TW202114478A

TW202114478A - 電漿處理裝置

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Publication number: TW202114478A
Application number: TW109128058A
Authority: TW
Inventors: 吳磊; 梁潔; 王偉娜
Original assignee: 大陸商中微半導體設備（上海）股份有限公司
Priority date: 2019-09-18
Filing date: 2020-08-18
Publication date: 2021-04-01
Also published as: CN112530776A; CN112530776B; TWI747448B

Abstract

本發明公開了一種電漿處理裝置，包括反應腔，反應腔包括頂壁、側壁與底壁；位於反應腔內、且設置於頂壁處的上電極；位於反應腔內、且與上電極相對設置的下電極；位於反應腔內、且環繞下電極設置的接地環；環繞下電極設置、且連接於接地環與側壁之間的導電支架，導電支架包括接觸接地環的內接環、接觸側壁的外接環及連接於外接環和內接環之間的多個阻抗可調器件。在接地環和側壁之間連接有包括有多個阻抗可調器件的導電支架，不同阻抗可調器件能夠調節接地環不同區域的阻抗，達到調節射頻回路的阻抗的目的；藉由對不同阻抗可調器件的阻抗優化調節，實現射頻分佈對稱性的調節，使得電漿處理裝置達到蝕刻均勻性高的目的。

Description

電漿處理裝置

本發明涉及電漿蝕刻技術領域，更為具體而言，涉及一種電漿處理裝置。

在半導體器件的製造過程中，為了在半導體晶片的結構層上形成預先設定的圖案，大多採用電漿處理裝置來進行製作；具體的，以抗蝕劑作為遮罩設置於結構層上，而後將其放入電漿處理裝置中，利用電漿處理裝置產生的電漿對未被掩膜覆蓋的區域進行蝕刻，最終製作完成具有預設圖案的結構層。習知的電漿處理裝置，由於存在有元件結構（如基片傳輸通道）不對稱等因素，進而能夠導致蝕刻不均勻的情況出現，最終對產品性能和良率產生很大影響。

有鑑於此，本發明提供了一種電漿處理裝置，有效解決習知技術存在的問題，使得電漿處理裝置達到蝕刻均勻性高的目的。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案如下：

一種電漿處理裝置，包括：

反應腔，所述反應腔包括頂壁、側壁與底壁；

位於所述反應腔內、且設置於所述頂壁處的上電極；

位於所述反應腔內、且與所述上電極相對設置的下電極；

位於所述反應腔內、且環繞所述下電極設置的接地環；

以及，環繞所述下電極設置、且連接於所述接地環與所述側壁之間的導電支架，其中，所述導電支架包括接觸所述接地環的內接環、接觸所述側壁的外接環及連接於所述外接環和內接環之間的多個阻抗可調器件。

可選的，所述阻抗可調器件為非電控制的阻抗可調器件。

可選的，所述阻抗可調器件為可變電容器件、可變電阻器件或可變電感器件。

可選的，所述阻抗可調器件為氣動可變電容器件。

可選的，所述氣動可變電容器件包括：

連接所述內接環的第一極板和連接所述外接環的第二極板；

以及，與所述第一極板或第二極板連接的空氣壓縮管路，所述空氣壓縮管路藉由空氣壓力控制連接的極板運動，而改變所述第一極板和所述第二極板之間間距。

可選的，所述多個阻抗可調器件之間等間距環繞所述下電極設置。

可選的，任意相鄰兩個所述阻抗可調器件之間間距不同。

可選的，在所述多個阻抗可調器件中：

部分所述阻抗可調器件中相鄰兩個所述阻抗可調器件之間間距相同，及另外部分所述阻抗可調器件中相鄰兩個所述阻抗可調器件之間間距不同。

可選的，位於所述下電極與所述接地環之間還設置有邊緣絕緣環。

可選的，所述電漿處理裝置還包括設置於所述接地環與所述側壁之間的約束環，且所述導電支架位於所述約束環朝向所述底壁一側；其中，所述約束環用於將其區域處的電漿中帶電離子電中和。

