УСТРОЙСТВО СВЧ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ ПЛАСТИН Российский патент 2015 года по МПК H01L21/3065 

Изобретение относится к СВЧ плазменным устройствам для проведения процессов осаждения и травления слоев - металлов, полупроводников, диэлектриков и может быть использовано в технологических процессах создания полупроводниковых приборов с высокой степенью интеграции, работающих в экстремальных условиях.

Известно СВЧ плазменное устройство волноводного типа обработки материалов при пониженных давлениях, состоящее из СВЧ генератора, волноводного тракта, огибающего реакционную камеру и заканчивающегося короткозамыкающим поршнем или согласованной нагрузкой. В нескольких местах широкую стенку волноводного тракта пересекают кварцевые разрядные трубки перпендикулярно ее поверхности, один конец которых входит в реакционную камеру, а через другой подается газ (или газы). В местах входа и выхода кварцевых трубок из волноводного тракта накладывается магнитное поле, с помощью которого реализуются условия электронного циклотронного резонанса (ЭЦР). В разрядных трубках загорается плазма, которая «впрыскивается» в реакционную камеру, в которой происходит обработка (травление, осаждение слоев) кремниевых пластин [«Устройство СВЧ плазменной обработки пластин большого диаметра» Сборник материалов «3-й международный симпозиум по теоретической и прикладной плазмохимии». Иваново, 2002, том 2, стр. 472-474].

Недостатки аналога:

- трубно настроить одинаковое горение плазмы в каждой разрядной трубке (плотность плазмы разрядов в каждой трубке отличаются);

- практически сложно уставлять равномерностью обработки по пластине (хотя и возможно).

Известен ближайший аналог (прототип), устройство плазменной обработки [RU 2368032 C1, H01L 21/3065, 20.09.2009], состоящее из реакционной вакуумной камеры с вводами источников СВЧ плазмы, количество которых не регламентировано, расположенными перпендикулярно боковой стенке, и расположенного в реакционной вакуумной камере подогреваемого или охлаждаемого пьедестала для подложек, имеющего возможность вертикального перемещения и возможность электрического смещения относительно плазмы. Вне камеры над местом размещения подложек на пьедестале расположен ВЧ-индуктор, причем стенка камеры, в месте ее примыкания к индуктору, выполнена из материала, прозрачного для ВЧ электромагнитного поля. Основными недостатками устройства являются неравномерность обработки пластин (приблизительно 2%) и относительно низкая скорость формирования слоев.

Техническим результатом изобретения является улучшение равномерности обработки и повышение скорости формирования слоев. Изобретение поясняется чертежами - фиг. 1 и фиг. 2.

