CN101076219A - 包含多个处理平台的去耦合反应离子刻蚀室 - Google Patents

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Abstract

一种包含有两个或更多个并行处理区域的处理室，能够实现等离子体隔离和射频隔离。每一个处理区域均有至少两个射频频率馈入其阴极，其中一个射频频率比另一个射频频率高至少2倍，从而可以提供去耦合反应离子刻蚀的能力。处理室的室体接地。通过频率隔离可以从阴极馈入多个射频频率而不会引起射频串扰和波动。另外，还采用了等离子体限制装置防止等离子体串扰。一个接地的共用排气通道连接到真空泵上。

Description

包含多个处理平台的去耦合反应离子刻蚀室
【技术领域】
本发明涉及等离子体处理室，尤其涉及一种具有一对或多个并行的处理区域、可单独地或同时地加工处理两片或更多片基片的等离子体处理室。
【背景技术】
在半导体芯片的制作过程中，通常会采用两类半导体芯片处理***。第一类***通常被称为批处理(batch processing)***。使用批处理***的主要原因在多个芯片或基片能够被同时加工处理，因而该***可以提供高的输出产能。但是，随着半导体器件性能规范要求的日益严格，工业界已经转而使用第二类处理室，即，单基片处理室。开发单基片处理***的主要原因在于它更便于控制基片的工艺特性和基片表面的工艺均一性。
另一方面，在某些特定的应用场合，人们还尝试提供一种可以同时并行处理两片基片的单个处理室。此种应用，可以在保证单基片处理的优点的同时可以一次处理两片基片。美国专利第5,811,022号揭露了一种两个/并行(twin/tandem)的基片处理室***，该发明是一种电感耦合型等离子室，采用等离子体去除光刻胶，业内也被之为：光刻胶灰化。光刻胶灰化是一种氧化反应，此过程使用氧去除有机光刻胶。光刻胶被氧化成气体，如一氧化碳、二氧化碳和水蒸汽，然后通过真空泵抽出处理室。因此，此类应用在半导体基片处理过程中并不要求具有与某些性能规范更加严格的应用(如半导体基片刻蚀)同样的工艺均一性。
因为光刻胶灰化的处理要求不严格，专利‘022中提出的处理室包括两个分离的等离子体生成室(two separate plasma generation chamber)，每个等离子体生成室的底部是开放的，并与一基片处理室相连，该基片处理室内容设有两片基片。等离子体发生室和基片处理室之间设置有一个带电粒子过滤器，用于防止带电粒子进入基片处理室，但允许电中性的活泼粒子进入基片处理室，从而将光刻胶从基片上去除。由于该基片处理室的结构被构置成在两片基片之间没有分隔并且等离子体无法在基片上被启辉，进一步的，由于使用了过滤器防止带电粒子进入基片处理室，专利‘022中提出的基片处理室并不能用于当今性能规范要求更严格的应用(如半导体基片刻蚀)，而仅能用于简单的灰化。
美国专利第5,855,681号还提出了另外一种并行的处理室结构。专利‘681中提出的处理室包含两个处理区域可以同时处理两片基片，并且包含分立的气体分配组件以及射频功率源以在每一个处理区域内的基片表面上方提供密度均匀的等离子体。特别地，专利‘681中解释了Mattson***(前述专利‘022的内容)的不足之处是由在单个处理室内的多个处理平台(multiple stations)中对多片基片进行局部地工艺处理而直接造成的。为了改进该设计，专利‘681教示到处理室应具有“相互隔离的处理区域”，以便“在至少两个区域中同时进行隔离的工艺处理，这样可以同时处理至少两片基片”。
尽管隔离处理区域的解决方案可以实现并行处理两片基片，但它却引出了被俗称为“室匹配”(chamber matching)或“处理平台匹配”(stationmatching)的困难。即，它使得控制处理室的两个处理区域以提供相同的等离子处理条件/环境变得困难。例如，若一个处理区域的刻蚀速率高于另一个处理区域，则很难控制刻蚀过程的结束点。换言之，若刻蚀工艺的结束点是根据较高刻蚀速率区域确定的，将导致另一处理区域中的基片没有得到完全刻蚀。反之，若刻蚀工艺的结束点被延迟，则高刻蚀速率区域中的基片将会被过度刻蚀从而被损坏。
美国专利第6,962,644号提出了上述并行处理室的改进版本，在该专利中提出了“一个具有多个相互隔离的处理区域的处理室”。在专利‘644中采用一个“中心抽泵室”(central pumping plenum)使得两个处理室可以相互“沟通”，但是这种设计又导致了在技术上被称为“射频串扰”(RFcrosstalk)的问题。在并行的处理***中，射频串扰具有极大的危害，因为一个处理区域中条件的变化会对第二个处理区域中的工艺处理产生负面影响。
