CN113936988B - 一种边缘等离子体分布调节装置 - Google Patents

一种边缘等离子体分布调节装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113936988B
CN113936988B CN202111186541.4A CN202111186541A CN113936988B CN 113936988 B CN113936988 B CN 113936988B CN 202111186541 A CN202111186541 A CN 202111186541A CN 113936988 B CN113936988 B CN 113936988B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
power supply
chuck
wafer
edge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111186541.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113936988A (zh
Inventor
张权治
马方方
赵凯
孙景毓
刘永新
王友年
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian University of Technology
Original Assignee
Dalian University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian University of Technology filed Critical Dalian University of Technology
Priority to CN202111186541.4A priority Critical patent/CN113936988B/zh
Publication of CN113936988A publication Critical patent/CN113936988A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113936988B publication Critical patent/CN113936988B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32532—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32532—Electrodes
    • H01J37/32568—Relative arrangement or disposition of electrodes; moving means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

本发明涉及一种边缘等离子体分布调节装置，包括：射频源、卡盘、晶圆电极、接地电极、第三电极和调节电源；所述射频源加载在所述晶圆电极上；所述射频源用于在所述接地电极和所述晶圆电极之间产生射频交变电场以产生等离子体；所述接地电极接地；所述晶圆电极的边缘设置所述卡盘；所述第三电极设置在所述卡盘上；所述调节电源与所述第三电极连接；所述调节电源用于调制所述卡盘处的电位以改变所述晶圆电极边缘处的电势和电场分布。本发明通过调节等离子体的密度分布提高晶圆工艺的均匀性。

