本发明专利技术说明了一种用于均匀加工控制的等离子处理装置的多重甚高频射频频率的混频处理方法，该方法包含以下步骤：1、可调节等离子体浓度分布的等离子处理装置启动，下电极接收若干路甚高频射频信号和低频射频信号；2、射频比率控制器根据在待处理工件表面的等离子浓度分布要求调整各路甚高频射频信号的射频功率比率。本发明专利技术采用多重甚高频射频频率的混频，通过调节多路甚高频射频的输出比率，调节晶圆表面等离子体的密度分布，消除由于各种条件所造成的等离子体分布不均匀，改善晶圆表面刻蚀速率的均匀性加工控制，或实现按工艺要求通过调节甚高频频率的参数获得不同的等离子分布。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种半导体领域的晶圆制备技术，具体涉及一种用于均匀加工控制的等离子处理装置及其多重甚高频射频频率的混频处理方法。
技术介绍
目前，半导体产业领域中，晶圆(wafer)的生产流程中包含晶圆刻蚀工艺。如图I所示，图中说明了一种晶圆刻蚀加工工艺设备的结构，该设备中包含一个等离子处理装置，该等离子处理装置包含有等离子反应腔，等离子反应腔为一个密封内腔，保证晶圆刻蚀环境的密封性，防止晶圆刻蚀工艺过程中过多受外界环境影响，而降低晶圆刻蚀工艺质量。同时防止刻蚀采用的等离子体散逸到外界环境，造成工艺材料浪费，并降低刻蚀工艺的质量。等离子反应腔内还包含有基座2和聚焦环3，用于放置晶圆I等待处理工 件。等离子反应腔内还设有一对电极上电极和下电极4，上电极设置在等离子反应腔的上部，下电极4设置在基座2中。晶圆I进行刻蚀工艺时，将晶圆I放置在基座2上，晶圆I的侧边外环绕套设聚焦环3 (focus ring)，在对晶圆I进行刻蚀时，在晶圆I和聚焦环3上方分布用于刻蚀晶圆I的含氟的反应气体。基座2中设有下电极4，该下电极4电路连接有混频器(mixer)5，该混频器5分别电路连接有高频射频和低频射频，高频射频和低频射频在混频器5中混频并传输至下电极4。同样，上电极也连接射频。下电极4和上电极在等离子处理装置内的基座2周围产生高频射频和低频射频，高频射频将反应气体内的粒子转化为等离子体，同时低频射频对等离子体作电场力作用，调整等离子体的运动方向，将等离子体打在晶圆I表面上，辅助对晶圆I进行的刻蚀。其中，聚焦环3的内侧壁与晶圆I的外侧壁紧密贴合，该聚焦环3的外径等于或大于基座2上表面的半径，晶圆I和聚焦环3将基座2上表面完全遮蔽，防止等离子体打在基座2的上表面上对基座2表面进行刻蚀，保护基座2免受刻蚀损耗。根据驻波效应，射频源有效影响晶圆I表面等离子体的密度分布。由于等离子体的密度分布和晶圆I的刻蚀速率成正比，等离子体的密度越高刻蚀速率越高，等离子体的密度越低刻蚀速率越低。同时，晶圆I表面的等离子体的密度分布还受刻蚀工艺环境下温度和气流的影响。在温度和气流的影响下，晶圆I中央部分的密度减小，晶圆I的边缘部分的密度增大，导致晶圆I表面中央部分刻蚀速率下降，边缘部分刻蚀速率上升，使得晶圆I表面刻蚀速率不均匀，对晶圆I的刻蚀工艺造成影响。如图2所示，等离子处理装置中，下电极4与混频器5的输出端电路连接，混频器5的输入端电路连接有一个带通滤波器6和一个低通滤波器7，带通滤波器6的输入端连接有一个甚高频信号发生器8，该甚高频生成甚高频射频VHF输入带通滤波器6，低通滤波器7的输入端连接有一个低频信号发生器9，该低频信号发生器9生成低频射频LF输入低通滤波器7。该甚高频射频VHF是用来控制等离子体分布的，只需要有一个就可以工作。低频射频LF主要用于控制等离子体入射的能量，LF必须存在否则没法进行方向性刻蚀。现有技术中，其工作原理如下将一个甚高频射频VHF和低频射频信号LF输入混频器5。通过混频器5将甚高频射频VHF和低频射频信号LF混合并传输至下电极4，通过下电极4发射射频，将等离子体打在晶圆I表面上，辅助对晶圆I进行的刻蚀。甚高频射频VHF可采用两种甚高频射频RFl和RF2，其中，RF2的频率取值范围大于40MHZ小于IOOMHz,而RFl的频率范围也是大于40MHZ小于IOOMHz,且RFl频率取值小于RF2。低频射频LF为低频，其频率为2MHZ。射频混合的组合有两种RF和RF1，或者RF和RF2。根据晶圆I刻蚀工艺的需要，在该两种射频频率中选取需要的射频频率，并采用相应组合的混频。如图3所示，为RF和RF1，或者RF和RF2两种混频的射频下，晶圆I表面上刻蚀速率的分布图。RF和RFl的混频中，RF取2MHZ，RF1取40MHZ，如图所示，刻蚀速率的分布图为中部突起的曲线，说明为晶圆I中部凸起程度低的分布。