等离子体处理装置及等离子体处理方法
【专利摘要】一种等离子体处理装置及等离子体处理的方法，其中，所述等离子体处理装置包括：设置于反应腔顶部的若干呈同心分布的多个电感耦合线圈，用于将反应腔内的气体等离子体化，所述电感耦合线圈与所述承片台相对；若干射频功率源，用于分别向电感耦合线圈提供脉冲式射频信号；至少连接到所述第一射频功率源和第二射频功率源的控制单元，所述控制单元用于控制第一射频功率源和第二射频功率源输出的射频功率在高功率输出和低功率输出之间切换形成脉冲式射频信号，且所述低功率输出大于零，所述控制单元使第一射频功率源和第二射频功率源输出的脉冲式射频功率均独立可调。所述等离子体处理装置中的等离子体分布更均匀，等离子体处理的效果更好。
【专利说明】等离子体处理装置及等离子体处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造【技术领域】，尤其涉及一种等离子体处理装置及等离子体处理的方法。
【背景技术】
[0002]等离子体处理装置广泛应用于集成电路的制造工艺中，如沉积、刻蚀等，其中，电感率禹合型等离子体(ICP, Inductively Coupled Plasma)装置是等离子体处理装置中的主流技术之一，其原理主要是使用射频功率驱动电感耦合线圈产生较强的高频交变磁场，使得低压的反应气体被电离产生等离子体。等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，上述活性粒子可以和待处理晶圆的表面发生多种物理和化学反应，使得晶圆表面的形貌发生改变，即完成刻蚀过程；另外，上述活性离子比常规的气态反应物具有更高的活性，可以促进反应气体间的化学反应，即可以实现等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)。
[0003]图1是现有技术的一种电感耦合等离子体处理装置的截面结构示意图，包括:反应腔10 ;位于所述反应腔10内的晶圆载台11，用于承载和固定晶圆14 ;设置于反应腔10顶部的电感耦合线圈12 ;与电感耦合线圈12连接的电源13，用于向所述电感耦合线圈12提供射频功率。
[0004]在所述电感耦合等离子体处理装置工作时，所述电源13在开启(on)和关闭(off)之间切换，从而实现向电感耦合线圈12提供射频功率，且所述射频功率为脉冲信号，使得所述电感耦合线圈12能够产生磁场。被输入至反应腔10的反应气体被所述电感耦合线圈12产生的磁场电离，能够形成等离子体。以刻蚀工艺为例，在对所述晶圆载台11施加偏压的情况下，所述等离子体受到所述晶圆载台11的偏压影响而向晶圆14轰击，以进行刻蚀工艺。
[0005]然而，现有的电感耦合等离子体处理装置中，等离子体的分布不均匀，导致等离子处理的结果不均匀。
【发明内容】
[0006]本发明解决的问题是提供一种等离子体处理装置及等离子体处理的方法，使所述等离子体处理装置中的等离子体分布更均匀，等离子体处理的效果更好。
[0007]为解决上述问题，本发明提供一种等离子体处理装置，包括:反应腔；位于所述反应腔内的承片台，所述承片台用于放置待处理基底；设置于所述反应腔顶部的若干呈同心分布的多个电感耦合线圈，所述电感耦合线圈用于将反应腔内的气体等离子体化，所述电感耦合线圈与所述承片台相对，所述多个电感耦合线圈中包括第一电感耦合线圈、以及位于所述第一电感耦合线圈内一圈的第二电感耦合线圈，所述第一电感耦合线圈包围所述第二电感耦合线圈；若干射频功率源，所述若干射频功率源用于分别向电感耦合线圈提供脉冲式射频信号，所述若干射频功率源中包括第一射频功率源和第二射频功率源，第一射频功率源与第一电感耦合线圈连接，第二射频功率源与第二电感耦合线圈连接；至少连接到所述第一射频功率源和第二射频功率源的控制单元，所述控制单元用于控制第一射频功率源和第二射频功率源输出的射频功率在高功率输出和低功率输出之间切换形成脉冲式射频信号，且所述低功率输出大于零，其中第一射频功率源输出第一脉冲式射频功率，第二射频功率源输出第二脉冲式射频功率，且所述控制单元使第一射频功率源和第二射频功率源输出的脉冲式射频信号独立可调。
[0008]可选的，第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率的脉冲幅度、脉冲相位、脉冲周期、脉冲占空比独立可调。
[0009]可选的，第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率之间同相或反相。
[0010]可选的，第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率之间同步或具有延迟。
[0011]可选的，当第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率之间具有延迟时，延迟时间小于所述第一脉冲式射频功率或第二脉冲式射频功率的周期。
