[发明专利]一种电容耦合等离子反应器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制程设备，尤其是对于基板实施等离子体处理的电容耦合型等离子体处理装置，具体地，涉及施加到电容耦合型等离子处理装置的上下电极间的射频电源。

背景技术

在半导体设备的制造过程中，例如蚀刻、沉积、氧化、溅射等处理过程中，通常会利用等离子体对基板(半导体晶片、玻璃基板等)进行处理。一般地，对于等离子体处理装置来说，作为生成等离子体的方式。

在高频放电方式的等离子体处理装置中，包括电容耦合型等离子体反应器，电容耦合型反应器通常配置有上部电极和下部电极，优选地这两个电极平行设置。而且，通常在下部电极之上载置被处理基板，经由整合器将等离子体生成用的高频电源施加于上部电极或者下部电极。通过由该高频电源所生成的高频电场来使反应气体的外部电子加速，从而产等离子体对下部基片进行等离子处理。

在现有工艺中，在等离子体处理装置中通常会存在比较严重的射频耦合不均一情况。造成这种状况的原因比较多，例如集肤效应造成高频电流会沿电极边沿流动造成边缘和中心区域电场强度不均，驻波效应使得沿不同方向传播的射频电场在互相叠加后会形成驻波造成部分区域的电场强度强于其它部分。其它硬件设备的不对称也会造成在整个加工晶圆上的电场强度不均一。为了抵消这些原因造成的电场强度不均，现有技术采用了很多方法来改善电场分布和等离子分布的均一性。比如改变气体分布、改变上不和下部电极间的绝缘材料分布、上下电极间施加同频的射频功率，同时控制两个射频功率间相位差等多种手段。但是无论哪种方法都只能优化到特定的加工工艺或硬件设计，无法将一个设计用到不同硬件设备和任何加工工艺上。例如现有技术通过调节供应到两个不同的相位差，最终优化到一个最佳的相位差使得加工基片上的等离子浓度较均匀，但是同样的相位差到下一个不同步骤中，具有不同功率/频率/气体分布时就要调整一个新的相位差来优化。业内需要一种简单有效的方法来使得最终在等离子加工过程中上下电极间的电场在晶圆上安需要的强度均匀分布。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种等离子体处理装置用的基座以及对应的包括该基座的等离子体处理装置。

根据本发明的一个方面，提供一种电容耦合等离子反应器，包括位于反应器底部的一个基座，基座内包括一个下电极，与下电极相对位于反应器顶部的一个上电极，一个高频射频电源连接到所述下电极并提供第一高频射频功率；所述高频射频电源连接到上电极并提供第二高频射频功率；一个低频射频电源连接到所述下电极并提供低频射频功率；其特征在于：所述电容耦合等离子反应器还包括一个移相控制器，连接在高频射频电源和所述上电极或下电极之间，使所述第一高频射频功率和第二高频射频功率之间的相位差连续变化。

其中第一高频射频功率和第二高频射频功率之间的相位差在大于10度的范围内连续变化，特别是在大于30度范围内变化。本发明的另一方面第一高频射频功率和第二高频射频功率之间的相位差在120-180度之间的范围内连续变化。其中连续变化的相位差在多个互相不重叠的区间内进行，也可以是在多个不同相位差值间连续切换。

所述频射频电源提供的第一高频射频功率和第二高频射频功率具有的频率大于等于13.56Mhz小于120Mhz，低频射频电源提供的低频射频功率具有小于等于2Mhz的频率。

本发明通过连续调节施加到电容耦合型等离子反应器上下电极间的射频功率的相位差，实现对上下电极间的等离子的搅动，实现等离子浓度在基片表面的均匀分布，本发明机构简单，可以适应于任何工艺和硬件设置无需额外调试优化均能显著提高等离子分布均一性。

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，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出根据本发明的第一实施例的，等离子体处理装置纵截面图；

图2示出了根据本发明的第一实施例的在基片表面上形成的电场强度分布曲线。

具体实施方式

图1示出根据现有技术的等离子体处理装置的纵截面示意图。本领域技术人员理解，在现有技术中，等离子体处理装置通常包括：例如由内部成为密闭空间的真空腔室构成的处理容器100；在该处理容器100的底面中央配设的基座，基座内包括下电极22；以及在基座的上方以与该基座相对的方式设置着的上电极11，上电极通常同时作为气体喷口，典型的如气体喷淋头，该气体喷淋头连接到处理气体气源110。