具有采用vhf源的离子分布均匀性控制器的等离子体反应器的制作方法

专利名称：具有采用vhf源的离子分布均匀性控制器的等离子体反应器的制作方法
技术领域：
本发明的实施方式关于用于处理诸如半导体晶圆的工件的电容性耦合等 离子体源。
背景技术：
电容性耦合等离子体源包含顶电极，其在高于110MHz的甚高频(VHF) 频率下驱动，能在相对低电压下产生高密度等离子体。电容性耦合等离子体源 可进一步产生用于低电极侵蚀的低电极电势，并且视需要，允许将在晶圆表面 的离子能量限制到低级别，同时在宽范围的等离子体密度(甚低到甚高等离子 体离子密度)下进行操作。在该等离子体源中一个固有问题为.由于等离子体 的有效介电常数，顶电极展现出径向传输线效应和负载。例如，在150MHz， 自由空间四分之一波长大约为20英寸，其与顶电极直径(约15英寸)类似。 因此，射频(RF)场在整个顶电极表面上显著变化，引起晶圆表面的处理不 均匀性。对于有效介电常数大于1的等离子体，有效波长降低到小于顶电极直 径，加剧了RF场的不均匀性，使在整个晶圆表面上的处理不均匀性严重。对 于蚀刻工艺，这将在整个晶圆表面上产生不均匀边缘低的蚀刻速度分布。采用各种方法以降低该不期望的效应。在一个方法中，采用磁导向以改变 等离子体离子分布，例如，用于降低其中心高不均匀性，从而产生一定程度上 的平面分布。该方法的一个问题在于源的中心高不均匀性可能超过磁导向的校 正能力。该方法的另一问题为如果磁通量密度过高，则将产生对工件的电充 电破坏。在另一方法中，通过将更高的等离子体RF偏置功率施加到晶圆而增 加等离子体鞘(或偏置)电压。这具有增加等离子体鞘厚度的效应，其反过来通常降低整个顶-等离子体鞘上的电容以及降低整个晶圆-等离子体鞘上的电 容，从而形成串联的三个电容器，包括顶鞘电容、等离子体电容和晶圆鞘电容。 净效应为降低等离子体介电常数的效应，从而降低RF场的不均匀性。在一些 氧化蚀刻等离子体工艺菜单中，需要的高偏置电压与后面的方法兼容。然而， 高等离子体偏置电压在其它类型的等离子体工艺中是不期望的。最差的不均匀 性出现在采用最低等离子体偏置电压的工艺中。在工艺菜单规定的其它工艺条件具有与任一磁导向或者偏置(鞘)电压对 等离子体分布一样大的效应情形，这些方法复杂化。例如，增加腔室压力产生 较低的中心高和更加中心低等离子体离子分布，而降低腔室压力产生较中心高 分布。等离子体分布的其它变化由源功率(等离子体密度)、气体化学组成、 气体混合物的电负性、抽吸速度、气流速度和工艺菜单的规定其它工参数而导 致。发明内容本发明提供了一种用于在反应器的腔室中处理工件支撑底座上的工件的 等离子体反应器。该反应器包括面向底座的顶电极和在底座中的底座电极，以 及耦接到顶电极和底座电极中的相同或不同电极的具有不同频率的第一和第二VHF源。第一和第二VHF功率源分别具有充分高和充分低的频率，以在腔 室内分别生成中心高和中心低的等离子分布非均匀性。该反应器还包括控制 器，其程序化以改变第一和第二VHF功率源的相对输出功率电平以(a)当 等离子体离子分布具有显著的边缘高非均匀性时，增加第一 VHF功率源的相 对输出功率电平；以及(b)当等离子体离子分布具有显著的中心高非均匀性 时，增加第二VHF功率源的相对输出功率电平。在一个实施方式中，该反应器还包括工件升降机构，用于改变工件到顶部 的间隙，该升降机构耦接到控制器，控制器程序化以当分布具有显著的中心高 非均匀性时减小该间隙，以及当分布具有显著的中心低非均匀性时增加该间 隙。在另一个实施方式中，该反应器还包括测量工具，其用于确定在腔室中处 理的工件的处理结果的非均匀分布，该工具连接到控制器。在又一个实施方式中，该反应器还包括第一可变电抗，其耦接在RF接地与底座电极和顶电极的其中之一之间，该电极与第一 VHF功率源耦接的电极相反，该控制器程序化以改变第一可变电抗的阻抗，从而增强第一VHF功率源产生等离子体离子分布的中心高非均匀性的趋势。在一个方案中，该实施方式可进一歩包括第二可变电抗，其耦接在RF接地与底座电极和顶电极的其中 之一之间，该电极与第二VHF功率源耦接的电极相反，该控制器程序化以改 变第二可变电抗的阻抗，从而增强第一 VHF功率源产生等离子体离子分布的 边缘高非均匀性的趋势。


为了能获得并能详细理解本发明的以上所述实施方式，将参照在附图中示 出的实施方式对以上的概述进行更加详细的描述。然而，应该注意到，附图仅 示出了本发明的典型实施方式，并因此其不能被理解为是对本发明范围的限 制，因为本发明可承认其它等效的实施方式。图1A示出了具有施加到顶电极的多VHF源功率频率的等离子体反应器； 图1B描述了在图1A的反应器中控制RF接地回路的阻抗的可变电抗或带 通滤波器的元件；图2示出了具有施加到相对电极的不同VHF频率的等离子体反应器； 图3A和图3B示出了具有施加到各个同心电极的不同VHF频率的等离子 体反应器；图4示出了具有施加到阴极电极的不同VHF频率的等离子体反应器；图5示出了具有两个VHF源功率频率的等离子体反应器，其中高VHF源 功率频率为利用低VHF频率发生器和第三谐波谐振器而产生；图6示出了等离子体反应器，其在具有第三谐波谐振器的VHF频段的低 部分(例如，50-60MHz)中具有单一VHF可变频率发生器，从而在通过改变 发生器输出频率而确定的功率级别下而产生在VHF带的高部分(例如，大于 100MHz)中产生VHF频率组分；图7示出了可利用图1A的反应器实施的工艺；图8示出了可利用图2的反应器实施的工艺；图9示出了可利用图3A的反应器实施的工艺；图10示出了可通过将两个VHF频率fl和f2设置成彼此相等而可以在图2的反应器中实施的工艺；图11示出了可利用图5的反应器实施的工艺；图12示出了图5的反应器的变型中可实施的工艺，其中f2带通滤波器254 和G发生器以及匹配242、 246的位置互换；图13示出了仅使用单一低VHF频率发生器可在图6的反应器中实施的工艺。为了有助于理解，尽可能使用相似的附图标记表示附图中共有的相似元 件。在图里面的附图仅是示意性的并且没有按比例绘制。
具体实施方式