[0012]可选的，所述电感耦合线圈的数量大于或等于2个，所述电感耦合线圈的结构为平面螺旋结构或螺旋管结构。
[0013]可选的，所述射频功率源输出的脉冲式射频信号的功率为100瓦?5000瓦，频率为50赫兹?5000千赫兹，占空比为5%?95%。
[0014]可选的，还包括:若干匹配装置，每一射频功率源通过一匹配装置与一电感耦合线圈连接；偏置射频功率源，所述偏置射频功率源与承片台连接，用于在待处理基底表面形成偏压；与所述反应腔连通的供气源，用于向所述反应腔内通入反应气体；与所述反应腔连通的排气口，用于将反应腔内多余的反应气体和反应残留物排出反应腔。
[0015]相应的，本发明还提供一种采用上述装置进行等离子体处理的方法，包括:提供设置于承片台表面的待处理基底；向反应腔内通入气体；若干射频功率源分别向若干电感耦合线圈提供脉冲式射频信号，其中，所述若干射频功率源中包括第一射频功率源和第二射频功率源，所述第一射频功率源和第二射频功率源输出的射频功率在高功率输出和低功率输出之间切换形成脉冲式射频信号，且所述低功率输出大于零，所述第一射频功率源向第一电感耦合线圈输出第一脉冲式射频功率，第二射频功率源向第二电感耦合线圈输出第二脉冲式射频功率,且所述第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率独立可调；若干电感耦合线圈将反应腔内的气体等离子体化，形成等离子体；利用所述等离子体对待刻蚀基底进行处理，以形成处理图形。
[0016]可选的，第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率的脉冲幅度、相位、周期、占空比独立可调。
[0017]可选的，第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率之间同相或反相。
[0018]可选的，第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率之间同步或具有延迟。
[0019]可选的，当第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率之间具有延迟时，延迟时间小于所述第一脉冲式射频功率或第二脉冲式射频功率的周期。
[0020]可选的，所述射频功率源输出的脉冲式射频信号的功率为100瓦?5000瓦，频率为50千赫兹?5000千赫兹，占空比为5%?95%。
[0021]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0022]在所述等离子体处理装置中，所述控制单元至少使第一射频功率源和第二射频功率源输出的脉冲式射频信号独立可调，即至少使第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率独立可调；通过对第一射频功率源和第二射频功率源分别进行调节，能够获取所需的第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率，从而使反应腔内的等离子体的密度分布更均匀。其次，所述控制单元能够控制第一射频功率源和第二射频功率源输出的射频功率在高功率输出和低功率输出之间切换形成脉冲式射频信号，且所述低功率输出大于零，使得无论第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率为同步还是异步，所述第一电感耦合线圈和第二电感耦合线圈所产生的等离子体均不会熄灭，从而能够使反应腔内的等离子体密度分布保持稳定；而且，由于等离子体处于持续点燃的状态，使得等离子体的电子温度较低，以所述电子温度较低的等离子体进行等离子体处理工艺时，对置于承片台表面的晶圆损伤较小。因此，所述等离子体处理装置内的等离子体密度分布均匀，且等离子体处理效果良好。
[0023]进一步，第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率的脉冲幅度、脉冲相位、脉冲周期、脉冲占空比均独立可调；具体的，第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率之间同相或反相、同步或具有延迟，通过分别调节所述第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率，能够对所述第一电感耦合线圈和第二电感耦合线圈产生的磁场分别进行独立调节，从而实现分别对第一电感耦合线圈和第二电感耦合线圈所产生的等离子体密度进行调节，以使用于反应腔内的等离子体密度分布更均匀，则等离子体处理的效果更佳。而且，无论第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率如何独立调节，由于所述第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率的低功率输出均大于零，使得第一电感耦合线圈和第二电感耦合线圈所产生的等离子体不会熄灭，保证了反应腔内的等离子体密度的稳定性；而且，第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率独立可调、且等离子体不熄灭，能够降低等离子体的电子温度，有利于使等离子体处理的质量提高，对晶圆表面的损伤减小。
