多频脉冲等离子体处理装置及其处理方法和清洗方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种多频脉冲等离子体处理装置，包含：反应腔室；其内顶部设有喷淋头，该喷淋头处设有第一电极；其内底部设有承载基片的基座；该基座处设有施加了第一射频功率电源和第二射频功率电源的第二电极，在基座和喷淋头之间形成主等离子体；移动环，沿反应腔室的侧壁内侧设置；内部垂直设有施加了采用连续射频功率的第三射频功率电源的第三电极，在反应腔室的边缘区域形成边缘等离子体。本发明专利技术还涉及多频脉冲等离子体处理装置的处理方法及清洗方法。本发明专利技术在位于反应腔室边缘区域处形成边缘等离子体，为同步开关脉冲放电提供稳定的电荷，防止基片上方的主等离子体熄灭；并且能更有效的清洗到反应腔室内的各个部件，提高腔体稳定性。

Multi frequency pulse plasma processing device and its processing method and cleaning method

The invention relates to a multi frequency pulse plasma processing apparatus includes: a reaction chamber; the top is provided with a spray head of the spray head is provided with a first electrode; the bottom is provided with a bearing base substrate; the base is provided with a first electrode applied second RF power source and second radio frequency power supply, the formation of the main the plasma between the base and the spray head; the mobile ring, the inner side of the side wall along the reaction chamber; internal vertically arranged imposed third electrodes using third RF power supply for RF power, the formation of the edge plasma in the edge region of the reaction chamber. The invention also relates to a processing method of multi frequency pulse plasma processing device and a cleaning method. The present invention in the reaction chamber is formed at the edge of the edge plasma, provide a stable charge for synchronous switch pulse discharge, prevent the main plasma above the substrate and can be extinguished; various components of more effective cleaning to the reaction chamber, improve the stability of cavity.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及等离子体处理领域，具体是指一种利用多频脉冲进行等离子体处理的装置及其处理方法和清洗方法。
技术介绍
等离子体处理设备，通过向真空反应腔室引入含有适当刻蚀剂或淀积源气体的反应气体，然后再对该反应腔室施加射频能量，以解离反应气体生成等离子体，用来对放置于反应腔室内的基片表面进行加工。以进行蚀刻工艺的等离子体处理装置为例，如图1所示，包含反应腔1，其由位于顶端的顶盖4，位于底端的底壁，以及连接在顶盖4和底壁之间的侧壁构成，形成气密性的内部反应空间，并在进行等离子体刻蚀处理及清洗的过程中处于真空状态。其中，所述的顶盖4、底壁以及侧壁均由金属材料制成并接地。在反应腔室1顶部用于引入反应气体的喷淋头3处设置第一电极，在反应腔室1底部用于承载及吸持基片的基座5处设置第二电极。在所述第二电极上施加射频功率，从而在反应腔室1内得到激发等离子体11所需的射频能量。具体的，在所述的第二电极上施加有相隔一定频率的第一射频功率电源（HF）7和第二射频功率电源（LF）8，且该第一射频功率电源7和第二射频功率电源8通过一个匹配器连接到第二电极。