一种等离子处理方法及等离子处理装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种等离子处理装置的等离子处理方法，所述等离子处理装置包括一个反应腔，反应腔内包括一个基座，具有不同射频频率输出的多个射频电源施加射频电场到所述反应腔内，所述多个射频电源中至少一个脉冲射频电源输出具有多个状态，所述处理方法包括：匹配频率获取步骤和脉冲处理步骤，在匹配频率获取步骤中切换脉冲射频电源的输出状态使反应腔具有脉冲处理步骤中会出现的多个阻抗。调节可变频射频电源的输出频率使之与出现的阻抗匹配，存储该调节后的多个输出频率为多个匹配频率，在后续的脉冲处理步骤中以存储的多个匹配频率来之间匹配快速切换的阻抗。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种等离子处理装置的等离子处理方法，所述等离子处理装置包括一个反应腔，反应腔内包括一个基座，具有不同射频频率输出的多个射频电源施加射频电场到所述反应腔内，所述多个射频电源中至少一个脉冲射频电源输出具有多个状态，所述处理方法包括：匹配频率获取步骤和脉冲处理步骤，在匹配频率获取步骤中切换脉冲射频电源的输出状态使反应腔具有脉冲处理步骤中会出现的多个阻抗。调节可变频射频电源的输出频率使之与出现的阻抗匹配，存储该调节后的多个输出频率为多个匹配频率，在后续的脉冲处理步骤中以存储的多个匹配频率来之间匹配快速切换的阻抗。【专利说明】一种等离子处理方法及等离子处理装置
本专利技术涉及一种等离子处理方法及等离子处理装置，更具体地，涉及一种用于给等离子处理装置供应射频功率的射频电源及射频电源的控制方法。
技术介绍
现有半导体加工中广泛采用等离子加工设备对半导体晶圆(wafer)进行加工，获得微观尺寸的半导体器件及导体连接。等离子设备常见的有电容耦合型(CCP)和电感耦合型(ICP)的反应腔，这些设备一般具有两个射频电源，其中一个用来电离通入反应腔内的反应气体使之产生等离子体， 另一个射频电源用来控制入射到晶圆表面的离子能量。如图1所示的等离子处理装置包括反应腔100，反应腔内包括一个基座22，基座内包括一个下电极。下电极上方包括一个待处理基片固定装置如静电夹盘21，晶圆20固定在静电夹盘21上表面。围绕静电夹盘和晶圆的还包括一个边缘环10。反应腔100内与基座相对的上方还包括一个气体喷淋头11，气体喷淋头连接到气源110，用于向反应腔内均匀的供气。气体喷淋头内还作为上电极与基座内的下电极相对形成电容耦合。一个第一射频电源31通过匹配器I电连接到下电极，一个第二射频电源32通过匹配器2电连接到下电极，第一和第二射频电源都具有固定的射频频率。由于等离子体的阻抗是会随着等离子体内气压、射频功率和等离子体浓度等参数的变化而变化的，所以需要持续的调节输入功率的参数和阻抗以最小化反射功率。在等离子处理过程中第一和第二射频电源31，32均向下电极供电，匹配器1，2分别通过内部的可动部件调节阻抗参数以最小化射频反射功率。同样也可以调节射频功率源31或31的频率以更快的调节输入阻抗。但是无论上述调节匹配器1，2中的阻抗还是射频功率源31，32内的频率都需要机械部件(如机械驱动的可变电容或可变电感)移动来实现。此外最小化反射功率时上述机械部件在任意方向移动然后根据反馈的反射功率值来控制机械部件进一步移动到合适的位置，所以这个扫匹配器描阻抗或射频电源频率的过程耗时很长，达到秒级，如大于I秒。现在很多等离子加工流程需要用到脉冲式等离子加工技术，在部分加工时段的射频电源不是持续供电的而是开通-关闭的交替进行或者高功率-低功率射频交替进行，其输出功率的波形呈脉冲式故称脉冲式等离子加工。交替的频率一般是在10K-100KHZ左右，而且开通-关闭的占空比也是可以调整的可以是在10%-90%范围内根据需要设定。这样每次开通、关闭或者高功率、低功率切换都会造成反应腔内阻抗迅速变化，而且每次变化的时间都是毫秒甚至微秒级的，上述情况采用匹配电路或者射频电源中的自动频率调谐(Autofrequency tuning)由于反应时间远不能达到毫秒级,所以均不能达到在脉冲式等离子加工的需求。因此基于上述原因，业界需要一种能够用现有硬件或者只对现有硬件条件作简单调整就能实现在脉冲式等离子加工时实现快速的阻抗匹配。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种提供适用于脉冲式等离子加工的一种等离子处理装置的等离子处理方法。