一种在电感耦合等离子体处理装置内点燃等离子体的方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种在电感耦合等离子体处理装置内点燃等离子体的方法，所述处理装置包括一处理腔，一射频功率源及一射频偏置功率源，所述射频偏置功率源通过一射频匹配网络施加到所述处理腔内部用于支撑基片的基座上，所述射频匹配网络包括两个可变电容，所述方法包括下列步骤：设置一电压测量装置用于测量基座表面的电压；控制所述射频偏置功率源输出第一射频功率，调节两可变电容的大小，使得所述射频偏置功率源在基座表面产生大于200伏的电压；控制所述射频功率源输出第二射频功率，保持所述可变电容大小不变，所述第二射频功率在所述第一射频功率的辅助下实现等离子体的点燃。

A method of igniting plasma in inductively coupled plasma processing device

The invention discloses a method for igniting a plasma in an inductively coupled plasma processing device, which includes a processing chamber, a radio frequency power source and a radio frequency offset power source. The RF bias power source is applied to the base of the substrate through a radio frequency matching network to the base of the substrate. The radio frequency matching network includes two variable capacitors. The method includes the following steps: setting a voltage measuring device for measuring the voltage of the base surface; controlling the RF bias power source to output the first radio frequency power, adjusting the size of the two variable capacitance, so that the RF bias power source is generated on the base surface. The voltage is greater than 200 volts; the RF power source controls the second RF power to keep the variable capacitance constant, and the second RF power is used to ignite the plasma with the aid of the first RF power.

