[发明专利]等离子体处理装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体加工设备，特别涉及一种等离子体处理装置。

背景技术

近年来，随着半导体制造工艺的发展，对元件的集成度和性能要求越来越高，等离子体技术(Plasma Technology)得到了极为广泛的应用。等离子体技术通过在等离子体处理装置的反应腔室内通入反应气体并引入电子流，利用射频电场使电子加速，与反应气体发生碰撞使反应气体发生电离而等离子体，产生的等离子体可被用于各种半导体制造工艺，例如沉积工艺(如化学气相沉积)、刻蚀工艺(如干法刻蚀)等。

等离子体处理工艺经常采用电容耦合型等离子体处理装置来产生等离子体。图1示出一种电容耦合型等离子体处理装置的结构示意图。如图1所示，等离子体处理装置的反应腔室1内平行设置有一对平板式的上电极2和下电极3，上电极配置于反应气体喷淋头4中，下电极配置于静电夹盘5中，待处理基片6放置于静电夹盘5上。通过在平行设置的平板式下电极3中施加高频射频，将上电极2接地，使得上电极2和下电极3间形成垂直方向的射频电场，被射频电场加速的电子与反应气体的分子发生电离冲撞，对反应气体电离以生成等离子体。

然而在实际应用中，使用电容耦合型的等离子体处理装置产生的等离子体密度的均匀性并不理想。由于电容耦合的结构特性，反应腔室内中间区域和边缘区域的电场强度存在差异，所产生的等离子体的密度具有中间区域高于边缘区域的特征分布，而由于对基片进行等离子体处理的速率与该等离子体密度相关，最终会造成等离子体处理工艺不均匀的情况：例如，基片中间刻蚀或处理速率快、边缘刻蚀或处理速率慢。这对半导体器件制造的工艺控制及成品率都有很大影响。因此，如何改善等离子体处理装置中等离子体密度的均匀性是本领域技术人员目前急需解决的技术问题。

为解决这一问题，现有技术中的一种做法为在静电夹盘周围设置连接第二射频功率源的闭合导电环，通过第二射频电源在闭合导电环上方形成环状的第二电场，之后再调节第二射频功率源的参数，使得环形的第二电场与下电极上方的电场相互叠加，来改善静电夹盘边缘区域的电场分布，使待处理基片的中心区域和边缘区域的等离子体密度具有较好的一致性和均匀性。然而，对于反应腔室内包括具有导电性材料的元件，例如聚焦环来说，这一叠加的垂直方向的射频电场会加剧等离子体对聚焦环的轰击，很可能会造成聚焦环的损坏。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种能够获得分布较为均匀的等离子体密度的等离子体处理装置。更进一步的，提供一种可延长聚焦环寿命的等离子体处理装置。

为达成上述目的，本发明提供一种等离子体处理装置，其包括反应腔室，第一射频功率源和第二射频功率源，其中反应腔室内包括用于夹持待处理基片的静电夹盘；用于向所述反应腔室内部输入制程气体的气体喷淋头；相互平行设置的上电极和下电极，所述上电极设置在所述气体喷淋头内，所述下电极设于所述静电夹盘内；所述第一射频功率源和第二射频功率源通过第一射频匹配器与所述下电极相连，所述第一射频功率源用以提供射频功率在所述上电极和所述下电极之间形成垂直方向的射频电场以激发工艺气体产生等离子体，所述第二射频功率源用以调整所述等离子体的能量；所述反应腔室还包括环形绝缘体，其环绕所述静电夹盘和/或所述静电夹盘的上方区域；以及由导线卷绕而成的开口金属环电极，嵌设于所述环形绝缘体中，所述开口金属环电极通有射频电流以产生水平方向的感应电场。

优选的，所述反应腔室还包括聚焦环和用于支撑所述聚焦环的支撑环，所述聚焦环环绕所述基片，所述支撑环位于所述聚焦环下方并环绕所述静电夹盘；所述绝缘环为所述环形绝缘体，所述开口金属环电极水平嵌设于所述支撑环内。

优选的，所述支撑环的横截面为L形或矩形。

优选的，所述反应腔室还包括等离子体约束组件，其包含多个在垂直方向上相互堆叠并相互平行间隔设置的同心环，所述等离子体约束组件环绕所述静电夹盘上方的区域；所述等离子体约束组件中的至少一个同心环为所述环形绝缘体。

优选的，所述等离子体约束组件中的多个同心环为所述环形绝缘体，所述多个同心环中分别水平嵌设所述开口金属环电极。

优选的，多个所述开口金属环电极相互串联或并联或混联。

优选的，所述射频电流由施加于所述开口金属环电极的第三射频功率源产生，所述第三射频功率源的频率为低频。

优选的，所述第三射频功率源通过第二射频匹配器连接所述开口金属环电极的一端，以在所述开口金属环电极中产生所述射频电流；所述开口金属环电极的另一端接地。