《包含多個處理平台的去耦合反應離子刻蝕室》是中微半導體設備（上海）有限公司於2007年6月20日申請的發明專利，該專利的申請號為2007100422855，公布號為CN101076219，公布日為2007年11月21日，發明人是尹志堯、倪圖強、陳金元、錢學煜。
一種包含有兩個或更多個並行處理區域的處理室，能夠實現電漿隔離和射頻隔離。每一個處理區域均有至少兩個射頻頻率饋入其陰極，其中一個射頻頻率比另一個射頻頻率高至少2倍，從而可以提供去耦合反應離子刻蝕的能力。處理室的室體接地。通過頻率隔離可以從陰極饋入多個射頻頻率而不會引起射頻串擾和波動。另外，還採用了電漿限制裝置防止電漿串擾。一個接地的共用排氣通道連線到真空泵上。
2014年11月6日，《包含多個處理平台的去耦合反應離子刻蝕室》獲得第十六屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《包含多個處理平台的去耦合反應離子刻蝕室》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：包含多個處理平台的去耦合反應離子刻蝕室
- 公布號：CN101076219
- 公布日：2007年11月21日
- 申請號：2007100422855
- 申請日：2007年6月20日
- 申請人：中微半導體設備（上海）有限公司
- 地址：上海市浦東金橋出口加工區(南區)泰華路188號
- 發明人：尹志堯、倪圖強、陳金元、錢學煜
- 分類號：H05H1/46（2006.01）；H01L21/00（2006.01）；H01L21/67（2006.01）；H01J37/32（2006.01）
- 代理機構：上海智信專利代理有限公司
- 類別：發明專利
- 代理人：王潔
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
在半導體晶片的製作過程中，通常會採用兩類半導體晶片處理系統。第一類系統通常被稱為批處理（batch processing）系統。使用批處理系統的主要原因在多個晶片或基片能夠被同時加工處理，因而該系統可以提供高的輸出產能。但是，隨著半導體器件性能規範要求的日益嚴格，工業界已經轉而使用第二類處理室，即，單基片處理室。開發單基片處理系統的主要原因在於它更便於控制基片的工藝特性和基片表面的工藝均一性。
另一方面，在某些特定的套用場合，人們還嘗試提供一種可以同時並行處理兩片基片的單個處理室。此種套用，可以在保證單基片處理的優點的同時可以一次處理兩片基片。美國專利第5811022號揭露了一種兩個/並行（twin/tandem）的基片處理室系統，該發明是一種電感耦合型等離子室，採用電漿去除光刻膠，業內也被之為：光刻膠灰化。光刻膠灰化是一種氧化反應，此過程使用氧去除有機光刻膠。光刻膠被氧化成氣體，如一氧化碳、二氧化碳和水蒸汽，然後通過真空泵抽出處理室。因此，此類套用在半導體基片處理過程中並不要求具有與某些性能規範更加嚴格的套用（如半導體基片刻蝕）同樣的工藝均一性。
因為光刻膠灰化的處理要求不嚴格，專利‘022中提出的處理室包括兩個分離的電漿生成室（two separate plasma generation chamber），每個電漿生成室的底部是開放的，並與一基片處理室相連，該基片處理室內容設有兩片基片。電漿發生室和基片處理室之間設定有一個帶電粒子過濾器，用於防止帶電粒子進入基片處理室，但允許電中性的活潑粒子進入基片處理室，從而將光刻膠從基片上去除。由於該基片處理室的結構被構置成在兩片基片之間沒有分隔並且電漿無法在基片上被啟輝，進一步的，由於使用了過濾器防止帶電粒子進入基片處理室，專利‘022中提出的基片處理室並不能用於當今性能規範要求更嚴格的套用（如半導體基片刻蝕），而僅能用於簡單的灰化。
美國專利第5855681號還提出了另外一種並行的處理室結構。專利‘681中提出的處理室包含兩個處理區域可以同時處理兩片基片，並且包含分立的氣體分配組件以及射頻功率源以在每一個處理區域內的基片表面上方提供密度均勻的電漿。特別地，專利‘681中解釋了Mattson系統（前述專利‘022的內容）的不足之處是由在單個處理室內的多個處理平台（multiple stations）中對多片基片進行局部地工藝處理而直接造成的。為了改進該設計，專利‘681教示到處理室應具有“相互隔離的處理區域”，以便“在至少兩個區域中同時進行隔離的工藝處理，這樣可以同時處理至少兩片基片”。
儘管隔離處理區域的解決方案可以實現並行處理兩片基片，但它卻引出了被俗稱為“室匹配”（chamber matching）或“處理平台匹配”（station matching）的困難。即，它使得控制處理室的兩個處理區域以提供相同的等離子處理條件/環境變得困難。例如，若一個處理區域的刻蝕速率高於另一個處理區域，則很難控制刻蝕過程的結束點。換言之，若刻蝕工藝的結束點是根據較高刻蝕速率區域確定的，將導致另一處理區域中的基片沒有得到完全刻蝕。反之，若刻蝕工藝的結束點被延遲，則高刻蝕速率區域中的基片將會被過度刻蝕從而被損壞。
