[发明专利]包含多个处理平台的去耦合反应离子刻蚀室

说明书

【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系统。第一类系统通常被称为批处理(batch processing)系统。使用批处理系统的主要原因在多个芯片或基片能够被同时加工处理，因而该系统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。开发单基片处理系统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)的基片处理室系统，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系统(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。在并行的处理系统中，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。