CN106098524A - 单射频电源感应耦合等离子体刻蚀机 - Google Patents

单射频电源感应耦合等离子体刻蚀机 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种单射频电源感应耦合等离子体刻蚀机，包括：射频电源、匹配器、自偏压生成电路、线圈组件、载片电极和反应腔室，其中，所述线圈组件位于所述反应腔室上方，所述载片电极位于所述反应腔室中且用于支撑晶圆；所述射频电源、所述匹配器及所述线圈组件依次串联，且所述线圈组件的另一端接地；所述自偏压生成电路包括第一电容器、第二电容器、第一扼流圈、第一可调电容器，所述第一电容的一端与所述匹配器的输出端相连接，另一端与所述第一扼流圈、所述第一可调电容器、所述第二电容器的一端相连接，所述第一扼流圈、第一可调电容器的另一端接地，所述第二电容器另一端与所述载片电极相连接。

Description

单射频电源感应耦合等离子体刻蚀机
技术领域
本发明涉及微电子领域，具体涉及一种单射频电源感应耦合等离子体刻蚀机。
背景技术
感应耦合等离子体(ICP)刻蚀机是一种高精度、高效率的干法刻蚀设备。常规的感应耦合等离子体刻蚀机采用两套射频电源，一套射频电源称为激励电源，向位于反应腔室上部的线圈组件供电，用于电离反应气体以产生高密度的等离子体；另一套射频电源称为偏压电源，向位于反应腔室中下部的载片电极供电，用于产生一个小的自偏压，引导反应腔室里的正离子垂直地向被刻蚀的晶圆表面运动，从而获得陡直的刻蚀效果。同时，为了减小离子对晶圆表面轰击带来的晶格损伤，后者的功率往往取得很小(一般只有前者的1/10或更低)，自偏压仅为几伏到几十伏。例如在刻蚀深硅时，激励电源功率为1000～2000W，而偏压电源功率只需10～20W。
射频电源的造价往往较高并且使刻蚀机设备体积增加，基于这种情况，本发明提供一种单射频电源感应耦合等离子体刻蚀机，在降低成本、缩小体积、简化操作的同时，实现上述两套射频电源的功能，并且可以预先设定所需自偏压实现自动控制使得在整个刻蚀过程中保持恒定的自偏压，从而有利于控制刻蚀选择比和提高刻蚀的重复性。
发明内容
本发明公开一种单射频电源感应耦合等离子体刻蚀机，包括：射频电源、匹配器、自偏压生成电路、线圈组件、载片电极和反应腔室，其中，所述线圈组件位于所述反应腔室上方，所述载片电极位于所述反应腔室中且对晶圆进行支撑；所述射频电源、所述匹配器及所述线圈组件依次串联，且所述线圈组件的另一端接地；所述自偏压生成电路包括第一电容器、第二电容器、第一扼流圈和第一可调电容器，所述第一电容的一端与所述匹配器的输出端相连接，另一端与所述第一扼流圈、所述第一可调电容器、所述第二电容器的一端相连接，所述第一扼流圈、第一可调电容器的另一端接地，所述第二电容器另一端与所述载片电极相连接。
优选地，还包括自偏压测量电路，其包括第二扼流圈、第三电容器和电压表，其中，所述第二扼流圈的一端与所述载片电极相连接，另一端与所述第三电容器相连接，所述第三电容器的另一端接地，所述电压表与所述第三电容器并联连接。
优选地，所述第二电容器为可调电容器。
优选地，所述射频电源的频率为13.56MHz，功率为500～2000W。
优选地，所述匹配器功率为1000～2500W。
优选地，所述第一电容器的电容值为10～100pf，耐压值为3000V。
优选地，第二电容器的电容值为0～400pf。
优选地，所述第一可调电容器的电容值为0～400pf。
优选地，第三电容器的电容值为1000pf。
优选地，线圈组件的电感值为0.2～2μH，第一扼流圈和第二扼流圈的电感值为50μH。
根据本发明，能够在降低成本、缩小体积、简化操作的同时，实现常规感应耦合刻蚀机中两套射频电源的功能，并且可以预先设定所需自偏压实现自动控制使得在整个刻蚀过程中保持恒定的自偏压，从而有利于控制刻蚀选择比和提高刻蚀的重复性。
附图说明
图1是单射频电源感应耦合等离子体刻蚀机的实施例一的结构示意图
