CN114695042A - 射频调节装置、等离子体处理设备及射频电场调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种射频调节装置，等离子体处理设备及射频电场调节方法，包括位于等离子体处理设备的反应腔和内衬之间的挡板，和控制挡板移动的驱动组件，通过改变挡板的位置来调节等离子体处理设备内部射频回路的电容，进而调整射频电场的均匀性，有效弥补因在反应腔侧壁开设传片口或者反应腔内部组件的不对称产生的射频电场不均匀，使形成的等离子体更加均一稳定，为基片表面的加工良率提供保证。

Description

射频调节装置、等离子体处理设备及射频电场调节方法

技术领域

本发明涉及等离子体刻蚀技术领域，尤其涉及一种射频调解装置、应用该装置的等离子体处理设备以及射频电场的调节方法。

背景技术

对半导体基片或衬底的微加工是一种众所周知的技术，可以用来制造例如，半导体、平板显示器、发光二极管(LED)、太阳能电池等。微加工制造的一个重要步骤为等离子体处理工艺步骤，该工艺步骤在一反应腔内部进行，工艺气体被输入至该反应腔内。射频源被电感和/或电容耦合至反应腔内部形成射频电场来激励工艺气体，以产生和保持等离子体，通过等离子体对基片进行刻蚀。

等离子体的密度会影响刻蚀的效率，而射频电场的分布会影响等离子体的密度。一般来说，影响反应腔内部射频电场的一个因素是反应腔内部的形貌，为了尽量达到均匀的射频电场，反应腔及内部的组件通常设计成对称结构，也即常见的圆柱或圆环型状。

但是，在现有技术中，反应腔及内部的部件并不是都可以设计成围绕中心的对称结构，根据不同情况，有些不对称的组件就会影响射频电场的均匀分布，进而导致刻蚀速率不同，降低了半导体处理的良品率。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种射频调节装置，位于等离子体处理设备反应腔的内壁和内衬之间，用于调节射频电场的分布，包括:

位于所述反应腔的内壁和内衬之间且不与二者接触的挡板；

位于反应腔内的驱动组件，所述驱动组件与所述挡板固定连接，用于挡板沿所述反应腔的内壁移动。

可选的，所述挡板为环形，其在圆环的圆周方向上被分为至少两个弧形板，所述驱动组件可以控制所述弧形板分别运动。

可选的，至少有两个所述弧形板的高度不相同。

可选的，所述挡板材质为半导体。

可选的，所述挡板材质为金属。

可选的，所述挡板材质为铝，且表面镀有镍。

可选的，所述驱动组件还可以控制所述挡板沿圆周方向运动和/或沿反应腔的内壁上下运动。

可选的，所述驱动组件可以记录所述挡板的位置数据。

进一步的，本发明还提供了一种等离子体处理设备，包括反应腔和位于所述反应腔内的内衬，还包括上述任意一种射频调节装置。

可选的，所述反应腔上具有传片口，所述挡板可以通过移动至少部分遮挡传片口。

进一步的，本发明还提供了一种射频电场调节方法，包括如下步骤：

初始化上述任意一种射频调节装置中挡板的位置；

向等离子体处理设备中通入反应气体；

施加射频电场激发等离子体对反应腔内的基片进行刻蚀；

根据刻蚀后的基片表面均匀性调整所述挡板。

可选的，当调整所述挡板位置时，所述驱动组件可以记录所述挡板的位置数据，用于在外部操作系统中形成可视化图像。

可选的，还包括如下步骤：

对于刻蚀后基片表面刻蚀深度较浅的位置，升高距离该处最近的挡板；

对于刻蚀后基片表面刻蚀深度较深的位置，降低距离该处最近的挡板。

本发明的优点在于：本发明提供了一种射频调节装置，可以调节等离子体处理设备内部射频回路的电容来调整射频电场的均匀性，有效弥补因在反应腔侧壁开设传片口或者反应腔内部组件的不对称产生的射频电场不均匀，使形成的等离子体更加均一稳定，为基片表面的加工良率提供保证。

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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出一种等离子体处理设备的结构示意图；