图1A是通过分配不同源功率频率中的电容性耦合等离子体源功率而能控 制等离子体离子密度的径向分布的等离子体反应器的简化示意性图表。反应器 具有通过柱状侧壁202和圆盘状顶部204围绕的真空腔室200。顶部204既为 导电顶电极又为气体分布喷头或板，并且在此将引用为顶电极204。顶电极可 可选地由导电、半导电或绝缘材料覆盖。顶电极204包括在耦接到各个内部和 外部气体歧管210、212的底表面204c上的气体注射孔的内部和外部区域206、 208。内部和外部区域工艺气体供应214、 216将工艺气体配送到内部和外部歧 管210、 212。晶圆支撑底座218可支撑诸如半导体晶圆220的工件。底座218 可具有静电夹盘的部件，包括围绕内部电极226的底层222和绝缘顶层224。 真空泵228通过腔室200的底(floor) 230耦接。底座218被支撑在腿部件232 上，该腿部件232耦接到可提升或降低底座218高度的升降机构。在一个实施 方式中，升降机构234提供在大约0.3英寸到大约6英寸范围内的晶圆-到-顶 部间隙。晶圆通过施加到电极226的来自直流供应236的直流钳位电压而夹持 到底座上。直流供应236典型地包括低通滤波器，以将直流供应与存在于电极 226上的RF电压绝缘。RF偏置功率可直接耦接到内部电极226，或者可通过 导电底层222间接耦接。底座218典型地包括导电接地外壳217，其通常利用 绝缘材料诸如石英、陶瓷或塑料而与导电底层222和内部电极226绝缘。可选 地，导电底层218可接地。在整个腔室200上的等离子体离子径向分布均匀性通过提供一对VHF等 离子体源功率发生器240、 242来控制。在一个方案中，RF发生器240具有在VHF范围的上部分中的频率，在110和250MHz之间的大小，并且标称约为 162MHz，而其它RF发生器具有在VHF范围较低部分中的频率，在大约 40-90MHz的大小，并且标称为大约60MHz。我们已经发现来自发生器240(如 果仅应用该发生器)的较高VHF频率趋于产生中心高并且边缘低的等离子体 离子密度径向分布，而来自发生器242 (如果仅应该该发生器)的较低VHF 频率趋于产生中心低且边缘高的等离子体离子密度径向分布。在该方面，当同 时使用时，这两个发生器彼此互补。在一个实施方式中，发生器240、 242其 中之一的输出功率彼此相应地调整，以改变中心低图案和中心高图案之间的等 离子体离子密度径向分布。选择两个发生器240、 242的RF功率(或电压或 电流)级别的比率，以最小化中心高和中心低的非均匀性并建立几乎没有这两 种非均匀性的更加接近均匀的等离子体离子分布，并因此接近或基本上均匀。 该均匀性可通过测量整个晶圆或工件上的蚀刻速度的径向分布而确定。该分布 的变化随着均匀性增加而降低。对于蚀刻速度的更均匀径向分布的变化可以低 至4%或更低，例如。在一个实施方式中，较高VHF频率发生器240通过阻抗匹配网络244耦 接到顶电极204，该阻抗匹配网络244可以为任一固定的或者为动态的并且可 以由集总元件或者分散元件形成。较低的VHF频率发生器242通过阻抗匹配 网络246耦接到顶电极204，该阻抗匹配网络246由集总元件或者分散的元件 形成并且可以为固定的或者动态的。高VHF匹配244的输出通过陷频滤波器 248与低VHF发生器242的输出隔离，对该陷频滤波器248调谐以阻挡围绕 低VHF发生器242的频率f2成中心的窄带，或者可选地通过高通滤波器调谐 以阻抗低VHF发生器242的频率G。低VHF匹配246的输出通过陷频滤波器 250与高VHF发生器240的输出隔离，该陷频滤波器250调谐以阻挡围绕高 VHF发生器240的频率fl呈中心的窄带，或者可选地通过低通滤波器调谐以 阻挡高VHF发生器240的频率fl 。根据传统的实施并结合匹配网络而设计滤 波器电路，从而实现具有所需频率隔离的期望匹配范围。对于每个VHF频率fl、 f2，提供两个RF接地回路。通过将侧壁202接 地，提供沿着腔室200侧部的路径，如在附图中所示。沿着该路径的VHF电 流促进边缘高中心低的等离子体离子径向分布，或者至少相对于通过腔室中心 的RF接地回路而促进较低中心高等离子体离子径向分布。通过将底座电极226(或底层222)经过各个调谐(可变)带通滤波器252、 254耦接到地面而可 选地提供经过腔室200中心的路径，其中带通滤波器252、 254彼此独立受控。 可变带通滤波器252具有窄通带，其包括(或至少大约在其上呈中心)较高 VHF发生器240的频率fl。可变带通滤波器254具有窄通带，其包括(或至 少大约在其上呈中心)较低VHF发生器242的频率f2。带通滤波器252、 254 两者都提供在各自的带通频率fl、 f2下的各自接地的阻抗。通过控制器270 改变这些阻抗，以确定来自底座电极226和侧壁202之间的每个发生器240、 242的RF电流的分配。该电流的分配通过改变每个带通滤波器252、 254的电 抗而控制。可采用电容和电感组件的传统RF滤波器电路，以实施可变的带通 滤波器252、 254。根据传统的实施，这些滤波器可实施为电容和电感组件的 集总元件或实施为分散的元件，诸如同轴的调谐元件或线脚(stub)。例如， 图1B为可在图1A的反应器中采用的可变带通滤波器类型的简化示意图。图 1B的可变带通滤波器可包括并联电容器256、感应器258和负载电容器260、 电容器256、 260的任一个或两者都可变化。根据一个方案，滤波器252、 254 不必为带通滤波器或具有带通滤波器的频率响应。例如，滤波器252、 254的 其中之一或两者可以为高通滤波器或低通滤波器，或者其响应可改变以作为任 何类型的滤波器的反应性元件。可选地，通过将底座电极226接地，可提供 RF接地回路经过腔室200的中心。这可经过高通滤波器以允许RF偏置的有 效绝缘。RF偏置功率施加到ESC (静电夹盘)电极226，包括通过LF (低频)阻 抗匹配264来自低频RF功率发生器262的LF功率(例如，大约2MHz), 和通过HF阻抗匹配268来自高频RF功率发生器266的HF功率(例如，大 约13.56MHz)。典型地，选择RF偏置频率，使得LF功率级别控制峰值离子 能量，同时HF功率级别控制离子能量分布的中心宽度。对于施加到ESC电极 226的每个RF偏置源，提供RF电流接地路径。通过将顶部经过带通或低通 滤波器将顶部耦接到地面，可选地提供通过顶部204的路径。另外，可变的电 抗可插入在路径中，以允许相对于到其它表面的偏置返回电流，即到壁202 和环219的电流，而控制到顶部的偏置返回电流。可增加插入电抗或阻抗，以 迫使更大的偏置返回电流到边缘(环219或壁202)，其趋于促成边缘高等离 子体离子密度均匀性条件。可选地，可降低插入电抗或阻抗，以使较少的偏置返回电流到边缘(环219或壁202)，其趋于促成中心高等离子体离子密度均匀性条件。两个VHF源功率发生器240、 242可以连续波(CW)模式中操作或它们 可相对于彼此而同步或不同步地脉冲。然而，偏置功率发生器262、 266的任 一个或两者可以CW模式操作或以脉冲模式操作。在脉冲模式中，可控制它们 的工作周期，以控制晶圆表面的时间平均RF偏置功率或电压(并因此控制离 子能量)。