美國專利第6962644號提出了上述並行處理室的改進版本，在該專利中提出了“一個具有多個相互隔離的處理區域的處理室”。在專利‘644中採用一個“中心抽泵室”（central pumping plenum）使得兩個處理室可以相互“溝通”，但是這種設計又導致了在技術上被稱為“射頻串擾”（RF crosstalk）的問題。在並行的處理系統中，射頻串擾具有極大的危害，因為一個處理區域中條件的變化會對第二個處理區域中的工藝處理產生負面影響。
前述並行處理室還存在一個由於“隔離”而導致的問題，它難以在兩個處理區域之間匹配處理結果。另外，專利‘644中描述的並行處理室使用了兩個射頻功率源，該兩個射頻功率源的相位和頻率被鎖定在一起，用來防止兩個功率源造成射頻功率的脈衝波動（beating）。這增加了處理室的結構和配置的複雜性。最後，前述並行處理室中產生電漿的方法不能確保滿足製造先進半導體器件所需要的嚴格性能規範要求。因此，半導體工業界仍有需求提供一種多基片處理室，它能確保高水平的工藝性能，同時還能夠保證在處理室的每個處理區域中的工藝性能都相互匹配。
發明內容
專利目的
《包含多個處理平台的去耦合反應離子刻蝕室》的目的在於提供一種多基片處理室，其能夠單獨地或同時地加工處理兩片或更多片基片，它能確保高水平的工藝性能，同時還能夠保證在處理室的每個處理區域中的工藝性能都相互匹配。
技術方案
《包含多個處理平台的去耦合反應離子刻蝕室》的多個實施例給出了具有電漿隔離和頻率隔離性能的包括兩個處理區域或更多個並行在一起的處理區域的處理室，其可以從每個處理區域底部饋入多個射頻頻率。處理室壁（chamber wall）接地，且兩個相鄰的處理區域之間的隔離壁（partition wall）也接地。使用頻率隔離使得從陰極饋入的多個射頻頻率不會產生射頻串擾和波動。電漿限制裝置被用來防止出現電漿串擾（plasma crosstalk）。另外還提供一個接地的公共排氣通道（grounded common evacuation path）連線到一個單一的真空泵（single vacuum pump）上。
在排氣信道入口處設定有微通道環結構（micro-channels ring structure），可以將電漿限制在處理區域內，這樣電漿就不會進入排氣通道從而不會在處理區域之間產生電漿串擾。由於該發明採用單個真空泵來抽吸排氣，因而會導致非對稱抽吸排氣，該微通道還有助於實現處理區域內的壓力分配。該環結構還可以防止兩個處理區域之間產生射頻輻射泄露。該環結構被配置成上部是絕緣的，因而不會造成電漿濺射（no plasma sputtering），但底部是導電的並接地，以防止射頻泄露（RF leakage）。
改善效果
該發明處理室的電漿限制可防止出現射頻波動，因而不需要如前述2007年6月前已有技術中鎖定射頻功率源的相位和頻率。並且，由於該發明配置有電漿限制以及射頻分離，每一個處理區域可以單獨進行工藝處理或多個處理區域同時並行地進行工藝處理。
附圖說明
圖1是根據《包含多個處理平台的去耦合反應離子刻蝕室》的一個實施例繪製的並行電漿處理室的截面示意圖。
圖2是圖1中沿線C-C的截面示意圖。
圖3是該發明中電漿限制裝置的一個實施例的剖面圖。
圖4是如圖3所示電漿限制裝置的局部的、縱向放大的剖面圖。
圖5是該發明中射頻匹配網路的結構示意圖。
圖6示出了一個實施例，其中兩個處理區域之間採用了壓力均衡機制。
圖7示出了該發明的另一個實施例，其中兩個陰極中的每一個均被施加多個射頻頻率。
圖8示出了根據該發明的實施例實現的一個採用兩個偏置頻率進行工藝處理的例子。
圖9示出了根據該發明的實施例實現的一個採用兩個源頻率進行工藝處理的例子。
權利要求
1.一種包含至少兩個處理區域能夠單獨地或同時地處理至少兩片基片的電漿處理室，包括：處理室體，包含至少兩個電漿處理區域，每個處理區域在較低位置處設有一個陰極且在處理區域的上部設有一個陽極，所述室體包含排氣通道；至少一個真空泵，與所述排氣通道相連線；至少兩個電漿約束裝置，每個電漿限制裝置位於一個相應的陰極附近，用於防止電漿從處理區域進入排氣通道，所述每一個電漿約束裝置上設定有若干微通道，以對稱地分布每一個處理區域周邊的壓力；至少兩個射頻匹配電路，每一個射頻匹配電路同時地將至少一第一射頻頻率和一第二射頻頻率耦合到其中的一個陰極上；其中，第一射頻頻率高於第二射頻頻率，並且第-射頻頻率與第二射頻頻率之比為大於2。
2.如權利要求1所述的電漿處理室，其中每一個電漿限制裝置包含電漿禁止和射頻禁止。
3.如權利要求2所述的電漿處理室，所述電漿禁止包含導電的但電氣浮地的部件，所述射頻禁止包含接地的導電部件。
