專利名稱：具有多個(gè)電容性和電感性電源的等離子處理反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有多個(gè)電容性和電感性電源的等離子處理反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體裝置(如集成電路或平面顯示器)的制造中，材料層 會(huì)被交替地沉積至基片表面上并自基片(例如，半導(dǎo)體晶片或者玻
璃氺反)表面受到蝕刻。如本4貞1或中所7>知的，沉積、層的蝕刻可憑4昔 各種技術(shù)完成，包含等離子增強(qiáng)蝕刻。在等離子增強(qiáng)蝕刻中，基片 的實(shí)際蝕刻在等離子處理室內(nèi)部進(jìn)行。在蝕刻處理期間，等離子是 由適當(dāng)?shù)奈g刻氣源所形成，以蝕刻工件未受到蝕刻掩才莫保護(hù)的區(qū) 域，并留下所需的圖案。
在基片等離子蝕刻期間，由光刻月交或者被蝕刻材料層與蝕刻化 學(xué)品所形成的聚合物所構(gòu)成的蝕刻副產(chǎn)物主要會(huì)沉積在外圍處理 室硬件上。沉積后的副產(chǎn)物會(huì)隨著后續(xù)的基片蝕刻而累積。為了提 高基片制造的器件成品率，維持可再現(xiàn)的處理室是4艮重要的，其可 以通過蝕刻 一個(gè)或多個(gè)基片后扭^f亍周期性的處理室清理禾呈序而完 成。通常，在蝕刻每片基片后執(zhí)行處理室清理。
電容性耦合真空等離子系統(tǒng)常被用來蝕刻來自半導(dǎo)體基片的 介電材料。電容性系統(tǒng)具有產(chǎn)生低等離子損害以及對(duì)下層及光刻膠 層具有較高選擇性的優(yōu)點(diǎn)。然而，當(dāng)在基片蝕刻后使用電容性耦合
6等離子來清理處理室時(shí)，具有較高離子能量的電容性耦合等離子會(huì) 轟擊棵露的靜電卡盤。靜電卡盤用來在基片蝕刻期間支撐基片，而 轟擊棵露的靜電卡盤會(huì)導(dǎo)致靜電卡盤的壽命降低及粒子產(chǎn)生。此 外，由處理室中的上下電極所產(chǎn)生的電容性耦合等離子主要集中在 靜電卡盤上方的中央?yún)^(qū)域，因此無法有效地清理外圍處理室石更件。 為了完全地清理外圍處理室硬件，需要更長(zhǎng)的清理時(shí)間，這影響了 制造生產(chǎn)率。在現(xiàn)行的電容性耦合等離子反應(yīng)室中，在處理(蝕刻) 每片基片后的處理室清理通常利用上述的限制來加以最佳化。
鑒于上述問題，需要一種方法及設(shè)備來提供改進(jìn)的處理室清理 機(jī)制，以提高靜電卡盤的壽命，提高基片成品率，并增加制造生產(chǎn)率。

發(fā)明內(nèi)容
大體而言，本發(fā)明的實(shí)施例通過纟是供較佳的處理室清理才幾制來 滿足上述需要。此外，本發(fā)明的實(shí)施例^是供額外的調(diào)節(jié)器來調(diào)整蝕 刻工藝。應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明可以多種方式加以實(shí)施，包含處理、設(shè) 備或系統(tǒng)。以下將敘述本發(fā)明的多個(gè)新穎性實(shí)施例。
在一實(shí)施例中，用以產(chǎn)生等離子的等離子處理室包含下電極 組件，其具有內(nèi)部下電才及以及i殳置在內(nèi)部下電才及外部的外部下電 才及，其中該內(nèi)部下電才及用于容納基片。該等離子處理室包含具有上 電極的上電極組件，其中上電容性電才及直接設(shè)置在內(nèi)部與外部下電 才及的上方。
在另一實(shí)施例中，用以產(chǎn)生等離子的等離子處理室包含下電 極組件，包含內(nèi)部下電極以及圍繞該內(nèi)部下電極的外部下電極，其 中該內(nèi)部下電^l用以容納基片。等離子處理室包含上電才及組件， 包含位于內(nèi)部及外部下電極上方一定距離處的上電極。該上電極限
7定了與內(nèi)部下電4及以及外部下電4及的至少一部分相關(guān)的區(qū)i或。內(nèi)部 下電極及上電極用以將由下電極組件與上電才及組件限定的空間
(cavity)的第 一 區(qū)域內(nèi)的第 一氣體轉(zhuǎn)變?yōu)榈?一 電容性井禺合等離子。夕卜 部下電極及上電極用來將該空間(cavity)的第二區(qū)i或內(nèi)的第二氣體 轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙娙菪择詈系入x子。
在又一實(shí)施例中，提供一種在等離子處理室中產(chǎn)生等離子的方 法。此方法從供應(yīng)工藝氣體至等離子處理室中開始。此方法接著通 過供電至外部下電極而產(chǎn)生等離子，該外部下電極為下電極組件的 一部分且圍繞下電極組件的內(nèi)部下電極的周圍。
