专利名称：快速气体交换等离子处理装置的制作方法
快速气体交换等离子处理装置
背景技术：
半导体结构是在等离子处理装置中处理的，该等离子处
理装置包括等离子处理腔、向该腔内供应气体的气体源以及利用工艺气体制造等离子体的电源。在这种装置中处理半导体结构的技术
包4舌干法刻蚀工艺、沉积工艺(例如4匕学气相沉4只(CVD)、物理气相沉积、或对金属的等离子增强化学气相沉积(PECVD))、电介质和半导体材料和电阻剥离工艺。在这些处理技术中使用了不同的
工艺气体，并对半导体结构的不同材料进行了处理。
发明内容
为了完成前述目标并根据本发明的目的，提供一种等离子晶片处理工具。提供具有等离子约束区域和至少一个电极的等离子腔，该等离子约束区域具有一定体积。用于提供第一气体和第二气体的气体分配系统连冲妾于该等离子腔，其中该气体分配系统可以在小于l秒的时间段内将该等离子区域中的该第一气体和该第二气体中的一种大体上替换为该第一气体和该第二气体中的另一种，其中在该等离子区域内由该第一气体形成的第一等离子体提供第一阻抗负载，且其中在该等离子区域内由该第二气体形成的第二等离子体提供不同于该第一阻抗负载的第二阻抗负载。用以向该至少一
个电极提供第 一频率范围的能量的第 一频率调谐RF电源电性连接于该至少一个电极，其中该第一频率调谐RF电源能够接受反射的RF能量并调谐输出RF频率以最小化该反射的RF能量。第二频率调谐RF电源，以向该等离子腔提供在第二频率范围的能量，该第二频率范围在该第 一 频率范围以外，其中该第二频率调i皆RF电源能够4妾
受反射的RF能量并调谐输出RF频率以最小化该反射的RF能量。在本发明的另 一种表现方式中，才是供一种等离子处理装置。提供一种等离子处理腔，其包括具有内部和外部区域的喷淋头电才及总成，其内部体积为约l/2升到4升。与该喷淋头电4及总成的该内部和外部区i或流体连通的气体分配系统，其中该气体分配系统是可操作的，能够在小于约1秒的时间段内将该等离子约束区域内的第一工艺气体或第二工艺气体替换为该第一工艺气体或该第二工艺气体中的另一种。该气体分配系统包含气体供应系统，其提供该第一工艺气体和该第二工艺气体，气流控制系统，与该气体供应系统流体连通，其将该第 一工艺气体的气流分为该第 一工艺气体的内部区域气流和该第 一 工艺气体的外部区域气流，并将该第二工艺气体的气流分为该第二工艺气体的内部区域气流和该第二工艺气体的外部区域气流，以及交换区，在该气流控制系统和该气体分配构件的该内部区i或和外部区i或之间流体连通，其中该交4奂区将流向该气体分配构件的该内部区域的气流在该第 一工艺气体的该内部区i或气流禾口该第二工艺气体的该内部区i或气;克之间切4奂，且其中该交换区将流向该气体分配构件的该外部区域的气流在该第 一工艺气体的该外部区i或气流和该第二工艺气体的该外部区i或气流之间切换。第一频率调谐RF电源，以向该等离子处理装置4是供在第一频率范围的能量，其中该第 一频率调谐RF电源能够接受反射的RF能量并调谐输出RF频率以最小化该反射的RF能量。第二频率调谐RF电源，以向该等离子处理装置提供在第二频率范围的能量，该第二频率范围在该第 一频率范围以外，其中该第二频率调谐RF电源能够接受反射的RF能量并调谐输出RF频率以最小化该反射的RF能量。在本发明的另一种表现方式中，提供一种在等离子处理腔中处理半导体结构的方法。a)将第一工艺气体供应到该等离子处理腔，同时将第二工艺气体转移到旁路管线，该等离子处理腔包含半导体基板，该半导体基板包括至少一层和覆盖在该层上的图形化光阻掩模。b)将该第一工艺气体能量化以产生具有第一阻抗负载的
第 一等离子体并(i)在该层内刻蚀至少 一个特征或(ii)在该掩模上形成聚合物沉积。c)将第一RF电源频率调谐至第一频率，以匹配该第一阻抗负载。d)将第二RF电源频率调谐至不同于该第 一频率的第二频率，以匹配该第一阻抗负载。e)交才臭该第一和第二工艺气体的气流，乂人而将该第二工艺气体供应到该等离子处理腔，同时将该第一工艺气体转移到该旁路管线，在小于约1秒的时间段内将该等离子处理腔的等离子约束区域内的该第一工艺气体大体替换为该第二工艺气体。f)将该第二工艺气体能量化以产生具有不同于该第一阻抗负载的第二阻抗负载的第二等离子体并(iii)在该层内刻蚀该至少一个特征或(iv)在该层和该掩才莫上形成聚合物沉积。g)将第一RF电源频率调谐至不同于该第一和第二频率的第三频率，以匹配该第二阻抗负载。h)将第二RF电源频率调谐至不同于该第一、第二和第三频率的第四频率，以匹配该第二阻」坑负载。i)交4奐该第一和第二工艺气体的气流，从而将该第一工艺气体供应到该等离子处理腔，同时将该第二工艺气体转移到该旁路管线，在小于约1秒的时间段内将该等离子处理腔的等离子约束区域内的该第二工艺气体大体替换为该第一工艺气体。j)对该基才反重复b)-i)多次。下面结合附图，在本发明的具体实施方式
部分，对本发明的这些特4正以及其他特征估文出更加详细的it明。
本发明是通过附图中的图示实施例的方式进行描述的，而不是通过限定的方式描述的，其中同类的参考标号指示类似的元件，其中
图1是可以 <吏用该气体分配系统的优选实施方式的等离子处理装置的示例性实施方式的横断面视图。图2描绘了该气体分配系统的一种优选实施方式。图3描绘了该气体分配系统的气体供应区的优选实施方式。图4描绘了该气体分配系统的气流控制区的优选实施方式。图5描绘了该气体分配系统的气体交换区的第 一优选实
施方式。
C0012]图6描绘了该气体分配系统的该气体交换区的第二优选
实施方式。图7描绘了该气体分配系统的该气体交换区的第三优选
实施方式。
具体实施例方式用于处理半导体材料(例如形成在硅晶片等半导体基板上的半导体器件)的等离子处理装置包括等离子处理腔和气体分配系统，该气体分配系统向该等离子处理腔供应工艺气体。该气体分配系统可以在等离子处理过程中将气体分配到i 争越基4反表面的单一区域或多个区域。该气体分配系统可以包括气流控制器，以控制流向该区域的相同或不同的工艺气体或气体混合物的气流比率，从而允"i午，于气体;危动和气体才勾成的3争基才反(across-substrate ) —至丈寸生的进程中(in-process)调整。