4.如權利要求1所述的電漿處理室，還包含至少兩個可移動的絕緣隔離環，每個隔離環位於一個處理區域內，當隔離環位於其較低位置時每個隔離環為每個處理區域限定了外圍邊界。
5.如權利要求4所述的電漿處理室，其中所述處理室體為每個處理區域設定有接地的室壁，每個隔離環的厚度被設計成能夠防止射頻返迴路徑從電漿經過接地的室壁。
6.如權利要求5所述的電漿處理室，其中每個隔離環還包括至少一個壓力均衡通路。
7.如權利要求6所述的電漿處理室，還進一步包括一個隔離壁將兩個處理區域分隔開，所述隔離壁包含一個壓力均衡通道，當隔離環位於其較低位置時所述壓力均衡通道與所述壓力均衡通路相連通。
8.如權利要求1所述的電漿處理室，還包括若干個射頻傳導體，每一個射頻傳導體將射頻能量從所述射頻匹配電路中的一個耦合到相應的陰極，每個射頻傳導體包括若干個均勻分布的叉與陰極相連線，以便以一種均衡的方式將射頻能量耦合到相應的陰極上。
9.如權利要求8所述的電漿處理室，其中每一個射頻匹配電路包含一個高頻輸入端、一個低頻輸入端、一個組合輸出端，在高頻輸入端和組合輸出端之間耦合有高頻匹配電路，在低頻輸入端和組合輸出端之間耦合有低頻匹配電路，其中，所述高頻匹配電路對於第二和第四射頻頻率具有高阻抗，所述低頻匹配電路對於第一和第三射頻頻率具有高阻抗。
10.如權利要求9所述的電漿處理室，其中所述第一射頻頻率從約27兆赫、約60兆赫或約100兆赫中選取。
11.如權利要求9所述的電漿處理室，其中第二射頻頻率從約500KHz至2.2兆赫範圍內選取。
12.如權利要求1中的電漿處理室，其中每一個射頻匹配電路還將一第三射頻頻率耦合至一相應的陰極。
13.如權利要求12中的電漿處理室，還包括若干個切換開關，每一個切換開關用於在第一、第二及第三射頻頻率中進行選擇切換。
14.一種並行電漿刻蝕室，包括：導電室體，具有第一處理區域和第二處理區域，所述室體還具有隔離壁用以將第一處理區域和第二處理區域分隔開，所述室體還包括與所述第一處理區域和所述第二處理區域流體連通的排氣室，所述排氣室具有單排氣口，所述室體接地；真空泵，與所述排氣口相連；第一陰極，固定在第一處理區域的底部，並包含第一夾盤用於支撐基片；第一氣體噴頭，固定在第一處理區域的上部，並包含第一電極；第二陰極，固定在第二處理區域的底部，並包含第二夾盤用於支撐基片；第二氣體噴頭，固定在第二處理區域的上部，並包含第二電極；位於第一陰極附近的第一電漿約束裝置，用於防止電漿從第一處理區域進入排氣室；以及位於第二陰極附近的第二電漿約束裝置，用於防止電漿從第二處理區域進入排氣室，所述每一個電漿約束裝置上設定有若干微通道，以對稱地分布每一個處理區域周邊的壓力；共享氣體源，為第一氣體噴頭和第二氣體噴頭提供工藝處理氣體；第一射頻匹配電路，同時將至少一個低頻射頻頻率和一個高頻射頻頻率耦合至第一陰極；第二射頻匹配電路，同時將至少一個低頻射頻頻率和一個高頻射頻頻率耦合至第二陰極；其中，所述高頻射頻頻率的大小是所述低頻射頻頻率的大小至少兩倍。
15.如權利要求14所述的並行電漿刻蝕室，其中每一個第一和第二電漿限制裝置包含電漿禁止以及射頻禁止。
16.如權利要求14所述的並行電漿刻蝕室，其中所述電漿禁止包含導電的但電氣浮地的部件，所述射頻禁止包含接地的導電部件。
17.如權利要求14所述的並行電漿刻蝕室，還包含：位於第一處理區域中的第一可移動絕緣隔離環；位於第二處理區域中的第二可移動絕緣隔離環；其中，所述第一、第二可移動絕緣隔離環在其較高位置時用於基片裝載，在其較低位置時用於基片工藝處理。
18.如權利要求17所述的並行電漿刻蝕室，其中所述第一、第二可移動絕緣隔離環分別具有一定的厚度，可以防止射頻返迴路徑從電漿經過接地的室壁。
19.如權利要求18所述的並行電漿刻蝕室，其中第一和第二可移動絕緣隔離環分別包含至少一個壓力均衡通路。
20.如權利要求19所述的並行電漿刻蝕室，其中所述隔離壁包含一個壓力均衡通道，當第一和第二可移動絕緣隔離環位於其較低位置時，所述壓力均衡通道與第一和第二可移動絕緣隔離環上的壓力均衡通路相連通。
21.如權利要求15所述的並行電漿刻蝕室，其中所述低頻射頻頻率的範圍為約500KHz至2.2兆赫，而高頻射頻頻率可以從約27兆赫、60兆赫以及100兆赫中選取。
22.如權利要求15中的並行電漿刻蝕室，還包括與第一射頻匹配連線的第一切換開關以及與第二射頻匹配連線的第二切換開關，可以通過操作第一和第二切換開關中的每一個進行如下選擇：從兩個低頻射頻頻率中選擇獲得所述低頻射頻頻率；或從兩個高頻射頻頻率中選擇獲得所述高頻射頻頻率。
23.如權利要求14中的並行電漿刻蝕室，其中所述第一處理區域和第二處理區域中的每一個均可以獨立於另一個獨立地進行工藝處理。
