CN108206143A - 一种等离子处理器、刻蚀均匀性调节系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刻蚀均匀性调节系统，包含若干反馈调节装置以及一连接反馈调节装置的计算控制单元；每个反馈调节装置分别包含：电流监视器，安装在等离子体反应腔的限制环与接地环之间，并连接所述的计算控制单元；主动升降机，安装在等离子体反应腔的限制环与接地环之间并位于上述电流监视器的对应位置；计算控制单元通过若干电流监视器获取限制环与接地环之间各区域的电流分布大小控制主动升降机调节限制环与接地环之间的间隙。其优点是：通过主动升降机和电流监视器的共同作用，实现对等离子体分均匀性的实时主动反馈控制。

Description

一种等离子处理器、刻蚀均匀性调节系统及方法

技术领域

本发明涉及等离子体刻蚀技术领域，具体涉及一种等离子处理器、刻蚀均匀性调节系统及方法。

背景技术

现有刻蚀装置中由于元件几何结构不对称（如反应腔内晶圆传输门、反应腔中下腔体真空泵抽气口等）、元件温度不均匀（如静电吸盘、聚焦环表面温度分布不均匀等）、以及元件电学性能不均匀性均会造成刻蚀工艺的不对称性（业内通常也称其为刻蚀不均匀）。

刻蚀工艺不对称性会对刻蚀产品性能和良率产生很大影响，急需得到解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种等离子处理器、刻蚀均匀性调节系统及方法，其通过主动升降机和电流监视器的共同作用，实现对等离子体分均匀性和刻蚀过程对称性的实时主动反馈控制（PID控制）。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种刻蚀均匀性调节系统，连接一等离子处理器，该等离子处理器包含一等离体子反应腔，该等离子体反应腔内具有通过一用于放置晶圆的基座，基座与反应腔侧壁之间具有限制环与接地环，其中限制环上具有多个气体通道用于将等离子体限制在限制环上方，接地环由导体制成并且电接地，其特征是，该刻蚀均匀性调节系统包含若干反馈调节装置以及一连接上述反馈调节装置的计算控制单元；

其中，每个所述的反馈调节装置分别包含：

电流监视器，安装在等离子体反应腔的限制环与接地环之间，并连接所述的计算控制单元，用于对流过其所在区域的限制环与接地环之间的电流进行监视；

主动升降机，安装在等离子体反应腔的限制环与接地环之间并位于上述电流监视器的对应位置，用于对上述电流监视器所在区域的限制环与接地环之间的间隙进行调整；

其中，计算控制单元根据获取得到的若干电流监视器获取限制环与接地环之间各区域的电流分布大小控制主动升降机调节限制环与接地环之间的间隙。

上述的刻蚀均匀性调节系统，其中：

所述限制环与接地环之间设有3个及以上的反馈调节装置。

上述的刻蚀均匀性调节系统，其中：

所述若干反馈调节装置均匀分布于限制环与接地环之间的各个区域。

上述的刻蚀均匀性调节系统，其中：

所述限制环包含限制环本体以及设置在限制环本体外圈的支撑部，所述反馈调节装置安装在该支撑部与接地环之间。

上述的刻蚀均匀性调节系统，其中：

每个反馈调节装置中的电流监视器位于对应主动升降机的中心。

上述的刻蚀均匀性调节系统，其中：

接地环与限制环之间间隔距离的范围为：大于等于0.2毫米。

一种刻蚀均匀性调节方法，采用一刻蚀均匀性调节系统完成，该刻蚀均匀性调节系统连接一等离子处理器，该等离子处理器包含一等离体子反应腔，该等离子体反应腔内具有通过电容耦合方式实现射频电功率的传输的限制环与接地环，其特征是，该调节方法包含：

在限制环与接地环之间设置若干反馈调节装置，并将该若干反馈调节装置连接一计算控制单元，每个所述反馈调节装置分别包含一安装在限制环与接地环之间的电流监视器以及主动升降机；

若干电流监视器对流过其所在区域的限制环与接地环之间的电流进行实时监视，并将监视结果反馈给计算控制单元；

计算控制单元通过接收到的电流分布值对若干主动升降机分别发出主动连续调节指令；

若干主动升降机根据主动调节指令调节其所在区域的限制环与接地环之间的间隙和分布电容，从而完成对流过该区域的限制环与接地环之间的电流的调节。

一种等离子处理器，其特征是：包含上述任意一种刻蚀均匀性调节系统。

本发明与现有技术相比具有以下优点：其通过主动升降机和电流监视器的共同作用，实现对等离子体分均匀性和刻蚀过程对称性的实时主动反馈控制（PID控制），且这种反馈控制对布不同腔体和不同刻蚀工艺过程具有普遍适用性。

