[发明专利]一种表面波等离子体装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体设备制造技术领域，具体涉及一种表面波等离子体装置。

背景技术

近年来，随着电子技术的高速发展，人们对集成电路要求总体趋势趋向于高度集成化和更大面积化，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。等离子体装置在集成电路(IC)或MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)器件的制造工艺中是不可取代的，因此，高性能等离子体发生设备的研发对于半导体制造工艺的发展至关重要。当等离子体设备用于半导体制造工艺时，最主要考察因素是：在一定气压范围能有效率的生成大面积均匀的等离子体。具体到工艺细节，关注点往往在于工艺气体和气压，等离子体均匀程度和等离子体内粒子成分即等离子体的可控性。对应于电子行业的发展，能在低气压下激发大面积，高密度均匀等离子体的等离子体源是当前的主要研究方向。

在传统的半导体制造业，各种类型的等离子体设备被广泛应用于各种工艺，例如，电容耦合等离子体(CCP)类型，电感耦合等离子体(ICP)类型以及表面波(SWP)或电子回旋共振等离子体(ECR)等类型。表面波等离子体是近年来发展起来的新型等离子体发生技术，相较于电感耦合等离子体，其结构上更加简单，且在均匀等离子体大面积化上具有不可忽视的优势。由于表面波加热的机理，微波能量被约束在等离子体和介质的边界上，实际上使用的等离子体是没有激励源影响的远程等离子体，因此相较于电容耦合等离子体和电感耦合等离子体，其电子温度更低，从而减 少了高能电子带来的对器件表面的等离子体损伤。表面波是指，利用微波在介质表面附近激发出高于表面波临界密度以上的等离子体，微波在介质表面等离子体区域沿法向上的迅速衰减，而在介质与等离子体边界上形成沿表面传输的波。表面波在其传输的范围内可形成周期性的强电场，从而维持高密度的等离子体，此即表面波等离子体的形成原理。

目前大面积表面波等离子体的激发方式有多种，包括圆管内壁表面波，狭缝天线平面表面波，径向开槽天线表面波(Radio Slot Line Antenna，RSLA)等。其中商用的主要采用圆管内壁表面波激发方式和径向开槽天线表面波激发方式，而大面积等离子体的激发主要采用RSLA激发方式。

如图1a所示，现有的RSLA表面波等离子体装置包括：微波源及微波传输匹配结构、表面波天线结构和腔室三个部分，其中，微波源及微波传输匹配结构包括：微波源供电电源1、微波源2、谐振器3、环流器4、用于吸收反射功率的负载5、用于测量入射功率和反射功率的定向耦合器6、阻抗调节单元7和矩形波导8。表面波天线部位包括：天线主体11、滞波板12、缝隙板15和介质板16。其中，天线主体11呈圆柱形，通常为铝、不锈钢等金属材料；缝隙板15是开缝结构的天线板，多为铝、不锈钢等金属材料。缝隙板15俯视结构如图1b所示，呈T型的缝隙沿圆周方向由内到外均匀分布。滞波板12呈圆盘状，为低损耗的介质板，其介质可以为Al₂O₃，SiO₂或SiN(硅氮化合物)，微波能量通过滞波板12后压缩波长，从而使得微波在缝隙板15上产生圆偏振，圆偏振的波通过介质板16在真空腔室19内激发产生等离子体，介质板16通常为石英。腔室包括：腔体18、用于密封腔体18和天线主体11的密封圈17和用于放置晶片20的支撑台21。

现有的RSLA表面波等离子体装置存在以下技术缺陷：

1、现有的RSLA表面波等离子体装置采用狭缝开槽天线方式实现微波馈入，中心对称结构的缝隙板15保证了等离子体径向均匀性，但是，微波同轴馈入，在滞波板12的区域内呈发散状传输， 延径向衰减，导致能量分布不均匀，制约了等离子体区域的面积。例如，采用狭缝开槽天线的微波馈入方式的RSLA表面波等离子体装置产生的等离子体均匀半径目前最大只能对直径为8寸晶片进行加工，无法实现对直径为12寸的工业级别晶片进行加工。

2、在某些晶片加工工艺中，需要采用较低的放电气压，例如毫托(mTorr)量级的放电气压，然而，若放电气压过低，则通过狭缝开槽天线结构产生的电场无法放电，导致无法顺利形成气体的初始电离。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供一种表面波等离子体装置，用以解决表面波等离子体大面积均匀性差的问题。

本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：