专利名称：具有独立的电容及环形等离子体源的等离子体反应器设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种等离子体反应器，尤其涉及一种用于处理工件的等离子体反应器。
背景技术：
在半导体制造工艺中，传统的等离子体功率源，诸如电感耦合射频(RF)功率施加器或电容耦合射频功率施加器，将固有的等离子体密度不均匀性带入工艺中。尤其是，在半导体加工件或晶圆上方电容耦合等离子体源具有等离子体离子密度“M”形径向分布的特点。由于器件的几何结构已逐渐减小，这种非均匀性变得更加突出，要求更好的补偿。目前，通过优化线圈设计和顶到晶圆的距离、腔室的孔径比，减小或消除上方电容耦合等离子体源的非均匀性。该距离必须足够在离子到达晶圆之前扩散效应能克服离子产生区中的非均匀的离子分布的影响。对于晶圆上较小的器件几何结构和靠近顶设置的电感等离子体源，大的顶到晶圆的距离为有利的。然而，由于大距离上的扩散，因此大的顶到晶圆距离能避免顶气体分配喷头的有益气体分布效应到达晶圆表面。对于如此大的顶到晶圆的距离，现已发现不管是采用气体分配喷头或是采用少量的独立注入喷嘴，气体分布均匀性没有区别。
总之，为了离子密度均匀性而优化晶圆到顶的距离不一定导致气体输送最优化。
所述反应器的一个局限在于不能独立地控制所有的工艺参数。例如，在电感耦合的反应器中，为了增加反应(刻蚀)速率，必须增加等离子体功率源以增加离子密度。然而，这将增加等离子体的离解，在某些情况下，其可降低刻蚀选择性并增加刻蚀微负载问题。因此，刻蚀速率必须局限于所述刻蚀选择性或微负载为临界的情况。
另一问题存在于处理(例如刻蚀)具有不同材料的不同层的多层结构中。这些层的每层在不同的等离子体条件下进行最优处理(例如，刻蚀)。例如，一些子层可在具有高离子密度和高离解(对于等离子体中低质量高反应性物质)的电感耦合等离子体进行最优刻蚀。其他层可在电容耦合的等离子体(低离解、高质量离子和游离基)中进行最优刻蚀，而另外层可在纯电感耦合源或电容耦合源的两个极端之间的等离子体条件中进行最优刻蚀。然而，为使进行刻蚀的结构的各子层的工艺条件理想化将要求不同的工艺反应器，而这是不实际的。
发明内容
一种用于处理工件的等离子体反应器，包括构成反应器腔室的罩和腔室内的工件支架，其中所述罩包括面向工件支架的顶；环形等离子体源，包括中空凹角管道和靠近凹角外部管道的一部分的RF功率施加器，所述中空凹角管道在腔室外部并具有与腔室的内部连接的一对端部同时形成经过管道延伸并且贯穿工件支架直径的闭合环形路径；以及耦合至环形等离子体源的RF功率施加器的RF功率发生器。所述反应器进一步包括电容耦合等离子体源功率施加器，包括位于(a)顶，或(b)工件支架处其中之一的源功率电极以及耦接至电容耦合功率源施加器的甚高频(VHF)功率发生器；等离子体偏压功率施加器，包括工件支架中的偏压功率电极以及耦合至等离子体偏压功率施加器的至少第一RF偏压功率发生器。工艺气体分配设备设置为在顶中的气体分配喷头以及用于从腔室抽气的真空泵。第一控制器调节通过环形等离子体源和电容耦合的等离子体源功率施加器同时耦合至腔室中的等离子体的功率的相对量。
图1为根据本发明的实施方式的等离子体反应器的简化方框图；图2A和图2B一起组成的方框图描述本发明方法的一实施方式，以及这些图在下文共同称之为“图2”。
图3A为描述电感耦合等离子体典型的等离子体离子密度的径向分布图；图3B为描述电容耦合等离子体典型的等离子体离子密度的径向分布图；图3C为描述根据本发明方法在图1的反应器中得到的等离子体离子密度的径向分布图；
图4示出了离子径向分布不均匀性(偏差)与电感耦合功率和电容耦合功率的功率级别之比的关系图；图5示出了离子径向分布不均匀性(偏差)关于电感耦合功率和电容耦合功率的脉冲工作周期之比的关系图；图6为成对的电感耦合功率级别值和电容耦合功率级别值的恒定等离子体离子密度的直线图；图7为成对的电感耦合功率脉冲工作周期和电容耦合功率脉冲工作周期值的恒定等离子体离子密度的直线图；图8为不同VHF频率的电容耦合功率的源功率级别与主等离子体中的电子密度的关系图；图9A和图9B一起构成的方框图描述了本发明方法的另一实施方式，并在下文共同称之为“图9”。
图10为不同混合的电容耦合功率和电感耦合功率得到的不同主等离子体电子能量分布函数；图11为当电容耦合功率与电感耦合功率相加时获得的不同源功率级别的电子能量分布函数中的变化；图12为不同离解度得到的不同发射光谱(电子能量分布)图；图13为随着电感耦合功率与电容耦合功率之比增加，离解度(例如，单体碳或游离氟的总量)如何增加的示意图；图14为随着电感耦合功率脉冲工作周期与电容耦合功率工作周期之比增加离解度(例如，单体碳或游离氟的总量)如何增加的示意图；图15A和图15B分别为脉冲电感耦合功率和电容耦合功率的同时波形图；图16为随着电容耦合功率的频率的增加，离解度如何降低的示意图；图17A、17B和17C分别为在仅施加低频率偏压功率、仅施加高频率偏压功率和都施加低和高频率偏压功率的情况下鞘离子能量分布图；图18为在图2或图9的工艺中待刻蚀的多层栅结构的示图；图19为根据第一实施方式的等离子体反应器的示图；图20和图21为图19的反应器中顶电极的不同实施方式的示意图；图22和图23为图19的反应器的电感天线的不同实施方式的示图；图24为根据另一实施方式的等离子体反应器的示图；
图25为根据另一实施方式的等离子体反应器的示图；图26为根据再一实施方式的等离子体反应器的示图；图27为根据再一实施方式的等离子体反应器的示图；以及图28为根据另一实施方式的等离子体反应器的示图。
具体实施例方式
