处理基片的等离子体处理系统和方法技术方案

一种装置和方法，其用于调整等离子体密度和／或等离于区的化学成分的分布，由此调整用于处理基片的反应的特性。通过调整复合表面的几何形状来控制等离子体密度和／或等离子区的化学成分的分布，该复合表面与等离子区相接触，并由此激发在等离子区中离子和电子进行复合。例如，可以提供具有预定几何形状的复合部件来调整在一个或多个局部区域中的等离子体密度和化学性质。此外，还可以通过如下方法来调整等离子体密度：提供导体屏蔽件来降低耦合到特定的等离子区的ＲＦ功率，由此降低在这些区域中的等离子体密度。通过调整等离子区密度和化学成分的分布，可以改善等离子体方法（例如，蚀刻方法或增强的等离子体化学气相淀积方法）的均匀性，由此进一步提高所制造的设备的电性能的均衡性，改善临界尺寸，因此改善了在基片上制造的电路的性能并降低了生产成本。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请涉及1997年10月15日申请、申请号为60/061,856的美国临时申请，并要求该申请作为本申请的优先权。该临时申请的内容在此以引用的方式结合在本申请中。本专利技术涉及一种用于调整等离子体的空间密度/分布和在等离子体中的化学成分的空间分布的系统，具体地说涉及一种应用等离子体处理基片的系统。在许多电子设备和固态制造方法中，等离子体与基片(比如半导体晶片)进行反应或促进与基片的反应。为产生等离子体，通过电感性或电容性的耦合元件给一种气体提供能量。电感耦合元件的实例包括导电的螺旋线圈。许多常规的系统通过电匹配网络(MN)电路输送RF功率。在美国专利US 5,234,529(专利授予给Wayne L.Johnson，即本申请的专利技术人)中公开一种公知的电感等离子体产生系统。在此以引用的方式将该专利的内容结合在本申请中。参考附附图说明图1描述了一种产生等离子源114的方法。通过气体入口112将气体输送到处理室102中。具有输出阻抗Rs的RF功率源110将RF功率输送给作为电感耦合元件的螺旋线圈104。线圈104将能量耦合给气体，并在处理室102的等离子区108中使其激发为等离子体。然后通过等离子源114的出口120释放等离子体和由等离子体产生的高能粒子和/或活性粒子(例如，离子、原子或分子)，并应用这种粒子来处理基片，例如半导体晶片106或平板显示基片。在等离子体处理过程中，控制处理如何进行的一个因素是“双极性扩散”。在附图2中说明了这种双极性扩散过程，其描述了一种复合表面1306，等离子体的电子1302被吸引到该表面1306上。一旦达到复合表面1306，电子1302就附着在那里，由此产生了一尽负电荷，其吸引等离子体中的离子1304。离子1304一旦到达在结合表面就又与电子1302复合而产生中性粒子1308。由于这种中性粒子1308对离子密度np没有贡献，因此这种复合降低了在等离子区中的离子密度np。更重要的是，与远离表面1306的表面相比，在复合表面1306附近的等离子体的密度降低了。因此，作为复合表面的壁的几何结构影响了在源内的等离子体的空间分布。此外，由于某些种类的离子比其他种类的离子更易于发生复合，因此复合表面使一种或多种离子不成比例地复合，由此影响了等离子体的化学组分。在特定区域中的等离子体的离子密度np也受到几种过程的速率的影响，包括(1)离子-电子对的产生的速率，(2)离子-电子对复合的速率，和(3)电子和离子流进或流出该区域(包括抽吸区)的速率。在特定的时间上在该区域中的局部的等离子体密度np值满足如下条件在该值时前述的处理过程速率均衡。也可以通过输送到该区域中的能量的能值来影响np的值。更具体地说，增加输送到该区域的能量易于增加局部产生离子-电子对的速率，由此增加在该区域中的np值。穿过源114的输出口120的等离子体密度的非线性空间分布很不利。如在附图3A的曲线所示，在穿过源的出口的给定位置x上局部等离子体密度np取决于位置以及源的平均等离子体密度<np>。该曲线包括两种不同的等离子体的np-x曲线，每一曲线都具有其自己的平均密度值<np>。对于本实例中的两种等离子体，在源的中心320处np最大(由此在晶片106的中心)，并且在边沿322最小。此外，在当该平均密度较高的时候(高<np>)比在当该平均密度较低的时候(低<np>)这种非均匀的np更容易出现。