等離子體刻蝕裝置制造方法
【專利摘要】一種等離子體刻蝕裝置，包括：工藝腔；位于所述工藝腔內(nèi)的第一電極、第二電極，第一電極與第二電極相對(duì)放置，所述第一電極包括至少兩塊極板；激勵(lì)射頻單元，激勵(lì)射頻單元的數(shù)目與極板的數(shù)目相等，各個(gè)極板與各個(gè)激勵(lì)射頻單元一對(duì)一電連接，所述激勵(lì)射頻單元用于通過(guò)第一電極的各個(gè)極板向工藝腔內(nèi)的刻蝕氣體提供激勵(lì)能量。通過(guò)設(shè)置所述各個(gè)激勵(lì)射頻單元的輸出頻率不同，或所述各個(gè)激勵(lì)射頻單元的發(fā)射射頻之間存在相位差，或者發(fā)射射頻的頻率、相位均不同，該裝置可以避免工藝腔內(nèi)的電磁波發(fā)生相向傳播而發(fā)生相干性產(chǎn)生駐波。減弱甚至消除工藝腔內(nèi)的駐波效應(yīng)，可以獲得高密度均勻性的等離子體，達(dá)到對(duì)大尺寸晶圓的均勻性刻蝕。
【專利說(shuō)明】等離子體刻蝕裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其涉及一種等離子體刻蝕裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，等離子體刻蝕作為一種常用的晶圓刻蝕工藝，以適當(dāng)?shù)臍怏w作為刻蝕氣體，通過(guò)能量源，例如高頻容性耦合RF發(fā)生器或者高頻感性耦合RF發(fā)生器激勵(lì)刻蝕氣體形成等離子體，然后用所述等離子體刻蝕沒(méi)有光刻掩膜的區(qū)域，即可在晶圓中形成所需要的圖形。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，參考圖1，等離子體刻蝕裝置主要包括:具有開(kāi)口 11的工藝腔18，該開(kāi)口 11用于刻蝕氣體的輸入；位于工藝腔18內(nèi)的上極板12,下極板14 ;直流電源13, —端與上極板12連接，另一端接高頻容性耦合RF發(fā)生器15 ;高頻容性耦合RF發(fā)生器15的另一端接低頻容性耦合RF發(fā)生器16 ;低頻容性耦合RF發(fā)生器16的另一端通過(guò)電容17與下極板14連接。其中，高頻容性耦合RF發(fā)生器15與低頻容性耦合RF發(fā)生器16之間的連接導(dǎo)線接地，晶圓(未標(biāo)出)水平放置在下極板14上。
[0004]該裝置工作時(shí)，刻蝕氣體通過(guò)開(kāi)口 11進(jìn)入工藝腔18，高頻容性耦合RF發(fā)生器15發(fā)射的射頻通過(guò)上極板12在工藝腔18內(nèi)產(chǎn)生振蕩強(qiáng)電場(chǎng)。該振蕩強(qiáng)電場(chǎng)激勵(lì)刻蝕氣體產(chǎn)生等離子體，并加速等離子體中的正離子，轟擊置于下極板14上的晶圓(未標(biāo)出)。其中，電容17阻止高頻振蕩信號(hào)通過(guò)而影響下極板14。
[0005]具體工作時(shí)，低頻容性耦合RF發(fā)生器16用來(lái)控制下極板14附近的轟擊正離子的能量。在實(shí)際操作中，關(guān)閉高頻容性耦合RF發(fā)生器15的同時(shí)，通過(guò)設(shè)置合適的低頻容性耦合RF發(fā)生器16的頻率參數(shù)，以增大轟擊正離子的能量，從而獲得較高的刻蝕速率；或者通過(guò)調(diào)節(jié)低頻容性耦合RF發(fā)生器16的頻率，以減小轟擊正離子的能量，從而防止正離子能量過(guò)大而可能損傷晶圓基片表面。在實(shí)際操作中，可以根據(jù)需要增加低頻容性耦合RF發(fā)生器的數(shù)量，以達(dá)到更好的轟擊效果。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中，還可以用直流偏置電源替換低頻容性耦合RF發(fā)生器，或者增加直流偏置電源，直流偏置電源與下極板連接，通過(guò)該直流偏置電源控制等離子體中轟擊正離子的能量。因此可以根據(jù)實(shí)際需要選擇低頻偏置電源或者直流偏置電源。
[0007]更多關(guān)于等離子體刻蝕裝置的內(nèi)容可以參見(jiàn)2009年4月29日公開(kāi)的EP2053630A2號(hào)歐洲專利文獻(xiàn)。