[0024]在所述等离子体处理的方法中，若干射频功率源分别向若干电感耦合线圈提供脉冲式射频信号，其中，第一射频功率源向第一电感耦合线圈输出第一脉冲式射频功率、以及第二射频功率源向第二电感耦合线圈输出第二脉冲式射频功率均独立可调，继而获取所需的第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率，以提高反应腔内的等离子体的密度分布的均匀度。其次，所述第一射频功率源和第二射频功率源输出的射频功率在高功率输出和低功率输出之间切换形成脉冲式射频信号，且所述低功率输出大于零，则无论第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率为同步还是异步，由第一电感耦合线圈和第二电感耦合线圈所产生的等离子体均不会熄灭，使反应腔内的等离子体密度分布保持稳定；而且，由于等离子体处于持续点燃的状态，有利于降低等离子体的电子温度，在等离子体处理的过程中对置于承片台表面的晶圆损伤较小。因此，所述等离子体处理方法使离子体处理的质量提高、均匀度改善。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是现有技术的一种电感耦合等离子体处理装置的截面结构示意图；
[0026]图2是一种等离子体处理装置实施例的截面结构示意图；
[0027]图3是本发明的等离子体处理装置一实施例的截面结构示意图；
[0028]图4是电感耦合线圈为平面螺旋结构时，本发明的等离子体处理装置一实施例的截面结构示意图；[0029]图5是电感耦合线圈为3个时，本发明的等离子体处理装置一实施例的截面结构示意图；
[0030]图6是第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率之间反相时的时序图；
[0031]图7是在图6所示tl时间段内，反应腔内的等离子体分布状态示意图；
[0032]图8是在图6所示t2时间段内，反应腔内的等离子体分布状态示意图；
[0033]图9是第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率之间同相时的时序图；
[0034]图10是第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率之间同步时的时序图；
[0035]图11是第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率之间具有延迟时的时序图；
[0036]图12是本发明的等离子体处理方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0037]如【背景技术】所述，现有的电感耦合等离子体处理装置中，等离子体的分布不均匀，导致等离子处理的结果不均匀。
[0038]经过研究发现，请继续参考图1，由于输入反应腔10的反应气体被所述电感耦合线圈12产生的磁场电离而形成等离子体，因此由所述电感耦合线圈12产生的磁场分布情况会影响等离子体的分布。其中，由于所述电感耦合线圈12通常为平面螺旋线圈(spiralcoils)或螺旋管(solenoid coils),则越靠近所述电感稱合线圈12的圆心,所述电感I禹合线圈12产生的磁场强度越强。而所述电感耦合线圈12与所述晶圆载台11相对设置，使得所述反应腔10内，靠近所述电感耦合线圈12和晶圆载台11中心的区域等离子体密度较高，而靠近所述电感耦合线圈12和晶圆载台11边缘的区域等离子体密度较低。
[0039]为了改善反应腔内的等离子体密度分布的均匀性，一种等离子体处理装置被提出，如图2所示，包括:反应腔10，反应腔10内具有晶圆载台11，所述晶圆载台11表面固定有晶圆14 ;设置于反应腔10顶部的内圈线圈15和外圈线圈17，其中，所述外圈线圈17位于内圈线圈15外围、且包围所述内圈线圈15 ;与内圈线圈15连接的电源16 ;与外圈线圈17连接的电源18。其中，所述电源16或电源18分别在开启和关闭之间切换，以此向内圈线圈15或外圈线圈17提供脉冲信号形式的射频功率。然而，所述电源16或电源18通过在开启和关闭之间切换，以使输出的射频功率为脉冲信号，当所述电源16和电源18均处于关闭状态时，极易导致等离子体熄灭，依旧容易使反应腔10内的等离子体的密度分布不均匀。而且，一旦等离子体熄灭之后，需要再次点燃等离子体，容易使等离子体的电子温度提高，而带有较高电子温度的等离子体对晶圆14进行处理时，会对所述晶圆14表面的损伤加剧，造成等离子处理的效果不佳。
