專利名稱：用于等離子體反應(yīng)器中的射頻去耦和偏壓控制的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造，更為具體地，涉及用于控制等離子體刻蝕反應(yīng)器中晶片的偏壓和在使用多RF源的情況下射頻(RF)的去耦。
背景技術(shù)：
目前等離子體反應(yīng)器可以與雙射頻(RF)系統(tǒng)一起使用，其中各RF系統(tǒng)可以在不同頻率下工作。圖1示出描述現(xiàn)有技術(shù)的含有兩個電極的雙射頻RF系統(tǒng)的圖100。圖100的反應(yīng)器包含RF驅(qū)動電極104和無源電極102，晶片116放置在RF驅(qū)動電極104頂部上。經(jīng)過硬栓接金屬連接110向RF驅(qū)動電極供給RF電流。在使能RF電源的情況下，電流經(jīng)過RF驅(qū)動電極進入等離子體區(qū)域并沿著相同的路徑通過反應(yīng)器到達無源電極102，如箭頭114所示。另外，RF電流穿過等離子區(qū)域前進到地線延伸部(ground extension)116和118，如箭頭114a所示。由于27兆赫(MHz)與2MHz的電流路徑相同，所以2MHz和27MHz頻率并未被去耦。
現(xiàn)有技術(shù)的等離子體反應(yīng)器不能獨立地控制反應(yīng)器室中的等離子體的等離子體密度和離子能量。通常，雙RF系統(tǒng)的較高頻率影響等離子體密度，而較低頻率影響反應(yīng)器中的電壓，進而影響離子能量。然而，由于雙頻的耦合，所以不能獨立地控制等離子體密度和離子能量。雖然可以修改為一個雙頻的RF系統(tǒng)所提供的電源以增加或降低等離子密度，但該修改也對離子能量有影響。即，在兩個頻率耦合的系統(tǒng)中控制等離子體密度和離子能量的向量不正交。因此，一個參數(shù)(例如等離子體密度)的改變還會影響其它參數(shù)(離子能量)，反之亦然。
另外，無源電極面積與RF驅(qū)動電極面積的比率確定了晶片處的偏壓。例如，隨著RF驅(qū)動電極的面積相對于無源電極的面積減小，RF驅(qū)動電極處的偏壓將增加。結(jié)果，由于晶片位于RF驅(qū)動電極處，離子的晶片處偏壓也將增加。這樣，在刻蝕操作期間沖擊在晶片上的能量將增加。雖然由高偏壓所產(chǎn)生的高離子能量對某些刻蝕工藝有益，但是對其它工藝則是不希望的。例如，高離子能量優(yōu)選地用于高深寬比(aspect ratio)刻蝕，即在基板中鉆深而小的接觸孔。然而，其它工藝，例如刻蝕溝槽，最適宜在較低的離子能量下進行。不幸的是，由于等離子體刻蝕室的幾何結(jié)構(gòu)，特別是由于電極面積比，限制了晶片處的偏壓控制。
雖然可以將晶片傳輸?shù)骄哂胁煌瑤缀谓Y(jié)構(gòu)的等離子體反應(yīng)器，即用于需要較低離子能量的工藝的較小直徑的無源電極，由于附加的處理，帶來了補充固定設(shè)備的額外花費和晶片污染的風險。另一選擇是采用較小直徑電極來替換無源電極，然而，該選擇又將增加成本，并且將加劇污染及處理問題。
結(jié)果，需要解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，以便可以更加獨立地控制室內(nèi)的等離子體密度和離子能量以最佳地適應(yīng)各種刻蝕工藝。另外，為了適應(yīng)反應(yīng)器，需要在寬范圍中控制RF驅(qū)動電極處的偏壓，以便可以為各種刻蝕工藝精確地改變偏壓。

發(fā)明內(nèi)容
總的來說，本發(fā)明通過提供用于在寬范圍中控制晶片處偏壓的方法和設(shè)備滿足了這些需要。另外，本發(fā)明提供了對雙RF電流(具有不同頻率)去耦的方法和設(shè)備，從而允許獨立地控制等離子體的等離子體密度和離子能量。應(yīng)該明白，本發(fā)明可以用多種方式來實現(xiàn)，包括實現(xiàn)為設(shè)備、系統(tǒng)、裝置或方法。下面說明本發(fā)明的幾個獨創(chuàng)性實施例。