图1为用于处理工件102的等离子体反应器的示意图，其中该工件102可为半导体晶圆，设置于可(可选地)利用升降伺服系统105提升和降低的工件支架103上。该反应器包括由腔室侧壁106和顶108限定的腔室104。顶108可包括在其内表面具有小的进气孔110的气体分配喷头109，喷头109接收来自工艺气源112的工艺气体。另外，工艺气体可通过进气喷嘴113导入。反应器包括电感耦合的RF等离子体源功率施加器114和电容耦合RF等离子体源功率施加器116。电感耦合RF等离子体源功率施加器114可为位于顶108上方的电感天线或线圈。为了使电感耦合至腔室104中，气体分配喷头109可由诸如陶瓷的介电材料组成。VHF电容耦合源功率施加器116为位于顶108内或位于工件103内的电极。在另一的实施方式中，电容耦合源功率施加器116可包括位于顶108内的电极和位于工件支架103内的电极，从而RF功率源可为从顶108和工件支架103都电容耦合。(如果电极在顶108内，则它可能具有多个狭缝以使来自上方线圈天线的电感耦合至腔室104中)。射频功率发生器118通过可选的阻抗匹配元件120将高频(HF)功率(例如，在约10MHz到27MHz的范围内)提供给电感耦合源功率施加器114。另一RF功率发生器122通过可选的阻抗匹配元件124将甚高频(VHF)功率(例如，在约27MHz到200MHz的范围内)提供给电容耦合功率施加器116。电容耦合功率施加器116产生等离子体离子的效率随着VHF频率增加而增加，并且频率范围优选地在用于产生合适的电容耦合的VHF区中。如图1示意性示出，来自RF功率施加器114、116的功率与在腔室104内形成于工件支架103上方的主等离子体126耦合。来自与(例如)工件支架和晶圆130下方的电极130耦合的RF偏压功率源的RF等离子体偏压功率与工件102电容耦合。RF偏压功率源可包括低频(LF)RF功率发生器132和另一可为中频(MF)或高频(HF)RF功率发生器的RF功率发生器134。阻抗匹配元件136耦接在偏压功率发生器132、134和工件支架电极130之间。真空泵160通过可用于调节排气速率的阀162从腔室104排出工艺气体。通过阀162的排气速率和通过气体分配喷头109的进气流速决定腔室内的腔室压力和工艺气体的驻留时间。
等离子体离子密度随着电感耦合功率施加器114或VHF电容耦合功率施加器116施加的功率的增加而增加。然而，它们的不同之处在于电感耦合的功率促进主等离子体中离子和游离基的更多离解以及中心-低的径向离子分布。相反，VHF电容耦合的功率有助于较少的离解和中心高的径向离子分布，并且随着其VHF频率增加提供更大的离子密度。
电感和电容耦合功率施加器可根据工艺要求组合使用或独立使用。通常，当组合使用时，电感耦合RF功率施加器114和电容耦合VHF功率施加器116同时将功率耦合等离子体，而LF和HF偏压功率发生器同时将偏压功率提供给晶圆支架电极130。如以下所述，这些源的同时操作能独立地调节最重要的等离子体工艺参数，诸如，等离子体离子密度、等离子体离子径向分布(均匀性)、等离子体中离解或化学物质成分、鞘离子能量和离子能量分布(宽度)。为此，源功率控制器140独立地调节功率发生器118、119(例如控制它们的功率比)从而控制主等离子体密度、等离子体离子密度的径向分布和等离子体中游离基和离子的离解，这将在本说明书的以后部分描述。控制器140能独立控制各RF发生器118、122的输出功率级别。另外，或替代地，控制器140能使RF发生器118、112的其中之一或两者的RF输出脉冲化并且能独立控制每个RF发生器的工作周期，或者能控制VHF发生器122的频率，可选地和HF发生器118的频率。另外，偏压功率控制器142独立地控制每个偏压功率发生器132、134的输出功率级别从而控制离子能量级别和离子能量分布宽度，这将在以下描述。操作控制器140、142以实施本发明的各种方法。
根据图2描述的本发明第一方法，等离子体离子密度、等离子体离子密度均匀性、鞘离子能量和离子能量分布(宽度)分别独立地控制。图2的方法包括导入工艺气体，优选地通过顶气体分配喷头109导入工艺气体(图2的方框202)。该方法继续通过将在VHF频率范围中的RF源功率电容性地耦合至主等离子体(方框204)同时将RF功率电感性地耦合至主等离子体(方框206)。用户根据具体的工艺步骤得到一定等离子体离子密度。这通过将VHF电容耦合功率和电感耦合功率的总和维持在为要执行的工艺步骤提供期望等离子体离子密度的级别来实现(方框208)。同时，定制晶圆表面处等离子体离子密度的径向分布(例如，尽可能均匀)并同时维持期望的等离子体离子密度。这通过调节VHF电容耦合功率量和电感耦合功率量之间的比例实现(方框210)。这将分配由电感耦合功率促进的中心-低分布和VHF电容耦合功率促进的中心-高分布之间的径向离子分布。如将在以下本说明书中描述，这可在通过维持总RF功率接近恒定，同时仅改变由HF和VHF发生器118、122之间的比例而不干扰离子密度的情况下实现。
通过以下步骤的任意之一(或结合)可执行步骤210的调节。第一种调节包括调节电感和电容耦合功率118、122的RF发生器功率级别(图2的方框210a)。另一种调节包括使电感和电容耦合RF功率发生器118、122的至少一个或两个脉冲化并相对其中一个调节另一个的工作周期(图2的方框210b)。第三种调节包括调节电容耦合功率VHF发生器122的有效频率(图2的方框210c)，其中等离子体离子密度随着VHF频率的增加而增加。在优选的实施方式中通过提供两个固定但不同VHF频率(即，由发生器122a输出的高VHF频率f1，以及由发生器122b输出的低VHF频率f2)的VHF发生器122a、122b可实现调节电容耦合等离子体源功率的有效VHF频率，其中VHF发生器122a和122b的联合输出施加给(通过阻抗匹配124a、124b)电容功率施加器。通过改变两个发生器122a、122b的输出功率级别a1、a2之间的比例执行在由高频率f1和低频率f2限定的范围内改变有效VHF频率feff。有效频率feff可近似为分别两个VHF发生器122a、122b的频率f1和f2的一阶函数，以及它们的各自可调节的输出功率级别a1和a2，如下feff＝(a1f1+f2a2)/(a1+a2)。虽然前述实施例包含两个VHF发生器，但如果需要可采用更多数量的VHF发生器。
在等离子体中不产生高RF电压的情况下，VHF电容源可有效地产生等离子体密度，其类似于电感耦合等离子体(ICP)源。相反地，LF和HF偏压源在等离子体中有效地产生高RF电压但在等离子体密度方面贡献很小。因此，VHF源(或多个VHF源)和ICP源的结合允许在等离子体中不产生大RF电压的副作用的情况下产生等离子体。因此，由LF或HF源产生并施加给晶圆基座的RF电压可独立于等离子体密度产生源运行。VHF源可独立于ICP源运行，同时在产生等离子体密度的能力方面与ICP结合(然而传统的ICP源利用连接晶圆基座的HF或LF电容耦合功率源以仅在晶圆上产生RF电压)。
