Una fuente de plasma (200) que comprende una cámara que contiene un electrodo de referencia (115) y un elemento de impedancia reactiva por excitación de plasma (105),

definiendo dicho electrodo de referencia y dicho elemento reactivo de impedancia un volumen de excitación de plasma (110), en los que la fuente comprende, además, los medios de ajuste que permitan el movimiento relativo del electrodo de referencia (115) y del elemento de impedancia reactiva (105) que permita la variación del tamaño del volumen de excitación de plasma (110), y en el que el elemento de impedancia reactiva por excitación de plasma está formado por una pluralidad de electrodos (105a, 105b, 105c, 105d) que están dispuestos lado a lado entre sí y el conjunto que forman está colocado en el primer lado del volumen de excitación de plasma (110), estando situado el electrodo de referencia (105) en el segundo lado del volumen de excitación de plasma (110), formando la pluralidad de electrodos (105a, 105b, 105c, 105d) el elemento de impedancia reactiva que a su vez está acoplado a un generador de alta frecuencia (125) y en el que la fuente de plasma está configurada de modo que, durante su uso, al conectarse los electrodos al generador de alta frecuencia, los electrodos adyacentes de la pluralidad de electrodos estén desfasados entre sí y dispuestos de modo que la corriente de alta frecuencia introducida por un primer electrodo sea materialmente eliminada por un segundo electrodo, caracterizándose en que:

la fuente comprende múltiples generadores de baja frecuencia (120) que funcionan según una configuración de modo normal, estando, además, los electrodos del elemento de impedancia reactiva (105a, 105b, 105c, 105d) conectados a los generadores de baja frecuencia (120)

Fuente de plasma con una pluralidad de electrodos desfasados.

Ámbito del invento

El presente invento se refiere a las fuentes de plasma y, en concreto, a las fuentes de plasma dotadas de elementos reactivos configurados de modo que estén desfasados entre ellos a fin de que puedan obtener efectos controlados de longitud de onda durante el proceso de plasma.

Antecedentes del invento

El plasma es un gas ionizado conductor de la electricidad. Para la obtención de plasma, se aplica un campo eléctrico a un gas contenido en un recipiente, que suele consistir en una cámara diseñada a tal efecto. Resulta un proceso bastante sencillo de efectuar con una cámara de vacío, en la que los iones y los electrones tienen una vida de larga duración. Se aplica una potencia de radiofrecuencia (RF) de la gama MHz a dos placas de metal o electrodos situados en el interior de la cámara, que generan una descarga capacitiva.

De modo opcional, la potencia RF se puede depositar en una bobina montada en las paredes de la cámara, con lo que se produce plasma acoplado por inducción.

En la industria dedicada a los semiconductores, los plasmas se utilizan para atacar y depositar materiales sobre piezas de trabajo que, en general, suelen consistir en semiconductores y superficies dieléctricas y metálicas. Este proceso se utiliza para formar componentes electrónicos específicos sobre el sustrato. Se introduce gas en una cámara de procesamiento al vacío de plasma donde se halla la pieza de trabajo. Al sufrir la descarga eléctrica, el gas forma el plasma en una zona de excitación utilizando tanto una fuente de inducción, en la que la antena transporta la corriente adyacente a la ventana de plasma, como una fuente capacitiva que emplea uno o más electrodos con una tensión oscilante. Hasta comienzos de la década de 1990, los sistemas con base capacitiva fueron la alternativa preferida, pero entre 1991 y 1995, las fuentes inductivas pasaron a ser las más utilizadas, y siguen predominando en las aplicaciones del atacado de metales y de poliatacado. Sin embargo, existen problemas con los mencionados plasmas de fuente de inducción en las aplicaciones de atacado por óxido. Además, el diseño de sistemas de inducción para el atacado por óxido que ofrecen el rendimiento y la estabilidad adecuados de conformidad con los criterios de producción, suponen unos costes bastante elevados de dichos sistemas basados en la inducción.