前述并行处理室还存在一个由于“隔离”而导致的问题，它难以在两个处理区域之间匹配处理结果。另外，专利‘644中描述的并行处理室使用了两个射频功率源，该两个射频功率源的相位和频率被锁定在一起，用来防止两个功率源造成射频功率的脉冲波动(beating)。这增加了处理室的结构和配置的复杂性。最后，前述并行处理室中产生等离子体的方法不能确保满足制造先进半导体器件所需要的严格性能规范要求。因此，半导体工业界仍有需求提供一种多基片处理室，它能确保高水平的工艺性能，同时还能够保证在处理室的每个处理区域中的工艺性能都相互匹配。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种多基片处理室，其能够单独地或同时地加工处理两片或更多片基片，它能确保高水平的工艺性能，同时还能够保证在处理室的每个处理区域中的工艺性能都相互匹配。
本发明的多个实施例给出了具有等离子体隔离和频率隔离性能的包括两个处理区域或更多个并行在一起的处理区域的处理室，其可以从每个处理区域底部馈入多个射频频率。处理室壁(chamber wall)接地，且两个相邻的处理区域之间的隔离壁(partition wall)也接地。使用频率隔离使得从阴极馈入的多个射频频率不会产生射频串扰和波动。等离子体限制装置被用来防止出现等离子体串扰(plasma crosstalk)。另外还提供一个接地的公共排气通道(grounded common evacuation path)连接到一个单一的真空泵(single vacuum pump)上。
在排气信道入口处设置有微通道环结构(micro-channels ringstructure)，可以将等离子体限制在处理区域内，这样等离子体就不会进入排气通道从而不会在处理区域之间产生等离子体串扰。由于本发明采用单个真空泵来抽吸排气，因而会导致非对称抽吸排气，该微通道还有助于实现处理区域内的压力分配。该环结构还可以防止两个处理区域之间产生射频辐射泄露。该环结构被配置成上部是绝缘的，因而不会造成等离子体溅射(no plasma sputtering)，但底部是导电的并接地，以防止射频泄露(RFleakage)。
本发明处理室的等离子体限制可防止出现射频波动，因而不需要如前述现有技术中锁定射频功率源的相位和频率。并且，由于本发明配置有等离子体限制以及射频分离，每一个处理区域可以单独进行工艺处理或多个处理区域同时并行地进行工艺处理。
【附图说明】
本说明书中包含的附图，作为本说明书的一部分，示出了本发明的实施方式，并与说明书一起用于解释和描述本发明的原理和实施。附图旨在以一种概略的方式描绘所述实施例的主要特征。附图的目的并不在于描述实际实施方式的每一详细特征，也不在于描绘所述元件的真正尺寸，并且元件不是按比例绘制。
图1是根据本发明的一个实施例绘制的并行等离子体处理室的截面示意图。
图2是图1中沿线C-C的截面示意图。
图3是本发明中等离子体限制装置的一个实施例的剖面图。
图4是如图3所示等离子体限制装置的局部的、纵向放大的剖面图。
图5是本发明中射频匹配网络的结构示意图。
图6示出了一个实施例，其中两个处理区域之间采用了压力均衡机制。
图7示出了本发明的另一个实施例，其中两个阴极中的每一个均被施加多个射频频率。
图8示出了根据本发明的实施例实现的一个采用两个偏置频率进行工艺处理的例子。
图9示出了根据本发明的实施例实现的一个采用两个源频率进行工艺处理的例子。
【具体实施方式】
本发明的实施例给出了一个多用途的等离子室，它可以在高产量的情况下提供高精度的均一性加工处理。本发明可以实现每一个处理区域中的等离子体的稳定性和一致性，所获得的工艺处理结果满足了先进半导体处理中的高精度要求。本发明提供了具有多个处理平台或处理区域的去耦合反应离子刻蚀室(multi-station decoupled reactive ion etch chamber)，其中每个处理区域均被施加多个射频功率源。本发明采用了多种特性和设计以防止相邻两个并行的处理区域之间产生频率波动和射频串扰。特别的，迄今为止还没有人提出过在并行的处理室的每个处理区域的阴极馈入两个或更多个射频频率来实现去耦合反应离子刻蚀。
图1是根据本发明的一个实施例绘制的并行等离子体处理室100的截面图，而图2是图1中沿线C-C的截面图。此处的描述会参考这两个图。室体(chamber body)105通常由导电的金属材料(如铝)制成，室体包括两个并行的处理区域110和115。处理区域110和105通过隔离壁122被物理地隔开；此外，还采用压力均衡机制来平衡两个处理区域110和105之间的压力，具体设计将在下文中被详细阐述。室体105(包括隔离壁122)被接地，从而在两个处理区域110和115之间提供电场隔离，有助于避免射频串扰。
在每一个处理区域110和115中各有一个固定的阴极(fixed cathode)120和125，可以用于放置基片130、135以便进行工艺处理。本实施例中，阴极是固定的，因为其相对于可移动的阴极能够更好地接地。由于本实施例中，两个频率是通过阴极馈入的，因此有效的接地显得非常重要。由此可知，对于本实施例使用固定阴极比现有技术具有更大的优势。
