CN1675737A - 电极同时响应于多频的等离子体处理器 - Google Patents

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Abstract

在加工工件的真空室内，等离子体以等离子体约束容积为界，包括同时响应于第一和第二RF频率功率的第一电极与DC接地第二电极之间的区域。DC接地延伸部分基本上直线对准第一电极。大部分第一频率功率耦合到包括第一与第二电极但不包括延伸部分的通路，大部分第二频率功率耦合到包括第一电极和延伸部分但不包括第二电极的通路。改变加到第一电极的第一与第二频率的相对功率，可控制第一电极的DC偏压。

Description

电极同时响应于多频的等离子体处理器
发明领域
本发明一般涉及电极响应于多个频率的等离子体处理器。本发明一特定方面涉及含腔室的处理器，腔室结构使多个频率的功率通过以一对电极为界的区域具有完全不同的路径，一根电极同时响应于多个频率，另一电极基本上处于参考电位。本发明另一个方面涉及一种处理器方法与结构，其中通过相对于与一个频率的功率关联的参数改变与另一频率的功率关联的参数，来控制响应于多频的电极的DC偏压。
背景技术
真空等离子体处理器用于在工件上淀积与蚀刻材料，工件一般是半导体、介质与金属基片。将一种气体导入放置了工件的真空等离子体处理室，室压力通常为0.1～1000乇。响应于RF电场或电磁场，该气体在激发区内被燃烧成RF等离子体。RF场由电抗性的阻抗元件提供，通常是将RF磁场与电场耦合在气体的电极阵列或线圈。电抗性阻抗元件接第一RF源，后者具有第一较高的RF频率和足够的功率，将气体烧成等离子体。第一RF源与电抗性阻抗元件通常用较长的电缆连接，电缆直接第一RF源。接在电缆与电抗阻抗元件之间的第一谐振匹配网络一般包含一对可变电抗，后者被调成使第一RF源的阻抗匹配于正在驱动的负载。
气体一般通过室顶部引入室，从室底部排出。室顶部的电极通常与一系列进入激发区的气体挡板与开口关联，对流入激发区的气体形成喷头(showerhead)作用。
工件一般装在激发区底部的电极上。在有些室内，带工件的电极(通常称为底电极)是供有第一RF频率的电抗阻抗元件，与带工件电极隔开的另一电极(通常称为顶电极)接参考电位，一般为地。这样配置的处理器常称为二极管，因为该室包括一有动力的电极，接地的壁结构和一接地电极。
在其它处理器中，室的顶与底电极各自用独立的较高与较低RF频率加动力，室壁结构接地。超过10MHz且一般为27MHz的较高频率控制着等离子体的密度，而小于10MHz且一般为2MHz的较低频率控制着等离子体的离子能量。独立地控制诸电参数如第一和第二RF源的功率、电压和/或电流，就可独立地控制等离子体密度与离子能量。这样配置的室常称为三极管，也可控制建立在底电极上的DC偏压。DC偏压控制由接近顶底电极的等离子体与RF场之间的互作用造成，而顶底电极响应于加在其上的RF功率耦入等离子体。改变加到顶底电极的参数如电流和/或电压或功率的相对值，底电极DC偏压就以可控的单调方式变化，因而当高频功率相对于低频功率提高时，DC偏压的幅值(为负)就增大。
已知具有上述二极管与三极管配置的室包括一种将等离子体约束在一包括电极之间的容积的约束区内(confinement region)的结构。该约束结构可防止等离子体入射室接地的金属壁结构，从而防止严重损伤室壁结构并加强控制等离子体特性；如参见莱兹(Lenz)等人的美国专利5,534,751。
在另一些顶电极与室金属壁接地(参考电位)的室中，对底电极同时加较高和较低的RF频率功率。这种二极管配置的真空室接地的金属壁结构，通常限定了受激等离子体存在区的外部。具体而言，莱兹在美国专利5,998,932中揭示了对具有约束结构和接地的顶电极与金属壁的室的底电极同时提供2MHz与27MHz。库西(Kuthi)等人的美国专利6,106,663，也揭示了对具有接地顶电极的室的底电极同时提供2MHz与27MHz。
室配置中用高低频率同时驱动底电极的原有技术的处理器一直以这样一种方式构成，即通过改变高低频参数如供给底电极的功率的相对值，不能控制底电极的DC偏压。已发现，当供给底电极的高低频功率的相对量变化时，DC偏压保持相对恒定。我们认为，DC偏压保持相对恒定，原因在于室被构成为离子能量(假定主要受低频功率控制)基本上与离子密度(假定主要受高频功率控制)相耦合。因此，等离子体密度与等离子体容积边缘与其附近的室表面之间的壳层宽度有耦合作用，所以改变高低频率的相对参数值(如功率)，并不能独立地控制等离子体离子能量与等离子体密度。因此，对底电极同时加两种不同频率的原有技术的二极管室，一直不能达到三极管双频室能达到的底电极偏压控制程度。