图2示出一种等离子体处理设备局部俯视图；

图3示出一种实施例的射频调节装置的挡板结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

图1示出一种等离子体处理设备的结构示意图，包括一由金属材料围成的可抽真空的反应腔110。反应腔110用于对基片进行处理。反应腔110内部包括一个静电夹盘140，用于对基片进行支撑的同时实现对基片温度及电场等影响基片处理因素的控制。静电夹盘140内设温度控制装置，用于实现对上方基片的温度控制，静电夹盘140内部还设置直流电极，通过该直流电极在基片背面和静电夹盘140承载面之间产生直流吸附以实现对基片的固定。环绕静电夹盘140设置等离子体限制环170，位于静电夹盘140与反应腔110的侧壁之间，用于将等离子体限制在反应区域的同时允许气体通过；在等离子体限制环的下方设置有接地环，作用是提供电场屏蔽，避免等离子体泄露。在反应腔110内部的顶端设置有气体喷头160用于通入反应气体，一射频电源，通常施加射频信号至静电夹盘140或气体喷头160，射频信号在反应腔110内形成射频电场用于激发等离子体，在一些实施例中，还设置有偏置射频电源耦合到静电夹盘140来控制等离子体的轰击方向。本发明公开的射频调节装置可以用于如图1所示的等离子体处理设备。

如图1所示，当等离子体进行刻蚀过程时，会对反应腔110的侧壁产生一定的腐蚀，少量的腐蚀会使侧壁产生可脱落的颗粒污染物，破坏基片表面的刻蚀均一性，对集成电路的性能产生影响，严重的腐蚀则会缩短反应腔的使用寿命。为了避免这种情况的发生，在生成的等离子体和反应腔110的侧壁之间设置一内衬120，同样使用金属材质，在一些实施例中，可以选择和反应腔侧壁相同的材质铝，上面可以蒸镀耐腐蚀的涂层。内衬120搭接在反应腔侧壁上边沿，除上沿接触外，其他区域二者通常保持一定间隔的缝隙，由此根据趋肤原理在射频信号流经反应腔110的侧壁时也会沿着内衬120的表面经过，将内衬120纳入到射频回路中，如果等离子体对内衬120长时间的轰击造成其破损，相对于反应腔侧壁，内衬120更容易替换。但是，虽然为了维持反应腔内部射频电场在空间的均匀分布，而将不同部件尽量设计制造成对称结构，如圆环状的内衬120，还是会存在内部器件破坏对称性的情况。如为了将基片传入传出，而在反应腔110和/或内衬120上设置有传片口111，与其他位置相比，传片口111会使沿表面传播的射频信号在此处产生空缺，进而影响其附近的等离子体的形貌，造成对基片刻蚀速率的偏差。

在本发明的一个实施例中，在反应腔110和内衬120之间设置有一不与二者接触的挡板130，挡板130的材质可以是金属材质也可以是半导体材质，在一些实施例中，挡板的材质是铝，表面镀有镍，根据公式计算射频电路的电容：

C＝εS/d；

将内衬120和反应腔的侧壁看成一平板电容器，其中，两者相对面积为S，两者距离为d，而挡板130的介电系数视为ε。

挡板130可通过驱动组件131沿着侧壁运动，在一些实施例中，挡板130可通过上下运动，与反应腔侧壁上的传片口111至少部分覆盖。因为传片口111的存在使此处S值变小，而通过挡板130覆盖此处，可以通过提高ε来补偿整体减小的的电容值，以此达到调节射频电场的作用。

如图3所示，在一些实施例中，挡板130可以是中间缺口的凹形板，缺口对应传片口111，适用于挡板130较高，即使下降到最低点还是挡住传片口111的情形，当需要传片时，挡板130下降，不阻挡传片通道，当需要调节时，挡板130上升，凹形板可以更大的提高插入反应腔110的侧壁和内衬120之间的有效面积，起到更大的调节效果，相对应的，可以挡板130的凹形对面处设置相应形状补偿，以达到射频电场整体的对称。在另一些实施例中，驱动组件131可以控制挡板130沿圆周方向转动，挡板130为与反应腔110的侧壁弧度相同的弯曲板，当需要传片时，挡板130被转动离开传片口111位置，不阻挡传片通道，当需要调节时，挡板130转动回传片口111位置，调整与其的重合面积，来调节此处的射频电场与反应腔内其他位置平衡。

