用于调整带电的法拉第屏蔽上的电压的方法技术

提供一种用来调整施加在电感耦合等离子体刻蚀设备的法拉第屏蔽上的电压的设备与方法。一适当电压被便利地且可变地施加至法拉第屏蔽上，以便可以控制等离子体的溅射，以避免及减少非挥发性反应产物的沉积，该非挥发性反应产物会负面影响刻蚀工艺。通过简单调整调谐电容器，将用于特定刻蚀工艺或步骤的适当电压施加至法拉第屏蔽。因此不需要机械性的重新配置刻蚀设备来调整法拉第屏蔽电压。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及半导体制造，更具体涉及用于调整带电的法拉第屏蔽上的电压以控制在电感耦合等离子体刻蚀反应室中等离子体性能的设备与方法。现有技术在半导体制造中，刻蚀工艺很普遍且不断重复的执行。如本领域技术人员公知的，存在有两种刻蚀工艺，干法刻蚀与湿法刻蚀。干法刻蚀通常利用电感耦合等离子体刻蚀设备来执行。图1显示根据现有技术的电感耦合等离子体刻蚀设备100。电感耦合等离子体刻蚀设备100包含刻蚀反应室101，其结构是由反应室壁102与反应室窗104所界定。反应室壁102通常由不锈钢所构成，然而也可以利用其他适合的材料。反应室窗104通常由石英制成，然而，也可以利用其他材料如氧化铝(Al2O3)、氮化硅(Si3N4)、氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)及硅(Si)。反应室窗104对反应室壁102提供了真空密封。半导体晶片(即晶片)110被固定于放置在刻蚀反应室101的底部内表面上的夹盘108上。线圈116与金属屏蔽112位于反应室窗104之上。线圈116通过绝缘垫片(未示出)固定于刻蚀反应室101上。线圈116是由导电材料所制成且至少包含完整的一匝线圈。图1中所示的线圈116包含三匝线圈。具有“×”的线圈116符号表示线圈116往页面里旋转延伸。相反的，具有“●”的线圈116符号表示线圈116往页面外旋转延伸。金属屏蔽112利用绝缘垫片114以一分离的间隔固定于线圈116之下。金属屏蔽112设置于紧邻反应室窗104之上。线圈116、金属屏蔽12、与反应室窗104被设置为基本上互相平行。此外，线圈116与金属屏蔽112经由一分接头118而电连接。图2显示根据现有技术，电感耦合等离子体刻蚀设备100的基本操作原理。在操作当中，反应气体从气体导入口(未示出)流过刻蚀反应室101至气体排出口(未示出)。然后高频功率(即射频(RF)功率)由电源(未示出)施加至线圈116，以产生流过线圈116的RF电流。流过线圈116的RF电流在线圈116周围产生电磁场120。电磁场120在刻蚀反应室101内产生了感应电流122。感应电流122作用于反应气体从而产生了等离子体123。高频功率(即射频功率)由一电源(未示出)施加至夹盘108以对等离子体123提供定向性，使得等离子体123被往下拉到晶片110的表面上而进行刻蚀工艺。等离子体123包含各种以正和负离子的形式存在的自由基。使用各种形式的正和负离子的化学反应来刻蚀晶片110。在刻蚀工艺中，线圈116执行与一变压器中的第一线圈类似的功能，而等离子体123执行与一变压器中的第二线圈类似的功能。刻蚀工艺所产生的反应产物可能为挥发性或非挥发性。挥发性的反应产物伴随着使用的反应气体透过气体排出口而排出。然而，非挥发性的反应产物通常会残留于刻蚀反应室101中。非挥发性的反应产物可能会粘附至反应室壁101与反应室窗104。非挥发性的反应产物粘附至反应室窗104会干扰刻蚀工艺。沉积导电的非挥发性反应产物于反应室窗104上会电屏蔽刻蚀反应室101的内部区域，使其免受线圈116附近所产生的电磁场120的影响。因此，等离子体123将无法良好轰击，必须中断刻蚀工艺，直到从反应室窗104中除去该沉积物。此外，过多的沉积物会造成由反应室窗104落到晶片110上的颗粒，因此干扰了刻蚀工艺。因此，过多的沉积物需要更经常地清理刻蚀反应室101与反应室窗104。