[發明專利]一種等離子處理裝置

有效

• 申請號: 201611246787.5
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN108257840B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 梁潔;涂樂義;葉如彬
• 申請（專利權）人: 中微半導體設備（上海）股份有限公司
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 潘朱慧

本發明提供一種等離子處理裝置，等離子處理裝置包括一個反應腔和反應腔內的上下電極，一個射頻電源通過一根射頻電纜連接并輸出基波射頻功率到所述下電極，使得上下電極之間產生電容耦合電場，并產生等離子體，所述下電極上方設置有一個靜電夾盤，所述靜電夾盤用于固定待處理基片，利用所述等離子體對基片進行處理。所述反應腔底壁下方包括一電接地的屏蔽板，所述屏蔽板圍繞所述射頻電纜，一介電材料環設置于射頻電纜與屏蔽板之間。

技術領域

本發明涉及半導體加工技術領域，具體涉及一種等離子處理裝置，在等離子反應腔下方具有一個介質環以減少諧波射頻功率的干擾。

背景技術

等離子處理裝置被廣泛應用于半導體晶圓加工處理流程中，如圖1所示為典型的等離子處理裝置結構圖。等離子處理裝置包括可以抽真空的反應腔 30，反應腔包括頂蓋和側壁30a以及底壁30b，還包括從底壁向下延伸的屏蔽板30c，整個反應腔都由金屬制成且接地，實現對射頻電磁場的屏蔽。反應腔內底部包括基座用于支撐待處理的晶圓，基座內包括下電極10。下電極10上方還包括一個靜電夾盤，通過靜電夾盤固定待處理晶圓。與基座相對的反應腔上方包括上電極20，上電極20中還集成了反應氣體進氣裝置，用于均勻輸入反應氣體到下方的晶圓。至少一個射頻電源通過匹配器和一根射頻電纜連接到下電極10。通常為了點燃并維持等離子濃度需要射頻電源52 輸入高頻(大于13MHz)射頻功率到下電極10，為了控制入射到基片上表面的離子能量還需要通過射頻電源54輸入低頻射頻(小于等于2Mhz)功率到下電極10。所以射頻電纜上同時有高頻和低頻兩種射頻功率通過，最終流入下電極10。對于如圖1所示的電容耦合型等離子處理裝置(CCP)來說，上電極20和下電極10之間存在等效的一個電容C1，同時射頻電纜本身具有寄生電感L0，射頻電纜與屏蔽板30c之間也存在電容耦合，所以也存在等效電容C2。這些電容和電感的參數共同決定了從匹配器輸出端到反應腔各個電極和反應腔各個側壁的電場分布以及整個反應腔的頻率特性。

現有技術中射頻電源52輸出的射頻頻率一般是30MHz或者60Mhz，下面以60MHz為例來說明現有技術存在的問題。當60MHz高功率射頻功率被送入反應腔內下電極時，由于上下電極之間的阻抗是等離子體，等離子的阻抗是會隨著氣壓、等離子濃度和分布變化等因素瞬間突變的，屬于非線性阻抗，所以加載到上下電極之間的60MHz射頻功率會產生大量的諧波，其中二次諧波也就是120MHz的諧波成分最大，其功率占反應腔內射頻總功率的 10-30％，對反應腔內等離子處理效果的干擾也最大?，F有技術無法有效去除這些諧波的干擾，所以也很難獲得均勻的等離子處理效果。

所以業內需要開發一種新的裝置既能夠實現基波頻率(2MHz、60MHz) 的順利流向上下電極之間的等離子處理空間，同時要將產生的二次諧波分離并流入接地端。

發明內容

本發明公開一種等離子處理裝置，所述等離子處理裝置包括反應腔，反應腔是由側壁和底壁圍繞構成的氣密腔體，反應腔內包括一個上電極和一個下電極，一個射頻電源通過一根射頻電纜連接并輸出基波射頻功率到所述下電極，使得上下電極之間產生電容耦合電場并產生等離子體，所述下電極上方設置有一個靜電夾盤，所述靜電夾盤用于固定待處理基片，利用所述等離子體對基片進行處理，其特征在于，所述反應腔底壁下方包括一電接地的屏蔽板，所述屏蔽板圍繞所述射頻電纜，一介電材料環設置于射頻電纜與屏蔽板之間。通過設置介電環來改變射頻電纜到屏蔽板之間的電容值，使得射頻電源輸出的基波射頻功率流入反應腔，同時反應腔內產生的諧波射頻功率穿過所述介電材料環進入接地的屏蔽板。

其中所述介電材料環可上下移動，以調節射頻電纜到屏蔽板之間的電容值。屏蔽板包括一下端面，所述介電材料環的上端高于所述屏蔽板的下端面。所述介電材料環可以包括一個空腔，空腔內填充有液面高度可調的介電液，通過調節液位高度來調節射頻電纜到屏蔽板之間的電容值。

所述介電材料環的介電材料的相對介電常數大于1.1，最佳的介電材料的介電常數大于1.5，越大的介電常數可以更大幅度的改變電容值，調節幅度越大。所述介電材料環可以選擇由特氟龍或者陶瓷材料制成。