Description

一种边缘等离子体分布调节装置
技术领域
本发明涉及射频等离子体领域，特别是涉及一种边缘等离子体分布调节装置。
背景技术
低温射频等离子体处理晶圆的过程中，在电极边缘处往往存在等离子体密度不均匀，离子入射角度偏转等关键问题。低气压射频等离子体应用包含等离子体刻蚀材料等。随着芯片特征尺寸持续减小，导致刻蚀纵深比在不断增加，这需要产生更加高能定向的离子，为减小其与背景气体碰撞几率，要求等离子体刻蚀工艺的气压很低(<10mTorr)，但由于腔室结构复杂，并且电极边缘处电势的剧烈变化，会影响等离子体的均匀性和离子入射角度。由于等离子体密度决定离子通量进而决定晶圆各处的工艺速率，而离子入射角度决定工艺的表面过程。故而需要一种方法提高晶圆工艺的均匀性，这对于等离子体工艺至关重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种边缘等离子体分布调节装置，通过调节等离子体的密度分布提高晶圆工艺的均匀性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种边缘等离子体分布调节装置，包括：射频源、卡盘、晶圆电极、接地电极、第三电极和调节电源；
所述射频源加载在所述晶圆电极上；所述射频源用于在所述接地电极和所述晶圆电极之间产生射频交变电场以产生等离子体；所述接地电极接地；所述晶圆电极的边缘设置所述卡盘；所述第三电极设置在所述卡盘上；所述调节电源与所述第三电极连接；所述调节电源用于调制所述卡盘处的电位以改变所述晶圆电极边缘处的电势和电场分布。
可选的，所述卡盘为导电介质，所述调节电源为直流电源。
可选的，所述卡盘为绝缘介质，所述调节电源为裁剪波电源；所述裁剪波电源的电压波形为裁剪波形。
可选的，所述裁剪波电源包括第一电源和第二电源，所述第一电源和所述第二电源均与所述第三电极连接。
可选的，所述裁剪波形的表达式为Vac＝V1sin(2πft+θ)+V2sin(2n*2πft)，其中，Vac为裁剪波形，V1为第一电源幅值，V2为第二电源幅值，f为频率，t为时间，θ为相位角，n为频率倍数。
可选的，还包括匹配网络，所述匹配网络分别与所述射频源和所述晶圆电极相连，所述匹配网络用于将所述射频源加载在所述晶圆电极上。
可选的，还包括外部腔室，所述卡盘、所述晶圆电极、所述接地电极和所述第三电极设置在所述外部腔室内；所述射频源和所述调节电源设置在所述外部腔室外。
可选的，所述外部腔室接地。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的一种边缘等离子体分布调节装置，包括：射频源、卡盘、晶圆电极、接地电极、第三电极和调节电源；所述射频源加载在所述晶圆电极上；所述射频源用于所述接地电极和所述晶圆电极之间产生射频交变电场以产生等离子体；所述接地电极接地；所述晶圆电极的边缘设置所述卡盘；所述第三电极设置在所述卡盘上；所述调节电源与所述第三电极连接；所述调节电源用于调制所述卡盘处的电位以改变所述晶圆电极边缘处的电势和电场分布。在卡盘上设置第三电极，通过调整卡盘处的电位，从而改变晶圆电极边缘处的电势分布，使得等离子体放电变得规律，且入射离子方向更加准直，进而提高晶圆工艺的均匀性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的卡盘为导电介质时边缘等离子体分布调节装置结构示意图；
图2为本发明提供的卡盘为绝缘介质时边缘等离子体分布调节装置结构示意图；
图3为射频容性耦合装置示意图；
图4为电极边缘处离子能量角度分布示意图；
图5为等离子体密度图。
符号说明：
1-晶圆电极，2-接地电极，3-第三电极，4-外部腔室，5-匹配网络，Vrf-射频源，Vdc-直流电源，V1-第一电源，V2-第二电源。
具体实施方式
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，显然，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种边缘等离子体分布调节装置，以通过调节等离子体的密度分布提高晶圆工艺的均匀性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1和图2所示，本发明提供的一种边缘等离子体分布调节装置，包括：射频源Vrf、卡盘、晶圆电极1、接地电极2、第三电极3和调节电源。
所述射频源Vrf加载在所述晶圆电极1上；所述射频源Vrf用于在所述接地电极2和所述晶圆电极1之间产生射频交变电场以产生等离子体；所述接地电极2接地；所述晶圆电极1的边缘设置所述卡盘；所述第三电极3设置在所述卡盘上；所述调节电源与所述第三电极3连接；所述调节电源用于调制所述卡盘处的电位以改变所述晶圆电极1边缘处的电势和电场分布。
在实际应用中，如图1所示，所述卡盘为导电介质，所述调节电源为直流电源Vdc。
在实际应用中，如图2所示，所述卡盘为绝缘介质，所述调节电源为裁剪波电源；所述裁剪波电源的电压波形为裁剪波形。其中，所述裁剪波电源包括第一电源V1和第二电源V2，所述第一电源V1和所述第二电源V2均与所述第三电极3连接。所述裁剪波形的表达式为Vac＝V1sin(2πft+θ)+V2sin(2n*2πft)，其中，Vac为裁剪波形，V1为第一电源幅值，V2为第二电源幅值，f为频率，t为时间，θ为相位角，n为频率倍数。
在实际应用中，边缘等离子体分布调节装置还包括匹配网络5，所述匹配网络5分别与所述射频源和所述晶圆电极1相连，所述匹配网络5用于将所述射频源加载在所述晶圆电极1上。
在实际应用中，边缘等离子体分布调节装置还包括外部腔室4，所述卡盘、所述晶圆电极1、所述接地电极2和所述第三电极3设置在所述外部腔室4内；所述射频源和所述调节电源设置在所述外部腔室4外。所述外部腔室4接地。
目前相关技术是将裁剪波形施加到晶圆电极1，而且针对问题是调节离子轰击能量的大小。本发明是施加裁剪波形到第三电极3(介质卡盘下方)，目的仅是调制晶圆边缘处的电势分布，进而改善边缘处的等离子体均匀性和离子轰击角度。利用本发明提供的装置的具体操作步骤如下：