该方法还包括将独立可调的LF偏压功率和HF偏压功率耦合至工件(方框212)。控制器142通过同时调节两个RF偏压功率发生器132、134而调节工件表面处的离子能量级别和离子能量分布(宽度或能谱)(方框214)。利用以下其中的任意之一执行所述步骤一种方法为调节HF和LF偏压功率源132、134的功率级别之间的比例(图2的方框214a)，另一方法(实用性较低)方法为调节或选择LF和HF偏压功率源的频率(图2的方框214b)。在第一实施方式中，LF和HF频率施加给ESC电极130，同时VHF源功率施加给气体分配喷头109(其中喷头109为CCP施加器116的情况)，并且同时ICP施加器114位于喷头109上方。在第二实施方式中，VHF源功率与HF和LF偏压频率施加给ESC电极130，同时ICP功率施加器114位于喷头109上方。
如果该方法用于刻蚀多层结构的不同材料的连续层的刻蚀工艺中，则用于刻蚀各层的等离子体工艺可定制为完全不同的工艺。例如，一层可利用高离解离子和游离基物质进行刻蚀，而另一层可在比其他层更高密度的等离子体中进行刻蚀。另外，如果在步骤之间改变腔室压力，则可以补偿这种改变对径向离子密度分布的影响从而维持均匀的分布。所有这些通过在多层结构中暴露的连续层上重复上述调节步骤得到实现(方框216)。
在方框210的步骤中得到的等离子体离子径向分布的较高均匀性使在晶圆上方提供大的腔室容积没有必要。因此，在不损害均匀性的情况下可减小晶圆和等离子体源之间的距离。这可在构造反应器时完成，或(优选地)晶圆支架103能相对顶108上升或下降以改变顶到晶圆的距离的情况下完成。倘若对离解和等离子体物质成分的独立控制，通过减小腔室容积，工艺气体驻留时间减少。另外，很重要的优点是减小顶到晶圆的距离使气体分配喷头109的气体分布效应在被扩散掩盖之前到达晶圆表面。因此，该方法的另一步骤包括限制顶到晶圆的距离以(a)限制驻留时间，或(b)防止晶圆表面处的喷头气体分布图案被扩散效应掩盖(图2的方框218)。一个优点在于在不要求大的顶到晶圆的距离以补偿电感耦合源的中心-低离子分布特点的情况下，现可采用电感耦合。实际上，顶到晶圆的距离可为足够小以能使上方气体分配喷头影响或改善晶圆表面处的工艺均匀性。
独立于以上调节(例如，独立于方框210的步骤的径向离子密度分布的调节)，通过图2的方框220的步骤中调节等离子体中的离解度可调节或调整等离子体的化学物质成分。可通过调节由真空泵160从腔室104抽气的速率(图2的方框220a)执行该步骤，例如，通过控制阀162从而改变腔室中工艺气体的驻留时间(离解随着驻留时间和腔室容积的增加而增加)。替代地(或附加地)，通过调节顶到晶圆的距离从而改变腔室中工艺气体的驻留时间可执行离解的调节(图2的方框220b)。这可通过升高或降低图1的工件支架103实现。用于调节等离子体中离解的以上方法不会明显影响在方框210的步骤中建立并用于调节离子分布或均匀性的电感和电容耦合的比例。因此，步骤220的离解或化学物质成分的调节基本独立于步骤210的等离子体离子密度分布的调节进行。
在替代的实施方式中，电容耦合源功率施加器116包括在顶108和工件支架103中的电极，以及通过顶108和工件支架103中的电极同时施加VHF功率。这种特征的优点在于在顶处的VHF电压(或电流)的相位可与在工件支架处的相位不同，以及改变相位差将改变腔室104中等离子体离子密度的径向分布。因此，用于调节等离子体离子密度的径向分布的附加步骤为调节工件支架103处的VHF电压(电流)和顶108处的VHF电压(或电流)之间的相位差。这在图2的方框230中描述。所述调节可能需要或可能不需要改变方框210的步骤中选择的电容和电感耦合之间的比例。
图3A、3B和3C示出了中心-低或“M”形电感耦合等离子体离子密度分布(图3A)与中心-高电容耦合等离子体离子密度分布(图3B)如何结合形成对应于图3A和图3B中分布的叠加的更理想或更接近均匀的等离子体离子密度分布(图3C)。通过仔细调节图1的两个源118、122的电感和电容耦合量得到图3C的理想分布。高比例的电容耦合功率导致更多中心-高分布，同时高比例的电感耦合功率导致更多中心-低分布。不同的比例将得到在不同腔室压力下的理想分布。分配电感和电容耦合的一个方法为分配两个发生器118、122的RF功率量。图4示出了发生器118、122的输出功率级别之间的比例如何影响径向离子分布。图4曲线中的最小值或低点(dip)对应离子分布中的非均匀性或偏差最小的理想的功率比例。电感和电容耦合功率之间分配的另一方法为使两个发生器118、122至少其中之一(或两者)脉冲化，并控制脉冲工作周期。例如，它们的其中之一(电感源118)可为脉冲的，而其中另一个可(电容源122)为连续的，以及所述两者通过调节电容耦合源122的工作周期平衡。替代地，所述两者可为脉冲的，并通过控制所述两个源的工作周期的比例进行分配。结果描述在图5中，其中高比值的电感耦合比电容耦合工作周期导致更多的电感耦合功率到达等离子体以及更多的中心-低分布，而高比值的电容耦合功率比电感耦合功率导致更多的电容耦合功率到达等离子体中，提供中心-高分布。
在不改变等离子体密度的情况下可执行以上离子密度分布的调节。图6示出了如何实现图4的实施方式中通过调节RF发生器输出功率进行均匀性调节。图6示出了对于不同组合的电感耦合功率(垂直轴)和电容耦合功率(垂直轴)的恒定离子密度的直线。倘若分别来自发生器118、122的电感和电容耦合功率值限定于沿着恒定密度直线中特定一条直线，则在不改变等离子体密度的情况下，电感-电容功率的比例可设置为任意期望值(为了控制均匀性)。对于任意给定的反应器利用传统的测试导出恒定密度的直线。图7示出了如何实现图5的实施方式中通过调节RF发生器脉冲工作周期进行均匀性调节。图7示出了对于不同组合的电感耦合工作周期(垂直轴)和电容耦合工作周期(水平轴)的恒定离子密度的直线。假设来自发生器118、122的电感和电容耦合工作周期的值分别限定于沿着恒定密度的直线中特定一条直线，则在不改变等离子体离子密度的情况下，电感-电容功率的比例可设定为任意期望值(为了控制均匀性)。对于任意给定的反应器利用传统的测试导出恒定密度的直线。
图8为描述在图2的方框210c步骤中VHF电容耦合功率122的频率选择对离子密度的影响图。图8示出了随着频率增加(例如，从27MHz到60MHz，并接着到200MHz)离子密度(因此功率耦合)与施加的功率以较大速率增加。因此，影响等离子体离子密度和平衡电容和电感耦合功率之间的一种方法为选择或控制电容耦合源RF发生器122的VHF频率。
