TWI829156B - 電漿源陣列、電漿處理設備、電漿處理系統以及用於在電漿處理設備中加工工件的方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一種電漿源陣列。電漿源陣列包括設置在基板上的多個混合電漿子源。每個混合電漿子源包括：具有內部區域和外部表面的介電管；感應耦合電漿源，感應耦合電漿源用於產生感應耦合電漿並靠近介電管的外部表面設置；電容耦合電漿源，電容耦合電漿源用於產生電容耦合電漿並設置在介電管的內部區域內；以及，氣體注入系統，氣體注入系統被配置為提供一種或多種製程氣體到介電管的內部區域。還提供了包含電漿源陣列的電漿處理設備和使用方法。
Description
本公開大體上涉及用於加工工件的電漿處理設備，並且更具體地涉及用於電漿處理設備的電漿源陣列。
電漿處理在半導體工業中廣泛用於半導體晶片和其他基板的沉積、蝕刻、抗蝕劑去除和相關處理。電漿源(如微波、ECR、感應耦合等)通常用於電漿處理，以產生用於處理基板的高密度電漿和活性物質。在電漿乾式去膠製程中，得自電漿的中性物質(例如，自由基)進入處理腔室以處理工件，如半導體晶片。在電漿蝕刻製程中，直接接觸到工件的電漿中產生的自由基、離子和其他物質，可以用於蝕刻和/或去除工件上的材料。
一種電漿源陣列，包括：設置在基板上的多個混合電漿子源，每個混合電漿子源包括：一介電管，具有一內部區域和一外部表面；一感應耦合電漿源，用於產生一感應耦合電漿，所述感應耦合電漿源靠近所述介電管的所述外部表面設置；一電容耦合電漿源，用於產生一電容耦合電漿，所述電容耦合電漿源設置在所述介電管的所述內部區域內；以及一氣體注入系統，被配置為提供一種或多種製程氣體到所述介電管的所述內部區域。
一種電漿處理設備，包括：一處理腔室；一工件支撐件，設置在所述處理腔室內，所述工件支撐件被配置為支撐一工件；一電漿源陣列，被配置為向所述處理腔室提供電漿，所述電漿源陣列包括：設置在基板上的多個混合電漿子源，每個混合電漿子源包括：一介電管，具有一內部區域和一外部表面；一感應耦合電漿源，用於產生一感應耦合電漿，所述感應耦合電漿源靠近所述介電管的所述外部表面設置；一電容耦合電漿源，用於產生一電容耦合電漿，所述電容耦合電漿源設置在所述介電管的所述內部區域內；以及一氣體注入系統，被配置為提供一種或多種製程氣體到所述介電管的所述內部區域。
一種電漿處理系統，包括：一處理腔室；一工件支撐件，設置在所述處理腔室內，所述工件支撐件被配置為支撐一工件；一電漿源陣列，被配置為向所述處理腔室提供電漿，所述電漿源陣列包括：設置在基板上的多個混合電漿子源，每個混合電漿子源包括：一介電管，具有一內部區域和一外部表面；一感應耦合電漿源，用於產生一感應耦合電漿，所述感應耦合電漿源靠近所述介電管的所述外部表面設置；一電容耦合電漿源，用於產生一電容耦合電漿，所述電容耦合電漿
源設置在所述介電管的所述內部區域內；以及一氣體注入系統，被配置為提供一種或多種製程氣體到所述介電管的所述內部區域；以及一控制器，被配置為執行一個或多個操作，所述一個或多個操作包括調整一電源以向所述混合電漿子源中的一個或多個供電，和/或調整所述氣體注入系統以提供一種或多種製程氣體到所述混合電漿子源中的一個或多個。
一種用於在電漿處理設備中加工工件的方法，所述電漿處理設備具有一處理腔室和設置在所述處理腔室內並被配置為支撐所述工件的一工件支撐件，以及被配置為向所述處理腔室提供電漿的一電漿源陣列，所述電漿源陣列包括設置在基板上的多個混合電漿子源，每個混合電漿子源包括：具有一內部區域和一外部表面的一介電管；用於產生一感應耦合電漿並靠近所述介電管的所述外部表面設置的一感應耦合電漿源；用於產生一電容耦合電漿並設置在所述介電管的所述內部區域內的一電容耦合電漿源；以及，被配置為提供一種或多種製程氣體到所述介電管的所述內部區域的一氣體注入系統，所述方法包括：允許一製程氣體進入所述混合電漿子源；使用所述感應耦合電漿源和/或所述電容耦合電漿源從所述製程氣體產生包括一種或多種物質的電漿；允許所述一種或多種物質進入所述處理腔室；以及將所述工件在所述處理腔室中暴露於所述一種或多種物質。
100:電漿處理設備
110:處理腔室
112:工件支撐件
114:工件
120:電漿腔室
128:接地法拉第遮罩
130:電漿源陣列
132:匹配網路
133:混合電漿子源
134:射頻功率發生器
136:基板
142:支架
144:頂部
145:銷
146:底部
150:氣體供應
151:環形氣體分配通道
155:氣體輸送系統
158:閥門、控制閥
159:進氣管線
170:介電管
171:外部表面、外表面
172:內部區域
175:控制器
180:感應耦合電漿源
182:感應線圈
185:氣流控制器
190:電容耦合電漿源
192、194:電極
200:分離格柵
210:第一格柵板
220:第二格柵板
252:氣體分配板
254:通道
504:電漿
510:偏壓電極
512:匹配網路
514:射頻功率發生器
516:排氣口
600:混合電漿源
610:諧振電路
612:感應耦合電漿源、ICP源