從下列的詳細(xì)描述并且結(jié)合附圖以本發(fā)明的原理示例的方式 加以{兌明，本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)將更加清晰。


從下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明將更容易理解。類似的參 考標(biāo)號(hào)是指類似的結(jié)構(gòu)元件。
圖1A顯示了基片蝕刻系統(tǒng)一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
圖1B顯示了在等離子系統(tǒng)中產(chǎn)生清理等離子的工藝流程。
圖1C顯示了在等離子系統(tǒng)中產(chǎn)生蝕刻等離子的工藝流程。
圖2顯示了基片蝕刻系統(tǒng)另 一實(shí)施例的示意圖。
圖3 A顯示了基片蝕刻系統(tǒng)另 一 實(shí)施例的示意圖。
圖3B顯示了等離子系統(tǒng)中產(chǎn)生清理等離子的工藝流程。圖3C顯示了在等離子系統(tǒng)中產(chǎn)生蝕刻等離子的工藝流程。 圖4顯示了基片蝕刻系統(tǒng)又一實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將描述改進(jìn)的更有效率且更靈活的處理室清理及蝕刻系 統(tǒng)、方法以及設(shè)備的幾個(gè)示范性實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解 在未使用本文中所述的部分或者全部特定細(xì)節(jié)的情況下，仍可實(shí)4亍 本發(fā)明。
如前所述，蝕刻每片基片后的可再現(xiàn)的處理室壁表面狀況會(huì)改 善成品率。有效的現(xiàn)場(chǎng)處理室清理已成為下一代的等離子蝕刻反應(yīng) 器的關(guān)鍵特征。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供圍繞基片支撐件的第二等 離子源?？拷幚硎业耐鈬脑摰诙入x子源可在基片蝕刻后的處 理室處理才乘作期間啟動(dòng)，以清理在基片蝕刻期間累積了蝕刻副產(chǎn)物 的外圍處理室硬件。圖1A顯示了等離子處理設(shè)備IOO的剖面示意圖， 其具有圍繞基片支撐件的第二等離子源。該實(shí)施例包含了由導(dǎo)電 材料所構(gòu)成的下電極131,其操作性地連接至RF匹配器138以及RF 電源139。下電才及131也是基片支撐件并且是下電才及組件130的一部 分。在一個(gè)實(shí)施例中，RF電源139為多頻率電源。例如，該電源可 具有介于大約400KHz至大約60MHz范圍的混合頻率。當(dāng)RF能量自 下電極131被輸送至處理室內(nèi)的氣體時(shí)產(chǎn)生了等離子。在一 實(shí)施例 中，RF電源輸送上至約1瓦至大約10瓦的RF能量等級(jí)。
在一實(shí)施例中，下電極組件130具有內(nèi)建的冷卻機(jī)制(未示)，其 可將基片冷卻至介于約-20。C至約7(TC間的溫度范圍。圍繞基片支撐 件的是導(dǎo)電環(huán)133,其在基片處理期間向等離子提供了額外接地^各 徑。在下電極131與導(dǎo)電環(huán)133之間設(shè)有介電環(huán)132,其使基片支撐 件與導(dǎo)電環(huán)133絕緣。
9通過示例性而非限制性的方式，下電極131具有適合容納 300mm基片的區(qū)域。在一實(shí)施例中，已供電的下電極131用以容納 基片(未圖示)并用以在基片蝕刻操作期間夾持該基片至下電極 131。通過已知的系統(tǒng)或方法，該基片一皮以靜電方式夾持(clamp) 或"夾緊(chuck)"至該下電極。這些已知系統(tǒng)及方法包含利用 包含了用于夾緊或者釋放目的的高電壓電極(未圖示)的介電材剩-來包覆下電極131。等離子處理設(shè)備100包含經(jīng)由接地件135接地的 室壁140。 4妄地件135通過介電材泮+136與下電極131分離。
第一上電極lll設(shè)置在下電極131上方的短距離處。 一般而言， 上電極lll是由與基片相容的材料制成，以避免污染。第一上電極lll 為上電極組件110的一部分，其連接至接地件148并^是供RF電源用的
不同。上電極組件110耦合至經(jīng)由接地件118接地的處理室罩蓋117。 通過示例性而非限制性的方式，第 一上電極lll由導(dǎo)電材料如硅或石友 4匕石圭構(gòu)成。此外，通過示例性而非限制性的方式，第一上電一及l(fā)ll 位于3巨下電才及約2cm至約3cm處。