在一個實施例中，提供了一種用于等離子體處理室的設(shè)備。在該實施例中，處理室包括RF驅(qū)動電極，被配置得用來保持一基板；和第一和第二射頻(RF)電源，與RF驅(qū)動電極相連。還包括被地線延伸部包圍但與地線延伸部電隔離的無源電極。包括限定一組濾波器設(shè)置的濾波器陣列。一開關(guān)耦合于頂部電極，并且該開關(guān)被配置得將頂部電極與一個濾波器裝置互連。濾波器裝置被配置得允許或禁止由一個或兩個RF電源產(chǎn)生的RF電流從頂部電極流過。
在本發(fā)明的另一實施例中，提供了一種用于具有可選擇的操作模式的刻蝕系統(tǒng)的設(shè)備。在該實施例中，包括配置成接受來自第一和第二RF發(fā)生器的第一和第二RF電流的RF驅(qū)動電極。包括無源電極，其被限定在RF驅(qū)動電極上方，該RF驅(qū)動電極限定了二者之間的等離子體區(qū)域，并且所述無源電極處于電浮置狀態(tài)。在該實施例中還包括選擇開關(guān)，其被配置得允許第一和第二RF電流中的一個、兩個或零個流過無源電極。
在本發(fā)明的又一實施例中，提供了一種用于對在等離子體刻蝕中使用的雙頻進行去耦的設(shè)備。在該實施例中，包括等離子體刻蝕反應(yīng)器。該等離子體刻蝕反應(yīng)器包括底部和頂部電極；第一和第二RF電源，連接于底部電極；以及等離子體區(qū)域，由頂部和底部電極限定。頂部電極與頂部地線延伸部電隔離。包括穿過頂部電極到第一和第二電源的第一RF返回路徑。還包括穿過地線延伸部到第一和第二電源的第二RF電流返回路徑。包括一選擇開關(guān)，其被配置得阻止RF電流中的一個、兩個或零個流過第一RF電流返回路徑。
在本發(fā)明的再一實施例中，提供了一種用于刻蝕基板的設(shè)備。在該實施例中，包括配置成向底部電極輸送RF電流的第一和第二電源。還包括頂部電極，限定到電源的第一返回路徑；和頂部和底部地線延伸部，限定到電源的第二和第三返回路徑。包括具有可選擇的操作模式的選擇開關(guān)，其中阻止RF電流中的一個、全部或零個流過第一返回路徑。
本發(fā)明的又一實施例中，提供了一種在等離子體刻蝕室中刻蝕晶片的方法。該方法包括提供具有可選擇的操作模式的刻蝕系統(tǒng)以處理基板。然后，選擇配置成設(shè)置刻蝕系統(tǒng)中的刻蝕環(huán)境的刻蝕配方。接著，選擇一個操作模式以在基板處建立選定的偏壓。然后，在所設(shè)置的刻蝕環(huán)境和所選定的偏壓下進行刻蝕。
本發(fā)明的優(yōu)點有許多。最為顯著地，所述設(shè)備和方法允許在寬范圍中控制基板處的偏壓。通過有選擇性地阻止RF電流穿過返回路徑，修改了頂部與底部電極的有效面積比，由此影響了偏壓。因此，防止了由等離子體刻蝕室的設(shè)計所產(chǎn)生的固有偏壓限制。另外，RF電流的選擇性阻止允許對提供給刻蝕室的雙RF電流進行去耦。因此，在這些條件下，可以獲得對等離子體密度和離子能量的更加獨立的控制。
本發(fā)明的其他方案和優(yōu)點從下述詳細說明結(jié)合附圖將變得顯而易見，所述說明通過示例示出了本發(fā)明的原理。


通過下面結(jié)合附圖的詳細說明將很容易理解本發(fā)明，相同的標號指示相同的結(jié)構(gòu)元件。
圖1示出描述現(xiàn)有技術(shù)的含有兩個電極的雙頻RF系統(tǒng)的框圖。
圖2示出描述選擇開關(guān)定位成允許低頻RF電流通過的等離子體刻蝕反應(yīng)器的剖面的框圖。
圖3示出描述選擇開關(guān)定位成允許高頻RF電流通過的等離子體刻蝕反應(yīng)器的剖面的框圖。
圖4示出描述選擇開關(guān)定位成阻止高頻和低頻RF電流中的每一個的等離子體刻蝕反應(yīng)器的剖面的框圖。
圖5示出描述選擇開關(guān)定位成既不阻止低頻RF電流也不阻止高頻RF電流的等離子體刻蝕反應(yīng)器的剖面的框圖。
圖6示出提供用于在具有可選擇的操作模式的刻蝕系統(tǒng)中處理基板的方法的流程圖。
圖7示出描述用于執(zhí)行用于在等離子體刻蝕反應(yīng)器中進行的刻蝕操作的刻蝕配方的控制系統(tǒng)的框圖。
具體實施例方式
