[发明专利]等离子体处理装置及其直流偏置电压控制方法

说明书

本发明公开了一种等离子体处理装置及其直流偏置电压控制方法，在等离子刻蚀装置附加高精度检测器来监测和控制离子刻蚀腔体内射频偏置回路中产生的直流偏置电压，且把测量到的电压值转换直流电压后转给控制器，经过控制器的计算之后反馈到射频偏压电源，然后射频偏压电源根据反馈信号的大小调节射频偏置功率的输出，使直流偏置电压保持在设定值。本发明应用到通过边缘环阻抗改变解决被刻蚀晶片边缘倾斜问题的等离子体处理装置时，既可以控制或消除边缘刻蚀的倾斜角问题，还保持刻蚀速率不变。

技术领域

本发明涉及等离子体刻蚀技术领域，具体涉及一种等离子体处理装置及其直流偏置电压控制方法。

背景技术

等离子刻蚀（plasma processing）时，在被刻蚀晶片边缘（wafer edge）处的离子流量的方向通常会倾斜或扭曲，即离子轰击的角度不垂直于晶片表面，从而导致在晶片边缘出现倾斜角（tilting angles）的轮廓特征（feature profile）。

长期以来，技术人员根据经验提出了不少用于解决上述问题的方法，例如，环绕晶片设置有边缘环（或称聚焦环），将边缘环（edge ring）或边缘环组件的材质进行改变，通过使用不同介电常数（dielectric constant）的材料以改变耦合到边缘的部分射频功率（RFpower）。还比如，在晶片边缘设置一个可移动边缘环来调节等离子体鞘层（sheath）的高度以及厚度。

近几年，还提出了一种新方法，可以实现这种方法之一是在射频偏置功率耦合或引导到边缘环的线路内安装一个可变电容，通过调节可变电容的电容量使得倾斜问题精确地被控制甚至消除。

几乎上述所有的方法都是通过改变边缘环的阻抗以改变射频耦合从而控制倾斜问题，可移动边缘环的设计方案是依靠阻抗变化和等离子套筒物理性质来提高等离子体鞘层的综合效应以控制倾斜问题的。然而，上述改变阻抗的方法均导致了另一个问题产生，即，当边缘组件的阻抗发生变化，总体的刻蚀速率也将不同。由此可见，现有技术的方法虽然可以控制或消除边缘刻蚀的倾斜角问题，但却引起了刻蚀速率的变化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种等离子体处理装置及其直流偏置电压控制方法，通过设置可变电容等阻抗调整手段，来主动调节边缘环组件的射频耦合，使得边缘倾斜问题精确地被控制。还在随电容变化出现蚀刻漂移时，通过调整射频偏置功率来保持直流偏置电压不变，从而保持刻蚀速率稳定。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

提出一种等离子体处理装置，其反应腔环绕一放置晶片的基座，反应腔内形成有等离子体对晶片进行工艺处理，所述晶片的周边环绕设置有边缘环；提供射频偏置功率的射频偏压电源，通过相应的射频匹配器连接到所述基座；所述等离子体处理装置还包含：

可变阻抗装置，连接在将射频偏置功率耦合到边缘环的电路和/或直接引导到边缘环的电路中；

探测器，其对射频偏置功率施加时的直流偏置电压进行检测；

控制器，对所述可变阻抗装置提供的阻抗值进行控制，以通过所述阻抗值对晶片边缘区域的射频功率进行调整；所述控制器还根据检测到的直流偏置电压，计算将直流偏置电压调整到设定值所需的补偿值，并形成与补偿值相应的控制信号来驱使所述射频偏压电源对射频偏置功率进行调整。

优选地，所述控制器是逻辑可编程电路，把探测到的直流偏置电压转换数字信号之后进行运算处理，再把运算好的补偿值转换模拟信号，反馈到射频偏压电源或射频匹配器，以调整输出的射频偏置功率；所述等离子体处理装置还包含图形用户界面，输入直流偏置电压的设定值，并对逻辑可编程电路进行数据转换到运算处理的过程进行监视。

优选地，一耦合环围绕着基座的外周围，所述边缘环设置在所述耦合环上方；一环形电极位于所述耦合环上方；串联有所述可变阻抗装置的导线，一端连接至与射频偏置电源导电连接的基座，另一端连接至所述环形电极。