【技术实现步骤摘要】
一种在电感耦合等离子体处理装置内点燃等离子体的方法
本专利技术涉及等离子体处理
，更具体地说，涉及一种在等离子体处理装置内点燃等离子体的方法。
技术介绍
在等离子体处理装置中，射频电源向工艺腔室供电以产生等离子体。等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，这些活性粒子和置于腔室内并曝露在等离子体环境下的待加工晶圆或待处理工件相互作用，使其表面发生等离子体反应，而使晶圆或工件表面性能发生变化，从而完成等离子体刻蚀或者其他工艺过程。在上述等离子体处理装置中，电感耦合等离子体(InductivelyCoupledPlasma简称ICP)处理装置通过在处理装置外部设置感应线圈，利用感应线圈将射频功率耦合到处理装置的处理腔内部。在ICP技术中，感应线圈表面同时存在电荷产生的电场导致的放电即容性耦合以及感应线圈产生的磁场导致的放电即感性耦合。在等离子体点燃形成的过程中，容性耦合在处理腔室内产生的高压对点燃等离子体有很大帮助，有助于感性放电的启动；然而，当等离子体被点燃后进行基片处理工艺时，由于感应线圈附带的容性放电是不均匀的，这会造成感应线圈上的电场对等离子体的加速不均匀，进而导致等离子体对基片的处理结果不均匀。为了避免容性耦合现象在等离子体处理工艺中造成的不均匀后果，技术人员对感应线圈的形状进行了一系列改造，包括减少感应线圈的匝数，将多圈单一的感应线圈变更为单圈多个感应线圈的组合。感应线圈的这种演变有效降低了每个感应线圈支路上的电压，从而明显抑制了感应线圈上高电压带来的容性耦合。以确保等离子体对基片的均匀处理。但是，容性耦合的降低，使得在产生低压低密度等离子体的条件下，等离子体很难被点燃。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在电感耦合等离子体处理装置内点燃等离子体的方法，所述处理装置包括一处理腔，以及将射频功率施加到所述处理腔内的一射频功率源及一射频偏置功率源，所述射频功率源通过一电感耦合线圈将射频功率耦合到所述处理腔内，所述射频偏置功率源通过一射频匹配网络施加到所述处理腔内部用于支撑基片的基座上，所述射频匹配网络包括两个可变电容，所述方法包括下列步骤：设置所述射频偏置功率源输出第一射频功率，所述射频功率源输出第二射频功率，调节两可变电容的大小；监测所述处理腔内等离子体点燃情况，当监测到等离子体点燃时，记录可变电容的大小；在后续点燃等离子体的步骤中，保持所述可变电容大小不变，所述第二射频功率在所述第一射频功率的辅助下实现等离子体的点燃。优选的，所述射频偏置功率源输出的第一射频功率小于50瓦。优选的，所述处理腔内的阻抗为负载阻抗，所述两可变电容包括第一可变电容和第二可变电容，分别用于调节负载阻抗的实部和虚部。优选的，所述第一可变电容与负载阻抗并联，用于调节负载阻抗的实部，所述第二可变电容与负载阻抗串联，用于调节负载阻抗的虚部。优选的，所述第一可变电容的最大电容值为1500PF,所述第二可变电容的最大电容值为500PF。优选的，调节所述第二电容的位置大于等于80％，调节所述第一电容的位置大于等于60％。优选的，调节所述第二电容的位置为80％，调节所述第一电容的位置为70％或80％。优选的，所述电感耦合线圈为多个单圈线圈组合或者多个半圈线圈组合的结构。优选的，所述基座上方设置一静电卡盘，所述静电卡盘上方设置一电压测量装置，所述电压测量装置用于测量静电卡盘支撑的基片表面的电压。优选的，控制所述射频偏置功率源输出第一射频功率，调节两可变电容的大小，使得所述射频偏置功率源在基座表面产生大于200伏的电压。优选的，设置所述射频源功率源输出的第二射频功率大于所述射频偏置功率源输出的第一射频功率。优选的，设置所述射频源功率源输出的第二射频功率范围为400瓦-550瓦。本专利技术的优点在于：本专利技术所述的方法适用于采用单圈线圈组合或者半圈线圈组合的电感耦合等离子体处理装置，由于此种线圈的设置使得反应腔内容性耦合电压降低，使得在产生低气压低密度等离子体的条件下，等离子体很难被点燃。本专利技术通过在电感耦合等离子体处理装置上施加一射频偏置功率源，通过调整该射频偏置功率源与处理腔之间的匹配网络的可变电容，同时监测处理腔内的等离子体点燃情况，在点燃等离子体的时刻，记录可变电容的数值，并在后续工艺中，保持该射频匹配网络的可变电容大小不变，施加相同大小的射频源功率即可保证等离子体的点燃。附图说明图1示出一种电感耦合等离子体处理装置的结构示意图；图2示出射频偏置功率源的匹配网络电路示意图。具体实施方式如下将结合附图对本申请的技术方案进行详细说明。图1示出一种电感耦合等离子体处理装置的结构示意图，在图1所述的示意图中，电感耦合等离子体反应装置包括真空处理腔100，真空处理腔包括由金属材料制成的大致为圆柱形的处理腔侧壁105，处理腔侧壁105上方设置一绝缘窗口130，绝缘窗口130上方设置电感耦合线圈140，电感耦合线圈140连接射频功率源145。处理腔侧壁105靠近绝缘窗口130的一端设置气体喷入口150，气体喷入口150连接气体供应装置10。在真空处理腔100的下游位置设置一基座110，基座110上放置静电卡盘115用于对基片120进行支撑和固定。真空处理腔100的下方还设置一排气泵125，用于将反应副产物排出真空处理腔内。在处理工艺开始前，将基片120传送到基座上方的静电卡盘115上固定，气体供应装置10中的反应气体经过气体喷入口150进入真空处理腔，然后对电感耦合线圈140施加射频源功率源145。传统技术中，电感耦合线圈为多圈单一的线圈结构，这种线圈结构可以在真空处理腔内产生一个较大的射频电压，以帮助射频源功率源145在线圈上产生的感性放电点燃处理腔内的反应气体，射频源功率源145的射频功率驱动电感耦合线圈140产生较强的高频交变磁场，使得低压的反应气体被电离产生等离子体160。等离子体160中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，上述活性粒子可以和待处理基片的表面发生多种物理和化学反应，使得基片表面的形貌发生改变，即完成刻蚀过程。然而，根据
技术介绍
所述，多圈单一的电感耦合线圈产生的容性耦合反应对基片处理的均匀性存在不良影响，为了降低电感耦合线圈产生的容性放电，以保证基片处理的均匀性，本专利技术采用的电感耦合线圈140为多个单圈线圈组合或者多个半圈线圈组合的结构。然而，本专利技术采用的多个单圈线圈组合或者多个半圈线圈组合的结构虽然能够保证基片处理的均匀性，但由于降低了电感耦合线圈产生的容性放电，导致真空处理腔内反应气体在低气压低密度条件下进行等离子体点燃时存在困难。为了解决本专利技术电感耦合等离子体处理装置内等离子体难以点燃的问题，本专利技术提供一种利用射频偏置功率源辅助点燃等离子体的方法，在等离子体刻蚀工艺中，射频源功率源145施加到电感耦合线圈140上，主要用于控制等离子体解离或等离子体密度，射频偏置功率源146通过匹配网络200将偏置功率施加到基座110上，偏置功率源的作用在于控制离子能量及其能量分布。在对基片进行等离子体刻蚀步骤前，先要将处理腔内的反应气体解离为等离子体。偏置功率源146在点燃等离子体的过程中的作用为在处理腔内产生一个射频高压，该射频高压协助射频源功率源145的感性放电实现对等本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在电感耦合等离子体处理装置内点燃等离子体的方法，所述处理装置包括一处理腔，以及将射频功率施加到所述处理腔内的一射频功率源及一射频偏置功率源，所述射频功率源通过一电感耦合线圈将射频功率耦合到所述处理腔内，所述射频偏置功率源通过一射频匹配网络施加到所述处理腔内部用于支撑基片的基座上，所述射频匹配网络包括两个可变电容，其特征在于：所述方法包括下列步骤：设置所述射频偏置功率源输出第一射频功率，所述射频功率源输出第二射频功率，调节两可变电容的大小；监测所述处理腔内等离子体点燃情况，当监测到等离子体点燃时，记录可变电容的大小；在后续点燃等离子体的步骤中，保持所述可变电容大小不变，所述第二射频功率在所述第一射频功率的辅助下实现等离子体的点燃。

【技术特征摘要】
1.一种在电感耦合等离子体处理装置内点燃等离子体的方法，所述处理装置包括一处理腔，以及将射频功率施加到所述处理腔内的一射频功率源及一射频偏置功率源，所述射频功率源通过一电感耦合线圈将射频功率耦合到所述处理腔内，所述射频偏置功率源通过一射频匹配网络施加到所述处理腔内部用于支撑基片的基座上，所述射频匹配网络包括两个可变电容，其特征在于：所述方法包括下列步骤：设置所述射频偏置功率源输出第一射频功率，所述射频功率源输出第二射频功率，调节两可变电容的大小；监测所述处理腔内等离子体点燃情况，当监测到等离子体点燃时，记录可变电容的大小；在后续点燃等离子体的步骤中，保持所述可变电容大小不变，所述第二射频功率在所述第一射频功率的辅助下实现等离子体的点燃。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述射频偏置功率源输出的第一射频功率小于50瓦。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述处理腔内的阻抗为负载阻抗，所述两可变电容包括第一可变电容和第二可变电容，分别用于调节负载阻抗的实部和虚部。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述第一可变电容与负载阻抗并联，用于调节负载阻抗的实部，所述第二可变电容与负载阻抗串联，用于调节...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞晓贝，饭塚浩，刘小波，
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