等离子体处理系统及等离子体处理室的射频功率输送方法技术方案

本发明专利技术提供一种等离子体处理设备与系统，及用以输送射频功率至等离子体处理室的方法。等离子体处理系统包括一个射频产生器、一个等离子体室、一个匹配网络盒、第一电缆、第二电缆，及用以电隔离匹配网络盒的装置。射频产生器产生射频功率以传送至等离子体室。等离子体室接收射频功率以处理晶片且在等离子体处理期间由内阻抗来作为特征。等离子体室有一面或多面墙壁可用以返回射频电流。匹配网络盒能够接收射频电流并产生阻抗使得等离子体室的内阻抗可以和射频产生器的阻抗相匹配。第一电缆连接射频产生器与匹配网络盒以在射频产生器与匹配网络盒之间传送射频功率。第二电缆连接匹配网络盒与等离子体室以在匹配网络盒与等离子体室之间传送射频功率。第二电缆为射频返回电流提供一个从等离子体室至匹配网络盒之间的返回路径。电隔离装置使匹配网络盒隔离防止其与等离子体室作电接触，使得仅有第二电缆可以提供射频返回电流从等离子体室至匹配网络盒的返回路径。（*该技术在2020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】
本专利技术涉及半导体器件的制造。更明确的说，本专利技术涉及输送射频功率至等离子体处理室的等离子体处理系统。相关技术的说明半导体处理系统用以处理制造集成电路的半导体晶片。特别是，在蚀刻与氧化，及化学气相淀积(CVD)等中通常使用以等离子体为基础的半导体处理。以等离子体为基础的半导体处理典型上是由等离子体处理系统来进行，且通常会包括一个等离子体处理室以提供一个受控的设定。图1是典型的传统上用以处理半导体晶片102的等离子体处理系统100的示意方块图。等离子体处理系统100包括一个等离子体处理室104、一个保护盒106、一个匹配网络盒108，以及一个射频产生器110。射频产生器110通过同轴电缆112与匹配网络盒108连接。保护盒106被设置以容纳或是保护同轴电缆114，其用以把匹配网络盒108连接到等离子体处理室104。一个氦气盒124置于保护盒106的顶上，用以提供氦气至等离子体处理室104中。等离子体处理室104包括一个簇射头116及一个静电夹盘(ESC)118。簇射头116是用以把源气体释放进入等离子体处理室104，而在半导体晶片102上产生等离子体。ESC 118包括一个或多个设置在电极122上的介电层120。静电夹盘118的作用是使半导体晶片102维持在处理时的位置上。通过端口140由氦气盒124所提供的氦气用于控制半导体晶片102的温度。等离子体处理系统100还包括了一个可供应电源给ESC的ESC电源供应器(未表示出)。静电夹盘为熟知的技术且已充分说明于下列资料中例如与FrancoisGuyot所共同拥有的美国专利编号5,789,904，名称为『高功率静电夹盘接触器』；由Jones等人所提交的美国专利申请第08/624,988号，名称为『动态反馈静电晶片夹盘』；由Castro等人所提交的美国专利申请第08/550,510号；及Kubly等人所提交的美国专利编号5,793,192，名称为『在晶片处理系统中夹持及解除夹持半导体晶片的方法及设备』。这些参考资料的说明合并在本专利技术中作为参考文献。对晶片处理而言，射频产生器110提供射频功率至等离子体处理室104。更明确的说，射频产生器110产生射频功率，其通过同轴电缆112传送至匹配网络盒108。匹配网络盒108内容纳一个匹配网络电路126，其在晶片处理期间会在等离子体处理室104与射频产生器110之间产生一个阻抗匹配。匹配网络盒108通过同轴电缆114传送射频功率至等离子体处理室104。匹配网络电路置于射频产生器110与等离子体处理室104之间以减少来自等离子体处理室104的射频功率的反射。其典型上会包括有两个或更多的可变阻抗元件(例如电容器及感应器)。射频匹配网络电路为熟知的技术且有一些讨论，例如，由Collins等人所提交的美国专利申请第5,187,454号及由Arthur M.Howald于1998年12月22日所提交的美国专利申请第09/218,542号。这些参考资料的说明合并在本专利技术中作为参考文献。在高与中密度等离子体蚀刻中，半导体制造厂利用电等离子体参数如直流偏压及峰到峰偏压实时监控等离子体处理。