[0008]利用現(xiàn)有的等離子體刻蝕裝置對(duì)250mm或者300mm晶圓進(jìn)行刻蝕時(shí)，如果需要獲得高密度、大面積的等離子體，必須增大高頻RF發(fā)生器的射頻頻率。然而，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，隨著頻率增大(27.1MHz，60MHz，160MHz)，會(huì)出現(xiàn)晶圓刻蝕剖面(刻蝕剖面是指被刻蝕圖形的側(cè)壁形狀)不均勻的問(wèn)題，從而得到有瑕疵的半導(dǎo)體芯片，降低芯片的性能，甚至?xí)?dǎo)致芯片無(wú)法工作。尤其是，當(dāng)現(xiàn)代半導(dǎo)體工藝在向著450nm晶圓，甚至更大尺寸晶圓邁進(jìn)，現(xiàn)有的等離子體刻蝕裝置所存在的缺陷制約了技術(shù)進(jìn)步。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明解決的問(wèn)題是現(xiàn)有技術(shù)的等離子體刻蝕裝置在刻蝕工藝中會(huì)產(chǎn)生晶圓刻蝕不均勻的問(wèn)題。
[0010]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種等離子體刻蝕裝置，包括:工藝腔；位于所述工藝腔內(nèi)的第一電極、第二電極，第一電極與第二電極相對(duì)放置，第一電極包括至少兩塊極板；激勵(lì)射頻單元，激勵(lì)射頻單元的數(shù)目與極板的數(shù)目相等，各個(gè)極板與各個(gè)激勵(lì)射頻單元一對(duì)一電連接，所述激勵(lì)射頻單元用于通過(guò)第一電極的各個(gè)極板向工藝腔內(nèi)的刻蝕氣體提供激勵(lì)能量。
[0011]可選的，所述第一電極的每塊極板為封閉式環(huán)形結(jié)構(gòu)，各個(gè)極板之間通過(guò)環(huán)套方式排列。
[0012]可選的，所述各個(gè)極板的封閉式環(huán)形結(jié)構(gòu)為矩形環(huán)結(jié)構(gòu)或者圓環(huán)形結(jié)構(gòu)。
[0013]可選的，第一電極包括一塊平面極板和至少一塊封閉式環(huán)形極板，各個(gè)極板通過(guò)環(huán)套方式排列，其中，封閉式環(huán)形極板包圍平面極板。
[0014]可選的，第一電極的各個(gè)極板為弧形結(jié)構(gòu)，其凹面與第二電極相對(duì)；或者所述第二電極為弧形結(jié)構(gòu)，其凹面與第一電極相對(duì)；或者第一電極的各個(gè)極板和第一電極均為弧形結(jié)構(gòu)，所述各個(gè)極板的凹面與第二電極相對(duì)，第二電極的凹面與第一電極相對(duì)。
[0015]可選的，等離子體刻蝕裝置還包括:偏置電源，與第二電極電連接。
[0016]可選的，第二電極包括至少兩塊極板，第二電極的極板數(shù)目與第一電極的極板數(shù)目相同，第一電極的極板與第二電極的極板在工藝腔內(nèi)一一相對(duì)；所述偏置電源的數(shù)目與所述第二電極的極板的數(shù)目相等，第二電極的各個(gè)極板與各個(gè)偏置電源一對(duì)一電連接。
[0017]可選的，所述第二電極的各個(gè)極板的相鄰邊緣之間留有空隙。
[0018]可選的，所述構(gòu)成第二電極的每塊極板均為封閉式環(huán)形結(jié)構(gòu)，第二電極的每塊極板之間通過(guò)環(huán)套方式排列。
[0019]可選的，構(gòu)成第二電極的各個(gè)極板的封閉式環(huán)形結(jié)構(gòu)為矩形環(huán)結(jié)構(gòu)或者圓環(huán)形結(jié)構(gòu)。
[0020]可選的，第二電極包括一塊平面極板和至少一塊封閉式環(huán)形極板，第二電極的所有極板通過(guò)環(huán)套方式排列，其中，第二電極的封閉式環(huán)形極板包圍平面極板。
[0021]可選的，所述第二電極的各個(gè)極板為弧形結(jié)構(gòu)，凹面與第一電極相對(duì)。
[0022]可選的，所述偏置電源包括:低頻容性耦合射頻發(fā)生器或直流電源，或者包括低頻容性耦合射頻發(fā)生器和直流電源。
[0023]可選的，所述每個(gè)激勵(lì)射頻單元包括:高頻容性耦合射頻發(fā)生器，或者高頻感性耦合射頻發(fā)生器。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0025]本發(fā)明的等離子體刻蝕裝置，第一電極由至少兩塊極板構(gòu)成，激勵(lì)射頻單元的數(shù)目與極板的數(shù)目相等，各個(gè)極板與各個(gè)激勵(lì)射頻單元一對(duì)一電連接。所述激勵(lì)射頻單元通過(guò)第一電極的各個(gè)極板向進(jìn)入工藝腔內(nèi)的刻蝕氣體提供激勵(lì)能量，激勵(lì)氣體產(chǎn)生等離子體。