偏压发生器262、 266的脉冲可以相对于彼此和/或相对于源功率发 生器240、 242为同步的或不同步的。在脉冲模式中，任何成对的相对于彼此 脉冲同步的前述发生器可具有它们的RF包络(envelope)与时间一致或者随 时间偏移以及可重叠或不重叠。通过在底座218的晶圆支撑表面下方的高度处提供从底座218侧部径向向 外延伸的晶圆下方的接地回路219，在整个晶圆220的表面上的气流均匀性和 晶圆边缘附近的RF场的均匀性可得到改善。晶圆下方的接地回路219通常成 形为柱状或朝向侧壁202延伸的平面孔环，以形成间隙203，其部分限制来自 晶圆上方的工艺区域的气流进入到通过真空泵228抽空的晶圆下方的抽吸环 面中。晶圆下方的接地回路的高度位于诸如晶圆狭口阀229或抽吸口的部件上 方，由于气流图案或静电或电磁场中的不对称而在等离子体分布中产生不期望 的不对称。在侧壁和晶圆下方的接地回路219的外边缘之间的窄间隙部分地限 制气流，使得晶圆220上方的区域相对地免受该不对称性影响，从而改善工艺 均匀性。在一个实施方式中，晶圆下方的接地面219由导电材料形成并接地。 这因此提供在晶圆边缘处更加均匀的接地参考，其使得磁场在那里更加均匀并 且更不易受到腔室内部中导电表面分布中不对称性影响。环219还可用作等离 子体边界，以有助于将等离子体空间限制到环219上方的腔室区域。在可选的 实施方式中，环219不用作接地面，并且其替代地由不导电材料形成。在另一 可选实施方式中，接地返回环(或圆柱体)219位于工件处或晶圆高度处或工 件高度上方。其可以位于或接近顶部高度并同心式围绕顶电极204。在另一实 施方式中，可利用升降机构，相对于工件高度而选择性地调整接地返回环219 的高度。例如，通过将环219粘结到底座218的外侧，通过底座升降机构而将 环219升起并降低。接地返回环219可与腔室中的其它接地表面(诸如ESC 底层224)绝缘，从而不直接耦接到地面，并且替代地通过可变的反应性元件(例如，可变的滤波器252)而耦接到地面。在该情形下，对于VHF频率f2， 接地返回环219用作边缘接地回路。因此，该边缘接地回路的高度是可变的， 并用作反应器的可调参数的其中一个。
均匀性控制器270控制两个VHF发生器240、 242的相对功率输出级别并 且可选地控制可变的带通滤波器252、 254的阻抗。控制器270可设置高VHF 频率(fl)带通滤波器的阻抗，以提供通过晶圆220的较低阻抗接地回路，其 比在较高VHF频率fl下通过侧壁202接地回路的阻抗低，使得来自fl发生 器240的功率产生更加显著的中心高径向分布。另外，控制器270可设定低 VHF频率(f2)带通滤波器的阻抗，以提供通过晶圆220接地回路较高的阻抗， 其比在较低VHF频率f2下通过侧壁202接地回路的阻抗低，使得来自f2发 生器242的功率产生更加显著的中心低和边缘高径向分布。控制器270分配高 和低VHF频率发生器240、 242的相对功率输出级别，以或者抑制蚀刻速度分 布的中心高不均匀性(通过增加较低VHF频率发生器242的功率输出)或者 抑制蚀刻速度分布的边缘高非均匀性(通过增加较高VHF频率发生器240的 功率输出)。控制器270可响应通过下游或在线测量仪器272在前述处理的晶 圆上所测量的不均匀图案而进行这些调整。在连续的晶圆处理中，可采用标准 的反馈控制校正技术，实施为控制器270中的程序化算法，以通过均匀性控制 器270进行连续的校正，从而最小化通过测量仪器272所感应的蚀刻速度分布 中的不均匀性。测量仪器272可程序化，以通知控制器270等离子体离子密度 分布是否具有显著地中心高非均匀性或显著地边缘高非均匀性。可选地，测量 仪器272可包含原位传感器，以提供到控制器270的实施信号。OES(发光光 谱仪)传感器可放置在顶部204上不同半径处，提供径向等离子体激励的物质 密度的指示。等离子体自身可用作光源，或可使用外部光源。可选地，干涉测 量传感器可放置在顶部204上不同半径处，提供工件薄膜厚度变化速度随半径 的函数的指示。可选地，离子通量传感器可放置在顶部204不同半径处，提供 径向等离子体离子密度的指示。可选地，电压传感器可放置在顶部204不同半 径处，提供径向电极电压的指示。可选地，绝缘的电压传感器可放置在顶部 204不同半径处，提供径向等离子体浮动电势的指示。等离子体均匀性的实时 控制可通过控制器270利用传感器输入和传统的技术来执行。
均匀性控制器还可控制升降机构234，以提供改善等离子体离子分布均匀性(或蚀刻速度分布均匀性)的另一控制因素。通过将底座218朝向顶电极
204提升，减小晶圆-到-顶部间隙，其抑制晶圆中心附近的等离子体离子密度 并促进晶圆边缘附近的等离子体离子密度。相反地，通过降低底座218离开顶 电极204，增加晶圆-到-顶部间隙，其提高晶圆中心上方的等离子体离子密度， 同时晶圆边缘的等离子体离子密度降低。因而，等离子体分布将通过分别提升 或降低底座218而表现出更加中心高或更加中心低的情形。如上所述，等离子 体分布可通过分别增加或降低较高VHF频率功率与较低VHF频率功率的比率 而表现出更加中心高或更加中心低的情形。因而，底座高度和VHF功率比率 是影响等离子体离子分布的两个不同控制条件。均匀性控制器270可同时采用 这两个控制条件以优化等离子体离子分布均匀性。例如，可通过增加较高VHF 频率发生器240的输出功率而降低边缘高等离子体非均匀性，其将趋于增加等 离子体离子分布的中心高峰值。通过提升底座218以降低晶圆-顶部间隙直到 实现优化的等离子体分布，可抑制中心高峰值的所述增加，而不需要进一步改 变VHF功率分配。这对于要求低RF偏置和低腔室压力的工艺菜单是有效的， 其中在该情形下等离子体离子分布的中心高峰值是尤其显著的。VHF频率分 配的控制与晶圆-顶部间隙的控制一起延伸控制器270能抵消的非均匀性范围。 对于严重的中心高非均匀性，例如，控制器270可要求增加较高与较低VHF 频率功率分配比率且要求较窄的晶圆-顶部间隙。
可变的晶圆-到-顶部间隙影响特定VHF频率(例如fl或G)具有非均匀 等离子体离子密度分布的峰的位置。因此，控制器270可设定该间隙以优化fl 的选择，从而产生显著的中心高非均匀性等离子体离子密度分布，以及优选f2 的选择，从而产生显著的边缘高非均匀性等离子体离子密度分布。例如，控制 器270设定晶圆-顶部间隙以优化fl和f2的选择，从而产生不同的非均匀性图 案，并且控制器270改变在不同的频率fl、 f2下RF功率(或电流或电压)的 比率以控制等离子体离子分布并降低其非均匀性。