例如，直流电压典型上是在晶片102上所产生的，峰到峰电压可在等离子体处理系统100的操作期间由电极122测量。这些电参数常用以进行判断分析，且在必要时，用以中断等离子体处理以达到想要的等离子体处理状态。这些电参数典型上为高度敏感的，不只是对等离子体处理室104内的等离子体密度及等离子体分布，同时也对穿越等离子体处理室104的墙壁与射频输送系统，及射频匹配网络机板的等离子体外部的射频返回电流的空间分布也是如此。例如，图1表示的等离子体处理系统100通过同轴电缆114正向输送射频功率至ESC 118的电极122，如箭头128所示。射频功率会激励电极122，使其在等离子体处理时可吸引等离子体离子到晶片102上。等离子体处理室104的墙壁130提供射频电流的“返回”路径以回到匹配网络盒108而最终回到射频产生器110中，从而形成一个闭合电路。传统的晶片处理系统典型上会使金属-金属表面间的接触尽可能的多以使得由等离子体处理室104至匹配网络盒108的射频电流返回路径最多。举例来说，等离子体处理室104与保护盒106，及匹配网络盒108典型上都是由金属(如铝)所制成以导电。因此，射频电流会经由任一金属-金属间的接触路径而由等离子体处理室104的墙壁130回到匹配网络盒108，如箭头132所指。为返回路径尽可能的提供金属-金属间的接触是根据工业上的标准方法。例如，等离子体处理系统的设计者典型上会试图去达到射频返回电流的最低阻抗。最低阻抗通常在等离子体处理系统中是通过提供更多的金属-金属间的接触来达到。其中一条主要的射频电流返回路径是从墙壁130沿着同轴电缆114至匹配网络盒108，如箭头134所示。在这种情形下，射频返回电流沿着同轴电缆114的外导体表面行进。此外，射频电流也经由等离子体处理室104与保护盒，及匹配网络盒108的金属-金属间的表面的其他返回路径行进。以这种方式进行时，等离子体处理系统100将设计成尽可能的提供许多射频电流返回路径以尽可能的捕捉到许多杂散电流从而确保可以把它们返回到匹配网络126。对高的晶片合格率而言，在等离子体处理系统100中维持一致且均匀的射频返回电流是欲求的目标。然而，不幸的是，为了最大化射频返回路径而提供的金属-金属间的接触会随着时间降低晶片处理的品质。举例来说，匹配网络盒108通过一个放置在匹配网络盒108与保护盒106之间的金属板(如铝板)，且利用多个螺栓、螺钉等牢固地和保护盒106接在一起。在等离子体处理系统100的寿命期间，匹配网络盒108常会为了例行性的保养或是修改而自保护盒106移开。在保养之后，匹配网络盒会利用一个铝板及金属螺栓、螺钉等再度被牢固地和保护盒接在一起。然而，匹配网络盒108的再连接，通常并不能精确地复制在移开之前存在的金属-金属间的接触。例如，螺栓或螺钉也许不能拧得和移开前一模一样。于是，改变过的金属-金属间的接触特征也许就会改变射频电流返回路径的特征，进而将导致射频返回电流的总大小及晶片处理的电特征的改变。此外，等离子体处理室的墙壁130与保护盒106及匹配网络盒108使用的铝通常会随着时间而在金属表面上发生氧化。也就是说，氧化层也许会形成在金属表面上，而改变了射频电流返回路径的特征。鉴于前述，目前所需要的是在等离子体处理系统中，用以提供一致且均匀的射频返回电流的设备及方法以增强晶片处理结果的准确性与均匀度。专利技术的综合说明广泛的说，本专利技术提供一个用于输送射频功率至等离子体处理室的系统与设备及方法，以满足上述的所有需要。值得重视的是，本专利技术可以由数种不同的方式来实行，包括如处理、设备、系统、装置、方法，或是计算机可读介质。本专利技术的数个专利技术实施例讨论如下。根据其一的实施例，本专利技术提供一个等离子体处理系统用以输送射频功率至等离子体处理室。等离子体处理系统包括一个射频产生器、一个等离子体室、一个匹配网络盒、第一电缆、第二电缆，及用于匹配网络盒的电隔离装置。设置射频产生器以用来产生射频功率而传送至等离子体室。