非挥发性反应产物沉积于反应室窗104上的现象可通过对反应室窗104溅射等离子体以去除沉积物而缓和及避免。为了避免等离子体123中的非均匀性，此溅射应该在整个反应室窗104中以一均匀的方式进行。不均匀的沉积和/或不均匀的溅射会将漂流物引入刻蚀工艺中。漂流物可能阻止其特性是均匀的多个晶片110之间的再现性。金属屏蔽112作为法拉第屏蔽以确保由线圈116所产生的电磁能量均匀地分散到等离子体123。由于电磁能量均匀的分散到反应室窗104邻近地区的等离子体123中，非挥发性反应产物沉积于反应室窗104上的现象会均匀的产生。同样的，由反应室窗104而来的非挥发性反应产物的溅射也会均匀的发生。在整个反应室窗104的均匀电特性的存在有利于整个刻蚀反应室101的均匀等离子体123特性的产生。然而，即使均匀的沉积非挥发性反应产物于反应室窗104上，仍将如前所述的干扰刻蚀工艺。因此，需要对反应室窗104溅射等离子体123以避免非挥发性反应产物沉积的生成。对反应室窗104溅射等离子体123必须小心地进行，以最小化或避免等离子体123的带电粒子对反应室窗104的侵蚀。图3显示根据现有技术，如何控制法拉第屏蔽电压以影响反应室窗104的特性。视图134显示通过施加一适当电压至金属屏蔽112以控制非挥发性反应产物对于反应室窗104的沉积与溅射的影响。通过将适当的电压施加到金属屏蔽112，等离子体123的入射离子128会被均匀地导向反应室窗104。入射离子128的能量与强度将防止沉积，同时将溅射的侵蚀效果最小化。视图136显示施加一过低电压至金属屏蔽112的效果。使用该过低的电压，被导向反应室窗104的入射离子130将缺乏所需的能量与强度来防止非挥发性反应产物的生成，该非挥发性反应产物通常称为沉积物124。视图138显示施加一过高电压至金属屏蔽112的效果。使用该过高的电压，被导向反应室窗104的入射离子132具有过高的能量与强度，因此造成过多的溅射。过多的溅射会造成反应室窗104的侵蚀126。该侵蚀126不仅缩短反应室窗104的使用年限，还会产生污染晶片110的粒子并将不需要的化学物质引入刻蚀工艺环境中。该不需要的化学物质存在于刻蚀工艺环境中是特别有害的，因为其会造成不良的刻蚀工艺条件的再现性。适当的法拉第屏蔽电压依赖于所执行的特定刻蚀工艺。一些会影响该适当的电压的因素包含反应气体的种类、施加至线圈116的RF功率、将从晶片110中刻蚀的材料、及刻蚀反应室101中的工艺环境条件。许多刻蚀制法包含多个刻蚀步骤，如击穿步骤(breakthrough step)、体刻蚀步骤(bulk etch step)、与过刻蚀(over etch)步骤，其中RF功率、压力、与气体组成基本上是不同的。因此，对于一给定的刻蚀步骤，对其适当的法拉第屏蔽电压的特定设定可能不适用于其他刻蚀步骤。因此，法拉第屏蔽电压应该为可控制的，以确保反应室窗104在刻蚀工艺中没有非挥发性反应产物沉积。此外，法拉第屏蔽电压应该是容易调整的，以适应对于不同刻蚀工艺与步骤的电压要求的变化。在现有技术中，刻蚀设备已被机械性的重新配置，以获得用于特定刻蚀工艺的适当法拉第屏蔽电压。此机械性的重新配置具有较小的操作窗，且以材料的花费及造成低晶片产量的时间的角度来看是非常昂贵的。根据上述情况，需要一设备与方法，可易于调整施加至电感耦合等离子体刻蚀设备的法拉第屏蔽的电压。
技术实现思路
概括来说，本专利技术通过提供一种可轻易调整电感耦合等离子体刻蚀设备的法拉第屏蔽上的电压的设备与方法来满足上述需求。该法拉第屏蔽电压的调整控制了对于反应室窗的等离子体的溅射，以避免及减少非挥发性反应产物的沉积。在此应了解，本专利技术可以多种方式来实施，包含工艺、设备、系统、装置或方法。下面说明多个本专利技术的实施例。在一个实施例中，公开一种电感耦合等离子体刻蚀设备。