24.一種去耦合反應離子刻蝕室包括：導電室體，包括多個處理區域及將多個處理區域相互分隔開的隔離壁，所述隔離壁上設定有用於平衡多個處理區域內的壓力的流體通道；所述室體還包括至少一個與所述多個處理區域流體通道的排氣室；所述室體接地；至少一個真空泵，與所述排氣室相連；多個陰極，每個陰極固定於其相應的處理區域的底部，並包括一個夾持裝置用於支撐基片；多個氣體噴頭，每個氣體噴頭固定於其相應處理區域的上部，並包括一個電極；共享氣體源，為所述多個氣體噴頭提供工藝處理氣體；多個電漿約束裝置，每個電漿約束裝置位於其相應的陰極附近，用於防止電漿從處理區域進入排氣室，所述每一個電漿約束裝置上設定有若干微通道，以對稱地分布每一個處理區域周邊的壓力；多個射頻匹配，每個射頻匹配將至少一個低頻射頻頻率和一個高頻射頻頻率同時饋入其中一個相應的陰極，所述高頻射頻率的大小升所述低頻射頻頻率的大小至少兩倍。
25.如權利要求24所述的去耦合反應離子刻蝕室，其中每個電漿限制裝置包括電漿禁止以及射頻禁止。
26.如權利要求25所述的去耦合反應離子刻蝕室，其中電漿禁止包含導電的但電氣浮地的部件，射頻禁止包含接地的導電部件。
27.如權利要求24所述的去耦合反應離子刻蝕室，還包括多個可移動的絕緣隔離環，每個絕緣隔離環位於一個處理區域內，當每個隔離環位於其低位時限定了相應處理區域的外圍邊界。
28.如權利要求30所述的去耦合反應離子刻蝕室，所述每個絕緣隔離環具有一定厚度可以使接地的室壁被射頻能量禁止。
29.如權利要求31所述的去耦合反應離子刻蝕室，其中每個絕緣隔離環還包含至少一個壓力均衡通路，當絕緣隔離環位於其低位時，所述壓力均衡通路與壓力均衡通道流體連通。
實施方式
該發明的實施例給出了一個多用途的等離子室，它可以在高產量的情況下提供高精度的均一性加工處理。該發明可以實現每一個處理區域中的電漿的穩定性和一致性，所獲得的工藝處理結果滿足了先進半導體處理中的高精度要求。該發明提供了具有多個處理平台或處理區域的去耦合反應離子刻蝕室（multi-station decoupled reactive ion etch chamber），其中每個處理區域均被施加多個射頻功率源。該發明採用了多種特性和設計以防止相鄰兩個並行的處理區域之間產生頻率波動和射頻串擾。特別的，迄今為止還沒有人提出過在並行的處理室的每個處理區域的陰極饋入兩個或更多個射頻頻率來實現去耦合反應離子刻蝕。
圖1是根據該發明的一個實施例繪製的並行電漿處理室100的截面圖，而圖2是圖1中沿線C-C的截面圖。此處的描述會參考這兩個圖。室體（chamber body）105通常由導電的金屬材料（如鋁）製成，室體包括兩個並行的處理區域110和115。處理區域110和105通過隔離壁122被物理地隔開；此外，還採用壓力均衡機制來平衡兩個處理區域110和105之間的壓力，具體設計將在下文中被詳細闡述。室體105（包括隔離壁122）被接地，從而在兩個處理區域110和115之間提供電場隔離，有助於避免射頻串擾。
在每一個處理區域110和115中各有一個固定的陰極（fixed cathode）120和125，可以用於放置基片130、135以便進行工藝處理。該實施例中，陰極是固定的，因為其相對於可移動的陰極能夠更好地接地。由於該實施例中，兩個頻率是通過陰極饋入的，因此有效的接地顯得非常重要。由此可知，對於該實施例使用固定陰極比2007年6月前已有技術具有更大的優勢。
陰極120和125包括一夾持裝置（chuck mechanism），可以將基片固定在指定位置。該夾持裝置可以是任何傳統的夾持裝置，如傳統的靜電卡盤。另外，陰極120和125還包含一個內置的電極，用於將射頻能量輻射進入處理區域。射頻能量通過射頻導體（RF conductors）140和145傳送到陰極。每一個射頻導體與兩個射頻功率源相耦接，如，射頻功率源152和154耦接至射頻導體140，射頻功率源156和168耦接至射頻導體145，二者分別經由匹配電路153和157實現耦接。在該實施例中，射頻功率被均勻地耦接分布至陰極上，比如，在該實施例中，由三叉式耦合器（3-pronged coupler）實現功率輸送，每一個三叉式耦合器具有3個連線器（截面圖中僅示出了兩個150、155），三個連線器之間呈120角度分開。
該實施例中，去耦合反應離子刻蝕是通過在每一個陰極上施加兩個射頻頻率實現的，其中這兩個頻率間隔足夠大，使得來自於這兩個功率源的射頻功率是去耦合（decoupled）的。例如，高頻率與低頻率的頻率之比被設定為至少大於2，這樣可以確保兩個頻率之間的隔離。例如，低頻率可以在500千赫至2.2兆赫範圍內選擇。舉一個具體的例子，低頻率設為約2兆赫，第二射頻頻率設為大約27兆赫。另一個例子中，低頻率設為約2兆赫，而第二射頻頻率約設為大約60兆赫或100兆赫。