圍繞上電極111的是由感應(yīng)線圈112構(gòu)成的第二上電才及112。感應(yīng) 線圏112埋置于介電材料113中。線圏112耦合至RF匹配器126,而RF 匹配器126耦合至RF電源127。在一個(gè)實(shí)施例中，該RF電源127可供 給混合頻率能量。RF電源127的能量頻率可為介于約400kHz至約 27MHz范圍間的單一或者多個(gè)頻率。在一實(shí)施例中，用以產(chǎn)生電感 性耦合等離子的能量介于約0瓦至約2000瓦之間。
法拉第防護(hù)罩114位于介電材料113下方。圍繞介電材料113的是 導(dǎo)電性區(qū)塊115,其與法拉第防護(hù)罩114相接觸以沖是供接地^各徑給來 自下電極131的RF能量。法拉第防護(hù)罩114的外緣下方且圍繞法4立第 防護(hù)罩114的外纟彖的為凹形介電環(huán)116。在一實(shí)施例中，介電環(huán)116 由石英構(gòu)成。
10法拉第防護(hù)罩114提供RF接地路徑給來自任何電極的RF能量。 法^立第防護(hù)罩114還幫助 <呆持處理室中4妄地面積與供電面積間的面 積比，以使電容性耦合等離子處理期間處理室中的壓降不會(huì)隨著感 應(yīng)線圈112的導(dǎo)入而改變。保持相同的面積比使得蝕刻處理即使在 導(dǎo)入感應(yīng)線圈112時(shí)仍然^f呆持一致。此外，法^拉第防護(hù)罩114阻擋了 來自電感源的電場(chǎng)，以爿尋電感等離子處理期間自感應(yīng)線圈112的電 容性耦合最小化，以避免處理室元件受到濺射。如何設(shè)計(jì)法拉第防 護(hù)罩的詳細(xì)描述可在遞交于2002年8月30的共同受讓的美國(guó)專利申 i青No. 10/232,564 , 主題為 "Faraday Shield Disposed within an Inductively Coupled Plasma Etching Chamber", 以及遞交于2003年1 月15日的美國(guó)專利申請(qǐng)No.10/345，582,主題為"Dual Interleaved Faraday Shields For An Inductively Coupled Plasma Etching Chamber" 中找到。在處理室清理期間，RF電源127供應(yīng)線圈112電力以在區(qū)i或 150中產(chǎn)生電感性井禺合等離子。在處理室清理期間，導(dǎo)電環(huán)133^姿i也 且下電極為浮動(dòng)；因此，區(qū)i或150中的電感性耦合等離子主要集中 在感應(yīng)線圈112與導(dǎo)電環(huán)133之間。
圍繞第一上電極111與第二上電極112的是絕緣體120。絕緣體 120下方的是等離子限制環(huán)121、 122、 123。應(yīng)當(dāng)注意這里可以是 一個(gè)或者多個(gè)等離子限制環(huán)。限制環(huán)121、 122、 123對(duì)處理室內(nèi)所-產(chǎn)生的等離子才是供限制。在一實(shí)施例中，限制環(huán)121、 122及123是 由石英構(gòu)成。在2004年6月1日7>布的共同受讓美國(guó)專利No. 6,744,212， 主題為 "Plasma Processing Apparatus And Method For Confining An RF Plasma Under Very High Gas Flow and RF Power Density Conditions"中以及在2005年3月29日7>布的美國(guó)專利No. 6,872,281 ，主題為"Chamber Configuration For Confining A Plasma" 中可找到有關(guān)等離子限制環(huán)的詳細(xì)描述。氣體輸送件128連接至上電才及組件110的中央。由氣體輸送4牛 128供應(yīng)入處理室100的氣體可以為單 一 氣體或者多種氣體的氣體 混合物。在一實(shí)施例中， 一旦氣體到達(dá)上電極組件110后，氣體^r 送件128從第一上電極111的中央以及邊緣將氣體供應(yīng)至處理室。在 一實(shí)施例中，第一上電極lll也是氣體分散噴頭。通過示例性而非限 制性的方式，總氣體流是上至1500 sccm。在一實(shí)施例中，上電極iEL 件110也具有加熱板(未圖示)，加熱板可被用來將上電極lll的溫度 維持在介于22 。C至約200 。C之間。
如前所述，上電才及111經(jīng)由4妄地件148接地。上電才及l(fā)ll也可耦合 至RF電源(未圖示)或DC電源(未圖示)。在第一上電杉U11與下 電才及131間的電容性耦合等離子所-使用的電源可來自于耦合至第一 上電極lll的電源，而非耦合至下電極131。當(dāng)自上電極lll供應(yīng)能量 時(shí)，下電極13l4妄;也。此夕卜，上和下電才及可交替供纟會(huì)RF電源。例如， 第一上電才及l(fā)ll的RF電源也可具有2MHz、 27MHz及60MHz的混合頻 率。
