[发明专利]表面波等离子体设备

说明书

本发明公开了一种表面波等离子体设备，包括依次相连的微波产生装置、微波传输装置和反应腔室，微波产生装置用于产生形成表面波等离子体的微波，微波传输装置包括波导和微波天线，微波天线包括基片集成波导和金属隔离件，金属隔离件将基片集成波导划分为至少两个子基片集成波导，波导的数量和子基片集成波导的数量相等且二者对应相连，微波产生装置产生的微波经由各个波导和与该波导对应的子基片集成波导耦合至反应腔室的不同区域，并且，通过分别调节耦合至反应腔室不同区域的微波功率，以使得在反应腔室内的不同区域形成均匀的表面波等离子体。可以调节扩散至位于晶片上方的表面波等离子体的密度分布，满足大面积晶片处理均匀性的要求。

技术领域

本发明涉及微电子加工技术领域，具体涉及一种表面波等离子体设备。

背景技术

目前，随着电子技术的高速发展，人们对集成电路的集成度要求越来越高，这就要求生产集成电路的企业不断提高半导体晶片的加工能力。等离子体设备广泛地被应用于制造集成电路(IC，Integrated Circuit)或微机电系统(MEMS，Micro-Electro-MechanicalSystem)的制造工艺中。因此，适用于刻蚀、沉积或其他工艺的等离子体设备的研发对于半导体制造工艺和设施的发展来说是至关重要的。在用于半导体制造工艺的等离子体设备的研发中，最重要的因素是增大对衬底的加工能力，以便提高产率，以及执行用于制造高度集成器件工艺的能力。

在传统半导体制造工艺中已经使用各种类型的等离子体设备，例如，电容耦合等离子体(CCP，Capacitively Coupled Plasma)设备，电感耦合等离子体(ICP，InductivelyCoupled Plasma)设备以及表面波等离子体设备或电子回旋共振(ECR，ElectronCyclotron Resonance)等离子体设备等。其中，电容耦合等离子体设备中，其利用电容耦合方式产生等离子体，结构简单，造价低，容易产生大面积均匀分布的等离子体，适用于介质等类型膜的刻蚀。电子回旋共振等离子设备可以在较低的工作气压下获得密度较高的等离子体，但其需要引入外磁场，因此造价相对较高。表面波等离子体设备相对其他等离子体设备而言，可以获得更高的等离子体密度、更低的电子温度，且不需要增加外磁场，因此，表面波等离子体设备成为最先进的等离子体设备之一。

所谓的表面波等离子体，其是利用沿表面传输的电磁波来维持放电的一类等离子体。利用微波在介质表面附近激发出高于介质密度以上的等离子体，微波在垂直于介质附近的等离子体区域内迅速衰减，其将在介质与等离子体间形成表面波的传输。具有一定电场强度的表面波在其传输的范围内可生成和维持高密度的等离子体，因此称为表面波等离子体。

电磁波在介质板与等离子体的分界面的传播时有以下种情况。如图1所示，介质板介电常数ε_d一般大于下方等离子体介电常数ε_p，当入射角θ_i小于全反射角θ_c时，电磁波进入等离子体形成体积波；当入射角θ_i大于等于θ_c时，电磁波被反射回介质板，但有少部分会沿界面形成混杂表面波。体积波和混杂表面波可通过耦合天线进入腔室来激发或维持等离子体。根据斯涅尔定律，全反射临界角可以表示为

如图2a和图2b所示，入射电磁波通过介质板后，波长被压缩，相速度减小，由快波模式进入慢波基模，并沿介质板表面传播形成表面波。通过耦合天线将能量馈入等离子体。等离子体的电子密度与其介电常数相关，随着电子密度的增加，等离子体的介电常数减小，其折射率也随之减小。放电初期，如图2a所示，电磁波以体积波的形式进入等离子体，使得气体放电，等离子体的电子密度增加。当电子密度足够高时，如图2b所示，等离子体折射率小到使电磁波在介质板的分界面发生全反射，电磁波沿着介质板表面传播不再进入等离子体。当电子密度变小后，电磁波继续变为体积波激发放电，来维持一个动态的放电平衡。