本专利技术通过提供一种等离子处理装置的等离子处理方法，所述等离子处理装置包括一个反应腔，反应腔内包括一个基座，基座上固定待处理基片，还包括具有不同射频频率输出的多个射频电源施加射频电场到所述反应腔内，所述多个射频电源中至少一个脉冲射频电源输出功率具有多个功率状态，所述处理方法包括:匹配频率获取步骤和脉冲处理步骤，所述匹配频率获取步骤包括:所述多个射频电源分别同时输出射频电场到反应腔，调节其中的脉冲射频电源的输出为第一功率输出状态，使反应腔内具有第一阻抗，调节至少一个可变频射频电源中的变频元件，并获得第一匹配频率匹配所述第一阻抗；调节所述脉冲射频电源的输出为第二功率输出状态，使反应腔内具有第二阻抗，调节至少一个可变频射频电源中的变频元件，并获得第二匹配频率匹配所述第二阻抗；所述脉冲处理步骤包括:所述多个射频电源输出射频电场到反应腔，设定所述脉冲射频电源输出具有第一功率输出状态，同时设定所述可变频电源输出具有第一匹配频率；设定所述脉冲射频电源输出具有第二功率输出状态，同时设定所述可变频电源输出具有第二匹配频率。其中所述脉冲处理步骤中脉冲射频电源的输出功率状态切换时间小于0.5秒。所述调节至少一个可变频射频电源中的变频元件并获得第一或第二匹配频率的时间通常大于0.5秒，甚至大于I秒其中可变频射频电源中的变频原件可以是机械驱动的可变电感或可变电容。所述脉冲射频电源施加的第一功率输出状态时的输出功率小于所述第二功率输出状态输出功率的1/2，甚至第一功率输出状态时所述脉冲射频功率输出为零。所述脉冲射频电源可以是两个以上的，第一和第二脉冲射频电源输出叠加产生第三功率输出状态使反应腔具有第三阻抗，调节所述可变频电源中的变频原件获得第三匹配频率。其中第一或第二脉冲射频电源输出的功率在低功率输出时如果大于零，所述第一或第二脉冲射频电源可以同时是所述可变频脉冲射频电源。采用本专利技术方法控制的脉冲式等离子处理装置能够在不对硬件做很多改造情况下实现对高速交替的反应腔阻抗实现匹配，在进入脉冲式处理前以几秒的时间调谐可变频的射频电源，获取在脉冲式处理阶段会出现的阻抗相匹配的匹配频率，然后在脉冲处理阶段之间直接以所述匹配频率实现对脉冲式交替变化等离子反应腔内阻抗的匹配。其中脉冲射频电源也可以是输出频率的交替变换，使输出频率在第一输出频率和第二输出频率之间切换，该切换时间小于0.5秒。其中第一输出频率大于第二输出频率1.5倍。在脉冲射频电源输出状态进行切换时，进行变频动作的另一个可变频射频电源输出功率不变，但是反射功率和输出频率随着脉冲射频电源的输出状态同步变化。【专利附图】【附图说明】通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显:图1示出根据现有技术的所述等离子处理设备的结构示意图；图2示出根据本专利技术的第一实施例的第一第二射频电源输出功率示意图；图3示出根据本专利技术的第二实施例的第一第二射频电源输出功率示意图；【具体实施方式】下面结合附图，对本专利技术的【具体实施方式】作进一步的详细说明。如图2所示为本专利技术的第一个实施例，其中的第一射频电源RFl与第二射频功率代表图1中第一射频电源31和第二射频电源32的输出功率。在等离子加工过程中首先要点燃等离子体，然后可能经过一些过渡步骤进入主要的等离子加工步骤:连续处理阶段。由于等离子点燃等步骤是传统的现有技术，与本专利技术方法没有直接影响所以图2中仅以虚线表示。所以在连续处理阶段中第一射频电源(RFl)和第二射频电源RF2都是在高功率状态，直到反应腔内的光学探本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子处理装置的等离子处理方法，所述等离子处理装置包括一个反应腔，反应腔内包括一个基座，基座上固定待处理基片，还包括一个具有第一射频频率输出的第一射频电源和一个具有第二射频频率输出的第二射频电源施加射频电场到所述反应腔内，所述处理方法包括：匹配频率获取步骤和脉冲处理步骤，所述匹配频率获取步骤包括：第一射频电源施加高功率的射频电场到反应腔，同时第二射频电源施加的高功率射频电场，调谐所述第一射频电源的输出频率，获得使第一射频电源具有最小反射功率的第一匹配频率；第一射频电源施加高功率的射频电场到反应腔，同时第二射频电源施加的低功率射频电场，调谐所述第一射频电源的输出频率，获得使第一射频电源具有最小反射功率的第二匹配频率；所述脉冲处理步骤中第一射频电源施加高功率的射频电场到反应腔，第二射频电源施加到反应腔内的射频电场的功率在高功率和低功率之间切换，第一射频电源的输出频率同步的在第一匹配频率和第二匹配频率之间切换。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐蕾，倪图强，席朝晖，
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