具有多个射频源频率的等离子体腔体制造技术

本发明专利技术提供一种处理半导体基板的方法与装置。一种等离子体反应装置具有由数个射频功率来源驱动的电容式电极，且电极电容在所需等离子体密度与射频功率频率上与等离子体的负电容相匹配，以提供一电极等离子体共振支持宽制程窗，以于其中维持等离子体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种等离子体增进半导体基板处理装置，且特别是有关于一种用来处理半导体基板的方法与装置，其系利用多个射频(radiofrequency，RF)来源以及一共享匹配电路(matching circuit)。
技术介绍
目前大多用一种射频等离子体反应装置处理半导体基板，以制作微电子电路。反应装置会在含有待处理基板的一腔体中形成等离子体。等离子体则是由射频等离子体源功率感应式或电容式连接至腔体内的应用而形成并维持着。为了射频源功率电容式连接至腔体内，以一射频源功率产生器提供功率到(朝向基板的)一高架电极。为了有效使用电容式连接至等离子体的功率，射频产生器的输出阻抗(impedance)通常为50欧姆，其必须与电极与等离子体的结合而造成的负载阻抗匹配。否则，传送至等离子体腔体的射频功率量将随等离子体负载阻抗中的变动而变动，以致于某些制程参数如等离子体密度不能维持在所需范围内。等离子体负载阻抗在处理期间的变动是因为其依据反应装置腔体内部的条件，而有随处理进展不断改变的倾向。在用于介电质或金属蚀刻的最理想等离子体密度下，负载阻抗与射频产生器的输出阻抗相较下是非常小的，且会在基板的处理期间改变。因此，阻抗匹配电路必须被用来主动地维持产生器与负载间的一阻抗匹配。这种主动阻抗匹配采用任一可变电抗(variable reactance)(即物理调谐电路组件的值)以及/或是一可变频率(即调谐匹配频宽内输入频率到中心频率)。这种阻抗匹配电路的一种问题是它们必须够灵敏，以跟随等离子体负载阻抗中快速的改变，因而相当昂贵并因为其复杂性而降低系统可靠度。另一个问题是匹配电路在其上可提供一阻抗匹配(匹配空间)的负载阻抗的范围被限制住。而匹配空间是有关于系统Q，其中Q＝Δf/f，而f是系统的共振频率、Δf是在f任一侧的频带，在其中的共振振幅是在f最高点共振振幅的6dB。而典型的射频产生器具有一有限的能力，以在一几乎等高(constant level)下维持正向功率(forward power)，就如同当等离子体阻抗变动时较多射频功率被反射回到产生器一样。典型地，这将由产生器调整其正向功率位准而达到，以便随着一阻抗匹配增加(以及因此反射的功率增加)时，产生器增加其正向功率位准。当然，这种能力被产生器能够产生的最大正向功率限制住。通常，产生器能够处理正向驻波(forward standing wave)电压对反射的波电压(即电压驻波率或是VSWR)的一最大比率不可朝过3∶1。如果在阻抗中的差异增加(例如由于处理期间的等离子体阻抗变动)以致于VSWR超出3∶1，则射频产生器会不再控制传送的功率，并且在等离子体的控制上失败。结果，处理制程有失败的可能。因此，至少一接近的阻抗匹配必须被维持在射频产生器与以电极与腔体的结合所提出的负载之间。这种接近的阻抗匹配必须在等离子体阻抗变动的整个预期范围上产生器输出在3∶1 VSWR限制中的时候足以保持VSWR。这种阻抗匹配空间通常是用于匹配电路可在产生器输出在3∶1或低于3∶1时维持VSWR的负载阻抗的范围。一个相关的问题是负载阻抗本身对处理参数如腔体压力、来源功率位准、来源功率频率及等离子体密度是高度敏感的。这将限制这些处理参数的范围(「制程窗」)，其中等离子体反应装置必须被操作，以避免不能接受的阻抗失配或是避免造成负载阻抗超出匹配空间的变动。同样地，难以提供可在一相当窄的制程窗操作与使用或是可处理很多应用的反应装置。另一个相关的问题是负载阻抗也会被反应装置本身的结构(configuration)所影响，例如某种机械图案的尺寸或是在反应装置中某些材料的导电率或介电常数。(这种结构上的项目会影响反应装置电特性，如杂散电容(stray capacitance)例如会依序影响负载阻抗)。由于在材料上的变化以及制造上的公差，使得难以在相同设计的不同反应装置间维持一致性。结果，随着高系统Q以及相应地小阻抗匹配空间，难以制造出相同设计的任两种显示相同制程窗或提供相同功效的反应装置。又一个问题是射频功率来源的使用效率差。已知等离子体反应装置是效率差的，其中传送到等离子体的功率量有比射频产生器所产生的功率低的倾向。所以，在产生器功能上的额外成本以及对可靠度的取舍下必定产生超过实际需要传送到等离子体的功率。因此，有必要寻求一种技术，能够在等离子体反应装置中有效地耦合射频功率至一等离子体，并提供宽的制程窗。
