具有响应多个RF频率的等离子体处理器制造技术

一种处理工件的等离子体处理器包括具有频率２ＭＨｚ、２７ＭＨｚ和６０ＭＨｚ的源，它们由三个匹配网络施加于包含工件的真空腔中的电极。可选择地由第四匹配网络将６０ＭＨｚ施加于第二电极。基本上调谐到驱动其的源的频率的匹配网络包括串联电感，所以２ＭＨｚ电感超过２７ＭＨｚ网络电感，且２７ＭＨｚ网络电感超过６０ＭＨｚ网络电感。匹配网络将驱动其的源的频率衰减至少２６ＤＢ。在２７和６０ＭＨｚ源之间的分流电感器将２ＭＨｚ从２７和６０ＭＨｚ源分隔开。串联共振电路（共振于约５ＭＨｚ）分流２ＭＨｚ网络和电极以帮助２ＭＨｚ源匹配于电极。

【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在等离子体处理腔中用等离子体处理工件的装置，尤其涉及具有相连的单个电极、以响应于若干(即三个以上，但并不是很多)频率上电能的处理器。
技术介绍
众所周知，将两个不同频率的等离子体激励场施加到真空腔区域用于等离子体处理工件，其中将该区域耦合于气体则该场转变成处理等离子体。工件通常是半导体晶片、或电介质板，且等离子体涉及在工件上形成集成电路结构元件。高频RF功率(具有超过约10MHz的频率)通常控制等离子体的密度，即等离子体通量，同时具有低频至中频(在100kHz至约10MHz的范围内)的RF功率通常控制等离子体中离子的能量并入射到工件上。这些处理器中的受激等离子体通常对工件进行干蚀刻，但是在一些情形中导致材料沉积在工件上。通常AC等离子体激励场由腔内的一对分隔电极、或者腔内的一个电极和位于腔外的线圈提供给该区域。(应该理解，在与真空等离子体处理腔相联系的本说明书中使用时，术语“电抗”是指用于向腔中的等离子体提供AC等离子体激励场的电极或线圈。) 2002年6月27日提交的Vahedi等人的序列号为10/180,978的共同授让、共同待批申请公开了一种处理器，其中两个不同频率同时施加于真空等离子体处理腔的底部电极上(即公开了在其上处理工件的电极)，同时该腔的顶部电极接地。随着结构元件尺寸的持续减小，对等离子体处理工件的各种参数的精确控制的要求越来越高。这些需要精确控制的等离子参数是等离子体化学成分(即离子和基本核素的种类)、等离子体通量、和入射到衬底上的等离子体的离子能量。随着在集成电路的制造中减小形体尺寸并使用新材料，处理工件中涉及的窗口尺寸在减小，从而推动对目前可用的等离子体处理器，特别是用于蚀刻的处理器设定限制。减小的形体尺寸和对新材料的要求限制了相同反应器、即真空处理腔在不同蚀刻应用中的使用。Dhindsa等人的共同待批申请通过用若干频率的电能激励等离子体而提供了这些结果，从而由若干频率对等离子体的激励同时导致在等离子体中发生若干不同的现象。通过用诸如约2MHz、27MHz和60MHz的三个不同频率的电能激励等离子体，提供了对用于处理工件的等离子体的化学成分、密度、和离子能量的精确控制。在Dhindsa等人的共同待批申请的一个实施方式中，等离子体激励源配置将若干频率施加于底部电极，而与底部电极相对的顶部电极接地。Dhindsa等人的共同待批申请的等离子体激励源配置包括电路的广泛公开，该电路用于(1)在频率源和等离子体之间提供阻抗匹配；以及(2)分离关联于彼此不同的源的频率。Dhindsa等人的共同待批申请的源配置形成的等离子体包括至少一个可变频率RF源、至少一个固定频率RF源、和至少一个可变功率RF源。
技术实现思路