Hacia 1998, los fabricantes de estos sistemas, es decir, empresas como Lam Reasearch Corporation y TEL, comenzaron a dirigir su atención hacia los sistemas capacitivos con la finalidad de obtener soluciones más económicas y fiables a los problemas que presentaba en este ámbito el atacado con plasma. Desarrollos posteriores condujeron a la reintroducción de los sistemas capacitivos, que primaron sobre los sistemas por inducción. En este entorno, los sistemas capacitivos de frecuencia doble volvieron a emerger como la alternativa preferida para las aplicaciones de atacado por óxido.

El motivo de que se desplazara esta tendencia hacia los sistemas de frecuencia doble es que en un reactor capacitivo de monofrecuencia, es posible aumentar la potencia RF para obtener una energía de bombardeo de los iones más elevada, pero la densidad del plasma también aumentará. Estos dos parámetros no se pueden cambiar de modo independiente utilizando un generador de monofrecuencia. A fin de ofrecer un grado adicional de flexibilidad, se puede ofrecer más de una frecuencia de excitación de un plasma capacitivo. En una aproximación clásica, como la que se describe en WO0301512, se emplean dos fuentes de energía separadas (una fuente de alta frecuencia y una fuente de baja frecuencia), cada una de ellas unidas a un electrodo. Se utiliza la filtración para minimizar la interacción entre las dos señales, utilizando, por ejemplo, un inductor que conecta a masa el electrodo superior a una señal KHz, mientras exista una impedancia elevada para una señal MHz. De modo análogo, se utiliza un condensador para conectar a masa el electrodo inferior para las señales de alta frecuencia. También se pueden utilizar otras configuraciones opcionales que comprendan un triodo o distribuciones confinadas en las que el plasma está confinado en el interior de una estructura radial específica y una distribución adicional en el caso de que ambas fuentes estén conectadas al mismo electrodo. En cualquier caso, el sustrato y, por consiguiente, obligatoriamente los sustratos asociados que soporten componentes, como clavijas y elevadores, refrigerantes, sensores, etc., están accionados por RF, por lo que es preciso que su conexión al exterior sea respetuosa con los entornos correspondientes. Con ello se añade complejidad a la ingeniería, lo cual comporta un inevitable incremento del coste.

Para obtener una aproximación correcta, en los sistemas capacitivos de doble frecuencia, la potencia de alta frecuencia controla la densidad del plasma. Debido a las corrientes elevadas, se producen desplazamientos más eficientes de la corriente que incrementan la potencia óhmica del plasma y los dispositivos de calentamiento de las vainas. La excitación de baja frecuencia afecta la energía de bombardeo de los iones. Por consiguiente, el usuario dispone de cierta capacidad de ajustar por separado la energía de bombardeo de los iones y la densidad del plasma, lo cual no resulta fácil usando una monofrecuencia de excitación. Los reactores de este diseño han hallado aplicación tanto para PECVD (deposición química en fase vapor asistida por plasma) y el atacado de plasma.

En WO98/32154 se expone un reactor de plasma formado por una zona de excitación de plasma situada entre un electrodo de referencia con toma a masa y un elemento de impedancia reactiva por excitación de plasma. Este último se subdivide en elementos de electrodo alternados de barras paralelas de sub-electrodos. Los elementos de electrodo se accionan mediante potencias RF V₁₁ y V₁₂ que, en algunas representaciones, están desfasadas a 180º y se pueden modular.