[0040]为了解决上述问题，本发明提出一种等离子体处理装置，包括:设置于所述反应腔顶部的若干呈同心分布的多个电感耦合线圈，所述电感耦合线圈用于将反应腔内的气体等离子体化，所述电感耦合线圈与反应腔内的承片台相对，所述多个电感耦合线圈中包括第一电感耦合线圈、以及位于所述第一电感耦合线圈内一圈的第二电感耦合线圈，所述第一电感耦合线圈包围所述第二电感耦合线圈；若干射频功率源，所述射频功率源用于向电感耦合线圈提供脉冲式射频信号，所述若干射频功率源中包括第一射频功率源和第二射频功率源，第一射频功率源与第一电感耦合线圈连接，第二射频功率源与第二电感耦合线圈连接；至少连接到所述第一射频功率源和第二射频功率源的控制单元，所述控制单元用于控制第一射频功率源和第二射频功率源输出的射频功率在高功率输出和低功率输出之间切换形成脉冲式射频信号，且所述低功率输出大于零，其中第一射频功率源输出第一脉冲式射频功率，第二射频功率源输出第二脉冲式射频功率，且所述控制单元使第一射频功率源和第二射频功率源输出的脉冲式射频信号独立可调。
[0041]其中，所述控制单元至少使第一射频功率源和第二射频功率源输出的脉冲式射频信号独立可调，即至少使第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率独立可调；通过对第一射频功率源和第二射频功率源分别进行调节，能够获取所需的第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率，从而使反应腔内的等离子体的密度分布更均匀。其次，所述控制单元能够控制第一射频功率源和第二射频功率源输出的射频功率在高功率输出和低功率输出之间切换形成脉冲式射频信号，且所述低功率输出大于零，使得无论第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率为同步还是异步，所述第一电感耦合线圈和第二电感耦合线圈所产生的等离子体均不会熄灭，从而能够使反应腔内的等离子体密度分布保持稳定；而且，由于等离子体处于持续点燃的状态，使得等离子体的电子温度较低，以所述电子温度较低的等离子体进行等离子体处理工艺时，对置于承片台表面的晶圆损伤较小。因此，所述等离子体处理装置内的等离子体密度分布均匀，且等离子体处理效果良好。
[0042]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
[0043]请参考图3，图3是本发明实施例的等离子处理装置的截面结构示意图，包括:
[0044]反应腔200 ；
[0045]位于所述反应腔200内的承片台202，所述承片台202用于放置待处理基底203 ；
[0046]设置于所述反应腔200顶部的若干呈同心分布的多个电感耦合线圈204，所述电感耦合线圈204用于将反应腔200内的气体等离子体化，所述电感耦合线圈204与所述承片台202相对，所述多个电感耦合线圈204中包括第一电感耦合线圈204a、以及位于所述第一电感耦合线圈204a内一圈的第二电感耦合线圈204b，所述第一电感耦合线圈204a包围所述第二电感耦合线圈204b ；
[0047]若干射频功率源205，所述若干射频功率源205用于分别向电感耦合线圈204提供脉冲式射频信号，所述若干射频功率源205中包括第一射频功率源205a和第二射频功率源205b，第一射频功率源205a与第一电感耦合线圈204a连接，第二射频功率源205b与第二电感耦合线圈204b连接；
[0048]至少连接到所述第一射频功率源205a和第二射频功率源205b的控制单元206，所述控制单元206用于控制第一射频功率源205a和第二射频功率源205b输出的射频功率在高功率输出和低功率输出之间切换形成脉冲式射频信号，且所述低功率输出大于零，其中第一射频功率源205a输出第一脉冲式射频功率Pl，第二射频功率源205b输出第二脉冲式射频功率P2，且所述控制单元206使第一射频功率源205a和第二射频功率源205b输出的脉冲式射频信号独立可调。
[0049]以下将对本实施例的等离子体处理装置进行详细描述。
[0050]所述反应腔200能够对所述待处理基底203进行等离子体刻蚀工艺、或者等离子体沉积工艺。在本实施例中，所述反应腔200用于进行等离子体刻蚀工艺，则所述反应腔200内的等离子体密度分布与刻蚀所述待处理基底203的均匀度有关，而提高所述反应腔200内的等离子体密度分布的均匀性能够提高刻蚀待处理基底203的质量。
[0051 ] 所述承片台202用于固定所述待处理基底203，所述承片台202与所述电感耦合线圈204相对，能够使所述待处理基底203的位置与若干电感耦合线圈204相对应，由所述若干电感耦合线圈204生成的等离子体能够对所述待处理基底203进行处理。