图2是单射频电源感应耦合等离子体刻蚀机的实施例二的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
实施例一
图1是单射频电源感应耦合等离子体刻蚀机的实施例一的结构示意图。如图所示，该单射频电源感应耦合等离子体刻蚀机，包括：射频电源10、匹配器11、自偏压生成电路12、线圈组件13、载片电极14和反应腔室15。其中，线圈组件13位于所述反应腔室15上方，载片电极14位于反应腔室15中且对晶圆进行支撑。射频电源10、匹配器11及线圈组件13依次串联，且线圈组件13的另一端接地。
自偏压生成电路12包括第一电容器121、第二电容器122、第一扼流圈123、和第一可调电容器124，其中，第一电容器121的一端与匹配器11的输出端相连接，另一端与第一扼流圈123、第一可调电容器124、第二电容器122的一端相连接，第一扼流圈123、第一可调电容器124的另一端接地，第二电容器122另一端与载片电极14相连接。其中，第二电容器122优选为可调电容器。
该单射频电源感应耦合等离子体刻蚀机的工作原理如下：射频电源10的射频成分经由匹配器11输出到线圈组件13和自偏压生成电路12。射频电源10的主要的射频成分加到了线圈组件13上，从而使反应腔室内气体产生高密度的等离子体。射频电源10的一部分射频成分施加到由自偏压生成电路12中第一电容器121和第一可调电容器124串联联连接所形成的分压电路的两端，通过设计第一可调电容器124的电容值，可以使得由分压所得到的射频功率较小，经过串联连接的第二电容器122将该射频功率输送到载片电极14上，从而产生离子轰击所需的自偏压。通过调节第一可调电容器124，或者通过一并调节第一可调电容器124和第二电容器122，能够在载片电极上可获得不同的射频成分和直流自偏压成分。
其中，射频电源10的频率优选为13.56MHz，功率优选为500～2000W。匹配器11功率优选为1000～2500W。线圈组件13的电感值优选为0.2～2μH，更优选为0.3～1μH。第一电容器121的电容值优选为10～100pf的耐高压电容器，更优选为，电容值20pf，耐压3000V。第二电容器122的电容值优选为0～400pf。第一扼流圈123的电感值优选为50μH。第一可调电容器124的电容值优选为0～400pf。
实施例二
图2是单射频电源感应耦合等离子体刻蚀机实施例二的结构示意图。如图所示，该单射频电源感应耦合等离子体刻蚀机，包括：射频电源10、匹配器11、自偏压生成电路12、线圈组件13、载片电极14、反应腔室15和自偏压测量电路16。其中，线圈组件13位于所述反应腔室15上方，载片电极14位于反应腔室15中且用于对晶圆进行支撑。射频电源10、匹配器11及线圈组件13依次串联，且线圈组件13的另一端接地。
自偏压生成电路12包括第一电容器121、第二电容器122、第一扼流圈123、和第一可调电容器124，其中，第一电容器121的一端与匹配器11的输出端相连接，另一端与第一扼流圈123、第一可调电容器124、第二电容器122的一端相连接，第一扼流圈123、第一可调电容器124的另一端接地，第二电容器122另一端与载片电极14相连接。其中，第二电容器122优选为可调电容器。
自偏压测量电路16包括第二扼流圈161、第三电容器162和电压表163，其中，第二扼流圈161的一端与载片电极14相连接，另一端与第三电容器162连接，第三电容器162的另一端接地，电压表163与第三电容器162并联连接。也就是说，自偏压测量电路16的一端与第二电容器122和接载片电极14，另一端接地。
