等离子体处理装置及等离子体处理方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种等离子体处理装置及方法，用以改善等离子体分布的均匀性，其中，所述装置包括：反应腔；位于反应腔内的承片台，用于放置待处理基底；呈同心分布的若干电感耦合线圈，用于将反应腔内的气体等离子体化，包括第一、第二电感耦合线圈；射频功率源；功率分配器，连接在射频功率源与所述若干电感耦合线圈之间，用于将射频功率源的功率分配给各个电感耦合线圈，所述功率分配器至少具有两种工作状态——第一状态与第二状态，第一电感耦合线圈在第一状态的功率小于其在第二状态的功率，第二电感耦合线圈在第一状态的功率大于其在第二状态的功率；控制器，与功率分配器连接，用于对功率分配器各工作状态之间的切换进行控制。

Plasma processing device and plasma processing method

The present invention provides a plasma processing device and method, used to improve the uniformity of the distribution of plasma, the device comprises a reaction chamber; a wafer carrier is positioned in the reaction cavity, for placing a substrate; a plurality of concentric distribution inductance coupling coil, which is used for gas plasma reaction chamber, including the first and the second inductance coupling coil; RF power source; power divider is connected between the RF power source and a plurality of inductance coupling coil, RF power source for power distribution to the coupling inductance coil, the power divider has at least two working state, the first state and a second state, the first inductance coupling coil is less than in the second state of the state power in the power first, second inductively coupled coil in the power of the first state than in the article The power of the two state; the controller is connected to the power divider to control the switching between the operating states of the power divider.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种等离子体处理装置及等离子体处理的方法。
技术介绍
等离子体处理装置广泛应用于集成电路的制造工艺中，如沉积、刻蚀等，其中，电感耦合型等离子体（ICP，InductivelyCoupledPlasma）装置是等离子体处理装置中的主流技术之一，其原理主要是使用射频功率驱动电感耦合线圈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。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，上述活性粒子可以和待处理晶圆的表面发生多种物理和化学反应，使得晶圆表面的形貌发生改变，即完成刻蚀过程；另外，上述活性离子比常规的气态反应物具有更高的活性，可以促进反应气体间的化学反应，即可以实现等离子体增强型化学气相沉积（PECVD）。图1是现有技术的一种电感耦合等离子体处理装置的截面结构示意图，包括：反应腔10；位于所述反应腔10内的承片台11，用于承载和固定晶圆14；设置于反应腔10顶部的电感耦合线圈12；与电感耦合线圈12连接的电源13，用于向所述电感耦合线圈12提供射频功率。在所述电感耦合等离子体处理装置工作时，所述电源13可在开启（on）和关闭（off）之间切换，从而实现向电感耦合线圈12提供射频功率，使得所述电感耦合线圈12能够产生磁场。被输入至反应腔10的反应气体被所述电感耦合线圈12产生的磁场电离，能够形成等离子体。以刻蚀工艺为例，在对所述承片台11施加偏压的情况下，所述等离子体受到所述承片台11的偏压影响而向晶圆14轰击，以进行刻蚀工艺。然而，现有的电感耦合等离子体处理装置中，等离子体的分布不均匀，导致等离子处理的结果不均匀。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种等离子体处理装置及等离子体处理的方法，使所述等离子体处理装置中的等离子体分布更均匀，等离子体处理的效果更好。为解决上述问题，本专利技术提供一种等离子体处理装置，其包括：反应腔；位于所述反应腔内的承片台，所述承片台用于放置待处理基底；设置于所述反应腔顶部的呈同心分布的若干电感耦合线圈，所述电感耦合线圈与所述承片台相对，用于将反应腔内的气体等离子体化，所述若干电感耦合线圈至少包括第一电感耦合线圈、以及位于所述第一电感耦合线圈内的第二电感耦合线圈，所述第一电感耦合线圈包围所述第二电感耦合线圈；射频功率源；功率分配器，连接在所述射频功率源与所述若干电感耦合线圈之间，用于将射频功率源的功率分配给各个电感耦合线圈，所述功率分配器至少具有两种工作状态——第一状态与第二状态，第一电感耦合线圈在第一状态的功率小于其在第二状态的功率，第二电感耦合线圈在第一状态的功率大于其在第二状态的功率；控制器，与所述功率分配器连接，用于对功率分配器各工作状态之间的切换进行控制。可选的，若干电感耦合线圈还包括第三电感耦合线圈，所述第三电感耦合线圈设置在所述第一电感耦合线圈与所述第二电感耦合线圈之间。可选的，所述电感耦合线圈的结构为平面螺旋结构或螺旋管结构。可选的，所述若干电感耦合线圈可在竖直方向上移动。