图9描述了图2的方法的改进，其中保持期望的等离子体离子密度，同时利用以上所述的电感比电容耦合的比例以获得等离子体的期望离解级别或化学物质成分。图9的方法包括导入工艺气体，优选地通过顶气体分配喷头109导入工艺气体(图9的方框302)。在该方法中接下来通过将RF源功率电容性地耦合至主等离子体(方框304)同时将RF源功率电感性地耦合至主等离子体(方框306)。用户根据具体的工艺步骤建立一定的等离子体离子密度。这通过将电容耦合功率和电感耦合功率的总和维持在为要执行的工艺步骤提供期望的等离子体离子密度的级别来实现(方框308)。同时，确定主等离子体中的离解度(例如以满足一定的工艺要求)，并维持期望的等离子体离子密度。这通过调节VHF电容耦合功率量和电感耦合功率量之间的比例实现(方框310)。这确定极高电平特征的电感耦合等离子体和较低电平特征的VHF电容耦合等离子体之间的离解(主等离子体中的电子动能)。根据参照图6和(或)图7以上所述的方法，通过维持总RF功率接近恒定同时仅改变由HF和VHF发生器118、122所输功率之间的比例，在不影响离子密度的情况下，可实现这种分配。
利用以下步骤的任意其中之一(或组合)可执行步骤310的调节第一类调节包括调节电感和电容耦合功率源118、122的RF发生器功率级别(图9的方框310a)。另一类调节包括使电感和电容耦合RF功率发生器118、122至少其中之一或两者脉冲化并且相对其中之一调节另一个的工作周期(图9的方框310b)。第三类调节包括调节电容耦合功率VHF发生器122的有效频率(图9的方框310c)，其中等离子体离子密度随着VHF频率增加而增加。通过提供一对具有各自频率的固定频率VHF发生器122a、122b并调节它们的输出功率级别之间的比例可执行改变有效VHF频率。
该方法进一步包括将独立可调节的LF偏压功率源和HF偏压功率源耦合至工件(方框312)。控制器142通过同时调节两个RF偏压功率发生器132、134而调节工件表面处的离子能量级别和离子能量分布(宽度或能谱)(方框314)。通过以下的任意其中之一执行该步骤一种方法为调节HF偏压功率源132和LF偏压功率源134的功率级别之间的比例(图9的方框314a)。另一方法为调节或选择LF和HF偏压功率源的频率(图9的方框314b)。
对于执行等离子体增强刻蚀工艺、等离子体增强气相沉积(PECVD)工艺、物理气相沉积工艺和掩模工艺，该方法为有益的。如果该方法用于刻蚀工艺中，用于刻蚀多层结构的不同材料的连续层，则用于刻蚀各层的等离子体工艺可定制为完全不同的工艺。例如，一层可利用高离解的离子和游离基物质进行刻蚀，而另一层可比其他层在较高密度等离子体中进行刻蚀。另外，如果步骤之间腔室压力改变，则可补偿这种变化对径向离子密度分布的影响以维持均匀分布。所有这些通过在多层结构的未覆盖层上重复以上调节步骤可实现(方框316)。
通过结合电感耦合源功率和VHF电容耦合源功率实现等离子体离子径向分布的最优均匀性使得提供大的顶到晶圆的距离没有必要。因此，在不损害均匀性的情况下可减小顶到晶圆的距离。这可在构造反应器时进行，或(优选地)晶圆支架103可相对顶108上升或下降以改变顶到晶圆的距离。倘若对离解和等离子体物质成分独立控制，通过降低腔室容积，工艺气体驻留时间减少。另外，降低顶到晶圆的距离显著的优点为允许气体分布喷头的气体分布效应在被扩散掩盖之前到达晶圆表面。因此，该方法的另一步骤包括将顶到晶圆的距离限定于(a)限定驻留时间或(b)防止喷头气体分布图案在晶圆表面处被扩散效应掩盖(图9的方框318)。
在图9的方框320的步骤中，通过调节腔室中的工艺气体驻留时间，可独立于以上调节而调节或调整等离子体的化学物质成分。通过调节利用真空泵160抽出腔室104的速率可执行该步骤(图9的方框320a)，例如，通过控制阀162，从而改变腔室中的工艺气体驻留时间(离解随着驻留时间增加而增加)。替代地(或附加地)，通过调节顶到晶圆的距离从而改变工艺腔室中工艺气体的驻留时间可执行离解的调节(图9的方框320b)。这可通过升高或降低图1的工件支架103实现。用于调节等离子体中离解的以上方法不会明显影响在方框310的步骤中建立的电感和电容耦合的比例。因此，步骤320的离解或化学物质成分的调节可基本独立于(或附加于)步骤310的离解的调节进行。
在替代的实施方式中，电容耦合源功率施加器116包括顶108和工件支架103中的电极，以及同时通过顶108和工件支架103中的电极施加VHF功率。这种特征的优点在于顶处的VHF电压(或电流)相位可不同于工件支架处的相位，以及改变该相位差改变腔室104中等离子体离子密度的径向分布。因此，通过调节工件支架103处的VHF电压(或电流)和顶108处的VHF电压(或电流)之间的相位差可独立于离解(即，在不改变方框310的步骤中选择的电容比电感耦合的比例的情况下)调节等离子体离子密度的径向分布。这在图9的方框330中描述。
图10为描述方框308的步骤中电感和电容耦合的比例如何控制主等离子体中离解的示意图。增加主等离子体内的电子能量促进离解，以及图10表示四个不同的工作状态的电子能量分布函数。
标号为410的曲线表示在晶圆上仅施加HF偏压功率以及没有施加源功率的情况下电子能量分布函数。在这种情况下，电子总量限制于低能量谱内并且低于一能量，在该能量下一般离解反应的截面(用曲线420表示)具有显著的量。因此，极少的(如果有)离解发生。
标号430的曲线表示VHF功率施加在电容耦合源功率施加器116以及没有功率施加在任意其他施加器上的情况下电子能量分布函数。在这种情况下，电子总量具有少许成分与碰撞截面420相符，并因此少量离解发生。
标号440的曲线表示HF功率施加在电感耦合源施加器114上以及没有其他施加器施加功率的情况下电子能量分布函数。在这种情况下，电子总量具有与碰撞截面420的高值相符的成分，并因此极高度的离解发生在主等离子体中。
标号450的曲线表示RF功率分配在电容和电感耦合施加器116、114之间的情况下电子能量分布函数。在这种情况下，形成的电子能量分布函数为两个函数430、440的混合并位于它们之间，从而较少量的离解发生在主等离子体中。表示组合情况的曲线450在碰撞截面420具有很大值的能量处或以上具有稍少的电子总量，导致较小的离解度。通过改变电容和电感耦合功率量之间的比例，组合情况曲线450可移动至较大或较小能量级别。这描述在图11的图中，其中各条实线曲线对应在特定功率级别处的纯电感耦合功率的电子能量分布函数。延伸自实线曲线的虚线曲线表示当更多功率从电感耦合转移并施加给电容耦合时所述曲线的变化。实际上，这将导致电子总量移动至较低能量级别，从而降低离解。