[0052]需要说明的是，本实施例的等离子体处理装置中还包括:若干匹配装置207、偏置射频功率源208、供气源209和排气口 210。其中，每一射频功率源205通过一匹配装置207与一电感耦合线圈204连接，用于使等离子体射频功率源205与反应腔200内的电阻或阻抗进行匹配，使所述等离子体射频功率源205向电感耦合线圈204提供相匹配的脉冲射频信号。本实施例中，所述匹配装置207中包括第一匹配装置207a和第二匹配装置207b，所述第一射频功率源205a与第一匹配装置207a连接，所述第一匹配装置207a与第一电感耦合线圈204a连接，所述第二射频功率源205b与第二匹配装置207b连接，所述第二匹配装置207b与第二电感耦合线圈204b连接。
[0053]所述偏置射频功率源208与承片台202连接，用于在待处理基底203表面形成偏压，由电感耦合线圈204产生的等离子体受到所述偏压的影响而向待处理基底203移动，使等离子体能够对待处理基底203表面进行刻蚀，或在待处理基底203表面发生沉积。所述供气源209与反应腔200连通，用于向所述反应腔200内通入反应气体，所述反应气体经过电感耦合线圈204时会发生电离而形成等离子体进入反应腔200。所述排气口 210与反应腔200连通，用于将反应腔200内多余的反应气体和反应残留物排出反应腔200。
[0054]所述电感耦合线圈204的数量大于或等于2个，所述电感耦合线圈204的结构为平面螺旋结构或螺旋管结构。所述反应腔200顶部具有顶盖，所述若干电感耦合线圈204能够设置于所述顶盖内，所述供气源209通过所述顶盖向所述反应腔200内部输送反应气体，所述反应气体在通过顶盖内的电感耦合线圈204之后被电离成等离子体进入反应腔200内。
[0055]若干电感稱合线圈204呈同心分布，即每一电感稱合线圈204外包围另一电感率禹合线圈，其中，若干电感耦合线圈204分别与若干射频功率源205连接，所述若干射频功率源205能够分别向所述电感耦合线圈204提供脉冲式射频信号。所述若干射频功率源205输出的脉冲式射频信号的功率为100瓦?5000瓦，频率为50赫兹?5000千赫兹，占空比为5%?95%。
[0056]若干射频功率源205均与控制单元206连接，所述控制单元206能够使若干射频功率源205向电感耦合线圈204输出的脉冲式射频信号分别独立可调，即能够分被对若干射频功率源205所输出的脉冲式射频信号的脉冲幅度、相位、周期、占空比进行独立调节，从而使各电感耦合线圈204产生的磁场相互独立，使得由各电感耦合线圈204产生的等离子体的密度分布能够得到独立调节；因此，在反应腔200内与各电感耦合线圈204对应的区域内，等离子体的密度分布能够得到调节，使所述等离子体处理装置能够满足更多的工艺需求，应用更广泛，而且等离子体处理效果更好。
[0057]而且，所述控制单元206能够使若干射频功率源205向电感耦合线圈204输出的脉冲式射频信号的低功率输出大于零，使得反应腔200内的等离子体不熄灭，则反应腔200内的等离子体密度分布能够保持稳定，使用所述等离子体处理装置进行的等离子体处理工艺更容易控制，且处理效果更均匀。[0058]此外，由于等离子体能够保持点燃，有利于降低等离子体的电子温度，以所述电子温度较低的等离子体进行等离子体处理工艺时，对待处理基底203的损伤较小；同时，由于若干射频功率源205向电感耦合线圈204输出的脉冲式射频信号分别独立可调，即能够通过调节各电感耦合线圈204输出的脉冲式射频信号对等离子体的电子温度进行精确调节，以满足特定的工艺需求，例如，对多晶硅进行等离子体刻蚀，由于对所述多晶硅的刻蚀需要使等离子体保持低电子温度状态，才能够保证刻蚀后的多晶硅表面损伤较少、形貌良好。
[0059]本实施例中，所述电感耦合线圈204为螺旋管结构，设置于反应腔200顶部的电感耦合线圈204的数量为2个，分别为第一电感耦合线圈204a和第二电感耦合线圈204b。
[0060]在另一实施例中，请参考图4，所述电感耦合线圈204为平面螺旋结构，所述平面螺旋结构的螺旋线圈处于同一平面。所述电感耦合线圈204的数量为2个，包括第二电感耦合线圈204b、以及包围所述第二电感稱合线圈204b的第一电感稱合线圈204a,所述第一电感率禹合线圈204a和第二电感稱合线圈204b分别由位于同一平面上的两圈导电线圈构成。
[0061]在其他实施例中，所述电感耦合线圈的数量大于2个，例如3个、4个、5个等。具体请参考图5，以所述电感耦合线圈为3个、且为螺旋管结构时为例，除了第一电感耦合线圈204a和第二电感耦合线圈204b之外，还包括:设置于反应腔200顶部的第三电感耦合线圈204c，所述第三电感耦合线圈204c包围所述第一电感耦合线圈204a。所述射频功率源205还包括第三射频功率源205c，所述第三射频功率源205c通过第三匹配装置207c与所述第三电感耦合线圈204c连接。而控制单元206与第一功率源205a、第二功率源205b和第三功率源205b连接，能够使第一功率源205a、第二功率源205b和第三功率源205b输出的脉冲射频信号分别独立可调，且所述脉冲射频信号的低功率输出均大于零。
