[发明专利]增强磁控制等离子体径向分布的约束挡板和流动均衡器无效

专利信息
申请号: 200710170253.3 申请日: 2007-11-15
公开(公告)号: CN101188189A 公开(公告)日: 2008-05-28
发明(设计)人: 马修·L·米勒;丹尼尔·J·霍夫曼;史蒂文·C·香农;迈克尔·库特尼;詹姆斯·卡杜西;安德鲁·尼古因 申请(专利权)人: 应用材料股份有限公司
主分类号: H01L21/00 分类号: H01L21/00;H01L21/02;H01L21/205;H01L21/3065;H01L21/67;H01J37/32;H05H1/00;H05H1/10;C23C16/513;C23F4/00
代理公司: 北京律诚同业知识产权代理有限公司 代理人: 徐金国
地址: 美国加利*** 国省代码: 美国;US
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摘要:
搜索关键词: 增强 控制 等离子体 径向 分布 约束 挡板 流动 均衡器
【说明书】:

本申请要求享有2006年11月15日提交的美国分案申请序号为No.60/859,558的权益。

技术领域

发明的实施方式主要涉及一种用于等离子体高流导轴向约束和流动均衡的方法和装置,该方法和装置通过阻抗约束增强等离子体径向分布的磁控制,并增强等离子体的径向约束

背景技术

在微电子集成电路的制造中,半导体晶圆的等离子体处理用于介电质蚀刻、金属蚀刻、化学气相沉积和其它工艺中。在半导体衬底处理中,越来越小的部件尺寸和线宽发展的趋势诱使在半导体衬底上掩模、蚀刻和沉积材料具有越来越高的精度。

通常,蚀刻通过将射频(RF)功率施加到被供应到在由支撑构件所支撑的衬底上方的低压处理区域的工作气体来完成。所产生的电场在处理区域内生成将工作气体激发为等离子体的反应区域。该支撑构件偏置以吸引朝向在其上支撑的衬底的等离子体。离子朝向邻近衬底的边界层或等离子体鞘迁移并在离开边界层时加速。被加速的离子产生需要从衬底表面去除或蚀刻材料的能量。由于被加速的离子能蚀刻处理腔室内的其它组件,所以将等离子体约束到衬底上方的处理区域且远离腔室的侧壁是很重要的。

无约束的等离子体导致沉积在腔室壁上的蚀刻副产物(通常为聚合物)并同样蚀刻腔室壁。沉积在腔室壁上的蚀刻副产物能使工艺漂移。来自腔室壁的蚀刻材料通过再沉积污染衬底和/或产生腔室中的颗粒。另外,无约束的等离子体还导致沉积在下游区域中的蚀刻副产物。积累的蚀刻副产物剥落并产生颗粒。为了减少由下游区域中蚀刻副产物的沉积引起的颗粒问题,需要额外的后蚀刻(下游)清洗步骤,其将降低工艺产量并增加工艺成本。

受约束的等离子体将降低腔室污染、腔室清洗并改善工艺可重复性(或减少工艺漂移)。

发明内容

在本发明的一个方案中,等离子体反应器包含具有腔室侧壁、顶部和底部的腔室。工件支撑底座位于腔室内并包含工件支撑表面。底座侧壁与腔室侧壁相对并从腔室底部延伸。工件支撑底座限定腔室侧壁和底座侧壁之间的抽吸环。抽吸口设置在腔室底部中。环形等离子体约束挡板从底座侧壁延伸,并具有限定在边缘和腔室侧壁之间的气流间隙的外部边缘。该挡板降到工件支撑表面下的一段距离处,该距离对应于在工件支撑底座外围处降低的等离子体离子密度。该反应器进一步包含具有在挡板下并阻挡气流通过抽吸环的阻挡板的气流均衡器。该阻挡板限定在抽吸口附近一侧的最小气流传导和在抽吸口相对一侧上的最大气流传导的晶圆支撑底座周围的偏心开口。阻挡板与腔室侧壁隔开以限定在该阻挡板与腔室侧壁之间的足够长的间隙,从而引起最小气流阻力。

根据另一方案,气流均衡器进一步包含从阻挡板外部边缘朝向挡板延伸的轴向壁;并且所述壁导引气流到偏心开口。

根据又一方案,在挡板和腔室侧壁之间的气流间隙足够小以防止或降低到抽吸环的等离子体的流动。

反应器进一步包含磁性等离子体导向装置。该磁性等离子体导向装置具有边缘高等离子体离子密度偏置。选择挡板放置在工件支撑平面下的距离,以将底座边缘处的等离子体密度降低到补偿所述磁性导向装置的边缘高等离子体离子密度偏置的量。

附图说明

为了获得并能详细理解本发明的以上概述实施方式,以下将参照附图中示出的其实施方式对以上的概述进行更具体的描述。然而,应该理解,附图仅示出了本发明的典型实施方式,并因此不应考虑为对本发明范围的限制,因为本发明承认其它等效实施方式。

图1A是等离子体处理腔室的示意性视图;

图1B示出了可在图1A的实施方式中使用的槽形约束环;

图2A示出了具有在工艺腔室中的环形等离子体约束环的一个实施方式的等离子体处理腔室的示意性视图;

图2B示出了具有在工艺腔室中的环形等离子体约束环的另一个实施方式的等离子体处理腔室的示意性视图;

图2C示出了等离子体密度比率和腔室压力与缝隙宽度的函数关系的模拟结果;

图2D示出了当在环孔和腔室壁之间的缝隙宽度为0.5英寸时等离子体处理腔室中的等离子体密度的模拟结果;

图2E示出当在环孔和腔室壁之间的缝隙宽度为3英寸时等离子体处理腔室中的等离子体密度的模拟结果;

图3A和图3B是顶部线圈的磁场的图示,而图3C是相同磁场的空间视图;

图4A、图4B、图4C和图4D是对于图1A反应器操作的各种模式在晶圆表面上的蚀刻速度(垂直轴)与径向位置(水平轴)的函数关系的视图;

图5A、图5B、图5C和图5D是图1A反应器操作的进一步模式在晶圆表面上的蚀刻速度(垂直轴)与径向位置(水平轴)的函数关系的视图;

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