阴极120和125包括一夹持装置(chuck mechanism)，可以将基片固定在指定位置。该夹持装置可以是任何传统的夹持装置，如传统的静电卡盘。另外，阴极120和125还包含一个内置的电极，用于将射频能量辐射进入处理区域。射频能量通过射频导体(RF conductors)140和145传送到阴极。每一个射频导体与两个射频功率源相耦接，如，射频功率源152和154耦接至射频导体140，射频功率源156和168耦接至射频导体145，二者分别经由匹配电路153和157实现耦接。在本实施例中，射频功率被均匀地耦接分布至阴极上，比如，在本实施例中，由三叉式耦合器(3-pronged coupler)实现功率输送，每一个三叉式耦合器具有3个连接器(截面图中仅示出了两个150、155)，三个连接器之间呈120角度分开。
本实施例中，去耦合反应离子刻蚀是通过在每一个阴极上施加两个射频频率实现的，其中这两个频率间隔足够大，使得来自于这两个功率源的射频功率是去耦合(decoupled)的。例如，高频率与低频率的频率之比被设定为至少大于2，这样可以确保两个频率之间的隔离。例如，低频率可以在500khz至2.2MHZ范围内选择。举一个具体的例子，低频率设为约2MHZ，第二射频频率设为大约27MHZ。另一个例子中，低频率设为约2MHZ，而第二射频频率约设为大约60MHZ或100MHZ。
在本实施例中，两个处理区域110与115之间的干扰部分地是通过对射频功率源进行频率调节(frequency tuning)避免的。它可以实现快速调节(例如，小于1秒的响应时间)，因而一个处理区域中的任何扰动不会对其相邻区域内的工艺处理产生负面影响。在本实施例中，采用了高效率的、自隔离的射频匹配153和157，每一个射频匹配将两路射频信号接入一个处理区域内的阴极。出于此目的，可以采用已公布的美国专利申请2005/0133163中提出的射频匹配电路。但是专利申请‘163中提出的射频匹配方法要求使用滤波器，这会增加射频匹配构造的复杂度。因而，采用已公布的美国专利申请2007/0030091将更加合适。专利申请‘091中关于射频匹配的创新设计避免了滤波器的使用。
图5是一种射频匹配网络的结构示意图，其可以用于本发明处理室内，它不需要使用滤波器。如图所示，该实施例具有两个射频输入，一个是高频输入部分，另一个是低频输入部分。该射频匹配网络总共有三个端口，其中两个是输入端口，即，连接到高频射频发生器的高频输入端口158和连接到低频射频发生器的低频输入端口156；以及通过传导介质(未图示)将多个射频发生器的能量输出到真空处理室的射频输出端口。该真空处理室的射频匹配网络可以分为一个低频部分和一个高频部分，此两部分在输出端口处通过同一个连接点合并。高频部分包含一个接地电容器C1’、一个电容器C2’、以及一个电感器L’。此外，低频部分包含一个通过电容器C1接地的端子，以及连接至电容器C2的另一个端子，该电容器C2与电感器L并行后连接到输出端口。
在低频部分，电感器L、电容器C1和电容器C2构成了一个低通滤波器，而在高频部分，电感器L’、接地电容器C1’和电容器C2’构成了一个高通滤波器。当高频输入的频率远远高于低频输入的频率时，即高频输入的频率是低频输入频率至少2倍(优选的，为至少10倍)时，由于高通滤波器的特性以及真空处理室在高频输入下的阻抗特性，高频部分仅需要一个较小的电感便可实现整个匹配网络与真空处理室的共轭匹配。在某些条件下，在高频部分使用非物理电感器(physical inductor)是可行的，而只用传导器件(如连接线)与一个传导连接器一起将射频输出端口连接至真空处理室的下电极。这样传导器件取代了电感器的作用。在此配置下，传导器件和传导连接器的自感可以基本上等效为一个电感器。此时，接地电容器C1’可以被传导器件、传导连接器以及接地之间的寄生电容器代替。由于寄生电容器C1’和L’的值较小且不易调节，高频部分的电容器C2’可以采用可调电容器以便调整电路的阻抗。
电容器和电感器的值可以通过高频和低频部分的频率估计得到。并且，理想的阻抗可以通过选择电容器C1的值来获得。众所周知，由电容器和电感器组成的这些匹配网络本身具有复阻抗。所以，由于电路元器件和导线具有自身电阻值，可以通过选择并调整匹配网络中元器件的值来实现射频匹配。当低频部分连接至低频射频发生器时，从输出端口至低频部分测量时所得到的在低频下的阻抗与从输出端口经由返回路径至低频部分测量时所得到的在低频下的阻抗大体上共扼匹配。当高频部分连接至高频射频发生器时，从输出端口至高频部分测量时所得到的在高频下的阻抗与从输出端口经由返回路径至高频部分测量时所得到的在高频下的阻抗大体上共扼匹配。
