专利名称：用于等离子体反应器中的射频去耦和偏压控制的设备和方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造，更为具体地，涉及用于控制等离子体刻蚀反应器中晶片的偏压和在使用多RF源的情况下射频(RF)的去耦。
背景技术：
目前等离子体反应器可以与双射频(RF)系统一起使用，其中各RF系统可以在不同频率下工作。图1示出描述现有技术的含有两个电极的双射频RF系统的图100。图100的反应器包含RF驱动电极104和无源电极102，晶片116放置在RF驱动电极104顶部上。经过硬栓接金属连接110向RF驱动电极供给RF电流。在使能RF电源的情况下，电流经过RF驱动电极进入等离子体区域并沿着相同的路径通过反应器到达无源电极102，如箭头114所示。另外，RF电流穿过等离子区域前进到地线延伸部(ground extension)116和118，如箭头114a所示。由于27兆赫(MHz)与2MHz的电流路径相同，所以2MHz和27MHz频率并未被去耦。
现有技术的等离子体反应器不能独立地控制反应器室中的等离子体的等离子体密度和离子能量。通常，双RF系统的较高频率影响等离子体密度，而较低频率影响反应器中的电压，进而影响离子能量。然而，由于双频的耦合，所以不能独立地控制等离子体密度和离子能量。虽然可以修改为一个双频的RF系统所提供的电源以增加或降低等离子密度，但该修改也对离子能量有影响。即，在两个频率耦合的系统中控制等离子体密度和离子能量的向量不正交。因此，一个参数(例如等离子体密度)的改变还会影响其它参数(离子能量)，反之亦然。
另外，无源电极面积与RF驱动电极面积的比率确定了晶片处的偏压。例如，随着RF驱动电极的面积相对于无源电极的面积减小，RF驱动电极处的偏压将增加。结果，由于晶片位于RF驱动电极处，离子的晶片处偏压也将增加。这样，在刻蚀操作期间冲击在晶片上的能量将增加。虽然由高偏压所产生的高离子能量对某些刻蚀工艺有益，但是对其它工艺则是不希望的。例如，高离子能量优选地用于高深宽比(aspect ratio)刻蚀，即在基板中钻深而小的接触孔。然而，其它工艺，例如刻蚀沟槽，最适宜在较低的离子能量下进行。不幸的是，由于等离子体刻蚀室的几何结构，特别是由于电极面积比，限制了晶片处的偏压控制。
虽然可以将晶片传输到具有不同几何结构的等离子体反应器，即用于需要较低离子能量的工艺的较小直径的无源电极，由于附加的处理，带来了补充固定设备的额外花费和晶片污染的风险。另一选择是采用较小直径电极来替换无源电极，然而，该选择又将增加成本，并且将加剧污染及处理问题。
结果，需要解决现有技术的问题，以便可以更加独立地控制室内的等离子体密度和离子能量以最佳地适应各种刻蚀工艺。另外，为了适应反应器，需要在宽范围中控制RF驱动电极处的偏压，以便可以为各种刻蚀工艺精确地改变偏压。
发明内容
总的来说，本发明通过提供用于在宽范围中控制晶片处偏压的方法和设备满足了这些需要。另外，本发明提供了对双RF电流(具有不同频率)去耦的方法和设备，从而允许独立地控制等离子体的等离子体密度和离子能量。应该明白，本发明可以用多种方式来实现，包括实现为设备、系统、装置或方法。下面说明本发明的几个独创性实施例。
在一个实施例中，提供了一种用于等离子体处理室的设备。在该实施例中，处理室包括RF驱动电极，被配置得用来保持一基板；和第一和第二射频(RF)电源，与RF驱动电极相连。还包括被地线延伸部包围但与地线延伸部电隔离的无源电极。包括限定一组滤波器设置的滤波器阵列。一开关耦合于顶部电极，并且该开关被配置得将顶部电极与一个滤波器装置互连。滤波器装置被配置得允许或禁止由一个或两个RF电源产生的RF电流从顶部电极流过。