控制器270可响应来自测量仪器272的等离子体离子密度分布中的显著中 心高或边缘高非均匀性指示，通过测量和控制(改变)以下任一因素以趋于降 低该非均匀性(a)在频率fl、 f2下的RF电压比率；(b)在频率fl、 f2 下的RF电流比率；或(c)在频率fl、 f2下的RF功率比率。可以在例如各个 电极处或者另一适当的位置处进行该测量。在一个交替模式中，控制器270改变等离子体离子密度分布而不必要改变
较高(fl)和较低(f2) VHF发生器240、 242中的功率分配。替代地，等离 子体离子密度分布由控制器270通过改变由fl和￡2可变带通滤波器252、 254 所表示的到中心接地回路的阻抗而变化。例如，较高频率(fl) VHF功率在等 离子体密度分布产生中心峰或抑制边缘峰的趋势可通过改变由可变带通滤波 器252对fl功率提供的阻抗而增加或降低。类似地，较低频率(f2) VHF功 率在等离子体离子密度分布中产生边缘峰或抑制中心峰的趋势可通过改变由 可变带通滤波器254对f2功率提供的阻抗而增加或降低。该变化影响在每个 频率fl 、 f2下在中心接地回路(顶部-到-晶圆)和侧部接地回路(通过侧壁202) 之间的VHF电流的分配。通过将更多的fl功率导引到中心接地回路，增加较 高VHF频率(fl)功率产生中心高分布的趋势。通过将更多的f2功率导引到 侧壁接地回路，增加较低VHF功率(f2)功率产生边缘高分布的趋势。在一 些情形下，控制器可改变两个频率fl、 f2的仅其中之一的接地回路分配。
在图1A的反应器的另一交替模式中，仅其中一个VHF发生器(例如， 仅发生器240)提供RF功率，其它发生器(例如，发生器242)不使用或者 被除去。均匀性控制器270通过改变fl带通滤波器252而改变等离子体离子 径向分布，从而控制通过ESC电极226的接地回路的阻抗。这分配通过ESC 电极226的中心路径与通过侧壁202的侧部路径之间的接地返回电流。因此， 控制器270的该特征改变等离子体离子分布(或等效地在蚀刻速度分布中)的 中心高和中心低的非均匀性，以优化均匀性。
虽然在图1A中仅示出两个VHF发生器240、 242，但是可采用具有不同 频率的更多VHF发生器。例如，可采用具有高于两个VHF发生器240、 242 任一个的频率的第三VHF发生器。如上所述，高VHF频率发生器(例如， 162MHz)产生等离子体离子分布中的中心峰，同时低频率发生器242(60MHz) 产生边缘峰。可通过引入具有更高频率的第三VHF发生器而改善均匀性，其 中第三VHF发生器在中心和边缘之间产生峰，该峰填充等离子体离子密度径 向分布中的最小值。
图1A的反应器可用于再生等离子体工艺条件属性，其具有由单一HF(高 频)(13.56MHz)频率源常规产生的仅甚低密度偏置的等离子体，以产生等 离子体离子并控制晶圆上的偏置电压。该模拟可通过仅施加来自发生器264的LF (例如，2MHz)偏置功率而实现，并将两个VHF发生器240、 242的每 一个的输出功率设定到甚低级别(例如，10瓦特)，以建立所需的低等离子 体离子密度。其优点在于可以输出功率的极细微变化来调整两个发生器240、 242，以在比由单一 HF (13.56MHz)频率源实现的更宽的变化工艺条件范围 下保持等离子体均匀性。
图2描述了图1A的反应器的变型，其中较低VHF频率(f2)发生器242 及其匹配246和陷频滤波器250耦接到ESC电极226，而不是顶电极204。在 该情形下，f2接地回路通过顶电极204。因此，f2可变带通滤波器254耦接到 顶电极204，而不是ESC电极226。陷频滤波器255，其调谐以阻挡来自更高 VHF频率(fl)发生器240的RF电流，可连接到f2带通滤波器254。类似地， 陷频滤波器253，其调谐以阻挡来自较低VHF频率(f2)发生器242的RF电 流，可连接到fl带通滤波器252。
在图2的反应器的一个可选模式中，分别应用到顶(顶电极204)和底部 (ESC电极226)的VHF频率fl和f2为相同的频率(fl=f2)。在该情形下， 控制器270通过改变顶电极204的电压(或电流)和ESC电极226的电压(或 电流)之间的相位而改变离子密度(或蚀刻速度)的径向分布。例如，通过改 变带通滤波器252、 254的电抗而控制在顶电极204的电流和ESC电极226的 电流之间的相位。例如，如果带通滤波器252、 254的电抗相同(并且如果没 有其它差异)，则顶电极204的RF电流和ESC电极226的RF电流之间的相 位角是零。在180度相位处，本质上顶电极204和ESC电极226之间的所有 电流，产生中心高分布的等离子体离子密度或蚀刻速度。在零度相位，本质上 从顶电极204或ESC电极226任一到侧壁202的所有电流，产生中心低边缘 高分布。因此，控制器270可改变0和180度之间的相位角度，以获得宽范围 的结果。
在图2的反应器的另一交替模式中，只有其中一个VHF发生器(g卩，仅 f2发生器242)提供RF功率，其它发生器240不使用或者被去除。均匀性控 制器270通过改变f2带通滤波器254而改变等离子体离子径向分布，从而控 制通过顶电极204的接地回路的阻抗，使得其相对于通过侧壁202的接地回路 的(固定)阻抗而增加或降低。这分配在通过顶电极204的中心路径与通过侧 壁202的侧部路径之间的接地返回电流。因此，控制器270的这个特征改变等离子体离子分布(或等效地蚀刻速度分布)中的中心高和中心低的非均匀性， 以优化均匀性。
在图2的反应器的又一交替模式中，仅有其中一个VHF发生器(即，仅 fl发生器240)提供RF功率，其它发生器242不使用或者被去除。均匀性控 制器270通过改变f2带通滤波器252而改变等离子体离子径向分布，从而控 制通过ESC电极226的接地回路的阻抗，使得其相对于通过侧壁202的接地 回路的(固定)阻抗而增加或降低。这分配在通过ESC电极226的中心路径 与通过侧壁202的侧部路径之间的接地返回电流。因此，控制器270的这个特 征改变等离子体离子分布(或等效地蚀刻速度分布)中的中心高和中心低的非 均匀性，以优化均匀性。
图3A和图3B描述了图1A的反应器的变型，其中顶电极204被分成彼此 电绝缘的径向内部和外部区段204a、 204b，并且通过各自的发生器240、 242 单独地驱动。虽然可选择任一发生器以驱动内部电极204a，留下其它发生器 以驱动外部电极204b，但是优选地为较高VHF频率发生器240耦接到内部电 极204a而较低VHF频率发生器242耦接到外部电极204b，以增强形成中心 高离子分布的较高频率趋势，并增强形成中心低离子分布的较低频率趋势。
图4描述了图1A的反应器的变型，其中VHF发生器240、 242驱动ESC 电极226，同时接地返回带通滤波器252、 254耦接到顶电极204。