在图5所示的射频匹配网络中，低频射频能量通过包含电容器C2和电感器L的电路在输出端口输出。然后低频射频输出可以具有两条支路或通路连接出去，即，输入真空处理室或输入高频部分。高频部分包含(除寄生电容之外)电容器C2’和电感器L’。在本实施例中，高频部分的电容器C2’和电感器L’经过设置，使得对于低频射频输入端而言高频部分的阻抗远远大于真空处理室的阻抗。因此，低频射频发生器的绝大部分能量都被输入至真空处理室，而不会被输入到高频部分从而烧毁高频射频发生器。进一步地，通过合理选择电容器C2’的值，输入到高频部分的能量可以被降低到2％以下。
类似地，高频射频能量由高频射频源产生后，经过由电容C2’和电感L’组成的电路到达输出端口，这时高频射频输出具有两个支路可选，即，输入真空反应室或者输入低频部分。低频部分包含寄生电容、电容器C2和电感器L，其中电感器L和电容器C2是并行连接的。电容器C1的一端连接至电容器C2，另一端接地。通过此电路配置，增加电容器和电感器的估计值，并进一步调整电容器的值，可以使得对于高频射频输入而言，低频部分的阻抗远远大于真空处理室的阻抗。因此，高频射频发生器的绝大部分能量都被输入到真空处理室，而不会被输入到低频部分从而烧毁低频射频发生器。此外，通过合理选择电容器C1的值，输入到低频部分的能量可以被降低到2％以下。
请再参考图1和图2，处理气体由一共享源160提供。来自共享源160的气体通过气体喷头170和175分配到每个处理室中，在本实施例中，该两个气体喷头采用双区(dual zone)或多区气体喷头。即，如图1所示，气体喷头170包含中心区域172和***区域176，中心区域172和***区域176通过密封174隔开。输气管171将气体输送到中心区域172，而输气管173将气体输送到***区域176。中心区域与***区域之间的气体输送比例可以通过共享源160控制。另外，由管道171和173输送的气体的组成部分可以通过共享源160控制。即，管道171和173可以输送不同或相同的气体或气体混合物。
气体喷头170和175还包含一个内置的导电电极，从而为与相应阴极120和125耦合的射频功率源构成接地通路。
图1还示出了一个中心真空泵180。中心真空泵180通过排气室184的排气口182可以排出处理区域110和115中的气体。使用单个中心真空泵180简化了整个处理室的构造，并可使处理室更加紧凑。另外，共享的排气口182还可以帮助均衡两个处理区域110和115之间的压力。但是，此设计也带来了一些问题，下面将根据本实施例进行说明。
以下解释是关于处理区域110的，但是应当理解，同样的解释也可适用于处理区域115。如图1所示，由于排气口182位于两个处理区域110和115之间，它为每个处理区域制造了一个倾斜的排气通路。例如，箭头a为粒子沿处理区域靠近排气口182经过的路径，而箭头b为粒子沿处理区域远离排气口182经过的路径。容易理解，路径b要长于路径a，这将导致处理区域110内存在压力差。为了克服此不足，在本实施例中，在每个处理区域内设置了微通道等离子体限制装置190、195。限制装置190用于隔离处理区域110和排气口182，同时允许从处理区域110内以沿着处理区域110均衡压力的方式抽取气体。限制装置190可以采用已公布的美国专利申请2007/0085483中提出的任何环的结构。
图3和图4中示出了可以用于图1中处理室的等离子体限制装置的一个实施例，用序号70标出。尽管本发明可以采用其它类型的等离子体限制装置，对图3和图4的描述可以为读者提供更加完备的解释。如图3和图4中所示，等离子体限制装置位于处理区域110和排气室184之间。在图1所示的实施例中，限制装置70的上部位置与基片130大致处于同一高度。等离子体限制装置70包括一个接地的导电部件71。该接地的导电部件71通过外部***边缘72和相对的内部***边缘73定义，它通常环绕排气室184的内壁183。另外，接地的导电部件71具有顶表面74以及相对的底表面75。如图所示，若干个通道76在接地的导电部件71内部按照预定方式设置而成，并且延伸于底表面74和顶表面75之间。接地的导电部件71构成了一个电场屏障，基本上抑制了来自于等离子体的射频发射(RF emissions)到达排气口182。通过此方式，等离子体不会在排气口182内被启辉或形成。另外，此配置还避免了两个处理区域110和155之间的射频串扰(RF crosstalk)。