Технический результат достигается за счет того, что волноводный тракт 1, огибающий боковую стенку реакционной камеры 2, делается кольцевым и возбуждается с двух диаметрально противоположных сторон посредством волноводных тройников. Волны в противоположных плечах тройников отличаются друг от друга по фазе на 180° и не «видят друг друга». Поэтому возбуждение ЭЦР плазмы в каждой разрядной трубке 3, проходящей через центр широкой стенки волноводного тракта и перпендикулярно ей, посредством наложения магнитного поля с помощью электромагнитов 4 и магнитопроводов 5 в местах входа и выхода из волноводного тракта производится как бы от двух источников СВЧ. Отраженные волны совпадают по фазе с падающей волной в противоположном плече тройника, то есть идет «подпитка» каждого источника за счет отраженной волны и тем самым резко повышается коэффициент полезного использования СВЧ энергии генератора и равномерность горения плазмы в каждой разрядной трубке (плотность плазмы в каждой разрядной трубке практически одинакова). Таким образом, в реакционную камеру «впрыскивается» плазма из всех разрядных трубок с практически одинаковой плотностью в телесные углы, которые пересекаются, и образуется область распадающейся плазмы с высокой степенью однородности параметров плазмы, в которую и помещают пластину. Все разрядные трубки располагаются в одной плоскости, параллельной обрабатываемой пластине. При обработке пластин до 76 мм в диаметре неравномерность обработки составляет порядка 2÷3%. При обработке пластин до 150 мм в диаметре неравномерность составляет до 5%. При обработке пластин до 200 мм в диаметре неравномерность обработки составляет 6÷8%. Если проводятся процессы травления, то в центре пластины наблюдается недотрав слоев. Если проводятся процессы осаждения, то в центральной зоне наблюдается уменьшение толщины по сравнению с периферийной зоной. Для снижения такой неравномерности обработки пластин большого диаметра вне реакционной камеры над местом размещения подложек 6 на пьедестале 7 расположена плоская спиральная двухзаходная СВЧ антенна 8, запитываемая или от отдельного СВЧ генератора, или ответвлением с помощью тройника и коаксиально-волноводного перехода части СВЧ энергии от основного СВЧ генератора. СВЧ энергия, проводимая с помощью спиральной антенны, поглощается «технологической» плазмой, создаваемой с помощью разрядных трубок, ее параметры (плотность, энергия ионов и т.д.) возрастают и «выравниваются» по сечению над обрабатываемой пластиной. Спиральная двухзаходная СВЧ антенна размещается на крышке реакционной камеры, выполненной из прозрачного для СВЧ материала 9. Таким образом, равномерность параметров «технологической» плазмы в реакционной камере над обрабатываемой пластиной повышается и позволяет обрабатывать пластины диаметром до 200 мм с неравномерностью 1÷1,5%.

Подогрев обрабатываемых пластин осуществляется с помощью СВЧ поля. Для этого в реакционной камере под обрабатываемой пластиной размещается еще одна плоская спиральная двухзаходная СВЧ антенна, запитываемая или от отдельного СВЧ генератора, или ответвлением с помощью тройника и коаксиально-волноводного перехода части СВЧ энергии от основного СВЧ генератора.

Изобретение относится к СВЧ плазменным устройствам для проведения процессов осаждения и травления слоев - металлов, полупроводников, диэлектриков и может быть использовано в технологических процессах создания полупроводниковых приборов с высокой степенью интеграции, работающих в экстремальных условиях. Изобретение обеспечивает улучшение равномерности обработки и повышение скорости формирования слоев. В устройстве СВЧ плазменной обработки пластин, содержащем волноводный тракт, огибающий боковую стенку реакционной камеры, через центр широкой стенки волноводного тракта перпендикулярно к ней проходят несколько разрядных трубок, а в местах их входа и выхода из волноводного тракта накладывается магнитное поле для создания условий электронного циклотронного резонанса, волноводный тракт выполняют кольцевым и располагают на боковой стенке реакционной камеры так, что разрядные трубки размещаются в одной плоскости, параллельной обрабатываемой пластине, а над обрабатываемой пластиной вне реакционной камеры на ее крышке, выполненной из прозрачного для СВЧ материала, располагают плоскую двухзаходную спиральную СВЧ антенну, под обрабатываемой пластиной для ее нагрева размещают еще одну плоскую двухзаходную спиральную СВЧ антенну. 2 ил.

Устройство СВЧ плазменной обработки пластин, содержащее волноводный тракт, огибающий боковую стенку реакционной камеры, через центр широкой стенки волноводного тракта перпендикулярно к ней проходит несколько разрядных трубок, а в местах их входа и выхода из волноводного тракта накладывается магнитное поле для создания условий электронного циклотронного резонанса, отличающееся тем, что волноводный тракт выполняют кольцевым и располагают на боковой стенке реакционной камеры так, что разрядные трубки размещаются в одной плоскости, параллельной обрабатываемой пластине, а над обрабатываемой пластиной вне реакционной камеры на ее крышке, выполненной из прозрачного для СВЧ материала, располагают плоскую двухзаходную спиральную СВЧ антенну, под обрабатываемой пластиной для ее нагрева размещают еще одну плоскую двухзаходную спиральную СВЧ антенну.