附图说明

图1为本发明的刻蚀均匀性调节系统的连接关系示意图；

图2为本发明的刻蚀均匀性调节系统中反馈调节装置的安装结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

本发明公开了一种刻蚀均匀性调节系统，其连接一等离子处理器以改善等离子处理器因不同因素导致的的刻蚀不均匀问题；所述的等离子处理器通常包含一等离体子反应腔，在等离子体反应腔的底部设有用于放置晶圆的基座，在基座侧壁外设有限制环1（FEISring），限制环1的内圈与基座连接，限制环1外圈连接至等离子体反应腔的内侧壁，填充基座与等离子体反应腔内侧壁之间的空间，避免等离子体随排出气体从等离子体反应腔中泄露到限制环1下方的排气空间。限制环1由绝缘材料如氧化铝陶瓷等制成，限制环上开设有大量贯穿限制环上下表面的气流通道，这些通道的开口大小及深度经过设计可以保证基座上方形成的等离子体气体在流经限制环1时其中的离子全部熄灭，成为中性气体向下流动。基座内包括一个电极连接到至少一个射频电源，射频电源施加射频功率到基座内的电极，并通过电容性耦合（capacitive coupled）到反应腔内与基座相对的上电极以及反应腔侧壁以及限制环1等周围部件。其中距离基座上待处理晶圆最近的限制环的阻抗分布会影响基座周围的射频电场分布，进而影响等离子体的分布和刻蚀效果的均一性。为了避免基座中的射频电场传播到限制环1下方，将已经恢复到中性的反应气体再次点燃，形成二次等离子体并污染反应腔下方的内壁和排气管道，同时限制环上1积累的大量电荷也需要导向接地端的导通渠道，所以在限制环1下设有接地环2（MGR ring），接地环2由导体制成并且电接地这样就能将射频能量屏蔽在接地环上方，避免二次等离子体产生，同时导走限制环1上的积累电荷。由于限制环1是由绝缘材料制成的，接地环2与限制环1之间的接触面为绝缘接触面。限制环1处于悬浮电位，接地环2处于零电位，接地环2与限制环1之间通过电容耦合（无直流导通）的方式实现射频电功率的传输，因此接地环2与限制环1之间的传输阻抗主要由其绝缘接触面间的电容决定。在现有技术中接地环2与限制环1之间间隔距离为零（或极接近于零）的面接触状态，当两环间隙没有得到调节时，限制环1的对地电容高达>5nf，而将接地环2与限制环1之间间隔距离增加至0.2mm甚至更高，限制环1的对地电容降至<2nf。可以看出，接地环2与限制环1之间间隔距离大小的轻微扰动（<0.2mm）都会对接触电容影响极大，而当间隔距离大于0.2mm后，已不会对的接触电容造成显著影响。可见，主动调节两环间隙对环间电容影响非常大，研究表明，环间电容又是影响刻蚀工艺对称性的一个关键因素。

如图1、2所示，本发明公开的刻蚀均匀性调节系统包含若干反馈调节装置以及一连接上述反馈调节装置的计算控制单元3，所述的计算控制单元可以由一可是装置计算机系统构成；其中，每个所述的反馈调节装置分别包含：电流监视器41（Current Sensor），安装在等离子体反应腔的限制环1与接地环2之间，并连接所述的计算控制单元3，用于对流过其所在区域的限制环1与接地环2之间的电流进行监视；主动升降机42（Spacer Lift），安装在等离子体反应腔的限制环1与接地环2之间并位于上述电流监视器41的对应位置，用于对上述电流监视器所在区域的限制环1与接地环2之间的间隙进行调整；其中，计算控制单元3通过若干电流监视器41根据获取得到的限制环1与接地环2之间各区域的电流分布大小控制主动升降机42调节限制环1与接地环2之间的间隙。

较佳的，所述若干反馈调节装置均匀分布于限制环1与接地环2之间的各个区域，并且可以预见的是，当在所述限制环1与接地环2之间设有3个及以上的反馈调节装置时，刻蚀工艺对称性调节将会变得更加精细和均匀。

本发明的一实施例中，所述限制环1包含限制环本体11以及设置在限制环本体11外圈的支撑部12，所述反馈调节装置安装在该支撑部12与接地环2之间，支撑部12的厚度大于限制环本体11，在限制环1设置于接地环2上时，支撑部12与接地环2接触，并将限制环1架起，使限制环本体11不与接地环2接触，限制环1通过支撑部12与接地环2相接触，满足接地环2与限制环1之间的接触面为绝缘接触面。