614:電容耦合電漿源、CCP源
630:控制器
631:第一端子
632:第二端子
633:射頻子源件
634:第一電晶體
635:第二電晶體
636:第一射頻時鐘信號、第一射頻信號
637:第二射頻時鐘信號、第二射頻信號
640:電流感測器
800-810:方法
140:孔
184:射频馈送件
186:遮罩件
638:接地
在說明書中參考了附圖闡述了針對本領域普通技術人員的實施例的詳細討論，其中：
圖1描繪了根據本公開示例性實施例的示例電漿處理設備；圖2描繪了根據本公開示例性實施例的被配置為用於電漿處理設備的示例電漿源陣列的俯視圖；圖3描繪了根據本公開示例性實施例的被配置為用於電漿處理設備的示例電漿源陣列的透視圖；圖4描繪了根據本公開示例性實施例的被配置為用於電漿處理設備的示例電漿源陣列的透視圖；圖5描繪了根據本公開示例性實施例的被配置為用於電漿處理設備的示例電漿源陣列的底視圖；圖6描繪了根據本公開示例性實施例的被配置為用於電漿處理設備的示例電漿源陣列的透視截面圖；圖7描繪了根據本公開示例性實施例的被配置為用於電漿處理設備的示例電漿源陣列的橫截面圖；圖8A描繪了根據本公開示例性實施例的示例混合電漿子源；圖8B描繪了根據本公開示例性實施例的示例混合電漿子源；圖8C描繪了根據本公開示例性實施例的示例混合電漿子源；
圖8D描繪了根據本公開示例性實施例的示例混合電漿子源的橫截面圖；圖9描繪了根據本公開示例性實施例的用於混合電漿子源的示例電容耦合電漿源和示例感應耦合電漿源；圖10描繪了根據本公開示例性實施例的示例混合電漿子源，包括示例氣體分配板；圖11描繪了根據本公開示例性實施例的示例混合電漿子源，包括示例氣體分配板；圖12描繪了根據本公開示例性實施例的示例混合電漿子源的橫截面圖；圖13描繪了根據本公開示例性實施例的示例混合電漿子源的橫截面圖；圖14描繪了根據本公開示例性實施例的用於電漿源陣列的混合電漿子源的示例射頻驅動器；和圖15描繪了根據本公開示例性實施例的加工工件方法的流程圖。
本公開的示例性實施態樣涉及一種電漿源陣列，其包括設置在基板上的多個混合電漿子源(hybrid plasma sourcelet)。每個混合電漿子源包括具有內部區域和外部表面的介電管；感應耦合電漿
源，用於產生感應耦合電漿並靠近介電管的外部表面設置；電容耦合電漿源，用於產生電容耦合電漿並設置在介電管的內部區域內；以及氣體注入系統，被配置為提供一種或多種製程氣體(process gas)到介電管的內部區域。還提供了示例電漿處理設備和利用這種電漿處理設備加工工件的方法。
現有的電漿處理工具可能僅具有兩個區用於感應耦合電漿源以調節從中心到邊緣的均勻性。這些工具可以具有從晶片中心到晶片邊緣的具有M形離子密度分佈曲線或M形蝕刻速率曲線的不均勻性。此外，現有的兩區感應耦合電漿源可能沒有獨立的兩區均勻性控制，因為兩區ICP線圈佈局實際上在電漿側耦合在一起，在電漿加熱區形成甜甜圈形狀(donut shape)，從而導致M形不均勻性曲線。
本公開的示例性實施態樣可以提供改進均勻性的解決方案，通過使用陣列中等間距的或成定制空間佈置的多個電漿源(例如，子源)增加均勻性可調性。每個電漿源是一個混合電漿子源，其包括電容耦合電漿源和感應耦合電漿源，具有相對小的尺寸和大的操作視窗，以在單個源設計中利用電容耦合電漿和感應耦合電漿兩者。本公開的電漿源陣列可以裝配在電漿處理設備中，以提供多區域混合電漿源設計，其能夠可縮放地用於任何尺寸的電漿處理設備，諸如從300mm晶片工具到用於顯示面板和太陽能板的大型處理設備。電漿源設計可以提供增加的均勻性和多種均勻性可調性。
多個混合電漿子源的陣列佈置可以為高解析度(w/小尺寸電漿源)大面積地佈置電漿源提供靈活性，改進了工件的最邊緣區域的性能，從而獲得更高的產量。根據本公開的示例性實施態樣的電漿處
理設備可用於半導體蝕刻、導體蝕刻和/或電介質蝕刻，或甚至其他應用，例如矽通孔(TSV)和微機電系統(MEMS)，或甚至光阻剝離。本公開的各個實施態樣可以為每個混合電漿子源提供從低端到高端的精確功率控制。例如，每個混合電漿子源的約55W的小最大功率可以具有小的動態範圍，其有助於提高功率調節解析度，從而在全功率範圍內從低端到高端為電漿源陣列提供更好的整體功率精確調節。根據本公開的示例性實施態樣的電漿處理設備還可以提供面向電漿的大的射頻(RF)接地表面，其可以幫助進一步降低電漿電勢。
本公開的各個實施態樣可具有諸多技術效果和益處。例如，本公開的各實施態樣可以提供增強的電漿均勻性和電漿均勻性可調性。電漿處理設備可以產生相對較冷的下游電漿，用於最佳定向的高深寬比(high aspect ratio,HAR)蝕刻和精細蝕刻。此外，電漿處理設備可以通過仔細確定電容耦合電漿部分的電容，並操作射頻頻率以保持來自電容耦合電漿電極和感應耦合電漿線圈的電壓低於濺射閾值，減少電容耦合，從而所產生的電漿非常乾淨，幾乎沒有金屬污染或顆粒。此外，電漿處理設備具有大的操作視窗，這是因為電漿源陣列可以利用電容耦合電漿產生(具有大的激發視窗(striking window))和感應耦合電漿產生(其能夠以高電離效率產生電漿)兩者。此外，電漿處理設備提供了改進的便利性和靈活性，這是因為混合電漿源可被以高解析度佈置在較大區域中，以提高設備的性能，並進一步提高加工期間的整體均勻性。