根据本专利技术的一方面，工件的真空等离子体处理器包括包含电极的真空等离子体处理腔。该腔与电抗相关联。电极和电抗被配置成将等离子激励场耦合于用来承载工件的腔中的气体。处理器包括N个射频电功率源，其中N是至少为3的整数，且每个源被配置成产生不同射频。处理器还包括一种电路，用于将N个频率上的电功率从N个射频电功率源提供到电极和电抗。N个频率、N个频率的每一个上的功率、电极、电抗、和电路被配置成(a)使等离子体被激励到N个频率的每一个，以及(b)防止功率与所述N个源的每一个在除了关联于该源特定射频的频率之外的频率上的实质耦合。该N个频率和该电路被配置成使电路引入至少26DB的功率衰减，以防止功率与所述N个源的每一个在除了关联于该源的特定射频的频率之外的频率上的实质耦合。通过试验，我们发现最好提供至少26DB的功率衰减，以实现每个源与其它源的频率的期望分离。由于等离子体的非线性，26DB的功率衰减防止谐波和互调分量(即各种不同频率源的和频与差频)与源的输出阻抗反馈耦合。本专利技术的另一方面涉及工件的真空等离子体处理器，它包括包含电极的真空等离子处理腔。该腔与电抗相关联。电极和电抗被配置成将等离子体激励场耦合于用来承载工件的腔中的气体。处理器包括N个射频电功率源，其中N是至少为3的整数。每个源被配置成产生不同的射频，从而源i被配置成产生射频Fi，其中i是连续的1至N的各个整数，F1小于FN，且i从1到N单调增大。处理器还包括用于将N个频率的电功率从N个射频电功率源向电极和电抗提供的电路。N个频率、N个频率的每一个上的功率、电极、电抗、和电路被配置成(a)使等离子体被激励至N个频率的每一个，和(b)防止功率与所述N个源的每一个在除了关联于该源特定射频的频率之外的频率上实质耦合。该电路包括N个阻抗匹配网络，其每一个都与这些源的每一个相关联，且被配置成(a)将在与其相关联的源的频率上的等离子体激励功率耦合于电极，和(b)充分衰减其它源的频率上的功率，以防止在其它源的频率上的功率与关联于匹配网络的源的实质耦合。每个阻抗匹配网络具有串联电感。与源i相关联的阻抗匹配网络的串联电感小于阻抗匹配网络1至(i-1)的每一个的串联电感。N个匹配网络的串联电感中的这种关系有助于提供每个源与其它源的频率的期望分离。本专利技术的再一方面涉及工件的真空等离子处理器，它包括包含电极的真空等离子体处理腔。该腔与电抗相关联。电极和电抗被配置成将等离子体激励场耦合于用来承载工件的腔中的气体。处理器包括N个射频电功率源，其中N是至少为3的整数。各个源被配置成产生不同射频，从而源i被配置成产生射频Fi，其中i是连续的从1至N的各个整数，F1小于FN，且i从1到N单调增加。处理器还包括用于将N个频率的电功率从N个射频电功率源提供给电极和电抗。N个频率、N个频率的每一个的功率、电极、电抗、和电路被配置成(a)使等离子体激励到N个频率的每一个，和(b)防止功率与所述N个源的每一个在除了关联于该源特定射频的频率之外的频率上的实质耦合。电路包括N个阻抗匹配网络，其中每一个都与一个源相关联，且被配置成(a)将与其相关联的源的频率上的等离子体激励功率耦合于电极，和(b)充分衰减在其它源的频率上的功率，以防止在其它源的频率上的功率与关联于该匹配网络的源的实质耦合。提供电功率的电路包括在关联于频率为F1的源的电极和阻抗匹配网络之间分流连接的串联共振电路。串联共振电路具有F1和F2之间的频率，从而对耦合到F1以上任一频率的等离子体的源没有实质影响，却有助于提供频率为F1的源与关联于电极的寄生阻抗的阻抗匹配。本专利技术的另一方面涉及工件的真空等离子体处理器，它包括包含电极的真空等离子体处理腔。该腔与电抗相关联。电极和电抗被配置成将等离子激励场耦合于用来承载工件的腔中的气体。处理器包括N个射频的电功率，其中N是至少为3的整数。每个源被配置成产生不同的射频，从而源i被配置成产生射频Fi，其中i是连续的从1至N的各个整数，F1小于FN，且i从1至N单调增大。处理器还包括将N个频率的电功率从N个射频电功率源提供给电极和电抗。N个频率、N个频率的每一个的电功率、电极、电抗、和电路被配置成(a)使等离子体激励到N个频率的每一个，和(b)防止功率与所述N个源的每一个在除了关联于特定射频源的频率之外的频率实质耦合。