本發(fā)明說明了用于對等離子體刻蝕反應(yīng)器的雙頻進行去耦的設(shè)備和方法，由此允許更好地并且獨立地控制離子能量和等離子體密度。然而，對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可以在不具備這些具體細節(jié)的一些或全部的情況下來實施本發(fā)明。另一方面，為了避免不必要地使本發(fā)明晦澀，沒有詳細說明公知的處理操作。
本發(fā)明的實施例提供了用于對等離子體刻蝕反應(yīng)器的雙頻進行去耦的設(shè)備和方法，以便獨立地控制等離子體密度和離子能量，還提供了用于在寬電壓范圍內(nèi)控制晶片處的偏壓的設(shè)備和方法。在一個實施例中，選擇開關(guān)適合于將電路濾波器陣列互連到無源電極。濾波器被配置成允許或禁止等離子體反應(yīng)器用來引燃等離子體所用的射頻(RF)電流通過。通過有選擇性地阻止RF電流的一個或更多個流過無源電極，就修改了無源電極與RF驅(qū)動(底部)電極之間的有效面積比。響應(yīng)于面積比的修改，也改變了RF驅(qū)動電極處的偏壓，因為該偏壓取決于所述面積比。
此外，在無源(頂部)電極與它的對應(yīng)地線延伸部之間插入絕緣體。在頂部地線延伸部與無源電極之間引入絕緣體使無源電極與室的其余部分電隔離。在本發(fā)明的一個實施例中，對雙RF電流中的一個進行去耦，以便可以對離子能量和等離子體密度進行獨立控制。因此，該選擇開關(guān)的各種取向使得可以靈活地最佳化反應(yīng)器室條件，以在最佳環(huán)境中進行刻蝕操作。
通過將選擇開關(guān)定向在不同位置，由此接通不同的濾波器，就可以在相同的室中執(zhí)行多個、但不同的刻蝕操作。例如，在相同的室中，需要高離子能量沖擊晶片的刻蝕操作后跟隨著需要低離子能量的刻蝕操作，而不需要在刻蝕室內(nèi)部進行任何設(shè)備改變或中斷刻蝕室內(nèi)的真空以作修改。在本發(fā)明的一個實施例中，一旦定位選擇開關(guān)以提供高離子能量的第一刻蝕完成，選擇開關(guān)自動地移到用于第二刻蝕的第二位置。根據(jù)一個實施例，通過由提供到刻蝕反應(yīng)器的刻蝕配方限定的編程命令來完成選擇開關(guān)的自動移動。下面參照圖2-6中所示出的實施例來提供所述設(shè)備和方法的其它細節(jié)。
圖2示出描述選擇開關(guān)定位成允許低頻RF電流通過的等離子體刻蝕反應(yīng)器的剖面的框圖130?？驁D130包括兩個射頻(RF)發(fā)生器132和134。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述電源發(fā)生器中的一個提供低頻RF電流，例如2兆赫(MHz)，而另一電源發(fā)生器提供高頻RF電流，例如27MHz。提及RF發(fā)生器的頻率僅用于提供可能的示例，并不意味著將本發(fā)明限制于這些頻率。應(yīng)該明白，在具有合適濾波器的發(fā)生器132和134每個的下游都包括有匹配電路以防止信號反射。發(fā)生器132和134通過連接136連接到底部電極138。底部電極138也稱為RF驅(qū)動電極。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，連接136是硬栓接金屬至金屬連接(hard bolted metal tometal connection)。晶片170設(shè)置在底部電極138的頂部上。底部電極138通過絕緣體140與地線延伸部142絕緣。在本發(fā)明的一個實施例中，絕緣體140是石英。在本發(fā)明的另一實施例中，底部地線延伸部142提供了用于發(fā)生器132和134的電流返回路徑。
繼續(xù)參照圖2，在底部電極138、頂部電極146與限制環(huán)148之間限定了等離子體區(qū)域144。頂部電極146也稱為無源電極。頂部電極146通過絕緣體150與地線延伸部152絕緣。在一個實施例中，絕緣體150是石英。應(yīng)該明白，將頂部電極146與地線延伸部152絕緣造成頂部電極處于電浮置狀態(tài)，即被電隔離。地線延伸部152為RF電流提供到發(fā)生器132和134的返回路徑。選擇開關(guān)154連接于頂部電極146。