电极同时响应于多频的等离子体处理器制造技术

在加工工件的真空室内，等离子体以等离子体约束容积为界，包括同时响应于第一和第二ＲＦ频率功率的第一电极与ＤＣ接地第二电极之间的区域。ＤＣ接地延伸部分基本上直线对准第一电极。大部分第一频率功率耦合到包括第一与第二电极但不包括延伸部分的通路，大部分第二频率功率耦合到包括第一电极和延伸部分但不包括第二电极的通路。改变加到第一电极的第一与第二频率的相对功率，可控制第一电极的ＤＣ偏压。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及电极响应于多个频率的等离子体处理器。本专利技术一特定方面涉及含腔室的处理器，腔室结构使多个频率的功率通过以一对电极为界的区域具有完全不同的路径，一根电极同时响应于多个频率，另一电极基本上处于参考电位。本专利技术另一个方面涉及一种处理器方法与结构，其中通过相对于与一个频率的功率关联的参数改变与另一频率的功率关联的参数，来控制响应于多频的电极的DC偏压。
技术介绍
真空等离子体处理器用于在工件上淀积与蚀刻材料，工件一般是半导体、介质与金属基片。将一种气体导入放置了工件的真空等离子体处理室，室压力通常为0.1～1000乇。响应于RF电场或电磁场，该气体在激发区内被燃烧成RF等离子体。RF场由电抗性的阻抗元件提供，通常是将RF磁场与电场耦合在气体的电极阵列或线圈。电抗性阻抗元件接第一RF源，后者具有第一较高的RF频率和足够的功率，将气体烧成等离子体。第一RF源与电抗性阻抗元件通常用较长的电缆连接，电缆直接第一RF源。接在电缆与电抗阻抗元件之间的第一谐振匹配网络一般包含一对可变电抗，后者被调成使第一RF源的阻抗匹配于正在驱动的负载。气体一般通过室顶部引入室，从室底部排出。室顶部的电极通常与一系列进入激发区的气体挡板与开口关联，对流入激发区的气体形成喷头(showerhead)作用。工件一般装在激发区底部的电极上。在有些室内，带工件的电极(通常称为底电极)是供有第一RF频率的电抗阻抗元件，与带工件电极隔开的另一电极(通常称为顶电极)接参考电位，一般为地。这样配置的处理器常称为二极管，因为该室包括一有动力的电极，接地的壁结构和一接地电极。在其它处理器中，室的顶与底电极各自用独立的较高与较低RF频率加动力，室壁结构接地。超过10MHz且一般为27MHz的较高频率控制着等离子体的密度，而小于10MHz且一般为2MHz的较低频率控制着等离子体的离子能量。独立地控制诸电参数如第一和第二RF源的功率、电压和/或电流，就可独立地控制等离子体密度与离子能量。这样配置的室常称为三极管，也可控制建立在底电极上的DC偏压。DC偏压控制由接近顶底电极的等离子体与RF场之间的互作用造成，而顶底电极响应于加在其上的RF功率耦入等离子体。改变加到顶底电极的参数如电流和/或电压或功率的相对值，底电极DC偏压就以可控的单调方式变化，因而当高频功率相对于低频功率提高时，DC偏压的幅值(为负)就增大。已知具有上述二极管与三极管配置的室包括一种将等离子体约束在一包括电极之间的容积的约束区内(confinement region)的结构。该约束结构可防止等离子体入射室接地的金属壁结构，从而防止严重损伤室壁结构并加强控制等离子体特性；如参见莱兹(Lenz)等人的美国专利5,534,751。在另一些顶电极与室金属壁接地(参考电位)的室中，对底电极同时加较高和较低的RF频率功率。这种二极管配置的真空室接地的金属壁结构，通常限定了受激等离子体存在区的外部。具体而言，莱兹在美国专利5,998,932中揭示了对具有约束结构和接地的顶电极与金属壁的室的底电极同时提供2MHz与27MHz。库西(Kuthi)等人的美国专利6,106,663，也揭示了对具有接地顶电极的室的底电极同时提供2MHz与27MHz。室配置中用高低频率同时驱动底电极的原有技术的处理器一直以这样一种方式构成，即通过改变高低频参数如供给底电极的功率的相对值，不能控制底电极的DC偏压。已发现，当供给底电极的高低频功率的相对量变化时，DC偏压保持相对恒定。我们认为，DC偏压保持相对恒定，原因在于室被构成为离子能量(假定主要受低频功率控制)基本上与离子密度(假定主要受高频功率控制)相耦合。因此，等离子体密度与等离子体容积边缘与其附近的室表面之间的壳层宽度有耦合作用，所以改变高低频率的相对参数值(如功率)，并不能独立地控制等离子体离子能量与等离子体密度。因此，对底电极同时加两种不同频率的原有技术的二极管室，一直不能达到三极管双频室能达到的底电极偏压控制程度。
技术实现思路