尽管多个区域气体分配系统可以提供相对于单一 区域系统更好的气流控制，然而，其可能需要提供这样的系统，该系统具有一种装置，该装置允许在基板处理操作中在4艮短的时间|殳内改变气体构成禾W或气体;危动。4是供一种气体分配系统，以向腔内供应不同的气体构成和/或气流比率。在一个伊O选实施方式中，采用该气体分配系统与真空腔(比如等离子处理装置的等离子处理腔)内部流体连通，并4是供可在处理才喿作中向该真空腔内供应不同的气体化学成分和/或气流速率的能力。该等离子处理装置可以是低密度、中等密度或高密度的等离子反应室，包括使用RF能量、微波能量、磁场之类来制造等离子体的能源。例如，该高密度等离子体可以是在变压器耦合等离子(TCPTM)反应室(也被称为感应耦合等离子反应室)、电子回旋共振(ECR)等离子反应室、电容型放电或类似装置中制造的。典型的可以4吏用该等离子分配系统的优选实施方式的等离子反应室包括ExelanTM等离子反应室，例如2300 ExelanTM等离子反应室，可从位于加利福尼亚州弗里蒙特的朗姆研究公司获得。在等离子刻蚀工艺中，可以对具有电才及和,争电卡盘的基才反支架施加多个频率。或者，在双频等离子反应室中，可以对基^反支架和与基^1间隔的电才及(例如喷淋头电才及)施力口不同的频率。该气体分配系统的 一 个优选实施方式可以通过单 一 区i或或多个区域(优选地，与要处理的基板的暴露表面毗连的气体分配构件的至少一 内部区域和外部区域)向等离子处理腔等真空腔的内部供应第 一气体。该等离子处理腔内的该内部区域和外部区域彼此呈方文射状间隔，而且，优选地，气流隔离。该气体分配系统可以通过旁路管线同时向真空腔转移不同于该第 一 气体的第二气体。该旁路管线可与真空泵等流体连通。在一个优选实施方式中，该第一气体是第一工艺气体而该第二气体是不同的工艺气体。例如，该第一气体可以是第 一刻蚀气体化学成分或沉积气体化学成分，而该第二气体可以是不同的刻蚀气体化学成分或沉积气体化学成分。该气体分配系统可以分别向该内部区域和该外部区域同时才是供该第 一 气体的不同的受控流速，同时将该第二气体转移到该旁路管线中，或者相反。通过转移其中一种气体到该旁^各管线中，可以在短时间内获得供应到该真空腔内的气体的转换。该气体分配系统包括交换装置，该交换装置允许短时间内在供应到该真空腔内部的第 一和第二气体之间气体切换，或气体转换，该真空腔包括单一区域或多个区域。对于多区域系统，该气体分配系统可以供应该第 一气体到该内部区i或和外部区i或，而该第二气体可以被转移到该旁路管线中，然后在短时间内切换该气体分配乂人而该第二气体一皮供应到该内部区i或和外部区i或而该第 一 气体—皮转移到该旁5各管线中。该气体分配系统可以交-,供应该第 一和第二气体到该真空腔的内部，每种气体供应 一个需要的时间段以允许
如，交替进行处理半导体器件的方法的各步骤。在一个优选实施方式中，该方法步骤可以是不同的刻蚀步骤，例如，较快地刻蚀步骤(如主刻蚀)和相对较慢的刻蚀步骤(如过刻蚀步骤)、刻蚀步骤和材料沉积步骤，或者向基板上沉积不同材料的不同的材料沉积步骤。在该气体分配系统的一个优选实施方式中，在真空腔中的限定区域(优选地，等离子约束区域)的一定体积的气体构成，可以在很短的时间段内被引入该真空腔的另一种气体构成替换(即冲走)。通过在该气体分配系统中提供具有快速切换能力的阀门，这种气体替换可，优选地，在小于约l秒内完成，更优选地，在小于约200毫秒内完成。对于处理200毫米或300毫米晶片的等离子处理腔来说，该等离子约束区域可以具有约l/2升到约4升的体积。该等离子约束区域可由一叠约束环限定，像在共同持有的美国专利
5,534,75l中揭露的一样，其内容皆由引用而全部纳入此处。图1描绘了可以使用该气体分配系统100的实施方式的典型的半导体材料等离子处理装置IO。该装置10包含真空腔或等离子处理腔12，腔12具有包含基斧反支架14的内部，在等离子处理过畔呈中，基板16位于该基板支架14上。该基板支架14包括夹持装置，优选地，是电子卡盘18，其是可操作的，以在处理过程中夹持基板支架14上的该基纟反16。该基纟反可以;故定焦环和/或边沿环、i也面突起或其4也部件(例如共同持有的美国专利申请US 2003/0029567中揭露的部件，其内容皆由引用而全部纳入此处)围绕。在一个优选实施方式中，该等离子处理腔12包括等离子约束区域，该等离子约束区域的体积为约l/2升到约4升，优选地，为约1升到约3升。例如，该等离子处理腔12可包括约束环装置以限定该等离子约束区域，例如在共同持有的美国专利5，534，751中揭露的，其内容皆由引用而全部纳入此处。该气体分配系统可以在小于约1秒优选小于约200毫秒的时间段内替换等离子约束区域中这么大体积的气体为另一种气体，而基本不会出现反扩散。约束机构，例如约束环120，可以限制该等离子体积与该处理装置12内部^立于该等离子体积之外的部分的流体连通。基板16可包括基底材料，例如娃晶片；底层材料上面的要被处理(例如刻蚀)的材料制成的中间层；以及该中间层上面的掩模层。该中间层可以是导电、电介质、或半导体材料。该掩模层可以是图形化的光阻材料，具有用于在该中间层和/或一个或多个其他层内刻蚀想要的特征(例如孔、通孔或沟槽)的开口样式。在该基底层和该掩才莫层之间，该基板可以包括其他由导电、电介质或半导体材料制成的层，取决于该基底材料上形成的半导体器件的类型。
典型的可以一皮处理的电介质材冲牛是，例如，掺杂的氧化硅(例如氟化氧化硅)、非掺杂的氧化硅(例如二氧化硅)、旋涂玻璃(spin-on glass )、硅玻璃、掺杂或非掺杂热氧化硅以及掺杂或非掺杂的TEOS沉积氧化硅。这样的电介质材料可以覆盖到导体或半导体层上，例如多晶硅、金属(例如铝、铜、钛、鴒、钼及其合金)、氮化物(例如氮化钛)和金属硅化物(例如硅化钛、硅化鵠和硅化钼)。图1中显示的典型的等离子处理装置10包括具有支撑板20的喷淋头电极总成(该支撑板20形成了等离子腔的壁)以及连接于该支撑板的喷淋头22。屏蔽总成位于该喷淋头22和该支撑+反20之间以将工艺气体均匀地分配到该喷淋头的背侧28。该屏蔽总成可以具有一个或多个屏蔽—反。在该实施方式中，该屏蔽总成包括屏蔽才反30A、 30B和30C。开方文空间48A、 48B和48C^皮限定于该屏蔽才反30A、30B和30C之间，以及该屏蔽才反30C和喷淋头22之间。该屏蔽—反30A、30B和30C以及喷淋头22包括贯穿通道以将工艺气体流通到等离子处J里月空12的内4p。第 一频率调谐RF电源104可控地连接于控制器500并通过第一机械匹配盒106向该喷淋头电极22提供能量。该第一频率调谐RF电源104提供可变频率，在本实施方式中该频率范围为l.7MHz到2.2MHz,因此2MHz^立于该可变频率范围内。形成该第一频率调谐RF电源是为了接收并测量输出能量和反射的RF能量，并使频率在1.7MHz到2.2MHz之间变化以最小4匕/人该第 一 频率调谐RF电源104反射的RF能量。第二频率调谐RF电源108可控地连接于控制器500并通过第二机械匹配盒110向该喷淋头电极22提供能量。该第二频率调谐RF电源108^是供可变频率，在本实施方式中该频率范围为26.7MHz到27.2MHz,因此27MHz位于该可变频率范围内。形成该第二频率调谐RF电源是为了接收并测量输出能量和反射的RF能