图5描述了图2的反应器的变型，其中两个频率fl和12都在VHF带较 低部分中。例如，fl和f2分别为54MHz和60MHz。这表示通过消除对具有 接近200MHz或大于150MHz的输出频率的高VHF频率发生器的需要，节约 了大量成本。在图5的反应器中，缺失的高VHF频率(例如，162MHz)，其 提供中心高响应，是由耦接到顶电极204 (或可选地耦接到fl发生器240的输 出端)的高VHF频率(例如，162MHz)谐振器274所产生。优选地，谐振器 274调谐，以在fl的奇数谐波下共振，诸如第三谐波。例如，如果f^54MHz， 则在谐振器274中所产生的第三谐波将为162MHz。通过反应器腔室中等离子 体的非线性响应而便于较高谐波的产生，其中该反应器腔室与谐振器272协作 充当为频率倍增器。可变带通滤波器252调谐至fl的第三谐波，使得来自发 生器240的在fl下的部分RF功率被转换为fl的第三谐波。
在图5的反应器的另一交替模式中，仅有其中一个VHF发生器(即，仅发生器240)提供RF功率，其它发生器242不使用或被去除。均匀性控制器 270通过改变fl带通滤波器252而变化等离子体离子径向分布，从而控制通过 顶电极204的接地回路的阻抗，使得其相对于通过侧壁202的接地回路的(固 定)阻抗而增加或降低。这分配在通过顶电极204的中心路径与通过侧壁202 的侧部路径之间的接地返回电流。因此，控制器270的这个特征改变等离子体 离子分布(或等效地蚀刻速度分布)中的中心高和中心低的非均匀性，以优化 均匀性。
图6描述了反应器的变型，该反应器同时采用高和低VHF频率但是仅采 用单一低VHF频率发生器以实现较大的成本节约。低VHF发生器240为可变 频率振荡器(VFO)，其频率通过控制器270而在基本频率f和f±Af之间变 化，其中Af为f的小偏差。谐振器274调谐到基本频率f的第三谐波，F = 3-f。 通过变化发生器240的频率，与发生器输出频率f士Af和第三谐波为谐振器274 的共振频率的基本频率f之间的差成反比，来增加或降低转化为第三谐波F的 发生器的输出功率的比例。结果为两个频率，即发生器输出频率f±Af和共振 频率F，耦接到等离子体，并且通过改变发生器240的输出频率而控制它们的 相对功率级别。通过减小传感器输出频率和基本频率f之间的差，在第三谐波 下耦接到等离子体的功率增加而在基本频率f下的功率降低，从而增加中心高 非均匀性或降低边缘高非均匀性。相反，通过增加发生器输出频率与基本频率 f之间的差，在第三谐波下耦接到等离子体的功率降低，而在基本频率f下的 功率增加，从而增加边缘高的非均匀性或降低中心高的非均匀性。因此，由控 制器270通过变化VFO或发生器240的频率而调节等离子体均匀性。两个可 变带通滤波器252、 254具有分别在基本频率f和第三谐波F下呈中心的带通。
在一个方案中，内部腔室元件由金属诸如铝形成。为了防止或最小化等离 子体处理期间的金属污染，暴露于等离子体的金属腔室元件表面，诸如侧壁 202的内部表面和底座218的暴露表面，由工艺兼容材料诸如例如氧化钇的薄 膜涂敷。该薄膜可以为等离子体旋涂氧化钇。可选地，块状陶瓷材料诸如氧化 钇可粘结到下面的金属内部腔室元件。例如，顶部204可具有在暴露于等离子 体的侧壁上的粘结的陶瓷板。侧壁202可包括在暴露于等离子体的侧壁上的粘 结的陶瓷柱体，或者环219可包括在暴露于等离子体的侧部上的粘结的陶瓷 环。陶瓷材料可掺杂或者另外制造，使得它们的电阻率为半导电范围内(例如，在108到10"欧姆^m的范围中的电阻率)，为施加到ESC电极226的ESC 钳位电压提供直流电流回路。这些腔室表面可加热，以最小化诸如聚合物的材 料的不期望沉积或聚集，例如，或冷却以最小化或消除蚀刻，或采用加热和冷 却的受控温度。通过采用适当的化学物质，可在等离子体蚀刻工艺中清洗腔室 的内部表面。例如，在干法清洗步骤中，可将氧气或含氧，或氯气或含氯气体 引入到腔室中，并且可使用VHF源功率发生器240、 242和/或偏置功率发生 器262、 266而产生等离子体。图7示出了可使用图1A的反应器实施的工艺。在图7的方块300中，RF 等离子体源功率通过电极(顶部或晶圆)同时在两个不同VHF频率fl和f2 下电容性耦接，其中fl为VHF带(例如，162MHz)的较高范围中以及f2在 VHF带(例如，50-60MHz)的较低区域中。在方块302中，对于每个频率fl 和f2，通过提供带通滤波器252、 254到地面，各个中心接地回路经过相反电 极(晶圆或顶部)提供，如图1A所示。在图7的方块304中，对于每个频率 fl和G，通过将侧壁202接地，提供经由侧壁的边缘回路，如图1A所示。在 方块306中，通过调节带通滤波器252，相对于fl边缘回路的阻抗而调节fl 中心回路的阻抗，以促进在fl频率下到中心回路的电流流动。在方块308中， 通过调节带通滤波器254，相对于f2中心回路的阻抗而调节G边缘回路的阻 抗，以促进在G频率下到侧壁的电流流动。在方块310中，通过选择在fl频 率下的VHF功率与在f2频率下的VHF功率之间的比率，均匀性控制器270 改善径向等离子体离子密度分布的均匀性。通过降低在fl频率下的VHF功率 相对于在f2频率下的VHF功率之间的比率，可实施方块310的步骤，来降低 中心高等离子体离子密度分布(方块312)。或者，可通过降低在f2频率下的 VHF功率相对于在fl频率下的VHF功率之间的比率，可实施方块310的步骤， 以降低边缘高的等离子体离子密度分布不均匀性(方块314)。作为影响或改 善离子密度分布的另一方式，控制器270可调整fl和f2任一或两者的中心和 边缘回路的阻抗(通过调整各自的带通滤波器252、 254)，以达到以下任一 (a)朝向边缘引导更多的电流，以抑制中心高的非均匀性或(b)朝向中心引 导更多的电流以抑制边缘高的非均匀性(方块316)。在本说明书中，均匀性可指关于径向等离子体离子密度分布。应该理解， 该分布是从蚀刻速度径向分布推断或等效于蚀刻速度径向分布，其中蚀刻速度径向分布可以在反应器中通过等离子体蚀刻工艺处理的整个晶圆表面上进行图8示出了可使用图2的反应器实施的工艺。在图8的方块31S的步骤中， RF等离子体源功率通过一个电极(顶部或晶圆)在较高VHF频率fl (例如， 大约162MHz)下电容性耦接，同时RF等离子体源功率通过相反的电极(晶 圆或顶部)在较低VHF频率f2 (例如，大约50-60MHz)下电容性耦接。在 方块320中，对于频率fl，提供经过相反电极的中心回路。在方块322中，对 于频率f2，提供经过电极的中心回路。在方块324的歩骤中，对于每个频率 fl和f2，提供经过侧壁的边缘回路。