[发明专利]具有多个异相电极的高频等离子体源

说明书

技术领域

本发明涉及等离子源，具体涉及一种具有配置成彼此异相的无功元件的等离子体源，以便在等离子体工艺中提供受控的波长效应。

背景技术

等离子体是导电的电离气体。为了产生等离子体，对容纳的气体(通常容纳在特别设计的室内)施加电场。在离子和电子具有较长寿命的真空室内，这样做相对容易一些。可以将MHz范围内的射频(RF)功率施加到浸没在室内的两个金属板或电极上，从而产生电容性放电。或者，可以将RF功率沉积(deposit)到安装于室壁上的线圈中，从而产生感应耦合等离子体。

在半导体工业中，等离子体用于将材料沉积到工件上以及从工件上蚀刻材料，所述工件通常为半导体、电介质和金属表面。使用这种工艺以便在衬底上形成特定电子部件。将气体引入工件所位于的真空等离子体处理室中。经过电击穿的气体利用电感性源或电容性源在激励区域中形成等离子体，在电感性源的情况下，天线承载邻近于等离子体窗的电流，而电容性源使用具有振荡电压的一个(或多个)电极。直到20世纪90年代早期，基于电容性的系统都是首选，但是在1991年至1995年期间，电感性源更为盛行，并继而在金属蚀刻或多晶硅蚀刻应用中占主导地位。然而，这种电感性源等离子体在氧化物蚀刻应用中是有问题的。此外，对用于氧化物蚀刻的电感性系统进行的针对制造准则提供必要性能和稳定性的设计导致基于电感性的系统成本非常高。

在1998年左右，这些系统的制造商，比如Lam Research Corporation和TEL公司开始重新重视电容性系统，以针对该领域中的等离子体蚀刻问题提供更为廉价和可靠的方案。进一步的发展使得以电感性系统的代价重新引入电容性系统。就是在这种环境下，双频电容性系统作为氧化物蚀刻应用的首选而再次出现。

趋向双频系统的这一趋势的原因在于，在单频电容性电抗器(singlefrequency capacitive reactor)中，可增加RF功率以获得更高的离子轰击能量，然而等离子体密度也将增加。这两个参数不能使用单频发生器来独立改变。为了提供更大程度的灵活性，可以提供多个电容性等离子体激励频率。典型的方法(比如在WO03015123中所描述的那样)采用各附着于一个电极的两个分离的电源(高频电源和低频电源)。采用滤波来最小化两个信号之间的交互作用，例如使用在KHz信号将上电极接地、而对MHz信号呈现高阻抗的电感器。类似地，使用电容器以针对高频信号将下电极接地。替选配置包括三极管或者其中等离子体被限制于特定径向几何形状内的限制装置，也可以采用两个电源都连接到同一电极的另一布置。在所有情况下，衬底以及因此必需的相关联的衬底处理部件比如销和推杆、冷却剂、传感器等都是RF驱动的，因此，耦合到外部世界需要与这些环境相协调。这导致工程复杂性增加，从而不可避免地增加成本。

非常近似地，在双频电容性系统中，高频功率控制等离子体密度，由于较高的电流，更加有效的位移电流增加了到等离子体以及鞘加热机构中的欧姆功率。低频激励影响离子轰击能量。因此，用户有能力分别调节离子轰击能量和等离子体密度，这对于单个激励频率是不容易做到的。这种设计的电抗器在PECVD(等离子体增强化学气相沉积)和等离子体蚀刻中都有应用。

大多数公知系统使用单个电极，通过该电极可将功率引入到等离子体区域。全部转让给Tokyo Electron Limited(TEL)的US2004/0168770、US6,962,664以及US6,884,635描述了一种分段电极结构的使用，这种分段电极结构具有多个电极段，每个段都有耦合到该段的射频电源。控制系统配置成动态地改变阻抗，以匹配等离子体负载阻抗。这些装置被特别设置成使电极之间的任何交互作用最小化，因而意味着电极元件彼此同相。然而，在所有情况下，仍然有净电流被引入到等离子体中，其在高工作频率可在电磁功率分配时引起波长效应，从而导致非均匀电压和电流，非均匀功率沉积到等离子内，以及在衬底表面上造成的非均匀工艺(蚀刻和/或沉积)。

除了电抗器设计中的这些优势之外，也存在许多问题。这些问题包括上述波长效应，所述波长效应引起电压非均匀性以及在平行于电极表面的等离子体中引入电流；并且在这些情况下还有非均匀功率沉积，可以预期该非均匀功率沉积产生非均匀等离子体密度，其使等离子体性能降级。

因此，需要提供一种配置成克服这些以及其它问题的等离子体源。

发明内容

根据本发明的一种等离子体源解决了这些以及其它问题。根据本发明的第一实施例的这种源提供多个相邻电极，每个电极相对于其相邻电极异相。