在本发明的另一实施例中，提供了一种用于具有可选择的操作模式的刻蚀系统的设备。在该实施例中，包括配置成接受来自第一和第二RF发生器的第一和第二RF电流的RF驱动电极。包括无源电极，其被限定在RF驱动电极上方，该RF驱动电极限定了二者之间的等离子体区域，并且所述无源电极处于电浮置状态。在该实施例中还包括选择开关，其被配置得允许第一和第二RF电流中的一个、两个或零个流过无源电极。
在本发明的又一实施例中，提供了一种用于对在等离子体刻蚀中使用的双频进行去耦的设备。在该实施例中，包括等离子体刻蚀反应器。该等离子体刻蚀反应器包括底部和顶部电极；第一和第二RF电源，连接于底部电极；以及等离子体区域，由顶部和底部电极限定。顶部电极与顶部地线延伸部电隔离。包括穿过顶部电极到第一和第二电源的第一RF返回路径。还包括穿过地线延伸部到第一和第二电源的第二RF电流返回路径。包括一选择开关，其被配置得阻止RF电流中的一个、两个或零个流过第一RF电流返回路径。
在本发明的再一实施例中，提供了一种用于刻蚀基板的设备。在该实施例中，包括配置成向底部电极输送RF电流的第一和第二电源。还包括顶部电极，限定到电源的第一返回路径；和顶部和底部地线延伸部，限定到电源的第二和第三返回路径。包括具有可选择的操作模式的选择开关，其中阻止RF电流中的一个、全部或零个流过第一返回路径。
本发明的又一实施例中，提供了一种在等离子体刻蚀室中刻蚀晶片的方法。该方法包括提供具有可选择的操作模式的刻蚀系统以处理基板。然后，选择配置成设置刻蚀系统中的刻蚀环境的刻蚀配方。接着，选择一个操作模式以在基板处建立选定的偏压。然后，在所设置的刻蚀环境和所选定的偏压下进行刻蚀。
本发明的优点有许多。最为显著地，所述设备和方法允许在宽范围中控制基板处的偏压。通过有选择性地阻止RF电流穿过返回路径，修改了顶部与底部电极的有效面积比，由此影响了偏压。因此，防止了由等离子体刻蚀室的设计所产生的固有偏压限制。另外，RF电流的选择性阻止允许对提供给刻蚀室的双RF电流进行去耦。因此，在这些条件下，可以获得对等离子体密度和离子能量的更加独立的控制。
本发明的其他方案和优点从下述详细说明结合附图将变得显而易见，所述说明通过示例示出了本发明的原理。
通过下面结合附图的详细说明将很容易理解本发明，相同的标号指示相同的结构元件。
图1示出描述现有技术的含有两个电极的双频RF系统的框图。
图2示出描述选择开关定位成允许低频RF电流通过的等离子体刻蚀反应器的剖面的框图。
图3示出描述选择开关定位成允许高频RF电流通过的等离子体刻蚀反应器的剖面的框图。
图4示出描述选择开关定位成阻止高频和低频RF电流中的每一个的等离子体刻蚀反应器的剖面的框图。
图5示出描述选择开关定位成既不阻止低频RF电流也不阻止高频RF电流的等离子体刻蚀反应器的剖面的框图。
图6示出提供用于在具有可选择的操作模式的刻蚀系统中处理基板的方法的流程图。
图7示出描述用于执行用于在等离子体刻蚀反应器中进行的刻蚀操作的刻蚀配方的控制系统的框图。
具体实施例方式
本发明说明了用于对等离子体刻蚀反应器的双频进行去耦的设备和方法，由此允许更好地并且独立地控制离子能量和等离子体密度。然而，对本领域技术人员显而易见的是，可以在不具备这些具体细节的一些或全部的情况下来实施本发明。另一方面，为了避免不必要地使本发明晦涩，没有详细说明公知的处理操作。
本发明的实施例提供了用于对等离子体刻蚀反应器的双频进行去耦的设备和方法，以便独立地控制等离子体密度和离子能量，还提供了用于在宽电压范围内控制晶片处的偏压的设备和方法。在一个实施例中，选择开关适合于将电路滤波器阵列互连到无源电极。滤波器被配置成允许或禁止等离子体反应器用来引燃等离子体所用的射频(RF)电流通过。通过有选择性地阻止RF电流的一个或更多个流过无源电极，就修改了无源电极与RF驱动(底部)电极之间的有效面积比。响应于面积比的修改，也改变了RF驱动电极处的偏压，因为该偏压取决于所述面积比。