该电路包括N个阻抗匹配网络，其中每一个都与一个源相关联，且被配置成(a)将与其相关联的源的频率上的等离子体激励功率耦合到电极，和(b)充分衰减在其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于处理工件的真空等离子体处理器，包括：　　　　包含电极的真空等离子处理腔，所述腔与电抗相关联，所述电极和电抗被配置成将等离子体激励场耦合于腔中的气体，所述腔被配置成承载工件，　　　　Ｎ个射频电功率源，其中Ｎ是至少为３的整数，各个源被配置成产生不同射频，以及　　　　用于将Ｎ个频率的电功率从所述Ｎ个射频电功率源提供给所述电极和电抗的电路，　　　　所述Ｎ个频率、所述Ｎ个频率的每一个上的功率、所述电极、所述电抗、以及所述电路被配置成：（ａ）使所述等离子体激励到所述Ｎ个频率的每一个，以及（ｂ）防止功率与所述Ｎ个源中的每个源在除了关联于特定源的射频的频率之外的频率上的实质耦合，　　　　所述Ｎ个频率和所述电路被配置成由所述电路引入至少２６ＤＢ的功率衰减，以防止功率与所述Ｎ个源中的每个源在除了关联于特定源的射频的频率之外的频率上的实质耦合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-5-28 10/855,7061.一种用于处理工件的真空等离子体处理器，包括包含电极的真空等离子处理腔，所述腔与电抗相关联，所述电极和电抗被配置成将等离子体激励场耦合于腔中的气体，所述腔被配置成承载工件，N个射频电功率源，其中N是至少为3的整数，各个源被配置成产生不同射频，以及用于将N个频率的电功率从所述N个射频电功率源提供给所述电极和电抗的电路，所述N个频率、所述N个频率的每一个上的功率、所述电极、所述电抗、以及所述电路被配置成(a)使所述等离子体激励到所述N个频率的每一个，以及(b)防止功率与所述N个源中的每个源在除了关联于特定源的射频的频率之外的频率上的实质耦合，所述N个频率和所述电路被配置成由所述电路引入至少26DB的功率衰减，以防止功率与所述N个源中的每个源在除了关联于特定源的射频的频率之外的频率上的实质耦合。2.如权利要求1所述的真空等离子体处理器，其特征在于，所述电路被配置成将所述N个频率的至少三个提供给所述电极。3.如权利要求2所述的真空等离子体处理器，其特征在于，所述电路包括N个阻抗匹配网络，各个阻抗匹配网络与所述源之一相关联并被配置成(a)将在与其相关联的源的频率上的等离子体激励功率耦合于电极，以及(b)充分衰减在其它源的频率上的功率，以防止在所述其它源的功率上与关联于所述匹配网络的源的实质耦合。4.如权利要求3所述的真空等离子体处理器，其特征在于，N＝3且频率为F1、F2和F3，其中F1是最低频率，F3是最高频率，且F2在F1和F3之间，所述第一、第二、和第三频率使F1、F2和F3的相邻对之间存在至少一个倍频的差值。5.如权利要求4所述的真空等离子体处理器，其特征在于，F2至少高于F1十倍。6.如权利要求1所述的真空等离子体处理器，其特征在于，所述电路包括N个阻抗匹配网络，每个阻抗匹配网络与所述源之一相关联并被配置成(a)将在与其相关联的源的频率上的等离子体激励功率耦合于电极，以及(b)充分衰减在其它源的频率上的功率，以防止在所述其它源的功率上与所述关联于匹配网络的源的实质耦合。7.如权利要求6所述的真空等离子体处理器，其特征在于，所述阻抗匹配网络的每一个包括电容配置，和基本上调谐到与所述匹配网络的特定之一相关联的源的频率的电感。8.如权利要求7所述的真空等离子体处理器，其特征在于，所述射频电功率源具有一范围内的可变频率，从而在相邻对频率的频率之间至少存在一个倍频的差值，还包括对所述源的频率的控制器，所述控制器包括传感器，用于确定在所述源的频率上各个所述源的输出阻抗与由所述源在所述源的频率上驱动的阻抗之间的阻抗匹配程度，所述控制器被配置成响应于在各个频率上确定的阻抗匹配程度来控制所述源的频率。