该单射频电源感应耦合等离子体刻蚀机的工作原理如下：射频电源10的射频成分经过匹配器11输出到线圈组件13和自偏压生成电路12。射频电源10的主要的射频成分加到了线圈组件13上，从而使反应腔室内气体产生高密度的等离子体。射频电源10的一部分射频成分施加到由自偏压生成电路12中第一电容器121和第一可调电容器124串联联连接所形成的分压电路的两端，通过设计第一可调电容器124的电容值，可以使得由分压所得到的射频功率较小，经过串联连接的第二电容器122将该射频功率输送到载片电极14上，从而产生离子轰击所需的自偏压。通过调节第一可调电容器124，或者通过一并调节第一可调电容器124和第二电容器122，能够在载片电极上可获得不同的射频功率和直流自偏压。第二扼流圈161和第三电容162组成滤波回路，由此使射频成分通过第三电容162短路而接地，从而能够使用电压表163测量载片电极14上的自偏压。根据该自偏压生成电路12，可以通过设定所需要的偏压，控制刻蚀选择比，从而使得在多次刻蚀过程中等离子刻蚀能够有很好的重复性。
其中，射频电源10的频率优选为13.56MHz，功率优选为500～2000W。匹配器11优选为功率1000～2500W的自动匹配器。线圈组件13的电感值优选为0.2～2μH，更优选地为0.3～1μH。第一电容器121的电容值优选为10～100pf的耐高压电容器，更优选为，电容值20pf，耐压3000V。第二电容器122的电容值优选为0～400pf。第一扼流圈123的电感值优选为50μH。第一可调电容器124的电容值优选为0～400pf。第二扼流圈161的电感值优选为50μH。第三电容器的电容值162优选为1000pf。
根据本发明能够在降低成本、缩小体积、简化操作的同时，实现常规感应耦合刻蚀机中两套射频电源的功能，并且可以预先设定所需自偏压实现自动控制使得在整个刻蚀过程中保持恒定的自偏压。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单射频电源感应耦合等离子体刻蚀机，其特征在于，
包括：
射频电源、匹配器、自偏压生成电路、线圈组件、载片电极和反应腔室，
其中，所述线圈组件位于所述反应腔室上方，所述载片电极位于所述反应腔室中且对晶圆进行支撑；
所述射频电源、所述匹配器及所述线圈组件依次串联，且所述线圈组件的另一端接地；
所述自偏压生成电路包括第一电容器、第二电容器、第一扼流圈和第一可调电容器，所述第一电容的一端与所述匹配器的输出端相连接，另一端与所述第一扼流圈、所述第一可调电容器、所述第二电容器的一端相连接，所述第一扼流圈、第一可调电容器的另一端接地，所述第二电容器另一端与所述载片电极相连接。
2.根据权利要求1所述的单射频电源感应耦合等离子体刻蚀机，其特征在于，
还包括自偏压测量电路，其包括第二扼流圈、第三电容器和电压表，
其中，所述第二扼流圈的一端与所述载片电极相连接，另一端与所述第三电容器相连接，所述第三电容器的另一端接地，所述电压表与所述第三电容器并联连接。
3.根据权利要求1或2所述的单射频电源感应耦合等离子体刻蚀机，其特征在于，
所述第二电容器为可调电容器。
4.根据权利要求1或2所述的单射频电源感应耦合等离子体刻蚀机，其特征在于，
所述射频电源的频率为13.56MHz，功率为500～2000W。
5.根据权利要求1或2所述的单射频电源感应耦合等离子体刻蚀机，其特征在于，
所述匹配器功率为1000～2500W。
6.根据权利要求1或2所述的单射频电源感应耦合等离子体刻蚀机，其特征在于，
所述第一电容器的电容值为10～100pf，耐压值为3000V。
7.根据权利要求3所述的单射频电源感应耦合等离子体刻蚀机，其特征在于，
第二电容器的电容值为0～400pf。
8.根据权利要求1或2所述的单射频电源感应耦合等离子体刻蚀机，其特征在于，
所述第一可调电容器的电容值为0～400pf。
9.根据权利要求1或2所述的单射频电源感应耦合等离子体刻蚀机，其特征在于，
第三电容器的电容值为1000pf。
10.根据权利要求1或2所述的单射频电源感应耦合等离子体刻蚀机，其特征在于，
线圈组件的电感值为0.2～2μH，第一扼流圈和第二扼流圈的电感值为50μH。
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