[发明专利]用于引燃低压等离子体的方法和装置

说明书

技术领域

本发明总体上涉及基片制造技术，尤其涉及用于引燃(igniting) 低压等离子体的方法和装置。

背景技术

在基片(例如，半导体晶片，MEMS器件或如在平板显示器制 造中使用的玻璃平板)的处理过程中，通常使用等离子体。作为基 片处理(化学气相沉积，等离子体增强化学气相沉积，物理气相沉 积，蚀刻等)的一部分，例如，该基片被分为多个模片，或者矩形 区域，其中每个将变为一个集成电路。然后该基片在一系列步骤中 被处理，其中有选择地去除(蚀刻)和沉积(沉积)材料以在其上 形成电气元件。

随着器件尺寸缩减以及使用更先进的材料，为保持均一的蚀刻 率，减小基片污染等，对充分稳定的处理条件的要求变得更加迫切。 这将被对基片上高电路密度的逐步上升的要求进一步加重，使用现 有的等离子体处理技术会很难满足，在该技术中亚微米过孔接触和 沟槽具有高纵横比。

通常，有三种蚀刻方法：纯化学蚀刻，纯物理蚀刻，以及反应 性离子蚀刻。纯化学蚀刻通常不包括物理轰击，而是与基片上的材 料发生化学反应。纯离子蚀刻，经常称为溅射，通常使用等离子体 离子化的惰性气体，如氩，以从该基片移走材料。结合化学和离子 两种方法的蚀刻被经常称为反应性离子蚀刻(RIE)，或离子辅助蚀 刻。

在这些和其他类型的等离子体方法中，在许多等离子体处理方 法中经常要求的压力范围内很难引燃等离子体。通常，当RF功率 施加在一组电极上时，在它们之间建立变化的电场。如果该RF功 率足够高，自由电子可由该变化的电场加速，直到其获得足够的能 量以碰撞该室内的原子或分子，以产生离子或另一个自由电子。因 为该离子化碰撞的级联作用，整个等离子体室迅速充满电子和离子 (如，等离子体)。在等离子体中，一些电子由与电极、等离子体 室壁的碰撞所持续损失和消耗，并且还由电子和离子之间的碰撞重 新组合、以及被中性物质附着所持续损失和消耗。因此，等离子体 室的电离速率主要由电子能量确定，而该电子能量又由所施加的功 率控制。

取决于许多额外的因素，包括等离子体气体化学性质、电极材 料、等离子体室尺寸、RF传送方法(例如，电感耦合，电容耦合 等)、电激发频率等，引燃和维持等离子体会有困难，如果该气体 压力相对低(如，电容放电中＜100mT等)。即，低于临界激发压力， 等离子体不能被自维持(self-sustained)地引燃，因为由离子化碰 撞导致的电子的生成率会低于电子的损失率。甚至这样的情形下也 是如此，即预先建立的等离子体可转变为低于该临界激发压力的压 力，而没有等离子体熄灭。

一种解决方案可以通过临时增加气体压力来维持等离子体，这 从而也增加等离子体气体密度以及由此的与原子或分子的碰撞次 数。即，将电子的生成率增加到高于电子的损失率。一旦该等离子 体被引燃并稳定在较高压力，该等离子体室被转变到较低的目标压 力，以处理该基片。目标是指在该等离子体处理方法中的可接受的 数值范围(例如，目标压力、目标功率、目标气体流量等)。然而， 将基片暴露于更高压等离子体(非稳定状态条件)，即使是瞬时的， 也可能在特定的基片上引入不需要的结果，或者引入基片之间不能 接受的质量波动。

另一个解决方案可在较高频率下操作该等离子体室。通常，与 由较低频率的信号以类似的功率水平激发(excite)相比，由于更有 效的电子加热机制，较高频率易于更有效地产生等离子体密度。然 而，增加等离子体处理频率也是有问题的。例如，由于电磁驻波和 趋肤效应，较高的频率可导致较差的均一性(M.A.Lieberman等人， Standing wave and skin effects in large-area，high frequency capacitive discharges，Plasma Sources Sci.Technol.11(2002)283-293)。其他的问 题可能包括导致因为调整的电子温度而发生的等离子体化学性质 和离子/自由基比率的改变，以及由于增加的灵敏度而很难匹配工具 对工具的性能以偏离在该RF传送和接地返回系统中的电容和电 感。