[发明专利]分布式多区等离子体源的系统、方法及设备

说明书

技术领域

本发明总体上涉及等离子体反应室，并且更具体地讲，涉及等离子体反应室与晶片处理室分开的方法、系统和设备。

背景技术

图1A是典型的平行板电容式等离子体处理室100的侧视图。图1B是典型的平行板电容式等离子体处理室100中处理的衬底102的俯视图。典型的等离子体处理室100包括顶电极104、用于支撑将被处理的衬底102的衬底支架106。衬底支架106还可以是底电极。顶电极104通常是具有多个入口109的喷头型电极。多个入口109允许处理气体110穿过处理室100的宽度进入。

典型的平行板电容式等离子体反应器100用于处理圆形平面衬底。通用工艺是电介质蚀刻和其他蚀刻工艺。这种等离子体反应器通常存在中性物质从中心到边缘固有的不均匀性。

虽然这些系统有效，但是由于在衬底的中心存在的流速、有效气体停留时间以及一种或多种气体化学物质的一项或多项与边缘存在的流速、有效气体停留时间以及一种或多种气体化学物质相比存在差异，因此一些系统的中性气体物质会产生中心到边缘的不均匀性。一种或多种气体化学物质可以是由气相离解、置换和重组反应产生的。

作为实例，随着处理气体被引导穿过处理室的宽度，在顶电极104与底电极106之间形成等离子体112，并且等离子体形成。通过等离子体112的自由基和中性物质与衬底102的表面发生反应形成了等离子体副产物118。等离子体副产物118被抽到衬底的侧边并且被抽到泵108中。等离子体副产物可以包括一种或多种离解反应物(例如，CF4+e^-→CF3+F+e^-)和/或一种或多种离子(例如，CF4+e^-→CF3⁺+F))和/或一种或多种激发物(例如，Ar→Ar⁺+e^-)和/或一种或多种附属物(例如，CF4+e^-→CF3+F^-)和/或一种或多种二元反应物(例如，CF3+H→CF2+HF)。

等离子体副产物118还可以包括蚀刻副产物，蚀刻副产物包括蚀刻剂、F、CFx、SiF2、SiF4、Co、CO2。蚀刻副产物还可以在等离子体112中离解。

在等离子体处理期间还会发生重组。重组产生重组产物120。当来自等离子体112的自由基和中性物质冲击例如顶电极104的底面的表面时典型地发生重组。重组产物120然后从衬底102的侧边被提取到泵108中，类似于等离子体副产物118。等离子体重组产物120可以包括一个或多个壁或表面反应(例如，F+CF→CF2和/或H+H→H2和/或O+O→O2和/或N+N→N2)。等离子体重组产物120还可以包括CFx在处理室100的壁或其他内表面上形成聚合物的沉积。

应该指出的是，如图1A所示，仅仅为了清楚的目的，等离子体副产物从衬底102的一侧被提取出，并且重组产物120从衬底102的相对侧被提取出。在实际操作中，本领域的技术人员会认识到重组产物120和等离子体副产物118互相混合并且从衬底102的两侧被提取到泵108或其他装置中。

随着等离子体处理的进行，重组产物120和等离子体副产物118的浓度从衬底102的中心到边缘发生变化。因此，等离子体112中的处理气体、自由基和中性物质的浓度也会相应地发生变化。因此，有效等离子体处理(在这种情况下是蚀刻)从衬底102的中心到边缘发生变化。然而，有多种处理室配置和结构能够用于减少或控制等离子体。

由于这些控制，等离子体的自由基和中性物质大部分集中在衬底102的中心部分102A上方的等离子体处理区114A和116A中的衬底102的中心。另外，自由基和中性物质的浓度在一定程度上较少地集中在衬底102的中间部分102B上方的中间等离子体处理区114B和116B。再者，自由基和中性物质的浓度更稀疏且更少地集中在衬底102的边缘部分102C上方的边缘等离子体处理区114C和116C。

因此，衬底102的中心部分102A上方的中心等离子体处理区114A和116A等离子体处理发生最快，衬底102的中间部分102B上方的中间等离子体处理区114B和116B等离子体处理发生稍慢，并且衬底的边缘部分102C上方的边缘等离子体处理区114C和116C等离子体处理发生更慢。这导致衬底102的中心到边缘的不均匀性。