量，并使频率在26.7MHz到27.2MHz之间变化以最小化从该第二频率调谐RF电源108反射的RF能量。第三频率调谐RF电源112可控地连接于控制器500并通过第三机械匹配盒114向该喷淋头电极22提供能量。该第三频率调谐RF电源112才是供可变频率，在本实施方式中该频率范围为59.7MHz到60.2MHz,因此60MHz位于该可变频率范围内。形成该第三频率调谐RF电源112是为了接收并测量输出能量和反射的RF能量，并使频率在5 9. 7MHz到60.2MHz之间变化以最小化乂人该第三频率调谐RF电源112反射的RF能量。在本实施例中，该第一、第二和第三频率调谐RF电源的频率变化的幅度为0.5MHz，从而提供RF调谐。在其他实施方式中，该频率调"i皆RF电源变^b的幅度小于2MHz。更优选i也，该频率调i皆RF电源的频率变化的幅度小于lMHz。该调谐幅度应当足够大，以最小化反射的能量，还应当足够小以允许快速调谐。在该实施例中，该才反20和该屏蔽寺反30A之间的空间以及该屏蔽才反30A、 30B和30C之间的该空间48A、 48B和480McO-环等密佳'于装置38a、 38b、 38c、 38d分割为内吾卩区i或42禾口夕卜吾卩区i或46。气体分配系统100,优选地，在该控制器500的控制下，可以通过该气体分配系统100向该内部区i或42和外部区i或46供应具有各自不同的气体化学成分和/或气流速率的工艺气体。乂人内部区域气体供应40向该内部区域42供应气体，并/人外部区域气体供应44将气体供应到环形通道44a,然后供应至该外部区域46 。该工艺气体流过该屏蔽^反30A 、30B和30C以及该喷淋头22之间的通道并流入该等离子处理腔12的内部。
在其他优选实施方式中，等离子处理装置10可包4舌气体
注射系统，以将工艺气体注射入该等离子处理腔。例如，该气体注
射系统可以具有在共同持有的美国专利申请09/788，365 、美国专利 申i青10/024,208 、美国专利6，013,155或美国专利6,270,862中所揭露 的配置，上述专利的内容皆由引用而全部纳入此处。通过电源，例如驱动的电4及22的RF电源，或该基4反支架 14内驱动电极的电源，在该等离子处理腔12中将该工艺气体能量化 为等离子状态。当不同的气体构成^皮供应到该等离子处理腔12时， 应用到电极22的RF电源可以变化，优选地，在小于约l秒的时间段 内，更优选地，在小于200毫秒的时间段内。气体构成的改变可以 改变来自气体的负载或阻抗。该第一、第二和第三RF电源104、 108 和112可具有机械阻抗匹配装置，但是这样的装置没有快到当供应 不同的气体构成时在小于约1秒的时间_敬内可以匹配变4匕的阻:阮。 因此，该第一、第二和第三RF电源具有可变频率，并能够测量输出 和反射的RF能量，并变化该频率以最小化反射的RF能量。最小化 反射的RF能量可以通过匹配盒匹配来自该处理腔内的等离子体的 负载的阻4元与该RF电源。图2显示了 一个^尤选实施方式，其中该气体分配系统100 包括气体供应区200、气流控制区300以及气体交换区400,该三个 区域互相之间流体连通。优选地，该气体分配系统100还包括-控制 器500 (图1),该控制器500可控地连接于该气体供应区200、气流 控制区300和气体交换区400,以控制其操作。在该气体分配系统100中，该气体供应区200可以将不同 的气体，例如第一和第二工艺气体，通过各自的第一和第二气体管 线235、 245供应到该气流控制区300。该第一和第二气体可以具有 4皮此不同的构成和/或气体流速。
该气流控制区300是可才乘作的，以控制供应到该气体交换: 区400的不同气体的流速，可选地，还可以调整气体的构成。该气 流控制区300可以通过气体通道324、 326和364、 366将不同流速和/ 或化学成分的第一和第二气体分别供应到该交换区400。而且，供 应到该等离子处理腔12的第 一气体和/或第二气体(同时其他的气体 可以一皮转移到旁^各管线50中，该旁^各管线50流体连通于真空泵系 统，例如在涡4仑泵和4氐真空泵之间)的流速和/或化学成分对于该内 部区域42和该外部区i或46可以是不同的。相应i也，该气流控制区300 可在基板16上提供想要的气流和/或气体化学成分，从而提高基板处 5里的一f丈寸生。在该气体分配系统100中，交换区400是可操作的，以在
一个《艮短的时间^殳内从该第一气体切换到该第二气体，/人而允许在 单一或多个区i或(例如该内部区i或42和该外部区i或46 )中用该第二 气体代替该第一气体，同时将该第一气体转移到该旁路管线中，或 者相反。优选地，该气体交换区400可在该第一和第二气体间切换， 而在两种气流中都不会发生不想要的气压突变和气流的不稳定。如 果需要，该气体分配系统100可以保持流经该等离子处理腔12的该 第 一和第二气体的大体恒定的连续体积的流速。图3显示了该气体分配系统100的该气体供应区200的一 种优选实施方式。该气体供应区200优选地连接于该控制器500，以 控制气流控制元件(例如阀门和气流控制器)的才喿作，以允许对该 气体供应区200供应的两种或多种气体的构成进4亍控制。在该实施 方式中，该气体供应区200包括多个气体源202、 204、 206、 208、 210、 212、 214和216,每一个者卩流体连通于该第一气体管线235和 该第二气体管线245。这样，该气体供应区200就可以向该等离子处 理月空12供应多种不同的想要的气体混合物。该气体分配系统IOO内至少两个不同的气体源。例如，该气体供应区200可以包4舌比图3中
的实施方式包括的8个气体源更多或者更少的气体源。例如，该气 体供应区200可包4舌2、 3、 4、 5、 10、 12、 16或更多的气体源。由
Cl2、 N2等，以及气态的碳氟和/或氟代烃化合物，如CF4、 CH3F等)。 在一个优选实施方式中，该等离子处理腔是刻蚀腔而该气体源 202-216可以供应Ar、 02、 N2、 Cl2、 CH3、 CF4、 C4F8和CH3F或CHF3 (以任何合适的顺序)。由各自的气体源202-216供应的特定的气体 可以才艮据等离子处理月空12中想要进4亍的工艺(例如特定的干法刻蚀 和/或材料沉积工艺)进4于选冲奪。该气体供应区200可以才是供有关气 体选冲奪的广纟乏的应用，该气体可以供应以进4亍刻蚀工艺和/或才才^H冗 积工艺。优选地，该气体供应区200还包括至少 一个调谐气体源， 以调整气体构成。该调谐气体可以是，例如02、氩等惰性气体或碳 氟或氟代烃气体(如C4Fs)等的反应气体。在图3所示的实施方式中， 该气体供应区200包括第 一调谐气体源218和第二调谐气体源219。 如下所述，该第一调i皆气体源218和第二调i皆气体源219可以供应调 谐气体，以调整供应到该气体交换区400的该第 一和/或第二气体的 构成。在图3所示的该气体供应区200的实施方式中，优选地， 气流控制装置240设置在与该气体源202、 204、 206、 208、 210、 212、 214禾口216分另'h克体连通的i亥气体通道222、 224、 226、 228、 230、 232、 234和236之中，以及在与该第一调谐气体源218和该第二调谐 气体源219分别流体连通的该气体通道242、 244中。该气流控制装 置240是可才喿作的，以控制该相关耳关的气体源202-216以及218和219 供应的气体的流动。优选地，该气流控制装置240为质量流量控制 器(MFCs)。