本发明的另一实施例中，每个反馈调节装置中的电流监视器41位于对应主动升降机42的中心，确保电流监视与间隙调节的准确关联。并且反馈调节装置的安装方式可以是多样，的本实施例中，反馈调节装置时通过设置在限制环1以及接地环2的安装槽中实现安装固定的。

本发明还公开了一种刻蚀均匀性调节方法，采用上述刻蚀均匀性调节系统完成，该调节方法包含：

S1、在限制环1与接地环2之间设置若干反馈调节装置，并将该若干反馈调节装置连接一计算控制单元3，每个所述反馈调节装置分别包含一安装在限制环1与接地环2之间的电流监视器41以及主动升降机42；

S2、若干电流监视器41对流过其所在区域的限制环1与接地环2之间的电流进行实时监视，并将监视结果反馈给计算控制单元3；

S3、计算控制单元3通过接收到的电流分布值对若干主动升降机42分别发出主动连续调节指令；具体的，根据若干电流监视器41的监测结果得到限制环1各个区域电流分布情况，电流大小意味着对地电容和电容比变化率的大小，并判断各个区域的两环间距分别需要增大还是减小还是不变，并主动向相应的各个主动升降机42发送连续调节指令；

S4、若干主动升降机42根据主动调节指令调节其所在区域的限制环1与接地环2之间的间隙和分布电容，从而完成对流过该区域的限制环1与接地环2之间的电流的调节。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种刻蚀均匀性调节系统，连接一等离子处理器，该等离子处理器包含一等离体子反应腔，该等离子体反应腔内具有通过一用于放置晶圆的基座，基座与反应腔侧壁之间具有限制环（1）与接地环（2），其中限制环（1）上具有多个气体通道用于将等离子体限制在限制环上方，接地环由导体制成并且电接地，其特征在于，该刻蚀均匀性调节系统包含若干反馈调节装置以及一连接上述反馈调节装置的计算控制单元（3）；

其中，每个所述的反馈调节装置分别包含：

电流监视器（41），安装在等离子体反应腔的限制环（1）与接地环（2）之间，并连接所述的计算控制单元（3），用于对流过其所在区域的限制环（1）与接地环（2）之间的电流进行监视；

主动升降机（42），安装在等离子体反应腔的限制环（1）与接地环（2）之间并位于上述电流监视器（41）的对应位置，用于对上述电流监视器所在区域的限制环（1）与接地环（2）之间的间隙进行调整；

其中，计算控制单元（3）通过若干电流监视器（41）根据获取得到的限制环（1）与接地环（2）之间各区域的电流分布大小控制主动升降机（42）调节限制环（1）与接地环（2）之间的间隙。

2.如权利要求1所述的刻蚀均匀性调节系统，其特征在于：

所述限制环（1）与接地环（2）之间设有3个及以上的反馈调节装置。

3.如权利要求1所述的刻蚀均匀性调节系统，其特征在于：

所述若干反馈调节装置均匀分布于限制环（1）与接地环（2）之间的各个区域。

4.如权利要求1或3所述的刻蚀均匀性调节系统，其特征在于：

所述限制环（1）包含限制环本体（11）以及设置在限制环本体（11）外圈的支撑部（12），所述反馈调节装置安装在该支撑部（12）与接地环（2）之间。

5.如权利要求1所述的刻蚀均匀性调节系统，其特征在于，其中：

每个反馈调节装置中的电流监视器（41）位于对应主动升降机（42）的中心。

6.如权利要求1所述的刻蚀均匀性调节系统，其特征在于：

接地环（1）与限制环（2）之间间隔距离的范围为：大于等于0.2毫米。

7.一种刻蚀均匀性调节方法，采用一刻蚀均匀性调节系统完成，该刻蚀均匀性调节系统连接一等离子处理器，该等离子处理器包含一等离体子反应腔，该等离子体反应腔内具有通过电容耦合方式实现射频电功率的传输的限制环（1）与接地环（2），其特征在于，该调节方法包含：

在限制环（1）与接地环（2）之间设置若干反馈调节装置，并将该若干反馈调节装置连接一计算控制单元（3），每个所述反馈调节装置分别包含一安装在限制环（1）与接地环（2）之间的电流监视器（41）以及主动升降机（42）；

若干电流监视器（41）对流过其所在区域的限制环（1）与接地环（2）之间的电流进行实时监视，并将监视结果反馈给计算控制单元（3）；

计算控制单元（3）通过接收到的电流分布值对若干主动升降机（42）分别发出主动连续调节指令；

若干主动升降机（42）根据主动调节指令调节其所在区域的限制环（1）与接地环（2）之间的间隙和分布电容，从而完成对流过该区域的限制环（1）与接地环（2）之间的电流的调节。

8.一种等离子处理器，其特征在于：包含如权利要求1~5中任意一项所述的刻蚀均匀性调节系统。