在該實施例中，兩個處理區域110與115之間的干擾部分地是通過對射頻功率源進行頻率調節（frequency tuning）避免的。它可以實現快速調節（例如，小於1秒的回響時間），因而一個處理區域中的任何擾動不會對其相鄰區域內的工藝處理產生負面影響。在該實施例中，採用了高效率的、自隔離的射頻匹配153和157，每一個射頻匹配將兩路射頻信號接入一個處理區域內的陰極。出於此目的，可以採用已公布的美國專利申請2005/0133163中提出的射頻匹配電路。但是專利申請‘163中提出的射頻匹配方法要求使用濾波器，這會增加射頻匹配構造的複雜度。因而，採用已公布的美國專利申請2007/0030091將更加合適。專利申請‘091中關於射頻匹配的創新設計避免了濾波器的使用。
圖5是一種射頻匹配網路的結構示意圖，其可以用於該發明處理室內，它不需要使用濾波器。如圖所示，該實施例具有兩個射頻輸入，一個是高頻輸入部分，另一個是低頻輸入部分。該射頻匹配網路總共有三個連線埠，其中兩個是輸入連線埠，即，連線到高頻射頻發生器的高頻輸入連線埠158和連線到低頻射頻發生器的低頻輸入連線埠156；以及通過傳導介質（未圖示）將多個射頻發生器的能量輸出到真空處理室的射頻輸出連線埠。該真空處理室的射頻匹配網路可以分為一個低頻部分和一個高頻部分，此兩部分在輸出連線埠處通過同一個連線點合併。高頻部分包含一個接地電容器C1’、一個電容器C2’、以及一個電感器L’。此外，低頻部分包含一個通過電容器C1接地的端子，以及連線至電容器C2的另一個端子，該電容器C2與電感器L並行後連線到輸出連線埠。
在低頻部分，電感器L、電容器C1和電容器C2構成了一個低通濾波器，而在高頻部分，電感器L’、接地電容器C1’和電容器C2’構成了一個高通濾波器。當高頻輸入的頻率遠遠高於低頻輸入的頻率時，即高頻輸入的頻率是低頻輸入頻率至少2倍（優選的，為至少10倍）時，由於高通濾波器的特性以及真空處理室在高頻輸入下的阻抗特性，高頻部分僅需要一個較小的電感便可實現整個匹配網路與真空處理室的共軛匹配。在某些條件下，在高頻部分使用非物理電感器（physical inductor）是可行的，而只用傳導器件（如連線線）與一個傳導連線器一起將射頻輸出連線埠連線至真空處理室的下電極。這樣傳導器件取代了電感器的作用。在此配置下，傳導器件和傳導連線器的自感可以基本上等效為一個電感器。此時，接地電容器C1’可以被傳導器件、傳導連線器以及接地之間的寄生電容器代替。由於寄生電容器C1’和L’的值較小且不易調節，高頻部分的電容器C2’可以採用可調電容器以便調整電路的阻抗。
電容器和電感器的值可以通過高頻和低頻部分的頻率估計得到。並且，理想的阻抗可以通過選擇電容器C1的值來獲得。眾所周知，由電容器和電感器組成的這些匹配網路本身具有復阻抗。所以，由於電路元器件和導線具有自身電阻值，可以通過選擇並調整匹配網路中元器件的值來實現射頻匹配。當低頻部分連線至低頻射頻發生器時，從輸出連線埠至低頻部分測量時所得到的在低頻下的阻抗與從輸出連線埠經由返迴路徑至低頻部分測量時所得到的在低頻下的阻抗大體上共扼匹配。當高頻部分連線至高頻射頻發生器時，從輸出連線埠至高頻部分測量時所得到的在高頻下的阻抗與從輸出連線埠經由返迴路徑至高頻部分測量時所得到的在高頻下的阻抗大體上共扼匹配。
在圖5所示的射頻匹配網路中，低頻射頻能量通過包含電容器C2和電感器L的電路在輸出連線埠輸出。然後低頻射頻輸出可以具有兩條支路或通路連線出去，即，輸入真空處理室或輸入高頻部分。高頻部分包含（除寄生電容之外）電容器C2’和電感器L’。在該實施例中，高頻部分的電容器C2’和電感器L’經過設定，使得對於低頻射頻輸入端而言高頻部分的阻抗遠遠大於真空處理室的阻抗。因此，低頻射頻發生器的絕大部分能量都被輸入至真空處理室，而不會被輸入到高頻部分從而燒毀高頻射頻發生器。進一步地，通過合理選擇電容器C2’的值，輸入到高頻部分的能量可以被降低到2％以下。
類似地，高頻射頻能量由高頻射頻源產生後，經過由電容C2’和電感L’組成的電路到達輸出連線埠，這時高頻射頻輸出具有兩個支路可選，即，輸入真空反應室或者輸入低頻部分。低頻部分包含寄生電容、電容器C2和電感器L，其中電感器L和電容器C2是並行連線的。電容器C1的一端連線至電容器C2，另一端接地。通過此電路配置，增加電容器和電感器的估計值，並進一步調整電容器的值，可以使得對於高頻射頻輸入而言，低頻部分的阻抗遠遠大於真空處理室的阻抗。因此，高頻射頻發生器的絕大部分能量都被輸入到真空處理室，而不會被輸入到低頻部分從而燒毀低頻射頻發生器。此外，通過合理選擇電容器C1的值，輸入到低頻部分的能量可以被降低到2％以下。
再參考圖1和圖2，處理氣體由一共享源160提供。來自共享源160的氣體通過氣體噴頭170和175分配到每個處理室中，在該實施例中，該兩個氣體噴頭採用雙區（dualzone）或多區氣體噴頭。即，如圖1所示，氣體噴頭170包含中心區域172和外圍區域176，中心區域172和外圍區域176通過密封174隔開。輸氣管171將氣體輸送到中心區域172，而輸氣管173將氣體輸送到外圍區域176。中心區域與外圍區域之間的氣體輸送比例可以通過共享源160控制。另外，由管道171和173輸送的氣體的組成部分可以通過共享源160控制。即，管道171和173可以輸送不同或相同的氣體或氣體混合物。