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，選擇開關(guān)154定位成連接無源電極以允許諸如2MHz的低頻電流流過頂部電極。電路156配置成低頻RF電流流過頂部電極同時阻止諸如27MHz的高頻RF電流流過頂部電極。同樣地，僅允許由箭頭166所示的低頻RF電流流過由頂部電極146、選擇開關(guān)154、低通電路156和返回路徑延伸部164限定的返回路徑到達電源132和134。高頻RF電流被阻止流過由無源電極146限定的返回路徑，并且被強迫通過由地線延伸部142和152限定的返回路徑返回到合適的電源，如箭頭168所示。相應(yīng)地，從無源電極146排除高頻電流強迫高頻RF電流采用不同的路徑流過等離子體區(qū)域144。值得重視的是，低頻和高頻電流都流過等離子體區(qū)域144，這樣既保持了等離子體，又對雙頻進行了去耦，以允許獨立地控制等離子體密度和離子能量。
根據(jù)圖2所示的本發(fā)明的一個實施例，低頻RF電流的可忽略部分將沿著由地線延伸部142和152限定的返回路徑而行。然而，由于與流過頂部電極的電流相比相對較小的流量，該可忽略部分對去耦效應(yīng)影響很小。應(yīng)該意識到由低頻RF電流和高頻RF電流流經(jīng)的分離返回路徑允許增加或減小一個RF頻率的功率供給而不類似地影響另一RF頻率的功率。因此，現(xiàn)在通過對RF發(fā)生器132和134中的任何一個的電源進行調(diào)制，可以實現(xiàn)對等離子體密度和離子能量的獨立控制。
另外，如圖2中所示的雙RF頻率的去耦允許對晶片170處的偏壓進行寬范圍控制。在具有兩個電極的電容性耦合反應(yīng)器中，偏壓與頂部和底部電極的面積比成比例。按數(shù)學(xué)形式，該關(guān)系式可以表達為Vbias∝(A1/A2)n。
其中，Vbias是底部電極的偏壓，A1是頂部電極的面積，A2是底部電極的面積，而指數(shù)n取決于反應(yīng)器的具體幾何結(jié)構(gòu)并且可以在1到4之間的范圍中。返回圖2所示的實施例，由于強迫高頻RF電流流過小面積地線延伸部142和152返回，已經(jīng)降低了頂部電極146與底部電極138之間的有效面積比。RF電流的大約一半可能不再流過頂部電極146，從而使有效面積變小。因此，由于面積比降低，晶片處的偏壓將減小。結(jié)果，定位在該取向的選擇開關(guān)允許為在晶片處需要較低離子能量的應(yīng)用(例如在雙鑲嵌處理下刻蝕溝槽)最佳化刻蝕系統(tǒng)。
圖3示出描述選擇開關(guān)定位在允許高頻RF電流通路流過頂部電極146的等離子體刻蝕反應(yīng)器的剖面的框圖。在框圖172中，選擇開關(guān)154定位成允許高頻RF電流流過。電路158允許高頻RF電流流過同時阻止低頻RF電流。因此，由箭頭166所示的低頻RF電流被強迫經(jīng)過地線延伸部142和152返回至合適的電源發(fā)生器132和134。另一方面，高頻RF電流可以通過無源電極146、選擇開關(guān)154、高通電路158和返回路徑延伸部164流到合適的電源發(fā)生器。同樣，這里是由于分離的返回路徑對雙RF頻率進行去耦。
與圖2類似，由于較低的面積比，在圖3中示出的偏壓顯著地較低。由于使高頻能夠流過頂部電極146而對頻率進行了去耦，所以可以增加或減小高頻的電源以影響等離子體區(qū)域144中的等離子體密度，而不顯著影響離子能量。采用數(shù)學(xué)術(shù)語，對雙RF頻率進行去耦使控制等離子體密度和離子能量的向量表現(xiàn)為正交形式。在本發(fā)明的一個實施例中，等離子體刻蝕系統(tǒng)具有兩個控制器，一個用于控制較高頻率RF發(fā)生器的電源，一個用于控制較低頻率RF發(fā)生器的電源。如上所述，用于較高頻率RF發(fā)生器的電源控制等離子體的密度，而用于較低頻率RF發(fā)生器的電源控制等離子體的離子能量。高深寬比接觸工藝(HARC)需要高離子能量和高等離子體密度，有機硅酸鹽玻璃(OSG)低-k(介電常數(shù))膜需要中等等離子體密度和較低離子能量，而多孔低-k膜需要低離子能量和低等離子體密度。