等离子体限制装置70还包括一个电气绝缘层80，该绝缘层位于(或部分涂覆)接地的导电部件71的顶表面74。如图4所示，该电气绝缘层相对于外部***边缘72大体上径向地、向内延伸。该电气绝缘层可以由一层(如图所示)或多层构成。位于电气绝缘层80的上方的是一个电气导电支撑环90。该支撑环90有一个外部***边缘91(它与外部***边缘72共面)，并且还有一个隔开一定空间的内部***边界92。该支撑环与该若干个电气导电部件95集成在一起，使得该电气传导部件95按预定的间隔相互隔开，并与接地的导电部件71绝缘，因而这些电气传导部件95在工艺处理过程中对大地是电气浮地(electrically floating from ground)的。这些电气传导部件95此处表示为一组间隔开的同心圆环96，并且圆环96相互之间构成了一组信道99，该信道99与接地的导电部件71上的通道76流体连通。因此，通道76和99构成了一个流体通道，允许在处理区域110内用来产生等离子体的反应气体离开处理区域110，并到达排气口182。在本发明的一种形式中，电气传导组件或部件95可以采用半导体掺杂材料制成。在此情况下，半导体材料掺杂增加了半导体材料的电导性。
从图4中可以知道，每一条通道99的长度均大于任何带电粒子的平均自由程，这些带电粒子存在于处理室110内的等离子体中。因而，当等离子体从处理区域被抽吸到排气区的过程中，所有通过通道99的带电粒子均会撞击该若干个电气导电同心圆环96，因此带电粒子在到达等离子体处理室的排放区域之前就已经被断开了其所带的电荷。在本发明中，如图3和图4所示，应明白电气传导部件95(此处显示为一组电气导电的同心圆环96)的表面可以被涂覆有或包裹有一种材料，该材料可以抵抗来自于处理区域110中产生的等离子体对其的等离子体腐蚀。在本发明的一个实施例中，涂覆于电气传导部件96表面的材料包含Y2O3。该涂覆层确保了电气传导部件95不会受到等离子体的刻蚀作用从而避免了由此而产生的微尘颗粒(particles)。在另一个实施例中，电气传导部件96可以是一种一体形成的导电板(未图示)，导电板上设置有狭长孔隙或孔洞，狭长孔隙或孔洞的构形同样被设置成当等离子体内的带电粒子通过时可以使带电粒子被中和，同时允许中性粒子通过。
另外还可以采用限制装置的多种替代实施方案。例如，容易理解，接地的导电部件71和那些会与等离子体接触的电气传导环96的表面进行阳极化处理，从而防止等离子体腐蚀，同时在其上形成电气绝缘层。阳极化处理是一种电解操作，该处理可以使金属表面形成一层氧化保护层。阳极化处理可用于多种目的，包括在金属表面形成坚硬的覆层，或者令金属具有电气绝缘性，并且使金属抗腐蚀。在本发明的一种形式中，电气导电部件96、电气导电支撑环90以及接地的导电部件71由铝制成，电气绝缘层80是一种铝阳极化层，其可以通过将导电支撑环90面向电气接地组件71的表面或电气接地组件71面向导电支撑环90的表面进行阳极化处理而得到。在本发明的另一实施方式中，这些结构的所有表面都可以被阳极化处理，这样可以保证电气传导部件95在工艺处理过程中相对于大地是电气浮地(electrically floating relative to the ground)的。更进一步地，在本发明的其它实施中，导电组件100中的若干个导电环及通道102朝向处理区域或接触到等离子体的表面区域可以首先进行阳极化处理，随后再涂覆一层防止等离子体腐蚀的物质，比如：涂覆一层Y2O3材料，以进一步抵抗等离子体腐蚀。除了前述实施方式，作为本发明的一种其它实施方式，电气绝缘层80可以用具有相同功能的电气绝缘隔块(electrically insulativespacer)(未图示)来替代，该电气绝缘隔块可以使导电组件100和电气接地组件71相互电气绝缘，也可以同时起连接或支撑作用，使二者连接更稳定。电气绝缘隔块可类似地使导电组件100处于浮地的状态。
容易理解，用于等离子体处理区域110内的等离子体限制装置70包含接地的导电部件71、以及位于其上的电气导电的且可浮地的部件95。在此方式下，等离子体限制装置构成了等离子体屏蔽(plasma shield)以及射频屏蔽(RF shield)。即，可浮地的部件构成等离子体屏蔽，可以防止活性粒子从中通过，而接地的导电部件构成了射频屏蔽，可以防止射频能量从中通过。可浮动部件95定义了一组通道99，通过它们可以对处理区域110按照一种可控的方式进行抽吸处理。这些通道99是有一定构形(dimension)的，以便猝灭(quench)带电粒子，同时允许中性粒子通过。以这种方式，限制装置70可以对处理区域110的抽吸(pumping)操作进行控制，以在整个处理区域内产生均匀的压力，防止带电粒子进入排气口182，防止射频耦合至排气口182，从而防止等离子体在排气口182处激发产生，而且还避免处理区域110和115之间出现射频串扰。
本实施例的另一个特性在于图2中所示的隔离环132。隔离环132在竖直方向上是可移动的，如箭头d所示。为了将基片移入或移出处理区域110，需要将该隔离环132移至较高位置，从而暴露出基片装卸槽134。当基片置于阴极上之后，将该隔离环移至如图2中所示的较低位置。在该位置上，由该隔离环132所界定出的处理区域110呈对称的圆形(symmetrically circular)，并且装卸槽134被“隐藏”在隔离环132后面因而不会与等离子体有接触，等离子体所能接触到的区域是由该隔离环132所界定出的圆形边界(circular boundary)。即，在较低位置上，每一个隔离环为每一个处理区域定义了一个***边界(peripheral boundary of eachprocessing region)。另外，在本实施例中，隔离环是由介电材料制成的并且具有一定厚度T，可以将接地的室壁与等离子体相互隔离(isolate)开来。即，厚度T可以被合理计算和取值，从而可以防止射频返回路径(RF returnpath)从等离子体经过接地的室壁105。以此方式，射频返回路径被控制流经气体喷头170，该气体喷头170作为上电极实现射频返回。