根据本专利技术一个方面，等离子体处理器包括真空室，该室具有(a)把气体与该室耦合的端口，(b)向室内气体加电场的第一电极，(c)基本上处于DC参考电位的第二电极，和(d)电极间存在等离子体的区域。处理器包括让第一电极向等离子体同时供给多频电场的电路。室包括使不同频率的功率具有完全不同的通过电极间存在等离子体区域的路径的结构。较佳地，第一频率(优选2MHz)主要控制等离子体能量，第二频率(优选27MHz)主要控制等离子体离子密度。室较佳地配置成让大部分第一频率的功率耦合在第一与第二电极之间，防止第二频率的大部分功率耦合在第一与第二电极之间。这种室配置较佳地包括一有区域外通路的分布参数滤波器结构。区域外通路安排成将电流从第二电极耦合到处于参考电位的端子，而且基本上处于该参考电位。通路的第一频率的电气长度远远小于其第二频率的电气长度，故区域外通路的第一频率的阻抗远远低于第二频率的阻抗。区域外通路的结构使该通路具有第一频率的感抗，小于第二频率的通路感抗一个数量级。分布参数滤波器结构较佳地配置成将第二频率通过该区域传到室壁的延伸部分，其中延伸部分像壁和第二电极一样基本上处于同一DC参考电位。壁延伸部分相对第二电极更靠近第一电极。延伸部分较佳地包括一超过第一电极外围部分的区域。第一电极与延伸部分的电气耦合安排成使第二频率比第一频率在区域中传送得更远。延伸部分较佳地用介质与第一电极隔开。约束等离子体结构较佳地包括多个通气孔，使容积内的气体能流到区域外的室部分。通气孔和通气孔之间的空间较佳地用某种材料制作，且安排成使第一频率的位移电流从第二电极流到参考电位，同时防止大量DC电流流动。用于控制区域内等离子体压力的控制器较佳地包括一控制通气孔相对室内另一结构的间距的机构。本专利技术另一方面涉及等离子体处理器的操作方法，处理器的一电极同时供有第一与第二频率的功率。响应于在第一和第二频率下供给电极的功率与电极附近等离子体之间的互作用，对该电极建立DC电压偏置。相对于与第二频率功率关联的参数改变与第一频率功率关联的参数，就可控制该DC偏压值。本专利技术又一个方面涉及一等离子体处理器，它包括处理室里的一根电极和同时向该电极提供第一与第二频率的功率的电路。响应于在第一和第二频率下供给电极的功率与电极附近等离子体之间的互作用，对该电极建立DC偏压。配置的室和第一与第二频率，通过相对于与第二频率功率关联的参数改变与第一频率功率关联的参数，造成可控的DC偏压变化。较佳地，与第一频率功率关联的参数是第一频率功率量，与第二频率功率关联的参数是第二频率功率量。较佳地，第一频率(优选2MHz)主要控制等离子体的离子能量，第二频率(优选27MHz)主要控制等离子体的离子密度。为协助控制DC偏压，第二频率的功率较佳地被限于某一区域，该区域不包括处理器的室壁结构，但包括第一与第二电极间的容积。把第一频率的功率供给一部分基本上移出该区域的室，帮助控制DC偏压。等离子体通常被约束于对其约束第二频率功率的区域。为帮助控制DC偏压，还控制了等离子体在该区域内的压力。为更佳地控制DC偏压，约束的第二频率区域延伸到超过第一电极外围部分的一区域。超出第一电极外围部分的该区域较佳地包括(1)一种材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体处理器，其特征在于包括一真空室，所述真空室具有：（ａ）将气体耦合到该室的端口，（ｂ）对室内气体加电场的第一电极，（ｃ）与第一电极隔开的第二电极，第二电极处于一ＤＣ参考电位，室安排成使气体在包括电极之间容积的区域内被激发为等离子体；使第一电极对等离子体同时供给不同频率的电场的电路；该室包括一使不同频率的功率取完全不同的路径通过所述区域的结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2002-6-27 10/180,9781.一种等离子体处理器，其特征在于包括一真空室，所述真空室具有(a)将气体耦合到该室的端口，(b)对室内气体加电场的第一电极，(c)与第一电极隔开的第二电极，第二电极处于一DC参考电位，室安排成使气体在包括电极之间容积的区域内被激发为等离子体；使第一电极对等离子体同时供给不同频率的电场的电路；该室包括一使不同频率的功率取完全不同的路径通过所述区域的结构。2.如权利要求1所述的等离子体处理器，其特征在于，所述室结构安排成使大部分第一频率的功率耦合在第一与第二电极之间，而且防止大部分第二频率的功率耦合在第一与第二电极之间。3.如权利要求2所述的等离子体处理器，其特征在于，所述第一频率主控等离子体的离子能量，第二频率主控等离子体的离子密度。4.如权利要求3所述的等离子体处理器，其特征在于，所述第一与第二频率分别为2MHz与27MHz。5.如权利要求2所述的等离子体处理器，其特征在于，所述室结构安排成使大部分第一频率的功率耦合在第一与第二电极之间，并防止大部分第二频率的功率耦合在第一与第二电极之间。6.如权利要求5所述的等离子体处理器，其特征在于，所述室结构包括一具有区域外通路的分布参数滤波器结构，区域外通路安排成将电流从第二电极耦合到处于参考电位的端子，区域外通路基本上处于DC参考电位，其第一频率的电气长度远远小于其第二频率的电气长度，使区域外通路的第一频率的阻抗远远低于第二频率的阻抗。7.如权利要求6所述的等离子体处理器，其特征在于，所述区域外通路在第一频率下的电气长度是第一频率波长的几分之一，区域外通路在第二频率下的电气长度接近第二频率的波长。8.如权利要求6所述的等离子体处理器，其特征在于，所述区域外通路的结构使通路在第一频率下具有感抗，小于通路在第二频率下的感抗约一个数量级。