套分支出來的第一單元線圈，所述第一單元線圈以螺旋形狀圍繞第一襯套且具有等于a×(b/m1)的圈數(shù)，其中a和b為正整數(shù)，m1為所述第一單元線圈的個數(shù)；第二導電襯套，其對應于所述第一襯套被布置在第二平面上，所述第二平面高于所述第一平面，所述第二導電襯套被彈性連接至所述第一襯套；以及至少兩個從第二平面上的第二襯套分支出來的第二單元線圈，所述第二單元線圈以螺旋形狀圍繞第二襯套且具有等于a×(b/m2)的圈數(shù)，其中a和b為正整數(shù)，m2為所述第二單元線圈的個數(shù)。
第一襯套可具有等于或寬于第二襯套的橫截面。
所述自適應等離子體源進一步包括至少一個第三襯套，其在第一平面和第二平面之間的至少一個平面上被連接至第一和第二襯套；以及至少一個第三單元線圈，其從第三襯套分支出來且以與第一單元線圈和第二單元線圈相同的方式被布置。
發(fā)明的效果依據本發(fā)明的自適應等離子體源，基于預定規(guī)則以螺旋形狀將單元線圈布置在襯套周圍，使得線圈布置可在任意位置是對稱的。因此，可以獲得均勻的等離子體密度。另外，由于襯套被布置在中心位置，所以在具有較強等離子體密度的中心部分處等離子體密度減少，從而使等離子體密度整體上被均勻分布。另外，襯套和單元線圈被布置在上和下部，從而通過控制單元線圈的數(shù)量及圈數(shù)可以精細地調整總阻抗。
具體實施例方式
圖2為使用依據本發(fā)明實施例的自適應等離子體源的等離子體反應室的橫截面圖，圖3為圖2中所示的自適應等離子體源的平面圖。
參考圖2，等離子體反應室200包括預定容積的內部空間204，其由室外壁202限定。被處理的物體，例如半導體晶片206被放置在等離子體反應室200的內部空間204的下部。半導體晶片206被放置在基座208上，所述基座208被安裝在所述等離子體反應室200的下部。支撐部件208被耦合至RF功率源210，從所述等離子體反應室200的外部提供所述RF功率源210。圓頂212被放置在所述等離子體反應室200的上部。等離子體214被形成在所述圓頂212和半導體晶片206之間的空間中。
用于等離子體214的自適應等離子體源300被設置在圓頂212上方，且與圓頂212隔開預定距離。所述自適應等離子體源300包括襯套310和多個單元線圈321，所述襯套310被設置在所述單元線圈321的中央。所述襯套310被連接至RF功率源216。RF功率被從RF功率源216供給單元線圈321、322和323，單元線圈321、322和323產生電場。所述電場通過圓頂212被感應至內部空間204。感應至內部空間204的電場產生所述內部空間204的放電氣體，從而制造等離子體214。在所述等離子體214被制造時產生的中性游離粒子(Neutral radical particle)和帶電離子互相發(fā)生化學反應。
參考圖3，在等離子體反應室200的內部空間204中產生等離子體214的自適應等離子體源300具有這樣一種結構，其在于多個單元線圈321、322和323從位于中心的襯套310分出來，螺旋圍繞襯套310。盡管所述襯套310具有圓形形狀，但它也可有其他形狀。例如，所述襯套310可具有多邊形形狀，諸如三角形、或圓形或多邊環(huán)形。相應于等離子體反應室的中心放置所述襯套310。因此，在所述等離子體反應室的中心處的等離子體密度可以被減少。
在所述單元線圈321、322和323和所述襯套310被連接在一起處的分支出來點a、b和c彼此是互相對稱的。因為單元線圈321、322和323必須通過襯套310從RF功率源216供給RF功率216，所以襯套310部分或全部由導電材料制造。盡管圖3示出單元線圈的數(shù)量和各個單元線圈的圈數(shù)分別為三個和一圈，但單元線圈的數(shù)量可為兩個或四個以上。同樣，單元線圈的圈數(shù)可以由下面方程式1給出。
方程式1 n＝a×(b/m)其中“n”表示各個單元線圈的圈數(shù)，“a”和“b”表示正整數(shù)，以及“m”表示單元線圈的數(shù)量。
依據方程式1，因為圖3中示出的單元線圈321、322和323的數(shù)量為“3”，則各個單元線圈的圈數(shù)n可為1/3、2/3、1、1和1/3、1和2/3等等。當這些條件滿足時，所述單元線圈321、322和323被以任意狀態(tài)對稱地布置。因此，均勻等離子體密度可以被獲得。也就是，即使自適應等離子體源300被沿通過襯套310中心的任一條線切割時，每個單元線圈為雙側對稱的。然而，當方程式1的條件不滿足時，各個單元線圈可能是不對稱的。例如，在三個單元線圈全部被布置在所述襯套的右側時，只有兩個單元線圈可以被布置在左側。這樣一種非對稱布置可能是在等離子體反應室內部空間中導致不均勻的等離子體密度的因素之一。
