混合等离子体源阵列制造技术

提供了一种等离子体源阵列。等离子体源阵列包括设置在基板上的多个混合等离子体子源。每个混合子源包括：具有内部区域和外部表面的介电管；感应耦合等离子体源，感应耦合等离子体源用于产生感应耦合等离子体并靠近介电管的外部表面设置；电容耦合等离子体源，电容耦合等离子体源用于产生电容耦合等离子体并设置在介电管的内部区域内；以及，气体注入系统，气体注入系统被配置为提供一种或多种工艺气体到介电管的内部区域。还提供了包含等离子体源阵列的等离子体处理设备和使用方法。源阵列的等离子体处理设备和使用方法。源阵列的等离子体处理设备和使用方法。

【技术实现步骤摘要】
混合等离子体源阵列
[0001]优先权要求
[0002]本申请要求于2021年5月25日提交的第63/192,712号美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。


[0003]本公开大体上涉及用于加工工件的等离子体处理设备，并且更具体地涉及用于等离子体处理设备的等离子体源阵列。

技术介绍

[0004]等离子体处理在半导体工业中广泛用于半导体晶片和其他基板的沉积、蚀刻、抗蚀剂去除和相关处理。等离子体源(如微波、ECR、感应耦合等)通常用于等离子体处理，以产生用于处理基板的高密度等离子体和活性物质。在等离子体干式去胶工艺中，得自等离子体的中性物质(例如，自由基)进入处理腔室以处理工件，如半导体晶片。在等离子体蚀刻工艺中，直接接触到工件的等离子体中产生的自由基、离子和其他物质，可以用于蚀刻和/或去除工件上的材料。
附图说明
[0005]在说明书中参考了附图阐述了针对本领域普通技术人员的实施例的详细讨论，其中：
[0006]图1描绘了根据本公开示例性实施例的示例等离子体处理设备；
[0007]图2描绘了根据本公开示例性实施例的被配置为用于等离子体处理设备的示例等离子体源阵列的俯视图；
[0008]图3描绘了根据本公开示例性实施例的被配置为用于等离子体处理设备的示例等离子体源阵列的透视图；
[0009]图4描绘了根据本公开示例性实施例的被配置为用于等离子体处理设备的示例等离子体源阵列的透视图；
[0010]图5描绘了根据本公开示例性实施例的被配置为用于等离子体处理设备的示例等离子体源阵列的底视图；
[0011]图6描绘了根据本公开示例性实施例的被配置为用于等离子体处理设备的示例等离子体源阵列的透视截面图；
[0012]图7描绘了根据本公开示例性实施例的被配置为用于等离子体处理设备的示例等离子体源阵列的横截面图；
[0013]图8A描绘了根据本公开示例性实施例的示例混合等离子体子源；
[0014]图8B描绘了根据本公开示例性实施例的示例混合等离子体子源；
[0015]图8C描绘了根据本公开示例性实施例的示例混合等离子体子源；
[0016]图8D描绘了根据本公开示例性实施例的示例混合等离子体子源的横截面图；
[0017]图9描绘了根据本公开示例性实施例的用于混合等离子体子源的示例电容耦合等离子体源和示例感应耦合等离子体源；
[0018]图10描绘了根据本公开示例性实施例的示例混合等离子体子源，包括示例气体分配板；
[0019]图11描绘了根据本公开示例性实施例的示例混合等离子体子源，包括示例气体分配板；
[0020]图12描绘了根据本公开示例性实施例的示例混合等离子体子源的横截面图；
[0021]图13描绘了根据本公开示例性实施例的示例混合等离子体子源的横截面图；
[0022]图14描绘了根据本公开示例性实施例的用于等离子体源阵列的混合等离子体子源的示例射频驱动器；和
[0023]图15描绘了根据本公开示例性实施例的加工工件方法的流程图。
具体实施方式
[0024]本公开的示例性方面涉及一种等离子体源阵列，其包括设置在基板上的多个混合等离子体子源(hybrid plasma sourcelet)。每个混合子源包括具有内部区域和外部表面的介电管；感应耦合等离子体源，用于产生感应耦合等离子体并靠近介电管的外部表面设置；电容耦合等离子体源，用于产生电容耦合等离子体并设置在介电管的内部区域内；以及气体注入系统，被配置为提供一种或多种工艺气体(process gas)到介电管的内部区域。还提供了示例等离子体处理设备和利用这种等离子体处理设备加工工件的方法。
[0025]现有的等离子体处理工具可能仅具有两个区用于感应耦合等离子体源以调节从中心到边缘的均匀性。这些工具可以具有从晶片中心到晶片边缘的具有M形离子密度分布曲线或M形蚀刻速率曲线的不均匀性。此外，现有的两区感应耦合等离子体源可能没有独立的两区均匀性控制，因为两区ICP线圈布局实际上在等离子体侧耦合在一起，在等离子体加热区形成甜甜圈形状(donut shape)，从而导致M形不均匀性曲线。
[0026]本公开的示例性方面可以提供改进均匀性的解决方案，通过使用阵列中等间距的或成定制空间布置的多个等离子体源(例如，子源)增加均匀性可调性。每个等离子体源是一个混合等离子体子源，其包括电容耦合等离子体源和感应耦合等离子体源，具有相对小的尺寸和大的操作窗口，以在单个源设计中利用电容耦合等离子体和感应耦合等离子体两者。本公开的等离子体源阵列可以装配在等离子体处理设备中，以提供多区域混合等离子体源设计，其能够可缩放地用于任何尺寸的等离子体处理设备，诸如从300mm晶片工具到用于显示面板和太阳能板的大型处理设备。等离子体源设计可以提供增加的均匀性和多种均匀性可调性。