发明内容
根据本发明一个方面，等离子体处理器包括真空室，该室具有：(a)把气体与该室耦合的端口，(b)向室内气体加电场的第一电极，(c)基本上处于DC参考电位的第二电极，和(d)电极间存在等离子体的区域。处理器包括让第一电极向等离子体同时供给多频电场的电路。室包括使不同频率的功率具有完全不同的通过电极间存在等离子体区域的路径的结构。
较佳地，第一频率(优选2MHz)主要控制等离子体能量，第二频率(优选27MHz)主要控制等离子体离子密度。
室较佳地配置成让大部分第一频率的功率耦合在第一与第二电极之间，防止第二频率的大部分功率耦合在第一与第二电极之间。
这种室配置较佳地包括一有区域外通路的分布参数滤波器结构。区域外通路安排成将电流从第二电极耦合到处于参考电位的端子，而且基本上处于该参考电位。通路的第一频率的电气长度远远小于其第二频率的电气长度，故区域外通路的第一频率的阻抗远远低于第二频率的阻抗。区域外通路的结构使该通路具有第一频率的感抗，小于第二频率的通路感抗一个数量级。
分布参数滤波器结构较佳地配置成将第二频率通过该区域传到室壁的延伸部分，其中延伸部分像壁和第二电极一样基本上处于同一DC参考电位。壁延伸部分相对第二电极更靠近第一电极。
延伸部分较佳地包括一超过第一电极外围部分的区域。第一电极与延伸部分的电气耦合安排成使第二频率比第一频率在区域中传送得更远。延伸部分较佳地用介质与第一电极隔开。
约束等离子体结构较佳地包括多个通气孔，使容积内的气体能流到区域外的室部分。通气孔和通气孔之间的空间较佳地用某种材料制作，且安排成使第一频率的位移电流从第二电极流到参考电位，同时防止大量DC电流流动。
用于控制区域内等离子体压力的控制器较佳地包括一控制通气孔相对室内另一结构的间距的机构。
本发明另一方面涉及等离子体处理器的操作方法，处理器的一电极同时供有第一与第二频率的功率。响应于在第一和第二频率下供给电极的功率与电极附近等离子体之间的互作用，对该电极建立DC电压偏置。相对于与第二频率功率关联的参数改变与第一频率功率关联的参数，就可控制该DC偏压值。
本发明又一个方面涉及一等离子体处理器，它包括处理室里的一根电极和同时向该电极提供第一与第二频率的功率的电路。响应于在第一和第二频率下供给电极的功率与电极附近等离子体之间的互作用，对该电极建立DC偏压。配置的室和第一与第二频率，通过相对于与第二频率功率关联的参数改变与第一频率功率关联的参数，造成可控的DC偏压变化。
较佳地，与第一频率功率关联的参数是第一频率功率量，与第二频率功率关联的参数是第二频率功率量。较佳地，第一频率(优选2MHz)主要控制等离子体的离子能量，第二频率(优选27MHz)主要控制等离子体的离子密度。
为协助控制DC偏压，第二频率的功率较佳地被限于某一区域，该区域不包括处理器的室壁结构，但包括第一与第二电极间的容积。把第一频率的功率供给一部分基本上移出该区域的室，帮助控制DC偏压。等离子体通常被约束于对其约束第二频率功率的区域。为帮助控制DC偏压，还控制了等离子体在该区域内的压力。
为更佳地控制DC偏压，约束的第二频率区域延伸到超过第一电极外围部分的一区域。超出第一电极外围部分的该区域较佳地包括：(1)一种材料，优选本征半导体，使第一与第二频率的位移电流通过它流动，同时防止明显的DC电流流动，和(2)超出该材料外围部分的处于DC参考电位的表面。
约束等离子体结构较佳地包括多个通气孔，安排成使区域内的气体流动到该区域外的室部分。较佳地，通气孔和通气孔之间的空间用某种材料制作，并安排成使第一频率的位移电流能从第二电极流到参考电位，同时防止大量DC电流流动。
本发明另一个方面涉及处理工件的等离子体处理器，其中处理器包括一真空室，具有处于参考电位的导电壁。壁的圆形内周边与室纵轴线同轴。该室包括含圆形工件支架的第一圆电极，其中第一电极和工件支架与室纵轴线同轴。该室还包括与室纵轴线同轴的第二圆电极，其中第二电极的入口用于准备在室内转换成等离子体的气体。室内的约束结构把等离子体限于某一区域，该区域不让等离子体入射壁，但包括电极之间的容积。约束结构能使气体从该区域向外流出。室还有一使气体从该区域向外流出的出口。约束区域的下边界包括(1)第一电极、(2)与室纵轴线同轴的环，和(3)与室纵轴线同轴的环状表面，其中环状表面基本上处于参考电位。在第一电极与环状表面之间插上该环，环由某种材料制作，使RF位移电流能流入，同时防止传导电流大量流入。电路对第一电极同时提供多个频率的功率。壁电气连接第二电极和环状表面，在第二电极与环状表面之间的长度使壁对第一频率设置较低的阻抗，而对第二频率设置较高的阻抗。
较佳地，环状表面是一种覆盖导电件的介质，环包括本征半导体例如硅。