在方块326的步骤中，通过调节可变带 通滤波器252，相对于fl边缘回路的阻抗而调节fl中心回路的阻抗，以促进 到中心回路的在fl频率下的电流。在方块328的步骤中，通过调节可变带通 滤波器254， f2侧部回路的阻抗相对于f2中心回路的阻抗进行调节，以促进 在G频率下流到侧壁的电流。在方块330的步骤中，通过选择在fl频率下的 VHF功率与在f2频率下的VHF功率之间的比率，控制器270改善径向等离子 体离子密度分布的均匀性。可通过降低在fl频率下的VHF功率与在G频率 下的VHF功率之间的比率，而实施该歩骤，从而降低中心高的等离子体离子 密度分布(方块332)。通过降低在f2频率下的VHF功率与在fl频率下的 VHF功率之间的比率，实施该步骤，从而降低边缘高的等离子体离子密度分 布的非均匀性(方块334)。可选地或除了方块330的步骤之外，通过调节fl 和f2任一或两者的中心和边缘回路的阻抗(通过调节各个带通滤波器252、 254)，控制器270可改善均匀性，以实现以下任一个(a)朝向边缘引导更 多的电流，以抑制中心高的非均匀性或(b)朝向中心引导更多的电流以抑制 边缘高的非均匀性(图8的方块336)。图9示出了可使用图3A的反应器实施的工艺。在图9的工艺中，在较高 VHF频率fl下经过内部顶电极的RF等离子体源功率，RF等离子体源功率经 过外部顶电极在较低VHF频率f2下电容性耦接(图9的方块338)。在方块 340，对于频率fl，通过提供耦接到地面的带通滤波器252，提供经过晶圆的 中心回路。在方块342，对于频率G，通过提供耦接到地面的带通滤波器254， 提供经过晶圆的中心回路。在图9的方块344中，对于每个频率fl和f2，通 过将侧壁202接地，提供经过侧壁202的边缘回路，如图3A中所示。在方块346的步骤中，通过调节带通滤波器252的电抗，相对于fl边缘回路的阻抗而 调节fl中心回路的阻抗，以促进在fl频率下流到中心回路的电流。在方块348 的步骤中，通过调节带通滤波器254的电抗，相对于f2中心回路的阻抗而调 节f2边缘回路的阻抗，以促进在f2频率下流到侧壁的较大电流。在方块350 中，通过选择在fl频率下的VHF功率与在f2频率下的VHF功率之间的比率， 控制器270改善径向等离子体离子密度分布(或晶圆上的蚀刻速度分布)的均 匀性。通过降低在fl频率下的VHF功率与在f2频率下VHF功率之间的比率， 可实施该步骤，以降低中心高等离子体离子密度分布(方块352)。或者，通 过降低在f2频率下的VHF功率与在fl频率下VHF功率之间的比率，可实施 该步骤，以降低边缘高等离子体离子密度分布非均匀性(方块354)。可选地， 或者除了方块350的步骤之外，通过调节fl和f2任 一或两者的中心和边缘回 路的阻抗，控制器270可改善等离子体离子密度分布的均匀性(或者晶圆上的 蚀刻速度分布)以实现以下任一(a)朝向边缘引导更多的电流，以抑制中 心高的非均匀性或(b)朝向中心引导更多的电流以抑制边缘高的非均匀性(图 9的方块356)。图10示出了可在图2的反应器中通过将两个VHF频率fl和f2设定成彼 此相等(或者至少几乎彼此相等)而实施的工艺。带通滤波器252、 254在该 情形下用作可变电抗，其可控制或改变在顶部和晶圆处VHF电压(或电流) 之间的相位。在图10的方块358的步骤中，RF等离子体源功率经过一个电极 (顶或晶圆)在VHF频率下电容性耦接，同时经过相反的电极(晶圆或顶部) 在相同的VHF频率下而电容性耦接RF等离子体源功率。在方块360中，在 图2的相反电极226处提供控制元件诸如可变电抗(例如，可变带通滤波器 252)，用于控制相位。在方块362中，在电极204处提供控制元件诸如可变 阻抗(例如，可变带通滤波器254)，用于控制相位。在方块364的步骤中， 通过将侧壁202接地而提供边缘回路。在方块366的步骤中，通过控制在电极 和相反电极处的VHF电流之间的相位差，控制器270改善径向等离子体离子 密度分布的均匀性。通过将相位差移到180度，可实施该步骤，以降低中心高 等离子体离子密度分布(图10的方块367)。或者，通过将相位差移到O度， 可实施方块368的步骤，以降低边缘高等离子体离子密度分布非均匀性。图11示出了可使用图5的反应器实施的工艺。在图11的方块370中，RF等离子体源功率在两个类似的VHF频率fl和f2下，两者都在VHF带的 较低区域中，分别到电极(图5的204)以及到相反的电极(图5的226)。 这表示通过去除高VHF频率(例如，160-200MHz)发生器的成本而节约了重 大成本。在图11的方块372中，电极204耦接到具有fl的奇数(例如，第三) 谐波并且位于VHF带的较高区域中的共振频率的谐振器(图5的274)，从 而产生在奇数(例如，第三)谐波(例如，163MHz)下的VHF功率。在方块 374，对于fl的第三谐波，提供经过相反电极(图5的266)的独立的中心回 路，例如通过提供带通滤波器252。在方块376，对于VHF频率f2，例如通过 提供带通滤波器254，提供经过电极204的独立的中心回路。在方块378，通 过将侧壁(图5的202)接地，对于f2和对于fl的奇数谐波，提供经过侧壁 的边缘回路。在方块380的步骤中，通过调节带通滤波器252的电抗，控制器 270相对于fl谐波边缘回路的阻抗而调节fl谐波中心回路的阻抗，从而促进 在fl谐波下流到中心回路的电流。在方块382的步骤中，通过调节带通滤波 器254的电抗，控制器270相对于f2中心回路的阻抗而调节Q边缘回路的阻 抗，以促进在f2频率下到侧壁的电流。通过选择fl和f2发生器之间的VHF 功率比率，控制器270改善径向等离子体离子密度分布的均匀性，以控制fl 谐波功率与耦接到等离子体的f2功率之间的比率(方块384)。通过降低在 fl频率下所产生的VHF功率与在f2频率下的VHF功率之间的比率，可实施 该歩骤，以减小中心高等离子体离子密度分布(方块386)。或者，通过降低 在f2频率下的VHF功率与在fl频率下所产生的VHF功率之间的比率，可实 施该歩骤，以减小边缘高等离子体离子密度分布非均匀性(图11的方块388)。 可选地或除了方块384的步骤之外，通过调节f2和fl的谐波的任一个或两者 的中心和边缘回路的阻抗，控制器270可改善等离子体离子密度分布均勻性， 以实现以下任一(a)朝向边缘引导更多的电流，以抑制中心高的非均匀性 或(b)朝向中心引导更多的电流以抑制边缘高的非均匀性(方块390)。图12示出了可在图5的反应器的变型中实施的工艺，其中在该反应器的 变型中f2带通滤波器254和G发生器的位置与匹配242、 246的位置互换， 使得两个频率fl、 f2驱动顶电极204。