如图2所示，为本发明的另一实施例，挡板130为一环形板，其沿着圆周方向被分为四部分，可以通过驱动组件131分别控制上下运动，并且可以通过驱动组件131控制整体挡板130沿着圆周转动。在其他实施例中，挡板可以根据实际情况被分成其他数量的子弧形板，例如两块或者五块，每个弧形板大小也不必要相同，可以在圆周方向上大小不同，也可以在上下高度上大小不同。这样在调节射频电场时，可以有更灵活的控制方法，如除了根据反应腔110侧壁上的传片口111来更改挡板130的位置以外，还可以根据反应腔110内部其他不对称部件来更改挡板130的位置，起到综合调节的目的。

在另一些实施例中，驱动组件131可以记录挡板130的位置数据，例如从初始开始，此后每一次移动的位置改变量，包括挡板130的旋转或升高降低，都会通过通信模块传入反应腔外部的人机交互装置，在装置的显示屏上形成可视化图形界面，实时的显示当前反应腔110内部挡板130的变化情况，这样更有利于结合反应腔内部的物理形貌来初步分析下一次挡板130的移动方案。

可选的，本发明还提供了一种等离子体处理设备，可以是电感耦合等离子体处理设备或电容耦合等离子体处理设备，也可以不限于上述两种等离子体处理设备，该处理设备包括金属反应腔110，金属内衬120，和位于反应腔的侧壁和内衬120之间的上述任意一种射频调节装置。通过驱动组件131控制挡板130的移动来调整射频回路中的电容，来达到调整射频电场的目的，均匀对称的射频电场可以使等离子体的刻蚀更均一。

可选的，本发明还提供了一种射频电场的调节方法，包括如下步骤：

初始化上述任意一种射频调节装置中挡板130的位置，可以根据对实际情况的分析，将挡板130移动到某一位置，如首先移动到传片口111附近并部分的与传片口111遮挡，通入反应气体后施加射频电场激发成等离子体，对样品基片的表面进行刻蚀，通过分析刻蚀结束后基片表面的形貌来间接分析反应腔内射频电场的分布，根据分析结果，再次调整挡板后重复反应过程，直到刻蚀结果满足要求，记录下此时的挡板位置，作为后续反应时的常用配置。在一些实施例中，具体分析过程包括，对于刻蚀后基片表面刻蚀深度较浅的位置，升高在反应腔中距离该处最近的挡板，以增加此处的电容，提高该处的反应速率，对于刻蚀后基片表面刻蚀深度较深的位置，降低距离该处最近的挡板，以减少此处的电容，降低该处的反应速率。在一些实施例中，通过可视化图像操作界面来操作挡板的移动，每次分析时，除了参考样品基片的刻蚀情况，还可以根据驱动组件返回的挡板位置数据，分析挡板与反应腔内其他组件的位置关系，结合起来决定下一次对挡板位置的调整，如此，可以降低找到最适合位置的次数，提高调整效率。

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 (13)

1.一种射频调节装置，位于等离子体处理设备反应腔的内壁和内衬之间，用于调节射频电场的分布，其特征在于，包括:

位于所述反应腔的内壁和内衬之间且不与二者接触的挡板；

位于反应腔内的驱动组件，所述驱动组件与所述挡板固定连接，用于挡板沿所述反应腔的内壁移动。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述挡板为环形，其在圆环的圆周方向上被分为至少两个弧形板，所述驱动组件可以控制所述弧形板分别运动。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，至少有两个所述弧形板的高度不相同。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述挡板材质为半导体。

5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述挡板材质为金属。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述挡板材质为铝，且表面镀有镍。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动组件还可以控制所述挡板沿圆周方向运动和/或沿反应腔的内壁上下运动。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述驱动组件可以记录所述挡板的位置数据。

9.一种等离子体处理设备，包括反应腔和位于所述反应腔内的内衬，其特征在于，还包括如权利要求1-8所述的任意一种射频调节装置。

10.如要求9所述的设备，其特征在于，所述反应腔上具有传片口，所述挡板可以通过移动至少部分遮挡传片口。

11.一种射频电场调节方法，其特征在于包括如下步骤：

初始化如权利要求1-8所述的任意一种射频调节装置中挡板的位置；

向等离子体处理设备中通入反应气体；

施加射频电场激发等离子体对反应腔内的基片进行刻蚀；

根据刻蚀后的基片表面均匀性调整所述挡板。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，当调整所述挡板位置时，所述驱动组件可以记录所述挡板的位置数据，用于在外部操作系统中形成可视化图像。

13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

对于刻蚀后基片表面刻蚀深度较浅的位置，升高距离该处最近的挡板；

对于刻蚀后基片表面刻蚀深度较深的位置，降低距离该处最近的挡板。

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