電感耦合等離子體處理裝置及等離子體刻蝕方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體加工設(shè)備，特別涉及一種電感耦合等離子體處理裝置及應(yīng)用該處理裝置的等離子體刻蝕方法。
【背景技術(shù)】
[0002]等離子體處理裝置被廣泛應(yīng)用于各種半導(dǎo)體制造工藝，例如沉積工藝(如化學(xué)氣相沉積)、刻蝕工藝(如干法刻蝕)等。以等離子體刻蝕工藝為例，圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的一種電感耦合等離子體刻蝕裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。反應(yīng)腔室10頂部具有絕緣蓋板11，反應(yīng)腔室10底部設(shè)置有用于夾持待處理基片W的靜電夾盤14，進(jìn)氣單元12設(shè)置于反應(yīng)腔室10的側(cè)壁絕緣蓋板11下方。絕緣蓋板11上設(shè)置電感耦合線圈13，線圈通過匹配器(圖中未示)與射頻源(圖中未示)連接，通過在線圈13中通入射頻電流產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，進(jìn)而在反應(yīng)腔室10內(nèi)感生出電場(chǎng)，將通過進(jìn)氣單元11進(jìn)入反應(yīng)腔室10的反應(yīng)氣體電離生成等離子體以對(duì)待處理基片W表面進(jìn)行等離子體處理。聚焦環(huán)15設(shè)于基片W的周圍，用于收斂基片W表面的等離子體。絕緣環(huán)16位于聚焦環(huán)15下方，用于支撐聚焦環(huán)15。
[0003]不同的蝕刻制程對(duì)等離子體分布密度的要求不同，例如在進(jìn)行無圖形刻蝕制程時(shí)，基片的邊緣區(qū)域與中間區(qū)域刻蝕速率顯著不同，邊緣區(qū)域的刻蝕速率偏快，容易造成整個(gè)基片范圍內(nèi)器件特征尺寸的不一致，因此需要對(duì)基片邊緣區(qū)域和中間區(qū)域的刻蝕速率加以調(diào)節(jié)；而在進(jìn)行深溝槽圖形刻蝕制程時(shí)，則并不需要降低邊緣區(qū)域的刻蝕速率。因此，需要提供一種改進(jìn)的電感耦合等離子體處理裝置，可根據(jù)不同的等離子體刻蝕制程調(diào)節(jié)等離子體分布。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種能夠調(diào)節(jié)等離子體密度、提高基片表面等離子體分布均一性的電感耦合等離子體處理裝置。
[0005]為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種電感耦合等離子體處理裝置，其包括反應(yīng)腔室和驅(qū)動(dòng)單元。所述反應(yīng)腔室具有用于向所述反應(yīng)腔室內(nèi)部輸入工藝氣體的進(jìn)氣單元；用于夾持待處理基片的靜電夾盤；以及圍繞設(shè)于所述基片外周側(cè)的聚焦環(huán)，其中所述聚焦環(huán)包括圍繞所述基片外周緣而固定設(shè)置的第一部分以及可移動(dòng)地設(shè)置于所述第一部分上的第二部分，其中，所述聚焦環(huán)的第二部分的最小內(nèi)徑大于等于所述聚焦環(huán)的第一部分的內(nèi)徑。所述驅(qū)動(dòng)單元用于驅(qū)動(dòng)所述聚焦環(huán)的第二部分在第一位置和第二位置之間垂直移動(dòng)，其中當(dāng)所述聚焦環(huán)的第二部分定位于所述第一位置時(shí)其與所述聚焦環(huán)的第一部分接觸并配合該第一部分共同調(diào)節(jié)所述基片附近的工藝氣體及其等離子體的分布，當(dāng)所述聚焦環(huán)的第二部分定位于所述第二位置時(shí)其距所述聚焦環(huán)的第一部分的上表面5mm-15mm的距離以遮蔽到達(dá)所述基片邊緣的工藝氣體及其等離子體。