En muchos de los sistemas más conocidos se emplea un solo electrodo a través del cual se puede suministrar energía en la zona de plasma. En US2004/0168770, US6.962.664 y US6.884.635, todas pertenecientes a Tokyo Electron Limited (TEL), se describe el uso de una estructura segmentada de electrodos cuyos segmentos disponen de suministro de alimentación RF conectada a ellos. Se configura un sistema de control para cambiar la impedancia de modo dinámico a fin de que coincida con la impedancia de carga del plasma. Estas distribuciones se organizan de modo específico a fin de que se minimice cualquier interacción entre los electrodos, lo cual implica, por consiguiente, que los elementos de electrodo estén en fase entre sí. Sin embargo, en todos los casos sigue existiendo una corriente de red que se suministra al plasma y que a altas frecuencias de funcionamiento, puede producir efectos de longitud de onda en la distribución de energía electromagnética, produciéndose tensiones y corrientes no uniformes y la deposición de energía no uniforme en el plasma, con lo que se obtienen procesos no uniformes (atacado o deposición) en la superficie del sustrato.

A pesar de estos avances en el diseño de reactores, todavía existen ciertos problemas, entre ellos los mencionados efectos de longitud de onda que originan la falta de uniformidad de la tensión e introducen en el plasma corrientes paralelas a las superficies del electrodo, produciéndose, además, bajo estas condiciones, la deposición no uniforme de energía que puede producir una densidad no uniforme de plasma que disminuye el rendimiento del mismo.

Existe, por consiguiente, la necesidad de proporcionar una fuente de plasma que esté configurada de modo que permita resolver éste y otros problemas.

Resumen del invento

Este problema, y algunos otros más, se solucionan mediante una fuente de plasma de conformidad con el presente invento. La mencionada fuente contiene una pluralidad de electrodos adyacentes, cada uno de los cuales está desfasado con respecto a su próximo adyacente.

Los electrodos se pueden configurar según cualquiera de las diferentes pluralidades de disposición geométrica, como por ejemplo: plana, hemisférica, en cúpula, convexa, cóncava u ondulada. Los electrodos pueden estar colocados de forma que estén en contacto directo con el plasma generado. Si se utiliza una distribución de conformidad con el presente invento, es posible controlar el centro correspondiente de la deposición de energía en el borde mediante la modificación del espaciado entre electrodos...

1. Una fuente de plasma (200) que comprende una cámara que contiene un electrodo de referencia (115) y un elemento de impedancia reactiva por excitación de plasma (105), definiendo dicho electrodo de referencia y dicho elemento reactivo de impedancia un volumen de excitación de plasma (110), en los que la fuente comprende, además, los medios de ajuste que permitan el movimiento relativo del electrodo de referencia (115) y del elemento de impedancia reactiva (105) que permita la variación del tamaño del volumen de excitación de plasma (110), y en el que el elemento de impedancia reactiva por excitación de plasma está formado por una pluralidad de electrodos (105a, 105b, 105c, 105d) que están dispuestos lado a lado entre sí y el conjunto que forman está colocado en el primer lado del volumen de excitación de plasma (110), estando situado el electrodo de referencia (105) en el segundo lado del volumen de excitación de plasma (110), formando la pluralidad de electrodos (105a, 105b, 105c, 105d) el elemento de impedancia reactiva que a su vez está acoplado a un generador de alta frecuencia (125) y en el que la fuente de plasma está configurada de modo que, durante su uso, al conectarse los electrodos al generador de alta frecuencia, los electrodos adyacentes de la pluralidad de electrodos estén desfasados entre sí y dispuestos de modo que la corriente de alta frecuencia introducida por un primer electrodo sea materialmente eliminada por un segundo electrodo, caracterizándose en que:

2. La fuente que se menciona en cualquier reivindicación anterior, en la que las frecuencias de funcionamiento del generador de alta frecuencia (125) están comprendidas en la gama de 15 MHz a 299 GHz, de modo opcional entre 20 MHz y 250 GHz y, asimismo, de modo también opcional entre 25 MHz y 150 GHz.

3. La fuente que se menciona en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que como mínimo uno de los electrodos que forma el elemento de impedancia reactiva (105) presenta una topografía no planar de su superficie a fin de incrementar el área de contacto de la superficie de dicho electrodo con la zona de excitación de plasma.