將參考電漿蝕刻應用討論本公開的各個實施態樣。然而，本公開的示例實施態樣可用於其他應用而不會背離本公開的範圍，
例如化學氣相沉積(CVD)、電漿氣相沉積(PVD)、高密度電漿化學氣相沉積(HDPCVD)、電漿增強化學氣相沉積(PECVD)、原子層沉積(ALD)、原子層蝕刻(ALE)等，甚至大型顯示螢幕或太陽能電池板製造。
出於說明和討論的目的，將參考“工件”、“晶片”或半導體晶片討論本公開的各個實施態樣。本領域普通技術人員使用本文提供的公開內容將理解，本公開的示例實施態樣可與任何半導體工件或其他合適工件(例如平板顯示器、太陽能電池板等)結合使用。另外，術語“大約”與數值結合使用的意圖是指所述數值的百分之十(10%)以內。“基座”是指可用於支撐工件的任何結構。“遠端電漿”是指遠離工件產生的電漿，例如在通過分離格柵與工件分離的電漿腔室中生成的電漿。“直接電漿”是指直接接觸到工件的電漿，例如在具有可操作以支撐工件的基座的處理腔室中產生的電漿。
圖1描繪了根據本公開示例性實施態樣的示例電漿處理設備100。如圖所示，該設備包括處理腔室。處理腔室可以包括工件支撐件112或基座。工件114可以放置在工件支撐件112上。根據本公開的示例性實施態樣的電漿源陣列130可用於從製程氣體產生電漿和/或物質，以接觸到工件114。電漿源陣列130可以包括一個或更多個(例如，多個)混合電漿子源133。電漿源陣列130通過合適的匹配網路132耦合到射頻功率發生器134。電漿源陣列130可以由任何合適的材料形成，包括適合在處理腔室110內感應出電漿的導電材料。製程氣體可以從氣體供應150和環形氣體分配通道151或其他合適的氣體引入機構提供給電漿源陣列130。當電漿源陣列130被來自射頻功率發生
器134的射頻功率供能時，可以在處理腔室110中產生電漿。在特定實施例中，電漿處理設備100可以包括可選的接地法拉第遮罩128，以減少電漿源陣列130與電漿的電容耦合。接地法拉第遮罩128可以由任何合適的材料或導體形成，包括與電漿源陣列130相似或基本相似的材料。
如圖1所示，根據本公開的示例性實施態樣，電漿處理設備100可包括氣體輸送系統155，其配置為將製程氣體輸送至電漿源陣列130。可選地，氣體輸送系統155還可以配置為將製程氣體輸送至處理腔室110。例如，可以利用環形氣體分配通道151或其他分配系統來提供。氣體輸送系統155可包括多條進氣管線159。可使用閥門158和/或氣流控制器185控制進氣管線159，以將期望量的氣體作為製程氣體輸送至電漿腔室120。氣體輸送系統155可用於輸送任何合適的製程氣體。示例製程氣體包括含氧氣體(例如O2、O3、N2O、H2O)、含氫氣體(例如H2、D2)、含氮氣體(例如N2、NH3、N2O)、含氟氣體(例如CF4、C2F4、CHF3、CH2F2、CH3F、SF6、NF3)、含烴氣體(例如CH4)或其組合。可根據需要添加含有其他氣體的其他進氣管線。在一些實施例中，製程氣體可與惰性氣體混合，惰性氣體可稱為“載體”氣體，例如He、Ar、Ne、Xe或N2。控制閥158可用於控制用於使製程氣體流入電漿源陣列130和/或處理腔室110的每條進氣管線的流速。在實施例中，氣體輸送系統155可由氣流控制器185控制。
電漿處理設備100可包括偏壓源，該偏壓源在工件支撐件112中具有偏壓電極510。偏壓電極510可以經由合適的匹配網路512耦合到射頻功率發生器514。當偏壓電極510被射頻能量供能
時，可在處理腔室110中由製程氣體或製程氣體混合物產生電漿504，用於直接接觸到工件114。處理腔室110可包括用於從處理腔室110排出氣體的排氣口516。向偏壓電極510應用射頻功率允許偏壓電極510充當偏壓源。工件支撐件可以在豎直方向上移動。例如，工件支撐件112可以包括豎直提升器，該豎直提升器可以被配置為調整工件支撐件112和電漿源陣列130之間的距離。例如，豎直提升器可被配置為在加工工件114期間將工件支撐件112及其上的工件114移動更接近電漿源陣列130。
可選地，可以在處理腔室110和電漿源陣列130之間提供分離格柵200。分離格柵200可用於在由電漿源陣列130產生的電漿被輸送到處理腔室110時對其執行離子過濾。例如，由電漿源陣列130產生的電漿可由分離格柵200過濾，以便在處理腔室110中產生過濾混合物。包括一種或多種物質的過濾混合物可在處理腔室110中接觸到工件114。
在一些實施例中，分離格柵200可以是多板分離格柵。例如，分離格柵200可以包括彼此平行分隔開的第一格柵板210和第二格柵板220。第一格柵板210和第二格柵板220可以分開一段距離。
第一格柵板210可以具有帶有多個孔的第一格柵圖案。第二格柵板220可以具有帶有多個孔的第二格柵圖案。第一格柵圖案可以與第二格柵圖案相同或不同。帶電粒子可以在它們的通過分離格柵中每個格柵板210、220的孔的路徑中在壁上重新組合。中性物質(例如，自由基)可以相對自由地流過第一格柵板210和第二格柵板
