[发明专利]等离子体处理装置

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，特别涉及一种等离子体处理装置。

背景技术

等离子体处理装置是在半导体制造领域得到广泛应用的加工设备。

请参考图1，图1为现有技术中一种典型的等离子体处理装置的结构示意图。

等离子体处理装置通常包括壳体(图中未添加附图标记)，其中具有反应腔室11。反应腔室11的顶部设有无源电极12，以及围绕无源电极12的上接地环13；两者之间由第一绝缘环141隔离。反应腔室11的底部设有射频驱动电极15，以及围绕射频驱动电极15的下接地环16，两者之间由第二绝缘环142隔离。射频驱动电极15分别连接第一射频电源171和第二射频电源172；第一射频电源171具有较低的频率，比如2MHz，第二射频电源172具有较高的频率，比如60MHz。

无源电极12接地，且其与地线之间串接调整开关121。通过调整开关121，无源电极12可以选择并串接低通滤波器181、高通滤波器182、高通滤波器183三者之一；也可以选择通过旁路184直接接地。

等离子体处理装置工作时，将加工件(通常包括晶片以及与其具有相同加工原理的其他加工件；下文所述加工件的含义与此相同)设置于反应腔室11的底部，并通过分子泵等真空获得装置(图中未示出)在反应腔室11中制造并维持接近真空的状态。在此状态下，通过气体输入装置(图中未示出)向反应腔室11中输入工艺气体，并由第一射频电源171以及第二射频电源172在无源电极12与射频驱动电极15之间输入适当的射频电压，以激活所述工艺气体，进而在所述加工件的表面产生并维持具有适当密度以及能量的等离子体环境。由于具有强烈的刻蚀以及淀积能力，所述等离子体可以与所述加工件发生刻蚀或者淀积等物理化学反应，以获得所需要的刻蚀图形或者淀积层。上述物理化学反应的副产物由所述真空获得装置从反应腔室11中抽出。图1中带箭头的曲线示意性地表示出了射频电流的各个流通路径。

众所周知，不同的具体工艺过程对反应腔室中等离子体的能量以及密度的要求各不相同。为了提高等离子体处理装置的适应性，即为了在同一等离子体处理装置中实现不同的具体工艺过程，应当能够方便、有效地对等离子体的能量以及密度进行调整，最好能够分别对两者进行调整。

双射频系统中，较高频率的射频电流主要影响反应腔室中等离子体的密度；较低频率的射频电流主要影响反应腔室中等离子体的能量。因此，通过上述第一射频电源171可以实现对等离子体能量的调整；通过上述第二射频电源172可以实现对等离子体密度的调整。上述两射频电源的具体频率依据现有技术确定，此处不再赘述。

然而，由于上述第一射频电源171与第二射频电源172之间的耦合作用，很难对等离子体能量以及密度进行单独控制。

为了解决上述问题，现有技术通过调整开关121选择不同的滤波电路，进而限制第一射频电源171与第二射频电源172中至少一者的射频电流通过无源电极12；上接地环13以及下接地环16可以为被滤波电路限制的射频电流提供返回路径。由此，即可初步实现第一射频电源171与第二射频电源172之间的解耦合，进而在一定程度上实现等离子体能量以及密度的单独控制。

此外，等离子体处理装置可以初步调整其反应腔室中等离子体的能量。

通过改变射频驱动电极15处的偏压可以改变反应腔室中等离子体的能量；通过改变无源电极12与射频驱动电极15的有效面积比，可以显著改变上述偏压；而上述有效面积比则可以通过调整流经无源电极12的电流来实现。

上述现有技术中的调整开关121能够选择四种不同的通路，从而可以适应四种不同的工艺过程。在某一特定的通路中，第一射频电源171或者第二射频电源172的射频电流要么通过无源电极12，要么不通过无源电极12。因此，调整开关121可以改变流经无源电极12的射频电流，进而改变无源电极12与射频驱动电极15的有效面积比，射频驱动电极15处的偏压随之改变，这样即可通过调节开关121实现对等离子体的能量的调整。

但是，上述现有技术的等离子体处理装置存在以下不足：

由于上电极接地环13、下接地环16直接接地，无论调整开关121具体选择何种滤波电路，上电极接地环13、下接地环16均可以为第一射频电源171和第二射频电源172的射频电流提供返回路径，形成共同的射频通路；因此，等离子体处理装置解耦合的效果并不理想。

更为重要的是，上述现有技术的等离子体处理装置很难有效地调整等离子体的能量，从而难以适应不同加工工艺的要求。