此外，在无源(顶部)电极与它的对应地线延伸部之间插入绝缘体。在顶部地线延伸部与无源电极之间引入绝缘体使无源电极与室的其余部分电隔离。在本发明的一个实施例中，对双RF电流中的一个进行去耦，以便可以对离子能量和等离子体密度进行独立控制。因此，该选择开关的各种取向使得可以灵活地最佳化反应器室条件，以在最佳环境中进行刻蚀操作。
通过将选择开关定向在不同位置，由此接通不同的滤波器，就可以在相同的室中执行多个、但不同的刻蚀操作。例如，在相同的室中，需要高离子能量冲击晶片的刻蚀操作后跟随着需要低离子能量的刻蚀操作，而不需要在刻蚀室内部进行任何设备改变或中断刻蚀室内的真空以作修改。在本发明的一个实施例中，一旦定位选择开关以提供高离子能量的第一刻蚀完成，选择开关自动地移到用于第二刻蚀的第二位置。根据一个实施例，通过由提供到刻蚀反应器的刻蚀配方限定的编程命令来完成选择开关的自动移动。下面参照图2-6中所示出的实施例来提供所述设备和方法的其它细节。
图2示出描述选择开关定位成允许低频RF电流通过的等离子体刻蚀反应器的剖面的框图130。框图130包括两个射频(RF)发生器132和134。根据本发明的一个实施例，所述电源发生器中的一个提供低频RF电流，例如2兆赫(MHz)，而另一电源发生器提供高频RF电流，例如27MHz。提及RF发生器的频率仅用于提供可能的示例，并不意味着将本发明限制于这些频率。应该明白，在具有合适滤波器的发生器132和134每个的下游都包括有匹配电路以防止信号反射。发生器132和134通过连接136连接到底部电极138。底部电极138也称为RF驱动电极。根据本发明的一个实施例，连接136是硬栓接金属至金属连接(hard bolted metal tometal connection)。晶片170设置在底部电极138的顶部上。底部电极138通过绝缘体140与地线延伸部142绝缘。在本发明的一个实施例中，绝缘体140是石英。在本发明的另一实施例中，底部地线延伸部142提供了用于发生器132和134的电流返回路径。
继续参照图2，在底部电极138、顶部电极146与限制环148之间限定了等离子体区域144。顶部电极146也称为无源电极。顶部电极146通过绝缘体150与地线延伸部152绝缘。在一个实施例中，绝缘体150是石英。应该明白，将顶部电极146与地线延伸部152绝缘造成顶部电极处于电浮置状态，即被电隔离。地线延伸部152为RF电流提供到发生器132和134的返回路径。选择开关154连接于顶部电极146。根据本发明的一个实施例，选择开关154定位成连接无源电极以允许诸如2MHz的低频电流流过顶部电极。电路156配置成低频RF电流流过顶部电极同时阻止诸如27MHz的高频RF电流流过顶部电极。同样地，仅允许由箭头166所示的低频RF电流流过由顶部电极146、选择开关154、低通电路156和返回路径延伸部164限定的返回路径到达电源132和134。高频RF电流被阻止流过由无源电极146限定的返回路径，并且被强迫通过由地线延伸部142和152限定的返回路径返回到合适的电源，如箭头168所示。相应地，从无源电极146排除高频电流强迫高频RF电流采用不同的路径流过等离子体区域144。值得重视的是，低频和高频电流都流过等离子体区域144，这样既保持了等离子体，又对双频进行了去耦，以允许独立地控制等离子体密度和离子能量。
根据图2所示的本发明的一个实施例，低频RF电流的可忽略部分将沿着由地线延伸部142和152限定的返回路径而行。然而，由于与流过顶部电极的电流相比相对较小的流量，该可忽略部分对去耦效应影响很小。应该意识到由低频RF电流和高频RF电流流经的分离返回路径允许增加或减小一个RF频率的功率供给而不类似地影响另一RF频率的功率。因此，现在通过对RF发生器132和134中的任何一个的电源进行调制，可以实现对等离子体密度和离子能量的独立控制。
另外，如图2中所示的双RF频率的去耦允许对晶片170处的偏压进行宽范围控制。在具有两个电极的电容性耦合反应器中，偏压与顶部和底部电极的面积比成比例。按数学形式，该关系式可以表达为Vbias∝(A1/A2)n。