氣體噴頭170和175還包含一個內置的導電電極，從而為與相應陰極120和125耦合的射頻功率源構成接地通路。
圖1還示出了一個中心真空泵180。中心真空泵180通過排氣室184的排氣口182可以排出處理區域110和115中的氣體。使用單箇中心真空泵180簡化了整個處理室的構造，並可使處理室更加緊湊。另外，共享的排氣口182還可以幫助均衡兩個處理區域110和115之間的壓力。但是，此設計也帶來了一些問題，下面將根據該實施例進行說明。
以下解釋是關於處理區域110的，但是應當理解，同樣的解釋也可適用於處理區域115。如圖1所示，由於排氣口182位於兩個處理區域110和115之間，它為每個處理區域製造了一個傾斜的排氣通路。例如，箭頭a為粒子沿處理區域靠近排氣口182經過的路徑，而箭頭b為粒子沿處理區域遠離排氣口182經過的路徑。容易理解，路徑b要長於路徑a，這將導致處理區域110記憶體在壓力差。為了克服此不足，在該實施例中，在每個處理區域內設定了微通道電漿限制裝置190、195。限制裝置190用於隔離處理區域110和排氣口182，同時允許從處理區域110內以沿著處理區域110均衡壓力的方式抽取氣體。限制裝置190可以採用已公布的美國專利申請2007/0085483中提出的任何環的結構。
圖3和圖4中示出了可以用於圖1中處理室的電漿限制裝置的一個實施例，用序號70標出。儘管該發明可以採用其它類型的電漿限制裝置，對圖3和圖4的描述可以為讀者提供更加完備的解釋。如圖3和圖4中所示，電漿限制裝置位於處理區域110和排氣室184之間。在圖1所示的實施例中，限制裝置70的上部位置與基片130大致處於同一高度。電漿限制裝置70包括一個接地的導電部件71。該接地的導電部件71通過外部外圍邊緣72和相對的內部外圍邊緣73定義，它通常環繞排氣室184的內壁183。另外，接地的導電部件71具有頂表面74以及相對的底表面75。如圖所示，若干個通道76在接地的導電部件71內部按照預定方式設定而成，並且延伸於底表面74和頂表面75之間。接地的導電部件71構成了一個電場屏障，基本上抑制了來自於電漿的射頻發射（RF emissions）到達排氣口182。通過此方式，電漿不會在排氣口182內被啟輝或形成。另外，此配置還避免了兩個處理區域110和155之間的射頻串擾（RF crosstalk）。
電漿限制裝置70還包括一個電氣絕緣層80，該絕緣層位於（或部分塗覆）接地的導電部件71的頂表面74。如圖4所示，該電氣絕緣層相對於外部外圍邊緣72大體上徑向地、向內延伸。該電氣絕緣層可以由一層（如圖所示）或多層構成。位於電氣絕緣層80的上方的是一個電氣導電支撐環90。該支撐環90有一個外部外圍邊緣91（它與外部外圍邊緣72共面），並且還有一個隔開一定空間的內部外圍邊界92。該支撐環與該若干個電氣導電部件95集成在一起，使得該電氣傳導部件95按預定的間隔相互隔開，並與接地的導電部件71絕緣，因而這些電氣傳導部件95在工藝處理過程中對大地是電氣浮地（electrically floating from ground）的。這些電氣傳導部件95此處表示為一組間隔開的同心圓環96，並且圓環96相互之間構成了一組信道99，該信道99與接地的導電部件71上的通道76流體連通。因此，通道76和99構成了一個流體通道，允許在處理區域110內用來產生電漿的反應氣體離開處理區域110，併到達排氣口182。在該發明的一種形式中，電氣傳導組件或部件95可以採用半導體摻雜材料製成。在此情況下，半導體材料摻雜增加了半導體材料的電導性。
從圖4中可以知道，每一條通道99的長度均大於任何帶電粒子的平均自由程，這些帶電粒子存在於處理室110內的電漿中。因而，當電漿從處理區域被抽吸到排氣區的過程中，所有通過通道99的帶電粒子均會撞擊該若干個電氣導電同心圓環96，因此帶電粒子在到達電漿處理室的排放區域之前就已經被斷開了其所帶的電荷。在該發明中，如圖3和圖4所示，應明白電氣傳導部件95（此處顯示為一組電氣導電的同心圓環96）的表面可以被塗覆有或包裹有一種材料，該材料可以抵抗來自於處理區域110中產生的電漿對其的電漿腐蝕。在該發明的一個實施例中，塗覆於電氣傳導部件96表面的材料包含Y2O3。該塗覆層確保了電氣傳導部件95不會受到電漿的刻蝕作用從而避免了由此而產生的微塵顆粒（particles）。在另一個實施例中，電氣傳導部件96可以是一種一體形成的導電板（未圖示），導電板上設定有狹長孔隙或孔洞，狹長孔隙或孔洞的構形同樣被設定成當電漿內的帶電粒子通過時可以使帶電粒子被中和，同時允許中性粒子通過。