图12为不同级别的离解对等离子体的化学成分的影响示意图。垂直轴表示发射光谱强度以及水平轴表示波长。不同的峰对应某些游离基或离子的存在，以及峰值对应具体物质的等离子体中的总量或发生率。实线曲线对应低度离解(电容耦合占优势)，其中较大分子的物质占有大量。虚线曲线对应高度离解(电感耦合占优势)，其中较小(反应性更好的)化学物质占大量(取决于母分子)。在图12所示的实例中，主要电容耦合状态中具有高发生率的大分子质量的物质为CF2，而在主要电感耦合状态中具有高发生率的低分子质量的物质为单体碳C。在某些情况下，C(单体碳)的存在表明有极轻的和高反应性的物质诸如游离氟，在要求高的刻蚀速率的情况下，极轻的和高反应性的物质可能为优选的。诸如CF2的较大物质的存在表明较少的离解以及没有更具反应性的物质，例如，在要求高刻蚀选择性的等离子体刻蚀工艺中，其可能为优选的。
图13为描述一种执行图9的方框310的步骤的方法的示图。图13的垂直轴对应主等离子体中的离解度，以及可表示高离解物质诸如图12的单体碳的发射光谱的强度。水平轴为电感耦合等离子体(ICP)功率与电容耦合等离子体(CCP)功率(图1的ICP和CCP发生器118、122的功率级别)的比例。图13表示离解为该比例的通用递增函数，虽然它可能不为图13所示的简单线性函数。
图14为描述一种执行图9的方框310b的步骤的方法示图。图14的垂直轴对应主等离子体中的离解度，以及可包括高离解物质诸如图12的单体碳的发射光谱的强度。水平轴为电感耦合等离子体(ICP)脉冲工作周期与电容耦合等离子体(CCP)脉冲工作周期(图1的ICP和CCP发生器118、122的脉冲工作周期)的比例。图14表示离解为该比例的通用递增函数，虽然它可能不为图14所示的简单线性函数。CCP发生器122在它的工作周期为100％的情况下可不为脉冲的，而仅改变ICP的工作周期以施加控制。图15A和图15B表示脉冲的ICP发生器输出和脉冲的CCP发生器输出的同时波形的一个可能实施例。在所示的实施例中，CCP发生器122具有比ICP发生器较高的工作周期，从而等离子体可能具有更多的电容耦合等离子体的特点，诸如低离解度。电容和电感耦合电源的工作周期之间的比例以下述方式影响等离子体中的电感和电容耦合功率之间的比例。首先，电感耦合电源的工作周期越短，RF电感功率的脉冲之间的空闲时间越长。在该空闲时间期间，主等离子体中最高能量电子比其他较低能量电子更快地释放能量，从而电子能量分布函数(图10)在能量中向下移动(即图10中向左)。这导致在每个空闲时间期间更多的类电容耦合等离子体(即，较少离解)。这种效应随着工作周期减小而增加，从而等离子体具有(许多周期的平均)较少高能量的电子，导致较少离解。在空闲时间期间，较高能量电子分布衰减，以及(另外)较高能量电子的空间分布有机会通过扩散分散，因此根据电感耦合功率工作周期的减小而改善工艺均匀性。
图16为描述一种执行图9的方框310c的步骤的方法示图。图16的垂直轴对应主等离子体的离解度，并可表示诸如图12中单体碳的高离解物质的发射光谱强度。水平轴为图1的电容耦合等离子体(CCP)发生器122的频率。图16对应如以上实施例中同时施加CCP和ICP功率，以及CCP功率发生器122的频率增加的情况。如图16中所示，对应固定级别的ICP功率和固定级别的CCP功率，增加有效VHF频率增加等离子体离解。离解特征可能不为图16所示的简单线形函数。
图17A、17B和17C描述如何执行图2的方框214的步骤(与图9的方框314的步骤相对应或者相同)。图17A、17B、17C的每幅图描述在等离子体鞘(在工件表面)的离子总量与离子能量、或鞘离子能量分布的函数。
图17A描述施加给晶圆的偏压功率仅为低频率(例如，1MHz)偏压电压或电流的情况下的离子能量分布。图1中，这对应仅LF偏压功率发生器132施加偏压功率的情况。该频率基本低于鞘离子跃迁频率，鞘离子跃迁频率为鞘离子可引起鞘电场振荡的最高频率。因此，图17A的实施例中的鞘离子可引起由偏压功率施加的鞘电场的峰-峰振荡。这产生与RF偏压功率峰-峰电压(标记为图17A的eVp-p)相符的峰离子能量。如图17A的图中所示，离子能量分布为双模式并在非常低的能量处具有第二峰。所述两个峰之间的离子分布相当低。
图17B描述偏压功率仅包括高频率(HF)分量(诸如13.56MHz)的情况下的离子能量分布。在图1中，这对应仅HF偏压功率发生器134施加偏压功率的情况。该频率恰好高于鞘离子跃迁频率之上，并因此鞘离子不能引起峰-峰鞘电场振荡。结果为图17B的离子能量分布限定在中心，位于鞘的峰-峰电压二分之一处的窄能带中。图17A和17B的离子能量分布可看为彼此有些互补，其中一个分布(图17B)集中在中间频带中，而其他分布(图17A)在两个端点处形成峰，并具有在中间频率处有些下降(depleted)的宽分布。
图17C描述可实现同时施加LF和HF偏压功率的离子能量分布实施例(通过激活图1的偏压发生器132、134)。这将导致实际上为图17A和图17B的两个极端分布的叠加的离子能量分布。通过调节LF和HF偏压功率的相对量从而图17C的“组合”离子能量分布为可调节的。这通过分配LF和HF偏压功率发生器132、134的功率级别(如图2的步骤214a)或者(和)使它们其中之一或两者脉冲化并分配它们的工作周期(如图2的步骤214b)。替代地，或如附加步骤，可改变HF或LF偏压功率的频率。例如，LF偏压功率频率可增加至接近鞘离子跃迁频率的值，这将降低靠近图17C的最大能量(eVp-p)的离子能量分布总量(从而使离子能量分布变窄，如图17C的细线曲线所示)。如另一实施例，HF偏压功率频率可减小至接近鞘离子迁移频率的值，这将降低图17C的中间能量处的分布峰(从而加宽中间频率处的离子能量分布，如图17C的粗线曲线所示)。