220中的孔。每個格柵板210和220的孔的大小和厚度可以影響帶電粒子和中性粒子兩者的透明度。
在一些實施例中，第一格柵板210可以由金屬(例如鋁)或其他導電材料製成，和/或第二格柵板220可以由導電材料或介電材料(例如石英、陶瓷等)製成。在一些實施例中，第一格柵板210和/或第二格柵板220可以由其他材料製成，例如矽或碳化矽。如果格柵板由金屬或其他導電材料製成，格柵板可以接地。在一些實施例中，格柵元件可以包括具有一個格柵板的單個格柵。
電漿處理設備100可以包括控制器175。控制器175控制處理腔室110中的各種部件以指導工件114的處理。例如，控制器175可用於電漿源陣列130和/或氣體輸送系統155。控制器175還可以實現一個或多個製程參數，例如控制氣流控制器185和改變處理腔室110的條件，以便在加工工件114期間保持處理腔室110中的適當條件。控制器175可以包括，例如，一個或多個處理器和一個或多個存放裝置。一個或多個存放裝置可以儲存電腦可讀指令，電腦可讀指令在由一個或多個處理器執行時使一個或多個處理器執行操作，例如本文中所述的控制操作中的任何操作。在某些實施例中，控制器175可以被配置為例如通過調整供給混合電漿子源133中的一個或多個的功率來調整電漿源陣列130的供電。在其他實施例中，控制器可配置為調整氣體輸送系統，以向混合電漿子源133中的一個或多個供給一種或多種製程氣體。例如，控制器175可以修改(例如，增加或減少)或停止流向某些混合電漿子源133的氣流。此外，控制器175可以修改供應給每個混合電漿子源133的製程氣體的類型和數量。
圖2-7描述了根據本公開的示例實施態樣的電漿源陣列130的各個實施態樣。如圖所示，電漿源陣列130包括設置在基板136上的多個混合電漿子源133。每個混合電漿子源133的直徑可以遠小於基板136或處理腔室的直徑。例如，在實施例中，基板136包括整體基板空間量，每個單獨的混合電漿子源133包括子源空間量。子源空間量小於基板空間量的40%，例如小於基板空間量的30%，例如小於基板空間量的20%，例如小於基板空間量的10%，例如小於基板空間量的5%。
可以配置一個或多個支架142，以將每個混合電漿子源133固定到基板136上。如圖所示，在某些實施例中，支架142可包括可通過一個或多個銷145或杆牢固耦合的頂部144和底部146。支架的頂部144可以設置在混合電漿子源133的頂部周圍，以便為其提供穩定性，而支架142的底部146為混合電漿子源133的底部提供穩定性，並且還將混合電漿子源133牢固耦合到基板136。如圖所示，一個或多個銷145(例如至少兩個銷)用於固定支架142。然而，本公開並不限於此，實際上，支架142可以通過至少三個銷固定，例如至少四個銷，例如至少五個銷等，以便將混合電漿子源133固定到基板136。此外，支架142的底部146可以配置有一個或多個連接點，用於將支架142牢固地耦合到基板136。例如，支架142可以通過至少一個連接點固定到基板136，例如至少兩個連接點，例如至少三個連接點，例如至少四個連接點，例如至少五個連接點等。
每個混合電漿子源133可以單獨調整其輸出射頻功率，以調節製程均勻性。每個混合電漿子源133具有將CCP部分和
ICP部分組合在一個源中的混合設計。CCP部分有助於打開激發或點火視窗，而ICP部分可用於產生大部分電漿。基板136的直徑可根據加工需要進行選擇。例如，在某些實施例中，基板136的直徑可為約500mm至約600mm，例如約550mm至約580mm。基板136可以由包括介電材料或金屬材料的任何合適材料形成。基板136可塗覆有合適的塗層材料，包括釔基塗層。在某些實施例中，基板136可以配備能夠控制基板溫度、尤其能夠在加工期間控制基板溫度的一個或多個系統。例如，基板136可以通過陽極氧化被進行溫度控制。如圖4-5中更具體地示出，基板136包括一個或多個孔140，在其上可設置一個或多個混合電漿子源133。孔140允許由一個或多個混合電漿子源133中的每一個產生的電漿流入處理腔室110以用於加工工件114。
更具體地說，圖2-5描繪了37個混合電漿子源133在基板136上以大約21英寸直徑(533公厘)等距分佈的示例。然而，本公開並不局限於此。實際上，基板136可以包括至少5個混合電漿子源133，以及多達大約45個混合電漿子源。待加工工件114位於底板136下方，間距為約3英寸(76公厘)至約7英寸(178公厘)。通過單獨調整用於37個混合電漿子源133中每一個的射頻功率，與半導體電漿製程的現有電漿源設計相比，均勻性可調性可大大提高。
圖8A-8D描繪了根據本公開示例性實施例的示例混合電漿子源133的細節。如圖所示，混合電漿子源133可包括限定內部區域172且具有外部表面171的介電管170。介電管170可以由任何合適的介電材料形成，介電材料包括但不限於石英和/或陶瓷。介電管170可耦合至支架142，用於將混合電漿子源133固定至基板136。例如，