相較於習知技術，本發明提供的技術方案至少具有以下優點：

本發明提供了一種電漿處理裝置，包括：反應腔，所述反應腔包括頂壁、側壁與底壁；位於所述反應腔內、且設置於所述頂壁處的上電極；位於所述反應腔內、且與所述上電極相對設置的下電極；位於所述反應腔內、且環繞所述下電極設置的接地環；以及，環繞所述下電極設置、且連接於所述接地環與所述側壁之間的導電支架，其中，所述導電支架包括接觸所述接地環的內接環、接觸所述側壁的外接環及連接於所述外接環和內接環之間的多個阻抗可調器件。由上述內容可知，本發明提供的技術方案，在環繞下電極的接地環和側壁之間連接有導電支架，導電支架包括有多個阻抗可調器件，其中，不同阻抗可調器件能夠調節接地環不同區域的阻抗，而達到調節射頻回路的阻抗的目的；進而，藉由對不同阻抗可調器件的阻抗優化調節，實現射頻分佈對稱性的調節，最終使得電漿處理裝置達到蝕刻均勻性高的目的。

下面將結合本發明實施例中的圖式，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，所屬技術領域具有通常知識在沒有做出進步性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬本發明保護的範圍。

正如背景技術所述，在半導體器件的製造過程中，為了在半導體晶片的結構層上形成預先設定的圖案，大多採用電漿處理裝置來進行製作；具體的，以抗蝕劑作為遮罩設置於結構層上，而後將其放入電漿處理裝置中，利用電漿處理裝置產生的電漿對未被掩膜覆蓋的區域進行蝕刻，最終製作完成具有預設圖案的結構層。習知的電漿處理裝置，由於存在有元件結構（如基片傳輸通道）不對稱等因素，進而能夠導致蝕刻不均勻的情況出現，最終對產品性能和良率產生很大影響。

基於此，本申請實施例提供了一種電漿處理裝置，有效解決習知技術存在的問題，使得電漿處理裝置達到蝕刻均勻性高的目的。為實現上述目的，本申請實施例提供的技術方案如下，具體結合圖1至圖3對本申請實施例提供的技術方案進行詳細的描述。

結合圖1和圖2所示，圖1為本申請實施例提供的一種電漿處理裝置的結構示意圖，圖2為本申請實施例提供的一種導電支架的結構示意圖，其中，電漿處理裝置包括：

反應腔100，所述反應腔包括頂壁101、側壁102與底壁103；

位於所述反應腔100內、且設置於所述頂壁101處的上電極200；

位於所述反應腔100內、且與所述上電極200相對設置的下電極300；

位於所述反應腔100內、且環繞所述下電極300設置的接地環400；

以及，環繞所述下電極300設置、且連接於所述接地環400與所述側壁102之間的導電支架500，其中，所述導電支架500包括接觸所述接地環400的內接環500a、接觸所述側壁102的外接環500b及連接於所述外接環500a和內接環500b之間的多個阻抗可調器件500c。

可選的，本申請實施例提供的所述電漿處理裝置還包括設置於所述接地環與所述側壁之間的約束環，且所述導電支架位於所述約束環朝向所述底壁一側；其中，所述約束環用於將其區域處的電漿中帶電離子電中和。具體結合圖1所示，本申請實施例提供的電漿處理裝置還包括設置於接地環400與側壁102之間的約束環600，及導電支架500位於約束環600朝向底壁103一側。其中，本申請實施例提供的電漿處理裝置的射頻電流流動路徑中，高頻功率源為下電極300提供射頻功率，而後射頻電流RF自下電極300傳導至上電極200，而後由上電極200再次傳導至頂壁101，且沿頂壁101傳導至側壁102、導電支架500及接地環400後至接地端Gnd。

在本申請一實施例中，可以藉由對約束環600的氣流通道尺寸和深寬比的優化設計，使得其上方電漿中的帶電離子在約束環中被電中和，只有中性氣體成分穿過約束環到達下方導電支架500。導電支架中的阻抗可調器件500c為氣動調節時，該阻抗可調器件中可以包括一個氣缸，氣缸藉由至少一個供氣軟管連接到外部氣源。由於上方約束環的存在，軟管處不會被電漿腐蝕，所以可以保證整個阻抗可調器件長期穩定工作。

進一步，如圖1所示，為例避免下電極和300與接地環400之間出現放電現象，本申請實施例提供的電漿處理裝置中，位於所述下電極300與所述接地環400之間還設置有邊緣絕緣環700。

可以理解的，在環繞下電極的接地環和側壁之間連接有導電支架，導電支架包括有多個阻抗可調器件，其中，不同阻抗可調器件能夠調節接地環不同區域的阻抗，而達到調節射頻回路的阻抗的目的；進而，藉由對不同阻抗可調器件的阻抗優化調節，實現射頻分佈對稱性的調節，最終使得電漿處理裝置達到蝕刻均勻性高的目的。