其中，通過(guò)預(yù)先設(shè)定，或在實(shí)際操作中根據(jù)工藝腔內(nèi)等離子體的密度調(diào)節(jié)各個(gè)激勵(lì)射頻單元發(fā)射的射頻頻率、相位，使各個(gè)激勵(lì)射頻單元發(fā)射的射頻頻率不同，或者發(fā)射的射頻之間存在相位差，或者兩者均不同。由于可以使各個(gè)激勵(lì)射頻單元發(fā)射的射頻頻率、相位兩者之中至少一個(gè)是不相同的，因此可以減弱工藝腔內(nèi)電磁波的相干性，從而可以減弱甚至消除了工藝腔內(nèi)的駐波效應(yīng)，使得工藝腔內(nèi)的電場(chǎng)分布更加均勻，在工藝腔內(nèi)產(chǎn)生的等離子體的密度分布更加均勻，進(jìn)而對(duì)晶圓的刻蝕速率的均勻性也會(huì)改善，最終獲得具有較高刻蝕均勻性的半導(dǎo)體芯片。進(jìn)一步地，該發(fā)明的等離子體刻蝕裝置滿足了對(duì)大尺寸晶圓，例如450mm晶圓的刻蝕工藝對(duì)高度的密度均勻性、大面積等離子體的需求，是450mm晶圓半導(dǎo)體工藝在技術(shù)上的一大突破，促進(jìn)半導(dǎo)體工藝的快速發(fā)展。
[0026]具體實(shí)施例中，構(gòu)成第一電極的各個(gè)極板為弧形結(jié)構(gòu)或者第二電極為弧形結(jié)構(gòu)，或者兩者均為弧形結(jié)構(gòu)。其中，第一電極的各個(gè)極板的凹面與第二電極相對(duì)，第二電極的凹面與第一電極相對(duì)。通過(guò)改進(jìn)第一電極、第二電極的形狀，進(jìn)一步改變了工藝腔內(nèi)傳播的電磁波的方向，從而達(dá)到更好地消除相干性，以更好的減弱甚至消除駐波，從而可以獲得密度均勻性更好、大面積的等離子體。
[0027]具體實(shí)施例中，通過(guò)設(shè)置偏置電源與第二電極電連接，在工藝腔內(nèi)形成沿垂直于第二電極方向傳播的電場(chǎng)，進(jìn)一步改變工藝腔內(nèi)的等離子體中的電子運(yùn)動(dòng)方向，從而改變了由電子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電磁波的傳播方向，可以進(jìn)一步消除相干和駐波，更進(jìn)一步增加了等離子體的密度均勻性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的等離子體刻蝕裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例的等離子體刻蝕裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3是圖2的本發(fā)明的實(shí)施例的等離子體刻蝕裝置的第一電極沿W方向的剖面圖；
[0031]圖4是圖2的本發(fā)明的另一實(shí)施例的等離子體刻蝕裝置的第一電極沿A-A'方向的剖面圖；
[0032]圖5是圖2的本發(fā)明的又一實(shí)施例的等離子體刻蝕裝置的第一電極沿k~k'方向的剖面圖；
[0033]圖6是本發(fā)明第二實(shí)施例的等離子體刻蝕裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖7是本發(fā)明第三實(shí)施例的等離子體刻蝕裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖8是本發(fā)明第四實(shí)施例的等離子體刻蝕裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖9是本發(fā)明第五實(shí)施例的等離子體刻蝕裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖10是本發(fā)明第六實(shí)施例的等離子體刻蝕裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]根據(jù)熟知的定標(biāo)關(guān)系，等離子體密度正比于驅(qū)動(dòng)電源頻率的平方和施加的激勵(lì)電壓。在刻蝕具有較大表面積的晶圓時(shí)，為了獲得高密度、大面積的等離子體，通常會(huì)增大驅(qū)動(dòng)電源的頻率值。發(fā)明人經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn):隨著頻率超過(guò)27.1MHz，檢測(cè)到工藝腔內(nèi)出現(xiàn)了駐波效應(yīng)，該駐波效應(yīng)的存在導(dǎo)致了不均勻的刻蝕效果。發(fā)明人經(jīng)過(guò)進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)生駐波的原因。