其中频率较高的第一射频功率电源7，用以控制反应气体中离子解离或等离子体密度；而频率较低的第二射频功率电源8又称为偏置功率电源，用来引入偏压以控制入射到基片的离子能量及其能量分布。所述基座5位于反应腔室1的底部，在该基座5边缘的外侧设有聚焦环10（focusring），用于控制等离子体均一性。进一步，在该聚焦环10的外侧设有约束环6（confinementring），用于控制反应气体的排出。该约束环6的上方还可以设置覆盖环（coverring，图中未示），用于阻挡等离子体对约束环6的侵蚀。在所述顶盖4的下方设有移动环2（movingring），且该移动环2沿反应腔室1的侧壁内侧设置，并延伸至约束环6的边缘外侧；该移动环2采用耐等离子体腐蚀的绝缘材料（例如石英）制成，用来约束等离子体的分布，并将反应腔室1的金属侧壁与等离子体隔开，以保护腔壁不受等离子体的侵蚀。在工艺处理过程中，设置第一射频功率电源7和第二射频功率电源8的输出为脉冲输出是在高深宽比刻蚀中的一种常用的方式。两个射频功率电源输出被脉冲调制的射频功率用于产生等离子体11，所产生的等离子体11的密度随脉冲发生变化，其中的带电粒子（电子及离子）数量间歇性变化，从而使等离子体的刻蚀作用得到控制和缓冲。如图2所示，频率较高的第一射频功率电源7和频率较低的第二射频功率电源8采用相同的时钟脉冲进行控制。由于在刻蚀过程中不能让等离子体11熄灭，因此必须保持任意时刻都有一定的功率馈入；所以实际使用时，第一射频功率电源7采用高低功率脉冲，而第二射频功率电源8则采用高低功率脉冲或者开关脉冲。当第一射频功率电源7和第二射频功率电源8在高电平功率输出时，等离子体11对反应腔室1内的基片进行刻蚀；当第一射频功率电源7和第二射频功率电源8在低电平功率输出时，等离子体11维持放电。由于第一射频功率电源7和第二射频功率电源8的脉冲输出周期通常为微秒量级，其在由高功率脉冲向低功率脉冲切换的过程中，切换速度及其快速，使得等离子体11的壳层阻抗发生突变。由于进行RF匹配的匹配器是通过机械驱动其内部的可调电阻或电感来进行阻抗调节，以使其与等离子体11的壳层阻抗相匹配。因机械驱动的局限性，其调节速度最快也只能达到毫秒量级。也就是说，当第一射频功率电源7和第二射频功率电源8在脉冲切换过程中发生的等离子体11的壳层阻抗突变时，匹配器的阻抗调节速度是远远跟不上的，因此将会导致由第一射频功率电源7和第二射频功率电源8输出的射频能量无法正常通过匹配器被馈入反应腔室1内，使得等离子体11熄灭。因此，理想的方式是将第一射频功率电源7和第二射频功率电源8的低电平输出设置为0，即两者的脉冲输出设置为开-关-开-关的状态。此时，匹配器无需进行两个状态的快速切换，可以更好的为真空反应腔提供最小的射频功率。然而，当第一射频功率电源7的低电平输出设置为0时，反应腔室1内的等离子体11将消失。但是当下一个高电平输出开始后，由于等离子体难以在瞬间被点燃，且高电平持续时间较短，导致反应腔室1内无法产生理想的等离子体条件。因此，刻蚀工艺难以正常进行。另外，在等离子体处理的过程中所产生的一些聚合物，会附着在反应腔室1内的各个装置上。通常在从反应腔室1内取出完成处理的基片后，需要向反应腔室1引入清洗用的蚀刻气体并将其解离生成清洗用的等离子体，用来对反应腔室1的腔体及内部的各个装置进行等离子体清洗，以去除附着的聚合物，从而保持反应腔室1的稳定。然而，由于第一电极、第二电极边缘处的场强会受边缘条件的影响，导致一部分电场线弯曲，造成电场边缘部分场强不均匀，使得等离子体受电场控制在反应腔室1边缘的密度较低，难以形成足够的等离子体将腔室的边缘部件（诸如上述的移动环、约束环、覆盖环等）清洗干净，残余的沉积聚合物会带来放电击穿（arcing）影响，或形成颗粒（particle）对后续的基片处理造成潜在污染的风险。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多频脉冲等离子体处理装置及其处理方法和清洗方法，在位于反应腔室边缘区域处形成边缘等离子体，为同步开关脉冲放电提供稳定的电荷，防止基片上方的主等离子体熄灭；并且能更有效的清洗到反应腔室内的各个部件，提高腔体稳定性。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是提供一种多频脉冲等离子体处理装置，包含：反应腔室；所述的反应腔室内的顶部设有喷淋头，向反应腔室内引入工艺处理用或清洗用的反应气体；该喷淋头处设置有第一电极；所述的反应腔室内的底部设有在工艺处理时承载基片的基座；该基座处设置有第二电极，且该第二电极和第一电极之间上施加有第一射频功率电源和第二射频功率电源，所形成的射频电场激发引入反应腔室的工艺处理用或清洗用的反应气体，在基座和喷淋头之间形成主等离子体；移动环，其沿反应腔室的侧壁内侧设置；该移动环内垂直设置有第三电极，该第三电极上施加有采用连续射频功率持续供电的第三射频功率电源，所形成的射频电场激发引入反应腔室的工艺处理用或清洗用的反应气体，在反应腔室的由移动环限定的边缘区域形成边缘等离子体。