在一较佳实施例中，等离子体约束结构包括多个间隔开的等离子体约束环，其内周边表面与室纵轴同轴，而且第二电极的表面形成约束区的上边界。各约束环的内周边表面基本上直线对准形成边界上区的第二电极的表面周边，环状表面至少延伸到与等离子体约束环内周边表面直线对准的圆的圆周。
还配置了室和第一与第二频率，通过相对于与第二频率功率关联的参数改变与第一频率功率关联的参数，可响应于在第一与第二频率下供给第一电极的功率与第一电极附近等离子体之间的互作用，造成第一电极上DC偏压的可控变化。
通过以下结合附图对一特定实施例所作的详述，本发明的种种目的、特征与优点就更清楚了。
附图简介
图1是本发明一较佳实施例的等离子体处理器的部分示意图；
图2是图1所示等离子体处理器真空室一较佳实施例的截面图；和
图3是一曲线图，表明DC偏压作为供给图2所示室底电极的两RF频率功率的函数是如何受控。
发明有详细描述
现参照图1，其中具有纵轴即中心线12的等离子体处理器真空室10，被图示成包括电导金属壁14，而壁14的圆形内周边与轴12同轴。壁14接地，即处于DC参考电位。
室10包括底组件15，它包括含第一圆电极18(常称底电极)的圆形工件支架16，工件支架16和电极18均与轴12同轴。工件20通常是一半导体晶片，利用合适的机构(未示出)放在支架16上，使它与轴12同轴，同时工件被约束于室10内区域24的等离子体22处理。工件支架16较佳地构成一个静电吸盘，接合适的DC吸盘电压源(未示出)。工件支架16包括普通的工件提升销(未示出)和工件温度控制装置(未示出)。
室10还包括第二圆电极26，它在电气上DC接地并与轴线12同轴。常称为顶电极的电极26包括内通道(未示出)和各种喷头孔(未示出)，二者都以流体流动关系接一个或多个合适的气源28，气体通过喷头孔流入区域24并在这里转换成处理等离子体22。
等离子体22借助于包含下组件30的约束结构被约束到区域24，下组件30包括四只竖堆的介质(较佳为石英)圆环31～34，通过合适的转轴(shaft)机构(未示出)相互固定连接。环31～34与轴线12同轴，包括直线对准的内周边，内周边的直径与形成等离子体约束区24最上面的表面的电极26的直径几乎一样。环31～34都具有相近的水平范围，但上环31的垂直范围明显大于环32～34相近的垂直范围。上环31的内周边接触顶电极26的周边，底环34的下表面通常在下组件15顶面上方隔开。示电离气体即非等离子体气体从区域24流过通气孔组件30和环34与底组件15之间的空间。空10外面的电机35包括一转轴(未示出)，转轴延伸通过室，相对于底组件15的顶面垂直地驱动环31～34。为控制等离子体约束区24内等离子体22的压力，电机35被接成响应于控制器36的输出信号而垂直地驱动环31～34，从而控制环34与底组件15顶面之间的间距。对于最大压力，环34的底面置于组件15的顶面。
未电离气体通过通气孔组件30从区域24流入室10在环31～34外缘与壁14内周边之间的环形容积38，被约束于区域24的等离子体被防止入射到壁14。利用接合适真空泵(未示出)的端口40，容积38里的未电离气体流过容积38底部的多个端口40，真空泵通常将室10内的压力保持于1～1000毫乇。
顶电极26是一包括金属(优选铝)板42的组件，板42与轴线12同轴并接地，它包括垂直延伸的侧缘44与径向延伸的凸缘46，凸缘46从边缘44上部延伸，其外径与环31～34的外径一样，故凸缘与环的外周边垂直直线对准。边缘44的直径与环31～34的内径一样，故其周边与环31～34的内周边垂直直线对准。与轴线12同轴且有与边缘44相同直径的石墨盘48拴接板42，使板42底面与盘48顶面邻接。半导体盘50顶面与轴线12同轴，直径与石墨盘48一样，较佳地用本征硅制成。盘50用合适的粘剂粘合到石墨盘48的底面。
底组件15包括顶面覆有保护性电气绝缘的氧化物层51的电极18和较佳地用石英制作的介质圆环52。与轴线12同轴的环52具有内周边圆壁面，当在电极18上安置工件时，其直径与电极18和工件20直线对准的直径几乎一样。电气接地的金属(优选铝)涂层54覆盖环52的外圆壁，并从环外壁向里朝环内壁和工件20周边表面延伸。导电涂层54的内缘为圆形，与轴线12同轴，同环52内壁隔开。介质层56(优选石英)覆盖金属涂层54的侧上表面，利用接触DC接地的金属涂层54的介质层处于DC接地电位，因而金属涂层54与介质层56被视为DC接地金属壁14的延伸部分。