图18描述典型场效应晶体管(FET)的典型栅的多层薄膜结构。这些层包括覆盖半导体衬底604的高介电常数的二氧化硅层602、氧化物层602上的多晶硅导电层606、导电层606上的钛硅化物层608、硅化物层608上的硬质掩模层610、硬质掩模610上的抗反射(AR)涂层612和AR涂层612上的光刻胶层614。在用于刻蚀这种结构的等离子体刻蚀工艺中，不同材料的各层602-614在不同的刻蚀工艺中得到最优刻蚀。某些层(例如，光刻胶层614和多晶硅导电层606在电感耦合多于电容耦合的等离子体中得到最优刻蚀，而其他层(例如，硬质掩模层610)在电容耦合多于电感耦合的等离子体中得到最优刻蚀。利用图2或图9的方法，通过改变包括源功率耦合类型的工艺条件，(即改变电感和电容耦合源功率之间的比例)，利用针对具体层的最优等离子体工艺条件类型可处理(例如刻蚀)每个不同层。因此，在刻蚀工艺中，如暴露各连续层602-614，重复参照图2和图9所述的调节以改变工艺参数而定制用于各层的工艺。这是图2和图9的方框216和方框316的步骤的目的。在进行所述改变中，可改变其他工艺参数。例如，用于刻蚀多晶硅层606类型的主要电感耦合等离子体可最好维持在较低的腔室压力(例如，几毫托)，而主要电容耦合等离子体可最好维持在较高腔室压力(例如，几十毫托)。具有基本上相同电感和电容耦合功率值的等离子体可在电容耦合等离子体的较高腔室压力范围和电感耦合等离子体的较低腔室压力范围中间的腔室压力下工作。另外，不同的偏压功率级别和离子能量级别可应用于层602-604的各不同层，并利用图2或图9的方框214或方框314的步骤进行所述调节。
优点同时将VHF电容耦合功率和电感耦合功率施加给等离子体能使用户独立控制等离子体离子密度以及等离子体均匀性或离解(或等离子体的化学物质成分)。传统的反应器通过利用高的顶到晶圆距离从顶施加功率补偿电感耦合等离子体的中心-低离子密度分布，从而扩散效应在晶圆处产生均匀的等离子体离子分布。然而，这种大的顶到晶圆距离将屏蔽晶圆表面处的上方气体分配喷头的期望效应，从而在电感耦合反应器中不能实现上方气体分配喷头的优势。另一问题在于大的顶到晶圆距离导致腔室容积非常大，从而工艺气体驻留时间相应地长(除非极高容积真空泵抽空腔室)，使得很难将主等离子体中的离解控制在最小级别之下。这使诸如刻蚀微负载或缺乏刻蚀选择性的刻蚀工艺问题更难以最小化或解决。在本发明中这些问题都得到解决。通过引入理想量的电容耦合功率使离子产生区域中的离子分布均匀解决了看起来不能在电感耦合反应器中采用上方气体喷头以改善晶圆表面处的工艺均匀性的问题。这允许顶到晶圆的间距显著减小至上方气体喷头控制晶圆表面处的工艺均匀性的值。通过由减小的顶到晶圆的距离引起的较小腔室容积的减少的气体驻留时间降低等离子体中的离解，从而改善刻蚀选择性和刻蚀微负载。另外，利用通过促进离解度促进期望的化学物质选择等离子体的期望化学成分的独立方法可解决刻蚀微负载问题。某些化学物质可抑制刻蚀微负载效应，以及通过调节电容耦合功率与电感耦合功率的比例，可改变离解以使等离子体中期望物质的量最大化。另一优点在于所有这些可在使整个等离子体离子密度维持在预期值的情况下执行或独立调节等离子体离子密度的情况下执行。
设备图19示出了本发明的等离子体反应器的第一实施方式，用于处理设置于反应器腔室104内的工件支架103上的工件102，工件102可为半导体晶圆。可选地，工件支架103可利用升降伺服系统105上升或下降。腔室104由腔室壁106和顶108围绕。顶108可包括在其内表面具有小的进气孔110的气体分配喷头109，喷头109接收来自工艺气源112的工艺气体。反应器包括电感耦合的RF等离子体源功率施加器114。如图22中所示，电感耦合功率施加器可包括在与顶108平行的平面内并且位于顶108上方成螺旋绕线的导电线圈114a。替代地，如图23中所示，导电线圈可包括平行螺旋绕线的导体114b、114c、114d。在一实施方式中，电容耦合RF等离子体源功率施加器116为覆盖气体分配喷头的顶中的电极116a。在另一实施方式中，电容耦合源等离子体源功率施加器116为工件支架103中的电极130。为了允许来自线圈天线114a的电感耦合至腔室104内，气体分配喷头109可由诸如陶瓷的介电材料组成。顶电极116a优选地具有如图20所示的多个径向狭缝115，以允许来自上方线圈天线114a的电感耦合至腔室104内。替代地，可采用如图21中所示的顶电极116b，其不为狭缝的并取代为由能用作电极的材料组成，同时允许来自上方线圈天线114a的RF功率电感耦合。这种材料的一实施例为掺杂半导体。
在替代的实施方式中，电容耦合源功率施加器116可包括顶108内的电极116a和工件支架103内的电极130，从而RF源功率可为同时从顶108和工件支架103电容耦合。在另一替代的实施方式中，电极116a和130都存在，但是VHF源功率仅施加给两者的其中之一，同时另一个用作VHF返回电极或对电极。
RF功率发生器118通过阻抗匹配元件120将高频(HF)功率(例如，在约10MHz到27MHz的范围内)提供给电感耦合线圈天线114a。在顶电极116a为电容耦合源功率施加器的实施方式中，RF功率发生器122通过阻抗匹配元件124将甚高频(VHF)功率(例如在约27MHz到200MHz的范围内)提供给电容耦合功率施加器116。在底(工件支架)电极130为电容耦合功率源施加器的实施方式中，RF发生器123通过阻抗匹配元件125将VHF功率提供给底电极130。在第三实施方式中，顶电极和底电极116a、130都包括电容耦合等离子体源功率施加器，从而VHF发生器122、123都存在。在再一实施方式中，电极116a、130都存在，但是VHF等离子体源功率仅施加给两者的其中之一，同时另外耦合至VHF返回电势(例如，地)从而用作另一个的对电极。
电容耦合功率源施加器116产生等离子体离子的效率随着VHF频率增加而增加，并且频率范围优选地在用于产生合适的电容耦合的VHF区域。来自RF功率施加器114、116的功率耦合至腔室104内形成于工件支架103上方的主等离子体。
来自位于工件支架内并且晶圆102下方的电极130耦合的RF偏压功率源的RF等离子体偏压功率耦合至工件102。RF偏压功率源可包括低频(LF)RF发生器132(100KHz到4MHz)以及另一可为高频(HF)RF功率发生器(4MHz到27MHz)的RF功率发生器134。阻抗匹配元件136在偏压功率发生器132、134和工件支架电极130之间耦合。真空泵160通过可用于调节排气速率的阀162从腔室104排出工艺气体。通过阀162的排气速率和通过气体分配喷头109的进气流速决定腔室中的腔室压力和工艺气体驻留时间。如果工件支架103为静电卡盘，则D.C.卡盘电压源170连接至电极130。电容172使RF发生器123、132、134与D.C.电压源170隔离。
在第一实施方式中，VHF功率仅施加给顶电极116a。在这种情况下，优选的为工件支架电极130用作VHF功率施加给顶电极116a的回路并且顶电极用作HF功率施加给工件支架电极130的回路。为此目的，顶电极116a可经过LF/HF带通滤波器180接地。带通滤波器180防止来自发生器122的VHF从顶电极116a转移至地面。类似地，晶圆支架电极130可(经过RF隔离电容172)通过VHF带通滤波器186接地。VHF带通滤波器186防止来自发生器132、134的LF和HF功率从电极130转移至接地。
