消除感应耦合等离子体反应器中M形状蚀刻率分布的方法

具体实施方式

以下描述阐述许多具体的细节，诸如具体系统、部件、方法等的示例，以提供对本发明的若干实施例的良好理解。然而，对于本领域技术人员明显的是，无需这些具体细节也可以实施本发明至少一些实施例。在其它情况下，没有详细描述或者在简单的框图中提供公知的部件或者方法，以避免不必要地使本发明不清楚。因而，所阐述的具体细节仅仅是示例性的。特定的实施例可以根据这些示例性的细节改变，并且还可以在本发明的精神和范围内想到。

描述用于处理衬底的方法和设备。感应耦合等离子体处理反应器具有与室顶相邻布置的内线圈天线和外线圈天线。单个功率源具有分别连接到内和外线圈天线的两个可不同调节的输出。对外线圈天线的直径和室中衬底支撑和室顶之间的间隙进行调节，以减小在感应耦合反应器中“M形状”蚀刻率分布。

图1是根据一个实施例的感应耦合等离子体反应器的框图。反应器室102由柱形侧壁104和平顶106限定。衬底支撑108可以设置在反应器室102内，其方位为面向室顶，并定心在室的对称轴线上。衬底支撑108可以定位在顶124下距离h处。

真空泵110与室102的排出出口(未示出)协作。处理气体供应112将处理通过气体入口114供应进入室102的内部。本领域的技术人员将认识到处理气体可以包括不同的成分，例如，用于多晶硅蚀刻的卤化物气体、用于二氧化硅蚀刻的碳氟化合物气体、或者用于硅化学蒸气沉积处理的硅烷气体、用于金属蚀刻的含氯气体。气体入口114在图1中图示为单个管，在实际应用中可以通过诸如多入口的复杂结构来实现。

在从天线130感应进入室102的RF功率的影响下，这些气体将支撑用于处理衬底116的等离子体。利用适合的前驱体气体，可以执行的等离子体处理不仅可以包括蚀刻，而且包括诸如化学蒸气沉积的沉积。

基座108可以包括导电电极118，其通过阻抗匹配网络120耦合到偏压RF功率源122。室侧壁104可以是诸如铝的金属，而顶106可以是诸如石英的介质。在本发明的其它实施例中，顶106可以是平的，但是也可以是穹状或者锥形。

根据另一实施例，顶106可以是半导体而不是介质。顶124的半导体材料可以具有最佳的导电性，使得其用作从天线130到RF感应场的窗口以及电极。在顶106可以采用作电极的情况下，它可以接地(未示出)或者可以通过匹配网络(未示出)连接到RF功率源(未示出)。室102和/或者天线130可以具有非柱状的形状(例如，具有方形截面的长方体形状)。衬底116还可以是非圆形(例如，方形或者其它外部形状)。衬底116可以包括半导体晶片、或者诸如掩膜光栅的其它物体。

如图1所示，天线130可以包括第一天线148和第二天线150，两者相邻并在室102的顶106上。根据一个实施例，第一天线148可以与第二天线150同心。第一天线148可以是轴线与室102相同的内线圈天线。第二天线150可以是轴线与室102相同的外线圈天线。外线圈天线150可以因而具有的直径D2大于图1中图示的内线圈天线148的直径D1。

RF功率源组件132可以包括连接到阻抗匹配网络136的一个RF发生器134。根据一个实施例，阻抗匹配网络136包括串联电容器138和可变并联电容器140。本领域的技术人员将认识到阻抗匹配网络126不限于图1所示的电路。实现以单个频率从单个功率源产生两个不同功率电平的类似效果的其它电路也是可以的。

阻抗匹配网络136可以包括第一RF输出端子144和第二RF输出端子146。第一RF输出端子144可以连接在串联电容器138的输入处。第二RF输出端子146可以连接到串联电容器138的输出处。本领域的技术人员将理解到图1中图示的匹配网络136的电路不是完整的匹配网络电路。它仅仅为了图示目的而示出。调节可变并联电容器140可以将更多功率分配到一个输出端子或者其它，这取决于该调节。因而，可以不同地调节在这两个输出端子144、146处的功率电平。