其中，Vbias是底部电极的偏压，A1是顶部电极的面积，A2是底部电极的面积，而指数n取决于反应器的具体几何结构并且可以在1到4之间的范围中。返回图2所示的实施例，由于强迫高频RF电流流过小面积地线延伸部142和152返回，已经降低了顶部电极146与底部电极138之间的有效面积比。RF电流的大约一半可能不再流过顶部电极146，从而使有效面积变小。因此，由于面积比降低，晶片处的偏压将减小。结果，定位在该取向的选择开关允许为在晶片处需要较低离子能量的应用(例如在双镶嵌处理下刻蚀沟槽)最佳化刻蚀系统。
图3示出描述选择开关定位在允许高频RF电流通路流过顶部电极146的等离子体刻蚀反应器的剖面的框图。在框图172中，选择开关154定位成允许高频RF电流流过。电路158允许高频RF电流流过同时阻止低频RF电流。因此，由箭头166所示的低频RF电流被强迫经过地线延伸部142和152返回至合适的电源发生器132和134。另一方面，高频RF电流可以通过无源电极146、选择开关154、高通电路158和返回路径延伸部164流到合适的电源发生器。同样，这里是由于分离的返回路径对双RF频率进行去耦。
与图2类似，由于较低的面积比，在图3中示出的偏压显著地较低。由于使高频能够流过顶部电极146而对频率进行了去耦，所以可以增加或减小高频的电源以影响等离子体区域144中的等离子体密度，而不显著影响离子能量。采用数学术语，对双RF频率进行去耦使控制等离子体密度和离子能量的向量表现为正交形式。在本发明的一个实施例中，等离子体刻蚀系统具有两个控制器，一个用于控制较高频率RF发生器的电源，一个用于控制较低频率RF发生器的电源。如上所述，用于较高频率RF发生器的电源控制等离子体的密度，而用于较低频率RF发生器的电源控制等离子体的离子能量。高深宽比接触工艺(HARC)需要高离子能量和高等离子体密度，有机硅酸盐玻璃(OSG)低-k(介电常数)膜需要中等等离子体密度和较低离子能量，而多孔低-k膜需要低离子能量和低等离子体密度。
图4示出描述选择开关设置成阻止高频和低频RF电流中的每一个的等离子体刻蚀反应器的剖面的框图176。在框图176中，选择开关154利用超低通电路160进行工作。在该实施例中，超低通电路160配置成阻止由电源132和134产生的高频和低频RF电流。因此，阻止2MHz和27MHz电流流过顶部电极。应该意识到在该实施例中，由箭头166和168所示的RF电流被耦合，因为它们通过等离子体区域144流经了相同的路径。采用该实施例，强迫高频和低频RF电流经过地线延伸部152和142返回到它们对应的发生器。
与图2和3相反，如图4中所具体实现的那样，去耦是最小的。然而，在本发明的该实施例中，晶片170处的偏压最低。这里，由地线延伸部142和152的面积与底部电极138的面积的比率来确定所述面积比。在该实施例中，顶部电极146不是影响因素，因为每一RF电流都被阻止流过顶部电极146。可以看出，该实施例的面积比变得很小，因为地线延伸部142和152的面积远小于底部电极138的面积。在一个实施例中，晶片处的偏压接近于零，这又与在等离子体区域144中几乎没有离子能量相关联。该应用导致其自身特别适用于需要极低偏压的双镶嵌集成方法。非常适合于该实施例的双镶嵌刻蚀操作包括沟槽刻蚀。其它可以受益的刻蚀操作包括，例如具有多孔低-k材料的膜。