如上所述，等离子体密度np能够基于源的几何形状在空间上变化。附图3B所示为通过变化源的有效宽度和有效长度L作为位置x的函数的局部离子密度图。如该曲线所示，等离子体密度的均匀性取决于等离子源的长宽比(L/W)。例如，每种长源和中等长源的离子密度np都在源的中心320处最大，而在边沿322处最小，对于短的源，在中心320附近np相对下降。通过使侧壁124靠近源的边沿使在长源的中心(和边沿322的相对低的等离子体密度)附近产生等离子体密度的相对峰值。侧壁提供一种能够增加离子和电子复合率的复合表面。因此，降低了在长源的边沿附近的等离子体密度。当在处理基片时，尤其是半导体晶片，非均匀的等离子体密度在基片的整个表面上引起非均匀的反应特性(例如，反应速率)。例如，如附图3C所示，如果应用等离子体来蚀刻基片，并且在晶片106的中心320附近具有较高的等离子体密度，则在晶片106的中心具有较高的蚀刻率，而在边沿322的速率较低。与附图3A所示的实例类似，附图3C所示的方法在较高的<np>的情况下表现出更明显的非均匀性，而在较低的<np>的情况下表现出更不明显的均匀性。在几篇美国专利中都已讨论过等离子体密度的非均匀性问题，这些专利在此都以引用的方式结合在本申请中。这些专利为Hendricks等人的题为“进行均匀的硅蚀刻的改进的RIE室”(Modified RIEChamber for Uniform Silicon Etching)的美国专利US4,340,461；Watanable的题为“微波等离子体处理方法和装置”(Microwave PlasmaProcessing Method and Apparatus)的美国专利US4,971,651(在该专利中描述了吸收、减少或分散局部等离子体密度以产生均匀的等离子体密度，由此均匀地处理晶片)；Sekine等人的题为“等离子体产生装置和表面处理装置以及在均匀磁场中处理处理晶片的方法”(PlasmaGenerating Device and Surface Processing Device and Method forProcessing Wafers in a Uniform Magnetic Field)的美国专利US5,444,207；Qian等人的题为“改进磁线圈电流以在增强磁场的等离子体反应器中进行均匀蚀刻的方法和装置”(Method and Apparatus forAltering Magnetic Coil Current to Produce Etch Uniformity in aMagnetic Field-Enhanced Plasma Reactor)的美国专利US5,534,108(在该专利中通过在平行于被处理的基片的水平面的平面中旋转的磁场产生一种均匀的等离子体密度)；Barnes等人的题为“用于大工件的等离子处理器”(Plasma Processor for Large Workpieces)的美国专利US5,589,737(在该专利中描述了一种通过非均匀等离子体密度对大型工件比如矩形平板显示器进行非均匀处理)；Kubota等人的题为“用于蚀刻的等离子源”(Plasma Source for Etching)的美国专利US5,593,539(在该专利中记载了电子按照摆线运动以产生均匀的等离子体密度)。通过各种方式改变一个或多个电极来提高平行的等离子体处理器的性能。Gorin和Hoog(美国专利US4,209,357)描述了一种应用具有可调整的间距的不同尺寸的电极提高蚀刻的均匀性。Koch(美国专利US本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理基片的等离子体处理系统，其包括：室；功率源；从所说的功率源给在所说的室内的等离子体提供功率的等离子体耦合元件；和用于调整所说的等离子体的密度和所说的等离子体化学成分之中的一种分布的装置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：怀恩L约汉逊，
申请(专利权)人：东京电子株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]