[發明專利]一種具有多區可調磁環的等離子處理裝置及其處理方法

有效

• 申請號: 201611248063.4
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN108257841B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 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

本發明提供一種具有多區可調磁環的等離子處理裝置，等離子處理裝置包括一個反應腔和反應腔內的上下電極，其中一個射頻電源連接到上或下電極，反應腔內部還包括一個由多個弧形導磁部件組合構成的圓環形導磁回路，所述圓環形導磁回路環繞所述上下電極之間產生等離子體的區域，且所述上下電極間產生的電容耦合電場穿過所述環形導磁回路；所述每個弧形導磁部件包括兩個終端，相鄰兩個弧形導磁部件的終端之間包括一間隙，多個弧形導磁部件上繞制有調整線圈，所述每個調整線圈連接到一個輔助射頻電源。

技術領域

本發明涉及半導體加工技術領域，具體涉及一種具有多區磁環的等離子處理裝置，用以實現對處理裝置內等離子分布的調節。

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，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30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。但是對于如圖1所示的電容耦合型等離子處理裝置(CCP)來說，由于硬件的原因一直存在等離子濃度中心到邊緣的不均勻性，典型的是晶圓中心位置的等離子濃度高于晶圓邊緣區域的等離子濃度濃度。

隨著半導體技術的發展，對晶圓(wafer)制程中的均勻度(uniformity)和臨界尺寸(critical dimension，CD)要求越來越嚴格，為了改善中心到邊緣的等離子濃度不均衡，提出在上下電極外圍設置一個導磁材料環30，導磁材料環30可以有鐵氧體、坡莫合金或者硅鋼等其它導磁材料制成。如圖1所示，一個輸出大功率的射頻源12連接到下電極10，在上下電極之間形成生電容耦合電場，射頻電源也可以耦合到上電極20，兩者均能在上下電極間產生電容耦合電場。由于該電容耦合電場是高頻交變的，所以會在圍繞電場方向形成交變的感應磁場，由于導磁材料環30的存在，絕大部分感應磁場都被集中到了具有較低磁阻的導磁材料環30中，使得導磁材料環30中感應磁場的強度遠高于在周圍真空中的磁場強度。高強度的感應磁場進一步感應產生感應電場，感應電場與上下電極間原有存在的電容耦合電場方向相反，而且感應電場強度分布情況也是對應晶圓中心區域高于晶圓邊緣區域，所以電容耦合電場和感應電場兩者疊加，互相抵消后最終產生的電場的均一性明顯好于未設導磁材料環30的現有技術。

然而上述結果仍然無法解決晶圓在部分方位上發生的等離子不均勻問題，比如晶圓在一個傘形區域內的等離子濃度與其它區域不同，此時通過一個完整的導磁材料環無法補充這些區域之間的等離子濃度差。

所以業內需要開發一種新的裝置既能夠實現對晶圓中心到邊緣區域之間濃度不均衡的補償，也能實現晶元上不同區域之間等離子濃度的微調，最終獲得更均勻的處理效果。

發明內容

本發明公開一種具有多區可調磁環的等離子處理裝置，所述具有多區可調磁環的等離子處理裝置包括反應腔，反應腔內包括一個上電極和一個下電極，一個射頻電源連接并輸出射頻功率到所述上下電極之間，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，所述反應腔內部還包括一個由多個弧形導磁部件組合構成的圓環形導磁回路，所述導磁回路環繞所述上下電極之間產生等離子體的區域，且所述電容耦合電場穿過所述導磁回路圍繞形成的空間；所述每個弧形導磁部件包括兩個終端，相鄰兩個弧形導磁部件的終端之間包括一間隙，多個弧形導磁部件上繞制有調整線圈，所述每個調整線圈連接到至少一個輔助射頻電源。

其中多個弧形導磁部由鐵氧體材料或坡莫合金制成。相鄰兩個弧形導磁部件的終端之間的間隙大于1cm小于12cm，所述弧形導磁部件數大于3小于12。

多個弧形導磁部件位于一個圍繞上下電極之間等離子處理區的一個移動環中，所述移動環能夠上下移動，所述移動環內側壁涂覆有耐等離子腐蝕層。