应该意识到，用于低通滤波器电路156、高通滤波器电路158或超低通滤波器电路160的滤波器电路可以采用各种电子结构来具体实现。例如，为了设计能够通过特定频率信号而拒绝其它频率信号的电路，可以组合电容器和电感器、甚至电阻器。低频和高频电路的结构对于本领域技术人员而言是公知的。因此，低通滤波器156和超低通滤波器160被设计成通低频而阻止高频，而高通滤波器158则通高频而阻低频。在一个实施例中，低通滤波器156通2MHz而阻止27MHz，超低通滤波器160阻止2MHz和27MHz，而高通滤波器158通27MHz而阻止2MHz。虽然由电源发生器132和134产生的RF电流被分别表示为2MHz和27MHz的低频和高频，但本发明决不受限于这些RF频率。因此，滤波器电路156、158和160被设计成根据在等离子体反应器中采用的RF电流频率来执行各自的功能。应该注意，对于需要控制大量特定频率的情况可以添加其它的滤波器。
图5示出描述选择开关设置成既不阻止低频RF电流也不阻止高频RF电流流过顶部电极146的等离子体刻蚀反应器剖面的框图180。在该实施例中，由箭头166和168表示的RF电流无限制地流过顶部电极146。在该实施例中，选择开关154利用滤波器阵列旁路162进行工作，该滤波器阵列旁路163又与返回路径延伸部164相连。在该路径中没有采用滤波器电路，高频和低频RF电流中的每一个都可以流过顶部电极并返回到它们对应的发生器132和134。应该意识到，与参照图4所述的实施例一样，在该实施例中RF电流也被耦合。与图4的实施例相反的是，图5的晶片170处的偏压很高。在该实施例中，顶部与底部电极的面积比很大，从而驱动晶片170处的偏置电压变高。高偏压能量与高离子能量相关联，这对于钻小而深的孔最为理想，例如通孔刻蚀或其它具有高深宽比几何结构的刻蚀。
应该意识到，等离子反应器具有圆柱形构造，因此电极的面积与电极直径的平方有关。因此，顶部电极146与底部电极138直径中的较小的差别会成平方地增加而影响晶片处的偏压。更为重要地，可以将上述实施例应用于任何刻蚀或淀积反应器而不管电极的直径如何。通过使用选择开关并将顶部电极设计得被电隔离，刻蚀系统不再受固定晶片处偏压的设计限制。因此，刻蚀系统能够适应于需要大幅度地改变晶片处偏压的多种刻蚀应用。同时，对提供给底部电极的双频的去耦也使可以独立控制离子能量和等离子体密度。
图6示出提供用于在具有可选择的操作模式的刻蚀系统中处理基板的方法的流程图184。流程图184始于操作186，在操作186处，提供了具有可选择操作模式的刻蚀系统。这里，提供了如上参照图2-5描述的刻蚀系统。图2-5的滤波器阵列结合选择开关允许刻蚀系统提供晶片处偏压的宽范围控制并且独立控制等离子体密度和离子能量。接着，该方法前进到操作188，在此处选择刻蚀配方以设置刻蚀系统中的刻蚀环境。这里，设置等离子体刻蚀室的温度和压强、流向驱动电极的功率和进入室中的刻蚀剂化学物质的流率。在一个实施例中，向底部电极施加双RF电流，其中一个RF发生器比另一RF发生器具有更高的频率。
图6的方法继续到操作190，在此处选择一个操作模式以在基板处建立偏压。这里，设置选择开关的位置。如参照图2-5所述，选择开关结合滤波器阵列影响基板处的偏压而不考虑等离子体刻蚀室的几何结构。因此，用户可以为特殊刻蚀工艺最佳化偏压。例如，小孔(即，双镶嵌工艺中的通孔)的深钻需要高离子能量，因此，需要高偏压。通过如图5中所示设置选择开关来获得高偏压。另选地，通过如图4所示设置选择开关可以满足需要低偏压的刻蚀，例如用于双镶嵌应用的沟槽刻蚀。而且，刻蚀工艺可能需要独立地控制等离子体密度和离子能量，因此，选择开关定位成对双频RF电流进行去耦，如图2和3所示。如上所述，一旦频率被去耦，通过调整流向每个RF发生器的功率的分离控制就可以独立地控制等离子体密度和离子能量。
图6的方法接着进行到操作192，其中在所设定的刻蚀环境和所选择的偏压下进行刻蚀。这里实现为在操作188中的刻蚀环境所建立的参数。另外，选择开关位置启用滤波器或滤波阵列旁路以便提供所选的基板处偏压。如上所述，选择开关位置确定了是否对RF频率去耦，由此允许独立地控制等离子体密度和离子能量。接着，方法进行至操作194，其中执行另一刻蚀。应该理解，可选择的操作模式允许进行连续的刻蚀而不移开基板或将基板暴露于外部环境，从而不冒被污染的风险。如上所述，通过切换选择开关的位置，可以进行需要不同偏压的多个刻蚀工艺或对等离子体密度和离子能量的独立控制。除去了作为障碍的由等离子体刻蚀室施加的限制，以便可以提供最佳化的刻蚀条件。因此，通过调整选择开关，用于需要高离子能量的高深宽比通孔的双镶嵌刻蚀后可以继以需要低离子能量的沟槽刻蚀。