由本征半导体(优选硅)制成的环58装在环52顶面，其尺寸和位置做成可插在工件20的外径与金属涂层54和介质层56直线对准内缘之间。环58装在环52上，使环58的外缘邻接金属涂层54与介质层56的内缘，在工件被正确地定位在工件支架16上时，环58与工件20的内缘几乎触及。由本征半导体制成的环58为在底电极18与接地电极26之间流动的RF位移电流提供一条通路，接地电极26包括含金属涂层54与介质层56的延伸部分。然而，环54的本征半导体材料不为在电极18与26之间流动的DC电流提供导电通路，而且电极26包括该延伸部分，因而基本上无DC电流在金属涂层54与电极18或工件20之间流过环58两端。
金属壁14包括各自径向向内朝轴线12延伸的上下金属部60与62，金属上部60的内缘利用下悬的凸缘64在电气与机械上接铝板42，金属下部62的内缘在电气与机械上接金属涂层54。包括开口或通路40的金属环66与轴线12同轴，用高导电率非磁性金属如铜或铝制作。环66具有用金属带68接地的下表面，其上表面接金属下部62与涂层54，故涂层54电阻性(即导电或DC)接DC地并保持与壁14几乎一样的DC地电位。
包括金属上下部60与62的壁14，被视为在低RF频率(如2MHz)下阻抗较低而在高RF频率(如27MHz)下阻抗较高的分布参数电感器，故它被看作一个可通过低RF频率但几乎阻塞高RF频率的分布参数低通滤波器。
电路70向电极18同时提供多个RF频率的功率，RF频率较佳为2MHz与27MHz，各自主控等离子体20内离子的能量与密度。因此，改变2MHz的功率量可改变等离子体22的离子能量，而改变27MHz的功率量可改变等离子体22的密度。由于室10的配置，相对于27MHz的功率改变2MHz的功率或者与之相反，作为等离子体与2MHz、27MHz电场之间互作用的结果(电极18响应于电路20向其提供的2与27MHz功率而耦入等离子体)，使电极18上建立的DC偏压产生可控的变化。我们发现，室10的结构能在2和27MHz的相对功率量与电极18的DC偏压之间实现单调的关系，当2MHz功率量相对于27MHz功率量增大时，电极18的负DC偏压就增大。因此，控制供给图1中二极管结构的电极18的2和27MHz的相对功率量，可得出有关类似于三极管结构的结果，而在三极管结构中，在不同的频率下对顶、底电极分开供动力，室壁接地。
图1的二极管结构不同于用2与27MHz的功率同时驱动底电极的一般原有技术的二极管结构。在图1的二极管室10中，向电极18施加的大部分高频27MHz功率的通路包括电极18和形成金属涂层54的接地延伸部分，但不包括电极26。与之对照，加给电极18的大部分低频2MHz功率的通路包括电极18和接地电极26，但不包括金属涂层54。由于壁在27MHz下有明显的感抗，故壁14防止了大量27MHz功率到达电极26。壁14的感抗在2MHz时比在27MHz时要小一个数量级以上，故2MHz功率基本上通过壁而循环。电极26与涂层54之间的壁14长度，使壁14在27MHz时的电气长度为一个波长，在2MHz时的电气长度小于波长的1/10。
室10对通过等离子体22与半导体环58和介质环52顶面与外侧壁上接地涂层54而从电极18耦合到地的2MHz功率，比对通过同一路径即通过等离子体22、半导体环58与金属涂层54的路径而耦合的27MHz功率具有高得多的容抗。可将环58视为具有电容与电阻分量的分布阻抗元件，而等离子体22可被视为主要是分布电阻。等离子体22与约束区24的表面(即工件20顶面、环31～34表面、半导体盘50底面、介质层56顶面与半导体环58顶面)之间有一壳层。电极18的DC偏压的变化，改变了壳层厚度和与之关联的电容。可将壳层看作分布阻抗，主要含电容分量。因此，从供电的底电极18流到接地金属带68的RF电流，开始通过直接位于底组件15上方的壳层的容抗，再通过电阻性等离子体22。
RF电流流过等离子体22的第一路径通过直接位于顶电极组件26下面的壳层的容抗，再通过壁14与环66到接地带68。RF电流流过等离子体22的第二路径通过底电极18上方的壳层容抗进入电容性与电阻性半导体环58，再经导电层54到带68。RF电流流过等离子体22的第三路径通过底组件15上方的壳层容抗进入层56的容抗，再经导电涂层54到带68。壳层、层56和环58的容抗，对从底电极18流到接地带68的27MHz电流比对2MHz电流小一个数量级。第三路径对27MHz激发的阻抗也比对2MHz激发的低，因为环52顶面上导电涂层54区域的作用类似于电容器电极。由于电容器值直接正比于电容器的电极面积，而电容器阻抗反比于加给电容器的频率与电容器值的乘积，故环52对27MHz比对2MHz具有低得多的阻抗。在27MHz，通过等离子体22、介质环52顶面金属涂层54与半导体环58从电极18到接地带68的阻抗，比通过等离子体22、电极26与壁14从电极18到接地带68的路径的阻抗低得多。