在图3所示的实施方式中，阀门250、 252位于该气体源 202-216中的每一个的气体通道的下游。该阀门250、 252可以选4,性 地打开或关闭(优选地在该控制器500的控制下)，以允许不同的气 体混合物流向该第 一 气体管线235和/或该第二气体管线245 d例如， 打开与该气体源202-216中的 一 个或多个气体源有关的该阀门252 (同时，与该气体源202-216的其他的气体源有关的剩余的该阀门 252保持关闭)，可以将第一气体混合物供应到该第一气体管线235。 同样地，打开与其他的该气体源202-216中的一个或多个气体源有关 的该阀门250 (同时，与该气体源202-216的其他的气体源有关的剩 余该阀门250保持关闭)，可以将第二气体混合物供应到该第二气体 管线245。相应地，通过该气体供应区200的可控:燥作，可以将该第 一和第二气体的各种混合物和质量流速供应到该第 一 气体管线235 和该第二气体管线245。在一个优选实施方式中，该气体供应区200是可操作的， 以通过该第 一 气体管线235和该第二气体管线245分别才是供该第一 和第二气体的持续气流。该第一气体或该第二气体流向该等离子处 理腔12，而另一气体^f皮转移到该旁^各管线。该旁^各管线可与真空泵 或类似装置相连。通过持续供应该第一和第二气体气流，该气体分 配系统1 OO可以完成气流的快速转换。图4显示了该气体分配系统100的该气流控制区300的优 选实施方式。该气流控制区300包4舌第一气流控制区305，其与来自 该气体供应区200的该第 一气体管线235流体连通，以及第二气流控 制区315，其与来自该气体供应区200的该第二气体管线245流体连 通。该气流控制区300是可才喿作的，以分别控制供应到该内部区域 42和外部区i或46的该第 一 气体的比率，同时该第二气体^皮转移到该 旁路管线中，并分别控制供应到该内部区域42和外部区域46的该第 二气体的比率，同时该第一气体被转移到该旁路管线中。该第一气流控制区305将第 一 气体管线235引入的该第 一 气体的气流分为该 第一气体的两个分离的出口气流，该第二气流控制区315将第二气 体管线245引入的该第二气体的气流分为该第二气体的两个分离的 出口气流。该第 一 气流控制区305包括通过该交换系统400分别与该 内部区J或42和外部区i或46流体连通的第 一和第二气体通道324 、 326,该第二气流控制区315包括通过该交换系统400分别与该内部 区域42和外部区域46流体连通的第 一和第二气体通道364、 366。在一种优选配置中，该第一气流控制区305和该第二气流 控制区315分別包括至少两个气流限制器。优选地，每个气流限制 器对于穿过其中的气流有固定的限制尺寸。优选地，该气流限制器 为孔。该气流限制器限制气流并在该孔的气体通道的上游和附近区 域保持大体恒定的气压。优选地，该第一气流控制区305和该第二 气流控制区315中的每一个都包括孔的网络，例如2个、3个、4个、 5个或更多孔，优选地，每个都有不同的横断面限制尺寸，例如不 同的直径或不同的片黄断面面积。该孔的限制尺寸小于该气体分配系 统100的气流通道的其^也部分的才黄断面面积。 <尤选;也，该孑L为声波 孔。优选地，该气流控制区300内的气流以严格的流动状态操作， 从而，给定孔的气流传导可以由其限制尺寸和上游压力唯一确定。 随着孔的气流传导的增加，通过该孔的减少^t得该孔两侧的压力降 低以获得给定的流速。在图4所示的实施方式中，该第 一和第二气流控制区305、 315每一个者卩包4舌5个孑L330、 332、 334、 336和338。侈寸^口，孑L330、 332、 334、 336和338可以分别具有1、 2、 4、 8和16的相只寸限制尺寸 (例如直径)。相应地，当气流通过所有5个孔330-338时，该4个孑L 330-336的总的传导与单个孔338的传导大致相同。替代地，可以打 开该4个孔330-336中的3个，以使得该孔330-336的总的传导的比率与i亥孑L338的4专导不同，以向i亥内吾卩区i或42禾口i亥夕卜吾卩区i或46供应不
同比率的该第 一 气体流和该第二气体流。另一个实施方式包括不同数目的孔，例如总共两个孔， 包括该孔338和第二孔，该第二孔^,代该多个孑L330-336。优选地， 该第二孔具有和该孔338—样的限制尺寸。在这种实施方式中，供 应到该内部区域42和该外部区域46的该第 一 气体和/或该第二气体 的气流比率大f丈为l:l。在该第一气流控制区305中，该孔330-336流体连通于该 气体通道322 。该气体通道322#1分为该第 一和第二气体通道324和 326,其均与该气体交才奂区流体连通。 一对阀门32(H立于该第一和第 二气体通道324 、 326内以控制经由该第 一控制区305内的该孔 330-336中的 一个或多个孔流向该内部区域42和/或该外部区域46的 该第一气体的流动。在一个^弄^C实施方式中，沿着该气体通道324、 326的该只于阀门320可以一皮一个单一的四^各阀门^K^,。在该第一气流控制区305中，沿着该气体通道319i殳置该 孔338。该气体通道319被分为气体通道331、 333,其分别与该第一 和第二气体通道324、 326流体连通。 一对阀门320位于该气体通道 331、 333内以控制经由该孔338流向该第一和第二气体通道324、 326 的该第一气体的流动。在一个替^C实施方式中，沿着该气体通道 331 、 333的i亥7于阀门320可以洋皮一 个单 一 的四3各阔门。
在该第二气流控制区315中，沿该第 一 和第二气体通道 364、 366有一对阀门320，以控制经由该孔330-336中的一个或多个 孔流向该等离子处理月空的该内部区i或42和该外部区i或46的该第二 气体的流动。在一个替代实施方式中，沿着该气体通道364、 366的 该对阀门320可以净皮一个单一的四^各阀门^^#。在该第二气流控制区315中，沿着该气体通道35SK殳置该 孑L338。该气体通道359寻皮分为气体通道372、 374，其分别与该第一 和第二气体通道364、 366流体连通。 一对阀门320位于该气体通道 372、 374内以控制经由该孔338流向该第一和/或第二气体通道364、 366的该第二气体的流动。在一个4夺 实施方式中，沿着该气体通 道372、 374的该对阀门320可以4皮一个单一的四^各阀门^^#。该气流控制区300中包括该孔330-338 ，以避免当该气体 分配系统IOO将流入该等离子处理腔12的气体从该第 一 气体改变为 该第二气体(或反过来)时，气流的压力突变或气流的不稳、定。在图4所示的实施方式中，该第一调i皆气体源218 (图3) 的该气体通道242被设置为向该第 一 气流控制区305内的该第 一 气 体通道324和/或第二气体通道326供应该第 一调谐气体，以调节该第 一气体构成。该第二调谐气体源219 (图3)的该气体通道244被设 置为向该第二气流控制区315内的该第一气体通道364和/或第二气 体通道366供应该第二调谐气体，以调节该第二气体构成。该第一 和第二调谐气体可以是相同的调谐气体或不同的调谐气体。沿该气体通道242设置气流控制装置340 (优选为MFC )。 沿该气体通道337 、 339有阀门320,以分别控制流入该气体通道326 、 324的该第一调谐气体的流动。在一个替代实施方式中，沿该气体 通道337、 339的i亥^l"岡门320可以^皮一个单一的四^各阔门^^#。