步骤1：构建如图3所示的射频放电装置，其中，图3(a)第三电极为导电卡盘(接直流电源)，图3(b)第三电极为绝缘卡盘(接裁剪波电源)。
步骤2：在晶圆电极的外侧施加第三电极(晶圆卡盘下方)。
步骤3：调节第三电极电位。如果卡盘导电，则在第三电极处连接直流电源，并调节正/负电压和幅值；如果卡盘为不导电的介质，则在第三电极处连接裁剪波电源(如Vac＝V1sin(2πft+θ)+V2sin(2n*2πft)，通过调节相位角θ，V1和V2，改变电源波形正负幅值，进而在介质上方诱导产生电荷累积的充电效应，进而在介质卡盘上方产生可变的自偏电压。第三电极的电位发生变化，可以调节内侧晶圆电极边缘附近的电势和电场分布，进而调节晶圆边缘处的等离子体密度分布、离子通量的均匀性和提高边缘处离子入射角度的定向性。由于等离子体密度决定离子通量进而决定晶圆各处的工艺速率，而离子入射角度决定工艺的表面过程。故而这一技术可以提高晶圆工艺的均匀性和良率。
在无第三电极时，晶圆电极边缘处会存在电势突变，且卡盘易引起类似尖端放电效果，进而在晶圆电极边缘处引起密度不均匀(图5(a))和离子入射角度的偏转(图4(a))。当在介质卡盘下方添加第三电极，通过改变卡盘电位，进而实现灵活调节晶圆电极边缘处的电势，改善电势突变或者尖端放电带来的弊端，实现边缘处均匀放电和定向的离子入射角度(图5(b)和图4(b))。第三电极的作用是改善晶圆电极边缘和第三电极之间附件区域的电势分布，从而改善晶圆电极边缘处的等离子体特征。
步骤4：图4可以看出在不加裁剪波电源之前(图4(a))，离子能量角度分布函数(IADF)峰值角度约在7°，施加裁剪波电源之后(图4(b))，离子的IADF峰值角度约为2°，通过改变裁剪波的电压和角度可以对自偏电压起到调节作用，从而调控边缘的离子角度分布，得到准直性更好的离子能量角度分布。图5为等离子体密度分布图，可以看出通过调节裁剪波电源的相位角和幅值，可以让电子密度分布更均匀。
本发明的工作原理：射频源在两个电极内部产生射频交变的电场，击穿工作气体形成稳定的辉光放电，产生等离子体。在等离子体与任何暴露于等离子体的表面的物体之间，都会形成一个等离子体鞘层，离子在鞘层的作用下向晶圆方向加速，产生高准直，高能量的离子，由于在靠近晶圆边缘，卡盘存在尖端放电，产生横向场，导致电子密度分布不均匀、离子能量方向偏转，通过在卡盘处设置第三电极，根据卡盘导电性的不同，采用不同方法调制卡盘处的电位，进而改善晶圆边缘处的电势和电场分布，使等离子体放电变得均匀，而且入射离子方向的更加准直，如图4和图5所示。
本发明侧重在卡盘下方设置第三电极，通过调整卡盘附近电位，进而改善晶圆边缘电极处的电势分布，改善晶圆边缘的等离子体工艺效果，不需要改变腔室结构，根据卡盘是否导电的性质，可分别应用直流电源和裁剪波形Vac＝V1sin(2πft+θ)+V2sin(2n*2πft)。因此裁剪波形仅适用于其中一种情况，即卡盘为不导电的情况；根据卡盘导电性的不同，可分别采用直流电源或者裁剪波诱导自偏压，调节手段灵活，简单有效。本发明可调相位角，幅值和两个电源之间的频率倍数(2n倍)，调节参数更多。可以调节得到更均匀的等离子体分布和更准直的离子能量角度分布。
产生上述优点的原因在于，改变卡盘电位时，会在卡盘和晶圆边缘处产生一个额外的可调电场，在该场的作用下，可以得到更均匀的等离子体和更准直的离子能量角度分布。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种边缘等离子体分布调节装置，其特征在于，包括：射频源、卡盘、晶圆电极、接地电极、第三电极和调节电源；
所述射频源加载在所述晶圆电极上；所述射频源用于所述接地电极和所述晶圆电极之间产生射频交变电场以产生等离子体；所述接地电极接地；所述晶圆电极的边缘设置所述卡盘；所述第三电极设置在所述卡盘上；所述调节电源与所述第三电极连接；所述调节电源用于调制所述卡盘处的电位以改变所述晶圆电极边缘处的电势和电场分布；所述卡盘为导电介质，所述调节电源为直流电源；所述卡盘为绝缘介质，所述调节电源为裁剪波电源；所述裁剪波电源的电压波形为裁剪波形；所述裁剪波形的表达式为Vac＝V1sin(2πft+θ)+V2sin(2n*2πft)，其中，Vac为裁剪波形，V1为第一电源幅值，V2为第二电源幅值，f为频率，t为时间，θ为相位角，n为频率倍数。
2.根据权利要求1所述的边缘等离子体分布调节装置，其特征在于，所述裁剪波电源包括第一电源和第二电源，所述第一电源和所述第二电源均与所述第三电极连接。
3.根据权利要求1所述的边缘等离子体分布调节装置，其特征在于，还包括匹配网络，所述匹配网络分别与所述射频源和所述晶圆电极相连，所述匹配网络用于将所述射频源加载在所述晶圆电极上。
4.根据权利要求1所述的边缘等离子体分布调节装置，其特征在于，还包括外部腔室，所述卡盘、所述晶圆电极、所述接地电极和所述第三电极设置在所述外部腔室内；所述射频源和所述调节电源设置在所述外部腔室外。
5.根据权利要求4所述的边缘等离子体分布调节装置，其特征在于，所述外部腔室接地。
CN202111186541.4A 2021-10-12 2021-10-12 一种边缘等离子体分布调节装置 Active CN113936988B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111186541.4A CN113936988B (zh) 2021-10-12 2021-10-12 一种边缘等离子体分布调节装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111186541.4A CN113936988B (zh) 2021-10-12 2021-10-12 一种边缘等离子体分布调节装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113936988A CN113936988A (zh) 2022-01-14
CN113936988B true CN113936988B (zh) 2022-12-09