需要說明的是，本申請實施例提供的電漿處理裝置在工作過程中，對其各個阻抗可調器件的阻抗優化調節時，需要根據其工作過程中實際情況進行阻抗大小的優化調節，具體可藉由軟件系統對各個阻抗可調器件分別進行優化調節，本申請對各個阻抗可調器件的阻抗大小調節趨勢不做具體限制。

本申請實施例提供的電漿處理裝置，包括由頂壁、側壁和底壁圍合而成的反應腔，反應腔內設置各種元件結構，且用於放置待處理基片。本申請提供的反應腔可以為圓柱形或其他形狀，對此本申請不做具體限制。反應腔可被抽真空。反應腔除進氣口、排氣口以及基片進出通道外，反應腔的其它部分在處理過程中保持密閉、與外界隔離。進氣口與外部的氣源相連，用於在處理過程中持續向反應腔供應處理氣體。排氣口與外部的泵相連，用於將處理過程中產生的廢氣排出反應腔，也用於對反應腔內的氣壓進行控制。

本申請實施例提供的電漿處理裝置的反應腔內包括相對設置的上電極和下電極，上電極設置為氣體噴淋頭的一部分，可用於將氣體引導至反應腔內；下電極處設置有靜電吸盤，且下電極連接有高頻功率源，高頻功率源為下電極提供射頻功率。其中，上電極與下電極之間的區域為處理區域，該處理區域將形成高頻能量以點燃和維持電漿。待處理基片固定設置於該處理區域的下方的靜電吸盤上。在高頻功率源、上電極和下電極工作過程中，上電極和下電極之間處理區域內限制有大部分電場，此電場對少量存在於反應腔內的電子進行加速，使之與氣體噴淋頭輸入的反應氣體的氣體分子碰撞；這些碰撞導致反應氣體的離子化和電漿的激發，從而在反應腔內產生電漿；反應氣體的中性氣體分子在經受這些強電場時失去了電子，留下帶正電的離子；帶正電的離子向著下電極方向加速，與待處理基片中的中性物質結合，對待處理基片進行蝕刻或澱積等製程處理。

進一步的，為了避免阻抗可調器件對反應腔內電場造成影響，本申請實施例提供的所述阻抗可調器件為非電控制的阻抗可調器件，進而避免電信號對反應腔內電場造成影響，保證調節難度降低。

以及，本申請實施例所述的阻抗調節，可以為對電阻的調節，可以是對電容的調節，還可以時對電感的調節，對此本申請不作具體限制。其中，本申請提供的所述阻抗可調器件為可變電容器件、可變電阻器件或可變電感器件。

需要說明的是，本申請實施例提供的所有阻抗可調器件，其全部可以為同一類型的阻抗可調器件；或者，所有阻抗可調器件中包括可變電容器件、可變電阻器件和可變電感器件中至少兩種類型器件，對此本申請不做具體限制。

在本申請一實施例中，本申請提供的所述阻抗可調器件為氣動可變電容器件。參考圖2所示，為本申請實施例提供的一種氣動可變電容器件的結構示意圖，其中，本申請實施例提供的所述氣動可變電容器件包括：

連接所述內接環500a的第一極板501和連接所述外接環500b的第二極板502；

以及，與所述第一極板501或第二極板502連接的空氣壓縮管路503，所述空氣壓縮管路503藉由空氣壓力控制連接的極板運動，而改變所述第一極板501和所述第二極板502之間間距。

可以理解的，本申請實施例提供的空氣壓縮管路503包括有密封管道503a，及位於密封管道503a中的氣體擋板503b和彈簧元件503c，氣體擋板503b與極板相連，進而，藉由對密封管道503a中充入氣體，使得氣體擋板503b對彈簧元件503c進行壓縮，且氣體擋板503b帶動極板運動，使得第一極板501和第二極板502之間間距縮小；以及，藉由將密封管道503a氣體釋放，使得彈簧元件503c伸展而帶動氣體擋板503b複位，而氣體擋板503b帶動極板運動，使得第一極板501和第二極板502之間間距增大，最終達到對第一極板501和第二極板502之間間距調整的目的。

本申請實施例對於多個阻抗可調器件環繞下電極分佈的方式不做具體限制，對此需要根據實際應用進行具體設計。其中，本申請實施例提供的所述多個阻抗可調器件之間可以等間距環繞所述下電極設置。或者，本申請實施例提供的任意相鄰兩個所述阻抗可調器件之間間距不同。或者，在所述多個阻抗可調器件中：

