电感耦合等离子体处理系统及处理方法技术方案

本发明专利技术提供了一种电感耦合等离子体的处理系统，其包括射频电源系统，所述射频电源系统包括源射频电源系统和偏置射频电源系统，所述源射频电源系统包括源射频电源和源匹配网络，所述偏置射频电源系统包括偏置射频电源和偏置匹配网络，其中，所述源匹配网络为具有宽频带工作的固定匹配网络，所述偏置匹配网络为自动匹配网络。源匹配网络能够使得源射频功率源的阻抗与等离子体阻抗的快速匹配，偏置匹配网络使得在低偏置射频功率下能够始终得到非常低的反射功率。因此，该处理系统能够实现射频电源和等离子体之间的阻抗快速准确地调整。此外，本发明专利技术还提供了电感耦合等离子体处理方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体处理设备领域，尤其涉及一种电感耦合等离子体处理系统及处理方法。
技术介绍
电感耦合等离子体处理系统包括射频电源系统。其中，射频电源系统包括源射频电源系统和偏置射频电源系统。其中，源射频电源系统和偏置射频电源系统均包括射频电源和匹配网络两部分。其中，匹配网络在射频电源和电感耦合等离子体处理设备的负载之间，用于根据负载阻抗的变化情况，快速调整相应的参数，使射频电源和变化的负载之间一直处于阻抗匹配状态。在电感耦合等离子体处理设备中，负载为反应腔内的等离子体。对于现有的电感耦合等离子体处理设备的射频电源系统来说，其中，源射频电源和偏置射频电源均为固定射频频率的电源，该固定射频频率通常为13.56MHz，并且源匹配网络和偏置匹配网络均是自动匹配网络。在该结构的匹配网络中，该自动匹配网络依靠两个能够做机械运动的可变真空电容器来实现射频电源阻抗与等离子体阻抗相匹配。然而，对于快速的博世(Bosch)工艺过程或脉冲工艺过程，机械运动的可变电容器由于其较慢的响应速度使得其不能很好地匹配快速变化的等离子体阻抗，因而，限制了该结构的匹配网络在半导体处理过程的应用。为了克服上述匹配网络响应速度慢的缺陷，现有技术中，还设置了电感耦合等离子体处理设备的电源系统的匹配网络的另外一种结构。在该结构中，源射频电源和偏置射频电源均为自动调频的电源，其源匹配网络和偏置匹配网络均为宽频带的固定匹配网络。该结构的匹配网络能够实现对快速的博世(Bosch)工艺过程或脉冲工艺过程的快速匹配。并且，为了避免源射频功率系统和偏置射频功率系统之间的相互干扰，源射频功率系统和偏置射频功率系统通常工作在不同的频率段，例如，400kHz、2MHz、13.56MHz、27MHz、40MHz或60MHz频率段。但是，当源射频功率系统和偏置射频功率系统工作在同一频率段时，需要将这个频率段进一步细分为两个更小的频率段，工作频率段的变小将会导致匹配网络匹配阻抗的范围变小而有可能不能满足实际工艺过程的要求。另外，当工艺过程较长时，电感耦合等离子体处理设备的等离子体阻抗的电阻部分有时会发生一定的变化，但是由于固定匹配网络的匹配阻抗的电阻部分在整个工艺过程中是基本固定的，所以，针对自动调频射频电源的固定匹配网络不能对等离子体阻抗的电阻部分的变化进行很好的匹配，从而不能很好地对偏置射频电源和负载之间进行阻抗匹配的调整，进而会产生一定的反射功率。对于有些本身需要较小数值的偏置功率的工艺如Bosch刻蚀工艺，这样的反射功率会严重影响刻蚀形成通孔的形貌。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的第一方面提供了一种电感耦合等离子体处理系统，以实现射频电源和等离子体之间的阻抗快速准确地匹配。基于本专利技术的第一方面，本专利技术的第二方面提供了一种电感耦合等离子体的处理方法。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种电感耦合等离子体的处理系统，所述处理系统包括：反应腔室、静电夹盘、阴极和电感耦合线圈，所述静电夹盘设置在所述反应腔室内的内部、所述阴极设置在所述静电夹盘的下方，所述电感耦合线圈设置在所述反应腔室顶盖上方或侧壁上，其中，所述源匹配网络的输入端连接所述源射频电源的输出端，所述源匹配网络的输出端连接所述电感耦合线圈的输入端，所述偏置匹配网络的输入端连接所述偏置射频电源的输出端，所述偏置匹配网络的输出端连接所述阴极；所述处理系统还包括射频电源系统，所述射频电源系统包括源射频电源系统和偏置射频电源系统，所述源射频电源系统包括源射频电源和源匹配网络，所述偏置射频电源系统包括偏置射频电源和偏置匹配网络，其中，所述源射频电源为调频电源，所述偏置射频电源为固定频率的电源，所述源匹配网络为具有宽频带工作的固定匹配网络，所述偏置匹配网络为自动匹配网络。可选地，所述偏置匹配网络的具有宽频带的自动匹配网络。可选地，还包括锁相线，所述锁相线的一端连接所述源射频电源，所述锁相线的另一端连接所述偏置射频源。可选地，所述电感耦合线圈至少包括一组射频线圈。一种电感耦合等离子体的处理方法，应用上述任一项所述的处理系统，所述处理方法包括：步骤a、向反应腔室内通入第一反应气体，源射频电源输出具有第一频率的第一源射频功率到电感耦合线圈，将源匹配网络的参数设置为预设值；同时偏置射频电源输出固定频率的偏置射频功率到反应腔室内的阴极，偏置匹配网络自动调节可变电容或可变电感以实现阻抗匹配；步骤b、向反应腔室内通入第二反应气体，源射频电源输出具有第二频率的第二源射频功率到电感耦合线圈，将源射频网络的参数设置为预设值；同时，偏置射频电源输出固定频率的偏置射频功率到反应腔室内的阴极，偏置匹配网络自动调节可变电容或可变电感以实现阻抗匹配；步骤c、交替执行所述步骤a和所述步骤b。