[0006]優(yōu)選的，所述驅(qū)動(dòng)單元還驅(qū)動(dòng)所述聚焦環(huán)的第二部分使其定位于第三位置，當(dāng)所述聚焦環(huán)的第二部分定位于所述第三位置時(shí)其鄰近所述進(jìn)氣單元處并作為輔助氣體聚集環(huán)用于調(diào)節(jié)所述進(jìn)氣單元附近的工藝氣體及其等離子體分布。
[0007]優(yōu)選的，所述反應(yīng)腔室還包括水平設(shè)于所述進(jìn)氣單元下方的氣體聚集環(huán)。
[0008]優(yōu)選的，當(dāng)所述聚焦環(huán)的第二部分位于所述第三位置時(shí)，其位于所述氣體聚集環(huán)下方O?10mnin
[0009]優(yōu)選的，所述聚焦環(huán)的第一部分具有主體部及突出部，所述突出部自所述主體部的上表面突出，當(dāng)所述聚焦環(huán)的第二部分定位于所述第一位置時(shí)，其下表面與所述主體部的上表面接觸且上表面與所述突出部的上表面平齊。
[0010]優(yōu)選的，所述聚焦環(huán)的突出部突出于所述基片的上表面I?3mm。
[0011]優(yōu)選的，所述聚焦環(huán)的第一部分突出于所述基片的上表面I?3mm。
[0012]優(yōu)選的，所述聚焦環(huán)的第二部分的最大內(nèi)徑小于所述氣體聚集環(huán)的內(nèi)徑。
[0013]優(yōu)選的，所述聚焦環(huán)的第二部分的內(nèi)徑小于所述氣體聚集環(huán)的內(nèi)徑。
[0014]優(yōu)選的，所述聚焦環(huán)的第二部分的截面形狀為矩形或梯形。
[0015]優(yōu)選的，所述聚焦環(huán)的第二部分的截面形狀為矩形，其寬度為所述反應(yīng)腔室半徑的 1/4 ?2/3。
[0016]優(yōu)選的，所述反應(yīng)腔室還包括圍繞所述靜電夾盤外周側(cè)的絕緣環(huán)，所述聚焦環(huán)的第一部分設(shè)置于所述絕緣環(huán)之上并覆蓋所述絕緣環(huán)的上表面。
[0017]優(yōu)選的，所述聚焦環(huán)的材料為陶瓷或石英，所述氣體聚集環(huán)的材料為鋁合金。
[0018]本發(fā)明還提供了一種利用上述電感耦合等離子體處理裝置的等離子體刻蝕方法，所述刻蝕方法包括原位執(zhí)行深溝槽圖形刻蝕制程和無圖形刻蝕制程，包括以下步驟:
[0019]將所述聚焦環(huán)的第二部分定位至所述第一位置，與所述聚焦環(huán)的第一部分接觸；
[0020]進(jìn)行所述深溝槽圖形刻蝕制程；
[0021]將所述聚焦環(huán)的第二部分定位至所述第二位置；
[0022]進(jìn)行所述無圖形刻蝕制程。
[0023]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的等離子體處理裝置利用可升降的聚焦環(huán)的第二部分分別定位于反應(yīng)腔室內(nèi)的不同位置，當(dāng)與聚焦環(huán)的第一部分接觸時(shí)與該第一部分成為一個(gè)整體的聚焦環(huán)，調(diào)節(jié)基片附近的等離子體鞘層和氣體分布，當(dāng)位于第一部分上方5?15_時(shí)掩蔽或遮蔽基片周緣處的一部分等離子體以使基片邊緣部分等離子體的密度減小、減小基片邊緣的刻蝕速率，當(dāng)位于腔室內(nèi)上方時(shí)還可用作另一氣體聚集環(huán)調(diào)節(jié)腔室內(nèi)的氣體分布和等離子體密度。
【附圖說明】
[0024]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中電感耦合等離子體刻蝕裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的電感耦合等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的電感耦合等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖4為應(yīng)用本發(fā)明一實(shí)施例電感耦合等離子體處理裝置的刻蝕方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0029]圖2和圖3顯示了本發(fā)明的電感耦合等離子處理裝置的不同實(shí)施方式，應(yīng)該理解，電感耦合等離子體處理裝置僅僅是示例性的，其可以包括更少或更多的組成元件，或該組成元件的安排可能與圖中所示相同或不同。