[0062]在本实施例中，第一脉冲式射频功率Pl和第二脉冲式射频功率P2的脉冲幅度、脉冲相位、脉冲周期、脉冲占空比独立可调。以下将结合附图对进行详细说明。
[0063]请参考图6，图6是第一脉冲式射频功率Pl和第二脉冲式射频功率P2之间反相(reversed pulsing)时的时序图。
[0064]其中，在tl时间段内，第一脉冲式射频功率Pl为高功率输出H1，第二脉冲式射频功率P2为低功率输出L2 ;在t2时间段内，第一脉冲式射频功率Pl为低功率输出LI，第二脉冲式射频功率P2为高功率输出H2。因此，第一脉冲式射频功率Pl和第二脉冲式射频功率P2之间反相。
[0065]所述第一脉冲式射频功率Pl和第二脉冲式射频功率P2的脉冲相位、脉冲周期(tl+t2)和脉冲占空比均相同；所述第一脉冲式射频功率Pl的脉冲幅度为H1-L1，所述第二脉冲式射频功率P2的脉冲幅度为H2-L2 ;当H1-L1=H2-L2时，第一脉冲式射频功率Pl和第二脉冲式射频功率P2的脉冲幅度相同；当Hl-Ll Φ H2-L2时，第一脉冲式射频功率Pl和第二脉冲式射频功率P2的脉冲幅度不同。所述第一脉冲式射频功率Pl的高功率输出Hl和低功率输出L1、以及第二脉冲式射频功率P2的高功率输出H2和低功率输出L2均独立可调。
[0066]请参考图7，图7是在图6所示tl时间段内，反应腔200内的等离子体分布状态示意图。
[0067]在所述反应腔200内具有第一区域211和第二区域212，所述第一区域211为第一电感耦合线圈204a到承片台202之间的区域，所述第二区域212为第二电感耦合线圈204b到承片台202之间的区域。
[0068]由于在tl时间段内，第一脉冲式射频功率Pl为高功率输出H1，第二脉冲式射频功率P2为低功率输出L2，由第一电感耦合线圈204a产生的等离子体密度较高，而由第二电感耦合线圈204b产生的等离子体密度较低。因此，在所述第一区域211内，等离子体的密度分布较高；在所述第一区域212内，等离子体的密度分布较低。
[0069]请参考图8，图8是在图6所示t2时间段内，反应腔200内的等离子体分布状态示意图。
[0070]由于在t2时间段内，第一脉冲式射频功率Pl为低功率输出LI，第二脉冲式射频功率P2为高功率输出H2，由第一电感耦合线圈204a产生的等离子体密度较低，而由第二电感耦合线圈204b产生的等离子体密度较高。因此，在所述第一区域211内，等离子体的密度分布较低；在所述第一区域212内，等离子体的密度分布较高。
[0071]请参考图9，图9是第一脉冲式射频功率Pl和第二脉冲式射频功率P2之间同步(synchronized pulsing)时的时序图。
[0072]在tl时间段内，第一脉冲式射频功率Pl为高功率输出H1，第二脉冲式射频功率P2为高功率输出H2 ;在t2时间段内，第一脉冲式射频功率Pl为低功率输出LI，第二脉冲式射频功率P2为低功率输出L2 ;而且，所述第一脉冲式射频功率Pl和第二脉冲式射频功率P2的脉冲相位、脉冲周期(tl+t2)和脉冲占空比均相同，因此，第一脉冲式射频功率Pl和第二脉冲式射频功率P2之间同步。其中，所述第一脉冲式射频功率Pl的脉冲幅度H1-L1、与所述第二脉冲式射频功率P2的脉冲幅度为H2-L2能够相同或不同。
[0073]请参考图10，图10是第一脉冲式射频功率Pl和第二脉冲式射频功率P2之间异步(unsynchronized pulsing)时的时序图。
[0074]其中，所述第一脉冲式射频功率Pl和第二脉冲式射频功率P2的脉冲相位、脉冲周期、脉冲占空比均不相同，因此，第一脉冲式射频功率Pl和第二脉冲式射频功率P2之间异步。而所述第一脉冲式射频功率Pl的脉冲幅度H1-L1、与所述第二脉冲式射频功率P2的脉冲幅度为H2-L2能够相同，也能够不同。
[0075]请参考图11，图11是第一脉冲式射频功率Pl和第二脉冲式射频功率P2之间具有延迟(delayed pulsing)时的时序图。
[0076]其中，所述第一脉冲式射频功率Pl和第二脉冲式射频功率P2的脉冲周期和脉冲占空比相同，而所述第一脉冲式射频功率Pl的脉冲幅度H1-L1、与所述第二脉冲式射频功率P2的脉冲幅度为H2-L2相同或不同。
[0077]而所述第一脉冲式射频功率Pl和第二脉冲式射频功率P2之间具有延迟，且所述第二脉冲式射频功率P2相对于第一脉冲式射频功率Pl延迟的时间为8t。需要说明档的是，所述延迟时间St小于所述第一脉冲式射频功率Pl的第一周期Tl或第二脉冲式射频功率P2的第二周期T2。