Family

ID=79278259

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111186541.4A Active CN113936988B (zh) 2021-10-12 2021-10-12 一种边缘等离子体分布调节装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113936988B (zh)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103227091B (zh) * 2013-04-19 2016-01-27 中微半导体设备(上海)有限公司 等离子体处理装置
CN108074787A (zh) * 2016-11-10 2018-05-25 北京北方华创微电子装备有限公司 下电极结构及半导体加工设备
CN110416049B (zh) * 2018-04-28 2022-02-11 中微半导体设备(上海)股份有限公司 可调节边缘射频等离子体分布的ccp刻蚀装置及其方法
CN111383887A (zh) * 2018-12-27 2020-07-07 江苏鲁汶仪器有限公司 一种改善等离子体刻蚀均匀性的装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113936988A (zh) 2022-01-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10991554B2 (en) Plasma processing system with synchronized signal modulation
US8002945B2 (en) Method of plasma load impedance tuning for engineered transients by synchronized modulation of an unmatched low power RF generator
CN102257886B (zh) 在等离子体处理系统中控制离子能量分布
US8337661B2 (en) Plasma reactor with plasma load impedance tuning for engineered transients by synchronized modulation of an unmatched low power RF generator
US8357264B2 (en) Plasma reactor with plasma load impedance tuning for engineered transients by synchronized modulation of a source power or bias power RF generator
US8324525B2 (en) Method of plasma load impedance tuning for engineered transients by synchronized modulation of a source power or bias power RF generator
KR20030051692A (ko) 플라즈마 처리챔버에서 단일 주파수 ｒｆ전력을 이용한웨이퍼 처리시스템, 장치 및, 방법
US10224181B2 (en) Radio frequency extraction system for charge neutralized ion beam
US9431218B2 (en) Scalable and uniformity controllable diffusion plasma source
US9355821B2 (en) Large-area plasma generating apparatus
SG174501A1 (en) Modulated multi-frequency processing method
Sharma et al. Ion energy distribution function in very high frequency capacitive discharges excited by saw-tooth waveform
CN113936988B (zh) 一种边缘等离子体分布调节装置
WO2014159523A1 (en) System and method for plasma control using boundary electrode
US11758641B2 (en) Power supply system for improving plasma uniformity and method thereof
CN113035677B (zh) 等离子体处理设备以及等离子体处理方法
CN108682611B (zh) 一种提高工艺等离子体均匀性的电极
KR101091556B1 (ko) 대면적 플라즈마 소스장치
US20200135431A1 (en) Tailored Electron Energy Distribution Function by New Plasma Source: Hybrid Electron Beam and RF Plasma
US20230170194A1 (en) Ion energy control on electrodes in a plasma reactor
EP2816586A1 (en) Large-area plasma generating apparatus
CN116631836A (zh) 一种射频直流独立驱动的双腔室等离子体源
Huo et al. Alpha to Gamma Mode Transitions in Pulse-Modulated Radio Frequency Atmospheric Pressure Glow Discharges
RU2277763C2 (ru) Способ и устройство получения стационарного комбинированного разряда низкотемпературной плазмы пониженного давления
KR19980048870A (ko) 플라즈마 발생장치

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant