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TWI670749B - 耦接至工藝腔室的電漿源 - Google Patents

耦接至工藝腔室的電漿源 Download PDF

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TWI670749B
TWI670749B TW105104649A TW105104649A TWI670749B TW I670749 B TWI670749 B TW I670749B TW 105104649 A TW105104649 A TW 105104649A TW 105104649 A TW105104649 A TW 105104649A TW I670749 B TWI670749 B TW I670749B
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克哈嘉艾比杜亞西斯
亞尤伯摩哈德
柏卡拉梅許
賓森二世傑Ｄ
羅莎亞凡利斯君卡洛斯
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美商應用材料股份有限公司
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Abstract

提供了一種電漿源，該電漿源包括沿第一軸從第一端延伸到第二端的核芯元件。電漿源進一步包括圍繞核芯元件的相應的一個或多個第一部分而設置的一個或多個線圈。電漿源進一步包括具有一個或多個內壁的電漿塊，該一個或多個內壁至少部分地包圍環形電漿生成容積，該環形電漿生成容積圍繞核芯元件的第二部分而設置。環形電漿生成容積包括第一區域，該第一區域關於多個垂直軸對稱，該多個垂直軸垂直於定位在第一軸上的第一點，該第一區域具有在平行於該第一軸的方向上的寬度以及在垂直於該第一軸的方向上的深度。第一區域具有至少比第一區域的深度大三倍的寬度。

Description

耦接至工藝腔室的電漿源
本文公開的實施例總體上涉及電漿處理系統和材料以及用於控制電漿處理系統中的電漿均勻性的裝置。
電漿處理腔室經常被用於各種電子器件製造工藝中，該電子器件製造工藝諸如，蝕刻工藝、化學氣相沉積(CVD)工藝以及與在基板材上的電子器件的製造有關的其他工藝。然而，有時在處理基板材的腔室中生成電漿是不期望的且不具有成本效益。在此類情況下，可使用遠端電漿源(RPS)。
常規的RPS設計在傳統上使用閉合環路RF(射頻)源配置，該RF源配置具有捲繞閉合的磁性可滲透核芯的繞組，該閉合的磁性可滲透核芯圍繞電漿生成區域的部分。最近，已開發出開放環路RF源配置。開放環路RF源配置使用圍繞磁性可滲透核芯的環形處理容積，該磁性可滲透核芯諸如，磁性可滲透線性杆，其中繞組捲繞該磁性可滲透核芯。開放環路設計具有能夠360度圍繞磁性可滲透核芯來產生電漿的優點，這相對於閉合環路設計可增加效率。
雖然開放環路設計具有優點，但是獲得用於電漿均勻性的目標可能具有挑戰性。例如，在使用圍繞線性磁性可滲透核芯(此核芯在第一水準方向上延伸)的環形電漿腔室的開放環路設計中，RPS中的電漿密度可能具有在第一水準方向上偏斜的一個或多個峰值。當電漿密度相對於環形電漿腔室的中心，跨水準方向不居中或均勻時，則含有電漿或含有自由基的氣體將不被均勻地供應至工藝腔室，這產生在正在工藝腔室中處理的基板材上實現的工藝結果的非均勻性。此外，當對RPS硬體的配置進行小調整(諸如，相對於電漿腔室對線圈位置的調整)時，經常觀察到水準方向上電漿密度均勻性的顯著偏移。
因此，對於改善電漿腔室中的電漿均勻性的開放環路RF源配置存在需求。
本文公開的實施例大體上涉及電漿處理系統和材料以及用於控制電漿處理系統中的電漿均勻性的裝置。在一個實施例中，提供一種耦接至工藝腔室的電漿源。電漿源包括沿第一軸從第一端延伸到第二端的核芯元件。電漿源進一步包括圍繞核芯元件的相應的一個或多個第一部分而設置的一個或多個線圈。電漿源進一步包括具有一個或多個內壁的電漿塊，該一個或多個內壁至少部分地包圍環形電漿生成容積，該環形電漿生成容積圍繞在核芯元件的第二部分而設置。環形電漿生成容積包括第一區域，該第一區域關於多個垂直軸對稱，該多個垂直軸在沿第一軸而定位的第一點處垂直於 該第一軸，該第一區域具有在平行於第一軸的方向上的寬度以及在垂直於第一軸的方向上的深度。第一區域的寬度隨著距定位在第一軸上的第一點的深度增加而增加。第一區域有位於垂直軸中的一個垂直軸與內壁的交叉點處的中心點，其中，該中心點距定位在該第一軸上的第一點第一深度。第一區域進一步具有在一個或多個內壁上的第一位置與第二位置之間的第一寬度，其中該第一寬度平行於第一軸，並且該第一寬度距定位在第一軸上的第一點第二深度。第一區域具有橫跨第二深度與第一深度之間的距離的第三深度，其中第一寬度至少比第三深度大三倍。
在另一實施例中，提供一種耦接至工藝腔室的電漿源。電漿源包括沿第一軸從第一端延伸到第二端的核芯元件。電漿源進一步包括圍繞核芯元件的相應的一個或多個第一部分而設置的一個或多個線圈。電漿源進一步包括具有一個或多個內壁的電漿塊，該一個或多個內壁至少部分地包圍環形電漿生成容積，該環形電漿生成容積圍繞核芯元件的第二部分而設置。環形電漿生成容積包括第一區域，該第一區域關於多個垂直軸對稱，該多個垂直軸在沿著第一軸而定位的第一點處垂直於該第一軸，該第一區域具有在平行於第一軸的方向上的寬度以及在垂直於第一軸的方向上的深度。第一區域由曲面和邊界線界定，該曲面從該等內壁中的一個內壁上的第一位置延伸至第二位置，並且該邊界線具有在第一位置與第二位置之間、平行於第一軸而延伸的第一寬度。曲面上沿垂直軸中的一個垂直軸而定位的點比曲面上位於除了沿 垂直軸中的一個垂直軸以外的位置處的點更接近第一軸上的該第一點。沿垂直軸中的一個垂直軸的曲面上的中心點至邊界線之間的距離是第一區域深度，並且第一寬度至少是第一區域深度的三倍。第二區域距第一軸比第一區域距第一軸更遠。
在又一實施例中，提供一種耦接至工藝腔室的電漿源。電漿源包括沿第一軸從第一端延伸到第二端的核芯元件。電漿源進一步包括圍繞核芯元件的相應的一個或多個第一部分而設置的一個或多個線圈。電漿源進一步包括具有一個或多個內壁的電漿塊，該一個或多個內壁至少部分地包圍環形電漿生成容積，該環形電漿生成容積圍繞核芯元件的第二部分而設置。環形電漿生成容積包括圍繞核芯元件的第一區域，該第一區域關於多個垂直軸對稱，該多個垂直軸在沿第一軸而定位的第一點處垂直於該第一軸。第一區域由曲面和邊界線界定，該曲面從內壁中的一個內壁上的第一位置延伸至第二位置，並且該邊界線具有在第一位置與第二位置之間、平行於第一軸而延伸的第一寬度。曲面上沿垂直軸中的一個垂直軸而定位的點比曲面上位於除了沿垂直軸中的一個垂直軸以外的位置處的點更接近第一軸上的該第一點。沿垂直軸中的一個垂直軸的曲面上的中心點至邊界線之間的距離是第一區域深度，其中第一寬度至少是第一區域深度的三倍。環形電漿生成容積進一步包括第二區域，該第二區域距第一軸比第一區域距第一軸更遠，其中第一區域和第二區域形成基本上所有環形電漿生成容積。
50‧‧‧工藝腔室
55‧‧‧腔室蓋
56‧‧‧腔室主體
58‧‧‧處理區域
60‧‧‧垂直軸
61‧‧‧埠
70‧‧‧工藝腔室
100‧‧‧電漿源
104‧‧‧圓頂部分
106‧‧‧進氣口
121‧‧‧側蓋
122‧‧‧側蓋
130‧‧‧核芯元件
131‧‧‧第一端
132‧‧‧第二端
133‧‧‧第一部分
134‧‧‧第二部分
135‧‧‧第一軸
136‧‧‧垂直軸
137‧‧‧第一點
140A‧‧‧線圈
140B‧‧‧線圈
142‧‧‧RF電源
145‧‧‧接線盒
150‧‧‧電漿塊
150A‧‧‧開口
155‧‧‧內壁
1551‧‧‧第一位置
1552‧‧‧第二位置
155C‧‧‧中心點
156‧‧‧曲面
158‧‧‧環形電漿生成容積
158A‧‧‧開口
158B‧‧‧開口
160‧‧‧第一區域
160D1‧‧‧第一深度
160D2‧‧‧第二深度
160D3‧‧‧第三深度
160W1‧‧‧第一寬度
162‧‧‧邊界線
170‧‧‧第二區域
170W‧‧‧第二寬度
250‧‧‧電漿塊
255‧‧‧內壁
2551‧‧‧第一點
2552‧‧‧第二點
255C‧‧‧中心點
256‧‧‧內壁
258‧‧‧環形電漿生成容積
260‧‧‧第一區域
262‧‧‧邊界線
270‧‧‧第二區域
300‧‧‧電漿源
330‧‧‧核芯元件
331‧‧‧第一端
332‧‧‧第二端
335‧‧‧軸
340A‧‧‧線圈
340B‧‧‧線圈
340C‧‧‧線圈
3501‧‧‧電漿塊
3502‧‧‧電漿塊
3581‧‧‧環形電漿生成容積
3582‧‧‧環形電漿生成容積
450‧‧‧第一寬度
455‧‧‧內壁
458‧‧‧電漿生成容積
1130‧‧‧核芯元件
160D1‧‧‧第一深度
160D2‧‧‧第二深度
160D3‧‧‧第三深度
160W1‧‧‧第一寬度
因此，為了可詳細地理解本公開的上述特徵的方式，可參考實施例進行對上文簡要概述的本公開的更特定的描述，在所附附圖中示出實施例中的一些。然而，應注意的是，附圖僅示出本公開的典型實施例，並且因此不被視為限制本公開的範圍，因為本公開可允許其他同等有效的實施例。
圖1A是根據一個實施例的、耦接至工藝腔室的電漿源的等角視圖。
圖1B是根據一個實施例的、圖1A中所示的電漿源的剖視圖。
圖1C是根據一個實施例的、圖1B中所示的電漿源的部分的近視圖。
圖2是根據另一實施例的電漿源的部分的近視圖。
圖3是根據另一實施例的電漿源的剖視圖。
圖4是根據對照實施例的電漿塊的剖視圖。
為了促進理解，在可能的情況下，已使用相同的元件符號指定諸圖共用的相同元件。可以預期，在一個實施例中公開的元件可有利地用於其他實施例，而無需特定敘述。
本公開的實施例總體上提供一種電漿源，該電漿源能夠在電漿源的電漿生成區域內生成均勻的電漿，並且創建在其中處理基板材的較大的處理視窗，而不顯著地增加處理或硬體成本。
圖1A是根據一個實施例的、耦接至工藝腔室50的電 漿源100的等角視圖。電漿源100可用於將含有自由基和/或離子的電漿供應至工藝腔室50。工藝腔室50可包括包圍處理區域58(圖1B)的腔室蓋55和腔室主體56，在處理期間，基板材駐留在該處理區域58中。電漿源100包括耦接至電漿塊150的圓頂部分104。可在電漿塊150中產生供應至工藝腔室50的電漿。用於形成電漿的氣體可通過進氣口106而被供應至電漿塊150的環形電漿生成容積158(圖1B)。諸如側蓋121、122之類的側蓋可包圍電漿塊150的環形電漿生成容積158。在一些實施例中，側蓋121、122還充當冷卻板材，該冷卻板材用於調節電漿源100中的部件中的一個或多個部件的溫度。
電漿源100使用開放環路配置來產生感性耦合的電漿。開放環路配置包括磁性可滲透核芯元件130，該磁性可滲透核芯元件延伸穿過電漿塊150中的開口150A。核芯元件130可具有圓柱狀或棒狀形狀。雖然在此將核芯元件1130描述為圓柱狀，但是構想了核芯元件1130的橫截面形狀可以是非圓形或非圓柱形的，諸如，正方形、六邊形、矩形，或規則或不規則的任何其他所需的形狀。可在電漿塊150的任一側上圍繞核芯元件130來捲繞線圈140A、140B以在X軸方向上延伸。當諸如RF電力/功率之類的電力/功率被供應至線圈140A、140B時，線圈140A、140B生成磁場。圖1A示出連接至RF電源142的線圈140A、140B。在一些實施例中，線圈140A、140B可通過一個或多個接線盒而電連接，該接線盒諸如，在電漿塊150前方所示的接線盒145。如圖1A中所示，核芯元件130在X軸方向上沿著第一軸135縱向地(lengthwise)延伸。因此 當磁場通過電漿塊150時，線圈140A、140B可生成基本上與X軸方向對準的磁場。當線圈140A、140B被激勵時，核芯元件130在從X軸方向上從核芯元件130的一端至相對端的、圍繞核芯元件130延伸的磁場中被磁化，從而使通過核芯元件130的磁場和環形電漿生成容積158在X軸方向上基本上被對準。這些磁場與電漿塊150內部的氣體相互作用以生成電漿。電漿塊150包括環形電漿生成容積158(見圖1B)，當線圈140A、140B被激勵時，在該環形電漿生成容積中產生電漿。
一方面，核芯元件130包括高磁導率(高-μ)的杆或管(例如，鐵氧體杆)，取決於耦接結構，核芯元件130可以是其他磁性材料。形成核芯元件130的磁性材料將通常具有以下特性：1)在高外加頻率下的低磁芯損耗密度；2)具有高居裡溫度；以及3)具有高體電阻率。通常，核芯元件130可由可用於提供一路徑的任何材料形成，通過RF電流流過一個或多個線圈(例如，線圈140A、140B)的RF電流而產生的場(例如，磁場)將優先地流過該路徑。在一個實施例中，核芯元件130包括含鐵氧體元件。雖然本文中使用術語「鐵氧體元件」和「鐵氧體材料」，但是這些術語不旨在對於本公開的範圍是限制性的。同時，在一個實施例中，核芯元件130包含圍繞中心軸對準的一束較小直徑的圓柱體或杆，該中心軸諸如，與圖1A中所示的X軸一致的第一軸135。
為了避免在如上文所討論的常規的環形或RPS設計中發現的材料相容性問題，電漿塊150(以及下文所述的電漿塊250)優先地由將不與在環形電漿生成容積158中形成的氣 體自由基或離子且不與反應性工藝氣體反應的材料形成。通常，電漿塊150以關於核芯元件130對稱的形狀來形成，並且此電漿塊150包含一材料，該材料將不明顯地受電漿化學品攻擊，並且具有高熱導率以將由電漿生成的熱傳遞至熱交換裝置。在一個實施例中，電漿塊150包含被形成為指定的對稱形狀的高熱導率電介質材料。包含固體電介質材料的電漿塊150相比常規設計具有許多優點，因為這種類型的電漿塊避免了通常在常規的RPS設計中發現的塗覆缺陷和可能的損害問題。在一些實施例中，電漿塊150由氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)、氧化鈹(BeO)、氮化硼(BN)、石英，或其他類似的材料製成。在一個實施例中，電漿塊150由約2英寸厚(即，圖1A中的X軸方向)的氮化鋁材料製成。
圖1B是圖1A的電漿源100的剖視圖，此圖是通過沿穿過核芯元件130的第一軸135的X-Y平面(參見圖1A)切開電漿源100而形成的。
如圖所示，電漿塊150包括在該電漿塊150中形成的環形電漿生成容積158。環形電漿生成容積158通常圍繞核芯元件130而形成。環形電漿生成容積158可具有在下文中更詳細地描述的各種形狀的橫截面。在一些實施例中，環形電漿生成容積158具有基本上環形的形狀，其中環形電漿生成容積的給定的橫截面360°圍繞核芯元件130基本上相同。
核芯元件130沿第一軸135，從第一端131延伸至第二端132。第一軸135可以是核芯元件130的中心軸。此外，環形電漿生成容積158可圍繞第一軸135對稱地設置。例如，環形 電漿生成容積158可具有與第一軸135共線的中心軸。
線圈140A、140B可圍繞核芯元件130的相應的多個第一部分133而設置。核芯元件130通常穿過電漿塊150中接近電漿塊150的內壁155的部分而設置。核芯元件130進一步包括在第一軸135上的第一點137。第一點137可對應於一中心點，電漿塊150和/或環形電漿生成容積158圍繞該中心點而設置。此外，第一點137可對應於核芯元件130的中心。
電漿塊150包括一個或多個內壁155。該一個或多個內壁155可至少部分地包圍並界定環形電漿生成容積158。也就是說，環形電漿生成容積158可主要地由內壁155圍繞，但是電漿塊150將通常包括分別用於接收氣體以及用於將電漿供應至工藝腔室50的開口158A和158B。環形電漿生成容積158圍繞核芯元件130的第二部分134而設置。
在一些配置中，環形電漿生成容積158包括第一區域160，該第一區域160關於在第一點137處垂直於第一軸135的多個垂直軸136對稱。這些垂直軸136 360°地圍繞第一點137而設置。如果剖視圖通過取下經過第一點137的Y-Z平面而獲得，則該多個垂直軸136將全部是可見的。在圖1B的X-Y平面中，僅顯示兩個垂直軸136(即，從第一軸135向上延伸的一個垂直軸以及從第一軸135向下延伸的一個垂直軸)。環形電漿生成區域158的第一區域160是最接近核芯元件130的區域。在一些實施例中，第一區域160圍繞核芯元件130，並且因此360度地圍繞軸135延伸。在其他實施例中，第一區域160圍繞核芯元件的大部分(諸如，核芯元件130的至少75%，諸如，至 少90%)而設置。環形電漿生成容積158進一步包括第二區域170，該第二區域170相比第一區域160距核芯元件130更遠。第二區域170關於該多個垂直軸136可以對稱或可以不對稱。在一些實施例中，第一區域160和第二區域170形成大體上所有的環形電漿生成容積158，諸如，環形電漿生成容積158的至少90%。
參見圖1B，在一些實施例中，工藝腔室50包括擋板材60(或噴淋頭)，該噴淋頭配置成分配通過電漿源100的開口158B而接收的工藝氣體的流。擋板材60可包含多個埠61，該多個埠61配置成均勻地將工藝氣體的流分配至基板材(未示出)的表面，該基板材設置在工藝腔室50的處理區域58中的擋板材60下方。然而，已經發現，在環形電漿生成容積158中形成的電漿的分配影響通過擋板材60被提供至處理區域58的自由基和/或電漿的分配。換句話說，已經發現，環形電漿生成容積158中的電漿分配影響通過擋板材60的不同區域的電漿或自由基濃度(例如，工藝氣體的X-Z平面分配均勻性)。因此，在一些實施例中，需要一種能夠在電漿源的電漿生成區域內生成電漿的電漿源，該電漿源的電漿生成區域能夠更好地將工藝氣體的更均勻的分配提供至設置在處理區域58中的基板材的表面。
圖1C是來自圖1B的視圖的、在核心元件130上方的核芯元件130的第二部分134以及環形電漿生成容積158的近視圖。第一區域160具有在平行於第一軸135的方向W上的寬度以及在垂直於第一軸135垂直的方向D上的深度。第一區域160 進一步包括中心點155C，該中心點位於垂直軸136中的一個垂直軸與內壁155的交叉點處。中心點155C距第一軸135上的第一點137第一深度160D1。在環形電漿生成容積158的給定橫截面中，中心點155C是距第一軸135的最近的點。隨著距第一軸135上的第一點137的深度增加，第一區域160的寬度從中心點155C處的寬度開始增加。因此，在此實施例中的第一區域160的寬度在中心點155C處最窄，並且例如在第二深度160D2(即，在第一區域160與第二區域170之間的邊界)處最寬。第一寬度160W1在沿內壁155中的一個或多個內壁的相對的點處的第一位置1551與第二位置1552之間延伸。在實施例(諸如，圖1C中所示的實施例)中，第一區域160可由內壁155和邊界線162來界定，該內壁具有曲面156且最接近核芯元件130，該邊界線162設置在內壁155中的一個或多個內壁上的第一位置1551與第二位置1552之間。邊界線162是指假想線，並且不表示環形電漿生成容積158的任何實體部分。在一些實施例中，邊界線162是第一區域160與第二區域170之間的分界邊界。在一些實施例中，曲面156包含比曲面156上的其他點中的任何點更接近第一軸135上的第一點137的至少一個點(諸如，中心點155C)，該其他點中的任何點是當使用包含第一軸135的切割平面(例如，圖1B中所示的X-Y平面或圖1C中所示的W-D平面)來觀察曲面156時形成的。
如上文所討論，當激勵線圈140A、140B時，核芯元件130生成在圖1C中示出為寬度方向W的X軸方向上基本上對準的磁場。由經磁化核芯元件130生成的磁場具有隨著距核芯 元件130的外表面的距離增加(即，+D軸方向)而減小的強度。因此，在最接近核芯元件130的第一區域160的部分中發現通過環形電漿生成容積158的磁場的最強磁場強度。較強的磁場可在環形電漿生成容積158中生成比具有較弱的磁場的區域更高電漿密度。因此，在第一區域160中最接近核芯元件130的部分中產生環形電漿生成容積158中的密度最高的電漿。如圖1C中所示，第一區域160中最接近核芯元件130的部分關於垂直軸136居中，並且第一區域160中在+W軸方向和-W方向上距垂直軸136更遠的部分距核芯元件130更遠。參見圖1B，在電漿塊150的上部中的電漿P被示出為在寬度方向W上居中以給出對在寬度方向W上居中的電漿的更清晰的理解。
具有其中在W軸方向上的中心區域不是最接近核芯元件的橫截面的環形電漿生成容積158將生成在W軸方向上不是空間上均勻的電漿。例如，具有矩形或圓角矩形橫截面的環形電漿生成容積呈現出產生空間上均勻的電漿的問題。不受任何特定理論的約束，人們認為，通過基本上矩形橫截面的磁場可圍繞基本上矩形橫截面的角落而產生密度更高的電漿區域，同時在W軸方向上，在基本上矩形橫截面的中心產生密度較低的電漿。當電漿在電漿生成容積中不具有在W軸方向上(例如，跨第一寬度160W1)居中的密度分佈時，將空間上均勻的電漿供應至工藝腔室是困難的。
例如，圖4示出電漿塊450，該電漿塊450具有包圍電漿生成容積458的內壁455，該電漿生成容積458具有矩形橫截面。如圖4中所示，由於來自在電漿生成容積458的一些角落 中的熱場、電磁場等的任何形式的非對稱性，電漿P在具有矩形橫截面的該電漿生成容積458的角落中的一些角落中以較高的密度形成。人們相信，熱場強度的或電磁場強度的不對稱性(諸如，磁場線「B」的不對稱性)將在電漿的點火和維持期間使電漿封閉至角落中的任一角落。由於這是開放環路類型的電漿源設計，因此使電磁場遍及整個電漿塊恆定具有挑戰性，這會導致電漿塊450中的電漿偏斜。換句話說，所生成的磁場線「B」的顯著部分將趨向於收縮並通過在電漿塊450的下部之內的電漿生成容積458的開口150A(見圖1A和圖1C)和角落，而不是直接地通過電漿塊450或圍繞電漿塊450的外部而通過。使電漿在電漿生成容積458的外部角落中具有較高密度的區域導致通過出口(例如，開口158B(圖1B))而提供至工藝腔室的電漿或自由基濃度被類似地偏斜(例如，外邊緣)，這妨礙了對基板材的均勻和一致處理。
在諸如圖1C的實施例之類的一些實施例中，第二區域170可具有平行於第一軸135的第二寬度170W，其中第二寬度170W在垂直於第一軸135的方向(即，深度方向D)上基本上恆定。在其他實施例中，諸如在參考圖2所述的實施例中，第二區域可具有在深度方向D上變化的寬度。
第一寬度160W1平行於第一軸135。第一寬度160W1可以是第一區域160的最寬的寬度。第一寬度160W1也可在第一區域160的外邊界的位置處。第一寬度160W1在D軸方向上位於距第一點137第二深度160D2處。在諸如圖1C中所示的實施例之類的一些實施例中，隨著第一區域160的寬度W從中心 點155C開始增加，在W-D軸平面的中的表面156的切線將具有變化的斜率，諸如，隨著第一區域160的深度在D軸方向上從第一軸135開始增加的不斷變化的斜率(即，曲面)。第一區域160的深度是第三深度160D3，此第三深度160D3橫跨第二深度160D2與第一深度160D1之間的距離。在一些實施例中，第一寬度160W1比第三深度160D3大至少三倍。在其他實施例中，第一寬度160W1比第三深度160D3大至少五倍。在一些實施例中，第一區域160具有環形電漿生成容積158的至少三分之一的容積。雖然在圖1至圖3的環形電漿生成區域(例如，環形電漿生成區域158)中示出尖銳的角落，但是可以具有圓角半徑或倒角以避免任何高應力集中。
第一區域160的深度也可被描述為第一區域深度(與第三深度160D3相同)，該第一區域深度是沿垂直軸136中的一個軸的曲面156上的中心點155C到邊界線162之間的距離。在一些實施例中，第一寬度160W1可以至少是第一區域深度的三倍。在其他實施例中，第一寬度160W1可以至少是第一區域深度的五倍。