第一输出端子144可以连接到外天线150，而第二输出端子146可以连接到内天线148。因而，端子144、146分别连接到内和外天线150、148。双输出功率源组件132可以用于任何具有内和外天线的等离子体反应器。

若干因素可以影响衬底16的蚀刻率分布。在这些因素中是内线圈天线148的直径D1、外线圈天线150的直径D2和衬底116/衬底支撑118和室102的顶106之间的间隙h。通过调节直径D、直径D2和/或者间隙h，衬底116的“M”形状蚀刻率分布可以被消除或者显著减小。根据一个实施例，可以修改/调节直径D2和室间隙h以改进衬底的蚀刻率分布。

图2是图示用于改进图1的反应器中的蚀刻率均匀性同时消除衬底116的“M”形状蚀刻率分布的方法的流程图。在202，提供感应耦合等离子体反应器。室具有内和外天线，两者由如图1所示的一个可不同调节的功率供应提供功率。在204，衬底支撑设置在室中距离室顶室间隙h处。

在206，调节外天线的直径以增大室中设置在衬底支撑上的衬底的蚀刻率分布均匀西。根据一个实施例，外天线的直径增大，例如，从15”到17”。

在208，调节室间隙h以增大衬底的蚀刻率分布的均匀性。根据一个实施例，室间隙h从5”增大到6”。

根据另一实施例，调节和平衡直径和室间隙h，使得衬底的蚀刻率分布大致均匀，从而显著地消除了“M”形状蚀刻率分布。

图3是图示来自传统反应器和来自根据一个实施例的反应器的蚀刻率分布比较的曲线图。蚀刻率分布302是传统的外线圈天线直径为15”和室间隙为5”的感应耦合室的结果。蚀刻率分布304是根据一个实施例的感应耦合室的结果。为了图示的目的，感应耦合室的一个实施例的室间隙为6”，外线圈天线直径为17”。如图3所示，在衬底的表面上蚀刻率分布大致均匀。显著消除了之前的M形状。

图4图示了基于恒定的室间隙h和不同的直径D2，不同的蚀刻3率分布。外线圈天线150的直径D2的变化影响M形状波峰位置。当室间隙h较小时，外线圈天线150的直径D2的影响由于有限的垂直室高度而引起的短的扩散水平长度而变得显著。M形状波峰随着直径D2增大而朝着衬底的边缘移动，从而增大了衬底116的边缘处的蚀刻率，并提高了蚀刻率均匀性。

图5图示了基于不同的室间隙h(5”和6”)和恒定外线圈天线直径D2(15”)不同的蚀刻率分布。间隙h的变化给予等离子体更多的水平扩散的空间/机会。因而，M形状峰值随着室间隙h增大而朝着中心移动，最终在中心融合形成单个的波峰。另一方面，由于更长的扩散长度在室壁104处存在更多用于表面重组损失的机会。在边缘处的蚀刻率快速地减小。

图6是图示根据一个实施例线圈直径12”和线圈直径为17”，且室间隙为6”的蚀刻率分布的曲线图。对于外线圈直径为12”，衬底边缘处的蚀刻率似乎没有增大。然而，对于外线圈直径为17”，蚀刻率相当于衬底中心处的蚀刻率。

尽管此处以特定的顺序描述和示出方法的操作，可以改变每个方法的操作顺序，使得可以以相反的顺序执行特定的操作，或者可以至少部分地将特定的操作和当前的其它操作一起执行。在另一实施例中，截然不同的操作的指令或者子操作可以以间歇的方式和/或者交替的方式。

在前述说明书中，已经参照具体示例性实施例描述本发明。然而，明显地，可以在不脱离在权利要求书中阐述的本发明的较宽精神和范围的情况下进行各种修改和改变。因而，说明书和附图可以视为图示性意义而非限制意义。