本发明涉及半导体设备领域,特别涉及一种等离子体处理装置及方法。
背景技术:
1、用于集成电路制造的等离子体处理工艺中包括等离子体沉积工艺和等离子体刻蚀工艺。在通过等离子体处理工艺加工晶圆的过程中,首先将晶圆固定放置在等离子体处理装置的真空反应腔内(通常为圆筒形结构)。将工艺气体(蚀刻气体或沉积气体)被注入到反应腔中,并通过射频功率发射装置发射射频能量到真空反应腔内形成射频电场;在射频电场的作用下,注入的工艺气体在晶圆上方被激励成等离子体状态;最后等离子体和晶圆之间发生化学反应和/或物理作用(比如刻蚀、沉积等等)形成各种特征结构,化学反应中形成的挥发性的反应生成物脱离被刻蚀物质表面,并被抽真空系统抽离等离子反应腔。
2、然而,现有的反应腔无法保证完全对称:1)反应腔总存在一些不对称的结构,例如晶圆传输口、排气装置等。2)反应腔内各个部件在加工时也可能存在不对称性,或者部件在反应腔内的安装位置出现偏差。反应腔的不对称性会影响到反应腔内的射频场电场的分布,进而影响反应腔内等离子体分布的均匀性,导致晶圆处理的不均一性。一种常见的情况是晶圆上某一侧的制程速率高于或低于另一侧,即产生边对边(side to side)效应,影响晶圆加工的良品率。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种等离子体处理装置和及调节等离子体分布的方法,能够通过设置在反应腔内的磁场元件调节反应腔内的等离子体分布,改善等离子体分布不对称的问题,提高晶圆表面制程的均一性。
2、为了达到上述目的,本发明提供一种等离子体处理装置,包含:
3、反应腔,其内部配置有相对设置的基座和气体喷淋头;所述基座用于放置待处理的晶圆,所述气体喷淋头向所述反应腔内引入工艺气体,所述工艺气体被激发为等离子体以对所述晶圆进行处理;
4、所述反应腔内还配置有环绕所述基座并能上下移动的升降环,并且在所述升降环的周向方向配置有磁场元件,所述磁场元件被配置为产生磁场以调节等离子体的分布。
5、可选地,所述磁场元件嵌入设置在所述升降环的内部或固定设置在所述升降环的外侧壁。
6、可选地,所述磁场元件为多个,各所述磁场元件具有不同的方位角。
7、可选地,所述磁场元件为线圈,所述线圈的轴线垂直于所述基座的承载面。
8、可选地,工艺制程中,所述磁场元件的底部不高于所述基座上的晶圆。
9、可选地,所述反应腔的侧壁开设有晶圆传输口,工艺制程中,所述磁场元件的顶部不低于所述晶圆传输口的顶部。
10、可选地,所述反应腔的侧壁开设有晶圆传输口,所述升降环在所述晶圆传输口对应的圆心角内的部分弧段配置有多个所述磁场元件。
11、可选地,所述部分弧段的磁场元件分布密度大于所述升降环的其余弧段的磁场元件分布密度。
12、可选地,多个所述磁场元件沿所述升降环的周向方向均匀分布。
13、可选地,所述等离子体处理装置还包含多个电源,所述磁场元件为电磁体;多个所述电磁体划分为多组,所述多个电源分别用于向多组所述电磁体供电。
14、可选地,所述电磁体为线圈,至少两个所述线圈的匝数不同。
15、可选地,所述电磁体为线圈,至少一个线圈具有磁芯。
16、可选地,所述电磁体为线圈,所述线圈的轴线平行于基座表面并沿所述基座的径向方向延伸。
17、可选地,所述电磁体为线圈,所述线圈由导线盘绕而成,所述导线包含导电芯和环绕设置于所述导电芯外围的金属屏蔽层,所述导电芯与所述金属蔽层之间填充有绝缘材料。
18、可选地,所述升降环的顶部设有中空的升降杆,驱动装置耦接至所述升降杆,所述导线自所述升降杆的内部引出至反应腔外部。
19、本发明还提供一种调节等离子体分布的方法,应用于如本发明所述等离子体处理装置,所述磁场元件为电磁体,所述方法包括步骤:
20、将晶圆放置在基座上,将升降环驱动至遮挡晶圆传输口的位置,进行等离子体处理工艺;
21、向所述电磁体供电产生磁场以调节反应腔内的等离子体分布。
22、可选地,所述调节等离子体分布的方法还包括步骤:根据反应腔内的工艺制程变化,调节所述电磁体的电流。