从实际的试验中发现，相对于供电电极18的面积增大基本上以约束区24为界的接地电极面积(包括电极26及其含介质环52顶面的金属涂层54的延伸部分)，由于改变了在2MHz与27MHz下供给电极18的相对功率，明显增大了DC偏压控制量。在图2的实施例中，接地电极与供电电极的面积比为2.7∶1。
在图示实施例中，电路70包括可变功率2MHz源72和可变功率27MHz源74，它们各自驱动匹配网络76与78，分别调谐到2MHz与27MHz。混合耦合器80的第一和第二输入端分别接成响应于匹配网络76与78的RF输出，因而耦合器产生的输出是匹配网络输出的线性组合。耦合器80的输出经耦合电容器82供给电极18，故该电极同时受2MHz与27MHz功率驱动。
匹配网络76和78各自包括一对可变电抗，其值受控制器36控制。控制器36对探头(未示出)导出的指示2MHz能量的电压、电流与相角的信号作出响应，匹配网络76反射回2MHz源72来控制匹配网络76的电抗。控制器36对探头(未示出)导出的指示27MHz能量的电压、电流与相角的信号作出响应，匹配网络78反射回27MHz源74来控制匹配网络78的电抗。网络76与78和RF源72与74具有足够高的Qs(品质因数)，可防止可能损伤的27MHz功率对2MHz源72的耦合，并防止可能损伤的2MHz功率对27MHz源74的耦合。RF源72与74供给电极18的相对功率经控制，可独立地控制等离子体的离子能量和等离子体的离子密度，并控制底电极18的DC偏压。
现参照图2，图示为图1结构的机械剖视图。为了稍微增大约束区24内接地上电极26的表面积，石墨盘48与半导体盘50的下表面包括从电极26的中心与外围部分分别向下伸入区域24的锥形表面80与82，盘48与50包括在锥形表面80与82之间平行于底电极16上表面延伸的平坦表面84。
图1所示接地电极靠近环52上表面金属涂层54的延伸部分，在图2中由粘合于石英环52顶面的金属(如铝或铜)环86提供。环86利用若干金属(如铝或铜)接线柱88与激发电路70的接地端子电气连接。接线柱88穿过石英环52中的垂直圆柱，绕环52每隔几度等距隔开。各接线柱88的上表面在机械与电气上例如通过焊接与环86下表面接合。各接线柱88的下端在石英环52下表面的下面延伸成接地金属(如铝或铜)电气接触环90的圆柱侧壁呈机械与电气啮合，激发电路90的接地端子与电气接触环90连接，因而接线柱88与环90起到图1中环52和金属带68上层54的侧壁同样的作用。环90与接线柱88在机械与电气上连接室壁14水平延伸的金属板92，金属板92是图1的下壁部62与环66的等效物。
半导体环58插在低部供电电极18的外围与环86内周边之间，包括两个互配合的脊段92与94，它们相对径向隔开而允许热膨胀。
如图2所示，壁14包括视窗95。金属环98在机械与电气上接壁14与板42，起到图1中上壁部60的作用。
在一实际构制的具有图2结构的室10中，盘50的直径为11.5″，电极51在其邻接半导体段92的边缘之间的直径为7.25″，环86在其内外径之间的间隔为1″，环58形成的段92与94在其内外径之间的间隔为0.75″，壁14在窗96处的直径为12.75″，在电极16与26的平表面之间沿轴线12的间隔为0.375″。这些尺度在约束区域24内得出接地电极与供电电极的面积比为2.7∶1。接地电极面积包括硅盘50底面与金属环86上表面，供电电极面积包括电极18上表面。
现参照图3，图中一系列曲线表示图2结构相对其它装置的特性曲线。图3中，与电极18关联的DC偏压是相对电路70供给电极16的27MHz与27MHz功率之比绘制的。
曲线100相对于加到原有技术三极管室的功率比是DC偏压的单调函数，其中2MHz功率加到底电极，27MHz功率加到顶电极，室壁接地。曲线100有一较大的负斜率，说明通过改变加到顶电极与底电极的功率比，能有效地控制底电极的DC偏压。换言之，相对于加到顶电极的27MHz功率改变加到底电极的2MHz功率的比率，可有效地改变底电极的DC偏压。
与之对照，曲线102表示一般原有技术二极管室的性能，其中对底电极同时加2MHz与27MHz功率，顶电极与室壁都接地。曲线102不呈单调，具有极小的斜率，对功率比为负值，其中27MHz功率至少为2MHz功率的二倍。对于27MHz功率量比2MHz功率小二倍的功率比，曲线102具有正斜率。因此，被配置成产生曲线102所示结果的室，不能实现有效的底电极DC偏压控制。