另外還可以採用限制裝置的多種替代實施方案。例如，容易理解，接地的導電部件71和那些會與電漿接觸的電氣傳導環96的表面進行陽極化處理，從而防止電漿腐蝕，同時在其上形成電氣絕緣層。陽極化處理是一種電解操作，該處理可以使金屬表面形成一層氧化保護層。陽極化處理可用於多種目的，包括在金屬表面形成堅硬的覆層，或者令金屬具有電氣絕緣性，並且使金屬抗腐蝕。在該發明的一種形式中，電氣導電部件96、電氣導電支撐環90以及接地的導電部件71由鋁製成，電氣絕緣層80是一種鋁陽極化層，其可以通過將導電支撐環90面向電氣接地組件71的表面或電氣接地組件71面嚮導電支撐環90的表面進行陽極化處理而得到。在該發明的另一實施方式中，這些結構的所有表面都可以被陽極化處理，這樣可以保證電氣傳導部件95在工藝處理過程中相對於大地是電氣浮地（electrically floating relative to the ground）的。更進一步地，在該發明的其它實施中，導電組件100中的若干個導電環及通道102朝向處理區域或接觸到電漿的表面區域可以首先進行陽極化處理，隨後再塗覆一層防止電漿腐蝕的物質，比如：塗覆一層Y2O3材料，以進一步抵抗電漿腐蝕。除了前述實施方式，作為該發明的一種其它實施方式，電氣絕緣層80可以用具有相同功能的電氣絕緣隔塊（electrically insulative spacer）（未圖示）來替代，該電氣絕緣隔塊可以使導電組件100和電氣接地組件71相互電氣絕緣，也可以同時起連線或支撐作用，使二者連線更穩定。電氣絕緣隔塊可類似地使導電組件100處於浮地的狀態。
容易理解，用於電漿處理區域110內的電漿限制裝置70包含接地的導電部件71、以及位於其上的電氣導電的且可浮地的部件95。在此方式下，電漿限制裝置構成了電漿禁止（plasma shield）以及射頻禁止（RF shield）。即，可浮地的部件構成電漿禁止，可以防止活性粒子從中通過，而接地的導電部件構成了射頻禁止，可以防止射頻能量從中通過。可浮動部件95定義了一組通道99，通過它們可以對處理區域110按照一種可控的方式進行抽吸處理。這些通道99是有一定構形（dimension）的，以便猝滅（quench）帶電粒子，同時允許中性粒子通過。以這種方式，限制裝置70可以對處理區域110的抽吸（pumping）操作進行控制，以在整個處理區域內產生均勻的壓力，防止帶電粒子進入排氣口182，防止射頻耦合至排氣口182，從而防止電漿在排氣口182處激發產生，而且還避免處理區域110和115之間出現射頻串擾。
該實施例的另一個特性在於圖2中所示的隔離環132。隔離環132在豎直方向上是可移動的，如箭頭d所示。為了將基片移入或移出處理區域110，需要將該隔離環132移至較高位置，從而暴露出基片裝卸槽134。當基片置於陰極上之後，將該隔離環移至如圖2中所示的較低位置。在該位置上，由該隔離環132所界定出的處理區域110呈對稱的圓形（symmetrically circular），並且裝卸槽134被“隱藏”在隔離環132後面因而不會與電漿有接觸，電漿所能接觸到的區域是由該隔離環132所界定出的圓形邊界（circular boundary）。即，在較低位置上，每一個隔離環為每一個處理區域定義了一個外圍邊界（peripheral boundary of each processing region）。另外，在該實施例中，隔離環是由介電材料製成的並且具有一定厚度T，可以將接地的室壁與電漿相互隔離（isolate）開來。即，厚度T可以被合理計算和取值，從而可以防止射頻返迴路徑（RF returnpath）從電漿經過接地的室壁105。以此方式，射頻返迴路徑被控制流經氣體噴頭170，該氣體噴頭170作為上電極實現射頻返回。
隔離環132還可以被用於壓力均衡（pressure equalizing）。圖6給出了此配置的一個例子。圖6中的處理室600與圖1和圖2中類似，所以此處不再詳細說明，而僅特別說明圖6中所示出的另外的發明特徵。圖6中示出的實施例顯示了在兩個處理區域之間設定有壓力均衡機制（pressure equalizing mechanism）。在此例中，壓力均衡機制通過隔離環632來實現。如圖所示，在分隔牆682上設定有一通道（channel）684。當隔離環632移至其較高位置時，如箭頭d所示，通道684允許氣體在處理區域610和615之間自由地通過。另外，在隔離環632中還設定有壓力均衡通路（pressure equalizing passage）634、636。當隔離環置於較低位置時，如圖6所示，壓力均衡通路634、636與通道684共同組成一條路徑（passage）。通過此方式，處理區域610和615內的壓力可以通過相互流體連通的路徑634、684和636達到均衡（be equalized）。
可以理解，由於該發明配置有電漿限制以及射頻分離，每一個處理區域可以單獨進行工藝處理或多個處理區域同時並行地進行工藝處理，並且多個處理區域可以具有相同的等離子處理條件/環境。因而解決了2007年6月前已有技術中的“處理平台匹配”（station matching）的不足。