在方块392， RF等离子体源功率在两 个类似的较低VHF频率fl和f2下同时被提供到电极(例如，图5的顶电极 204)。在方块394，谐振器(图5的274)耦接电极204，谐振器具有为fl的奇数谐波的共振频率，以产生在奇数谐波下的VHF功率。通过提供倍频效应的等离子体的非线性响应有助于该频率增频变频。在图12的方块396中， 通过提供耦接到地面的带通滤波器252，对于fl的谐波，提供经过相反电极(图 5的226)的单独的中心回路。在图12的方块398中，通过提供耦接到地面的 图5的带通滤波器254，对于VHF频率f2，提供经过相反电极的单独的中心 接地回路。在方块400中，通过将图5的侧壁202接地，对于fl的谐波和f2， 提供经过侧壁的边缘回路。在方块402中，通过调节图5的带通滤波器252， 控制器270相对于fl谐波边缘回路的阻抗而调节fl谐波中心回路的阻抗，以 促进在fl谐波下经过中心回路的电流。在图12的方块404中，通过调节图5 的带通滤波器254的电抗，控制器270相对于￡2中心回路的阻抗而调节f2边 缘回路的阻抗，以促进在G频率下到测量的电流。在方块406，通过旋转在 fl和f2发生器之间的VHF功率比率，控制器270改善径向等离子体离子密度 分布的均匀性，以控制fl谐波功率和耦接到等离子体的G功率之间的比率。 通过降低在fl谐波下的VHF功率与在f2功率下的VHF功率之间的比率，可 实施该步骤，以降低中心高等离子体离子密度分布(方块408)。或者，通过 降低在f2频率下的VHF功率与在fl谐波下的VHF功率之间的比率，可实施 该步骤，以降低边缘高等离子体离子密度分布非均匀性(方块410)。可选地 或除了在方块408的工艺之外，通过调节fl谐波和f2的任一个或两者的中心 和边缘回路的阻抗，控制器270可改善均匀性，以实现以下任一(a)朝向 边缘引导更多的电流，以抑制中心高的非均匀性或(b)朝向中心引导更多的 电流以抑制边缘高的非均匀性(图12的方块412)。图13示出了可在图6的反应器中实施的工艺，仅使用单一的较低VHF频 率发生器(在大约50-60MHz之间)，以实现在以上所述的反应器中需要两个 发生器的功能性。在图13的方块414中，RF等离子体源功率经过电极(例如， 图6的顶电极204)从具有包括基本较低VHF频率f的频率范围的可变频率 VHF发生器240电容性耦接。在方块416中，谐振器274耦接到电极204，该 谐振器具有共振频率F，其为基本频率F的奇数谐波，从而使用在腔室中的等 离子体作为非线性混合元素产生在奇数谐波下的VHF功率。在方块418中， 通过提供耦接到地面的带通滤波器252，对于谐波频率F，提供经过相反电极 (例如，图6的ESC电极226)的单独的中心回路。在方块420中，通过提供耦接到地面的带通滤波器254，对于基本VHF频率F，提供经过相反电极(图 6的226)的单独的中心回路。在图12的方块422中，通过将图6的侧壁202 接地，对于两个频率f和F，提供经过侧壁的边缘回路。在图12的方块424 中，通过调整可变带通滤波器252，控制器270相对于F边缘回路的阻抗而调 整F中心回路的阻抗，以促进在F下流到中心回路的电流。在方块426中，通 过调整可变带通滤波器254，控制器270相对于f中心回路的阻抗而调整f边 缘回路的阻抗，以促进在f下流到侧壁的电流。在方块428中，通过控制在(或 临近)基本频率f下的VHF功率与在谐波F下VHF功率之间的比率，控制器 270改善等离子体离子密度分布均匀性。这通过控制从f到F功率向上转换的 比例而完成。该比例通过控制VHF发生器的可变输出频率与基本频率f之间 的差而受到控制。随着发生器输出频率接近基本频率，由可变频率发生器240 所产生的VHF功率转换为(第三)谐波F的比例增加，例如。当发生器频率 等于基本频率f时，获得在F下的VHF功率与在f下的VHF功率之间的最大 比率。通过降低在F下的VHF功率与在f下的VHF功率之间的比率，可实施 方块428的步骤，以减小中心高的等离子体离子密度分布(图13的方块430)。 或者，通过降低在f下的VHF功率与在F下的VHF功率之间的比率，可实施 方块428的步骤，以减小边缘高的等离子体离子密度分布不均匀性(图13的 方块432)。可选地或者除了方块428的步骤之外，通过调整F和f任一或者 两者的中心和边缘回路的阻抗控制器270可改善均匀性，通过调节各个带通滤 波器252、 254，以实现以下任一(a)朝向边缘引导更多的电流，以抑制中 心高的非均匀性或(b)朝向中心引导更多的电流以抑制边缘高的非均匀性。 静电夹盘218的使用有利于高的热传递速率进出晶圆220，甚至在甚低 (mT)腔室压力下，在该压力下热传递在没有静电夹盘下比较差。该部件使 真空泵228成为高强涡轮分子泵，以运行需要极低腔室压力的腔室菜单。这些 部件，与VHF功率源240、242 —起可以产生甚低到甚高等离子体离子密度(例 如，1(^到10"离子/立方厘米)，提供新容量的低腔室压力(在mT范围内)， 在高偏压或者高热负载下的高等离子体离子密度(在101()到10"离子/立方厘 米范围内)，同时保持对晶圆温度和等离子体离子密度分布均匀性的完全控制。 这些部件，包含于图1A-6的反应器中，满足了特定工艺诸如介电蚀刻等离子 体工艺和等离子体沉浸离子注入工艺的特定工艺的需求，其施加高热负载同时需要低腔室压力和高等离子体离子密度。然而，这些反应器能在宽范围的腔室压力(mT到Torr)、宽范围的晶圆热负载和宽范围的等离子体离子密度(例 如，109到10"离子/立方厘米)下执行。因此，图1A-6的反应器还可在实施 其它工艺中在或者高或者低腔室压力以及在或高或低等离子体离子密度下被 采用，诸如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、等离子体增强物理气相 沉积(PEPVD)、等离子体掺杂和等离子体增强材^1"改性。虽然前述针对本发明的实施方式，但是在不脱离本发明的基本范围下，本 发明还承认本发明的其它和进一步的实施方式，并且本发明的范围由以下的权 利要求书所确定。
权利要求
1、一种用于在反应器的腔室中处理工件支撑底座上的工件的等离子体反应器，其包括面向底座的顶电极和在底座中的底座电极；具有不同频率的第一和第二VHF功率源，其耦接到所述顶电极和所述底座电极中的相同或不同电极，所述第一和第二VHF功率源分别具有充分高和充分低的频率，以在所述腔室内分别生成中心高和中心低的等离子分布非均匀性；以及控制器，其程序化为改变所述第一和第二VHF功率源的相对输出功率电平以(a)只要等离子体离子分布具有显著的边缘高非均匀性，增加所述第一VHF功率源的相对输出功率电平；以及(b)只要等离子体离子分布具有显著的中心高非均匀性，增加所述第二VHF功率源的相对输出功率电平。