曲线104和106分别对120毫乇与67毫乇的压力下图2中所示室的特性曲线。曲线104与106都是负斜率的单调函数，响应于加到底电极相对的2MHz与27MHz的功率量的变化，足以控制底电极18的DC偏压。例如，曲线104表明，若对电极18不加2MHz功率而加27MHz的1000瓦，则底电极18的DC偏压为-590伏。当2MHz功率增大时，使2MHz与27MHz的功率都为1000瓦，则电极18的DC偏压近-630伏。若2MHz功率再增大，使2MHz功率为2000瓦而27MHz功率为1000瓦，则电极18的DC偏压再减至近-670伏。当2MHz功率为4000瓦而27MHz功率为1000瓦时，底电极18的DC偏压就再减至约-725伏。因此，对于具有图2结构的室，改变在2MHz与27MHz下加到底电极18相对功率量，基本上控制了底电极的DC偏压，故可独立地控制等离子体密度与离子能量。对于曲线106所示的67毫乇压力，结果也相似。
虽已描述和图示了本发明一特定实施例，但很清楚，可对特定图示与描述的该实施例的细节作出变化而不违背附如权利要求书所规定的本发明的实际精神与范围。

Claims (61)

1.一种等离子体处理器，其特征在于包括一真空室，所述真空室具有：(a)将气体耦合到该室的端口，(b)对室内气体加电场的第一电极，(c)与第一电极隔开的第二电极，第二电极处于一DC参考电位，室安排成使气体在包括电极之间容积的区域内被激发为等离子体；使第一电极对等离子体同时供给不同频率的电场的电路；该室包括一使不同频率的功率取完全不同的路径通过所述区域的结构。
2.如权利要求1所述的等离子体处理器，其特征在于，所述室结构安排成使大部分第一频率的功率耦合在第一与第二电极之间，而且防止大部分第二频率的功率耦合在第一与第二电极之间。
3.如权利要求2所述的等离子体处理器，其特征在于，所述第一频率主控等离子体的离子能量，第二频率主控等离子体的离子密度。
4.如权利要求3所述的等离子体处理器，其特征在于，所述第一与第二频率分别为2MHz与27MHz。
5.如权利要求2所述的等离子体处理器，其特征在于，所述室结构安排成使大部分第一频率的功率耦合在第一与第二电极之间，并防止大部分第二频率的功率耦合在第一与第二电极之间。
6.如权利要求5所述的等离子体处理器，其特征在于，所述室结构包括一具有区域外通路的分布参数滤波器结构，区域外通路安排成将电流从第二电极耦合到处于参考电位的端子，区域外通路基本上处于DC参考电位，其第一频率的电气长度远远小于其第二频率的电气长度，使区域外通路的第一频率的阻抗远远低于第二频率的阻抗。
7.如权利要求6所述的等离子体处理器，其特征在于，所述区域外通路在第一频率下的电气长度是第一频率波长的几分之一，区域外通路在第二频率下的电气长度接近第二频率的波长。
8.如权利要求6所述的等离子体处理器，其特征在于，所述区域外通路的结构使通路在第一频率下具有感抗，小于通路在第二频率下的感抗约一个数量级。
9.如权利要求6所述的等离子体处理器，其特征在于，所述分布参数滤波器结构还安排成通过所述区域把第二频率传到通路的延伸部分，延伸部分基本上处于DC参考电位，而且相对第二电极更靠近第一电极。
10.如权利要求9所述的等离子体处理器，其特征在于，所述延伸部分包括超出第一电极外围部分的区域，从第一电极到超出外围部分的区域的电气耦合安排成让第二频率在所述区域内比第一频率传得更远。
11.如权利要求10所述的等离子体处理器，其特征在于，所述延伸部分与第一电极用一介质隔开。
12.如权利要求2所述的等离子体处理器，其特征在于，所述室结构包括基本上处于DC参考电位的延伸结构，第一与第二电极和延伸结构安排成使在第一频率下加到第一电极的大部分功率不耦合到延伸结构，而使在第二频率下加到第一电极的大部分功率耦合到延伸结构。
13.如权利要求12所述的等离子体处理器，其特征在于，所述第一与第二电极和延伸结构安排成使大部分第一频率的功率耦合到第二电极。
14.如权利要求12所述的等离子体处理器，其特征在于，所述延伸结构相对第二电极更接近第一电极。
15.如权利要求12所述的等离子体处理器，其特征在于，所述延伸结构包括超出第一电极外围部分的区域，从第一电极到超出外围部分区域的电气耦合安排成让第二频率在所述区域中比第一频率传得更远。
16.如权利要求12所述的等离子体处理器，其特征在于，所述延伸结构与第一电极用介质隔开。
17.如权利要求1所述的等离子体处理器，其特征在于，所述室结构包括将等离子体基本上约束到所述区域的结构。
18.如权利要求17所述的等离子体处理器，其特征在于，所述区域延伸到超出第一电极外围部分的容积。
19.如权利要求18所述的等离子体处理器，其特征在于，所述超出第一电极外围部分的容积包括：(a)允许位移电流流过而防止大量DC电流流动的材料，和(b)超出该材料的外围部分基本上处于一参考电位的表面。