圖4示出描述選擇開關(guān)設(shè)置成阻止高頻和低頻RF電流中的每一個的等離子體刻蝕反應(yīng)器的剖面的框圖176。在框圖176中，選擇開關(guān)154利用超低通電路160進行工作。在該實施例中，超低通電路160配置成阻止由電源132和134產(chǎn)生的高頻和低頻RF電流。因此，阻止2MHz和27MHz電流流過頂部電極。應(yīng)該意識到在該實施例中，由箭頭166和168所示的RF電流被耦合，因為它們通過等離子體區(qū)域144流經(jīng)了相同的路徑。采用該實施例，強迫高頻和低頻RF電流經(jīng)過地線延伸部152和142返回到它們對應(yīng)的發(fā)生器。
與圖2和3相反，如圖4中所具體實現(xiàn)的那樣，去耦是最小的。然而，在本發(fā)明的該實施例中，晶片170處的偏壓最低。這里，由地線延伸部142和152的面積與底部電極138的面積的比率來確定所述面積比。在該實施例中，頂部電極146不是影響因素，因為每一RF電流都被阻止流過頂部電極146?？梢钥闯觯搶嵤├拿娣e比變得很小，因為地線延伸部142和152的面積遠小于底部電極138的面積。在一個實施例中，晶片處的偏壓接近于零，這又與在等離子體區(qū)域144中幾乎沒有離子能量相關(guān)聯(lián)。該應(yīng)用導(dǎo)致其自身特別適用于需要極低偏壓的雙鑲嵌集成方法。非常適合于該實施例的雙鑲嵌刻蝕操作包括溝槽刻蝕。其它可以受益的刻蝕操作包括，例如具有多孔低-k材料的膜。
應(yīng)該意識到，用于低通濾波器電路156、高通濾波器電路158或超低通濾波器電路160的濾波器電路可以采用各種電子結(jié)構(gòu)來具體實現(xiàn)。例如，為了設(shè)計能夠通過特定頻率信號而拒絕其它頻率信號的電路，可以組合電容器和電感器、甚至電阻器。低頻和高頻電路的結(jié)構(gòu)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是公知的。因此，低通濾波器156和超低通濾波器160被設(shè)計成通低頻而阻止高頻，而高通濾波器158則通高頻而阻低頻。在一個實施例中，低通濾波器156通2MHz而阻止27MHz，超低通濾波器160阻止2MHz和27MHz，而高通濾波器158通27MHz而阻止2MHz。雖然由電源發(fā)生器132和134產(chǎn)生的RF電流被分別表示為2MHz和27MHz的低頻和高頻，但本發(fā)明決不受限于這些RF頻率。因此，濾波器電路156、158和160被設(shè)計成根據(jù)在等離子體反應(yīng)器中采用的RF電流頻率來執(zhí)行各自的功能。應(yīng)該注意，對于需要控制大量特定頻率的情況可以添加其它的濾波器。
圖5示出描述選擇開關(guān)設(shè)置成既不阻止低頻RF電流也不阻止高頻RF電流流過頂部電極146的等離子體刻蝕反應(yīng)器剖面的框圖180。在該實施例中，由箭頭166和168表示的RF電流無限制地流過頂部電極146。在該實施例中，選擇開關(guān)154利用濾波器陣列旁路162進行工作，該濾波器陣列旁路163又與返回路徑延伸部164相連。在該路徑中沒有采用濾波器電路，高頻和低頻RF電流中的每一個都可以流過頂部電極并返回到它們對應(yīng)的發(fā)生器132和134。應(yīng)該意識到，與參照圖4所述的實施例一樣，在該實施例中RF電流也被耦合。與圖4的實施例相反的是，圖5的晶片170處的偏壓很高。在該實施例中，頂部與底部電極的面積比很大，從而驅(qū)動晶片170處的偏置電壓變高。高偏壓能量與高離子能量相關(guān)聯(lián)，這對于鉆小而深的孔最為理想，例如通孔刻蝕或其它具有高深寬比幾何結(jié)構(gòu)的刻蝕。
應(yīng)該意識到，等離子反應(yīng)器具有圓柱形構(gòu)造，因此電極的面積與電極直徑的平方有關(guān)。因此，頂部電極146與底部電極138直徑中的較小的差別會成平方地增加而影響晶片處的偏壓。更為重要地，可以將上述實施例應(yīng)用于任何刻蝕或淀積反應(yīng)器而不管電極的直徑如何。通過使用選擇開關(guān)并將頂部電極設(shè)計得被電隔離，刻蝕系統(tǒng)不再受固定晶片處偏壓的設(shè)計限制。因此，刻蝕系統(tǒng)能夠適應(yīng)于需要大幅度地改變晶片處偏壓的多種刻蝕應(yīng)用。同時，對提供給底部電極的雙頻的去耦也使可以獨立控制離子能量和等離子體密度。
