[发明专利]用于控制等离子体处理室中的等离子体的方法和装置

说明书

背景技术

等离子体已长期被应用于将衬底(例如，晶片、平板显示器、液晶显示器等)加工成电子器件(例如，集成电路芯片)以便并入多种电子产品(例如，智能手机、计算机等)。

在等离子体处理中，可利用具有一个或多个等离子体处理室的等离子体处理系统来处理一个或多个衬底。在各处理室中的等离子体生成可采用电容耦合等离子体技术、电感耦合等离子体技术、电子回旋技术、微波技术等。

电感耦合等离子体技术易于产生适合于蚀刻高性能器件的稠密等离子体，因此得到广泛的应用。在典型的电感耦合等离子体(ICP)系统中，将射频能量提供给天线，该天线通常采用设置在介电窗上方的感应线圈的形式，将介电窗相应地设置在被处理衬底的上方。在晶片的处理期间，例如，将衬底设置在工件固定器(通常是静电卡盘或另一类型的卡盘)上，并且可将反应气体(该反应气体可使用一种气体或者多种气体的混合物)释放入在衬底上方的等离子体处理区域。射频能量经过介电窗耦合到反应气体，以点燃并维持适合于衬底处理的等离子体。

然而，已发现由于感应线圈所诱导的局部高磁通分布，因而通过感应线圈所产生的等离子体通量往往会在衬底上方呈圆环形状。因此，从衬底的中部到衬底的边缘，存在某种程度的处理不均匀性(例如在蚀刻速率和蚀刻深度方面)。在现有技术中，利用多个同心线圈来减小由于使用感应线圈因而固有地造成的处理不均匀性。例如，在现有技术中曾试图使用两个同心感应线圈并获得不同程度的成功。

为了详细说明，图1A示出了具有两个同心线圈104和106的现有技术ICP室102的侧剖视图的简化图。线圈104和106被设置在介电窗108的上方，并且由各自的射频电源110和112提供电力。在图1B的实例中更清楚地示出了这两个线圈104和106。

在图1A中，用附图标记126表示等离子体云。如图1A中可见，磁通线122形成局部的稠密磁通区域124，在该区域中点燃并维持等离子体126以便对衬底130进行处理。因为图1A是侧剖视图，所以应当理解的是，如果从图1A的顶部看，在衬底130上方，此等离子体126具有圆环形状。等离子体126的此圆环形状分布导致从衬底130的中部到衬底130的边缘的处理不均匀性。

在现有技术中，将不同的射频功率水平提供给两个线圈，以试图解决前述的处理不均匀性问题。

图1C示出了利用射频电源160将高射频功率提供给中心线圈162并且利用射频电源164将低射频功率提供给边缘线圈166的效果。在这种情况下，易于在中心线圈162的下方形成圆环形状的等离子体云168，如图所示。

图1D示出了分别由射频电源170和174将等量的射频功率提供给中心线圈172和边缘线圈176的效果。在这种情况下，易于在介电窗下方与这两个线圈172和176相隔大致等距离的位置形成圆环形状的等离子体云178，如图所示。

图1E示出了利用射频电源180将低射频功率提供给中心线圈182并且利用射频电源184将高射频功率提供给边缘线圈186的效果。在这种情况下，易于在边缘线圈188的下方形成圆环形状的等离子体云188，如图所示。

如图1C-图1E中可见，尽管现有技术利用多个线圈为等离子体提供某种程度的可调性，但处理不均匀性的问题仍然存在。在全部的这三个附图1C-1E中，从衬底中心到衬底边缘存在等离子体通量的显著差异。

降低ICP系统中的处理不均匀性是本发明方法和装置的实施方式的许多目的中一个。

发明内容

在一实施方式中，本发明涉及一种具有至少一个用于处理衬底的等离子体处理室的等离子体处理系统。该等离子体处理系统包括：用于在所述处理期间件支撑所述衬底的工件固定器和设置在所述工件固定器上方的介电窗。其包含有设置在所述介电窗上方的第一射频线圈以及相对于所述第一射频线圈同心地设置的第二射频线圈，所述第二射频线圈也被设置在所述介电窗的上方。其还包含有射频线圈组，该射频线圈组至少包括相对于所述第一射频线圈和所述第二射频线圈同心地设置的第三射频线圈，所述第三射频线圈被设置在所述第一射频线圈和所述第二射频线圈之间，其中提供给所述第一射频线圈的第一射频电流和提供给所述第二射频线圈的第二射频电流两者均是在第一方向上，并且提供给所述第三射频线圈的第三射频电流是在与所述第一方向相反的第二方向上。