20.如权利要求19所述的等离子体处理器，其特征在于，所述材料包括一本征半导体。
21.如权利要求19所述的等离子体处理器，其特征在于，所述约束等离子体的结构包括多个通气孔，通气孔安排成使容积内的气体能流到区域外的室部分。
22.如权利要求21所述的等离子体处理器，其特征在于，所述通气孔与通气孔之间的空间由某种材料制作，并排列成使位移电流能从第二电极流到参考电位而防止大量DC电流流动。
23.如权利要求22所述的等离子体处理器，其特征在，还包括用于控制区域内等离子体压力的控制器。
24.如权利要求1所述的等离子体，其特征在于，所述区域延伸到超出第一电极外围部分的容积。
25.如权利要求24所述的等离子体处理器，其特征在于，所述超出第一电极外围部分的容积包括：(a)允许第一与第二频率下的位移电流流过而防止大量DC电流流动的材料，和(b)超出所述材料的外围部分处于参考电位的表面。
26.一种操作带第一电极的等离子体处理器的方法，其特征在于，包括步骤：向第一电极同时提供第一与第二频率的功率，响应于在第一与第二频率下供给电极的功率与第一电极附近等离子体之间的互作用而在第一电极上建立一DC偏压，并通过相对于与一所述频率的功率关联的参数改变与另一所述频率的功率关联的参数，控制DC偏压值。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述与一个所述频率的功率关联的参数是在所述第一频率下供给第一电极的功率量，与第二频率的功率关联的参数是第二频率的功率量。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述第一频率主控等离子体的离子能量，第二频率主控等离子体的离子密度。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述第一与第二频率分别为2MHz与27MHz。
30.如权利要求27的方法，其特征在于，所述处理器包括第二电极，还包括将第一与第二频率的功率基本上约束到包括第一与第二电极之间的容积的区域，并使加到第一电极的大部分第一与第二频率的功率在所述区域内具有完全不同的通路。
31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述第一频率的通路包括第一与第二电极，第二频率的通路不包括第二电极。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述处理器包括基本上处于与第二电极相同的DC电位且相对第二电极更靠近第一电极的延伸部分，第二频率的通路包括第一电极与该延伸部分。
33.如权利要求30所述的方法，其特征在于还包括将等离子体约束到所述区域。
34.如权利要求33所述的方法，其特征在于还包括控制区域内的等离子体压力。
35.一种等离子体处理器，其特征在于包括处理室里的第一电极；对第一电极同时提供第一与第二频率的功率的电路，响应于对电极提供的第一与第二频率的功率与电极附近等离子体之间的互作用而在第一电极上建立的DC偏压，室和第一与第二频率经配置，通过相对于与第二频率的功率关联的参数改变与第一频率的功率关联的参数，造成DC偏压可控的变化。
36.如权利要求35所述的等离子体处理器，其特征在于，所述与第一频率的功率关联的参数是所述一个频率的功率量，与第二频率的功率关联的参数是第一频率的功率量。
37.如权利要求36所述的等离子体处理器，其特征在于，所述第一频率主控等离子体的离子能量，第二频率主控等离子体的离子密度。
38.如权利要求37所述的等离子体处理器，其特征在于，所述第一与第二频率分别为2MHz与27MHz。
39.如权利要求36所述的等离子体处理器，其特征在于，所述室包括第二电极，并配置成将第一与第二频率的功率基本上约束到包括第一与第二电极之间一容积的区域，使加到第一电极的大部分第一与第二频率的功率在所述区域内具有完全不同的通路。
40.如权利要求39所述的等离子体处理器，其特征在于，所述室(a)包括安排成基本上处于与第二电极相同的DC电压的延伸部分，和(b)配置成使第二频率的通路包括该延伸部分。
41.如权利要求39所述的等离子体处理器，其特征在于，所述室包括把等离子体约束到包括所述容积的区域的结构。
42.如权利要求41的等离子体处理器，其特征在于，所述室包括控制区域内等离子体压力的控制器。
43.如权利要求40所述的等离子体处理器，其特征在于，所述延伸部分(a)相对第二电极更接近第一电极，(b)超出第一电极的外围部分。
44.如权利要求43所述的等离子体处理器，其特征在于，所述第一电极和延伸部分相互用某种材料隔开，该材料能使位移电流通过它，同时防止大量DC电流流动。
