[发明专利]多频中空阴极以及安装该多频中空阴极的系统

说明书

背景技术

常规的中空阴极必须运行在约数百毫托（mTorr）至大气压的高压下。一些常规中空阴极在约1至10托的压强下运行得最有效，且具有约数毫米（mm）的内部尺寸。为了可操作，常规中空阴极的内部腔直径应当在若干个等离子体鞘厚度的范围内。该比例在一些半导体制造工艺（如等离子体蚀刻工艺，其中需要低压）中给常规中空阴极的使用造成了问题。

更具体地，常规中空阴极需要高射频（RF）功率以在较低的气压下产生等离子体且具有相对较大的尺寸。在低频RF功率、低压、以及小中空阴极尺寸的联立条件下，常规中空阴极不能在产生薄的等离子体鞘厚度的同时产生高的等离子体密度。因此，常规中空阴极不适于用在同时需要低压和低频RF功率二者的半导体制造操作中，比如不适于用在等离子体蚀刻操作中。在这种背景下，提出了本发明。

发明内容

在一实施方式中，公开了一种在衬底的等离子体处理中用于等离子体的产生的中空阴极系统。该中空阴极系统包括成型为包围内腔的导电构件。所述导电构件被形成为具有与所述内腔流体连通的工艺气体入口。所述导电构件还被形成为具有使所述内腔暴露于衬底处理区域的开口。该中空阴极系统还包括与所述导电构件电气连通以便实现第一RF功率至所述导电构件的传送的第一射频（RF）功率源。该中空阴极系统进一步包括与所述导电构件电气连通以便实现第二RF功率至所述导电构件的传送的第二RF功率源。所述第一RF功率源和所述第二RF功率源是独立可控的，使得所述第一RF功率和所述第二RF功率就频率和振幅而言是独立可控的。

在另一实施方式中，公开了一种用于衬底的等离子体处理的方法。该方法包括使衬底暴露于衬底处理区域。该方法还包括使多个中空阴极暴露于所述衬底处理区域。在该方法中，工艺气体流过所述多个中空阴极。该方法进一步包括将多个RF功率传送给所述多个中空阴极。所述多个RF功率就频率和振幅而言是独立控制的，且包括至少两个不同的频率。所述多个RF功率中的至少一个在所述工艺气体流过所述多个中空阴极时使所述工艺气体转变为等离子体。所述等离子体中的反应性组分进入所述衬底处理区域以作用在所述衬底上。

根据下面结合附图进行的以示例方式说明本发明的详细描述，本发明的其它方面以及优点会变得更加显而易见。

附图说明

图1A根据本发明的一实施方式示出了中空阴极组件的垂直截面；

图1B根据本发明的一实施方式示出了中空阴极组件对应于图1A中所标识的A-A视图的水平截面；

图2A示出了运行在单一RF频率或在DC的给定配置和尺寸的中空阴极的等离子体密度与工艺气体压强的关系曲线；

图2B根据本发明的一实施方式示出了图1A-1B的中空阴极组件的等离子体密度与工艺气体压强的关系曲线；

图3A-3B根据本发明的一实施方式示出了由多个部件形成的中空阴极系统的导电构件；

图4A-4B根据本发明的一实施方式示出了由多个部件形成以便将内腔分割成多个内腔的中空阴极系统的导电构件；

图5根据本发明的一实施方式示出了穿过多频RF供电的中空阴极的垂直截面，其中该中空阴极的内腔其形状设置成影响工艺气体压强；

图6A根据本发明的一实施方式示出了示例性中空阴极，其中三个导电阴极板被设置且通过介电片（dielectric sheet）彼此分隔；

图6B根据本发明的一实施方式示出了作为图6A的中空阴极的变化例的示例性中空阴极，其中没有下接地板；

图6C根据本发明的一实施方式示出了作为图6A的中空阴极的变化例的示例性中空阴极，其中三个独立控制的RF功率源被用来以三个不同的频率供应RF功率给阴极板；

图6D根据本发明的一实施方式示出了示例性中空阴极，其中四个导电阴极板被设置且通过介电片彼此分隔；

图6E根据本发明的一实施方式示出了示例性中空阴极，其中单个导电阴极板被连接以接收多个RF功率频率；

图7根据本发明的一实施方式示出了在衬底的等离子体处理中用于等离子体的产生的中空阴极系统；

图8根据本发明的一实施方式示出了用于衬底的等离子体处理的系统；

图9A根据本发明的一实施方式示出了用于衬底的等离子体处理的另一系统；

图9B根据本发明的一实施方式示出了作为图9A的系统的变化例的用于衬底的等离子体处理的系统；

图10根据本发明的一实施方式示出了作为图8的系统的变化例的用于衬底的等离子体处理的系统；