RF和RF2的混频中，RF取2MHZ，RF2取IOOMHz，刻蚀速率的分布图为中部突起的曲线，说明晶圆I中部凸起程度高的分布。上述两种混频的方法，其射频输出固定，不能按生产需要调节输出。两种混频驱动下晶圆I表面刻蚀速率的分布曲线图,如图3中对比可见，甚高频射频的频率高的RF和RF2的混频，晶圆I表面刻蚀速率分布不均匀，晶圆I中部的刻蚀速率远快于晶圆I边缘的刻蚀速率。甚高频射频的频率低的RF和RFl的混频，刻蚀速率分布曲线较平缓，晶圆I中部的刻蚀速率略快于晶圆I边缘的刻蚀速率。由此可见，甚高频射频的频率高，晶圆I表面的等离子体浓度中间凸起程度高；甚高频射频的频率低，晶圆I表面的等离子体浓度中间凸起程度低。现有技术用一种甚高频(大于40Mhz)可以获得中间高边缘低的等离子浓度分布，但是由于刻蚀除了和等离子浓度相关外也和化学反应物浓度及自由基的浓度分布相关，通常由于气流都是向晶片边缘的约束环流的，所以边缘区域化学反应物浓度更高，为了获得更均一的刻蚀效果需要一个中间高边缘低的等离子浓度分布来补偿其它因素引起的刻蚀速率边缘高中间低的分布。传统的高频电源也能产生中间高边缘低的分布，但是其缺点在于，实际生产工艺中，需要按具体要求对晶圆实施多种不同刻蚀速率分布的刻蚀，但现有技术在适应不同刻蚀工艺时，由于只采用一种甚高频射频，其射频的频率固定，所以很难调 整，难以满足生产不同刻蚀速率的晶圆的工艺要求。
技术实现思路
本专利技术提供一种，通过采用多重甚高频射频混频产生等离子，调制甚高频射频频率的参数并获得不同的等离子分布，提高晶圆表面刻蚀速率均匀性，改善晶圆刻蚀工艺。为实现上述目的，本专利技术提供了一种可调节等离子体浓度分布的等离子处理装置，该装置包含一个等离子反应腔，该反应腔内包含一对电极，一对该电极之间设有待处理工件，一对电极中包含一个下电极，该下电极的输入端电路连接的混频器；其特点是，该装置还包含分别与混频器的输入端电路连接的若干个带通滤波器和一个低通滤波器； 每个上述的带通滤波器的输入端还电路连接有甚高频信号发生器，该甚高频信号发生器输出甚高频射频信号至带通滤波器； 上述的低通滤波器的输入端还电路连接有低频信号发生器，该低频信号发生器输出低频射频信号至低通滤波器； 该装置还包含有射频比率控制器，该射频比率控制器分别与若干个上述的甚高频信号发生器电路连接，控制若干路甚高频射频信号的输出功率比率。各路上述的甚高频射频信号之间具有从低到高不同频率； 上述的甚高频射频信号的频率取值范围大于40MHZ小于120MHZ。一种用于可调节等离子体浓度分布的等离子处理装置的处理方法，该等离子处理装置包含一个等离子反应腔，反应腔内设有一对电极，一对该电极之间设有待处理工件；一对电极中包含一个下电极，该下电极输入端电路连接有混频器，该混频器输入端电路连接有低通滤波器和若干个带通滤波器； 其特点是，该方法包含以下步骤 步骤I、可调节等离子体浓度分布的等离子处理装置启动，下电极接收若干路甚高频射频信号和低频射频信号； 步骤1.1、待处理工件设置在等离子反应腔中，等离子反应腔内充入反应气体后等离子处理装置启动； 步骤I. 2、若干路甚高频射频信号分别传输至若干个带通滤波器，该带通滤波器对甚高频射频信号进行滤波，低频频射频信号传输至低通滤波器，该低通本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可调节等离子体浓度分布的等离子处理装置，该装置包含一个等离子反应腔，该反应腔内包含一对电极，一对该电极之间设有待处理工件，一对该电极中包含一个下电极（4），所述的下电极（4）的输入端电路连接的混频器（5）；其特征在于，该装置还包含分别与所述的混频器（5）的输入端电路连接的若干个带通滤波器（6）和一个低通滤波器（7）；每个所述的带通滤波器（6）的输入端还电路连接有甚高频信号发生器（8），该甚高频信号发生器（8）输出甚高频射频信号至带通滤波器（6）；所述的低通滤波器（7）的输入端还电路连接有低频信号发生器（9），该低频信号发生器（9）输出低频射频信号至低通滤波器（7）；该装置还包含有射频比率控制器（10），该射频比率控制器（10）分别与若干个所述的甚高频信号发生器（8）电路连接，控制若干路甚高频射频信号的输出功率比率。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：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：
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