[发明专利]一种等离子处理装置

说明书

本发明提供一种等离子处理装置，等离子处理装置包括一个反应腔和反应腔内的上下电极，一个射频电源通过一根射频电缆连接并输出基波射频功率到所述下电极，使得上下电极之间产生电容耦合电场，并产生等离子体，所述下电极上方设置有一个静电夹盘，所述静电夹盘用于固定待处理基片，利用所述等离子体对基片进行处理。所述反应腔底壁下方包括一电接地的屏蔽板，所述屏蔽板围绕所述射频电缆，一介电材料环设置于射频电缆与屏蔽板之间。

技术领域

本发明涉及半导体加工技术领域，具体涉及一种等离子处理装置，在等离子反应腔下方具有一个介质环以减少谐波射频功率的干扰。

背景技术

等离子处理装置被广泛应用于半导体晶圆加工处理流程中，如图1所示为典型的等离子处理装置结构图。等离子处理装置包括可以抽真空的反应腔 30，反应腔包括顶盖和侧壁30a以及底壁30b，还包括从底壁向下延伸的屏蔽板30c，整个反应腔都由金属制成且接地，实现对射频电磁场的屏蔽。反应腔内底部包括基座用于支撑待处理的晶圆，基座内包括下电极10。下电极10上方还包括一个静电夹盘，通过静电夹盘固定待处理晶圆。与基座相对的反应腔上方包括上电极20，上电极20中还集成了反应气体进气装置，用于均匀输入反应气体到下方的晶圆。至少一个射频电源通过匹配器和一根射频电缆连接到下电极10。通常为了点燃并维持等离子浓度需要射频电源52 输入高频(大于13MHz)射频功率到下电极10，为了控制入射到基片上表面的离子能量还需要通过射频电源54输入低频射频(小于等于2Mhz)功率到下电极10。所以射频电缆上同时有高频和低频两种射频功率通过，最终流入下电极10。对于如图1所示的电容耦合型等离子处理装置(CCP)来说，上电极20和下电极10之间存在等效的一个电容C1，同时射频电缆本身具有寄生电感L0，射频电缆与屏蔽板30c之间也存在电容耦合，所以也存在等效电容C2。这些电容和电感的参数共同决定了从匹配器输出端到反应腔各个电极和反应腔各个侧壁的电场分布以及整个反应腔的频率特性。

现有技术中射频电源52输出的射频频率一般是30MHz或者60Mhz，下面以60MHz为例来说明现有技术存在的问题。当60MHz高功率射频功率被送入反应腔内下电极时，由于上下电极之间的阻抗是等离子体，等离子的阻抗是会随着气压、等离子浓度和分布变化等因素瞬间突变的，属于非线性阻抗，所以加载到上下电极之间的60MHz射频功率会产生大量的谐波，其中二次谐波也就是120MHz的谐波成分最大，其功率占反应腔内射频总功率的 10-30％，对反应腔内等离子处理效果的干扰也最大。现有技术无法有效去除这些谐波的干扰，所以也很难获得均匀的等离子处理效果。

所以业内需要开发一种新的装置既能够实现基波频率(2MHz、60MHz) 的顺利流向上下电极之间的等离子处理空间，同时要将产生的二次谐波分离并流入接地端。

发明内容

本发明公开一种等离子处理装置，所述等离子处理装置包括反应腔，反应腔是由侧壁和底壁围绕构成的气密腔体，反应腔内包括一个上电极和一个下电极，一个射频电源通过一根射频电缆连接并输出基波射频功率到所述下电极，使得上下电极之间产生电容耦合电场并产生等离子体，所述下电极上方设置有一个静电夹盘，所述静电夹盘用于固定待处理基片，利用所述等离子体对基片进行处理，其特征在于，所述反应腔底壁下方包括一电接地的屏蔽板，所述屏蔽板围绕所述射频电缆，一介电材料环设置于射频电缆与屏蔽板之间。通过设置介电环来改变射频电缆到屏蔽板之间的电容值，使得射频电源输出的基波射频功率流入反应腔，同时反应腔内产生的谐波射频功率穿过所述介电材料环进入接地的屏蔽板。

其中所述介电材料环可上下移动，以调节射频电缆到屏蔽板之间的电容值。屏蔽板包括一下端面，所述介电材料环的上端高于所述屏蔽板的下端面。所述介电材料环可以包括一个空腔，空腔内填充有液面高度可调的介电液，通过调节液位高度来调节射频电缆到屏蔽板之间的电容值。

所述介电材料环的介电材料的相对介电常数大于1.1，最佳的介电材料的介电常数大于1.5，越大的介电常数可以更大幅度的改变电容值，调节幅度越大。所述介电材料环可以选择由特氟龙或者陶瓷材料制成。