電感性等離子源可在外圍區(qū)域150中產(chǎn)生高密度等離子卻不會(huì) 對(duì)處理室壁材沖+產(chǎn)生大幅的賊射。如先前所述，處理室壁材津牛的-踐
射會(huì)污染處理室或減少元件的壽命。電感性等離子源可有效清理-;咒 積在與蝕刻處理等離子相接觸的外圍處理室硬件上的聚合物(或者 蝕刻副產(chǎn)物)。
圖1B顯示了產(chǎn)生處理室清理等離子的工藝流程的實(shí)施例。在才喿 作161,將處理室清理氣體(如02、 CF4等)供給至等離子處理室。 在才喿作163，將RF能量供給至等離子處理室100的感應(yīng)線圏112,以 產(chǎn)生處理室清理等離子。 -接著可《吏用處理室清理等離子來清理處玉里 室。在處理室清理期間，下電才及131浮動(dòng)。區(qū)域150中的處理室清理: 等離子遠(yuǎn)離下電極131,并且主要—皮布置在圖1A中的電感性電極112 與導(dǎo)電環(huán)133之間。
12在蝕刻處理期間，典型的平行板電容性耦合等離子在靠近基片 (或晶片)邊緣處顯示了等離子密度下降。電感性等離子源提供徑 向均勻度控制調(diào)節(jié)器。在蝕刻處理期間可開啟電感性等離子以在基
片邊緣提供額外的等離子密度而不影響電容性能量的RF接地路徑。 應(yīng)當(dāng)了解由于使用法拉第防護(hù)罩，因此RF接地路徑不會(huì)受到影響。 此外，電感源等離子還可提供等離子給在基片上需要高導(dǎo)電密度但 低粒子能量的工序，例如光刻膠剝除或低介電常數(shù)介電蝕刻。因此， 使用電感源等離子可增加反應(yīng)室的蝕刻工藝范圍(process window)。
圖1C顯示了產(chǎn)生蝕刻等離子的工藝流程的實(shí)施例。在操作171, 將蝕刻氣體(例如高縱橫比的接觸蝕刻(HARC)用的Ar、 C4F^X 及02,或氧化物蝕刻用的Ar、 CF4、 CHF3以及02)供給至等離子處 理室。在蝕刻氣體進(jìn)入處理室后，將RF能量供給至電容性電極以及 電感性電極，以在操作173產(chǎn)生蝕刻等離子。所產(chǎn)生的蝕刻等離子 具有電容性成分和電感性成分。如上所述，靠近基片邊纟彖的電感寸生 成分可增加基片邊緣處的等離子密度，以補(bǔ)償基片邊緣處造成的等 離子密度下降。因此，通過在基片邊緣處添加電感性成分，可使蝕 刻等離子在整個(gè)基片表面上變得均勻。
圖2顯示了圖1A之前一實(shí)施例的100的變化200。兩組感應(yīng)線圏 212A、 212Bi殳置在上電核j且^牛210中。兩組感應(yīng)線圈由一內(nèi)線圈 212A以及一外線圏212B所構(gòu)成。法4i第防護(hù)罩214"i殳置在整個(gè)上電 極211上，以覆蓋內(nèi)線圈212A和外線圈212B。法拉第防護(hù)罩214具有 與上圖1A所述的法拉第防護(hù)罩114類似的功能。兩組線圏212A以及 212B耦合至RF匹配器226，而RF匹配器226耦合至RF電源227。由于 設(shè)置了兩組線圈212A、 212B,因此工藝氣體經(jīng)由中央氣體輸送體 228B以及邊》彖氣體輸送體228A而供鄉(xiāng)會(huì)至上電4及211，該上電才及211 也可以為噴頭。圖2中的其他元件類似于圖1A中已經(jīng)描述的。
13在處理室清理期間，可供電至兩個(gè)感應(yīng)線圏212A及212B或者 ^又供電至外線圏212B,以產(chǎn)生清理等離子。若在處 里室清理期間供 電至兩個(gè)線圏，例如可將0%至50%百分比的能量供給內(nèi)線圈，而將 剩余能量(例如50。/。至100。/。)供給至外線圈112B。應(yīng)注意柔性電感 等離子(soft inductive plasma)不會(huì)在清理期間損害靜電卡盤。更 應(yīng)注意額外的內(nèi)感應(yīng)線圈^是供了處理室清理處理用的額外的處5里 調(diào)節(jié)器?？梢圆煌l率或者混合頻率來供電于內(nèi)和外線圈。在此情 況下，內(nèi)和外線圏需要分離的電源?？稍黾宇~外的電源。
在一實(shí)施例中，區(qū)域250中的電感等離子通過下列方式產(chǎn)生 先將清理氣體(或者清理氣體混合物)供給至等離子處理室，接著 通過將所有能量供給至線圈212B來供電至感應(yīng)線圏212A以及 212B。在處理室清理才喿作期間，可將下電極23"呆持浮動(dòng)并將導(dǎo)電 環(huán)233^妄地。
如上所述，電感等離子源可在外圍區(qū)域中產(chǎn)生高密度等離子， 不會(huì)對(duì)處理室壁材料產(chǎn)生任4可大幅的濺射，這種濺射會(huì)污染處理室 或者減少元件的壽命。電感等離子源可有效清理沉積在外圍處理室 石更件上的聚合物(或蝕刻副產(chǎn)物)，該外圍處理室石更件與蝕刻處理 等離子相^t妾觸。