在第二实施方式中，VHF功率仅施加给晶圆支架电极130。在这种情况下，晶圆支架电极130不接地，而是连接至VHF发生器123(经由匹配125)，从而省去了VHF带通滤波器186。类似地，可绕过(或省去)LF/HF带通滤波器180，顶电极116a直接接地。以上方案在图19中用开关184、188示意性示出。应当理解根据第一或第二实施方式的其中之一反应器可为永久性配置，而不是在任意实施方式中为可配置的(利用开关184、188)，从而VHF发生器122、123中仅其中之一将存在，并且在这种情况下开关184、188不是必需的。
在第三实施方式中，电极116a、130都同时由VHF发生器122、123驱动，从而两者都不是VHF地。然而，顶电极116a可经过LF/HF带通滤波器180接地从而为用于施加给晶圆支架电极130的LF/HF偏压功率的对电极或回路。在该实施方式中，侧壁106可为VHF功率提供接地回路。如果两个电极130、116a之间的VHF相位不同，那么各电极可为各RF周期至少一部分提供基准电势。例如两电极116a和180之间的VHF相位差为180度，则在每个RF周期的全部时间中每个电极116a、130将作为另一个的对电极。两个VHF发生器122、123可实现在单个VHF发生器中，并且利用源功率控制器140控制由单个发生器输送至各自电极116b、130的VHF电压或VHF电流之间的相位差。
源功率控制器140彼此独立调节源功率发生器118、122以控制主等离子体离子密度、等离子体离子密度的径向分布和等离子体中的游离基和离子的离解。控制器140能独立控制RF发生器118、122每个的输出功率级别。另外，或替代地，控制器140能使RF发生器118、122的其中之一或两者的RF输出脉冲化，并且独立控制每个的工作周期，或控制VHF发生器122的频率以及，可选地控制HF发生器118的频率。控制器140还可控制真空泵160的泵送速率以及/或排气阀162的开口尺寸。另外，偏压功率控制器142独立地控制每个偏压功率发生器132、134的输出功率级别。操作控制器140、142以执行以上所述本发明的各种方法。
图24示出了图19的实施方式的另一变型，其中线圈天线114a包括由各个RF发生器194a、194b经过各自阻抗匹配196a、196b馈电的一个(或多个)螺线管的导电线圈190、192。在这种情况下，顶108和喷头109可为平板形(实线)或圆顶形(虚线)。图25示出了图19的实施方式的变型，其中顶108和气体分配喷头109具有中心-高的分段形。在这种情况下，线圈天线114a可采用如图25的实线所示的平板形或半球(或圆顶)形。图26示出了图19的实施方式的另一变型，其中顶108和气体分配喷头109为半球形或圆顶形。另外，线圈天线114a可为平板形(虚线)或圆顶形(实线)。
图27示出了另一实施方式，其中电感耦合源功率施加器114为环形源而不是电感天线。环形源包括结合到在腔室罩中并且通过工艺区的直径分隔开的一对开口404、406的外部中空的凹角管道402。例如，在图27的实施中，开口404、406贯穿顶108并位于腔室边缘从而它们由晶圆支架103的直径分隔。通过具有围绕芯408的一部分缠绕的导电线圈409的磁性(例如，铁)环形芯408的方式RF功率耦合至管道402中。RF发生器118经过匹配120耦合至线圈409。该环形源形成圆形路径中的等离子体流，该圆形路径经过管道402并经过晶圆102上方的工艺区。该等离子体流以RF发生器118的频率振荡。图28示出了图27的反应器的变型，其中顶108和喷头109为中心高的台阶形(实线)或圆顶形(虚线)。图27和图28的环形等离子体源的一个优点在于RF功率不直接经过气体分配喷头109也不经过顶电极116b电感耦合。因此，喷头109可为金属，以及顶电极116a可为实心的(没有图20的狭缝115)，或者可省去顶电极，并且VHF功率直接耦接至金属气体分配喷头109，从而金属喷头109作为顶电极。
图19-26的各反应器电容耦合VHF源功率至腔室中同时电感耦合HF源功率至腔室中。图27-28的反应器电容耦合VHF源功率至腔室中并电感耦合HF源功率至经过腔室的工艺区的振荡环形等离子体流。在图19-26的实施方式中，电容耦合功率施加在顶电极116a或晶圆支架电极116b上，并在图27-28的实施方式中施加在导电型的喷头109(或晶圆支架电极116b)。由于电容耦合功率在VHF频率范围(27-200MHz)，因此其在主等离子体中产生离子。在该频率范围，主等离子体中的运动电子跟随电容耦合RF场振荡并因此获得足够的能量以有助于离子产生。在该频率范围以下，电容耦合功率将对等离子体鞘中的离子能量贡献更多而不是对主等离子体中的离子产生，并因此将不为等离子体源功率。因此，为了提供等离子体源功率(即，用于在主等离子体中产生离子的功率)，耦合至电极116a(或130)的RF发生器122(或123)提供VHF功率。
虽然已描述了通过两个控制器140、142执行对所有工艺参数的控制，但是应当理解所述控制器可以以控制所有参数和调节的单个控制器实现。
以上方法可应用于半导体晶圆的等离子体处理或等离子体显示基板的等离子体处理。
权利要求
1.一种在等离子体反应器的腔室中处理工件的方法，包括将工艺气体导入腔室中；同时进行a)电容耦合VHF等离子体源功率至位于晶圆上方的所述腔室的工艺区中，以及b)电感耦合RF等离子体源功率至所述工艺区中；以及通过调节耦合至所述工艺区中的所述电容耦合VHF功率和所述电感耦合功率的比例，调节下述其中之一a)所述工艺区中的等离子体离子密度的径向分布，以及b)所述等离子体中物质的离解度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括将独立可调的LF偏压功率和HF偏压功率施加给所述工件；以及通过调节所述LF和HF偏压功率之间的比例，调节所述工件表面处离子能量的平均值和总分布。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括通过调节所述电容耦合VHF源功率的有效频率调节下述其中之一a)所述工艺区中的等离子体离子密度径向分布，以及b)等离子体中物质的离解度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述调节电容耦合VHF源功率的有效频率的的步骤包括调节一对VHF功率发生器的输出功率级别之间的比例，所述一对VHF功率发生器具有不同的固定频率并耦合以将VHF功率输送至所述工艺区。