圖4A和4B為依據本發(fā)明的另一實施例的自適應等離子體源的視圖。詳細地，圖4A為一種結構圖，在其中自適應等離子體源被連接至等離子體反應室，以及圖4B為圖4A中所示自適應等離子體源的三維圖。由于相同附圖標記被用于指示如圖2和4中的相同部件，因此其說明被省略。
參考圖4A和4B，自適應等離子體源包括被設置在上部的襯套410和被設置在下部的兩個或更多(例如，三個)單元線圈421、422和423。所述單元線圈421、422和423被布置在第一平面4a上，所述第一平面4a與等離子體反應室200中的圓頂212的上表面鄰近。所述襯套410被設置在第二平面4b上，所述第二平面4b與圓頂212的上表面間隔開更遠的距離。具體地，從在所述第二平面4b上的所述襯套410分出來的所述單元線圈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的每個所述單元線圈421、422和423以螺旋形狀布置在所述第一平面4a內。由于所述單元線圈421、422和423的螺旋結構與圖3中說明的一致，所以它的說明被省略。
圖5A和5B為依據本發(fā)明的又一實施例的自適應等離子體源的視圖。詳細地，圖5A為一種結構圖，在其中自適應等離子體源被連接至等離子體反應室，以及圖5B為圖5A中所示自適應等離子體源的三維圖。由于相同附圖標記被用于指示如圖2和5A中的相同部件，因此其說明將被省略。
參考圖5A和5B，自適應等離子體源包括被設置在下部的第一襯套510和設置在上部的第二襯套530。第一襯套510被布置在第一平面5a上，所述第一平面5a位于等離子體反應室200的圓頂212的上表面上，第二襯套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高預定距離。除了第一襯套510之外，兩個或多個(例如三個)第一單元線圈521、522和523被布置在所述第一平面5a上。同樣地，除了第二襯套530之外，兩個或多個(例如三個)第二單元線圈541、542和543被布置在所述第二平面5b上。第一襯套510和第二襯套530通過連接桿550被連接。所述連接桿550由導電材料制造。因此，通過第二襯套530和連接桿550，RF功率可被供給至第一襯套510。
所述第一單元線圈521、522和523從第一襯套510分出來，并以螺旋形狀圍繞位于第一平面5a上的第一襯套510。所述第二單元線圈541、542和543從第二襯套530分出來，且以螺旋形狀圍繞位于所述第二平面5b上的第二襯套530。由于第一和第二單元線圈的結構與圖3中說明的一致，所以它們的說明被省略。
盡管沒有在圖中示出，但是可以在第一平面5a和第二平面5b之間的預定平面上進一步提供以與第一和第二襯套510及530相同方式布置的至少一個襯套。以與第一和第二單元線圈相同的方式，從所述襯套可以布置至少兩個單元線圈(未顯示)。同樣，第一單元線圈的數(shù)量可以等于或不同于第二單元線圈的數(shù)量。
圖6為依據本發(fā)明的又一實施例的自適應等離子體源的視圖。
參考圖6，自適應等離子體源包括被設置在下部的第一襯套510和設置在上部的第二襯套540。與圖5A中自適應等離子體源不一樣，圖6中的自適應等離子體源的特征在于第一襯套510的直徑d1不同于第二襯套540的直徑d2。也就是，在第一平面5a上的第一襯套510的直徑d1大于在第二平面5b上的第二襯套540的直徑d2。這意味著，第一襯套510的橫截面比第二襯套540的橫截面寬。這種結構通過擴大第一襯套510的直徑d1被得到，這種結構對于在等離子體反應室200中心部分處減少等離子體密度更有效。換言之，當與第一單元線圈521、522和523重疊的等離子體反應室的區(qū)域減少時，則等離子體密度減少的區(qū)域被加寬。
圖7為依據本發(fā)明的又一實施例的自適應等離子體源的視圖。
參考圖7，與圖5中自適應等離子體源的不同之處在于第一單元線圈521、522和523的數(shù)量不等于第二單元線圈541、542、543和544的數(shù)量。也就是，設置在下部的第一單元線圈521、522和523的數(shù)量為三個，而第二單元線圈541、542、543和544的數(shù)量為四個。通過調整下部單元線圈的數(shù)量和上部單元線圈的數(shù)量，可以獲得更精細的阻抗。
圖8為圖7中所示的自適應等離子體線圈中感應部件的等效電路圖。
參考圖8，被設置在下部的所有第一單元線圈521、522和523從第一襯套510分出來，產生并聯(lián)電路結構。同樣，被設置在上部的所有第二單元線圈541、542、543和544從第二襯套530分出來，產生并聯(lián)電路結構。如果各個單元線圈具有相等的阻抗Z，則第二單元線圈電路的第二等效阻抗Z2變?yōu)閆/4。同樣地，第一單元線圈電路的第一等效阻抗Z1變?yōu)閆/3。因此，總等效阻抗Zt為7/12Z，其為第一等效阻抗Z1和第二等效阻抗Z2之和。也就是，可以獲得相應于一個單元線圈的7/12倍的阻抗。因此，可以獲得更精細的阻抗。例如，當三個單元線圈和四個單元線圈被分別布置在下部和上部時，可以獲得一個單元線圈的1/12～12/12倍阻抗。