圖6示出提供用于在具有可選擇的操作模式的刻蝕系統(tǒng)中處理基板的方法的流程圖184。流程圖184始于操作186，在操作186處，提供了具有可選擇操作模式的刻蝕系統(tǒng)。這里，提供了如上參照圖2-5描述的刻蝕系統(tǒng)。圖2-5的濾波器陣列結(jié)合選擇開關(guān)允許刻蝕系統(tǒng)提供晶片處偏壓的寬范圍控制并且獨立控制等離子體密度和離子能量。接著，該方法前進到操作188，在此處選擇刻蝕配方以設(shè)置刻蝕系統(tǒng)中的刻蝕環(huán)境。這里，設(shè)置等離子體刻蝕室的溫度和壓強、流向驅(qū)動電極的功率和進入室中的刻蝕劑化學(xué)物質(zhì)的流率。在一個實施例中，向底部電極施加雙RF電流，其中一個RF發(fā)生器比另一RF發(fā)生器具有更高的頻率。
圖6的方法繼續(xù)到操作190，在此處選擇一個操作模式以在基板處建立偏壓。這里，設(shè)置選擇開關(guān)的位置。如參照圖2-5所述，選擇開關(guān)結(jié)合濾波器陣列影響基板處的偏壓而不考慮等離子體刻蝕室的幾何結(jié)構(gòu)。因此，用戶可以為特殊刻蝕工藝最佳化偏壓。例如，小孔(即，雙鑲嵌工藝中的通孔)的深鉆需要高離子能量，因此，需要高偏壓。通過如圖5中所示設(shè)置選擇開關(guān)來獲得高偏壓。另選地，通過如圖4所示設(shè)置選擇開關(guān)可以滿足需要低偏壓的刻蝕，例如用于雙鑲嵌應(yīng)用的溝槽刻蝕。而且，刻蝕工藝可能需要獨立地控制等離子體密度和離子能量，因此，選擇開關(guān)定位成對雙頻RF電流進行去耦，如圖2和3所示。如上所述，一旦頻率被去耦，通過調(diào)整流向每個RF發(fā)生器的功率的分離控制就可以獨立地控制等離子體密度和離子能量。
圖6的方法接著進行到操作192，其中在所設(shè)定的刻蝕環(huán)境和所選擇的偏壓下進行刻蝕。這里實現(xiàn)為在操作188中的刻蝕環(huán)境所建立的參數(shù)。另外，選擇開關(guān)位置啟用濾波器或濾波陣列旁路以便提供所選的基板處偏壓。如上所述，選擇開關(guān)位置確定了是否對RF頻率去耦，由此允許獨立地控制等離子體密度和離子能量。接著，方法進行至操作194，其中執(zhí)行另一刻蝕。應(yīng)該理解，可選擇的操作模式允許進行連續(xù)的刻蝕而不移開基板或?qū)⒒灞┞队谕獠凯h(huán)境，從而不冒被污染的風險。如上所述，通過切換選擇開關(guān)的位置，可以進行需要不同偏壓的多個刻蝕工藝或?qū)Φ入x子體密度和離子能量的獨立控制。除去了作為障礙的由等離子體刻蝕室施加的限制，以便可以提供最佳化的刻蝕條件。因此，通過調(diào)整選擇開關(guān)，用于需要高離子能量的高深寬比通孔的雙鑲嵌刻蝕后可以繼以需要低離子能量的溝槽刻蝕。
圖7示出描述用于執(zhí)行用于在等離子體刻蝕反應(yīng)器中執(zhí)行的刻蝕操作的刻蝕配方的控制系統(tǒng)的框圖196?？涛g配方198包括用于刻蝕操作A200、刻蝕操作B 202和刻蝕操作C 204的工藝變量的控制值。在一個實施例中，工藝變量包括等離子體刻蝕室的壓強和溫度、流向驅(qū)動電極的功率、氣體流率和選擇開關(guān)設(shè)置，如為刻蝕操作A 200所示那樣。在本發(fā)明的一個實施例中，對刻蝕操作A 200、刻蝕操作B 202和刻蝕操作C204的每一工藝變量指定具體的控制值。應(yīng)該意識到，在刻蝕操作A、B和C之間具體的控制值可以不同。例如，對于雙鑲嵌處理，刻蝕操作A 200可以執(zhí)行溝槽刻蝕，之后，刻蝕操作B 202可以執(zhí)行通孔刻蝕(例如用于首先加工的溝槽)。因此，在本發(fā)明的一個實施例中，用于刻蝕操作A 200的選擇開關(guān)設(shè)置提供低離子能量，而用于刻蝕操作B 202的選擇開關(guān)設(shè)置提供高離子能量。應(yīng)該意識到，可以連貫地進行刻蝕操作而不需要中斷刻蝕室內(nèi)的真空以作修改。