[0039]參考圖1，高頻容性耦合RF發(fā)生器15通過(guò)上極板12在工藝18腔內(nèi)產(chǎn)生振蕩強(qiáng)電場(chǎng)。等離子體中的電子在振蕩強(qiáng)電場(chǎng)的作用下高速運(yùn)動(dòng)，從而在工藝腔18內(nèi)產(chǎn)生各向傳播的電磁波。但是，發(fā)明人監(jiān)測(cè)到，隨著RF發(fā)生器15的射頻頻率超過(guò)27.1MHz，電磁波的波長(zhǎng)明顯減小。當(dāng)電磁波的波長(zhǎng)與上極板12的尺寸相當(dāng)時(shí)，會(huì)在工藝腔18的中心部位激發(fā)一個(gè)沿平行于上極板平面方向傳播的電磁波，即駐波，從而使得工藝腔18的中心部位的電場(chǎng)強(qiáng)度高于工藝腔其他部位的電場(chǎng)強(qiáng)度，使得沿平行于上極板平面方向的等離子體密度分布不均勻，繼而造成等離子體中的轟擊正離子的數(shù)目密度、以及能量密度沿平行于上極板平面方向的分布亦不均勻，則等離子體刻蝕速率亦不均勻，最終在沿晶圓徑向(指沿晶圓半徑的方向)上造成刻蝕率和刻蝕剖面(指晶圓的被刻蝕圖形的側(cè)壁形狀)的不均勻性。
[0040]另一方面，入射到上極板12上的電磁波與上極板12反射的電磁波之間、入射到工藝腔18的腔壁上的電磁波與腔壁反射的電磁波之間、以及入射到下極板14上的電磁波與下極板14反射的電磁波之間會(huì)因相向傳播而發(fā)生相干性，從而進(jìn)一步產(chǎn)生駐波，也同樣影響到刻蝕的均勻性效果。
[0041]基于以上原因，本發(fā)明提供一種等離子體刻蝕裝置，消除駐波效應(yīng)。
[0042]為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。但是，本發(fā)明可實(shí)施為許多不同形式，不應(yīng)認(rèn)為是限制于在此提出的示例性實(shí)施例。此外，提供這些實(shí)施例使得公開(kāi)的內(nèi)容清楚、完整，能夠?qū)⒈景l(fā)明的范圍全部傳導(dǎo)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。附圖中為了清楚起見(jiàn)，可將元件的形狀夸大。整個(gè)說(shuō)明書中相同的附圖標(biāo)記表示相似的元件。對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中公知的功能和結(jié)構(gòu)，在本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明書中不作進(jìn)一步的討論，以避免不必要地造成本發(fā)明要點(diǎn)的不清楚。
[0043]第一實(shí)施例
[0044]參考圖2，第一實(shí)施例中，等離子體刻蝕裝置包括:具有開(kāi)口 21的工藝腔28 ;位于所述工藝腔28內(nèi)的第一電極22a、第二電極24a，所述第一電極與第二電極相對(duì)放置，所述第一電極位于所述工藝腔的頂部，其中第一電極22a包括極板221a和極板222a ;激勵(lì)射頻單元，激勵(lì)射頻單元的數(shù)目與極板的數(shù)目相等，各個(gè)極板與各個(gè)激勵(lì)射頻單元一對(duì)一電連接，所述激勵(lì)射頻單元用于通過(guò)第一電極的各個(gè)極板向工藝腔內(nèi)的刻蝕氣體提供激勵(lì)能量，在該第一實(shí)施例中，包括兩個(gè)激勵(lì)射頻單元，分別為與所述極板221a電連接的激勵(lì)射頻單元251，與極板222a電連接的激勵(lì)射頻單元252，所述激勵(lì)射頻單元251、252的另一端接地；第二電極24a，晶圓(未標(biāo)出)放置在第二電極24a上。
[0045]結(jié)合參考圖2、圖3和圖4，在本實(shí)施例中，極板221a為封閉式環(huán)形結(jié)構(gòu)，極板222a為平面極板結(jié)構(gòu)，兩者以環(huán)套方式排列，即極板222a處于極板221a的中心區(qū)域，相鄰極板之間留有空隙23。在圖3所示的實(shí)施例中，極板221a為封閉式圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，極板222a為圓形平面極板結(jié)構(gòu)。在圖4所示的實(shí)施例中，極板221a為矩形環(huán)狀結(jié)構(gòu)，極板222a為矩形平面極板結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中，環(huán)形結(jié)構(gòu)的極板221a的形狀不限于圓環(huán)形、矩形環(huán)，可以為各種環(huán)形結(jié)構(gòu)。平面極板結(jié)構(gòu)的極板222a的形狀不限于圓形平面極板、矩形平面極板，可以為各個(gè)形狀的平面極板。