使第一區域160(即，環形電漿生成容積中至核芯元件最近的區域，其中第一區域具有隨著距核芯元件的距離增加而增加的寬度)的寬度(W軸方向)基本上比第一區域160的深度(D軸方向)長防止在環形電漿生成容積158中產生的電漿被約束到環形電漿生成容積158的過於狹窄的部分。如上文所討論，由核芯元件130生成的磁場的強度隨著距核芯元件130的距離增加而減少。因此，當與具有第一區域(此第一區 域具有一寬度，此寬度具有比此第一區域的深度更短或與此深度相等的長度)(即，環形電漿生成容積中至核芯元件的最接近的區域，其中第一區域具有隨著距核芯元件的距離增加而增加的寬度)的橫截面相比時，使環形電漿生成容積具有最接近的區域(例如，第一區域160)具有大於此最接近的區域的深度(例如，圖1C的第三深度160D3)更大的深度(例如，圖1C的第一深度160W1)的橫截面允許更大容積以及更居中容積的氣體與最接近核芯元件130的更強的磁場相互作用。當橫截面的寬度小於或等於橫截面的深度時，電漿生成工藝變得低效，並且過多電漿被約束至最接近核芯元件130的狹窄的區域。因此，人們相信，具有基本上圓形截面(即，其中寬度基本上等於深度的截面)的環形電漿生成容積產生約束至環形電漿生成容積的過於狹窄的區域的電漿。
圖2是設置在核芯元件130的第二部分134上方的、電漿塊250中的環形電漿生成容積258的替代實施例的近視圖。環形電漿生成容積258通常圍繞核芯元件130而形成。在一些實施例中，環形電漿生成容積258可以圍繞核芯元件130，並且因此360度地圍繞軸135延伸。電漿塊250包括內壁255。垂直軸136中的一個垂直軸(即，在X-Y平面中從第一軸135向上延伸的垂直軸136)(此軸在第一點137處垂直於第一軸135)可與最接近第一軸135的內壁255的中心點255C相交。如果觀察到通過第一軸135的第一點137的Y-Z平面(即，將顯示環形電漿生成容積258的完整的環的平面)，則每一個垂直軸136將與內壁255上的中心點(諸如，點255C)相交，該中心點比不 沿垂直軸136定位的內壁255上的點更接近第一軸135上的第一點137。
環形電漿生成容積258包括第一區域260和第二區域270。環形電漿生成容積258的第一區域260是最接近核芯元件130的區域。第二區域270距核芯元件130比第一區域260距核芯元件130更遠。第一區域260關於在第一點137處垂直於第一軸135的多個垂直軸136對稱。在W-D平面中的第二區域270的橫截面也可關於垂直軸136對稱。第一區域260具有在平行於第一軸135的方向W上的寬度以及在垂直於第一軸135的方向D上的深度。第一區域260的寬度隨著D軸方向(即，沿垂直軸136中的一個垂直軸，從第一軸135上的第一點137開始的方向)的深度增加而增加。第一區域260的寬度可隨著距第一軸135上的第一點137的深度增加而以恆定的斜率增加。在諸如圖2所示的實施例之類的一些實施例中，第二區域270可以是第一區域260的鏡象。第一區域260在邊界線262處與第二區域接界。邊界線262是指假想線，並且不表示環形電漿生成容積258的任何實體部分。邊界線262可跨電漿生成容積258，從一個內壁255上的第一點2551延伸至另一內壁255上的第二點2552。邊界線262可在第一區域260和第二區域270的最寬的寬度的位置處。第二區域270的寬度可隨著距第一軸135上的第一點137的深度增加而以恆定的斜率減小。
最接近核芯元件130的內壁256可平行於核芯元件130。壁256在W軸方向上的長度應當基本上比第一區域260的寬度(即，第一點2551與第二點2552之間的距離)短以防止在 第一區域中生成的電漿在寬度方向W上偏斜。在上文中參考圖4討論了關於電漿在寬度方向上可能如何變得偏斜的進一步的細節。在其他實施例中，兩個內壁可在沿垂直軸136的多個點處交匯，使得第一區域的寬度在第一區域中最接近核芯元件130的部分中接近零。使第一區域的寬度在第一區域中最接近核芯元件130的部分中接近零可有助於確保在第一區域中生成的電漿在寬度方向W上是居中的且均勻地分佈。