隔离环132还可以被用于压力均衡(pressure equalizing)。图6给出了此配置的一个例子。图6中的处理室600与图1和图2中类似，所以此处不再详细说明，而仅特别说明图6中所示出的另外的发明特征。图6中示出的实施例显示了在两个处理区域之间设置有压力均衡机制(pressureequalizing mechanism)。在此例中，压力均衡机制通过隔离环632来实现。如图所示，在分隔墙682上设置有一通道(channel)684。当隔离环632移至其较高位置时，如箭头d所示，通道684允许气体在处理区域610和615之间自由地通过。另外，在隔离环632中还设置有压力均衡通路(pressure equalizing passage)634、636。当隔离环置于较低位置时，如图6所示，压力均衡通路634、636与通道684共同组成一条路径(passage)。通过此方式，处理区域610和615内的压力可以通过相互流体连通的路径634、684和636达到均衡(be equalized)。
可以理解，由于本发明配置有等离子体限制以及射频分离，每一个处理区域可以单独进行工艺处理或多个处理区域同时并行地进行工艺处理，并且多个处理区域可以具有相同的等离子处理条件/环境。因而解决了现有技术中的“处理平台匹配”(station matching)的不足。
图7给出了本发明的另一个实施例，其中两个阴极均被施加多个射频功率。图7中给出的实施例可以通过修改本专利给出的其它实施例来实现，或与此处未给出的其它实现方式共同实现。图7中给出的具体实施例采用了图1所给出的实施例，并且对相似的部件采用了相似的数字标号，差别在于它们是按照700系列而不是100系列来标注部件的。
如图7所示，每个阴极720和725均接收3个射频频率。此举的目的是为了通过独立控制等离子体密度和离子能量来控制刻蚀工艺。即，一个或两个频率可以被用来控制等离子体离子能量。等离子体离子能量频率应选择在较低的范围内，如，一个频率选择在500khz-2MHZ范围内，而另一个选择13MHZ(更精确的说是13.56MHZ)。这些频率通常被称为偏置频率(bias frequency)。等离子体的密度可以通过较高的频率进行控制，如27MHZ、60MHZ、100MHZ或160MHZ，这通常被称为源频率(sourcefrequency)。另一方面，也可以采用单个偏置频率和一对源频率。例如，单个偏置频率的取值可以选择在500khz-2MHZ范围内或者选择13MHZ。而这对源频率的取值可以是27MHZ、60MHZ、100MHZ或160MHZ。
在一个具体例子中，采用了一个偏置频率754、757，并被设为2MHZ或13MHZ，并采用了两个源频率：用于阴极720的源频率752和754以及用于阴极725的源频率758和759。源射频频率中的一个被设为27MHZ，另一个被设为60MHZ。该种配置可以对等离子体粒子的解离提供更好的控制。
图7中给出的实施例的另一个特征是切换开关763和767。切换开关763和767使得本实施例可以在多个可选频率之间切换，从而可以进一步控制等离子体的解离。通过使用切换开关763和767，前述所有实施例都可以被用来在等离子体室中提供第一阶段工艺操作和第二阶段工艺操作。在第一阶段工艺操作时，采用偏置频率和源频率的第一组合，在第二阶段工艺操作时，采用偏置频率和源频率的第二组合。例如，处理室可以使用低偏置频率(如，约2MHZ)进行主刻蚀阶段的工艺；然后，在过刻蚀时为了实现“软着陆”，***将被切换到工作在较高的偏置频率下，如13MHZ。另一方面，处理室可以采用较低的源频率进行刻蚀步骤，如采用27MHZ；然而，在完成刻蚀后，基片将被移出处理室，对处理室采用更高密度的等离子体进行清洗。更高密度的等离子体可以通过采用更高频的源频率获得，如60MHZ、100MHZ或160MHZ。