45.如权利要求44所述的等离子体处理器，其特征在于，所述材料包括本征半导体。
46.如权利要求41所述的等离子体处理器，其特征在于，所述等离子体约束结构包括多个通气孔，所述通气孔安排成使区域内未电离气体流向区域外的室部分。
47.如权利要求46所述的等离子体处理器，其特征在于，所述通气孔和通气孔之间的空间由某种材料构成，并安排成使位移电流从第二电极流向参考电位而防止大量DC电流流动。
48.一种加工工件的等离子体处理器，其特征在于，包括导电壁处于DC参考电位的真空室，所述壁的圆形内周边与室纵轴线同轴，室包括：(a)包含圆形工件支架的第一圆电极，第一电极和工件支架与室纵轴线同轴；(b)与室纵轴线同轴的第二圆电极，第二电极包括气体在室内转换成等离子体的入口；(c)把等离子体约束到一区域的结构，所述区域包括电极之间容积，并使气体从该区域向外流出，所述结构安排成基本上防止等离子体入射所述壁；(d)供气体从所述区域向外流出的出口；所述区域的下边界包括(i)第一电极，(ii)与室纵轴线同轴的环，和(iii)与室纵轴线同轴的环状表面，该环状表面基本上处于DC参考电位；环插在第一电极与环状表面之间，由某种材料构制，使RF位移电流能在其内流动同时防止导电电流在其内大量流动；和向第一电极同时提供多频功率的电路；壁导电连接第二电极和环状表面，在第二电极与环状表面之间有一长度和电感，使壁对第一频率设置较低的阻抗而对第二频率设置较高的阻抗，第二频率远远高于第一频率。
49.如权利要求48所述的处理器，其特征在于，所述环状表面是覆盖导电件的介质。
50.如权利要求49所述的处理器，其特征在于，所述环包括本征半导体。
51.如权利要求50所述的处理器，其特征在于，所述约束等离子体结构包括多个间隔开的其内周表面与室纵轴线同轴的等离子体约束环，第二电极的一表面形成所述区域的上边界，各约束环的内周表面基本上直线对准第二电极形成边界上区域的表面周边，环状表面至少延伸到直线对准等离子体约束环内周表面的圆的圆周。
52.如权利要求51所述的处理器，其特征在于，所述多个间隔的等离子体约束环包括一介质。
53.如权利要求52所述的等离子体处理器，其特征在于，所述第一频率主控等离子体的离子能量，第二频率主控等离子体的离子密度。
54.如权利要求53所述的等离子体处理器，其特征在于，所述第一与第二频率分别为2MHz与27MHz。
55.如权利要求51所述的处理器，其特征在于包括一控制器，用于改变约束环的位置，从而改变区域内的等离子体压力。
56.如权利要求48所述的处理器，其特征在于，所述室的配置和第一与第二频率的设置，可相对于与一个所述频率的功率关联的参数改变与另一所述频率的功率关联的参数，从而响应于在第一与第二频率下供给第一电极的功率与第一电极附近等离子体之间的互作用，造成建立在第一电极上的DC偏压的可控变化。
57.如权利要求56所述的处理器，其特征在于，与所述第一频率的功率关联的参数是所述第一频率的功率量，与所述第二频率的功率关联的参数是第二频率的功率量。
58.如权利要求57所述的处理器，其特征在于，所述第一频率主控等离子体的离子能量，第二频率主控等离子体的离子密度。
59.一种加工工件的等离子体处理器，其特征在于包括有导电壁的真空室，导电壁的环形内周边与室纵轴线同轴，该室包括：(a)含圆形工件支架的第一圆电极；第一电极和工件支架与室纵轴线同轴；(b)与室纵轴线同轴并与壁第一端导电连接的第二圆电极，第二电极包括让气体在室内转换为等离子体的入口；(c)将等离子体约束到包括电极之间容积的区域并使未电离气体从该区域向外流出的结构，该结构安排成基本上防止等离子体入射壁；和(d)供气体从区域向外流出的出口；该区域下边界包括(i)第一电极，(ii)与室纵轴线同轴的环，和(iii)与室纵轴线同轴的环状表面，环状表面与壁第二端导电连接；环插在第一电极与环状表面之间并由某一材料构成，使RF位移电流在其内流动同时防止导电电流在其内大量流动；和向第一电极同时提供多频功率的电路；室的配置和所述第一与第二频率的设置，可相对于与所述第二频率的功率关联的参数改变与所述第一频率的功率关联的参数，响应于在第一与第二频率下供给第一电极的功率与第一电极附近等离子体之间的互作用，造成建立在第一电极上的DC偏压可控的变化。
60.如权利要求59所述的处理器，其特征在于，与所述第一频率的功率关联的参数是所述第一频率的功率量，与所述第二频率的功率关联的参数是第二频率的功率量。
61.如权利要求60所述的处理器，其特征在于，所述第一频率主控等离子体的离子能量，第二频率主控等离子体的离子密度。
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