[0046]以上列舉了第一電極包括兩個(gè)極板的情形，但第一電極不限于兩個(gè)極板，當(dāng)為三個(gè)以上極板時(shí)，其中一塊為平面極板，其余為封閉式環(huán)形極板，各個(gè)極板通過(guò)環(huán)套方式排列，封閉式環(huán)形極板包圍平面極板，即各個(gè)環(huán)形極板一環(huán)套一環(huán)，平面極板位于最內(nèi)環(huán)極板的中心區(qū)域。
[0047]以上列舉了第一電極的各個(gè)極板中，一塊為平面極板，其余為封閉式環(huán)形極板的情形，第一實(shí)施例中，也可以為各個(gè)極板均為封閉式環(huán)形結(jié)構(gòu)，各個(gè)環(huán)形極板之間通過(guò)環(huán)套方式排列，即各個(gè)環(huán)形極板一環(huán)套一環(huán)。參考圖5,第一電極的極板221a、222a均為封閉式圓環(huán)結(jié)構(gòu)，兩者以環(huán)套方式排列。圖5所示的實(shí)施例，第一電極包括兩個(gè)極板，但第一極板的數(shù)量可以為三個(gè)以上包括三個(gè)。
[0048]在第一實(shí)施例中，構(gòu)成第一電極的各個(gè)極板不限于以上列舉的實(shí)例，第一電極的各個(gè)極板可以均為平面結(jié)構(gòu)，例如矩形的平面結(jié)構(gòu)。各個(gè)極板在同一平面上排列，而且，各個(gè)極板之間具有空隙。在實(shí)踐中可以根據(jù)所刻蝕晶圓的尺寸或者其他需要，將第一電極設(shè)置為包括三塊或三塊以上極板，并且設(shè)計(jì)合適的極板形狀。
[0049]第一實(shí)施例中，激勵(lì)射頻單元251、252可以選擇高頻容性耦合RF發(fā)生器或者高頻感性耦合RF發(fā)生器，可以根據(jù)實(shí)際需求選擇他們的頻率范圍，例如可以選擇它們的射頻頻率范圍為 27.lMHz-160MHzo
[0050]對(duì)該實(shí)施例的裝置，刻蝕氣體通過(guò)開(kāi)口 21、所述第一電極22a的兩側(cè)及極板221a和222a之間的空隙23進(jìn)入工藝腔28。相比于現(xiàn)有裝置的僅有電極與工藝腔之間的空隙允許氣體進(jìn)入，使得氣體可以更快地進(jìn)入到工藝腔中，并且在工藝腔中的分布也更加均勻。
[0051]對(duì)該實(shí)施例的裝置，由于第一電極22a包括互相獨(dú)立的兩塊極板221a、222a，相對(duì)于只有一塊極板時(shí)，各個(gè)極板的尺寸減小了。則在使用高頻或者超高頻(2GHz，3GHz)激勵(lì)射頻單元時(shí)，相比于現(xiàn)有裝置，極板的尺寸遠(yuǎn)小于工藝腔28內(nèi)傳播的電磁波的波長(zhǎng)，相對(duì)傳播的電磁波不會(huì)發(fā)生相干性，避免了在工藝腔28內(nèi)的中心區(qū)域產(chǎn)生駐波，從而減弱甚至消除了在工藝腔28中產(chǎn)生的駐波效應(yīng)。
[0052]由于駐波是由振動(dòng)頻率、相位相同的相向傳播的兩列波發(fā)生相干而產(chǎn)生的，因此，在刻蝕過(guò)程開(kāi)始之前，可以預(yù)先設(shè)定激勵(lì)射頻單元251、252的射頻頻率、相位，或者在刻蝕過(guò)程中根據(jù)工藝腔28內(nèi)的等離子體密度變化調(diào)整所述射頻單元的頻率、相位，使得它們之間的射頻頻率不同、或者存在相位差、或者同時(shí)存在不同頻率和相位差。從而避免了極板221a和222a上的入射電磁波與各個(gè)極板上的反射電磁波的相干性、工藝腔28的兩側(cè)腔壁上的入射電磁波與腔壁上的反射電磁波的相干性、以及第二電極24a上的入射電磁波與第二電極24a上的反射電磁波的相干性，消除了駐波效應(yīng)。
[0053]由于消除了駐波效應(yīng)，因此所產(chǎn)生的等離子體的密度分布更加均勻，可以獲得高密度均勻的、大面積的等離子體。均勻的等離子體使得刻蝕速率更加均勻，并最終實(shí)現(xiàn)晶圓的精確刻蝕，得到理想的刻蝕圖形。尤其是可以滿足對(duì)大尺寸晶圓，例如450mm晶圓的高均勻性刻蝕要求。
[0054]第二實(shí)施例