图8示出了根据本发明的实施例实现的一个采用两个偏置频率进行工艺处理的例子。此工艺可以是，比如，刻蚀一块半导体基片。在步骤800中，源射频源被激励以轰击等离子体。源射频源的频率可以为27MHZ、60MHZ、100MHZ、160MHZ等。在步骤810中，第一偏置频率被激励并被施加至处理室以产生解离离子去轰击基片(第一工艺步骤，步骤820)。当第一工艺步骤完成后，第一偏置功率在步骤830中被断开(de-energized)，并在步骤840中第二偏置功率被激励，以进行第二工艺步骤850。在此情况下，第一偏置频率可以为大约2MHZ，第二偏置频率为大约13MHZ。在此例中，当偏置频率为2MHZ时，源频率至少应比其高2倍，优选的实施为高至少10倍以上。另一方面，当偏置频率为13MHZ时，源频率可以为其两倍或更高。例如，当偏置频率为13MHZ时，源频率可以为其两倍(即27MHZ)，或为其五倍(即60MHZ)，或更高(100MHZ或160MHZ)。
图9示出了根据本发明的实施例实现的一个采用两个源频率进行工艺处理的例子。例如，此工艺可以是，比如，刻蚀半导体基片以及此后的“原位”清洗工艺。在步骤900中，第一源射频功率源被激励以轰击等离子体。该源射频功率源的频率可以为27MHZ。在步骤810中，偏置频率被激励并被施加至处理室以产生用于轰击基片的解离离子，用于刻蚀工艺步骤(步骤920)。当刻蚀工艺过程完成后，在步骤930中偏置功率被断开，并在步骤935中将基片移出处理室。然后在步骤940中激活第二源功率以进行清洗步骤(步骤950)。在此情况下，第二源功率的频率可以是60MHZ、100MHZ或160MHZ。
最后，应当理解，此处所述的工艺和技术并不与任何特定的装置直接相关，它可以用任何合适的元件组合来实现。此外，可以根据本发明所教示的内容，各种类型的通用器件均可以被应用。也可以制造专门的器材来实现本专利所述的方法及步骤，并且具有一定的优势。本发明是参照具体的实施方式来描述的，其所有方面都应为示意性的解释而非限定性的。本领域的技术人员会意识到，不同的硬件、软件和固件的组合都可适用于实施本发明。比如，所述的软件可以用很多种程序或脚本语言来描述，比如汇编、C/C++、PERL、SHELL、PHP、JAVA等等。
本发明是参照具体实施方式描述的，但其所有方面都应为示意性而非限定性的。此外，通过研究本专利所揭露的发明特征和实施，熟悉本发明领域的技术人员也可以较为容易地想出其他实施方式。本专利所述实施方式的各种方面和/或元件可以在等离子体腔室技术中单独或以任意组合使用。说明书和附图中的说明的特征和实施方式应仅理解为示例性质，而本发明的真正范围和精神则是由下列权利要求书中所定义的。

Claims (32)

1.一种包含至少两个处理区域能够单独地或同时地处理至少两片基片的等离子体处理室，包括：
处理室体，包含至少两个等离子体处理区域，每个处理区域在较低位置处设有一个阴极且在处理区域的上部设有一个阳极，所述室体包含排气通道；
至少一个真空泵，与所述排气通道相连接；
至少两个射频匹配电路，每一个射频匹配电路同时地将至少一第一射频频率和一第二射频频率耦合到其中的一个阴极上；
其中，第一射频频率高于第二射频频率。
2.如权利要求1所述的等离子体处理室，还进一步包括至少两个等离子体限制装置，每个等离子体限制装置位于一个相应的阴极附近，用于防止等离子体从处理区域进入排气通道。
3.如权利要求2所述的等离子体处理室，其中每一个等离子体限制装置包含等离子体屏蔽和射频屏蔽。
4.如权利要求3所述的等离子体处理室，所述等离子体屏蔽包含导电的但电气浮地的部件，所述射频屏蔽包含接地的导电部件。
5.如权利要求1所述的等离子体处理室，还包含至少两个可移动的绝缘隔离环，每个隔离环位于一个处理区域内，当隔离环位于其较低位置时每个隔离环为每个处理区域限定了***边界。
6.如权利要求5所述的等离子体处理室，其中所述处理室体为每个处理区域设置有接地的室壁，每个隔离环的厚度被设计成能够使接地的室壁被射频能量屏蔽。
7.如权利要求6所述的等离子体处理室，其中每个隔离环还包括至少一个压力均衡通路。
8.如权利要求7所述的等离子体处理室，还进一步包括一个隔离壁将两个处理区域分隔开，所述隔离壁包含一个压力均衡通道，当隔离环位于其较低位置时所述压力均衡通道与所述压力均衡通路相连通。
9.如权利要求1所述的等离子体处理室，还包括若干个射频传导体，每一个射频传导体将射频能量从所述射频匹配电路中的一个耦合到相应的阴极，每个射频传导体包括若干个均匀分布的叉与阴极相连接，以便以一种均衡的方式将射频能量耦合到相应的阴极上。
10.如权利要求9所述的等离子体处理室，其中每一个射频匹配电路包含一个高频输入端、一个低频输入端、一个组合输出端，在高频输入端和组合输出端之间耦合有高频匹配电路，在低频输入端和组合输出端之间耦合有低频匹配电路，其中，所述高频匹配电路对于第二和第四射频频率具有高阻抗，所述低频匹配电路对于第一和第三射频频率具有高阻抗。
11.如权利要求10所述的等离子体处理室，其中所述第一射频频率从约27MHZ、约60MHZ或约100MHZ中选取。
12.如权利要求10所述的等离子体处理室，其中第二射频频率从约500KHz至2.2MHZ范围内选取。
13.如权利要求1中的等离子体处理室，其中每一个射频匹配电路还将一第三射频频率耦合至一相应的阴极。