图7示出描述用于执行用于在等离子体刻蚀反应器中执行的刻蚀操作的刻蚀配方的控制系统的框图196。刻蚀配方198包括用于刻蚀操作A200、刻蚀操作B 202和刻蚀操作C 204的工艺变量的控制值。在一个实施例中，工艺变量包括等离子体刻蚀室的压强和温度、流向驱动电极的功率、气体流率和选择开关设置，如为刻蚀操作A 200所示那样。在本发明的一个实施例中，对刻蚀操作A 200、刻蚀操作B 202和刻蚀操作C204的每一工艺变量指定具体的控制值。应该意识到，在刻蚀操作A、B和C之间具体的控制值可以不同。例如，对于双镶嵌处理，刻蚀操作A 200可以执行沟槽刻蚀，之后，刻蚀操作B 202可以执行通孔刻蚀(例如用于首先加工的沟槽)。因此，在本发明的一个实施例中，用于刻蚀操作A 200的选择开关设置提供低离子能量，而用于刻蚀操作B 202的选择开关设置提供高离子能量。应该意识到，可以连贯地进行刻蚀操作而不需要中断刻蚀室内的真空以作修改。
继续参照图7，由反应器处理软件206来执行刻蚀配方198。计算机系统208包括用于执行反应器处理软件206的中央处理器(CPU)。计算机系统208与系统控制器210相通信。在本发明的一个实施例中，系统控制器210接收来自计算机系统208的输入，在计算机系统208中，所述输入包括用于在等离子体刻蚀反应器216中要进行的特殊刻蚀操作的控制变量的值。在本发明的一个实施例中，系统控制器210包括硬件电路，该硬件电路被配置得将来自计算机系统208的输入变换为用于每个刻蚀操作的工艺变量的控制信号212。将控制信号经过控制器接口提供给对应的用于等离子体反应器216的工艺变量的控制器。
继续参照图7，等离子体刻蚀反应器216适于接受晶片218。根据本发明的一个实施例，等离子刻蚀反应器216被配置得如图2-5中所示那样。用于等离子体刻蚀反应器216的设施220提供由等离子体刻蚀反应器216所消耗的必需物。例如，这里包括用于RF发生器的电源或卡盘电压。此外，在本发明的一个实施例中，向等离子体刻蚀反应器提供诸如氮、氧、氩、氦、刻蚀化学物质和清洗干燥气(CDA)的气体供给源。应该意识到，计算机系统208可以包括监视器222。根据本发明的一个实施例，监视器显示提供等离子体刻蚀反应器216的实时处理显示的图形用户界面(GUI)。另外，监视器222的GUI呈现交互式显示，从而允许用户修改用于正在等离子体刻蚀反应器216中进行的刻蚀操作的控制变量的值。
虽然为了理解清楚起见，已经一定程度上详述了本发明，但显而易见的是，在附属权利要求书的范围内可以实施特定的变化和修改。因此，所述实施例被视为示例性而非限制性的，并且本发明不受限于这里给出的细节，而是可在附属权利要求的范围及等同物内进行修改。
权利要求
1.一种等离子体处理室，其包括底部电极，被配置得保持一基板；第一和第二射频(RF)电源，与底部电极相连；顶部电极，与顶部地线延伸部电隔离；滤波器阵列，用于限定一组滤波器装置；和开关，耦合于顶部电极，该开关被配置得将顶部电极互连到所述滤波器装置组中的所选定的一个，所述滤波器装置组中的一个的选定被配置得基本上允许或禁止由第一RF电源和第二RF电源中的一个或两个所产生的RF电流流过顶部电极。
2.如权利要求1所述的等离子体处理室，其中被禁止流过顶部电极的RF电流通过顶部地线延伸部和一底部地线延伸部中的至少一个转移。
3.如权利要求1所述的等离子体处理室，其中顶部地线延伸部通过石英绝缘体耦合到顶部电极。