繼續(xù)參照圖7，由反應(yīng)器處理軟件206來執(zhí)行刻蝕配方198。計算機系統(tǒng)208包括用于執(zhí)行反應(yīng)器處理軟件206的中央處理器(CPU)。計算機系統(tǒng)208與系統(tǒng)控制器210相通信。在本發(fā)明的一個實施例中，系統(tǒng)控制器210接收來自計算機系統(tǒng)208的輸入，在計算機系統(tǒng)208中，所述輸入包括用于在等離子體刻蝕反應(yīng)器216中要進行的特殊刻蝕操作的控制變量的值。在本發(fā)明的一個實施例中，系統(tǒng)控制器210包括硬件電路，該硬件電路被配置得將來自計算機系統(tǒng)208的輸入變換為用于每個刻蝕操作的工藝變量的控制信號212。將控制信號經(jīng)過控制器接口提供給對應(yīng)的用于等離子體反應(yīng)器216的工藝變量的控制器。
繼續(xù)參照圖7，等離子體刻蝕反應(yīng)器216適于接受晶片218。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，等離子刻蝕反應(yīng)器216被配置得如圖2-5中所示那樣。用于等離子體刻蝕反應(yīng)器216的設(shè)施220提供由等離子體刻蝕反應(yīng)器216所消耗的必需物。例如，這里包括用于RF發(fā)生器的電源或卡盤電壓。此外，在本發(fā)明的一個實施例中，向等離子體刻蝕反應(yīng)器提供諸如氮、氧、氬、氦、刻蝕化學(xué)物質(zhì)和清洗干燥氣(CDA)的氣體供給源。應(yīng)該意識到，計算機系統(tǒng)208可以包括監(jiān)視器222。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，監(jiān)視器顯示提供等離子體刻蝕反應(yīng)器216的實時處理顯示的圖形用戶界面(GUI)。另外，監(jiān)視器222的GUI呈現(xiàn)交互式顯示，從而允許用戶修改用于正在等離子體刻蝕反應(yīng)器216中進行的刻蝕操作的控制變量的值。
雖然為了理解清楚起見，已經(jīng)一定程度上詳述了本發(fā)明，但顯而易見的是，在附屬權(quán)利要求書的范圍內(nèi)可以實施特定的變化和修改。因此，所述實施例被視為示例性而非限制性的，并且本發(fā)明不受限于這里給出的細節(jié)，而是可在附屬權(quán)利要求的范圍及等同物內(nèi)進行修改。
權(quán)利要求
1.一種等離子體處理室，其包括底部電極，被配置得保持一基板；第一和第二射頻(RF)電源，與底部電極相連；頂部電極，與頂部地線延伸部電隔離；濾波器陣列，用于限定一組濾波器裝置；和開關(guān)，耦合于頂部電極，該開關(guān)被配置得將頂部電極互連到所述濾波器裝置組中的所選定的一個，所述濾波器裝置組中的一個的選定被配置得基本上允許或禁止由第一RF電源和第二RF電源中的一個或兩個所產(chǎn)生的RF電流流過頂部電極。
2.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理室，其中被禁止流過頂部電極的RF電流通過頂部地線延伸部和一底部地線延伸部中的至少一個轉(zhuǎn)移。
3.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理室，其中頂部地線延伸部通過石英絕緣體耦合到頂部電極。
4.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理室，還包括第一控制器，用于調(diào)制流向第一RF電源的功率，該第一控制器被配置得控制等離子體的離子能量；和第二控制器，用于調(diào)制流向第二RF電源的功率，該第二控制器被配置得控制等離子體密度。
5.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理室，還包括底部地線延伸部，該底部地線延伸部通過石英絕緣體耦合到底部電極。
6.如權(quán)利要求2所述的等離子體處理室，其中通過頂部地線延伸部和底部地線延伸部中的每個的RF電流返回至第一和第二電源。