14.如权利要求13种的等离子体处理室，还包括若干个切换开关，每一个切换开关用于在第一、第二及第三射频频率中进行选择切换。
15.一种并行等离子体刻蚀室，包括：
导电室体，具有第一处理区域和第二处理区域，所述室体还具有隔离壁用以将第一处理区域和第二处理区域分隔开，所述室体还包括与所述第一处理区域和所述第二处理区域流体连通的排气室，所述排气室具有单排气口，所述室体接地；
真空泵，与所述排气口相连；
第一固定阴极，固定在第一处理区域的底部，并包含第一夹盘用于支撑基片；
第一气体喷头，固定在第一处理区域的上部，并包含第一电极；
第二固定阴极，固定在第二处理区域的底部，并包含第二夹盘用于支撑基片；
第二气体喷头，固定在第二处理区域的上部，并包含第二电极；
共享气体源，为第一气体喷头和第二气体喷头提供工艺处理气体；
第一射频匹配电路，同时将至少一个低频射频频率和一个高频射频频率耦合至第一阴极；
第二射频匹配电路，同时将至少一个低频射频频率和一个高频射频频率耦合至第二阴极；
其中，所述高频射频频率的大小是所述低频射频频率的大小至少两倍。
16.如权利要求15所述的并行等离子体刻蚀室，还包括位于第一阴极附近的第一等离子体限制装置，用于防止等离子体从第一处理区域进入排气室；以及位于第二阴极附近的第二等离子体限制装置，用于防止等离子体从第二处理区域进入排气室。
17.如权利要求16所述的并行等离子体刻蚀室，其中每一个第一和第二等离子体限制装置包含等离子体屏蔽以及射频屏蔽。
18.如权利要求16所述的并行等离子体刻蚀室，其中所述等离子体屏蔽包含导电的但电气浮地的部件，所述射频屏蔽包含接地的导电部件。
19.如权利要求15所述的并行等离子体刻蚀室，还包含：
位于第一处理区域中的第一可移动绝缘隔离环；
位于第二处理区域中的第二可移动绝缘隔离环；
其中，所述第一、第二可移动绝缘隔离环在其较高位置时用于基片装载，在其较低位置时用于基片工艺处理。
20.如权利要求19所述的并行等离子体刻蚀室，其中所述第一、第二可移动绝缘隔离环分别具有一定的厚度，可以使接地的室壁被射频能量屏蔽。
21.如权利要求20所述的并行等离子体刻蚀室，其中第一和第二可移动绝缘隔离环分别包含至少一个压力均衡通路。
22.如权利要求21所述的并行等离子体刻蚀室，其中所述隔离壁包含一个压力均衡通道，当第一和第二可移动绝缘隔离环位于其较低位置时，所述压力均衡通道与第一和第二可移动绝缘隔离环上的压力均衡通路相连通。
23.如权利要求15所述的并行等离子体刻蚀室，其中所述低频射频频率的范围为约500KHz至2.2MHZ，而高频射频频率可以从约27MHZ、60MHZ以及100MHZ中选取。
24.如权利要求15中的并行等离子体刻蚀室，还包括与第一射频匹配连接的第一切换开关以及与第二射频匹配连接的第二切换开关，可以通过
操作第一和第二切换开关中的每一个进行如下选择：
从两个低频射频频率中选择获得所述低频射频频率；或
从两个高频射频频率中选择获得所述高频射频频率。
25.如权利要求15中的并行等离子体刻蚀室，其中所述第一处理区域和第二处理区域中的每一个均可以独立于另一个独立地进行工艺处理。
26.一种去耦合反应离子刻蚀室包括：
导电室体，包括多个处理区域及将多个处理区域相互分隔开的隔离壁，所述隔离壁上设置有用于平衡多个处理区域内的压力的流体通道；所述室体还包括至少一个与所述多个处理区域流体通道的排气室；所述室体接地；
至少一个真空泵，与所述排气室相连；
多个阴极，每个阴极固定于其相应的处理区域的底部，并包括一个夹持装置用于支撑基片；
多个气体喷头，每个气体喷头固定于其相应处理区域的上部，并包括一个电极；
共享气体源，为所述多个气体喷头提供工艺处理气体；
多个射频匹配，每个射频匹配将至少一个低频射频频率和一个高频射频频率同时馈入其中一个相应的阴极。
27.如权利要求26所述的去耦合反应离子刻蚀室，还包括多个等离子体限制装置，每个等离子体限制装置位于其相应的阴极附近，用于防止等离子体从处理区域进入排气室。
28.如权利要求27所述的去耦合反应离子刻蚀室，其中每个等离子体限制装置包括等离子体屏蔽以及射频屏蔽。
29.如权利要求28所述的去耦合反应离子刻蚀室，其中等离子体屏蔽包含导电的但电气浮地的部件，射频屏蔽包含接地的导电部件。
30.如权利要求26所述的去耦合反应离子刻蚀室，还包括多个可移动的绝缘隔离环，每个绝缘隔离环位于一个处理区域内，当每个隔离环位于其低位时限定了相应处理区域的***边界。
31.如权利要求30所述的去耦合反应离子刻蚀室，所述每个绝缘隔离环具有一定厚度可以使接地的室壁被射频能量屏蔽。
32.如权利要求31所述的去耦合反应离子刻蚀室，其中每个绝缘隔离环还包含至少一个压力均衡通路，当绝缘隔离环位于其低位时，所述压力均衡通路与压力均衡通道流体连通。
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