[发明专利]具有局部洛伦兹力的模块化微波源

说明书

实施方式包括方法和设备，所述方法和设备包括等离子体处理工具，所述等离子体处理工具包括多个磁体。在一个实施方式中，等离子体处理工具可包括处理腔室和耦接至处理腔室的多个模块化微波源。在实施方式中，多个模块化微波源包括位于形成处理腔室的外壁的一部分的电介质上的施加器阵列，和微波放大模块阵列。在实施方式中，每一微波放大模块耦接至施加器阵列中的施加器之一或更多者。在实施方式中，等离子体处理工具可包括多个磁体。在实施方式中，磁体围绕施加器之一或更多者定位。

技术领域

实施方式涉及微波等离子体源领域，更具体地，涉及具有磁体的模块化微波等离子体源。

背景技术

等离子体处理广泛地用于许多不同的技术的制造中，诸如半导体工业、显示器技术、微机电系统(MEMS)、和类似者。目前，最常使用射频(RF)产生的等离子体。利用微波源所产生的等离子体允许更密集的等离子体和/或具有高浓度的激发中性物质的等离子体。不幸的是，利用微波源产生的等离子体亦有缺点。典型的微波等离子体系统使用单一的大型微波辐射源(通常为磁电管)以及用于将微波辐射从磁电管导引到处理腔室的传输路径。对于典型的高功率应用，传输路径为微波波导。因为在设计成承载微波源的特定频率的波导之外，微波功率迅速衰减，所以使用波导。附加部件(诸如，调谐器、耦合器、模式转换器、和类似者)亦需要将微波辐射传输到处理腔室。这些部件限制大型系统的构造，而严重限制设计。此外，因为等离子体的几何形状类似于波导的形状，所以等离子体的几何形状受到拘束。

因此，难以使等离子体的几何形状与所处理的基板的几何形状匹配。更具体地，难以建立微波等离子体，其中在较大基板的晶片(例如，300mm或更大的晶片)的整个表面上产生等离子体。一些微波产生的等离子体可以使用槽线天线(slot line antenna)，以允许微波能量散布在扩展表面上。然而，这样的系统是复杂的，且需要特殊的几何形状，并在耦接至等离子体的功率密度上受到限制。

此外，微波等离子体放电在低压(例如，小于约0.5Torr)下通常并不稳定。因为低压的微波激发的高频率与少量的背景气体分子而产生的短电子轨迹的组合，所以微波等离子体并不稳定。这些效应的组合导致离子碰撞的频率较低。增加离子碰撞机率的一个选择是藉由将磁场耦接至等离子体来加长电子轨迹。由于洛伦兹力，磁场与等离子体的耦接加长了电子轨迹。在电子轨迹更长的情况下，电子与背景气体的离子碰撞机率增加。因此，即使当系统在较低压力下操作时，等离子体也是稳定的。

然而，当试图跨越大区域(诸如，用于许多半导体制造处理的晶片上的区域(例如，300mm或更大))实现均匀磁场时，会出现实际问题。举例而言，大型基板所需的永磁体阵列或电磁体的尺寸增加处理工具的整体尺寸，并增加处理工具的复杂性及成本。此外，当使用大型电磁体时，需要高电流以提供所期望强度的磁场。

此外，应理解，磁场可能改变晶片的处理和/或损伤晶片上的现有结构。因此，接近等离子体源的磁场强度需要足够高以稳定等离子体，同时在晶片的平面处具有可忽略的磁场强度(例如，1G或更小)。然而，增加接近等离子体源的磁场强度也会导致靠近晶片的磁场强度所不期望的增加。因此，难以将具有耦接磁场的微波等离子体系统扩展到非常大的基板尺寸(诸如，300mm的晶片)或具有用于显示器工业的玻璃面板的尺寸的基板。此外，微波源通常产生并非高度均匀和/或无法具有空间可调谐密度的等离子体。具体地，等离子体源的均匀性取决于相对于微波空腔或天线的特定几何形状的微波的驻波图案的模式。因此，该设计的均匀性并非为可调谐的。随着所处理的基板的尺寸继续增加，由于无法调谐等离子体，导致越来越难以解释边缘效应。此外，无法调谐等离子体限制了修改考虑进入的基板的非均匀性而调整处理系统的等离子体密度的处理配方的能力，其中需要非均匀性来补偿处理系统的设计(例如，以适应在一些处理腔室中旋转晶片的非均匀径向速度)。

发明内容