9.如权利要求6所述的等离子体处理器，其特征在于，所述分布参数滤波器结构还安排成通过所述区域把第二频率传到通路的延伸部分，延伸部分基本上处于DC参考电位，而且相对第二电极更靠近第一电极。10.如权利要求9所述的等离子体处理器，其特征在于，所述延伸部分包括超出第一电极外围部分的区域，从第一电极到超出外围部分的区域的电气耦合安排成让第二频率在所述区域内比第一频率传得更远。11.如权利要求10所述的等离子体处理器，其特征在于，所述延伸部分与第一电极用一介质隔开。12.如权利要求2所述的等离子体处理器，其特征在于，所述室结构包括基本上处于DC参考电位的延伸结构，第一与第二电极和延伸结构安排成使在第一频率下加到第一电极的大部分功率不耦合到延伸结构，而使在第二频率下加到第一电极的大部分功率耦合到延伸结构。13.如权利要求12所述的等离子体处理器，其特征在于，所述第一与第二电极和延伸结构安排成使大部分第一频率的功率耦合到第二电极。14.如权利要求12所述的等离子体处理器，其特征在于，所述延伸结构相对第二电极更接近第一电极。15.如权利要求12所述的等离子体处理器，其特征在于，所述延伸结构包括超出第一电极外围部分的区域，从第一电极到超出外围部分区域的电气耦合安排成让第二频率在所述区域中比第一频率传得更远。16.如权利要求12所述的等离子体处理器，其特征在于，所述延伸结构与第一电极用介质隔开。17.如权利要求1所述的等离子体处理器，其特征在于，所述室结构包括将等离子体基本上约束到所述区域的结构。18.如权利要求17所述的等离子体处理器，其特征在于，所述区域延伸到超出第一电极外围部分的容积。19.如权利要求18所述的等离子体处理器，其特征在于，所述超出第一电极外围部分的容积包括(a)允许位移电流流过而防止大量DC电流流动的材料，和(b)超出该材料的外围部分基本上处于一参考电位的表面。20.如权利要求19所述的等离子体处理器，其特征在于，所述材料包括一本征半导体。21.如权利要求19所述的等离子体处理器，其特征在于，所述约束等离子体的结构包括多个通气孔，通气孔安排成使容积内的气体能流到区域外的室部分。22.如权利要求21所述的等离子体处理器，其特征在于，所述通气孔与通气孔之间的空间由某种材料制作，并排列成使位移电流能从第二电极流到参考电位而防止大量DC电流流动。23.如权利要求22所述的等离子体处理器，其特征在，还包括用于控制区域内等离子体压力的控制器。24.如权利要求1所述的等离子体，其特征在于，所述区域延伸到超出第一电极外围部分的容积。25.如权利要求24所述的等离子体处理器，其特征在于，所述超出第一电极外围部分的容积包括(a)允许第一与第二频率下的位移电流流过而防止大量DC电流流动的材料，和(b)超出所述材料的外围部分处于参考电位的表面。26.一种操作带第一电极的等离子体处理器的方法，其特征在于，包括步骤向第一电极同时提供第一与第二频率的功率，响应于在第一与第二频率下供给电极的功率与第一电极附近等离子体之间的互作用而在第一电极上建立一DC偏压，并通过相对于与一所述频率的功率关联的参数改变与另一所述频率的功率关联的参数，控制DC偏压值。27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述与一个所述频率的功率关联的参数是在所述第一频率下供给第一电极的功率量，与第二频率的功率关联的参数是第二频率的功率量。28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述第一频率主控等离子体的离子能量，第二频率主控等离子体的离子密度。29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述第一与第二频率分别为2MHz与27MHz。30.如权利要求27的方法，其特征在于，所述处理器包括第二电极，还包括将第一与第二频率的功率基本上约束到包括第一与第二电极之间的容积的区域，并使加到第一电极的大部分第一与第二频率的功率在所述区域内具有完全不同的通路。31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述第一频率的通路包括第一与第二电极，第二频率的通路不包括第二电极。32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述处理器包括基本上处于与第二电极相同的DC电位且相对第二电极更靠近第一电极的延伸部分，第二频率的通路包括第一电极与该延伸部分。33.如权利要求30所述的方法，其特征在于还包括将等离子体约束到所述区域。34.如权利要求33所述的方法，其特征在于还包括控制区域内的等离子体压力。35.一种等离子体处理器，其特征在于包括处理室里的第一电极；对第一电...

【专利技术属性】
技术研发人员：V瓦荷迪，P罗文哈德特，B艾林伯，A库西，A菲谢尔，
申请(专利权)人：拉姆研究有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]