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电感耦合等离子体刻蚀设备，包含：反应室；反应室窗，用以密封该反应室的上端开口，该反应室窗具有暴露于该反应室的内部区域的内表面；金属屏蔽，配置于该反应室窗的上面；线圈，配置于该金属屏蔽的上面并且与其隔开，该 线圈具有输入端、输出端与长度；导电的分接头，用以将该线圈连接至该金属屏蔽；以及控制电路，与该输入端和输出端电连接，该控制电路被设置为供应ＲＦ功率至该输入端，该控制电路包含一电容器与该输出端电连接，该电容器被设置为可被调整，用 以将该金属屏蔽上的电压控制在一接近零的电压电平到一较高的电压电平的范围之间，其中选择工艺电压位于该范围内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2002-7-31 10/210,2391.一种电感耦合等离子体刻蚀设备，包含反应室；反应室窗，用以密封该反应室的上端开口，该反应室窗具有暴露于该反应室的内部区域的内表面；金属屏蔽，配置于该反应室窗的上面；线圈，配置于该金属屏蔽的上面并且与其隔开，该线圈具有输入端、输出端与长度；导电的分接头，用以将该线圈连接至该金属屏蔽；以及控制电路，与该输入端和输出端电连接，该控制电路被设置为供应RF功率至该输入端，该控制电路包含一电容器与该输出端电连接，该电容器被设置为可被调整，用以将该金属屏蔽上的电压控制在一接近零的电压电平到一较高的电压电平的范围之间，其中选择工艺电压位于该范围内。2.如权利要求1所述的电感耦合等离子体刻蚀设备，其中该线圈还包含RF驻波，该RF驻波具有至少一个位于该线圈的长度上的节点。3.如权利要求2所述的电感耦合等离子体刻蚀设备，其中该导电的分接头被配置为在基本上靠近一个节点的位置将该线圈连接至该金属屏蔽。4.如权利要求3所述的电感耦合等离子体刻蚀设备，其中该导电的分接头还被配置为横跨该线圈与该金属屏蔽之间的最短直线距离。5.如权利要求1所述的电感耦合等离子体刻蚀设备，其中该电容器为可变电容器，其被设置为具有一操作范围，该操作范围包含位于最小电容值与最大电容值之间的电容值。6.如权利要求5所述的电感耦合等离子体刻蚀设备，其中该可变电容器被设置为基本上接近该最小电容值，在该金属屏蔽上的相对应的控制电压基本上接近零电压电平。7.如权利要求6所述的电感耦合等离子体刻蚀设备，其中设置该可变电容器，使得该电容成比例的相关于该金属屏蔽上的电压。8.如权利要求5所述的电感耦合等离子体刻蚀设备，还包括电动机，该电动机被设置为与该可变电容器接合，该电动机还被设置为控制该可变电容器。9.如权利要求1所述的电感耦合等离子体刻蚀设备，其中该电容器被用来控制该金属屏蔽上的电压，以最优地减少在该反应室窗的内表面上的溅射，同时基本上避免刻蚀副产物在该反应室窗的内表面上的沉积。10.如权利要求1所述的电感耦合等离子体刻蚀设备，其中该控制电路还包括第二电容器，与该线圈的输入端电连接；第三电容器，与该第二电容器电连接，该第三电容器用来接收RF功率；第四电容器，与该第一电容器、第二电容器和第三电容器电连接；以及接地端，与该第一电容器和第四电容器电连接。11.如权利要求1所述的电感耦合等离子体刻蚀设备，还包括配置于该线圈与该金属屏蔽之间的空间中的绝缘材料。12.如权利要求1所述的电感耦合等离子体刻蚀设备，还包括一保护衬垫，基本上配置于靠近该反应室窗的内表面。13.一种用于调整电感耦合等离子体刻蚀设备的法拉第屏蔽上的电压的方法，包含固定调谐电容器的电容至接近零操作电容，该调谐电容器连接到该电感耦合等离子体刻蚀设备的线圈；确定在该线圈上的节点的位置，该节点对应于当该调谐电容器固定至接近零操作电容时存在于该线圈上的RF驻波的节点；将该线圈电连接至金属屏蔽，其连接位置基本上靠近该节点的位置；以及调整该调谐电容器以得到在该金属屏蔽上的所需电压，该金属屏蔽上的所需电压适合于刻蚀工艺。14.一种用于调整如权利要求13所述的电感耦合等离子体刻蚀设备的法拉第屏蔽...

【专利技术属性】
技术研发人员：SP罗霍卡尔，A库蒂，AD拜利三世，
申请(专利权)人：兰姆研究有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]