上文所討論的環形電漿生成容積158、258示出可改善通過埠而供應至工藝腔室的電漿的空間均勻性，該埠諸如，圖1B中所示的開口158B。每一個環形電漿生成容積158、258都具有最接近核芯元件的第一區域，其中該第一區域具有隨著距核芯元件的距離增加而增加的寬度。使寬度隨著距核芯元件的距離增加而增加允許在第一區域中生成的電漿在環形電漿生成區域中居中(即，沿與核芯元件的軸垂直的軸中的一個軸居中)。此外，每一個環形電漿生成容積158、258具有帶有比深度更長(即，幅度更大)的寬度(諸如，至少與第一區域的深度的三倍一樣長)，這允許環形電漿生成容積中的大且寬闊體積的氣體與來自核芯元件的最強的磁場相互作用以產生電漿。還構想了其他環形電漿生成容積。例如，如上文所討論，環形電漿生成容積可包括第一區域，該第一區域包括橫截面形狀，在此橫截面形狀中，兩個基本上平直的內壁在相交於從中心點(諸如，核芯元件130的第一軸135上的第一點137)延伸的垂直軸的點處交匯。此外，上文討論的實施例的各種特徵可與上文討論的其他特徵組合或與上文所討 論的其他特徵重新排列。例如，具有帶有曲面(諸如，曲面156)的第一區域的實施例可具有第二區域，此第二區域基本上是第一區域的鏡象，類似於圖2中所示的實施例的第一和第二區域是鏡像。同樣，一些實施例可具有第一區域，該第一區域包括彎曲的內壁以及平直的內壁。
雙重式電漿塊設計
圖3是根據另一實施例的電漿源300的剖視圖。電漿源300包括兩個電漿塊3501、3502。電漿塊3501、3502耦接至工藝腔室70，該工藝腔室70可與上文所討論的工藝腔室50類似或相同。如圖所示，每一個電漿塊3501、3502都包括形成在該電漿塊中的環形電漿生成容積3581、3582。在一些實施例中，電漿塊3501、3502可定位成在X軸方向上彼此鄰接。在其他實施例中，可在電漿塊3501、3502之間包括空間。與核芯元件130類似的磁性可滲透核芯元件330可延伸穿過電漿塊3501、3502。核芯元件330在X軸方向上，沿一軸335，從第一端331延伸至第二端332。線圈340A、340B可在電漿塊3501、3502的任一側上捲繞核芯元件330以在X軸方向上延伸。如果在電漿塊3501、3502之間包括空間，則另一線圈340C(未示出)可在電漿塊3501、3502之間捲繞核芯元件330。
當處理諸如半導體基板材之類的基板材時，能以不同的方式來使用電漿源300以改善一致性和均勻性。通過將電漿塊3501、3502中的一個電漿塊專用於特定的功能實現了電漿源300可提供的一個益處。例如，電漿塊3501可專用於在沉積步驟期間使用，並且電漿塊3502可專用於在清潔步驟期間使用 。將電漿塊3502專用於在清潔步驟期間使用防止諸如氟氣之類的刺激性材料進入電漿塊3501的環形電漿生成容積3581。刺激性清潔材料(諸如，氟氣)可能開始從環形電漿生成容積(諸如，環形電漿生成容積3581)的內壁腐蝕掉材料。此腐蝕可能改變在環形電漿生成容積3581內產生的電漿的特性，從而儘管保持其他輸入恆定，但是還在工藝(諸如，沉積)期間導致不一致的和非均勻的結果。
來自電漿源300另一益處在電漿塊3501、3502的同時使用期間發生。由於電漿源300僅包括一個核芯元件330，因此僅存在產生磁場的一組線圈和一個磁性可滲透物件(即，核芯元件330)，該磁場在電漿塊3501、3502中生成電漿。使用兩個或更多個電漿塊的先前的設計包括各自都具有單獨組的線圈的兩個或更多個核芯元件。因此，這些先前的設計對於每一個電漿塊都包括單獨的電漿源。在這些先前的設計中，由一個電漿源生成的磁場將開始影響在其他電漿源中生成的電漿。例如，在這些先前的設計中，對於可同時處理兩個基板材的工藝腔室，電漿源可專用於工藝腔室的相對的側，使得每一個電漿原始程式碼可為工藝腔室中的特定的基板材提供電漿。然而，此先前的設計不可避免地導致每一個電漿源影響在兩個基板材上執行的工藝，從而在兩個電漿源之間產生干擾，並且妨礙對在基板材上執行的工藝的控制。相反，在電漿源300中，僅具有一個核芯元件330，此核芯元件330具有用於兩個電漿塊350、350的一組線圈340A、340B，這減弱了干擾情況的可能性。
雖然上述內容是針對本公開的實施例，但是可設計本公開的其他和進一步的實施例而不背離本公開的基本範圍，並且本公開的範圍由所附申請專利範圍來確定。

Claims (20)

  1. 一種耦接至一工藝腔室的電漿源，該電漿源包含：一核芯元件，沿一第一軸從一第一端延伸至一第二端；一個或多個線圈，圍繞該核芯元件的相應的一個或多個第一部分而設置；以及一電漿塊，具有一個或多個內壁，該一個或多個內壁至少部分地包圍一環形電漿生成容積，該環形電漿生成容積圍繞該核芯元件的一第二部分而設置，該環形電漿生成容積包含：一第一區域，該第一區域關於多個垂直軸對稱，該多個垂直軸在沿該第一軸而定位的一第一點處垂直於該第一軸，該第一區域具有：在平行於該第一軸的一方向上的一寬度以及在垂直於該第一軸的一方向上的一深度，其中該第一區域的該寬度隨著距定位在該第一軸上的該第一點的該深度增加而增加；一中心點，位於該垂直軸中的一個垂直軸與一內壁的一交叉點處，其中該中心點距定位在該第一軸上的該第一點一第一深度；在該等內壁中的一個或多個內壁上的一第一位置與一第二位置之間的一第一寬度，其中該第一寬度平行於該第一軸，並且該第一寬度距定位在該第一軸上的該第一點一第二深度；以及橫跨該第二深度與該第一深度之間的一距離的 一第三深度，其中該第一寬度至少比該第三深度大三倍。