介電管170的頂部或頂面可以耦合到支架142的頂部144。可選地，介電管170的底部或底面可以耦合到支架142的底部146。介電管170的直徑可以從約10mm到約500mm，例如從約20mm到約450mm，例如從約30mm到約400mm，例如從約40mm到約350mm，例如從約50mm到約300mm，例如從約60mm到約250mm，例如從約70mm到約200mm。在某些實施例中，介電管的直徑為約10mm至約40mm。
混合電漿子源133可包括用於產生感應耦合電漿的感應耦合電漿源180。如圖所示，感應耦合電漿源180可包括圍繞介電管170的外部表面171設置的感應線圈182。具有感應耦合電漿源180的混合電漿子源133的部分可稱為混合電漿子源133的ICP部分。當感應線圈182被射頻能量供能時，可在介電管170內產生電漿。用於從合適的射頻能量源提供射頻能量的射頻饋送件184可以耦合到感應線圈182，以提供用於在混合電漿子源133中感應電漿的射頻功率。在某些實施例中，感應線圈182環繞介電管170的一部分，而不沿管的整個長度延伸。例如，在某些實施例中，感應線圈環繞介電管170的外表面171的至少10%，例如至少20%，例如至少30%，例如至少40%，例如至少50%，例如至少60%，例如至少70%。在某些實施例中，感應線圈182圍繞其設置的介電管170的底部在Z方向上的高度為約10mm至約100mm，例如約20mm至約90mm，例如約30mm至約80mm，例如約40mm至約70mm。在某些實施例中，介電管170的底部具有約65mm的高度。此外，介電管170的底部可以包括感應線圈182所環繞的介電管170的總部分。
混合電漿子源133包括遮罩件186，遮罩件186圍繞介電管的外周設置，包圍感應線圈182。遮罩件186可以包括任何合適的材料，包括鐵氧體材料。遮罩件被配置為防止設置在基板136上的多個混合電漿子源133之間的串擾。
混合電漿子源133配置有電容耦合電漿源190，用於產生電容耦合電漿。電容耦合電漿源190可包括設置在介電管170的內部區域172內的一個或多個電極192、194。電極192、194可以以任何合適的方式佈置。在某些實施例中，電極192、194在介電管的內部區域172內以環形方式佈置為同心線圈。電容耦合電漿源190可以被提供射頻、直流(DC)和/或交流(AC)功率，以便在介電管170內產生電容耦合電漿。例如，電極192、194中的至少一個可以耦合到射頻源，而另一個電極耦合到地或其他基準。當電極192、194中的至少一個被射頻能量供能時，可以產生電漿。
在某些實施例中，電容耦合電漿源190沿Z方向設置在感應耦合電漿源180上方。例如，圖9描述了電極192、194和感應線圈182的放置。在這些實施例中，可以向電容耦合電漿源190和感應耦合電漿源180兩者提供適當的功率。當氣體被供應到混合電漿子源133時，電容耦合電漿源190被配置為有助於點火和/或促進電漿的激發，而感應耦合電漿源180可促進在介電管170的內部區域172的一部分內產生電漿。
製程氣體可通過合適的氣體分配系統供應至混合電漿子源133。例如，可以向每個混合電漿子源133提供一條或多條進氣管線。因此，在某些實施例中，每個混合電漿子源133具有其自己的進氣
管線，該管線可單獨連接到氣體輸送系統155，以便向混合電漿子源133提供所需的製程氣體。在某些其他實施例中，混合電漿子源133的部分可被從單個氣體分配系統供給製程氣體，而混合電漿子源133的其他部分可被從不同的單個氣體分配系統供給製程氣體。因此，可以利用單個或多個氣體分配系統向混合電漿子源133供給製程氣體。
參考圖10-13，混合電漿子源133包括氣體分配板252，用於促進製程氣體流過混合電漿子源133。例如，氣體分配板252可位於介電管170的內部區域172內。氣體分配板252可配備有一個或多個孔或通道，用於引導製程氣體穿過介電管170的至少一部分。例如，在某些實施例中，氣體分配板252包括設置在電容耦合電漿源190的一個或多個電極192、194之間的一個或多個通道254。通道254被配置為從混合電漿子源133的頂部經由電容耦合電漿源190向混合電漿子源133的底部提供製程氣體。例如，通道254可以經由電極192、194提供氣體，並將氣體輸送到被感應耦合電漿源180圍繞的介電管的一部分。
圖14描繪了根據本公開示例性實施態樣的每個混合電漿子源133的示例射頻驅動器。每個混合電漿子源133都可以耦合到自己特有的射頻驅動器。作為替代，多個混合電漿子源133可以耦合到同一射頻驅動器。射頻驅動器可以在沒有匹配網路的情況下實現。直接驅動發生器的射頻工作頻率可被可調整地調諧，以實現增加的和/或最大的到電漿源的功率傳遞。
更具體地參考圖14，示例混合電漿源600可包括諧振電路610，其包括感應耦合電漿(ICP)源612和電容耦合電漿
(CCP)源614。ICP源612為諧振電路610提供電感元件，CCP源614為諧振電路610提供電容元件。在一些實現中，如圖14所示，ICP源612與CCP源614串聯連接。儘管本公開涉及諧振電路610，但應瞭解，諧振電路也可被稱為LC電路、振盪電路、調諧電路、或已知包括連接在一起的電感器(由字母L表示)和電容器(由字母C表示)的其他電路。諧振電路示意圖620提供了諧振電路610內的子源件的示意性表示。更具體地說，諧振電路610的ICP源612提供諧振電路示意圖620的電感(LICP)622，諧振電路610的CCP源614提供諧振電路示意圖620的電容(CCCP)624。