9.如权利要求8所述的真空等离子体处理器，其特征在于，各个阻抗匹配网络包括固定串联电容器、可变分流电容器和电感、所述控制器被配置成响应于在各个频率上确定的阻抗匹配程度来控制可变分流电容器的值。10.如权利要求9所述的真空等离子体处理器，其特征在于，N＝3并且频率约为2MHz、27MHz和60MHz，与所述2MHz和所述27MHz的源相关联的阻抗匹配网络包括分别与相应电源和所述电极串联连接的电感器，并且与所述60MHz的源相关联的阻抗匹配网络包括分布式电感，与所述2MHz的源相关联的所述阻抗匹配网络的电感器具有基本上大于与所述27MHz的源相关联的所述阻抗匹配网络的电感器的电感，与所述27MHz源相关联的所述阻抗匹配网络的所述电感器具有基本上大于与所述60MHz的源相关联的所述阻抗匹配网络的所述分布式电感的电感。11.如权利要求10所述的真空等离子体处理器，其特征在于，提供电功率的所述电路包括分别与所述27MHz和60MHz的源相关联的第一和第二滤波器，所述第一和第二滤波器分别被配置成使来自所述27MHz的源和所述60MHz的源的电功率带有显著衰减地被耦合到所述电极，同时显著衰减来自2MHz的源的功率并防止来自所述2MHz的源的功率被耦合于所述27MHz的源和所述60MHz的源。12.如权利要求7所述的真空等离子体处理器，其特征在于，所述射频电功率源具有固定频率，且各个所述阻抗匹配网络包括可变串联电容器、可变分流电容器和电感，并且还包括用于所述可变电容器的控制器，所述控制器包括传感器，用于确定在所述源的频率上各个所述源的输出阻抗与由所述源在所述源的频率上驱动的阻抗之间的阻抗匹配程度，所述控制器被配置成响应于在各个频率上确定的阻抗匹配程度来控制所述可变电容器。13.如权利要求12所述的真空等离子体处理器，其特征在于，N＝3并且频率约为2MHz、27MHz和60MHz，与所述2MHz和所述27MHz的源相关联的阻抗匹配网络包括分别与相应源和所述电极串联连接的电感器，并且与所述60MHz的源相关联的阻抗匹配网络包括分布式电感，与所述2MHz的源相关联的所述阻抗匹配网络的电感器具有基本上大于与所述27MHz的源相关联的所述阻抗匹配网络的电感器的电感，与所述27MHz的源相关联的所述阻抗匹配网络的电感器具有基本上大于与所述60MHz的源相关联的所述阻抗匹配网络的分布式电感的电感。14.如权利要求13所述的真空等离子体处理器，其特征在于，提供电功率的所述电路包括分别与所述27MHz和所述60MHz的源相关联的第一和第二滤波器，所述第一和第二滤波器分别被配置成使来自所述27MHz的源和所述60MHz的源的电功率带有显著衰减地耦合于所述电极，同时显著衰减来自所述2MHz源的功率并防止来自所述2MHz的源的功率被耦合于所述27MHz源和所述60MHz的源。15.如权利要求7所述的真空等离子体处理器，其特征在于，N＝3并且频率约为2MHz、27MHz和60MHz，与所述2MHz和所述27MHz的源相关联的阻抗匹配网络包括分别与相应源和所述电极串联连接的电感器，并且与所述60MHz的源相关联的阻抗匹配网络包括分布式电感，与所述2MHz的源相关联的所述阻抗匹配网络的电感器具有基本上大于与所述27MHz的源相关联的所述阻抗匹配网络的电感器的电感，与所述27MHz的源相关联的所述阻抗匹配网络的电感器具有基本上大于与所述60MHz的源相关联的所述阻抗匹配网络的分布式电感的电感。16.如权利要求15所述的真空等离子体处理器，其特征在于，提供电功率的所述电路包括分别与所述27MHz和所述60MHz的源相关联的第一和第二滤波器，所述第一和第二滤波器分别被配置成使来自所述27MHz的源和所述60MHz的源的电功率不带显著衰减地耦合于所述电极，同时显著衰减来自2MHz的源的功率并防止来自所述2MHz的源的功率被实质耦合于所述27MHz的源和所述60MHz的源。