沿该气体通道244i殳置气流控制装置340 (优选为MFC )。 沿该气体通道376、 378有阀门320,以分别控制流入该气体通道366、 364的该第二调谐气体的流动。在一个替代实施方式中，沿该气体 通道376 、 378的该对阀门320可以#皮一个单 一 的四3各阀门代替。在图4所示的该气流控制区300的实施方式中，该第一气 流控制区305和该第二气流控制区315包4舌布置为相同配置的相同 的元件。然而，在该气体分配系统100的其伸J尤选实施方式中，该 第 一和第二气流控制区305、 315可以具有4皮此不同的元件和/或不同 的配置。例如，该第一和第二气流控制区305、 315可以包括彼此不 同数目的孔和/或具有不同限制尺寸的孔。在该气体分配系统100中，该气体交4灸系统400流体连通 于该气流4空制区300和该真空月空的内部以及该第 一 和第二气体流向 的该旁^各管线。该气体交4奐系统400的第 一伊C选实施方式如图5所 示。该气体交4灸系统400可向该等离子处理月空12的该内部区i或42和 该外部区域46交替供应第 一和第二气体。该气体分配系统400与该 第 一气流控制区305的该第 一气体通道324和该第二气体通道326流 体连通，并与该第二气流控制区315的该第一气体通道364和该第二 气体通道366流体连通。沿着该气体通道324、 326、 364和366的每 一个都有孔430，以防止该第一和第二气体的转换过程中发生不想 要的压力突变。该第 一 气流控制区305的该第 一 气体通道324一皮分为气体 通道448、 450，该第一气流控制区305的该第二气体通道326净皮分为 气体通道442、 444，该第二气流控制区315的该第一气体通道364核L 分为气体通道452、 454,该第二气流控制区315的该第二气体通道 366被分为气体通道456、 458。在该实施方式中，该气体通道442与 该等离子腔12的该外部区域46流体连通，该气体通道448与该等离 子处理腔12的该内部区域42流体连通，且该气体通道444提供旁^各管线。该气体通道456与通向该外部区域46的该气体通道442流体连 通。该气体通道452与通向该内部区^或42的该气体通道448;危体连 通。该气体通道450、 454和458与通向该旁路管线的该气体通道444
流体连通。沿该气体通道442、 444、 448、 450、 452、 454、 456和458 中的每一个都设置有阀门440。在一个替代实施方式中，沿该气体 通道442、 444、 448、 450、 452、 454、 456和458的每一7于岡门440
都可以^皮一个单一的四^各阀门^<^,。该阀门440可以选才奪性地打开 与关闭，优选地，在该控制器500的控制下，以向该腔供应该第一 或第二气体，同时将另一气体转移到该旁路管线中。例如，为了向该等离子处理腔12的该内部区域42和该外 部区域46供应该第 一 气体，并将该第二气体转移到该旁路管线中， 沿i亥气体通道442、 448禾口454、 458的i亥阔门44(H皮打开，而沿i亥气 体通道444、 450禾口452、 456的i亥岡门44(H皮关闭。为了 士刀^:气:i:危， 乂人而向该等离子处理腔12的该内部区i或42和该外部区i或46供应该 第二气体，并将该第一气体转移到该旁路管线中，沿该气体通道 444、 450禾口452、 456的i亥阔门44(H皮打开，而沿i亥气体通道442、 448 禾口454、 458的i亥阀门440寻皮关闭。也才无是i兌，第——纟且阀门440^丁开而 第二组阀门440关闭以向该等离子处理腔12供应该第 一气体，然后 相同的第 一组阀门440关闭而相同的第二组阀门440打开以改变气 流而向该等离子处理腔供应该第二气体。在该气体交换系统400中，该阀门440是快速切换阀门。
此处4吏用的术语"快速切换阀门"指的是，在^妄收到该控制器500 传来的打开或关闭信号后，可以在短时间内(优选地，小于约IOO 毫秒，更优选的，小于约50毫秒)打开或关闭的阀门。优选地，通 过接收来自该控制器500的打开或关闭信号来电气控制和驱动该阀 门440。 一种可以用在该气体交换系统400中的合适的"快速切换阀门"是阀门型号FSR-SD71-6.35,可从位于加利福尼亚圣克拉拉的 Fujikin of America公司获得。相应地，该气体交换系统400可向(比如说)该真空腔的 内部供应该第一气体，同时将该第二气体转移到该旁路管线中，然 后，优选地，在该控制器500的控制下，快速的切换这些气流并向 该真空腔供应该第二气体而把该第 一 气体转移到该旁路管线中。气 体交换之前供应到该真空腔的该第 一 或第二气体的时间长度可以 由该控制器500控制。优选地，该关联的孔430和该阀门440之间的 该气体通道324、 326、 364和366的体积小于约10立方厘米。正如上 面所解释的，该气体分配系统可被用于包括等离子约束区域的等离 子处理腔，以在小于约l秒的时间段(更优选地，在小于约200毫秒 的时间—投)内^务才灸体积为约l/2升到4升的气体，,人而稳、定该系统。才艮据第二优选实施方式的气体交换系统1400如图6所示。 在it气体交^灸系纟充1400中，岡门440禾口^f立于i亥岡门440下;;摔的孑L430, 沿着该气体通道442-458中的每一个进行设置。或者，该气体交换系 统1400可具有跟该气体交换系统400相同的配置。该孔430防止气体 切换期间出现不想要的气体突变。在一个替代实施方式中，沿该气 体通-道442、 444、 448、 450、 452、 454和456、 458i殳置的每一只于阔 门440老卩可以净皮一个单一的四^各阀门才艮据第三优选实施方式的气体交换系统2400如图7所示。 在此实施方式中，该气体交换系统2400与第一气体通道405和第二 气体通道415流体连通。该第一和第二气体通道405、 415可以分另寸 是，例如，气流控制区的第一气体出口和第二气体出口 ，该气流控 制区(不同于图4所示的该气流控制区300)不包含内部和外部区域 气体出口 。沿该第一气体通道405和第二气体通道415均:没置有孔 430。该第一气体通道405分为气体通道422、 424，该第二气体通道 445分为气体通道426、 428。 i亥气体通道422和426与真空月空的内吾卩流体连通，而该气体通道424和428与旁^各管线流体连通。沿该气体 通道422、 424,口426、 428中的每一个老卩有阔门440。在一个^^4戈实 施方式中，沿该气体通道422、 424和426、 428i殳置的每一对阀门440