[0055]參考圖6，第二實(shí)施例中，等離子體刻蝕裝置包括:與第二電極24b電連接的低頻容性耦合RF發(fā)生器261和直流電源262，低頻容性耦合RF發(fā)生器261和直流電源262的另一端接地。其中，低頻容性耦合RF發(fā)生器261通過(guò)向第二電極24b提供偏置電壓，在工藝腔28內(nèi)形成低頻振蕩電場(chǎng)；直流電源262通過(guò)向第二電極24b提供偏置電壓，在工藝腔28內(nèi)形成穩(wěn)定電場(chǎng)。在該工藝腔28內(nèi)傳播的低頻振蕩電場(chǎng)和穩(wěn)定電場(chǎng)可以改變工藝腔28內(nèi)等離體中電子的運(yùn)動(dòng)方向，從而改變了工藝腔28內(nèi)由于電子的高速運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的部分電磁波的傳播方向，這可以進(jìn)一步減弱甚至消除駐波效應(yīng)。第一電極22b包括兩個(gè)極板221b和222b，各個(gè)極板的形狀、位置關(guān)系與第一實(shí)施例中第一電極的兩個(gè)極板的形狀、位置關(guān)系相同，在此不做詳述。與極板221b、222b電連接的激勵(lì)射頻單元251、252的設(shè)置、位置關(guān)系與第一實(shí)施例相同，在此不作贅述。第二實(shí)施例，與第一實(shí)施例相比，增加了低頻容性耦合RF發(fā)生器261、直流電源262，其他與第一實(shí)施例相同。
[0056]另外，低頻容性耦合RF發(fā)生器261或者直流電源262可以通過(guò)增大等離子體中的轟擊正離子的能量，提高刻蝕速率；或者通過(guò)減小第二電極24b附近的轟擊正離子的動(dòng)能，避免使用高頻或者超高頻激勵(lì)射頻電源時(shí)，等離子體所產(chǎn)生的高能轟擊正離子可能造成的對(duì)晶圓的過(guò)刻蝕，損傷介質(zhì)層。最終實(shí)現(xiàn)在工藝腔28中的正離子的能量密度的高均勻性。使用該實(shí)施例的裝置，實(shí)現(xiàn)了工藝腔28內(nèi)的等離子體密度和正離子能量密度的高度均勻，確保了刻蝕均勻性的較佳效果。
[0057]在具體的實(shí)踐操作中，可以根據(jù)需要預(yù)先設(shè)定低頻容性耦合RF發(fā)生器261的頻率值或直流電源262的電壓值；或者在刻蝕過(guò)程中，調(diào)節(jié)低頻容性耦合RF發(fā)生器261頻率值或直流電源262電壓值，以進(jìn)一步消除駐波效應(yīng)或者控制轟擊正離子的能量。其中，低頻容性耦合RF發(fā)生器261的射頻頻率范圍為2-13.67MHz，直流電源的電壓范圍為0-1000V。在具體實(shí)踐中，可以對(duì)低頻容性耦合RF發(fā)生器或者直流電源的種類、個(gè)數(shù)、頻率或者電壓進(jìn)行選擇。
[0058]第三實(shí)施例
[0059]參考圖7，第三實(shí)施例中，第二電極24c包括兩個(gè)極板，分別為極板241c、極板242c，其中，極板241c與低頻容性耦合RF發(fā)生器261的一端電連接，低頻容性耦合RF發(fā)生器261的另一端接地；極板242c的一端與直流電源262電連接，直流電源262的另一端接地。
[0060]第三實(shí)施例中，第二電極24c包括的兩個(gè)極板的形狀、位置關(guān)系與第一實(shí)施例中第一電極的兩個(gè)極板的形狀、位置關(guān)系相同，在此不做詳述。另外，第二電極的極板的數(shù)目也不限于兩個(gè)極板，可以為三個(gè)以上包括三個(gè)。第一電極的極板的數(shù)目與第二電極的極板的數(shù)目相同，且位置關(guān)系上下對(duì)應(yīng)，比如，極板221c與極板241c相對(duì)，極板222c與極板242c相對(duì)。
[0061]其他結(jié)構(gòu)以及連接關(guān)系與第一實(shí)施例相同，在此不做贅述。
[0062]由于第一電極22c包括的兩個(gè)極板221c和222c相當(dāng)于兩個(gè)獨(dú)立的小電極，可以分別在工藝腔28中產(chǎn)生振蕩強(qiáng)電場(chǎng)，第二電極24c也包括兩個(gè)極板，相對(duì)于第二電極為一極板而言，第二電極24c的每個(gè)極板對(duì)工藝腔28的控制區(qū)域減小。在晶圓尺寸較大時(shí)，可以更有針對(duì)性地通過(guò)調(diào)節(jié)低頻容性耦合RF發(fā)生器261的頻率值、直流電源262的電壓值，改變工藝腔28內(nèi)的電磁波的傳播方向，消除部分相干，以減弱駐波效應(yīng)。