[0027]多个混合等离子体子源的阵列布置可以为高分辨率(w/小尺寸等离子体源)大面积地布置等离子体源提供灵活性，改进了工件的最边缘区域的性能，从而获得更高的产量。根据本公开的示例性方面的等离子体处理设备可用于半导体蚀刻、导体蚀刻和/或电介质蚀刻，或甚至其他应用，例如硅通孔(TSV)和微机电系统(MEMS)，或甚至光刻胶剥离。本公开的各个方面可以为每个混合等离子体子源提供从低端到高端的精确功率控制。例如，每个混合等离子体子源的约55W的小最大功率可以具有小的动态范围，其有助于提高功率调节分辨率，从而在全功率范围内从低端到高端为等离子体源阵列提供更好的整体功率精确调
节。根据本公开的示例性方面的等离子体处理设备还可以提供面向等离子体的大的射频(RF)接地表面，其可以帮助进一步降低等离子体电势。
[0028]本公开的各个方面可具有诸多技术效果和益处。例如，本公开的各方面可以提供增强的等离子体均匀性和等离子体均匀性可调性。等离子体处理设备可以产生相对较冷的下游等离子体，用于最佳定向的高纵横比蚀刻和精细蚀刻。此外，等离子体处理设备可以通过仔细确定电容耦合等离子体部分的电容，并操作射频频率以保持来自电容耦合等离子体电极和感应耦合等离子体线圈的电压低于溅射阈值，减少电容耦合，从而所产生的等离子体非常干净，几乎没有金属污染或颗粒。此外，等离子体处理设备具有大的操作窗口，这是因为等离子体源阵列可以利用电容耦合等离子体产生(具有大的激发窗口(striking window))和感应耦合等离子体产生(其能够以高电离效率产生等离子体)两者。此外，等离子体处理设备提供了改进的便利性和灵活性，这是因为混合等离子体源可被以高分辨率布置在较大区域中，以提高设备的性能，并进一步提高加工期间的整体均匀性。
[0029]将参考等离子体蚀刻应用讨论本公开的各个方面。然而，本公开的示例方面可用于其他应用而不会背离本公开的范围，例如化学气相沉积(CVD)、等离子体气相沉积(PVD)、高密度等离子体化学气相沉积(HDPCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等离子体源阵列，包括：设置在基板上的多个混合等离子体子源，每个混合子源包括：介电管，具有内部区域和外部表面；感应耦合等离子体源，用于产生感应耦合等离子体，所述感应耦合等离子体源靠近所述介电管的所述外部表面设置；电容耦合等离子体源，用于产生电容耦合等离子体，所述电容耦合等离子体源设置在所述介电管的所述内部区域内；以及气体注入系统，被配置为提供一种或多种工艺气体到所述介电管的所述内部区域。2.根据权利要求1所述的等离子体源阵列，其中，所述感应耦合等离子体源包括围绕所述介电管的所述外部表面的一部分设置的一个或多个感应线圈。3.根据权利要求1所述的等离子体源阵列，其中，所述电容耦合等离子体源包括设置在所述介电管的所述内部区域的一部分内的一个或多个电极。4.根据权利要求3所述的等离子体源阵列，其中，所述电容耦合等离子体源包括设置在所述介电管内的至少两个电极。5.根据权利要求1所述的等离子体源阵列，其中，所述电容耦合等离子体源在Z方向上设置在所述感应耦合等离子体源上方。6.根据权利要求1所述的等离子体源阵列，其中，所述电容耦合等离子体源被配置为促进等离子体的激发和/或点火。7.根据权利要求1所述的等离子体源阵列，其中，所述感应耦合等离子体源被配置为促进所述介电管的所述内部区域的一部分内的等离子体的产生。8.根据权利要求1所述的等离子体源阵列，其中，每个子源包括气体分配板。9.根据权利要求8所述的等离子体源阵列，其中，所述气体分配板包括一个或多个通道，所述一个或多个通道设置在所述电容耦合等离子体源的一个或多个电极之间，以将所述一种或多种工艺气体从所述子源的顶部通过所述电容耦合等离子体源提供到所述子源的底部。10.根据权利要求1所述的等离子体源阵列，其中，所述感应耦合等离子体源被配置成围绕所述介电管的底部，所述介电管的所述底部具有在所述z方向上的约20mm至约80mm的高度。11.根据权利要求1所述的等离子体源阵列，其中，所述介电管具有约10mm至约500mm的直径。12.根据权利要求1所述的等离子体源阵列，其中，所述介电管具有约10mm至约40mm的直径。13.根据权利要求1所述的等离子体源阵列，其中，所述混合等离子体子源包括围绕所述混合等离子体子源的所述外部表面的至少一部分设置的屏蔽件。14.根据权利要求13所述的等离子体源阵列，其中，所述屏蔽件包括铁氧体屏蔽件。15.根据权利要求13所述的等离子体源阵列，其中，所述屏蔽件设置在所述感应耦合等离子体源的外部。16.根据权利要求1所述的等离子体源阵列，其中，每个子源包括单电源馈电件，所述单电源馈电件被配置为从一个或多个电源向所述感应耦合等离子体源和所述电容耦合等离
子体源两者供电。17.根据权利要求16所述的等离子体源阵列，其中，所述一个或多个电源包括射频电源、直流电源、交流电源，或它们的组合。18.根据权利要求1所述的等离子体源阵列，其中，一个或多个支架被配置为将每个子源固定到所述基板。19.根据权利要求1所述的等离子体源阵列，其中，所述等离子体源阵列包括设置在所述基板上的至少5到约45个子源。20.根据权利要求1所述的等离子体源阵列，其中，所述混合等离子体子源的第一组均耦合到第一电源，以及所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙茂林，
申请(专利权)人：玛特森技术公司，
类型：发明
国别省市：