混合電漿源600還可以包括控制器630。在一些實施方式中，控制器630可被配置為控制ICP源612和CCP源614的操作，從而ICP源612和CCP源614形成諧振電路610。更具體地說，控制器630可以說明確保諧振電路610的射頻工作頻率被調整為使得諧振電路610在期望的激勵頻率下諧振。當使用混合電漿源600的電漿腔室中的工作條件發生變化時，控制器630可有助於自動調諧諧振電路610的工作頻率，以跟蹤室的條件，以便動態地維持串聯諧振，從而射頻功率可以有益地被滿負荷輸送到電漿腔室。
在所公開技術的一種實現中，混合電漿源600的控制器630可以包括耦合到諧振電路610的電流感測器640，其被配置為測量諧振電路610產生的射頻電流的諧波分量。在一些實現中，電流感測器640可對應於VI探針。電流感測器640可以被配置為僅測量射頻電流的諧波分量，而不測量諧振電路610產生的射頻電流的基波分量。例如，由諧振電路610產生的射頻電流可以包括基波電流分量和諧波電
流分量。基波電流分量可對應於射頻電流的歸因於諧振電路610的激勵頻率或諧振頻率的部分。諧波電流分量可以是分別對應於激勵頻率的一個或多個諧波的一個或多個電流或總和。控制器630結合電流感測器640可被配置為直接測量由諧振電路610產生的射頻電流的諧波電流分量，並通過將諧波電流的幅度降低到目標值以下來控制激勵頻率。例如，可以選擇性地調諧第一射頻時鐘信號636的實施態樣、第二射頻時鐘信號637的實施態樣或控制器630的附加實施態樣(例如，如後面的實施例中所述的可變電容器)，以動態地調整諧振電路610的工作頻率以獲得峰值性能。減少或最小化諧波電流分量有助於優化串聯諧振，並產生混合電漿源600的滿負荷性能。
仍然參考圖14，控制器630可以包括不匹配的直接驅動射頻電路，該電路包括連接到ICP源612的第一端子631和連接到CCP源614的第二端子632。由諧振電路610產生的射頻功率可以被輸送到用於電漿處理設備的射頻子源件633。控制器630可以包括第一電晶體634和第二電晶體635，第一電晶體634和第二電晶體635例如可以分別對應於諸如MOSFETS之類的場效電晶體。第一電晶體634可以設置在第一端子631和射頻子源件633之間，而第二電晶體635可以設置在第一端子631和第二端子632之間，第二端子632連接到接地638。第一端子631位於第二電晶體635的漏極端子和第一電晶體634的源極端子之間，而第二端子632連接到第二電晶體635的源極端子。第一電晶體634可被配置為在其柵極端子處接收第一射頻信號636，而第二電晶體635可被配置為在其柵極端子處接收第二射頻信號637。在一些實現中，第一射頻信號636和第二射頻信號637是脈衝射
頻時鐘信號。在一些實現中，第一射頻信號636和第二射頻信號637是以脈衝頻率fRF為特徵的方波信號。在一些實現中，第一射頻信號636相對於第二射頻信號637被相移。例如，第一射頻信號636可以從第二射頻信號637偏移約180度，因此其特徵在於基本相反的信號相位。第一電晶體634的漏極端子可以向射頻子源件633輸送功率。
圖15描繪了根據本公開的示例性實施態樣的一種示例性方法(800)的流程圖。將參考圖1的電漿處理設備100作為示例來討論方法(800)。該方法(800)可在任何合適的電漿處理設備中實施。圖15描繪了為了說明和討論的目的以特定循序執行的步驟。本領域的普通技術人員使用本文提供的公開內容將理解，本文描述的任何方法的各種步驟可被以各種方式省略、擴展、同時執行、重新排列和/或修改，而不背離本公開的範圍。此外，可以在不背離本公開範圍的情況下執行各種步驟(未示出)。
在(802)處，該方法可包括允許製程氣體到達一個或多個混合電漿子源133。例如，製程氣體可經由氣體輸送系統155被供應至電漿源陣列130的一個或多個混合電漿子源133。例如，製程氣體可以從多條進氣管線159輸送，並且可以使用閥門158和/或氣流控制器185進行控制，以便將期望量的氣體輸送到每個混合電漿子源133。氣體輸送系統155可用於輸送任何合適的製程氣體。示例製程氣體包括含氧氣體(例如O2、O3、N2O、H2O)、含氫氣體(例如H2、D2)、含氮氣體(例如N2、NH3、N2O)、含氟氣體(例如CF4、C2F4、CHF3、CH2F2、CH3F、SF6、NF3)、含烴氣體(例如CH4)或其組合。可根據需要添加含有其他氣體的其他進氣管線。在一些實施例中，
製程氣體可與惰性氣體混合，惰性氣體可稱為“載體”氣體，例如He、Ar、Ne、Xe或N2。控制閥158可用於控制用於使製程氣體流入電漿源陣列130和/或處理腔室110的每條進氣管線的流速。
