[发明专利]电感耦合式等离子体（ICP）反应器中的功率沉积控制

说明书

本文提供电感耦合式等离子体(ICP)反应器的实施例。在一些实施例中，用于电感耦合式等离子体反应器的电介质窗包括：主体，该主体包括第一侧、与第一侧相对的第二侧、边缘和中心，其中，该电介质窗具有在空间上变化的介电系数。在一些实施例中，用于处理基板的设备包括：工艺腔室，具有处理容积，该处理容积设置在该工艺腔室的盖的下方；以及一个或多个电感线圈，这些电感线圈设置在盖上方以将RF能量感性地耦合至设置在处理容积内的基板支撑件上方的处理容积中，并在该处理容积内的基板支撑件上方的处理容积中形成等离子体；其中，该盖是电介质窗，该电介质窗包括第一侧与相对的第二侧，该第二侧面向处理容积；并且其中，该盖具有在空间上变化的介电系数，以将对RF能量的变化的功率耦合从一个或多个电感线圈提供至处理容积。

技术领域

本发明的实施例大体上涉及电感耦合式等离子体处理反应器。

背景技术

典型的工业电感耦合式等离子体(ICP)源使用两个平的(flat)或垂直线圈的布置来控制中心至边缘(例如，相对于被处理的基板)的等离子体轮廓，并且允许在处理期间(例如，在蚀刻应用中)的基板层级(substrate level)的均匀度可调谐性(tunability)。在电流正在相同的方向上流动(被指示为“同相”(“in phase”))的典型的垂直式双线圈布置中，由于在基板层级上的、线圈之间的电场的相长干涉(constructive interference)的性质，M形蚀刻速率轮廓存在，这限制了先进节点技术可能期望的整体均匀度。在电介质窗下的功率耦合的M形蚀刻速率轮廓的峰的位置可基于线圈的布置而有所不同。如果线圈中的电流彼此以相反方向上被驱动(被指示为“异相(“out of phase”)”)，则在线圈之间电场的相消干涉(destructive interference)发生，从而在电介质窗下产生将ICP源从真空腔室隔离开的空区(null region)。通过扩散，基板层级的整体等离子体轮廓可平坦化，从而消除或减少M形特征图(signature)。在此类场景中，等离子体被向外推向腔室壁。因此，到达基板的总离子通量会减少，从而导致较低的蚀刻速率和减少的生产量。因此，为了增加蚀刻速率，在异相操作中需要更高的RF功率。由于一些应用遭受M形效应(由于高生产量要求和/或RF 电源的最大功率的限制，该M形效应进一步要求高ICP功率)，因此，异相操作可能需要显著地更高的功率，这可能要求无法在商业上获得且极其昂贵的RF生成器与匹配设备。此外，在某些条件下，异相操作可能会遭遇容性耦合(E模式)和/或感性耦合(H模式)的不稳定性，这使此类工艺的操作窗口变窄。

因此，发明人相信，对于不需要求助于较高的功率且通过以不同的方式来实现相同的效果来模拟异相操作具有需求。因此，发明人提出通过操纵功率耦合轮廓(在电介质窗下由等离子体吸收的功率)来减小模拟异相操作的M形并同时保持同相电流的方法。

发明内容

本文提供了电感耦合式等离子体(ICP)反应器的实施例。发明人已发现，在反应器的等离子体产生区域中的线圈之间的局部化区域中改变有效介电系数和/或改变电介质窗厚度可模拟异相操作的效应，对于该异相操作，功率耦合的空区(或几乎空的区域)创建在线圈之间。提供若干实施例以影响等离子体产生区域(例如ICP反应器的处理容积)中的线圈之间的整体功率耦合。例如，在一些实施例中，在线圈之间M达峰值(从真空侧起算)的位置处，可增加将这些线圈与处理容积分开的电介质窗的厚度。例如，如图6中的功率轮廓所示，使用本文所述的实施例，由双线圈ICP反应器中的同相操作产生的M形轮廓的峰602可被控制和抑制至几乎空的峰 604。替代地或组合地，可提供具有径向地变化的介电系数的电介质窗，使得在线圈之间中的区域中的介电系数以2至3倍达到峰值。在上文所述的实施例中，通过线圈进行的感性和容性耦合的影响会受影响。

本文提供电感耦合式等离子体(ICP)反应器的实施例。在一些实施例中，用于电感耦合式等离子体反应器的电介质窗包括：主体，该主体包括第一侧、与第一侧相对的第二侧、边缘和中心，其中，该电介质窗具有在空间上变化的介电系数。