螺旋谐振器型等离子体处理设备制造技术

本发明专利技术公开了一种螺旋谐振器等离子体处理设备。该等离子体处理设备包括：处理室，该处理室具有衬底托架，该衬底托架支撑待处理的衬底；设置在处理室上以便与处理室的内部空间相连通的介电管；围绕介电管的外管缠绕的螺旋线圈；以及向螺旋线圈供给ＲＦ功率的ＲＦ电源。介电管为双管形式，包括内管和外管。而在外管内设置等离子体源气体入口，用以将等离子体源气体供给到内管和外管之间的空间内。在介电管内设置控制电极，用以控制等离子体电势。这种等离子体处理设备提供了沿晶片径向的均匀等离子体密度分布，并易于控制处理室内的等离子体电势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种等离子体处理设备，并尤其涉及一种利用螺旋线圈(helix coil)的螺旋谐振器型等离子体处理设备。
技术介绍
目前，等离子体源在半导体工业中广泛用于处理精细半导体器件或平面显示面板。即，等离子体源越来越成为蚀刻薄膜或为了制造半导体器件而在晶片表面上沉积预定的薄材料膜或者为了制造诸如LCD的平板显示器而在衬底上沉积预定的薄材料膜中不可或缺的工具。于是，处理等离子体源的设备的发展成为半导体工业的核心需求。近年来，随着半导体技术的迅猛发展，半导体器件的集成密度已经快速提高。而且，为了提高处理效率，必须增加制造半导体器件的晶片的直径。为了满足这些工业需求，对于蚀刻或沉积非常薄的膜来说，确保等离子体均匀性是必不可少的。为了这个目的，在等离子体产生机制，如电感耦合等离子体(ICP)机制、电子回旋共振机制、螺旋波等离子体机制以及螺旋谐振器等离子体机制方面，已经积极开展了各种尝试来以低温下的正规生产(normal production)获得高密度和更高密度均匀性的等离子体源。在上述等离子体产生机制中，已经发现螺旋型谐振器是在低温下触发(igniting)和保持高密度等离子体的最适当的辐射源。尤其是，由螺旋型谐振器的结构特性而造成的飞溅颗粒的方向性为蚀刻设备提供了更高的适用性。尽管具有如此的结构优点，但是由于在处理室内难于确保在晶片径向上的等离子体密度均匀性，螺旋谐振器型等离子体源并未广泛用于蚀刻或沉积的半导体处理中。图1是传统螺旋谐振器等离子体处理设备的局部剖开透视图的示意图，而图2示出在处理室内靠近衬底的等离子体密度分布。参照图1，螺旋线圈20围绕介电管10缠绕，该介电管10通常由石英制成。用于供给等离子体源气体的气体入口12形成在介电管10的上部上。螺旋线圈20的下端接地，同时上端开路。在螺旋线圈20的预定位置上形成一个抽头22，RF电源26经匹配网络24连接到该抽头22上。金属圆筒30围绕螺旋线圈20放置。金属圆筒30、螺旋线圈20和介电管10同轴设置在处理室40内。处理室40保持在真空状态下。为此目的，连接到真空泵49上的真空吸取口48形成在处理室40的底壁上。用于支撑待处理的晶片50的晶片托架42设置在处理室40的下部。晶片托架42连接到RF电源46上，用于经由匹配网络44将偏压功率施加到晶片托架42上。当等离子体源气体通过气体入口12提供到介电管10内且由RF电源26产生的RF功率经匹配网络24和抽头22供给到螺旋线圈20上时，在介电管10内产生高密度等离子体。所产生的等离子体在处理室40内朝要处理的晶片50散射，用来或是通过于晶片化学反映而蚀刻或是在晶片50的表面上沉积预定的材料膜。高密度等离子体在具有相对小直径的介电管10内产生，并且漫射到具有相对大直径的处理室40内，漫射到处理室40内的高密度等离子体主要竖直地朝向晶片50行进，并且也在一定程度上沿径向行进。然而，如图2所示，尽管由在螺旋谐振器内产生的等离子体的方向性造成的径向漫射，晶片50的等离子体密度在其中心部分较高。这意味着沿着晶片50径向的等离子体密度分布不均匀。即，传统螺旋谐振器等离子体处理设备在沿晶片50的径向上获得均匀的等离子体密度上存在困难。尤其是，当晶片5直径较大时，这个问题尤为严重。等离子体密度的非均匀性会在蚀刻深度以及沉积在晶片50上的材料的膜厚度方面产生差异。这些问题会显著降低半导体器件的质量以及生产率。同时，需要根据处理类型或处理条件对所产生的等离子体电势加以适当控制。例如，当相对高的偏压电势从连接到晶片托架42的RF电源46施加到晶片50上时，会在具有高纵横比的薄膜的边缘上产生陡壁效应(cliffing effect)，这是由于应力集中在边缘上所致。为了避免陡壁效应，需要提高等离子体电势并降低偏压电势。相反，为了更高的加工精度，对于蚀刻或沉积纳米单位的薄膜来说，保持等离子体电势低是必须的。然而，传统螺旋谐振器等离子体处理设备在针对特别处理和处理条件而充分控制等离子体电势方面存在缺陷。于是，需要一种能够确保高等离子体密度、维持均匀的等离子体密度分布并易于控制等离子体电势的等离子体处理设备。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种螺旋谐振器型等离子体处理设备，该设备被构造成改善靠近晶片的等离子体的密度均匀性，并在处理室内易于控制等离子体电势。根据本专利技术的一个方面，螺旋谐振器等离子体处理设备包括处理室，该处理室具有衬底托架，该衬底托架支撑待处理的衬底；介电管，该介电管设置在处理室上，以便与处理室的内部空间相连通，该介电管包括内管、围绕内管的外管、以及设置在外管上用来将等离子体源气体供给到处理室的内管和外管之间的内部空间中的源气体入口；围绕介电管的外管缠绕的螺旋线圈；以及RF电源，用于将RF功率提供给螺旋线圈。根据本专利技术的另一方面，螺旋谐振器等离子体处理设备还包括设置在介电管内的控制电极，用以控制在介电管内产生的等离子体电势，并包括可变DC电源，用以向控制电极施加预定电势。控制电极优选地设置在内管的上部和外管的上部之间。优选的是，控制电极设置在源气体入口之下，并具有多个孔，源气体可以通过这些孔。优选的是，具有多个孔的等离子体分配器(plasma distributor)设置在介电管的下部。在这种情况下，等离子体分配器优选地形成为与内管和外管之间的空间相对应的环形。优选的是，一个螺旋线圈端部接地，而另一端部电开路，并且开路这端缠绕到陶瓷件中。优选的是，在螺旋线圈的不同位置处形成多个抽头，而将RF功率选择性施加到抽头上的开关设置在抽头和RF电源之间。在这种情况下，多个抽头中的每个抽头设置在螺旋线圈的每隔一圈上。优选的是，螺旋线圈具有方形横截面形状。围绕螺旋线圈设置一个金属圆筒。将螺旋线圈产生的热量耗散到外部的辐射风扇(radiation fan)设置在金属圆筒内侧，而在金属圆筒的盖上可以形成多个将空气排到外侧的多个孔。根据本专利技术的另一方面，螺旋谐振器等离子体处理设备还包括多个磁铁，这些磁铁围绕处理室的内周设置，间隔开预定距离。靠近处理室的内周可以设置圆柱形的磁铁支撑单元，以支撑多个磁铁，优选地，在磁铁支撑单元上形成多个狭槽，以便将每个磁铁插入到狭槽中。优选地，在磁铁支撑单元上设置冷却磁铁的冷却线路(cooling line)。优选地，在磁铁支撑单元的内侧上设置圆柱形状的保护单元，以保护磁铁不受等离子体影响。根据本专利技术另一方面，螺旋谐振器等离子体处理设备还包括工艺气体注入单元，用以注入加工放置在处理室内的晶片的工艺气体。优选地，工艺气体注入单元包括通过处理室的侧壁安装的气体入口、设置在处理室内的环形喷射器、以及形成在喷射器内用以将工艺气体从气体入口分配到处理室内的多个气体分配孔。RF电源可以通过匹配网络连接到螺旋线圈上。衬底托架连接到偏压电源上，偏压电源是RF电源，而RF电源优选地经由匹配网络电连接到衬底托架上。根据本专利技术的另一方面，螺旋谐振器等离子体处理设备包括具有衬底托架以支撑待处理的衬底的处理室；设置在处理室内以便与处理室的内部空间相连通的介电管，在该介电管内设置源气体入口，以供给等离子体源气体；围绕介电管缠绕的螺旋线圈；将RF功率供给螺旋线圈的RF电源；设置在介电管内的控制电极，以控制介电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种螺旋谐振器型等离子体处理设备，包括：处理室，该处理室具有衬底托架，该衬底托架支撑待处理的衬底；具有双管形式的介电管，该介电管设置在处理室上，以便与处理室的内部空间相连通，该介电管包括：内管，围绕内管的外管，以及源气体入口，该源气体入口设置在外管上，以便将等离子体源气体供给到内管和外管之间的空间内；螺旋线圈，该螺旋线圈围绕介电管的外管缠绕；以及ＲＦ电源，该ＲＦ电源向螺旋线圈供给ＲＦ功率。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：金大一，马东俊，金国闰，崔圣圭，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]