在(804)處，該方法包括使用混合電漿子源133從製程氣體產生包括一種或多種物質的電漿。例如，一旦製程氣體被供應至混合電漿子源133中的一個或多個，電容耦合電漿源190可用於促進混合電漿子源133的介電管170內的電漿的激發或點火。此外，氣體分配板252可用於將製程氣體從頂部並通過電容耦合電漿源190移動到介電管170的底部。一旦點火，感應耦合電漿源180可用於在介電管170內產生電漿。例如，每個混合電漿子源133可以包括感應耦合電漿源180，其包括感應線圈182。感應線圈182可以通過合適的匹配網路132耦合到射頻功率發生器134。當感應線圈182被來自射頻功率發生器134的射頻功率供能時，可以在介電管170的內部區域172中產生電漿。
在(806)處，該方法包括允許一種或多種物質進入處理腔室110。例如，一旦在介電管170的內部區域172內產生電漿，電漿就可以從介電管170流過位於基板136中的孔140，進入處理腔室110，以便加工工件114。此外，在某些實施例中，由電漿源陣列130產生的電漿可以可選地由位於基板136和工件114之間的分離格柵過濾。
可選地，可以在處理腔室110和電漿源陣列130之間提供分離格柵200。分離格柵200可用於在由電漿源陣列130產生的電漿被輸送到處理腔室110時對其執行離子過濾。例如，由電漿源陣列
130產生的電漿可由分離格柵200過濾，以便在處理腔室110中產生過濾混合物。包括一種或多種物質的過濾混合物可在處理腔室110中接觸到工件114。分離格柵200可以是多板分離格柵。例如，分離格柵200可以包括彼此平行間隔的第一格柵板210和第二格柵板220。第一格柵板210和第二格柵板220可以分隔開一段距離。
第一格柵板210可以具有帶有多個孔的第一格柵圖案。第二格柵板220可以具有帶有多個孔的第二格柵圖案。第一格柵圖案可以與第二格柵圖案相同或不同。帶電粒子可以在它們的通過分離柵極中每個格柵板210、220的孔的路徑中在壁上重新組合。中性物質(例如，自由基)可以相對自由地流過第一格柵板210和第二格柵板220中的孔。每個格柵板210和220的孔的大小和厚度可以影響帶電粒子和中性粒子兩者的透明度。因此，在某些實施例中，所產生的電漿可由分離格柵過濾以產生過濾混合物。然後，過濾混合物可接觸到工件114。
在(808)，該方法包括將工件暴露於處理腔室110中的一種或多種物質。如上所述，由混合電漿子源133產生的電漿可以經由位於基板136的底面上的一個或多個孔140提供到處理腔室110中。實際上，在某些實施例中，每個混合電漿子源133被放置在合適的孔上，使得混合電漿子源133產生的電漿可以被輸送到處理腔室並接觸到工件114。
在(810)，該方法包括將工件114從處理腔室110中移除。例如，工件114可被從處理腔室110中的工件支撐件112上
移除。然後，可以對電漿處理設備100進行調節，以用來將來加工額外的工件。
根據本公開的示例實施態樣的電漿處理設備中可使用的示例加工參數如下(對於300毫米工件加工)：壓力：2mT至5T
溫度：20℃至250℃
氣流：5sccm至5slm
雖然已經就本公開主題的具體示例實施例詳細描述了該主題，但是應當理解，本領域技術人員在理解前述內容後，可以容易地對這些實施例進行修改、變化和等效。因此，本發明的範圍是作為示例而非限制，並且本公開不排除對本領域的普通技術人員而言顯而易見的對本發明主題的修改、變型和/或添加。
[優先權要求]
本申請要求於2021年5月25日提交的第63/192,712號美國臨時專利申請的優先權，其全部內容通過引用併入本文。
100:電漿處理設備
110:處理腔室
112:工件支撐件
114:工件
128:接地法拉第遮罩
130:電漿源陣列
132:匹配網路
133:混合電漿子源
134:射頻功率發生器
151:環形氣體分配通道
155:氣體輸送系統
158:閥門、控制閥
159:進氣管線
175:控制器
185:氣流控制器
200:分離格柵
210:第一格柵板
220:第二格柵板
510:偏壓電極
512:匹配網路
514:射頻功率發生器
Claims (27)
- 一種電漿源陣列，包括：設置在基板上的多個混合電漿子源，每個混合電漿子源包括：一介電管，具有一內部區域和一外部表面；一感應耦合電漿源，用於產生一感應耦合電漿，所述感應耦合電漿源靠近所述介電管的所述外部表面設置；一電容耦合電漿源，用於產生一電容耦合電漿，所述電容耦合電漿源設置在所述介電管的所述內部區域內；以及一氣體注入系統，被配置為提供一種或多種製程氣體到所述介電管的所述內部區域。
- 根據請求項1所述的電漿源陣列，其中，所述感應耦合電漿源包括圍繞所述介電管的所述外部表面的一部分設置的一個或多個感應線圈。
- 根據請求項1所述的電漿源陣列，其中，所述電容耦合電漿源包括設置在所述介電管的所述內部區域的一部分內的一個或多個電極。
- 根據請求項3所述的電漿源陣列，其中，所述電容耦合電漿源包括設置在所述介電管內的至少兩個電極。
- 根據請求項1所述的電漿源陣列，其中，所述電容耦合電漿源在一Z方向上設置在所述感應耦合電漿源上方。
- 根據請求項1所述的電漿源陣列，其中，所述電容耦合電漿源被配置為促進電漿的激發和/或點火。