還可供電至感應(yīng)線圈212A、 212B的兩者或者之一以及電容性 等離子能量，以調(diào)整蝕刻等離子均勻度。除了在上電4及211與下電 才及231之間產(chǎn)生電容性津禺合等離子外，還可開啟感應(yīng)電源212A、 212B 以產(chǎn)生電感等離子，并可調(diào)整以提高蝕刻處理期間整個(gè)基片的等離 子均勻度。在圖1A中的感應(yīng)線圏112及圖2中的外線圈212B可幫助增 加基片的邊緣處的離子密度。還可同時(shí)使用圖2的內(nèi)線圈212A以及 外線圈212B以及調(diào)整等離子密度。如上所述，可將某一個(gè)百分比的 能量供給至內(nèi)線圈212A并將剩余的能量供給至外線圈212B。在圖2 中內(nèi)和外線圈212A、 212B提供了蝕刻工藝用的額外的工藝調(diào)整調(diào)節(jié)
14器(tuning knob)。對(duì)于某些應(yīng)用，^U吏用來自感應(yīng)線圏(內(nèi)、外或 者兩者)的電感能量來產(chǎn)生電感等離子。
-使用法4立第防護(hù)罩214,不會(huì)影響RF接地3各徑。此外，電感源 等離子(inductive source plasma)可將等離子提供給在基片上需要高 等離子密度以及極低離子能量的工序，如光刻膠剝除或低介電常數(shù) 介電蝕刻。因此， <吏用兩組感應(yīng)線圈會(huì)增加蝕刻工序的工藝范圍 (process window)。除了單一感應(yīng)電才及為乂又感應(yīng)電才及(線圈212A、 212B)所取代外，通過圖2所示的實(shí)施例用以產(chǎn)生蝕刻等離子的工 藝流程是類似于圖1C的工藝流程。所產(chǎn)生的蝕刻等離子具有電容性 以及電感性成分?？烧{(diào)整電感性成分以增加整個(gè)基片上的等離子均 勻度。
本發(fā)明另一實(shí)施例300顯示于圖3A中。在圖3A中，除了內(nèi)部下 電才及331夕卜，外部下電才及335"i殳置于導(dǎo)電環(huán)333之下方。內(nèi)部下電核_ 331用以支撐基片。外部下電極335可與內(nèi)部下電才及331耦合至相同 的RF電源339,內(nèi)部下電才及331為下電4及組件330的一部分。RF電源 339可供應(yīng)介于約400kHz至約60MHz范圍間的單一步貞率或多頻率。 RF電源339將能量供纟合至內(nèi)部下電才及331以及外部下電才及335,并連 4妄至RF匹配器338。在一實(shí)施例中，開關(guān)336控制RF能量施加至電 極。在基片蝕刻期間，開關(guān)336控制了待供給至內(nèi)部下電極331的RF 能量。在此處理期間，外部下電極335可耦合至接地件337或者RF 調(diào)整區(qū)塊套件(RF tuning block kit) 357。 RF調(diào)整區(qū)塊套件357允許 由電源339供給至內(nèi)部下電極331的RF能量的某個(gè)頻率選擇性接地。 例如，若S皮供給至內(nèi)部下電才及331的RF能量包含2MHz、 27MHz及 60MHz,通過RF調(diào)整區(qū)塊套件437的選擇性接地允許一個(gè)或者兩個(gè) 特定頻率如60MHz^妄地，以調(diào)整蝕刻工序的均勻度。
還可4吏用分離的電源來同時(shí)或者交替供給能量于內(nèi)部下電 331以及外部下電才及335。圖3A中的其^也元件類^f以于圖lA中已示出的。在處理室清理期間，將能量供給至外部下電極335，以在區(qū)域 350中提供電容性耦合等離子以清理外圍處理室。區(qū)域350中的電容 性耦合等離子產(chǎn)生于上電極311與外部下電極335之間。在清理工序 中，下電極可浮動(dòng)，因此電容性耦合清理等離子及其石皮壞性的作用 被維持在遠(yuǎn)離棵露內(nèi)部下電極331 (或靜電卡盤)之處。依次，清 理等離子不會(huì)轟擊內(nèi)部下電極(或靜電卡盤)，因此延長(zhǎng)了內(nèi)部下 電極(或靜電卡盤)的壽命。此外，當(dāng)使用來自下電極331的電容 性耦合等離子時(shí)不會(huì)^象先前的清理^支術(shù)一樣產(chǎn)生許多粒子。
外圍電容性等離子源在外圍區(qū)域350中產(chǎn)生高密度等離子。應(yīng) 當(dāng)注意電容性等離子源可有效地清理沉積在外圍處理室硬件上的 聚合物(或蝕刻副產(chǎn)物)，該外圍處理室石更件與蝕刻處理等離子4妾觸。
圖3B顯示產(chǎn)生處理室清理等離子的工藝流程的實(shí)施例。在操作 361，將處理室清理氣體(如02、 CF4等)供應(yīng)至等離子處理室。在 才喿作363，將RF能量供應(yīng)至等離子處理室的外部下電才及，以產(chǎn)生處 理室清理等離子。^接著可4吏用處理室清理等離子來清理處理室。在 處理室清理期間，內(nèi)部下電相J呆持浮動(dòng)。在外圍區(qū)i或中的處理室清 理等離子實(shí)質(zhì)上遠(yuǎn)離下電極且主要設(shè)置在外部下電極與上電極之 間。