所述的第三射频功率电源的频率≥13.56MHz，功率在300W～500W的范围内。所述的第三电极沿移动环的圆周方向设置，呈环状。所述的第三电极与放置在基座上的基片之间具有10～20cm的间隔，使得主等离子体与边缘等离子体之间不发生重叠。所述的第一射频功率电源和第二射频功率电源的功率≥800W。所述的第一射频功率电源和第二射频功率电源中的至少一个采用脉冲调制的射频功率，该脉冲调制的射频功率是高低功率脉冲，或是开关脉冲。所述的反应腔室由位于顶端的顶盖，位于底端的底壁，以及连接在顶盖和底壁之间的侧壁构成；其中，所述的顶盖、底壁以及侧壁均由金属材料制成并接地。所述反应腔室内进一步包含：聚焦环，位于所述基座边缘的外侧；约束环，位于所述聚焦环的外侧；覆盖环，位于所述约束环的上方。本专利技术还提供一种多频脉冲等离子体处理装置的处理方法，包含：施加第一射频功率电源和第二射频功率电源至反应腔室内底部基座处的第二电极，对反应腔室内顶部喷淋头引入的工艺处理用反应气体进行激发，在基座与喷淋头之间形成主等离子体，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多频脉冲等离子体处理装置，包含：反应腔室（1）；所述的反应腔室（1）内的顶部设有喷淋头（3），向反应腔室（1）内引入工艺处理用或清洗用的反应气体；该喷淋头（3）处设置有第一电极；所述的反应腔室（1）内的底部设有在工艺处理时承载基片的基座（5）；该基座（5）处设置有第二电极，且该第二电极和第一电极之间施加有第一射频功率电源（7）和第二射频功率电源（8），所形成的射频电场激发引入反应腔室的工艺处理用或清洗用的反应气体，在基座（5）和喷淋头（3）之间形成主等离子体（11）；其特征在于，该多频脉冲等离子体处理装置还包含：移动环（2），其沿反应腔室（1）的侧壁内侧设置；所述的移动环（2）内垂直设置有第三电极（21），该第三电极（21）上施加有采用连续射频功率持续供电的第三射频功率电源（9），所形成的射频电场激发引入反应腔室的工艺处理用或清洗用的反应气体，在反应腔室（1）的由移动环（2）限定的边缘区域形成边缘等离子体（12）。

【技术特征摘要】
1.一种多频脉冲等离子体处理装置，包含：反应腔室（1）；所述的反应腔室（1）内的顶部设有喷淋头（3），向反应腔室（1）内引入工艺处理用或清洗用的反应气体；该喷淋头（3）处设置有第一电极；所述的反应腔室（1）内的底部设有在工艺处理时承载基片的基座（5）；该基座（5）处设置有第二电极，且该第二电极和第一电极之间施加有第一射频功率电源（7）和第二射频功率电源（8），所形成的射频电场激发引入反应腔室的工艺处理用或清洗用的反应气体，在基座（5）和喷淋头（3）之间形成主等离子体（11）；其特征在于，该多频脉冲等离子体处理装置还包含：移动环（2），其沿反应腔室（1）的侧壁内侧设置；所述的移动环（2）内垂直设置有第三电极（21），该第三电极（21）上施加有采用连续射频功率持续供电的第三射频功率电源（9），所形成的射频电场激发引入反应腔室的工艺处理用或清洗用的反应气体，在反应腔室（1）的由移动环（2）限定的边缘区域形成边缘等离子体（12）。2.如权利要求1所述的多频脉冲等离子体处理装置，其特征在于，所述的第三射频功率电源（9）的频率≥13.56MHz，功率在300W～500W的范围内。3.如权利要求1所述的多频脉冲等离子体处理装置，其特征在于，所述的第三电极（21）沿移动环（2）的圆周方向设置，呈环状。4.如权利要求3所述的多频脉冲等离子体处理装置，其特征在于，所述的第三电极（21）与放置在基座（5）上的基片之间具有10～20cm的间隔，使得主等离子体（11）与边缘等离子体（12）之间不发生重叠。5.如权利要求1所述的多频脉冲等离子体处理装置，其特征在于，所述的第一射频功率电源（7）和第二射频功率电源（8）的功率≥800W。6.如权利要求5所述的多频脉冲等离子体处理装置，其特征在于，所述的第一射频功率电源（7）和第二射频功率电源（8）中的至少一个采用脉冲调制的射频功率，该脉冲调制的射频功率是高低功率脉冲，或是开关脉冲。7.如权利要求1所述的多频脉冲等离子体处理装置，其特征在于，所述的反应腔室（1）由位于顶端的顶盖（4），位于底端的底壁，以及连接在顶盖（4）和底壁之间的侧壁构成；其中，所述的顶盖（4）、底壁以及侧壁均由金属材料制成并接地。8.如权利要求7所述的多频脉冲等离子体处理装置，其特征在于，所述反应腔室（1）内进一步包含：聚焦环（10），位于所述基座（5）边缘的外侧；约束环（6），位于所述聚焦环（10）的外侧；覆盖环，位于所述约束环（6）的上方。9.一种多频脉冲等离子体处理装置的处理方法，其特征在于，包含：施加第一射频功率电源（7）和第二射频功...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁洁，叶如彬，杜冰洁，
申请(专利权)人：中微半导体设备上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31