- 根據請求項1所述的電漿源陣列，其中，所述感應耦合電漿源被配置為促進所述介電管的所述內部區域的一部分內的電漿的產生。
- 根據請求項1所述的電漿源陣列，其中，每個混合電漿子源包括一氣體分配板。
- 根據請求項8所述的電漿源陣列，其中，所述氣體分配板包括一個或多個通道，所述一個或多個通道設置在所述電容耦合電漿源的一個或多個電極之間，以將所述一種或多種製程氣體從所述混合電漿子源的頂部通過所述電容耦合電漿源提供到所述混合電漿子源的底部。
- 根據請求項1所述的電漿源陣列，其中，所述感應耦合電漿源被配置成圍繞所述介電管的底部，所述介電管的所述底部具有在所述Z方向上的約20mm至約80mm的高度。
- 根據請求項1所述的電漿源陣列，其中，所述介電管具有約10mm至約500mm的直徑。
- 根據請求項1所述的電漿源陣列，其中，所述介電管具有約10mm至約40mm的直徑。
- 根據請求項1所述的電漿源陣列，其中，所述混合電漿子源包括圍繞所述混合電漿子源的所述外部表面的至少一部分設置的遮罩件。
- 根據請求項13所述的電漿源陣列，其中，所述遮罩件包括一鐵氧體遮罩件。
- 根據請求項13所述的電漿源陣列，其中，所述遮罩件設置在所述感應耦合電漿源的外部。
- 根據請求項1所述的電漿源陣列，其中，每個混合電漿子源包括一單電源饋電件，所述單電源饋電件被配置為從一個或多個電源向所述感應耦合電漿源和所述電容耦合電漿源兩者供電。
- 根據請求項16所述的電漿源陣列，其中，所述一個或多個電源包括一射頻電源、一直流電源、一交流電源，或它們的組合。
- 根據請求項1所述的電漿源陣列，其中，一個或多個支架被配置為將每個混合電漿子源固定到所述基板。
- 根據請求項1所述的電漿源陣列，其中，所述電漿源陣列包括設置在所述基板上的至少5到約45個該混合電漿子源。
- 根據請求項1所述的電漿源陣列，其中，所述混合電漿子源的一第一組均耦合到一第一電源，以及所述混合電漿子源的一第二組均耦合到一第二電源，其中所述第一電源不同於所述第二電源。
- 根據請求項1所述的電漿源陣列，其中，所述基板包括設置在每個子源下方的多個孔。
- 根據請求項1所述的電漿源陣列，其中，所述基板具有一基板空間量，以及個體混合電漿子源具有一子源空間量，其中，所述子源空間量小於所述基板空間量的20%。
- 根據請求項22所述的電漿源陣列，其中，所述基板具有所述基板空間量，以及每個混合電漿子源具有所述子源空間量，其中，所述子源空間量小於所述基板空間量的10%。
- 一種電漿處理設備，包括：一處理腔室；一工件支撐件，設置在所述處理腔室內，所述工件支撐件被配置為支撐一工件；一電漿源陣列，被配置為向所述處理腔室提供電漿，所述電漿源陣列包括：設置在基板上的多個混合電漿子源，每個混合電漿子源包括：一介電管，具有一內部區域和一外部表面；一感應耦合電漿源，用於產生一感應耦合電漿，所述感應耦合電漿源靠近所述介電管的所述外部表面設置；一電容耦合電漿源，用於產生一電容耦合電漿，所述電容耦合電漿源設置在所述介電管的所述內部區域內；以及一氣體注入系統，被配置為提供一種或多種製程氣體到所述介電管的所述內部區域。
- 根據請求項24所述的電漿處理設備，其中，所述基板包括被配置為提供所述電漿到所述處理腔室的多個孔。
- 一種電漿處理系統，包括： 一處理腔室；一工件支撐件，設置在所述處理腔室內，所述工件支撐件被配置為支撐一工件；一電漿源陣列，被配置為向所述處理腔室提供電漿，所述電漿源陣列包括：設置在基板上的多個混合電漿子源，每個混合電漿子源包括：一介電管，具有一內部區域和一外部表面；一感應耦合電漿源，用於產生一感應耦合電漿，所述感應耦合電漿源靠近所述介電管的所述外部表面設置；一電容耦合電漿源，用於產生一電容耦合電漿，所述電容耦合電漿源設置在所述介電管的所述內部區域內；以及一氣體注入系統，被配置為提供一種或多種製程氣體到所述介電管的所述內部區域；以及一控制器，被配置為執行一個或多個操作，所述一個或多個操作包括調整一電源以向所述混合電漿子源中的一個或多個供電，和/或調整所述氣體注入系統以提供一種或多種製程氣體到所述混合電漿子源中的一個或多個。
- 一種用於在電漿處理設備中加工工件的方法，所述電漿處理設備具有一處理腔室和設置在所述處理腔室內並被配置為支撐所述工件的一工件支撐件，以及被配置為向所述處理腔室提供電漿的一電漿源陣列，所述電漿源陣列包括設置在基板上的多個混合電漿子源， 每個混合電漿子源包括：具有一內部區域和一外部表面的一介電管；用於產生一感應耦合電漿並靠近所述介電管的所述外部表面設置的一感應耦合電漿源；用於產生一電容耦合電漿並設置在所述介電管的所述內部區域內的一電容耦合電漿源；以及，被配置為提供一種或多種製程氣體到所述介電管的所述內部區域的一氣體注入系統，所述方法包括：允許一製程氣體進入所述混合電漿子源；使用所述感應耦合電漿源和/或所述電容耦合電漿源從所述製程氣體產生包括一種或多種物質的電漿；允許所述一種或多種物質進入所述處理腔室；以及將所述工件在所述處理腔室中暴露於所述一種或多種物質。
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