都可以 一皮一个单 一 的四^各阀门。例如，为了将该第一气体供应到该真空腔，同时将该第 二气体导向该旁^各管线，沿该流体通道422和428的该阀门440打开， 而沿该气体通道424和426的阀门该440关闭。为了交才奐该气流，以 将该第二气体供应到该真空腔而将该第 一 气体转移到该旁路管线， 沿该流体通道424和426的该阀门440打开，而沿该流体通道422和 428的该阀门440关闭。在该气体交换系统的另一个优选实施方式中，修改图7 所示的实施方式，去掉该第一气体通道405和该第二气体通道415位 于该阀门440上游的该孔430,而在该气体通道422、 424、 426和428 的每一个中在该关联的阀门440的下游设置孔。该气体分配系统100的优选实施方式可以 一皮用来将不同 气体化学成分和/或气流速率供应到该等离子处理腔12以进行各种 刻々虫和/或;冗积工艺。例如，该气体分配系纟充100可以爿夸工艺气体供 应到等离子处理腔以在氧化硅中刻蚀特征，例如在由UV光阻掩模 等上覆基板保护下的Si02层中。该Si02层可以形成在半导体晶片上， 例如具有200毫米或300毫米的直径的石圭晶片。该特^正可以是，例如， 通孔和/或沟槽。在此刻蚀工艺中，需要在该掩模的一部分上沉积聚 合物，以修复该掩模上的光条紋(striations),例如裂缝或裂隙(也 就是说，填充该光条紋)，以4吏得在该Si02层中刻蚀的特4i具有想要 的形状，例如， -使得通孔具有圆形4黄断面。如果光条紋不净皮^奮复， 它们最终会到达该掩模下面的层，并在刻蚀过程中事实上被转移到 该层。而且，该特4正的侧壁上可能沉积聚合物。
然而，已经确定，沉积在侧壁上的聚合物和刻蚀特4正的
基底的厚度会影响刻蚀速率。在各向异性刻蚀工艺中，沉积在特征 底部的聚合物在刻蚀过禾呈中基本上^皮除去。然而，如果侧壁和/或基
底的聚合物变得太厚的话，Si02的刻蚀速率会减小，并可能完全停 止。聚合物如果变得太厚的话，还可能从表面脱落。相应地，优选 地，供应到该等离子处理腔以形成在该纟务才莫和特征上沉积的聚合物 的气体混合物的时间长度是被控制的，从而控制形成在该Si02层上 的聚合物沉积的厚度，同时对掩模还提供足够的修复和保护。在该
SiC)2层刻蚀过程中，聚合物:帔周期性地乂人该纟务才莫上去除。相应地，
优选地，在刻蚀该Si02层的时间段之间在该摘r模上沉积该聚合物， 以确〗呆对该掩才莫完成足够的々爹复和保护。该气体分配系统100可净皮用来向等离子处理月空供应工艺 气体，以刻蚀被上覆的掩模(如UV光阻掩模)保护的Si02，同时控制 沉积在特征上的聚合物的厚度，并对该基板进4刊奮复和保护。该气 体分配系统100的该气体交换系统是可才喿作的，以允许用于刻蚀该 SiCb的第 一工艺气体在第 一时间段内被供应到该等离子处理腔内， 同时将用于形成聚合物沉积的第二气体混合物转移到旁路管线，然 后迅速交换气体流，将该第二气体混合物供应到该等离子处理腔以 形成聚合物沉积，同时该第一气体混合物被转移到该旁路管线。优 选地，供应到该等离子处理腔的等离子约束区域的该第 一 气体混合 物在小于约l秒的时间段内，更优选地，在小于约200毫秒的时间段 内，至少基本上被该第二气体混合物所取代。优选地，该等离子约 束区i或的体积为约1 /2升到约4升。用于刻蚀Si02的该第一气体混合物可以包含，例如，C4F8 等碳氟化合物类物质、02和氩。0^8/02/氩的气流比率可以为，例 如，20/10/500 sccm。 4是供的能量具有60MHz、 27MHz、 2MHz的频 率的纟且合，其功率范围为50到5000W。用于形成聚合物沉4只的该第等氟代烃类物质和氩。CH3F/氩 的气流比率可以为，例如15/500 sccm。该第二气体混合物能够可选 地包4舌02。 ^是供的能量具有60MHz、 27MHz、 2MHz的频率的组合， 其功率范围为50到5000W。对于用以处理200mm或300mm晶片的电 容耦合等离子刻蚀反应器来说，该刻蚀气压可以是，例如，70-90 毫托。优选地，每次该第一气体混合物被引入该腔时(这时该第二 气体被转移到该旁路管线)，其在约5秒到约20秒内流入该等离子处 理腔，且优选地，每次该第二气体混合物-陂引入该腔时(这时该第 一气体被转移到该旁路管线)，其在约1秒到约3秒内流入该等离子 处理腔。在基板上的Si02的刻蚀过程中，刻蚀时间段和/或聚合物沉 积时间段的长度可以在该优选时间l殳内增加或减少。优选地，在该 刻蚀工艺中，该聚合物沉积达到小于100埃的最大厚度，该刻蚀工 艺典型地持续大约3分钟。在刻蚀过程中，可以将聚合物沉积到该 掩模上以修复光条紋并提供掩模保护。相应地，优选地，该掩模中 的开口的形状在该刻蚀工艺过程中可以得到保持。该第一、第二和第三枳4成匹配盒106、 110、 114,皮用于 才是供该第一、第二和第三频率调i皆RF电源104、 108、 112和该等 离子处理月空12内的负载之间的总阻抗匹配。该第一、第二和第三 机械盒106、 110、 114不能准确匹配由快速改变的配方引起的快速 改变的阻抗负载。因此，本发明使用由该第一、第二和第三频率调 谐电源104、 108、 112提供的频率调谐来快速而准确地匹配该负载 和该第一、第二和第三才几械匹配盒106、 110、 114的快速变化的阻 抗与该第一、第二和第三频率调谐RF电源104、 108、 112的阻4元。因为该等离子状态必须要在沉积和成型(刻蚀)之间快 速地切换，存在一些必须一起作用的石更件特4正。气体的体积必须要 小，以减少该处理腔内的气体转换的时间。这一点通过^f吏用约束环 使得等离子体积尽可能小来实现。而且，该RF生成器必须能够快速调谐至该快速变化的等离子状态。这一点通过^f吏用电性频率调谐生 成器而不是传统的才几械匹配单元来实现。为了达到最好的临界尺寸 控制(CD)和一致性控制，将主气体分开，且中心到边沿的气流的 比率是可选择的。最后，需要一种调谐气体，该调谐气体可与该主 气体相同或者不同，并可一皮送入到流向该晶圓的边沿或中心的可选 的气流。因而，所有前述石更件的组合构成了本文所述的应用工艺想 要的整体性能。
滔述的，然
而，存在其他的改变、置换和等同替换，这些均落入本发明的范围。 还应当注意，存在很多实现本发明的方法和装置的替代方式。因此， 所附权利要求意在被解释为包括所有这些落入本发明的真实精神 和范围的改变、置换和等同替换。
权利要求
