[發明專利]可調節等離子體濃度分布的等離子處理裝置及其處理方法

有效

• 申請號: 201110259602.5
• 申請日: 2011-09-05
• 公開（公告）號: CN102983051A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 倪圖強
• 申請（專利權）人: 中微半導體設備（上海）有限公司
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32;H01J37/24;H01L21/67
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 張靜潔;徐雯瓊

技術領域

本發明涉及一種半導體領域的晶圓制備技術，具體涉及一種用于均勻加工控制的等離子處理裝置及其多重甚高頻射頻頻率的混頻處理方法。

背景技術

目前，半導體產業領域中，晶圓（wafer）的生產流程中包含晶圓刻蝕工藝。

如圖1所示，圖中說明了一種晶圓刻蝕加工工藝設備的結構，該設備中包含一個等離子處理裝置，該等離子處理裝置包含有等離子反應腔，等離子反應腔為一個密封內腔，保證晶圓刻蝕環境的密封性，防止晶圓刻蝕工藝過程中過多受外界環境影響，而降低晶圓刻蝕工藝質量。同時防止刻蝕采用的等離子體散逸到外界環境，造成工藝材料浪費，并降低刻蝕工藝的質量。等離子反應腔內還包含有基座2和聚焦環3，用于放置晶圓1等待處理工件。等離子反應腔內還設有一對電極：上電極和下電極4，上電極設置在等離子反應腔的上部，下電極4設置在基座2中。

晶圓1進行刻蝕工藝時，將晶圓1放置在基座2上，晶圓1的側邊外環繞套設聚焦環3（focus?ring），在對晶圓1進行刻蝕時，在晶圓1和聚焦環3上方分布用于刻蝕晶圓1的含氟的反應氣體。基座2中設有下電極4，該下電極4電路連接有混頻器（mixer）5，該混頻器5分別電路連接有高頻射頻和低頻射頻，高頻射頻和低頻射頻在混頻器5中混頻并傳輸至下電極4。同樣，上電極也連接射頻。下電極4和上電極在等離子處理裝置內的基座2周圍產生高頻射頻和低頻射頻，高頻射頻將反應氣體內的粒子轉化為等離子體，同時低頻射頻對等離子體作電場力作用，調整等離子體的運動方向，將等離子體打在晶圓1表面上，輔助對晶圓1進行的刻蝕。其中，聚焦環3的內側壁與晶圓1的外側壁緊密貼合，該聚焦環3的外徑等于或大于基座2上表面的半徑，晶圓1和聚焦環3將基座2上表面完全遮蔽，防止等離子體打在基座2的上表面上對基座2表面進行刻蝕，保護基座2免受刻蝕損耗。

根據駐波效應，射頻源有效影響晶圓1表面等離子體的密度分布。由于等離子體的密度分布和晶圓1的刻蝕速率成正比，等離子體的密度越高刻蝕速率越高，等離子體的密度越低刻蝕速率越低。

同時，晶圓1表面的等離子體的密度分布還受刻蝕工藝環境下溫度和氣流的影響。在溫度和氣流的影響下，晶圓1中央部分的密度減小，晶圓1的邊緣部分的密度增大，導致晶圓1表面中央部分刻蝕速率下降，邊緣部分刻蝕速率上升，使得晶圓1表面刻蝕速率不均勻，對晶圓1的刻蝕工藝造成影響。

如圖2所示，等離子處理裝置中，下電極4與混頻器5的輸出端電路連接，混頻器5的輸入端電路連接有一個帶通濾波器6和一個低通濾波器7，帶通濾波器6的輸入端連接有一個甚高頻信號發生器8，該甚高頻生成甚高頻射頻VHF輸入帶通濾波器6，低通濾波器7的輸入端連接有一個低頻信號發生器9，該低頻信號發生器9生成低頻射頻LF輸入低通濾波器7。該甚高頻射頻VHF是用來控制等離子體分布的，只需要有一個就可以工作。低頻射頻LF主要用于控制等離子體入射的能量，LF必須存在否則沒法進行方向性刻蝕。

現有技術中，其工作原理如下：將一個甚高頻射頻VHF和低頻射頻信號LF輸入混頻器5。通過混頻器5將甚高頻射頻VHF和低頻射頻信號LF混合并傳輸至下電極4，通過下電極4發射射頻，將等離子體打在晶圓1表面上，輔助對晶圓1進行的刻蝕。

甚高頻射頻VHF可采用兩種甚高頻射頻RF1和RF2，其中，RF2的頻率取值范圍大于40MH_Z小于100MH_Z，而RF1的頻率范圍也是大于40MH_Z小于100MH_Z，且RF1頻率取值小于RF2。低頻射頻LF為低頻，其頻率為2MH_Z。

射頻混合的組合有兩種：RF和RF1，或者RF和RF2。根據晶圓1刻蝕工藝的需要，在該兩種射頻頻率中選取需要的射頻頻率，并采用相應組合的混頻。

如圖3所示，為RF和RF1，或者RF和RF2兩種混頻的射頻下，晶圓1表面上刻蝕速率的分布圖。RF和RF1的混頻中，RF取2MH_Z，RF1取40MH_Z，如圖所示，刻蝕速率的分布圖為中部突起的曲線，說明為晶圓1中部凸起程度低的分布。RF和RF2的混頻中，RF取2MH_Z，RF2取100MH_Z，刻蝕速率的分布圖為中部突起的曲線，說明晶圓1中部凸起程度高的分布。上述兩種混頻的方法，其射頻輸出固定，不能按生產需要調節輸出。