4. La fuente que se menciona en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el generador de alta frecuencia (125) se puede sintonizar a frecuencias comprendidas en una gama de radiofrecuencias a una gama de frecuencias de ondas decimétricas.

5. La fuente que se menciona en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que un subconjunto de la pluralidad de electrodos (105a, 105b, 105c, 105d) conectados a los generadores de baja frecuencia (120) funcionan en modo normal, mientras la otra pluralidad de electrodos conectados a los generadores de alta frecuencia (125) funcionan en modo diferencial.

6. La fuente que se menciona en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que los generadores de baja frecuencia (120) y los generadores de alta frecuencia (125) funcionan de modo simultáneo.

7. La fuente que se menciona en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que cada uno de los generadores de baja frecuencia (120) y de los generadores de alta frecuencia (125), están configurados de manera que puedan funcionar de modo independiente de los demás generadores de baja frecuencia (120) y de los generadores de alta frecuencia (125) respectivamente.

8. La fuente que se menciona en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que cada una de las salidas de los generadores de baja frecuencia (120) y de los generadores de alta frecuencia (125) están configuradas de manera que ofrezcan una salida que controle un parámetro del proceso que es independiente del parámetro del proceso controlado por las otras salidas.

9. La fuente que se menciona en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que una pluralidad de electrodos (105a, 105b, 105c, 105d) que forman el elemento de impedancia reactiva (105) se presentan en una distribución planar, estando alineados de manera axial los electrodos individuales del elemento de impedancia reactiva con otros electrodos de dicho elemento de impedancia reactiva.

10. La fuente que se menciona en cualquiera de las reivindicaciones anteriores de 1 a 9, en la que una pluralidad de electrodos (105a, 105b, 105c, 105d) que forman el elemento de impedancia reactiva están dispuestos de modo que ofrezcan un elemento curvo que permita procesar piezas de trabajo planares y no planares.

11. La fuente que se menciona en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el elemento de impedancia reactiva está configurado para permitir la alimentación de gas a través de un subconjunto de la pluralidad de electrodos (105a, 105b, 105c, 105d).

12. La fuente que se menciona en la reivindicación 11 anterior, en la que el elemento de impedancia reactiva está configurado para permitir la alimentación de gas a través de todos los electrodos (105a, 105b, 105c, 105d).

13. La fuente que se menciona en la reivindicación 11 anterior, en la que los electrodos individuales del elemento de impedancia reactiva están configurados siguiendo la disposición de una alcachofa de ducha.

14. La fuente que se menciona en la reivindicación 11 anterior, en la que el flujo de gas a través de los electrodos individuales se puede controlar por separado.

15. La fuente que se menciona en la reivindicación 14 anterior, en la que el control del flujo de gas a través de los electrodos individuales presenta una alimentación de gas de múltiples zonas, permitiendo, por consiguiente, diferente química de gases en las diferentes partes de la zona de excitación de plasma.

16. La fuente que se menciona en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, además, una bomba que permite el bombeo entre los electrodos individuales (105a, 105b, 105c, 105d) del elemento de impedancia reactiva a fin de facilitar la eliminación de gas en la zona de excitación de plasma (110).

17. La fuente que se menciona en la reivindicación 16 anterior, cuya configuración permite la eliminación de gas en la zona de la fuente que está eléctricamente aislada de la zona de excitación de plasma, evitándose, por consiguiente, la nueva formación de plasma.

18. La fuente que se menciona en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el generador de alta frecuencia (125) consiste en un suministro bifásico o en un suministro trifásico.

19. La fuente que se menciona en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que está configurada de modo que la potencia se suministra a través de una configuración en modo de conmutación que puede comprender conjuntos de electrodos en la misma fase, estando todos ellos controlados mediante el mismo conmutador, o para conectar cada electrodo a su propio conmutador, o para conectar dos o más electrodos a un único conmutador, ofreciendo de modo opcional dicha configuración en modo de conmutación, la conexión de un generador de baja frecuencia a líneas de alimentación de corriente continua.