1.一种等离子晶片处理工具，包含等离子腔，其具有等离子约束区域和至少一个电极，该等离子约束区域具有一定体积；用于提供第一气体和第二气体的气体分配系统，其中该气体分配系统可以在小于1秒的时间段内将该等离子区域中的该第一气体和该第二气体中的一种大体上替换为该第一气体和该第二气体中的另一种，其中在该等离子区域内由该第一气体形成的第一等离子体提供第一阻抗负载，而在该等离子区域内由该第二气体形成的第二等离子体提供不同于该第一阻抗负载的第二阻抗负载；第一频率调谐RF电源，以向该至少一个电极提供在第一频率范围的能量，其中该第一频率调谐RF电源能够接受反射的RF能量并调谐输出RF频率以最小化该反射的RF能量；及第二频率调谐RF电源，以向该等离子腔提供在第二频率范围的能量，该第二频率范围在该第一频率范围以外，其中该第二频率调谐RF电源能够接受反射的RF能量并调谐输出RF频率以最小化该反射的RF能量。
2. 根据权利要求1所述的等离子晶片处理工具，其中该第一频率 调谐RF电源能够才是供第一频率，以阻抗匹配该第一阻抗负载， 以及第二频率，以阻抗匹配该第二阻4元负载，其中该第一频率 不同于该第二频率。
3. 根据权利要求1-2中任一项所述的等离子晶片处理工具，其中该第二频率调谐RF电源能够才是供第三频率以阻抗匹配该第一 阻4元负载，以及第四频率以阻4元匹配该第二阻^t负载，其中该 第四频率不同于该第一、第二和第三频率。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的等离子晶片处理工具，其中 该气体分配系统可以在小于200毫秒的时间段内将该等离子 区域中的该第一气体或该第二气体大体上替换为该第一气体 或该第二气体中的另一种。
5. 根据权利要求1-4中任一项所述的等离子晶片处理工具，其中 该等离子腔进一步包含该等离子腔内用于支撑晶片的基板支架；及 与该基板支架间隔小于3厘米的腔顶。
6. 根据权利要求5所述的等离子晶片处理工具，进一步包含与该 腔顶和该基一反支架间隔开的约束环。
7. 根据权利要求6所述的等离子晶片处理工具，其中该约束环、 该基板支架和该腔顶的内部限定了该等离子区域。
8. #>据权利要求1-7中任一项所述的等离子晶片处理工具，其中 该第一频率调"i皆RF电源和该第二频率调i皆RF电源在小于 lMHz的范围内调i皆该flT出RF频率。
9. 根据权利要求1-8中任一项所述的等离子晶片处理工具，其中 该气体分配系统包含第一气体通道和第二气体通道，适于与第一气体管线流 体连通；第三气体通道和第四气体通道，适于与第二气体管线流 体连通，该第一和第三气体通道适于向该真空腔供应气体，且该第二和第四气体通道适于向旁路管线供应气体； 沿该第 一 气体管道"i殳置的第 一快速切换阀门； 沿该第二气体管道设置的第二快速切换阀门； 沿该第三气体管道^殳置的第三快速切换阀门； 沿该第四气体管道i殳置的第四快速切换阀门；该第 一和第四快速切换阀门适于在该第二和第三快速切 换阀门关闭时接收打开信号，从而该第一气体通过该第一气体 管线和该第一和第三气体通道纟皮供应到该真空腔，而该第二气 体通过该第二气体管线和该第二和第四气体通道一皮供应到该 旁路管线；及该第二和第三快速切换阀门适于在该第 一和第四快速切 换阀门关闭时接收打开信号，从而该第二气体通过该第二气体 管线和该第三气体通道被供应到该真空腔，而该第 一气体通过 该第 一 气体管线和该第二气体通道被供应到该旁路管线。
10. 根据权利要求9所述的等离子晶片处理工具，其中该气体分配 系统进一步包含第 一 气流限制器，适于沿着该第 一 气体管线设置到该第 一和第二快速切换阀门的上游；及第二气流限制器，适于沿着该第二气体管线设置到该第 三和第四快速切才奐阀门的上游；其中该第一和第二气流限制器适于在该第一和第二气体 管线中该第 一 和第二气流限制器的上游附近区域保持近似恒 定的气压。
11. 根据权利要求10所述的等离子晶片处理工具，其中该第一气 体管线在该第一气流限制器和该第一及第二快速切换阀门之 间的体积小于约IO立方厘米，且该第二气体管线在该第二气 流限制器和该第三及第四快速切换阀门之间的体积小于约10立方厘米。
12. 根据权利要求1-11中任一项所述的等离子晶片处理工具，其 中该气体分配系统进一步包含第三气流限制器，适于沿着该第 一气体通道设置到该第 一快速切-换阀门的下游；第四气流限制器，适于沿着该第二气体通道设置到该第 二快速切4奂阀门的下游；第五气流限制器，适于沿着该第三气体通道设置到该第 三快速切"t奐阀门的下游；第六气流限制器，适于沿着该第四气体通道设置到该第 四'决速切」换阀门的下纟摔；其中该第三、第四、第五、第六气流限制器适于在该第 一、第二、第三和第四气体通道中各自的该第一、第二、第三、 第四、第五和第六气流限制器的上游附近区域保持近似恒定的气压。
13. 根据权利要求9-12中任一项所述的等离子晶片处理工具，进 一步包含可操作的控制器，以控制该第一、第二、第三和第四 快速切换阀门的打开和关闭。
14. 根据权利要求9-13中任一项所述的等离子晶片处理工具，其 中该第一、第二、第三和第四快速切换阀门可以在收到信号后 在小于约100毫秒的时间革殳内打开和/或关闭。
15. 根据权利要求1-14中任一项所述的等离子晶片处理工具，进一步包含具有内部区i或和外部区域的气体分配构4牛，该内部区域和外部区域;波此气流隔离。
16. 根据权利要求15所述的等离子晶片处理工具，其中该气体分 酉己系统包含气体供应系统，提供该第一气体和该第二气体；气流控制系统，与该气体供应系统流体连通，其将该第 一气体的气流分为该第 一 气体的内部区域气流和该第 一 气体 的外部区域气流，并将该第二气体的气流分为该第二气体的内 部区域气流和该第二气体的外部区域气流；及交换区，在该气流控制系统和该气体分配构件的该内部 区i或和夕卜部区i或之间流体连通，其中该交4灸区将流向该气体分 酉己构件的该内部区域的气流在该第 一气体的该内部区域气流 和该第二气体的该内部区域气流之间切换，且其中该交换区将 流向该气体分配构4牛的该外部区i或的气流在该第 一 气体的该 外部区域气流和该第二气体的该外部区域气流之间切换。
17. 根据权利要求16所述的等离子晶片处理工具，进一步包含旁 ^各管线，其中该交换区还切换该第 一气体的该内部区域气流、 该第二气体的该内部区i或气流、该第 一 气体的该外部区i或气流 和该第二气体的该外部区域气流到该旁3各管线。
18. 根据权利要求17所述的等离子晶片处理工具，其中该气流控 制系统进一步包含调谐气体源，该调谐气体源在该第 一气体的 气流^皮分为该第 一 气体的该内部区i或气流和该第 一 气体的该 外部区i或气流之后，与该第一气体的内部区i或气流或该第一气 体的外部区域气流中的至少一个流体连通。