[0063]第一電極22c，第二電極24c均為多個(gè)極板的結(jié)構(gòu)設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)晶圓分區(qū)域的更均衡、精確的正離子能量控制。最終，進(jìn)一步得到高密度均勻的、大面積的等離子體，得到具有較高刻蝕均勻性和高刻蝕比的晶圓。
[0064]第四實(shí)施例
[0065]參考圖8，第四實(shí)施例中，第一電極22d包括極板221(1、極板222(1，各個(gè)極板均設(shè)置成弧形結(jié)構(gòu)，其凹面均與第二電極24d相對(duì)，對(duì)第一電極22d各個(gè)極板的弧形結(jié)構(gòu)的弧度可以根據(jù)需要選擇。其他結(jié)構(gòu)以及連接關(guān)系與第一實(shí)施例相同，在此不做贅述。關(guān)于各個(gè)極板的形狀，除了各個(gè)極板設(shè)置成弧形結(jié)構(gòu)外，其他與第一實(shí)施例相同。[0066]該實(shí)施例中，由于第一電極為弧形結(jié)構(gòu)，因此入射至極板221d和222d上的電磁波與被極板221d和222d反射而發(fā)出的電磁波之間不會(huì)相向傳播，這樣兩者之間不會(huì)發(fā)生相干，也就不會(huì)產(chǎn)生駐波效應(yīng)。
[0067]第四實(shí)施例中，第二電極24d與第二實(shí)施例相同。但第四實(shí)施例中，第二電極也可以與第三實(shí)施例相同，設(shè)置成多塊極板。
[0068]第五實(shí)施例
[0069]參考圖9，第五實(shí)施例中，第二電極24e為弧形結(jié)構(gòu)，凹面與第一電極22e相對(duì)，工藝腔28的下腔板27也為弧形結(jié)構(gòu)，第二電極24e的弧度與下腔板27的弧度可以相同，也可以不相同，當(dāng)選擇弧度相同時(shí)，可以使下腔板27更好的與第二電極24e的形狀吻合，起到更好的支撐作用，防止第二電極24e發(fā)生形變。第二電極24e與下腔板27電連接，所述下腔板27與低頻容性耦合RF發(fā)生器261和直流電源262的一端電連接，低頻容性耦合RF發(fā)生器261和直流電源262的另一端接地。若第二電極不與下腔板電連接時(shí)，所述低頻容性耦合RF發(fā)生器261和直流電源262的一端與第二電極24e電連接，另一端接地。
[0070]所述第二電極24e弧形結(jié)構(gòu)的設(shè)置，改變了工藝腔28中入射到第二電極24e上的電磁波的反射方向，使得第二電極24e上的入射電磁波與反射的電磁波不會(huì)發(fā)生平行相向傳播，從而也不會(huì)發(fā)生相干而產(chǎn)生駐波，即進(jìn)一步避免了工藝腔28中的駐波效應(yīng)。
[0071]第一電極22e的極板221e、222e以及其他結(jié)構(gòu)均與第二實(shí)施例相同，在此不做贅述。
[0072]第六實(shí)施例
[0073]參考圖10，第六實(shí)施例中，構(gòu)成第一電極22f的極板221f和222f為弧形結(jié)構(gòu)，各個(gè)極板的凹面與第二電極24f相對(duì)；第二電極24f為弧形結(jié)構(gòu)，凹面與第一電極22f相對(duì)。對(duì)第一電極22f各個(gè)極板的弧形結(jié)構(gòu)的弧度可以根據(jù)需要選擇。其他結(jié)構(gòu)以及連接關(guān)系與第二實(shí)施例相同，在此不做贅述。
[0074]該實(shí)施例的結(jié)構(gòu)設(shè)置，可以改變?nèi)肷涞綐O板221f和222f上的電磁波的反射方向、入射到第二電極24f上反射的電磁波方向、以及入射到腔壁上的電磁波的反射方向，使得極板221f和222f上的入射電磁波和反射電磁波、第二電極24f上的入射電磁波和反射電磁波以及腔壁上的入射電磁波和反射電磁波不會(huì)發(fā)生相向傳播，更進(jìn)一步消除了工藝腔28內(nèi)的駐波效應(yīng)，得到最佳的刻蝕均勻性。
[0075]本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并不是用來(lái)限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種等離子體刻蝕裝置，其特征在于，包括: 工藝腔； 位于所述工藝腔內(nèi)的第一電極、第二電極，所述第一電極與第二電極相對(duì)放置，所述第一電極位于所述工藝腔的頂部且包括至少兩塊極板； 激勵(lì)射頻單元，激勵(lì)射頻單元的數(shù)目與極板的數(shù)目相等，各個(gè)極板與各個(gè)激勵(lì)射頻單元一對(duì)一電連接，所述激勵(lì)射頻單元用于通過(guò)第一電極的各個(gè)極板向工藝腔內(nèi)的刻蝕氣體提供激勵(lì)能量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體刻蝕裝置，其特征在于，所述第一電極的每塊極板均為封閉式環(huán)形結(jié)構(gòu)，各個(gè)極板之間通過(guò)環(huán)套方式排列。