可选的，各个电感耦合线圈的移动相互独立。本专利技术还提供一种采用如上所述的装置进行等离子体处理的方法，其包括：将待处理基底设置于承片台的表面；向反应腔内通入气体；使功率分配器在第一状态工作一段时间，而后将其切换至第二状态工作，或者，使功率分配器在第二状态工作一段时间，而后将其切换至第一状态工作；与功率分配器相连的若干电感耦合线圈将反应腔内的气体等离子体化，形成等离子体；利用所述等离子体对待处理基底进行处理。可选的，若干电感耦合线圈还包括第三电感耦合线圈，所述第三电感耦合线圈设置在所述第一电感耦合线圈与所述第二电感耦合线圈之间。可选的，所述电感耦合线圈的结构为平面螺旋结构或螺旋管结构。可选的，所述若干电感耦合线圈可在竖直方向上移动。可选的，各个电感耦合线圈的移动相互独立。附图说明图1是现有技术的一种电感耦合等离子体处理装置的截面结构示意图；图2是本专利技术等离子体处理装置一实施例的截面结构示意图；图3是内圈线圈的功率随时间变化的示意图。具体实施方式如
技术介绍
所述，现有的电感耦合等离子体处理装置中，等离子体的分布不均匀，导致等离子处理的结果不均匀。经过研究发现，请继续参考图1，由于输入反应腔10的反应气体被所述电感耦合线圈12产生的磁场电离而形成等离子体，因此由所述电感耦合线圈12产生的磁场分布情况会影响等离子体的分布。其中，由于所述电感耦合线圈12通常为平面螺旋线圈（spiralcoils）或螺旋管（solenoidcoils），则越靠近所述电感耦合线圈12的圆心，所述电感耦合线圈12产生的磁场强度越强。而所述电感耦合线圈12与所述承片台11相对设置，使得所述反应腔10内，靠近所述电感耦合线圈12和承片台11中心的区域等离子体密度较高，而靠近所述电感耦合线圈12和承片台11边缘的区域等离子体密度较低。为了改善反应腔内的等离子体密度分布的均匀性，本专利技术提供一种等离子体处理装置，如图2所示，其包括反应腔10、若干电感耦合线圈、射频功率源、功率分配器与控制器等。其中，反应腔10内具有承片台11，所述承片台11的表面用于放置待处理基底（如晶圆）14。所述若干电感耦合线圈设置于反应腔10的顶部，呈同心分布，且与所述承片台11相对，用于将反应腔内的气体等离子体化。本实施例中，共有两个电感耦合线圈：外圈线圈（第一电感耦合线圈）17和内圈线圈（第二电感耦合线圈）15，其中，外圈线圈17位于内圈线圈15外围、且包围所述内圈线圈15。射频功率源用于为所述若干电感耦合线圈提供射频能量。功率分配器连接在所述射频功率源与所述若干电感耦合线圈之间，用于将射频功率源的功率分配给各个电感耦合线圈，所述功率分配器至少具有两种工作状态——第一状态与第二状态，外圈线圈（第一电感耦合线圈）17在第一状态的功率小于其在第二状态的功率，内圈线圈（第二电感耦合线圈）15在第一状态的功率大于其在第二状态的功率。控制器与所述功率分配器连接，用于对功率分配器各工作状态之间的切换进行控制。图3是内圈线圈15的功率（功率分配）随时间变化的示意图。从0到时刻T1阶段，功率分配器处于第一状态。在该状态，内圈线圈的功率占总功率（上述射频功率源的输出功率）的75%，外圈线圈的功率仅占总功率的25%。这使得待处理基底中央区域的等离子体密度明显大于待处理基底边缘区域的等离子体密度，进而使得中央区域的处理速度大于边缘区域。从时刻T1到时刻T2阶段，功率分配器处于第二状态。在该状态，内圈线圈的功率占总功率的40%，外圈线圈的功率仅占总功率的60%。这使得待处理基底中央区域的等离子体密度明显小于待处理基底边缘区域的等离子体密度，进而使得中央区域的处理速度小于边缘区域。第一状态与第二状态的交替执行使得中央区域与边缘区域的处理速度趋于相等。图3中所示的功率分配方案只是可行方案中的一个示例。在其它实施例中，可采取另外的功率分配方法。比如，假如中央区域的处理速度过快（相对于边缘区域而言），则可通过调低第一状态和/或第二状态中内圈线圈的功率（功率所占的比例）来降低中央区域的处理速度，也可通过缩短第一状态的时长和/或加长第二状态的时长来降低中央区域的处理速度。对边缘区域处理速度的调整，与其类似，不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：反应腔；位于所述反应腔内的承片台，所述承片台用于放置待处理基底；设置于所述反应腔顶部的呈同心分布的若干电感耦合线圈，所述电感耦合线圈与所述承片台相对，用于将反应腔内的气体等离子体化，所述若干电感耦合线圈至少包括第一电感耦合线圈、以及位于所述第一电感耦合线圈内的第二电感耦合线圈，所述第一电感耦合线圈包围所述第二电感耦合线圈；射频功率源；功率分配器，连接在所述射频功率源与所述若干电感耦合线圈之间，用于将射频功率源的功率分配给各个电感耦合线圈，所述功率分配器至少具有两种工作状态——第一状态与第二状态，第一电感耦合线圈在第一状态的功率小于其在第二状态的功率，第二电感耦合线圈在第一状态的功率大于其在第二状态的功率；控制器，与所述功率分配器连接，用于对功率分配器各工作状态之间的切换进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：反应腔；位于所述反应腔内的承片台，所述承片台用于放置待处理基底；设置于所述反应腔顶部的呈同心分布的若干电感耦合线圈，所述电感耦合线圈与所述承片台相对，用于将反应腔内的气体等离子体化，所述若干电感耦合线圈至少包括第一电感耦合线圈、以及位于所述第一电感耦合线圈内的第二电感耦合线圈，所述第一电感耦合线圈包围所述第二电感耦合线圈；射频功率源；功率分配器，连接在所述射频功率源与所述若干电感耦合线圈之间，用于将射频功率源的功率分配给各个电感耦合线圈，所述功率分配器至少具有两种工作状态——第一状态与第二状态，第一电感耦合线圈在第一状态的功率小于其在第二状态的功率，第二电感耦合线圈在第一状态的功率大于其在第二状态的功率；控制器，与所述功率分配器连接，用于对功率分配器各工作状态之间的切换进行控制。2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，若干电感耦合线圈还包括第三电感耦合线圈，所述第三电感耦合线圈设置在所述第一电感耦合线圈与所述第二电感耦合线圈之间。3.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述电感耦合线圈的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周虎，刘身健，谢小兵，严利均，
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