技术实现思路
本专利技术提出一种等离子体反应装置，其具有由数个射频功率来源驱动的电容式电极(capacitive electrode)，且电极电容(electrode capacitance)在所需等离子体密度(plasma density)与射频功率频率上与等离子体的负电容相匹配，以提供一电极等离子体共振和一宽制程窗(process window)以于其中维持等离子体。于本专利技术的一具体实施例中，多个射频源经由连接至电极一端的一调谐截线(tuning stub)一一阻抗匹配至电极-等离子体负载阻抗。这种截线具有一个长度，其可在射频源的频率以及/或是电极-等离子体结合的共振频率下或接近前述频率下提供一共振。每个射频源在沿着截线的位置或接近处被耦合到截线，在前述位置的输入阻抗匹配于射频源阻抗，亦即一第一来源在一个从在一第一频率下的一短路约λ/4波长的点被耦合至输入同轴缆线，且从在一第二频率下的一短路约λ/4波长耦合具有第二频率的一第二来源。为让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。附图说明图1是本专利技术的一实施例的一种等离子体反应装置的剖面侧视图。图2A与图2B分别是图1中的同轴截线以及图1中沿着同轴截线的电压与电流驻波振幅以位置函数表示的示意图。具体实施例方式请参照图1，一种等离子体反应装置包括一反应腔体100，其具有在腔体底部支承一半导体基板110的一基板架(substrate support)105。一半导体环(ring)115环绕基板110。这个半导体环115被一介电(石英)环120支撑在接地腔体主体127上。于一实例中，环120的厚度为10mm且介电系数为4。而腔体100被装设成在其顶部有一个由一介电(石英)封胶而支撑在接地腔体主体127上的基板110上方一预定间隔长度的碟状高架(overhead)铝电极125。此一高架电极125也可以是一种以半金属(如硅或碳化硅)覆盖其内面的金属(如铝)，或是本身就是一种半金属材料。具有一第一频率的第一射频产生器(RF generator)150与具有一第二频率的一第二射频产生器220会供应功率到电极125。从产生器150与220而来的射频功率经由一同轴缆线162被耦合匹配至产生器150并到一连接至电极125的同轴截线135中。截线135具有一特性阻抗(impedance)、共振频率以及提供在电极125与射频功率产生器150、220间的一阻抗匹配，以下进一步详细描述。腔体主体被连接到射频功率产生器150、220的射频回转(射频接地)。从高架电极125到射频接地的射频路径受到半导体环115、介电环120与介电封胶130的电容的影响。而为了供应至电极125的射频功率，基板架105、基板110与半导体环11本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体反应装置，适于处理一半导体工件，包括：一反应腔体，其具有一腔壁以及包含用以支承该工件的一工件架；一高架电极，位于该工件架上，该高架电极包括一部份的该腔壁；多数个射频功率产生器，每一该些射频功率产生器于一频 率下供应功率至该高架电极；以及一固定阻抗匹配组件，连接于该些射频功率产生器与该高架电极之间；该高架电极具有一电抗，该电抗系于近似每一该些射频功率产生器的频率的一电极－等离子体共振频率下以等离子体形成一共振。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔J后曼，迪安娜X玛，叶洋，杨姜久，史蒂芬C雪农，艾力克斯恩德派克森，斯而多洛斯派纳购波洛斯，丹尼斯S格理玛，高仓惠子，
申请(专利权)人：应用材料有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]