[0078]本实施例中，所述控制单元至少使第一射频功率源和第二射频功率源输出的脉冲式射频信号独立可调，即至少使第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率独立可调；通过对第一射频功率源和第二射频功率源分别进行调节，能够获取所需的第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率，从而使反应腔内的等离子体的密度分布更均匀。其次，所述控制单元能够控制第一射频功率源和第二射频功率源输出的射频功率在高功率输出和低功率输出之间切换形成脉冲式射频信号，且所述低功率输出大于零，使得无论第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率为同步还是异步，所述第一电感耦合线圈和第二电感耦合线圈所产生的等离子体均不会熄灭，从而能够使反应腔内的等离子体密度分布保持稳定；而且，由于等离子体处于持续点燃的状态，使得等离子体的电子温度较低，以所述电子温度较低的等离子体进行等离子体处理工艺时，对置于承片台表面的晶圆损伤较小。因此，所述等离子体处理装置内的等离子体密度分布均匀，且等离子体处理效果良好。
[0079]相应的，本发明的实施例还提供一种采用上述等离子体处理装置进行等离子体处理的方法，请参考图3和图12，图12是本发明的等离子体处理方法的流程示意图，包括:
[0080]步骤SlOl，提供设置于承片台202表面的待处理基底203 ；
[0081]步骤S102，向反应腔200内通入气体；
[0082]步骤S103，若干射频功率源205分别向若干电感耦合线圈204提供脉冲式射频信号，其中，所述若干射频功率源205中包括第一射频功率源205a和第二射频功率源205b，所述第一射频功率源205a和第二射频功率源205b输出的射频功率在高功率输出和低功率输出之间切换形成脉冲式射频信号，且所述低功率输出大于零，所述第一射频功率源205a向第一电感耦合线圈204a输出第一脉冲式射频功率P1，第二射频功率源205b向第二电感耦合线圈204a输出第二脉冲式射频功率P2，且所述第一脉冲式射频功率Pl和第二脉冲式射频功率P2独立可调；
[0083]步骤S104，若干电感耦合线圈204将反应腔200内的气体等离子体化，形成等离子体；
[0084]步骤S105，利用所述等离子体对待刻蚀基底203进行处理，以形成处理图形。
[0085]本实施例中，对所述待处理基底203进行的等离子体处理工艺为刻蚀工艺。在其他实施例中，对所述待处理基底203进行的等离子体处理工艺还能够为沉积工艺。
[0086]所述第一脉冲式射频功率Pl和第二脉冲式射频功率P2独立可调，即第一脉冲式射频功率Pl和第二脉冲式射频功率P2的脉冲幅度、脉冲相位、脉冲周期、脉冲占空比分别独立可调。
[0087]具体的，第一脉冲式射频功率Pl和第二脉冲式射频功率P2之间同相或反相(请参考图6);第一脉冲式射频功率Pl和第二脉冲式射频功率P2之间同步(请参考图9)或具有延迟(请参考图11);当第一脉冲式射频功率Pl和第二脉冲式射频功率P2之间具有延迟时，而且，延迟时间St (请参考图11)小于所述第一脉冲式射频功率Pl或第二脉冲式射频功率P2的周期。
[0088]本实施例中，所述射频功率源输出的脉冲式射频信号的功率为100瓦?5000瓦，频率为50千赫兹?5000千赫兹，占空比为5%?95%。需要说明的是，本实施例的等离子体处理的方法还包括:偏置射频功率源在待处理基底表面形成偏压，使等离子体向待处理基底203表面移动。
[0089]本实施例中，若干射频功率源分别向若干电感耦合线圈提供脉冲式射频信号，其中，第一射频功率源向第一电感耦合线圈输出第一脉冲式射频功率、以及第二射频功率源向第二电感耦合线圈输出第二脉冲式射频功率均独立可调，继而获取所需的第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率，以提高反应腔内的等离子体的密度分布的均匀度。其次，所述第一射频功率源和第二射频功率源输出的射频功率在高功率输出和低功率输出之间切换形成脉冲式射频信号，且所述低功率输出大于零，则无论第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率为同步还是异步，由第一电感耦合线圈和第二电感耦合线圈所产生的等离子体均不会熄灭，使反应腔内的等离子体密度分布保持稳定；而且，由于等离子体处于持续点燃的状态，有利于降低等离子体的电子温度，在等离子体处理的过程中对置于承片台表面的晶圆损伤较小。因此，所述等离子体处理方法使离子体处理的质量提高、均匀度改善。
[0090]虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
【权利要求】
