用于中性粒子/离子流通量控制的双等离子体容积处理装置的制造方法
【专利说明】用于中性粒子/离子流通量控制的双等离子体容积处理装置
本申请是申请日为2011年06月22日、中国专利申请号为201180037768.0(对应国际申请号为PCT/US2011/041524)、发明名称为“用于中性粒子/离子流通量控制的双等离子体容积处理装置”的发明专利申请的分案申请。
【背景技术】
[0001]目前用于半导体晶片制造的等离子体处理系统依赖于非常独立的控制参数来控制输送到晶片的自由基分离、自由基流通量、离子能量和离子流通量。例如，当前的等离子体处理系统试图通过控制在存在晶片时产生的单等离子体来实现必要的自由基分离、自由基流通量、离子能量和离子流通量。不幸的是，化学离解和自由基形成与离子生产和等离子体密度结合并且通常不能协同工作以实现期望的等离子体处理条件。
[0002]例如，在当前的等离子体处理系统中难以在同一等离子体中同时获得较高的化学离解和较低的离子密度，因为较高的化学离解需要施加较高的功率，这进而致使产生较高的离子密度。而且，在目前的等离子体处理系统中，控制参数的高的相互依赖性限制了较小的技术节点应用处理窗口和/或制造能力。鉴于上述情况，对于提供自由基/中性粒子流通量相对于离子流通量的独立控制的等离子体处理系统存在需求。
【发明内容】
[0003]在一个实施例中，公开了半导体晶片处理装置。所述装置包括暴露于第一等离子体产生容积(volume)的第一电极。所述第一电极被限定为将射频(RF)功率传送到所述第一等离子体产生容积。所述第一电极被进一步限定为将第一等离子体处理气体分配到所述第一等离子体产生容积。所述装置还包括暴露于第二等离子体产生容积的第二电极。所述第二电极被限定为将RF功率传送到所述第二等离子体产生容积。所述第二电极被进一步限定为保持暴露于所述第二等离子体产生容积的衬底。所述装置进一步包括布置在所述第一等离子体产生容积和所述第二等离子体产生容积之间的气体分配单元。所述气体分配单元被限定为包括各自贯通所述气体分配单元以将所述第一等离子体产生容积与所述第二等离子体产生容积流体连接的通孔布置(arrangement)。所述气体分配单元被进一步限定为包括被限定为将第二等离子体处理气体分配到所述第二等离子体产生容积的气体供给端口布置。
[0004]在另一实施例中，公开了用于半导体晶片处理的系统。所述系统包括室，所述室被限定为具有内腔和排放口，所述排放口提供所述内腔与排放栗的流体连接。所述系统还包括布置在所述室的所述内腔内的双等离子体处理装置。所述双等离子体处理装置包括上方等离子体室，所述上方等离子体室包括上方等离子体产生容积。所述双等离子体处理装置还包括喷头电极，所述喷头电极被限定在所述上方等离子体产生容积的上方以将第一等离子体处理气体和RF功率供给到所述上方等离子体产生容积。所述双等离子体处理装置还包括下方等离子体室，所述下方等离子体室包括下方等离子体产生容积。所述双等离子体处理装置还包括布置在所述上方等离子体产生容积和所述下方等离子体产生容积之间的气体分配单元。所述气体分配单元被限定为将第二等离子体处理气体供给到所述下方等离子体产生容积。所述气体分配单元被进一步限定为提供所述上方等离子体产生容积和所述下方等离子体产生容积之间的受控流体连通。所述系统进一步包括卡盘，所述卡盘布置在所述室的所述内腔内所述下方等离子体产生容积的下方。所述卡盘被限定为保持暴露于所述下方等离子体产生容积的衬底。所述卡盘被进一步限定为将RF功率供给到所述下方等离子体产生容积。所述上方等离子体室和所述下方等离子体室中的每个被分别限定为将所述上方等离子体产生容积和所述下方等离子体产生容积排放到所述室的所述内腔中。
[0005]在另一实施例中，公开了气体分配单元。所述气体分配单元包括板，所述板被形成为将上方等离子体产生容积与所述下方等离子体产生容积分离。所述板的上表面提供所述上方等离子体产生容积的下边界。所述板的下表面提供所述下方等离子体产生容积的上边界。所述板包括各自从所述板的上表面到所述板的下表面贯通所述板的通孔布置，从而将所述上方等离子体产生容积与所述下方等离子体产生容积流体连接。所述板还包括内部气体供给通道，所述内部气体供给通道与被限定在所述板的下表面上的气体供给端口布置流体连接以将等离子体处理气体分配到所述下方等离子体产生容积。
[0006]本发明的其它方案和优点将通过下面以举例的方式阐述本发明的、结合附图进行的详述而变得更加明显。
【附图说明】
图1示出了根据本发明的一个实施例的半导体晶片处理装置；
图2示出了根据本发明的一个实施例的喷头电极的仰视图；
图3A示出了根据本发明的一个实施例的气体分配单元的仰视图；
图3B示出了根据本发明的一个实施例的气体分配单元的俯视图；
图3C示出了根据本发明的一个实施例的气体供给端口的截面；
图3D示出了根据本发明的一个实施例的被限定为贯通气体分配单元的通孔的截面和角度；
图4A示出了根据本发明的一个实施例的布置在气体分配单元的上表面上的流控制板；图4B示出了根据本发明的一个实施例的被定位成使得限定在其中的孔式样允许流经限定在下伏的气体分配单元内的全部通孔的流控制板的俯视图；
图4C示出了根据本发明的一个实施例的被定位成使得限定在其中的孔式样允许仅流经限定在下伏的气体分配单元内的有角通孔的流控制板的俯视图；