17.如权利要求16所述的真空等离子体处理器，其特征在于，提供电功率的所述电路包括在与所述2MHz的源相关联的所述阻抗匹配网络和所述电极之间分流连接的串联共振电路，所述串联共振电路具有在所述2MHz和所述27MHz之间的共振频率，以便对在所述27MHz和所述60MHz上耦合的所述电极的功率没有显著影响，同时有助于提供所述2MHz的源与关联于所述电极的寄生阻抗的阻抗匹配。18.如权利要求16所述的真空等离子体处理器，其特征在于，提供电功率的所述电路包括在与所述2MHz的源相关联的阻抗匹配网络和所述电极之间分流连接的串联共振电路，所述串联共振电路具有约5MHz的共振频率。19.如权利要求7所述的真空等离子体处理器，其特征在于，N＝3，使第一、第二和第三源分别被配置成产生第一、第二和第三频率，所述第三频率大于所述第二频率且所述第二频率大于所述第一频率，与所述第一、第二和第三源相关联的阻抗匹配网络包括分别与所述第一、第二和第三源以及所述电极串联耦合的第一、第二和第三电感，与所述第一源相关联的所述阻抗匹配网络的电感基本上大于与所述第二源相关联的所述阻抗匹配网络的电感，与所述第二源相关联的所述阻抗匹配网络的电感基本上大于与所述第三源相关联的所述阻抗匹配网络的电感。20.如权利要求19所述的真空等离子体处理器，其特征在于，提供电功率的所述电路包括分别与所述第二和所述第三源相关联的第一和第二滤波器，所述第一和第二滤波器分别被配置成使来自所述第二源和所述第三源的电功率不带显著衰减地耦合于所述电极，同时显著衰减来自所述第一源的功率并防止来自所述第一源的功率耦合到所述第二和所述第三源。21.如权利要求20所述的真空等离子体处理器，其特征在于，提供电功率的所述电路包括在所述电极与关联于所述第一频率的所述阻抗匹配网络之间分流连接的串联共振电路，所述串联共振电路具有在所述第一和所述第二频率之间的共振频率，以便对在所述第二和所述第三频率上耦合的所述电极的功率没有显著影响，同时有助于提供所述第一频率与关联于所述电极的寄生阻抗的阻抗匹配。22.如权利要求19所述的真空等离子体处理器，其特征在于，提供电功率的所述电路包括在关联于所述第一频率的所述阻抗匹配网络与所述电极之间分流连接的串联共振电路，所述串联共振电路具有在所述第一和第二频率之间的共振频率以对在所述第二和第三频率上耦合的所述电极的功率没有显著影响，同时有助于提供所述第一频率与关联于所述电极的寄生阻抗的阻抗匹配。23.如权利要求1所述的真空等离子体处理器，其特征在于，N＝3使得第一、第二和第三源分别被配置成产生第一、第二和第三频率，所述第三频率大于所述第二频率并且所述第二频率大于所述第一频率，用于提供电功率的电路包括分别与所述第二和第三源相关联的第一和第二滤波器，所述第一和第二滤波器分别被配置成使得来自所述第二源和所述第三源的电功率不带显著衰减地耦合于所述电极，同时显著衰减来自所述第一源的功率并防止来自所述第一源的功率实质耦合于所述第二和所述第三源。24.如权利要求23所述的真空等离子体处理器，其特征在于，所述电路包括分别与所述第一、第二和第三源相关联的第一、第二和第三阻抗匹配网络并被配置成(a)将在与其相关联的源的频率上的等离子体激励功率耦合于所述电极，以及(b)充分衰减在其它源的频率上的功率，以防止在所述其它源的频率上的功率耦合于所述与匹配网络相关联的源，所述第一滤波器包括在所述第二源和所述第二阻抗匹配网络之间分流连接的第一电感器，所述第二滤波器包括在所述第三源和所述第三阻抗匹配网络之间分流连接的第二电感器。25.如权利要求24所述的真...

【专利技术属性】
技术研发人员：R季米萨，F科扎克维奇，D特拉塞尔，
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]