2、 根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，还包括用于改变工件到 顶部的间隙的工件升降机构，所述升降机构耦接到所述控制器，所述控制器程 序化以当所述分布具有显著的中心高非均匀性时就减小所述间隙，并且当所述 分布具有显著的中心低非均匀性就增加所述间隙。
3、 根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，还包括测量工具，其用于确定在所述腔室中处理的工件的处理结果的非均匀分 布，所述工具连接到所述控制器。
4、 根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，还包括 第一可变电抗，其连接在RF接地与所述底座电极和顶电极的其中之一之间，该电极与所述第一VHF功率源耦接的电极相反，所述控制器程序化以改 变所述第一可变电抗的电阻，从而增强所述第一 VHF功率源产生等离子体离 子分布的中心高非均匀性的趋势。
5、 根据权利要求4所述的反应器，其特征在于，还包括耦接到RF接地 返回电势的所述腔室的侧壁。
6、 根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，还包括第二可变电抗，其耦接在RF接地与所述底座电极和顶电极其中之一之间，该电极与所述第二VHF功率源耦接的电极相反，所述控制器程序化以改变所述第二可变电抗的 电阻，从而增强所述第一 VHF功率源产生等离子体离子分布的边缘高非均匀 性的趋势。
7、 根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，还包括第一可变电抗， 其连接在RF接地与所述底座电极和顶电极其中之一之间，该电极与所述第一 VHF功率源耦接的电极相反，所述控制器程序化以改变所述第一可变电抗的 电阻，从而通过增加所述第一 VHF功率源产生等离子体离子分布的中心高非 均匀性的趋势而减小等离子体离子密度分布中的边缘高非均匀性。
8、 根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，还包括第二可变电抗， 其耦接在RF接地与所述底座电极和顶电极其中之一之间，该电极与所述第二 VHF功率源耦接的电极相反，所述控制器程序化以改变所述第二可变电抗的 电阻，从而通过增加所述第二 VHF功率源产生等离子体离子分布的边缘高非 均匀性的趋势而减小等离子体离子密度分布中的中心高非均匀性。
9、 根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述第一 VHF功率源的 频率大于110 MHz，并且所述第二 VHF功率源的频率小于90 MHz。
10、 根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述第一VHF功率源 包括与所述腔室中等离子体耦接的谐振器，其用于将基频向上转换为充分高的 所述频率，以产生等离子体离子密度分布中的中心高非均匀性。
11 、 一种用于在反应器的腔室中处理工件支撑底座上的工件的等离子体反 应器，其包括面向底座的顶电极和底座中的底座电极；耦接到所述顶电极和所述底座电极中的相同或不同电极的具有不同频率 的第一和第二 VHF功率源，所述第一和第二 VHF功率源分别具有充分高和充 分低的频率，以在所述腔室内分别产生中心高和中心低的等离子分布非均匀 性；第一可变电抗，其耦接在RF接地与所述底座电极和顶电极其中之一之间， 该电极与所述第一VHF功率源耦接的电极相反；以及控制器，其程序化以改变所述第一可变电抗的电阻，以 (a)通过增加所述第一VHF功率源产生等离子体离子分布的中心高非均匀性的趋势，来响应等离子体离子密度分布中的边缘高非均匀性的检测；以及 (b)通过减小所述第一 VHF功率源产生等离子体离子密度分布的中心高 非均匀性的趋势，来响应等离子体离子密度分布中的中心高非均匀性的检测。
12、 根据权利要求11所述的反应器，其特征在于，还包括 第二可变电抗，其耦接在RF接地与所述底座电极和顶电极的其中之一之间，该电极与所述第二VHF功率源耦接的电极相反；所述控制器程序化以改变所述第二可变电抗的阻抗，从而(a) 通过增加所述第二 VHF功率源产生等离子体离子分布的边缘高非均匀性的趋势，来响应等离子体离子密度分布中的中心高非均匀性的检测；以及(b) 通过减小所述第二 VHF功率源产生等离子体离子分布的边缘高非均匀性的趋势，来响应等离子体离子密度分布中的边缘高非均匀性的检测。
13、 根据权利要求ll所述的反应器，其特征在于，还包括:-工件升降机构，用于改变工件到顶部的间隙，所述升降机构耦接到所述控 制器，所述控制器程序化以当所述分布具有显著的中心高非均匀性时而减小所 述间隙，以及当所述分布具有显著的中心低非均匀性时而增加所述间隙。
14、 根据权利要求11所述的反应器，其特征在于，还包括测量工具，其用于检测在所述腔室中处理的工件的处理结果的非均匀分布，所述工具连接到 所述控制器。
15、 根据权利要求11所述的反应器，其特征在于，还包括耦接到RF接 地回路电势的所述腔室的侧壁。
全文摘要
本发明提供了一种等离子体反应器，其包括面向工件支撑底座的顶电极和在底座中的底座电极，以及耦接到所述顶电极和所述底座电极中的相同或不同电极的具有不同频率的第一和第二VHF功率源。所述第一和第二VHF功率源分别具有充分高和充分低的频率，以在腔室内分别生成中心高和中心低的等离子分布非均匀性。所述反应器还包括控制器，该控制器程序化以改变第一和第二VHF功率源的相对输出功率电平以(a)当等离子体离子分布具有显著的边缘高非均匀性时，增加第一VHF功率源的相对输出功率电平；以及(b)当等离子体离子分布具有显著的中心高非均匀性时，增加第二VHF功率源的相对输出功率电平。
文档编号H05H1/46GK101242702SQ20081000027
公开日2008年8月13日 申请日期2008年1月30日 优先权日2007年1月30日
发明者凯洛·贝拉, 劳伦斯·黄, 卡提克·雷马斯瓦米, 史蒂文·C·香农, 塙广二, 安德鲁·阮, 沃尔特·R·梅丽, 沙希·拉夫, 特洛伊·S·德里克, 珍妮弗·Y·孙, 肯尼思·S·柯林斯, 苏比哈什·德什穆赫, 詹姆斯·P·克鲁兹, 詹姆斯·卡尔杜齐, 道格拉斯·A·小布赫伯格, 马修·L·米勒 申请人:应用材料股份有限公司