等离子体室配置成用以接收射频功率以处理晶片且在等离子体处理期间由一个内阻抗来作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用以输送射频功率至等离子体处理室以处理晶片的等离子体处理系统，包括： 一个射频产生器，用以产生射频功率； 一个等离子体室，用来接收射频功率以处理晶片，在等离子体处理过程中等离子体室是由内阻抗来作为其特征，等离子体室有一面或多面墙壁用以返回射频电流； 一个匹配网络盒，用以产生一个阻抗，其可使等离子体室的内阻抗与射频产生器的阻抗相匹配，且匹配网络盒能够接收射频电流； 第一电缆，连接射频产生器与匹配网络盒以在射频产生器与匹配网络盒之间输送射频功率； 第二电缆，连接匹配网络盒与等离子体室以在匹配网络盒与等离子体室之间输送射频功率，第二电缆提供一个射频返回电流自等离子体室至匹配网络盒的返回路径；及 电隔离装置，用以使匹配网络盒电隔离，防止其与等离子体室的电接触，而使得只有第二电缆可提供射频返回电流自等离子体室至匹配网络盒的返回路径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 1999-6-29 09/342,9691.一种用以输送射频功率至等离子体处理室以处理晶片的等离子体处理系统，包括一个射频产生器，用以产生射频功率；一个等离子体室，用来接收射频功率以处理晶片，在等离子体处理过程中等离子体室是由内阻抗来作为其特征，等离子体室有一面或多面墙壁用以返回射频电流；一个匹配网络盒，用以产生一个阻抗，其可使等离子体室的内阻抗与射频产生器的阻抗相匹配，且匹配网络盒能够接收射频电流；第一电缆，连接射频产生器与匹配网络盒以在射频产生器与匹配网络盒之间输送射频功率；第二电缆，连接匹配网络盒与等离子体室以在匹配网络盒与等离子体室之间输送射频功率，第二电缆提供一个射频返回电流自等离子体室至匹配网络盒的返回路径；及电隔离装置，用以使匹配网络盒电隔离，防止其与等离子体室的电接触，而使得只有第二电缆可提供射频返回电流自等离子体室至匹配网络盒的返回路径。2.根据权利要求1所述的用以输送射频功率至等离子体处理室以处理晶片的等离子体处理系统，还包括连接在等离子体室与匹配网络盒之间的一个保护盒，用以保护第二电缆，其中，该电隔离装置阻挡自保护盒至匹配网络盒的射频返回电流的其他返回路径。3.根据权利要求2所述的用以输送射频功率至等离子体处理室以处理晶片的等离子体处理系统，其中，该第一及第二电缆为同轴电缆，每一个都有内导体及外导体。4.根据权利要求3所述的用以输送射频功率至等离子体处理室以处理晶片的等离子体处理系统，其中，该第一及第二电缆的内导体传送射频正向电流及正向功率，而第一及第二电缆的外导体传送射频返回电流。5.根据权利要求3所述的用以输送射频功率至等离子体处理室以处理晶片的等离子体处理系统，其中，该第二电缆是一个刚性同轴电缆。6.根据权利要求2所述的用以输送射频功率至等离子体处理室以处理晶片的等离子体处理系统，其中，该隔离装置是放置在匹配网络盒与保护盒之间的板子，该板子有一个开口以允许第二电缆在等离子体室与匹配网络盒之间传送射频正向电流与射频正向功率、及射频返回电流。7.根据权利要求6所述的用以输送射频功率至等离子体处理室以处理晶片的等离子体处理系统，其中，该板子是由一种或是多种非导电材料所制成。8.根据权利要求6所述的用以输送射频功率至等离子体处理室以处理晶片的等离子体处理系统，其中，该板子是由聚合物所制成。9.根据权利要求1所述的用以输送射频功率至等离子体处理室以处理晶片的等离子体处理系统，其中，等离子体室包括一个夹持晶片的静电夹盘，其中射频功率用以吸引离子至晶片上以用于处理。10.一种用以供给射频功率至等离子体处理室的设备，包括一个射频产生器，用以产生射频功率；一个等离子体室，用来接收射频功率以处理晶片，在等离子体处理期间，等离子体室是以内阻抗来作为其特征，等离子体室有一面或多面墙壁以返回射频电流；用以容纳匹配网络电路的装置，其会产生阻抗使等离子体室的内阻抗与射频产生器的阻抗相匹配，且匹配网络容纳装置能够接收射频电流；第一装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德瑞斯费舍尔，巴巴科卡德库达因，安德拉斯库蒂，
申请(专利权)人：拉姆研究公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]