图4D示出了根据本发明的一个实施例的由多个同心的可旋转流控制板限定的流控制板组件的俯视图；以及
图5示出了根据本发明的一个实施例的具有上方等离子体和下方等离子体的图1的室。
【具体实施方式】
[0007]在下面的说明中，为了提供对本发明的全面理解，阐述了多个具体的细节。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以不通过这些具体细节中的一些或全部来实施本发明。在其它情形下，为了避免不必要地使本发明变得不清楚，未详细描述公知的处理操作。
[0008]本文公开了一种半导体晶片处理装置，其使中性物质上自由基产生与等离子体内的离子产生能解耦，使得在半导体晶片处理过程中能够相对于带电的离子物质独立地控制自由基/中性物质。该装置包括上方(即，下游)等离子体产生容积，在该上方等离子体产生容积中无需涉及相关的离子产生来产生自由基/中性物质。该装置还包括下方等离子体产生容积，在下方等离子体产生容积内产生暴露于衬底(即，晶片)的适当离子密度的分离的等离子体。上方等离子体产生容积内的自由基/中性物质以受控的方式流过气体分配单元而到达下方等离子体产生容积，从而提供用于晶片处理的自由基/中性物质成分。
[0009]允许自由基/中性物质从上方等离子体产生容积行进通过将上方和下方等离子体产生容积分离的气体分配单元而到达下方等离子体产生容积。然而，通过气体分配单元来防止在上方等离子体产生容积内产生的离子行进到下方等离子体产生容积中。因此，气体分配单元用作离子过滤器。从上方等离子体产生容积贡献的自由基/中性物质用于下方等离子体产生容积中的晶片处理。在下方等离子体产生容积内产生的离子表示用于晶片处理的带电物质。
[0010]上方和下方等离子体产生容积能够独立控制，使得贡献用于晶片处理的自由基/中性粒子流通量独立于暴露于晶片而产生的电离等离子体而产生。因此，本文公开的装置的上方和下方等离子体产生容积提供了晶片处理期间自由基/中性粒子流通量与离子流通量的解耦。因此，能够与离子流通量分离地控制自由基/中性物质。
[0011]图1示出了根据本发明的一个实施例的半导体晶片处理装置。该装置包括室100，室100由顶板100A、底板100B和壁100C形成。在一个实施例中，壁100C形成了邻接的圆柱形壁100C。在其它实施例中，壁100C可具有其它构造，只要室100的内腔100D能够与室100外部的外界环境隔离即可。多个密封件139布置在室顶板100A、底板100B和壁100C之间以有利于室100的内腔100D与外界环境的隔离。
[0012]在各个实施例中，室100的顶板100A、底板100B和壁100C可由这样的金属形成:该金属具有良好的导热性和导电性，并且能够与在晶片处理期间暴露于内腔100D的处理气体化学兼容。例如，在各个实施例中，诸如铝、不锈钢等金属可用于形成室100的构件。而且，密封件139可以是弹性密封件或可恪化的(consumable)金属密封件，或任何其它类型的密封材料，只要密封件139能够与暴露于内腔100D的处理材料化学兼容并且密封件139提供内腔100D与室100外部的外界环境的充分隔离即可。
[0013]应当理解的是，在其它实施例中，一个或多个额外的板或部件可根据需要布置在顶板100A、底板100B或壁100C中的任一个或多个的外部，以满足室100的特定部署条件或其它因素。另外，顶板100A、底板100B和/或壁100C能够适当地紧固到这些额外的板或部件上以用于特定的实施方式。包括顶板10A、底板10B和壁100C的室100的结构由导电材料形成并且与基准地电位电连接。
[0014]室100包括排放口135，排放口 135提供内腔100D与外部的排放栗137之间的流体连接，使得负压能够通过排放口 135施加以从内腔100D内移除气体和/或颗粒。在一个实施例中，室100还包括闸阀102，闸阀102形成在室壁100C的剖面内以使能将晶片113插入到内腔10D中以及相应地从内腔100D中移除晶片113。在其闭合位置处，闸阀102被限定为保持内腔100D与外界环境的隔离。在各个实施例中，排放栗137能够以不同的方式来实现，只要排放栗137能够在排放口 135处施加抽吸力以从室100的内腔100D中抽出流体流即可。
[0015]双等离子体处理装置被布置在室100的内腔100D内。双等离子体处理装置包括上方等离子体室112，上方等离子体室112包括上方等离子体产生容积103。双等离子体粗略装置还包括下方等离子体室114，下方等离子体室114包括下方等离子体产生容积109。上方和下方等离子体室112/114通过气体分配单元115通过物理方式流体连接，气体分配单元115被布置成使上方和下方等离子体产生容积103/109分离。
[0016]上方等离子体室112部分地由外结构部件104形成，外结构部件104围绕上方等离子体室112的周边限定并且与顶板100A连接。上方等离子体室112还包括喷头电极101，喷头电极101被布置在外结构部件104内上方等离子体产生容积103的上方。喷头电极101通过绝缘部件141紧固到顶板100A上。绝缘部件141被限定为提供电绝缘。然而，绝缘部