在上述任意一實施例中，本申請提供的接地環可以為半導體材質接地環，還可以為金屬材質接地環，對此本申請不做具體限制。

本申請實施例提供了一種電漿處理裝置，包括：反應腔，所述反應腔包括頂壁、側壁與底壁；位於所述反應腔內、且設置於所述頂壁處的上電極；位於所述反應腔內、且與所述上電極相對設置的下電極；位於所述反應腔內、且環繞所述下電極設置的接地環；以及，環繞所述下電極設置、且連接於所述接地環與所述側壁之間的導電支架，其中，所述導電支架包括接觸所述接地環的內接環、接觸所述側壁的外接環及連接於所述外接環和內接環之間的多個阻抗可調器件。由上述內容可知，本申請實施例提供的技術方案，在環繞下電極的接地環和側壁之間連接有導電支架，導電支架包括有多個阻抗可調器件，其中，不同阻抗可調器件能夠調節接地環不同區域的阻抗，而達到調節射頻回路的阻抗的目的；進而，藉由對不同阻抗可調器件的阻抗優化調節，實現射頻分佈對稱性的調節，最終使得電漿處理裝置達到蝕刻均勻性高的目的。

對所公開的實施例的上述說明，使所屬技術領域具有通常知識者能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對所屬技術領域具有通常知識者而言將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。

100:反應腔 101:頂壁 102:側壁 103:底壁 200:上電極 300:下電極 400:接地環 500:導電支架 500a:內接環 500b:外接環 500c:阻抗可調器件 501:第一極板 502:第二極板 503:空氣壓縮管路 503a:密封管道 503b:氣體擋板 503c:彈簧元件 600:約束環 700:邊緣絕緣環

為了更清楚地說明本發明實施例或習知技術中的技術方案，下面將對實施例或習知技術描述中所需要使用的圖式作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的圖式僅僅是本發明的實施例，對於所屬技術領域具有通常知識者而言，在不付出進步性勞動的前提下，還可以根據提供的圖式獲得其他的圖式。圖1為本申請實施例提供的一種電漿處理裝置的結構示意圖；圖2為本申請實施例提供的一種導電支架的結構示意圖；圖3為本申請實施例提供的一種氣動可變電容器件的結構示意圖。

100:反應腔

101:頂壁

102:側壁

103:底壁

200:上電極

300:下電極

400:接地環

500:導電支架

500a:內接環

500c:阻抗可調器件

600:約束環

700:邊緣絕緣環

Claims

一種電漿處理裝置，其包括：一反應腔，該反應腔包括一頂壁、一側壁與一底壁；位於該反應腔內、且設置於該頂壁處的一上電極；位於該反應腔內、且與該上電極相對設置的一下電極；位於該反應腔內、且環繞該下電極設置的一接地環；以及，環繞該下電極設置、且連接於該接地環與該側壁之間的一導電支架，其中，該導電支架包括接觸該接地環的一內接環、接觸該側壁的外接環及連接於該外接環和該內接環之間的複數個阻抗可調器件。
如請求項1所述的電漿處理裝置，其中該阻抗可調器件為非電控制的阻抗可調器件。
如請求項1或2所述的電漿處理裝置，其中該阻抗可調器件為可變電容器件、可變電阻器件或可變電感器件。
如請求項3所述的電漿處理裝置，其中該阻抗可調器件為一氣動可變電容器件。
如請求項4所述的電漿處理裝置，其中該氣動可變電容器件包括：連接該內接環的一第一極板和連接該外接環的一第二極板；以及，與該第一極板或該第二極板連接的一空氣壓縮管路，該空氣壓縮管路藉由空氣壓力控制連接的極板運動，而改變該第一極板和該第二極板之間間距。
如請求項1所述的電漿處理裝置，其中該複數個阻抗可調器件之間等間距環繞該下電極設置。
如請求項1所述的電漿處理裝置，其中，該複數個阻抗可調器件中任意相鄰的兩個阻抗可調器件之間間距不同。
如請求項1所述的電漿處理裝置，其中，在該複數個阻抗可調器件中：該複數個阻抗可調器件的一部分中相鄰的兩個阻抗可調器件之間間距相同，及該複數個阻抗可調器件的另一部分中相鄰的兩個阻抗可調器件之間間距不同。
如請求項1所述的電漿處理裝置，其中，位於該下電極與該接地環之間進一步設置有邊緣絕緣環。
如請求項1所述的電漿處理裝置，其中該電漿處理裝置進一步包括設置於該接地環與該側壁之間的一約束環，且該導電支架位於該約束環朝向該底壁一側；其中，該約束環用於將其區域處的電漿中帶電離子電中和。