7.一種具有可選擇的操作模式的刻蝕系統(tǒng)，其包括射頻(RF)驅(qū)動電極，該RF驅(qū)動電極被配置得接受由第一和第二RF發(fā)生器提供的第一和第二RF電流；無源電極，限定在RF驅(qū)動電極上方，以在二者之間限定等離子體區(qū)域，該無源電極處于電浮置狀態(tài)；和選擇開關(guān)，該選擇開關(guān)被配置得允許第一和第二RF電流中的一個、兩個或零個流過無源電極。
8.如權(quán)利要求7所述的刻蝕系統(tǒng)，其中未流過無源電極的RF電流通過一頂部地線延伸部和一底部地線延伸部中的至少一個轉(zhuǎn)移。
9.如權(quán)利要求8所述的刻蝕系統(tǒng)，其中頂部地線延伸部通過石英絕緣體耦合到無源電極。
10.如權(quán)利要求8所述的刻蝕系統(tǒng)，其中底部地線延伸部通過石英絕緣體耦合到RF驅(qū)動電極。
11.如權(quán)利要求7所述的刻蝕系統(tǒng)，其中流過頂部地線延伸部和底部地線延伸部中的每一個的RF電流返回至電源。
12.如權(quán)利要求7所述的刻蝕系統(tǒng)，其中第一和第二RF發(fā)生器包括低頻RF發(fā)生器和高頻RF發(fā)生器。
13.如權(quán)利要求7所述的刻蝕系統(tǒng)，還包括第一控制器，用于調(diào)制流向第一RF發(fā)生器的功率，該第一控制器被配置得控制等離子體區(qū)域中的等離子體的離子能量；和第二控制器，用于調(diào)制流向第二RF發(fā)生器的功率，該第二控制器被配置得控制等離子體密度。
14.一種用于在等離子體刻蝕室中刻蝕晶片的方法，其包括提供刻蝕系統(tǒng)，該刻蝕系統(tǒng)具有可選擇的操作模式以處理基板；選擇刻蝕配方，該刻蝕配方被配置得設(shè)置刻蝕系統(tǒng)中的刻蝕環(huán)境；選擇一個操作模式，以在基板處建立所選定的偏壓；和進行刻蝕，所述刻蝕在所設(shè)的刻蝕環(huán)境和所選的偏壓下發(fā)生。
15.如權(quán)利要求14所述的用于刻蝕晶片的方法，其中選擇一個操作模式以在基板處建立所選定的偏壓還包括對等離子刻蝕室中的等離子體的等離子體密度和離子能量中的一個進行控制。
16.如權(quán)利要求14所述的用于刻蝕晶片的方法，其中可選擇的操作模式改變在刻蝕系統(tǒng)的頂部與底部電極之間的有效面積比。
17.如權(quán)利要求14所述的用于刻蝕晶片的方法，其中選擇一個操作模式以在基板處建立所選定的偏壓還包括提供用于流過刻蝕環(huán)境的高頻和低頻RF電流的第一和第二返回路徑；阻止高頻和低頻RF電流中的一個流過第一返回路徑。
18.如權(quán)利要求17所述的用于刻蝕晶片的方法，其中第一返回路徑包括一頂部電極，該頂部電極與第二返回路徑電隔離。
19.如權(quán)利要求17所述的用于刻蝕晶片的方法，其中阻止高頻和低頻RF電流中的一個流過第一返回路徑的步驟采用了濾波器陣列，該濾波器陣列通過一選擇開關(guān)連接到一頂部電極。
20.如權(quán)利要求14所述的用于刻蝕晶片的方法，其中刻蝕配方包括用于刻蝕環(huán)境的溫度和壓強的參數(shù)、流率、流向驅(qū)動電極的功率和選擇開關(guān)設(shè)置。
全文摘要
提供了一種用于在寬范圍內(nèi)控制偏壓和用于對雙射頻(RF)電流進行去耦以允許獨立地控制用于處理基板的等離子體的等離子體密度和離子能量的方法和設(shè)備。示例性的設(shè)備提供了等離子體處理室，該等離子體處理室包括被配置得保持一基板的底部電極和連接于底部電極的第一和第二RF電源。還包括與頂部地線延伸部電隔離的頂部電極。包括限定一組濾波器裝置的濾波器陣列。一開關(guān)耦合于頂部電極并且該開關(guān)被配置得將頂部電極互連到一個濾波器裝置。濾波器裝置被配置得允許或禁止由RF電源的一個或兩個所產(chǎn)生的RF電流流過頂部電極。
文檔編號H05H1/46GK1620711SQ02813070
公開日2005年5月25日 申請日期2002年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月29日
發(fā)明者安德瑞斯·費舍爾 申請人:拉姆研究公司