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的等離子體刻蝕裝置，其特征在于，所述封閉式環(huán)形結(jié)構(gòu)為矩形環(huán)結(jié)構(gòu)或者圓環(huán)形結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體刻蝕裝置，其特征在于，所述第一電極包括一塊平面極板，和至少一塊封閉式環(huán)形極板，各個(gè)極板通過(guò)環(huán)套方式排列，所述封閉式環(huán)形極板包圍平面極板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體刻蝕裝置，其特征在于，所述第一電極的各個(gè)極板為弧形結(jié)構(gòu)，其凹面與第二電極相對(duì)； 或者，所述第二電極為弧形結(jié)構(gòu)，其凹面與第一電極相對(duì)； 或者，所述第一電極的各個(gè)極板和第二電極均為弧形結(jié)構(gòu)，所述各個(gè)極板的凹面與第二電極相對(duì)，所述第二電極的凹面與第一電極相對(duì)。`
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體刻蝕裝置，其特征在于，還包括:偏置電源，與所述第二電極電連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的等離子體刻蝕裝置，其特征在于，所述第二電極包括至少兩塊極板，第二電極的極板數(shù)目與第一電極的極板數(shù)目相同，第一電極的極板與第二電極的極板在工藝腔內(nèi)相對(duì)； 所述偏置電源的數(shù)目與所述第二電極的極板的數(shù)目相等，第二電極的各個(gè)極板與各個(gè)偏置電源一對(duì)一電連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的等離子體刻蝕裝置，其特征在于，所述第二電極的各個(gè)極板的相鄰邊緣之間留有空隙。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的等離子體刻蝕裝置，其特征在于，所述第二電極的每塊極板均為封閉式環(huán)形結(jié)構(gòu)，第二電極的各個(gè)極板之間通過(guò)環(huán)套方式排列。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的等離子體刻蝕裝置，其特征在于，所述第二電極的各個(gè)極板的封閉式環(huán)形結(jié)構(gòu)為矩形環(huán)結(jié)構(gòu)或者圓環(huán)形結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的等離子體刻蝕裝置，其特征在于，所述第二電極包括一塊平面極板和至少一塊封閉式環(huán)形極板，第二電極的所有極板通過(guò)環(huán)套方式排列，第二電極的封閉式環(huán)形極板包圍平面極板。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的等離子體刻蝕裝置，其特征在于，所述第二電極的各個(gè)極板為弧形結(jié)構(gòu)，凹面與第一電極相對(duì)。
13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的等離子體刻蝕裝置，其特征在于，所述偏置電源包括:低頻容性耦合射頻發(fā)生器或直流電源，或者包括低頻容性耦合射頻發(fā)生器和直流電源。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體刻蝕裝置，其特征在于，所述每個(gè)激勵(lì)射頻單元包括:高頻容性耦合射頻發(fā)生器，或者高頻感性耦合射頻發(fā)生器。
【文檔編號(hào)】H01J37/32GK103515178SQ201210214130
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月26日
【發(fā)明者】王冬江, 符雅麗, 張海洋 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司