23、与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
24、1)本发明在反应腔内环绕基座设置有磁场元件,通过磁场元件产生的磁场改变磁场元件周围的电子的运动轨迹,实现调节反应腔内的等离子体分布,改善了晶圆表面制程的均一性。由于将磁场元件设置在反应腔内,相比于将磁场元件设置在反应腔外部,能够有效避免磁场元件产生的磁场在对电子产生作用之前发生快速衰减。并且当磁场元件为电磁体时,只需向磁场元件提供较小的电流,就能够达到理想的调节效果,不仅节能,还能够防止因电流过大而使磁场元件过热造成的安全隐患,有效保证了晶圆加工的安全性。
25、2)本发明在基座外周配置有多个方位角不同的磁场元件,通过独立控制每个磁场元件产生的磁场强度,改善反应腔内等离子体分布不对称的问题,提高晶圆表面制程的均一性。本发明能够改善由反应腔内各种部件造成等离子体分布不对称的现象,不受反应腔内部件种类、部件设置位置的限制。
26、3)由于磁场元件设置在升降环上,因此能够在升降环对应于晶圆传输口的部分弧段布置多个磁场元件,由此可精细化调整晶圆传输口附近的磁场,因而能够有效减小因晶圆传输口造成的边对边效应。
27、4)本发明中将磁场元件嵌入设置在升降环的内部/外侧壁,使磁场元件不易被等离子体侵蚀,同时也不会干涉反应腔内的其他部件、无需改变反应腔内的布局。
1.一种等离子体处理装置,包含:
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置,其特征在于,所述磁场元件嵌入设置在所述升降环的内部或固定设置在所述升降环的外侧壁。
3.如权利要求2所述的等离子体处理装置,其特征在于,所述磁场元件为多个,各所述磁场元件具有不同的方位角。
4.如权利要求2所述的等离子体处理装置,其特征在于,所述磁场元件为线圈,所述线圈的轴线垂直于所述基座的承载面。
5.如权利要求2所述的等离子体处理装置,其特征在于,工艺制程中,所述磁场元件的底部不高于所述基座上的晶圆。
6.如权利要求2所述的等离子体处理装置,其特征在于,所述反应腔的侧壁开设有晶圆传输口,工艺制程中,所述磁场元件的顶部不低于所述晶圆传输口的顶部。
7.如权利要求2所述的等离子体处理装置,其特征在于,所述反应腔的侧壁开设有晶圆传输口,所述升降环在所述晶圆传输口对应的圆心角内的部分弧段配置有多个所述磁场元件。
8.如权利要求7所述的等离子体处理装置,其特征在于,所述部分弧段的磁场元件分布密度大于所述升降环的其余弧段的磁场元件分布密度。
9.如权利要求3所述的等离子体处理装置,其特征在于,多个所述磁场元件沿所述升降环的周向方向均匀分布。
10.如权利要求3所述的等离子体处理装置,其特征在于,还包含多个电源,所述磁场元件为电磁体;多个所述电磁体划分为多组,所述多个电源分别用于向多组所述电磁体供电。
11.如权利要求10所述的等离子体处理装置,其特征在于,所述电磁体为线圈,至少两个所述线圈的匝数不同。
12.如权利要求10所述的等离子体处理装置,其特征在于,所述电磁体为线圈,至少一个线圈具有磁芯。
13.如权利要求10所述的等离子体处理装置,其特征在于,所述电磁体为线圈,所述线圈的轴线平行于基座表面并沿所述基座的径向方向延伸。
14.如权利要求10所述的等离子体处理装置,其特征在于,所述电磁体为线圈,所述线圈由导线盘绕而成,所述导线包含导电芯和环绕设置于所述导电芯外围的金属屏蔽层,所述导电芯与所述金属蔽层之间填充有绝缘材料。
15.如权利要求14所述的等离子体处理装置,其特征在于,所述升降环的顶部设有中空的升降杆,驱动装置耦接至所述升降杆,所述导线自所述升降杆的内部引出至反应腔外部。
16.一种调节等离子体分布的方法,应用于如权利要求1至15中任一所述等离子体处理装置,所述磁场元件为电磁体,其特征在于,包括步骤:
17.如权利要求16所述的调节等离子体分布的方法,其特征在于,还包括步骤:根据反应腔内的工艺制程变化,调节所述电磁体的电流。