此外，外圍電容性等離子源提供了包含徑向均勻度控制調(diào)節(jié)器 的能力。在蝕刻處理期間可開啟外圍電容性等離子，以改善靠近主 電容性耦合等離子用的電極邊緣的蝕刻等離子均勻度。
圖3C顯示可產(chǎn)生蝕刻等離子的處理工藝的實(shí)施例。在4喿作371, 將蝕刻氣體(例如高縱橫比的接觸蝕刻(HARC)用的Ar、 dFs以 及02,或氧化物蝕刻用的Ar、 CF4以及02)提供至等離子處理室。 在操作373，將RF能量供給至內(nèi)部下電極(331 )及外部下電極(335 )，
16以產(chǎn)生蝕刻等離子。應(yīng)當(dāng)注意外部下電4及幫助增加靠近基片邊鄉(xiāng)彖 的等離子密度。
圖4顯示了本發(fā)明另一實(shí)施例。在圖4中，由感應(yīng)線圏所形成的 第二下電極435設(shè)置在導(dǎo)電環(huán)433以及法拉第防護(hù)罩414下方。第二 下電4及435可耦合至第 一 下電4及431處的相同RF電源。RF電源439將 RF能量供應(yīng)至第一下電極431或第二下電極435,并受到開關(guān)436的 控制。RF電源439可以供應(yīng)介于約400KHz至約60MHz范圍的單一頻 率或者多個(gè)頻率。RF電源439供應(yīng)能量至內(nèi)部下電極431及外部下電 極335，且連接至RF匹配器438。在一實(shí)施例中，開關(guān)436控制了RF 能量施加至電極。在基片蝕刻期間，開關(guān)436控制待供應(yīng)至內(nèi)部下 電極431的RF能量。在此處理期間，可將外部下電極335耦合至接地 件437或RF調(diào)整區(qū)塊套件457。 RF電源439能夠供應(yīng)介于約400kHz到 約60MHz范圍內(nèi)的單一頻率或者多個(gè)頻率。RF電源439供應(yīng)能量至 該內(nèi)部下電才及431及該夕卜部下電才及435，且連4妄至RF匹配器(RF match)438。在一實(shí)施例中，開關(guān)436控制了RF能量施加至電才及。在 基片蝕刻期間，開關(guān)436控制待供應(yīng)至內(nèi)部下電極431的RF能量。在 此處理期間，可將外部下電極435耦合至接地件437或RF調(diào)整區(qū)塊套 件457。
也可使用分離的RF電源以將RF能量提供于下電極431以及第 二下電極435。在基片蝕刻期間，將能量供應(yīng)至下電極431。圖4的 其^也元件類似于圖1A中已描述的。
在處理室清理期間，首先將清理氣體供應(yīng)至等離子處理室。之 后，將能量供應(yīng)至第二下電極435，以提供區(qū)域450中的電感性耦合 等離子清理外圍處理室硬件。區(qū)域450中的電感性耦合等離子產(chǎn)生 于上電極411與第二下電才及435之間，且主要出現(xiàn)于靠近處理室的邊 緣處。由于等離子靠近處理室的邊緣處，且由電感源(低離子能量) 所生成，因此等離子不會(huì)大幅地轟擊下電極(或靜電卡盤)，從而延長(zhǎng)了下電極或者靜電卡盤的壽命。此外，等離子不會(huì)像來自第一
下電極431的電容性等離子那樣產(chǎn)生許多粒子。
如上所述，電感等離子源可在外圍區(qū)域產(chǎn)生高密度等離子，卻 不會(huì)對(duì)處理室壁材坤+產(chǎn)生4壬<可大幅的賊射，該濺射可污染處理室或
者減少元件壽命。電感等離子可有-文:t也清理;咒積在外圍處理室碩j牛 (該外圍處理室石更件與蝕刻處理等離子相4妄觸)上的聚合物(或蝕刻 副產(chǎn)物)，卻沒有現(xiàn)有技術(shù)的危害作用。
在蝕刻處理期間，典型的平行板電容性耦合等離子在靠近處理 室的邊緣處顯示了等離子密度降低。上述電感等離子提供徑向均勻 度控制調(diào)節(jié)器。在蝕刻處理期間可開啟電感等離子，以在電才及的邊
緣處提供額外的等離子密度，卻不會(huì)影響主電容性能量的RF接地路
徑。此外，電感源等離子可提供等離子至在基片上需要高等離子密 度以及極低離子能量的工序，例如，光刻剝除或者低介電常數(shù)的介 電材料蝕刻。因此，使用額外的外圍電極可增加蝕刻工序的工藝范 圍以及在蝕刻才喿作中更有歲文;也清理處理室。
上述的等離子處理室對(duì)廣泛的應(yīng)用，如雙道金屬鑲嵌(dual damascene)多步驟工藝、高縱橫比接觸蝕刻(HARC )、剝除等才是 供了一系列的等離子密度、離子能量及化學(xué)品控制，以及結(jié)合了電 容性及電感性等離子源的有效處理室清理。在一實(shí)施例中，有效的 處理室清理可^皮應(yīng)用至下一^的并立子4空制，以4是供成品率并延長(zhǎng)蝕 刻室中所4吏用的靜電卡盤的壽命。