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调节所述比例的步骤包括调节所述电容耦合RF等离子体源功率和所述电感耦合RF等离子体源功率的功率级别。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调节所述比例的步骤包括使至少所述电感耦合RF等离子体源功率脉冲化并调节所述电感耦合等离子体源功率的脉冲工作周期。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述比例调节至使等离子体离子径向分布均匀性最大化。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述调节离子能量的所述平均值和总分布的步骤进一步包括调节下述其中之一的有效频率a)所述HF偏压功率以及b)所述LF偏压功率。
9.一种用于处理工件的等离子体反应器，包括反应器腔室和在所述腔室中工件支架，所述腔室具有面向所述工件支架的顶；电容耦合等离子体源功率施加器，包括位于下述其中之一的源功率电极a)所述顶；以及b)所述工件支架处；耦合至所述电容耦合功率源施加器的第一VHF功率发生器；第二等离子体源功率施加器，其为下述其中之一a)位于所述顶上方的电感耦合等离子体源功率施加器；以及b)耦合至所述腔室的环形等离子体源功率施加器；RF功率发生器，耦合至所述第二源功率施加器；等离子体偏压功率施加器，包括在所述工件支架中的偏压功率电极；耦合至所述等离子体偏压功率施加器的至少第一RF偏压功率发生器；工艺气体分配设备，包括在所述预中的气体分配喷头；以及第一控制器，用于调节通过所述电容耦合等离子体源功率施加器和所述第二等离子体源功率施加器同时耦合至所述腔室中的等离子体的功率的相对值。
10.根据权利要求9所述的反应器，其特征在于，进一步包括第二VHF功率发生器，耦合至所述电容耦合源功率施加器，所述第一和第二VHF功率发生器具有不同VHF频率；控制器，用于独立地控制所述第一和第二VHF发生器的所述功率输出级别从而控制施加给所述源功率电极的有效VHF频率。
11.根据权利要求9所述的反应器，其特征在于，进一步包括第二RF偏压功率发生器，耦合至所述偏压功率电极，所述第一和第二RF偏压功率发生器分别提供低频和高频RF功率；以及第二控制器，用于调节通过所述第一和第二RF偏压功率发生器同时耦合至所述偏压功率电极的功率的相对量。
12.根据权利要求9所述的反应器，其特征在于，所述源功率电极在所述工件支架处，并且其中所述源功率电极和所述偏压功率电极为相同电极。
13.根据权利要求9所述的反应器，其特征在于，所述电容耦合等离子体源功率施加器包括位于顶处的电极和在所述工件支架内的所述偏压功率电极，所述VHF源功率发生器连接至所述电极其中之一，以及所述电极中另一电极耦合至VHF返回电势。
14.根据权利要求9所述的反应器，其特征在于，所述电容耦合等离子体源功率施加器包括在顶处的电极和在所述工件支架内的所述偏压功率电极，所述VHF源功率发生器耦合至所述电极的其中之一，所述反应器进一步包括耦合至所述电极中另一电极的第二VHF功率发生器，所述第二VHF功率发生器用于将VHF功率同时施加给所述两个电极，其中所述控制器能控制施加给所述两个电极上的VHF功率的相位差。
15.一种用于处理工件的等离子体反应器，包括反应器腔室和在所述腔室内工件支架，所述腔室具有面向所述工件支架的顶；电容耦合等离子体源功率施加器，包括在下述之一处的源功率电极a)所述顶和b)所述工件支架，以及耦合至所述电容耦合源功率施加器并具有不同固定频率的多个VHF功率发生器；控制器，用于独立控制所述多个VHF功率发生器的功率输出级别从而控制施加在所述源功率电极上的有效VHF频率。
16.根据权利要求15所述的反应器，其特征在于，进一步包括第二等离子体源功率施加器，为下述其中之一a)位于所述顶上方的电感耦合等离子体源功率施加器；以及b)耦合至所述腔室的环形等离子体源功率施加器。
17.根据权利要求15所述的反应器，其特征在于，进一步包括等离子体偏压功率施加器，包括在所述工件支架中的偏压功率电极和耦合至所述等离子体偏压功率施加器的至少第一RF偏压功率发生器。
18.根据权利要求15所述的反应器，其特征在于，所述源功率电极位于所述顶处，并包括工艺气体分配设备，包括在所述顶中的气体分配喷头。
19.根据权利要求15所述的反应器，其特征在于，所述多个VHF发生器包括具有输出功率级别a1并且固定VHF频率f1的第一VHF发生器以及具有输出功率级别a2并且固定VHF频率f2的第二VHF发生器，以及其中所述控制器控制所述功率级别从而根据feff＝(a1f1+a2f2)/(a1+a2)控制在f1到f2范围内的有效VHF频率feff。
20.根据权利要求17的反应器，其特征在于，进一步包括第二RF偏压功率发生器，耦合至所述偏压功率电极，所述第一和第二RF偏压功率发生器分别提供低频和高频的RF功率；以及第二控制器，用于调节通过所述第一和第二RF偏压功率发生器同时耦合至所述偏压功率电极的功率的相对量。
全文摘要
本发明公开了一种用于处理工件的等离子体反应器，包括构成反应器腔室的罩和所述腔室内的工件支架，所述罩包括面向所述工件支架的顶；环形等离子体源，包括中空凹角管道和靠近凹角外部管道的一部分的RF功率施加器，所述中空凹角管道在腔室外部并具有与腔室内部连接的一对端部同时形成经过管道延伸并贯穿工件支架直径的闭合环形路径；以及耦合至环形等离子体源的RF功率施加器的RF功率发生器。所述反应器进一步包括具有源功率电极和VHF功率发生器的电容耦合等离子体源功率施加器和包括偏压功率电极和至少第一RF偏压功率发生器的等离子体偏压功率施加器。
文档编号H01J37/32GK101064238SQ20071009839
公开日2007年10月31日 申请日期2007年4月24日 优先权日2006年4月24日
发明者亚历山大·M·帕特森, 瓦伦丁·N·托多罗夫, 西奥多洛斯·帕纳戈波洛斯, 布赖恩·K·哈彻, 丹·卡茨, 爱德华·P·哈蒙德四世, 约翰·P·荷文, 亚历山大·马特尤什金 申请人:应用材料股份有限公司