1.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括: 反应腔； 位于所述反应腔内的承片台，所述承片台用于放置待处理基底； 设置于所述反应腔顶部的若干呈同心分布的多个电感耦合线圈，所述电感耦合线圈用于将反应腔内的气体等离子体化，所述电感耦合线圈与所述承片台相对，所述多个电感耦合线圈中包括第一电感耦合线圈、以及位于所述第一电感耦合线圈内一圈的第二电感耦合线圈，所述第一电感耦合线圈包围所述第二电感耦合线圈； 若干射频功率源，所述若干射频功率源用于分别向电感耦合线圈提供脉冲式射频信号，所述若干射频功率源中包括第一射频功率源和第二射频功率源，第一射频功率源与第一电感耦合线圈连接，第二射频功率源与第二电感耦合线圈连接； 至少连接到所述第一射频功率源和第二射频功率源的控制单元，所述控制单元用于控制第一射频功率源和第二射频功率源输出的射频功率在高功率输出和低功率输出之间切换形成脉冲式射频信号，且所述低功率输出大于零，其中第一射频功率源输出第一脉冲式射频功率，第二射频功率源输出第二脉冲式射频功率，且所述控制单元使第一射频功率源和第二射频功率源输出的脉冲式射频信号独立可调。
2.如权利要求1所述等离子体处理装置，其特征在于，第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率的脉冲幅度、脉冲相位、脉冲周期、脉冲占空比独立可调。
3.如权利要求1所述等离子体处理装置，其特征在于，第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率之间同相或反相。
4.如权利要求1所述等离子体处理装置，其特征在于，第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率之间同步或具有延迟。
5.如权利要求4所述等离子体处理装置，其特征在于，当第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率之间具有延迟时，延迟时间小于所述第一脉冲式射频功率或第二脉冲式射频功率的周期。
6.如权利要求1所述等离子体处理装置，其特征在于，所述电感耦合线圈的数量大于或等于2个，所述电感耦合线圈的结构为平面螺旋结构或螺旋管结构。
7.如权利要求1所述等离子体处理装置，其特征在于，所述射频功率源输出的脉冲式射频信号的功率为100瓦~5000瓦，频率为50赫兹~5000千赫兹，占空比为5%~95%。
8.如权利要求1所述等离子体处理装置，其特征在于，还包括:若干匹配装置，每一射频功率源通过一匹配装置与一电感耦合线圈连接；偏置射频功率源，所述偏置射频功率源与承片台连接，用于在待处理基底表面形成偏压；与所述反应腔连通的供气源，用于向所述反应腔内通入反应气体；与所述反应腔连通的排气口，用于将反应腔内多余的反应气体和反应残留物排出反应腔。
9.一种采用如权利要求1所述装置进行等离子体处理的方法，其特征在于，包括: 提供设置于承片台表面的待处理基底； 向反应腔内通入气体； 若干射频功率源分别向若干电感耦合线圈提供脉冲式射频信号，其中，所述若干射频功率源中包括第一射频功率源和第二射频功率源，所述第一射频功率源和第二射频功率源输出的射频功率在高功率输出和低功率输出之间切换形成脉冲式射频信号，且所述低功率输出大于零，所述第一射频功率源向第一电感耦合线圈输出第一脉冲式射频功率，第二射频功率源向第二电感耦合线圈输出第二脉冲式射频功率，且所述第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率独立可调； 若干电感耦合线圈将反应腔内的气体等离子体化，形成等离子体； 利用所述等离子体对待刻蚀基底进行处理，以形成处理图形。
10.如权利要求9所述等离子体处理的方法，其特征在于，第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率的脉冲幅度、相位、周期、占空比独立可调。
11.如权利要求9所述等离子体处理的方法，其特征在于，第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率之间同相或反相。
12.如权利要求9所述等离子体处理的方法，其特征在于，第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率之间同步或具有延迟。
13.如权利要求12所述等离子体处理的方法，其特征在于，当第一脉冲式射频功率和第二脉冲式射频功率之间具有延迟时，延迟时间小于所述第一脉冲式射频功率或第二脉冲式射频功率的周期。
14.如权利要求9所述等离子体处理的方法，其特征在于，所述射频功率源输出的脉冲式射频信号的功率为100瓦~5000瓦，频率为50千赫兹~5000千赫兹，占空比为5%~95%。.
【文档编号】H05H1/46GK103476196SQ201310436399
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月23日 优先权日:2013年9月23日
【发明者】叶如彬, 倪图强 申请人:中微半导体设备(上海)有限公司