上述的等離子處理室提供調(diào)節(jié)器來控制基片上的處理參數(shù)的 徑向均勻度。使用多步驟制法的工藝應(yīng)用涉及一 系列的處理壓力、 RF能量以及化學(xué)品，這些參凄t產(chǎn)生大范圍的中央至邊緣的均勻度。 現(xiàn)場(chǎng)控制調(diào)節(jié)器的可利用性對(duì)于使用了多步驟制法的工藝提供了 隨著特征尺寸持續(xù)縮小而能夠維持嚴(yán)格均勻度控制的靈活性。
18雖然為了清楚了解本發(fā)明，前面已就某些細(xì)節(jié)進(jìn)行了敘述，但
應(yīng)注意在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)可對(duì)本發(fā)明實(shí)行某些改變及修 正。因此，本實(shí)施例應(yīng)當(dāng)看做說明性而非限制性，且本發(fā)明并不應(yīng) 受限于上述細(xì)節(jié)，在權(quán)利要求的范圍及等同方式內(nèi)可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行變化。
權(quán)利要求
1.一種等離子處理室，用以產(chǎn)生等離子，其包含下電極組件，具有內(nèi)部下電極以及設(shè)置在該內(nèi)部下電極外部的外部下電極，其中該內(nèi)部下電極用以容納基片；以及上電極組件，具有上電極，其中該上電容電極直接設(shè)置在該內(nèi)部及外部下電極的上方。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子處理室，其中該內(nèi)部下電極及該上電極用以將第一氣體轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝坏入x子。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子處理室，其中該外部下電極及該上電極用以將第二氣體轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙入x子。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的等離子處理室，其中該外部下電極由感應(yīng)線圈所構(gòu)成，而該第二等離子為電感性耦合等離子。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子處理室，進(jìn)一步包含法4立第防護(hù)罩，i殳置在該感應(yīng)線圈的上方。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子處理室，進(jìn)一步包括多個(gè)限制環(huán)，圍繞該上電才及組件及該下電才及組件，該多個(gè)限制環(huán)懸置平行于該等離子處理室內(nèi)的該下電極。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子處理室，其中第一RF電源連接至該內(nèi)部下電才及，通過供應(yīng)具有單一頻率或者多頻率的范圍介于約400KHz至約60MHz的RF能量，以利用該上電4及而產(chǎn)生第一等離子。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的等離子處理室，其中第二RF電源連接至該外部下電才及，通過供應(yīng)具有單一頻率或多頻率的范圍介于約400kHz至約27MHz的RF能量，以產(chǎn)生第二等離子。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子處理室，其中該內(nèi)部下電極及該外部下電才及連4妻至一 RF電源，而電源開關(guān)用以控制來自該RF電源的RF能量交^,供應(yīng)至該內(nèi)部及外部下電才及。
10. 才艮據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子處理室，其中該外部下電才及連4妾至一開關(guān)，該開關(guān)能在4妄地件與RF調(diào)整區(qū)塊套件之間切換，其中該RF調(diào)整區(qū)塊套^f牛可有選^奪:l也將單一RF頻率或者多RF頻率接地。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子處理室，其中該外部下電極為電容式電才及。
12. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的等離子處理室，其中在該內(nèi)部下電極及該上電極將該第 一 氣體轉(zhuǎn)變?yōu)樵摰?一 等離子時(shí)也供電*合該外部下電極，以增加靠近該基片的邊緣的該第一等離子的密度。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的等離子處理室，其中該第一等離子為用來蝕刻該基片的蝕刻等離子。
14. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的等離子處理室，其中該第二等離子為處理室清理等離子，且實(shí)質(zhì)上^皮布置在該內(nèi)部下電極的表面外部。
15. —種等離子處理室，用以產(chǎn)生等離子，其包含下電才及組件，包含內(nèi)4卩下電才及及圍纟克i亥內(nèi)4卩下電才及的夕卜部下電才及，其中該內(nèi)部下電才及用以容納基片；以及上電才及組件，包含位于該內(nèi)部及外部下電才及上方一3巨離處的上電才及，該上電才及限定與該內(nèi)部下電才及及該外部下電才及的至少 一部分相關(guān)的區(qū)域，其中該內(nèi)部下電才及及該上電極用以在介于該下電相_組件與該上電招J且^牛間所限定的空腔的第 一 區(qū)域內(nèi)將第一氣體轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝浑娙菪择詈系入x子，而該外部下電極及該上電才及用以在該空腔的第二區(qū)域內(nèi)將第二氣體轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙娙菪择詈系入x子。
16.才艮據(jù)—又利要求15所述的等離子處理室，進(jìn)一步包含多個(gè)限制環(huán)，圍繞一體積，該第一等離子或該第二等離子實(shí)質(zhì)上布置于該體積內(nèi)，其中該多個(gè)限制環(huán)懸置而平行于該等離子處理室的該內(nèi)部下電才及。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的等離子處理室，其中該外部下電極連4妄至一開關(guān)，該開關(guān)能在^妄:l也件與RF調(diào)整區(qū)塊套件之間切^灸，其中該RF調(diào)整區(qū)塊套件可有選^t奪地將單一 RF頻率或者多RF頻率4妻i也。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的等離子處理室，其中在該內(nèi)部下電極及該上電才及將第 一氣體轉(zhuǎn)變?yōu)榈?一 電容性耦合等離子時(shí)也供電給該外部下電極，以增加靠近該基片的邊緣的該第 一 電容性耦合等離子的密度。
19. 一種在等離子處理室中產(chǎn)生等離子的方法，包含下列步驟將工藝氣體供應(yīng)至該等離子處理室中；以及通過供電給外部下電極來產(chǎn)生等離子，該外部下電極為下電才及組件的 一部分且圍繞該下電才及組件的內(nèi)部下電才及的周邊。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中在產(chǎn)生等離子的步驟期間 所生成的等離子是處理室清理等離子，該處理室清理等離子實(shí) 質(zhì)上布置于該內(nèi)部下電極的表面外部。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中在產(chǎn)生等離子的步驟期間， 該內(nèi)部下電相J呆持浮動(dòng)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中通過供電給外部下電極來 產(chǎn)生等離子的步驟包括避免電能到達(dá)該內(nèi)部下電極。
23. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中在產(chǎn)生等離子的步驟期間， 該上電才及在該等離子生成步艱《期間-接地。
全文摘要
大體而言，本發(fā)明的實(shí)施例提供改進(jìn)的處理室清理機(jī)制、設(shè)備和方法。本發(fā)明還可用來提供額外的調(diào)節(jié)器，以調(diào)整蝕刻過程。在一實(shí)施例中，用于產(chǎn)生等離子的等離子處理室包含下電極組件，具有內(nèi)部下電極和設(shè)置在該內(nèi)部下電極外部的外部下電極，其中該內(nèi)部下電極用于容納基片。等離子處理室還包含具有上電極的上電極組件，其中上電容性電極直接設(shè)置在該內(nèi)部及外部下電極的上方。
文檔編號(hào)B08B6/00GK101557885SQ200780005750
公開日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2007年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月15日
發(fā)明者拉金德爾·德辛德薩 申請(qǐng)人:朗姆研究公司