4.如权利要求1所述的等离子体处理室，还包括第一控制器，用于调制流向第一RF电源的功率，该第一控制器被配置得控制等离子体的离子能量；和第二控制器，用于调制流向第二RF电源的功率，该第二控制器被配置得控制等离子体密度。
5.如权利要求1所述的等离子体处理室，还包括底部地线延伸部，该底部地线延伸部通过石英绝缘体耦合到底部电极。
6.如权利要求2所述的等离子体处理室，其中通过顶部地线延伸部和底部地线延伸部中的每个的RF电流返回至第一和第二电源。
7.一种具有可选择的操作模式的刻蚀系统，其包括射频(RF)驱动电极，该RF驱动电极被配置得接受由第一和第二RF发生器提供的第一和第二RF电流；无源电极，限定在RF驱动电极上方，以在二者之间限定等离子体区域，该无源电极处于电浮置状态；和选择开关，该选择开关被配置得允许第一和第二RF电流中的一个、两个或零个流过无源电极。
8.如权利要求7所述的刻蚀系统，其中未流过无源电极的RF电流通过一顶部地线延伸部和一底部地线延伸部中的至少一个转移。
9.如权利要求8所述的刻蚀系统，其中顶部地线延伸部通过石英绝缘体耦合到无源电极。
10.如权利要求8所述的刻蚀系统，其中底部地线延伸部通过石英绝缘体耦合到RF驱动电极。
11.如权利要求7所述的刻蚀系统，其中流过顶部地线延伸部和底部地线延伸部中的每一个的RF电流返回至电源。
12.如权利要求7所述的刻蚀系统，其中第一和第二RF发生器包括低频RF发生器和高频RF发生器。
13.如权利要求7所述的刻蚀系统，还包括第一控制器，用于调制流向第一RF发生器的功率，该第一控制器被配置得控制等离子体区域中的等离子体的离子能量；和第二控制器，用于调制流向第二RF发生器的功率，该第二控制器被配置得控制等离子体密度。
14.一种用于在等离子体刻蚀室中刻蚀晶片的方法，其包括提供刻蚀系统，该刻蚀系统具有可选择的操作模式以处理基板；选择刻蚀配方，该刻蚀配方被配置得设置刻蚀系统中的刻蚀环境；选择一个操作模式，以在基板处建立所选定的偏压；和进行刻蚀，所述刻蚀在所设的刻蚀环境和所选的偏压下发生。
15.如权利要求14所述的用于刻蚀晶片的方法，其中选择一个操作模式以在基板处建立所选定的偏压还包括对等离子刻蚀室中的等离子体的等离子体密度和离子能量中的一个进行控制。
16.如权利要求14所述的用于刻蚀晶片的方法，其中可选择的操作模式改变在刻蚀系统的顶部与底部电极之间的有效面积比。
17.如权利要求14所述的用于刻蚀晶片的方法，其中选择一个操作模式以在基板处建立所选定的偏压还包括提供用于流过刻蚀环境的高频和低频RF电流的第一和第二返回路径；阻止高频和低频RF电流中的一个流过第一返回路径。
18.如权利要求17所述的用于刻蚀晶片的方法，其中第一返回路径包括一顶部电极，该顶部电极与第二返回路径电隔离。
19.如权利要求17所述的用于刻蚀晶片的方法，其中阻止高频和低频RF电流中的一个流过第一返回路径的步骤采用了滤波器阵列，该滤波器阵列通过一选择开关连接到一顶部电极。
20.如权利要求14所述的用于刻蚀晶片的方法，其中刻蚀配方包括用于刻蚀环境的温度和压强的参数、流率、流向驱动电极的功率和选择开关设置。
全文摘要
提供了一种用于在宽范围内控制偏压和用于对双射频(RF)电流进行去耦以允许独立地控制用于处理基板的等离子体的等离子体密度和离子能量的方法和设备。示例性的设备提供了等离子体处理室，该等离子体处理室包括被配置得保持一基板的底部电极和连接于底部电极的第一和第二RF电源。还包括与顶部地线延伸部电隔离的顶部电极。包括限定一组滤波器装置的滤波器阵列。一开关耦合于顶部电极并且该开关被配置得将顶部电极互连到一个滤波器装置。滤波器装置被配置得允许或禁止由RF电源的一个或两个所产生的RF电流流过顶部电极。
文档编号H05H1/46GK1620711SQ02813070
公开日2005年5月25日 申请日期2002年6月27日 优先权日2001年6月29日
发明者安德瑞斯·费舍尔 申请人:拉姆研究公司