可选地，所述偏置射频电源输出的偏置射频功率的频率与所述源射频电源输出的源射频功率的频率同步。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的电感耦合等离子体处理系统，包括源射频电源系统和偏置射频电源系统，其源射频电源系统包括宽频带的固定匹配网络和可自动调频的源射频电源，由于这个源射频电源系统具有较快的自动频率调谐速率，所以，它能够实现对快速变化的博世工艺过程或脉冲工艺过程的快速变化阻抗的良好匹配。并且，由于源射频电源系统具有可调频的电源和宽频阻抗匹配网络，因此，它具有较宽的阻抗匹配范围。进一步地，本专利技术提供的偏置射频电源为固定频率的电源，其匹配网络为自动匹配网络，因此，该自动匹配网络能够对偏置射频电源输出的阻抗进行自动调节，以使偏置射频电源输出的阻抗与等离子体阻抗相匹配，从而得到非常低的反射功率(通常小于1W)，非常低的反射功率有利于改善刻蚀形成的通孔的形貌，因此，本专利技术提供的电感耦合等离子体处理系统能够实现射频电源和等离子体之间的阻抗快速准确地匹配，而且能够提高刻蚀形成的通孔的形貌。附图说明为了清楚地理解本专利技术或现有技术的技术方案，下面将描述现有技术或本专利技术的具体实施方式时用到的附图做一简要说明。显而易见地，这些附图仅是本专利技术的部分实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以获得其它的附图。图1是本专利技术实施例提供的电感耦合等离子体处理系统的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的电感耦合等离子体处理方法的流程示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案、有益效果更加清楚、完整，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述。如
技术介绍
部分所述，现有的匹配网络中要么存在响应速度慢的缺陷，要么在较低应用功率下时不能一直获得很小反射功率，由此得知的现有的电感耦合等离子体处理系统不能实现射频电源和等离子体之间的阻抗快速准确地匹配。为了克服上述缺陷，本专利技术提供了一种新的电感耦合等离子体处理系统。具体参见图1。图1是本专利技术实施例提供的电感耦合等离子体处理系统的结构示意图。如图1所示，该电感耦合等离子体处理系统包括以下结构：反应腔室01、静电夹盘02、电感耦合线圈03、源射频电源04、偏置射频电源05、源匹配网络06以及偏置匹配网络07。其中，静电夹盘02设置于所述反应腔室01内部，电感耦合线圈03设置于所述反应腔室01的顶盖上，源匹配网络06设置在所述源射频电源04以及电感耦合线圈03之间，其中，所述源匹本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电感耦合等离子体的处理系统，其特征在于，所述处理系统包括：反应腔室、静电夹盘、阴极和电感耦合线圈，所述静电夹盘设置在所述反应腔室内的内部、所述阴极设置在所述静电夹盘的下方，所述电感耦合线圈设置在所述反应腔室顶盖上方或侧壁上，其中，所述源匹配网络的输入端连接所述源射频电源的输出端，所述源匹配网络的输出端连接所述电感耦合线圈的输入端，所述偏置匹配网络的输入端连接所述偏置射频电源的输出端，所述偏置匹配网络的输出端连接所述阴极；所述处理系统还包括射频电源系统，所述射频电源系统包括源射频电源系统和偏置射频电源系统，所述源射频电源系统包括源射频电源和源匹配网络，所述偏置射频电源系统包括偏置射频电源和偏置匹配网络，其中，所述源射频电源为调频电源，所述偏置射频电源为固定频率的电源，所述源匹配网络为具有宽频带工作的固定匹配网络，所述偏置匹配网络为自动匹配网络。

【技术特征摘要】
1.一种电感耦合等离子体的处理系统，其特征在于，所述处理系统包括：反应腔室、静电夹盘、阴极和电感耦合线圈，所述静电夹盘设置在所述反应腔室内的内部、所述阴极设置在所述静电夹盘的下方，所述电感耦合线圈设置在所述反应腔室顶盖上方或侧壁上，其中，所述源匹配网络的输入端连接所述源射频电源的输出端，所述源匹配网络的输出端连接所述电感耦合线圈的输入端，所述偏置匹配网络的输入端连接所述偏置射频电源的输出端，所述偏置匹配网络的输出端连接所述阴极；所述处理系统还包括射频电源系统，所述射频电源系统包括源射频电源系统和偏置射频电源系统，所述源射频电源系统包括源射频电源和源匹配网络，所述偏置射频电源系统包括偏置射频电源和偏置匹配网络，其中，所述源射频电源为调频电源，所述偏置射频电源为固定频率的电源，所述源匹配网络为具有宽频带工作的固定匹配网络，所述偏置匹配网络为自动匹配网络。2.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述偏置匹配网络的具有宽频带的自动匹配网络。3.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，还包括锁相线，所述锁相线的...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伟义，刘骁兵，倪图强，
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