19.一种等离子处理装置，包含等离子处理腔，其包括具有内部和外部区域的喷淋头电 才及总成，其内部体积为约1/2升到4升；与该喷'淋头电才及总成的该内部斗口外部区i或;克体连通的气 体分配系统，其中该气体分配系统是可操作的，能够在小于约 1秒的时间段内将该等离子约束区域内的第 一 工艺气体或第 二工艺气体替换为该第一工艺气体或该第二工艺气体中的另 一种，包含气体供应系统，其提供该第一工艺气体和该第二工艺气 体；及气流控制系统，其与该气体供应系统流体连通，其将该 第 一工艺气体的气流分为该第 一工艺气体的内部区域气流和 该第 一工艺气体的外部区域气流，并将该第二工艺气体的气流 分为该第二工艺气体的内部区域气流和该第二工艺气体的外部区纟或气:;充；交才灸区，在该气流4空制系统和该气体分配构4牛的该内部 区域和外部区i或之间流体连通，其中该交换区将流向该气体分 配构件的该内部区域的气流在该第 一 工艺气体的该内部区域 气流和该第二工艺气体的该内部区域气流之间切换，且其中该 交换区将流向该气体分配构件的该外部区域的气流在该第一 工艺气体的该外部区i或气流和该第二工艺气体的该外部区域* 气^L之间切4灸。第一频率调谐RF电源，以向该等离子处理装置才是供在第 一频率范围的能量，其中该第一频率调谐RF电源能够4姿受反 射的RF能量并调谐输出RF频率以最小化该反射的RF能量； 及第二频率调谐RF电源，以向该等离子处理装置提供在第 二频率范围的能量，该第二频率范围在该第一频率范围以外，其中该第二频率调谐RF电源能够接受反射的RF能量并调谐 丰lr出RF频率以最小化该反射的RF能量。
20. 根据权利要求19所述的等离子处理装置，进一步包含旁路管 线，其中该交换区还切换该第 一 工艺气体的该内部区域气流、 该第二工艺气体的该内部区i或气流、该第 一工艺气体的该外部 区域气流和该第二工艺气体的该外部区域气流到该旁^各管线。
21. 根据权利要求19-20中任一项所述的等离子处理装置，其中该 气流控制系统进一步包含调谐气体源，该调谐气体源在该第一 工艺气体的气流^皮分为该第 一工艺气体的该内部区i或气流和 该第 一 工艺气体的该外部区域气流之后，与该第 一 工艺气体的 内部区域气流或第 一工艺气体的外部区域气流中的至少 一个 流体连通。
22. 根据权利要求19-21中任一项所述的等离子处理装置，其中该 第一频率调i皆RF电源能够4是供第一频率，以阻抗匹配由该第 一工艺气体形成的等离子体的第一阻抗负载，以及第二频率， 以阻抗匹配由该第二等离子气体形成的等离子体的第二阻抗 负载，其中该第一频率不同于该第二频率，且该第二频率调谐 RF电源能够冲是供第三频率以阻:坑匹配该第一阻4元负载，以及 第四频率以阻^抗匹配该第二阻_阮负载，其中该第四频率不同于 该第一、第二和第三频率。
23. —种在等离子处理腔中处理半导体结构的方法，包含a)将第一工艺气体供应到该等离子处理腔，同时将第二工 艺气体转移到旁路管线，该等离子处理腔包含半导体基板，该 半导体基板包括至少 一层和覆盖在该层上的图形化光阻掩模；b) 将该第一工艺气体能量化以产生具有第一阻抗负载的 第 一等离子体并(i)在该层内刻蚀至少 一个特征或(ii)在该掩模 上形成聚合物沉积；c) —夺第一RF电源频率调i皆至第一频率，以匹配该第一阻 抗负载；d) 将第二 RF电源频率调谐至不同于该第一频率的第二频 率，以匹配该第一阻抗负载；e) 交:t灸该第一和第二工艺气体的气流，,人而将该第二工艺 气体供应到该等离子处理腔，同时将该第 一工艺气体转移到该 旁路管线，在小于约1秒的时间段内将该等离子处理腔的等离 子约束区域内的该第一工艺气体大体替换为该第二工艺气体；f) 将该第二工艺气体能量化以产生具有不同于该第一阻 抗负载的第二阻抗负载的第二等离子体并(iii)在该层内刻蚀该 至少一个特征或(iv)在该层和该掩才莫上形成聚合物沉积；g) 将第一 RF电源频率调谐至不同于该第 一和第二频率的 第三频率，以匹配该第二阻抗负载；h) 将第二RF电源频率调谐至不同于该第一、第二和第三 频率的第四频率，以匹配该第二阻4元负载；i) 交换该第一和第二工艺气体的气流，从而将该第一工艺 气体供应到该等离子处理腔，同时将该第二工艺气体转移到该 旁^各管线，在小于约1秒的时间段内将该等离子处理腔的等离 子约束区域内的该第二工艺气体大体替换为该第一工艺气体； 及j)对该基板重复b)-i)多次。
24. 根据权利要求23所述的方法，其中该小于约1秒的时间段小 于200毫衫、。
25. 根据权利要求23-24中任一项所述的方法，其中在对基板重复 a)-i)多次之后，形成的该聚合物沉积的最大厚度小于约100埃。
26. 根据权利要求23-25中任一项所述的方法，进一步包含将该第 一工艺气体的气流分为内部区域气流和外部区域 气流，其中该将第 一该工艺气体供应到该等离子处理腔的步骤 将该内部区域气流l是供到该处理腔的内部区域，并将该外部区 域气流4是供到该处理腔的外部区i或。
27. 根据权利要求26所述的方法，进一步包含将调谐气体提供到 该第 一工艺气体的该内部区域气流和该第 一工艺气体的该外 部区域气流中的至少 一个，其中该调谐气体在该将该第 一工艺 气体的气流分开后提供。
28. 才艮据^l利要求23-27中任一项所述的方法，其中该第一等离子 体在该层内刻蚀该至少一个特4正，且该第二等离子体在该层和 该4奈沖莫上形成沉积，该沉积》f复该4奄;模内的光条紋。
29. 根据权利要求23-28中任一项所述的方法，其中该等离子约束 区域的体积为约1/2升到约4升。
30. 根据权利要求23-29中任一项所述的方法，其中该第一层是SK)2; 该掩模是UV-光阻掩模；该第一工艺气体包含C4F8、 02和氩的混合物，且该第一 等离子体刻蚀该层；及该第二工艺气体包含CH3F,氩以及可选地02的混合物， 且该第二等离子体在该特征和该掩模上形成该聚合物沉积。
31. 4艮据权利要求23-30中任一项所述的方法，其中调谐该第一 RF电源到第一频率以匹配该第一阻抗负载的频率，和调i皆该 第一RF电源到第三频率以匹配该第二阻抗负载的频率， -使用 匹配盒以部分匹配该第一阻抗负载和第三阻抗负载，并4吏用频 率调谐以提供该第 一 阻抗负载和该第二组抗负载的最终匹酉己。
全文摘要
提供一种具有有电极的等离子约束区域的等离子腔。一种用于提供第一气体和第二气体的气体分配系统连接于该等离子腔，其中该气体分配系统可在小于1秒的时间段内将该等离子区域中的一种气体大体上替换为另一种气体。用以给该电极提供第一频率范围的能量的第一频率调谐RF电源电性连接于该至少一个电极，其中该第一频率调谐RF电源能够最小化反射的RF能量。用以给该等离子腔提供第二频率范围的能量的第二频率调谐RF电源，该第二频率范围在该第一频率范围以外，其中该第二频率调谐RF电源能够最小化反射的RF能量。
文档编号H01L21/306GK101563757SQ200780042683
公开日2009年10月21日 申请日期2007年11月12日 优先权日2006年11月17日
发明者乔斯·唐·萨姆, 列扎·S.M.·萨贾迪, 拉金德尔·德辛德萨, 艾瑞克·H·伦兹, 黄志松 申请人:朗姆研究公司