  2. 如請求項1所述的電漿源，其中該第一寬度至少比該第三深度大五倍。
  3. 如請求項1所述的電漿源，其中該第一區域的該寬度隨著該第一區域的該深度增加而以一恆定的斜率增加。
  4. 如請求項3所述的電漿源，其中該環形電漿生成容積進一步包含一第二區域，該第二區域距該核芯元件比該第一區域距該核芯元件更遠。
  5. 如請求項4所述的電漿源，其中該第一區域和該第二區域形成基本上所有的環形電漿生成容積。
  6. 如請求項5所述的電漿源，其中該第二區域是該第一區域的一鏡象。
  7. 如請求項1所述的電漿源，其中該第一區域的該寬度隨著該第一區域的該深度增加而以一不斷變化的斜率增加。
  8. 如請求項1所述的電漿源，其中該第一區域由該等內壁中的一個內壁上的一曲面以及在該等內壁中的一個或多個內壁 上的該第一位置與該第二位置之間的一邊界線來界定。
  9. 如請求項1所述的電漿源，其中該環形電漿生成容積圍繞與該第一軸共線的一中心軸而設置。
  10. 如請求項1所述的電漿源，其中該第一區域圍繞該核芯元件。
  11. 如請求項10所述的電漿源，其中該第一區域包含該環形電漿生成容積的至少三分之一的一容積。
  12. 如請求項1所述的電漿源，其中該環形電漿生成容積進一步包含一第二區域，該第二區域距該核芯元件比該第一區域距該核芯元件更遠，並且平行於該第一軸的該第二區域的一第二寬度在垂直於該第一軸的一方向上基本上恆定。
  13. 一種耦接至一工藝腔室的電漿源，該電漿源包含：一核芯元件，沿一第一軸從一第一端延伸至一第二端；一個或多個線圈，圍繞該核芯元件的相應的一個或多個第一部分而設置；以及一電漿塊，具有一個或多個內壁，該一個或多個內壁至少部分地包圍一環形電漿生成容積，該環形電漿生成容積圍繞該核芯元件的一第二部分而設置，該環形電漿生成容積包含： 一第一區域，該第一區域關於多個垂直軸對稱，該多個垂直軸在沿該第一軸而定位的一第一點處垂直於該第一軸，該第一區域具有在平行於該第一軸的一方向上的一寬度以及在垂直於該第一軸的一方向上的一深度，其中：該第一區域由一曲面和一邊界線界定，該曲面從該等內壁中的一個內壁上的一第一位置延伸至一第二位置，並且該邊界線具有在該第一位置與該第二位置之間、平行於該第一軸而延伸的一第一寬度；該曲面上沿該垂直軸中的一個垂直軸而定位的點比該曲面上位於除了沿該垂直軸中的一個垂直軸以外的位置處的點更接近第一軸上的該第一點；沿該垂直軸中的一個垂直軸的該曲面上的一中心點至該邊界線之間的一距離是一第一區域深度，其中該第一寬度至少是該第一區域深度的三倍；以及一第二區域，該第二區域距該第一軸比該第一區域距該第一軸更遠。
  14. 如請求項13所述的電漿源，其中該第一寬度至少比該第一區域深度大五倍。
  15. 如請求項14所述的電漿源，其中該第二區域與該第一區 域接界。
  16. 如請求項13所述的電漿源，其中該第一區域圍繞該核芯元件。
  17. 如請求項16所述的電漿源，其中該第一區域包含該環形電漿生成容積的至少三分之一的一容積。
  18. 如請求項17所述的電漿源，其中該環形電漿生成容積圍繞與該第一軸共線的一中心軸而設置。
  19. 如請求項13所述的電漿源，其中該核芯元件具有一圓柱形狀。
  20. 一種耦接至一工藝腔室的電漿源，該電漿源包含：一核芯元件，沿一第一軸從一第一端延伸至一第二端；一個或多個線圈，圍繞該核芯元件的相應的一個或多個第一部分而設置；以及一電漿塊，具有一個或多個內壁，該一個或多個內壁至少部分地包圍一環形電漿生成容積，該環形電漿生成容積圍繞該核芯元件的一第二部分而設置，該環形電漿生成容積包含：一第一區域，圍繞該核芯元件，該第一區域關於多個垂直軸對稱，該多個垂直軸在沿該第一軸而定位的一 第一點處垂直於該第一軸，其中：該第一區域由一曲面和一邊界線界定，該曲面從該等內壁中的一個內壁上的一第一位置延伸至一第二位置，並且該邊界線具有在該第一位置與該第二位置之間、平行於該第一軸而延伸的一第一寬度；該曲面上沿該垂直軸中的一個垂直軸而定位的點比該曲面上位於除了沿該垂直軸中的一個垂直軸以外的位置處的點更接近第一軸上的該第一點；沿該垂直軸中的一個垂直軸的該曲面上的一中心點至該邊界線之間的距離是一第一區域深度，其中該第一寬度至少是該第一區域深度的三倍；以及一第二區域，該第二區域距該第一軸比該第一區域距該第一軸更遠，其中該第一區域和該第二區域形成基本上所有的環形電漿生成容積。
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