[发明专利]可调节边缘射频等离子体分布的CCP刻蚀装置及其方法

说明书

本发明公开了一种可调节边缘射频等离子体分布的CCP刻蚀装置，其包含：相对设置的上电极以及下电极；射频功率源，连接所述下电极或上电极；偏置功率源，连接所述下电极；边缘电极，呈环形，设置在所述下电极外围，并与下电极同心；阻抗调节单元，一端连接边缘电极，另一端接地，以形成一个边缘射频电流接地通路；静电夹盘，设置在所述下电极上方；绝缘环，设置在所述下电极外围的延展部上方，所述边缘电极埋设在该绝缘环内。其优点是：通过配置边缘电极以及阻抗匹配装置，以控制射频接地回路阻抗，实现对边缘射频耦合的无源调节。

技术领域

本发明涉及用于加工半导体器件的电容耦合等离子体处理装置技术领域，具体涉及一种可调节边缘射频等离子体分布的CCP刻蚀装置及其方法。

背景技术

在CCP（Capacitively Coupled Plasma）电容耦合等离子体刻蚀中，由于待处理基片或晶元边缘射频电磁场的不连续性，容易产生边缘效应，并且这种边缘效应对边缘工艺组件的几何尺寸和材料都很敏感，例如，紧贴围绕晶圆的的等离子体聚焦环（Focus Ring）由于等离子体刻蚀作用，其尺寸会随着使用时间增加而变小，从而使得边缘鞘层分布也随着时间逐渐变化，导致刻蚀效果变差，例如，刻蚀孔或沟槽的倾斜角会随着聚焦环的高度变低而变大，这样就会影响边缘组件使用寿命，从而增加可消耗部件使用成本。

为了改善边缘效应及保持刻蚀效果的稳定性，一种途径是补偿由于刻蚀组件尺寸变化引起的鞘层变形。现有技术多采用有源调节的方式，即通过在边缘环加上一个电极，然后通过此电极馈入射频或直流电压来调节边缘鞘层分布，如图1所示，图中100’为CCP刻蚀装置局部结构示意图，101’为待处理基片，102’为静电夹盘，103’为上电极通常接地，104’为下电极、105’为射频功率源连接下电极104’，106’为偏置功率源，107’为匹配电路，108’为滤波器，109’为聚焦环，由于位于晶圆边缘也可叫边缘环，110’为隔离用的绝缘套管，这样做的缺陷是必须增加另外一路电源输入（即偏置功率源106’、 匹配电路107’为、滤波器108’），并且必须和加在静电夹盘102’的射频功率源105’有效隔离，增加了成本及工程实现的复杂性。

如图2所示，是现有的另一种常见的CCP刻蚀装置的结构示意图，其采用的是双频电容放电射频方式，双频指用于控制等离子体密度的射频功率（由射频功率源HF发生器和阻抗匹配单元HF匹配网络组成，为高频在40Mhz-200Mhz）以及用于控制等离子体的鞘层厚度和直流偏压的偏置功率（由偏置功率源LF发生器和阻抗匹配单元LF匹配网络组成，为低频在100kHZ-10MHZ），图中，201’为腔体，202’为移动环，203’为约束环用于控制反应气体及其副产物的排出、中和其中的带电粒子，从而将等离子体放电基本约束在处理区域，204’为喷淋头，205’为待处理基片，206’为静电夹盘，207’为工艺套件，208’为绝缘环，209’为覆盖环用于隔离等离子体，避免等离子体直接与静电卡盘接触造成电流导通，从而避免静电夹盘206’被等离子体打坏。该CCP刻蚀装置中的电极结构为平行电极，射频功率将高频施加在下（或上）电极上，通常施加在下电极上，主要的射频回路是电流从下电极通过等离子体耦合到上电极，通过反应腔体接地。由于电极边缘离腔体侧壁较远，所以从电极边缘直接耦合到腔体侧壁的射频电流很小，这样，等离子体中射频电流的分布主要由上下电极间隙和大小控制。很小的横向电流无法有效调节晶圆边缘外围区域（工艺套件207’/边缘环109’）的射频功率大小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可调节边缘射频等离子体分布的CCP刻蚀装置及其方法，通过配置边缘电极以及阻抗匹配装置，以控制射频接地回路阻抗，实现对边缘射频耦合的无源调节。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种可调节边缘射频等离子体分布的CCP刻蚀装置，其特征是，包含：

相对设置的上电极以及下电极；

射频功率源，连接所述下电极或上电极；

偏置功率源，连接所述下电极；