[0030]實(shí)施例1
[0031]如圖2所示，電感耦合等離子體處理裝置包括反應(yīng)腔室20，反應(yīng)腔室20上方具有絕緣蓋板21，絕緣蓋板21通常為陶瓷介電材料。反應(yīng)腔室側(cè)壁靠近頂部處設(shè)有用于向反應(yīng)腔室20內(nèi)部輸入工藝氣體的進(jìn)氣單元22。反應(yīng)腔室20底部設(shè)置有用于夾持待處理基片W的靜電夾盤23。在絕緣蓋板21的外側(cè)上方配置電感耦合線圈23，通過未圖示的射頻源向線圈23提供射頻電流在反應(yīng)腔室20內(nèi)感生出電場(chǎng)，以此對(duì)由進(jìn)氣單元22引入到腔室內(nèi)的工藝氣體進(jìn)行電離并產(chǎn)生等離子體，以對(duì)基片W進(jìn)行刻蝕等處理。此外，本實(shí)施例中，進(jìn)氣單元22是形成在反應(yīng)腔室20的側(cè)壁靠近絕緣蓋板處，但在其他實(shí)施例中其也可以是形成于絕緣蓋板中，本發(fā)明并不加以限制。在基片W外周側(cè)環(huán)繞設(shè)有聚焦環(huán)。如圖所示，聚焦環(huán)包括兩個(gè)部分25a和25b。第一部分25a圍繞基片W的外周緣而固定設(shè)置，其內(nèi)徑大于基片W的外徑，以在基片W周圍提供一個(gè)相對(duì)封閉環(huán)境的同時(shí)防止對(duì)基片W邊緣區(qū)域的遮蔽；第二部分25a以及可移動(dòng)地設(shè)置在第一部分24a之上，其截面形狀可以是矩形或梯形，但最小內(nèi)徑大于第一部分25a的內(nèi)徑。因此，第二部分25b內(nèi)周緣至基片W的最小水平距離要大于第一部分25a內(nèi)周緣至基片W的水平距離。當(dāng)?shù)诙糠?5b截面形狀為矩形時(shí)，該矩形的寬度約為腔室20半徑的1/4至2/3，能夠達(dá)到更好的等離子體調(diào)節(jié)的效果。第一部分25a和第二部分25b均為例如陶瓷等絕緣材料制成。第二部分25b通過支撐桿26定位于第一部分25a的表面之上。支撐桿26較佳為沿聚焦環(huán)的第二部分25b的周向均勻分布為多個(gè)，如三個(gè)。每個(gè)支撐桿26的一端與聚焦環(huán)的第二部分25b固定連接，另一端連接驅(qū)動(dòng)單元27。本實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)單元27設(shè)于反應(yīng)腔室20外部，其可包含電機(jī)、氣缸等設(shè)備，用于使支撐桿26與聚焦環(huán)的第二部分25b在垂直方向升降以使該聚焦環(huán)的第二部分24b接近或遠(yuǎn)離基片W。具體來說，驅(qū)動(dòng)單元27驅(qū)動(dòng)聚焦環(huán)的第二部分25b在垂直方向上的第一位置和第二位置之間移動(dòng)，并根據(jù)需要將聚焦環(huán)的第二部分25b定位于第一位置或第二位置。當(dāng)聚焦環(huán)的第二部分25b定位于第一位置時(shí)，其接觸聚焦環(huán)的第一部分25a，配合該第一部分25a共同調(diào)節(jié)基片附近的工藝氣體及其等離子體的分布。具體來說，聚焦環(huán)的兩個(gè)部分形成一個(gè)整體的聚焦環(huán)，并以聚焦環(huán)的第一部分25a起到主要的等離子體收斂作用，如圖中實(shí)線箭頭所示，第二部分25b對(duì)基片邊緣的遮蔽作用非常小甚至未產(chǎn)生遮蔽作用，因此當(dāng)聚焦環(huán)的第二部分25b定位于第一位置時(shí)，可進(jìn)行深溝槽等離子體刻蝕，基片W表面附近的等離子體密度不易受到聚焦環(huán)的第二部分25b的影響，基片W邊緣區(qū)域所刻蝕出的深溝槽的剖面形貌得以保證。較佳的，如圖所示，聚焦環(huán)的第一部分25a具有主體部和突出部251，該突出部以狹窄的環(huán)形結(jié)構(gòu)突出于在主體部的上表面，環(huán)繞基片W外周側(cè)。聚焦環(huán)第二部分25b可移動(dòng)地設(shè)置在第一部分25a