圖9A和9B為依據本發(fā)明的又一實施例的具有角形形狀的自適應等離子體源的視圖。
盡管在上面已經描述了圓形襯套，但襯套還可以角形形狀形成。如圖9A和9B中所示，襯套可以矩形形狀或六角形形狀形成。在圖9A中所示的矩形襯套910的情況下，兩個或多個(例如四個)單元線圈921、922、923和924被對稱地從襯套910的四邊分出來。在這種情況中，很顯然，所述單元線圈可以從襯套910的四個角分出來。同樣，使用上面方程式1確定單元線圈921、922、923和924的圈數(shù)。也就是，因為四個單元線圈921、922、923和924被使用，所以圈數(shù)變?yōu)?/4、2/4、3/4、1、1和1/4、1和2/4等等。在圖9B中所示的六角形襯套930的情況下，兩個或多個(例如六個)單元線圈941、942、943、944、945和946被對稱地從襯套930的六個角分出來。使用上面方程式1確定單元線圈941、942、943、944、945和946的圈數(shù)。也就是，因為六個單元線圈941、942、943、944、945和946被使用，所以圈數(shù)變?yōu)?/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。
權利要求
1.一種自適應等離子體源，其被布置在反應室的上部，所述反應室具有反應空間以形成等離子體，并且，所述反應室被從外部RF功率源供給RF(射頻)功率以在反應空間內部形成電場，所述自適應等離子體源包括導電襯套，其被連接至所述RF功率源且被布置在所述反應室的上部中間部位；以及至少兩個單元線圈，它們從所述襯套分支出來，各單元線圈以螺旋形狀圍繞所述襯套且具有等于a×(b/m)的圈數(shù)，其中a和b為正整數(shù)，m為單元線圈的個數(shù)。
2.權利要求1中的自適應等離子體源，其中襯套具有預定直徑的圓形形狀，各單元線圈從襯套邊緣處的互相對稱的位置處分支出來。
3.權利要求1中的自適應等離子體源，其中襯套具有多邊形形狀，各單元線圈具有與所述襯套相同的多邊形形狀且螺旋圍繞所述襯套。
4.權利要求3中的自適應等離子體源，其中襯套和單元線圈具有矩形形狀。
5.權利要求3中的自適應等離子體源，其中襯套和單元線圈具有六邊形形狀。
6.權利要求1中的自適應等離子體源，其中襯套與布置在反應室上部的各單元線圈布置在相同的平面上。
7.權利要求1中的自適應等離子體源，其中襯套被布置在高于第一平面的第二平面上，布置在反應室上部的各單元線圈被設置在所述第一平面上。
8.權利要求7中的自適應等離子體源，其中各單元線圈從布置在所述第二平面上的襯套分支出來，并且延伸至第一平面，此后以螺旋形狀布置在第一平面上。
9.一種自適應等離子體源，其被布置在反應室的上部處，所述反應室具有反應空間以形成等離子體，并且，所述反應室被從外部RF功率源供給RF(射頻)功率以在反應空間內部形成電場，所述自適應等離子體源包括第一導電襯套，其在位于反應室上部的第一平面上被布置在所述反應室的上部中間部位處；至少兩個第一單元線圈，它們從第一平面上的第一襯套分支出來，所述第一單元線圈以螺旋形狀圍繞第一襯套且具有等于a×(b/m1)的圈數(shù)，其中a和b為正整數(shù)，m1為第一單元線圈的個數(shù)；第二導電襯套，其對應于第一襯套被布置在高于所述第一平面的第二平面上，所述第二導電襯套被彈性地連接至所述第一襯套；以及至少兩個第二單元線圈，它們從第二平面上的第二襯套分支出來，所述第二單元線圈以螺旋形狀圍繞第二襯套且具有等于a×(b/m2)的圈數(shù)，其中a和b為正整數(shù)，m2為所述第二單元線圈的個數(shù)。
10.權利要求9中的自適應等離子體源，其中第一襯套具有等于或寬于第二襯套的橫截面。
11.權利要求9中的自適應等離子體源，進一步包括至少一個第三襯套，其在第一平面和第二平面之間的至少一個平面上被連接至第一和第二襯套；以及至少一個第三單元線圈，其從第三襯套分支出來且以與第一單元線圈和第二單元線圈相同的方式被布置。
全文摘要
提供一種自適應等離子體源，其被設置在反應室的上部，所述反應室具有反應空間以形成等離子體，并被從外部RF功率源供給RF(射頻)功率以在反應空間中形成電場。自適應等離子體源包括導電襯套和至少兩個單元線圈。導電襯套被連接至RF功率源且被設置在所述反應室的上部中間部位。至少兩個單元線圈從所述襯套分支出來，并且以螺旋形狀圍繞所述襯套且具有等于a×(b/m)的圈數(shù)，其中a和b為正整數(shù)，m為單元線圈的個數(shù)。
文檔編號H05H1/46GK1864449SQ200480028661
公開日2006年11月15日 申請日期2004年9月8日 優(yōu)先權日2003年9月9日
發(fā)明者金南憲 申請人:自適應等離子體技術株式會社