圖7給出了該發明的另一個實施例，其中兩個陰極均被施加多個射頻功率。圖7中給出的實施例可以通過修改該專利給出的其它實施例來實現，或與此處未給出的其它實現方式共同實現。圖7中給出的具體實施例採用了圖1所給出的實施例，並且對相似的部件採用了相似的數字標號，差別在於它們是按照700系列而不是100系列來標註部件的。
如圖7所示，每個陰極720和725均接收3個射頻頻率。此舉的目的是為了通過獨立控制電漿密度和離子能量來控制刻蝕工藝。即，一個或兩個頻率可以被用來控制電漿離子能量。電漿離子能量頻率應選擇在較低的範圍內，如，一個頻率選擇在500千赫-2兆赫範圍內，而另一個選擇13兆赫（更精確的說是13.56兆赫）。這些頻率通常被稱為偏置頻率（bias frequency）。電漿的密度可以通過較高的頻率進行控制，如27兆赫、60兆赫、100兆赫或160兆赫，這通常被稱為源頻率（source frequency）。另一方面，也可以採用單個偏置頻率和一對源頻率。例如，單個偏置頻率的取值可以選擇在500千赫-2兆赫範圍內或者選擇13兆赫。而這對源頻率的取值可以是27兆赫、60兆赫、100兆赫或160兆赫。
在一個具體例子中，採用了一個偏置頻率754、757，並被設為2兆赫或13兆赫，並採用了兩個源頻率：用於陰極720的源頻率752和754以及用於陰極725的源頻率758和759。源射頻頻率中的一個被設為27兆赫，另一個被設為60兆赫。該種配置可以對電漿粒子的解離提供更好的控制。
圖7中給出的實施例的另一個特徵是切換開關763和767。切換開關763和767使得該實施例可以在多個可選頻率之間切換，從而可以進一步控制電漿的解離。通過使用切換開關763和767，前述所有實施例都可以被用來在電漿室中提供第一階段工藝操作和第二階段工藝操作。在第一階段工藝操作時，採用偏置頻率和源頻率的第一組合，在第二階段工藝操作時，採用偏置頻率和源頻率的第二組合。例如，處理室可以使用低偏置頻率（如，約2兆赫）進行主刻蝕階段的工藝；然後，在過刻蝕時為了實現“軟著陸”，系統將被切換到工作在較高的偏置頻率下，如13兆赫。另一方面，處理室可以採用較低的源頻率進行刻蝕步驟，如採用27兆赫；然而，在完成刻蝕後，基片將被移出處理室，對處理室採用更高密度的電漿進行清洗。更高密度的電漿可以通過採用更高頻的源頻率獲得，如60兆赫、100兆赫或160兆赫。
圖8示出了根據該發明的實施例實現的一個採用兩個偏置頻率進行工藝處理的例子。此工藝可以是，比如，刻蝕一塊半導體基片。在步驟800中，源射頻源被激勵以轟擊電漿。源射頻源的頻率可以為27兆赫、60兆赫、100兆赫、160兆赫等。在步驟810中，第一偏置頻率被激勵並被施加至處理室以產生解離離子去轟擊基片（第一工藝步驟，步驟820）。當第一工藝步驟完成後，第一偏置功率在步驟830中被斷開（de-energized），並在步驟840中第二偏置功率被激勵，以進行第二工藝步驟850。在此情況下，第一偏置頻率可以為大約2兆赫，第二偏置頻率為大約13兆赫。在此例中，當偏置頻率為2兆赫時，源頻率至少應比其高2倍，優選的實施為高至少10倍以上。另一方面，當偏置頻率為13兆赫時，源頻率可以為其兩倍或更高。例如，當偏置頻率為13兆赫時，源頻率可以為其兩倍（即27兆赫），或為其五倍（即60兆赫），或更高（100兆赫或160兆赫）。
圖9示出了根據該發明的實施例實現的一個採用兩個源頻率進行工藝處理的例子。例如，此工藝可以是，比如，刻蝕半導體基片以及此後的“原位”清洗工藝。在步驟900中，第一源射頻功率源被激勵以轟擊電漿。該源射頻功率源的頻率可以為27兆赫。在步驟810中，偏置頻率被激勵並被施加至處理室以產生用於轟擊基片的解離離子，用於刻蝕工藝步驟（步驟920）。當刻蝕工藝過程完成後，在步驟930中偏置功率被斷開，並在步驟935中將基片移出處理室。然後在步驟940中激活第二源功率以進行清洗步驟（步驟950）。在此情況下，第二源功率的頻率可以是60兆赫、100兆赫或160兆赫。
最後，應當理解，此處所述的工藝和技術並不與任何特定的裝置直接相關，它可以用任何合適的元件組合來實現。此外，可以根據該發明所教示的內容，各種類型的通用器件均可以被套用。也可以製造專門的器材來實現該專利所述的方法及步驟，並且具有一定的優勢。該發明是參照具體的實施方式來描述的，其所有方面都應為示意性的解釋而非限定性的。該領域的技術人員會意識到，不同的硬體、軟體和固件的組合都可適用於實施該發明。比如，所述的軟體可以用很多種程式或腳本語言來描述，比如彙編、C/C++、PERL、SHELL、PHP、JAVA等等。
榮譽表彰
2014年11月6日，《包含多個處理平台的去耦合反應離子刻蝕室》獲得第十六屆中國專利優秀獎。
