УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО ТРАВЛЕНИЯ ПЛАСТИН БОЛЬШОГО РАЗМЕРА

Полезная модель относится устройствам для плазмохимического травлению материалов и может быть использована для обработки полупроводниковых пластин большого диаметра в плазме разреженных газов, в частности для изотропного удаления двуокиси кремния, очистки пластин от фоторезиста.
Устройство плазмохимического травление, согласно изобретению TW 201507026 (МПК H01J 37/305; H01L 21/3065, опубл. 2015-02-16), содержит камеру обработки, секцию удержания подложки в камере обработки и электродную пластину, обращенную к секции удержания подложки внутри камеры обработки. Устройство плазмохимического травления дополнительно содержит набор секций для подачи технологического газа в пространство между секцией удержания и электродной пластиной, причем каждая из секции подачи расположена в одной из n (где n означает натуральное число 2 или выше) областей, имеющих форму концентрических кругов, расположенных перпендикулярно подложке с секциями подачи технологического газа через равные интервалы в каждой области. Устройство плазмохимического травления также содержит источник питания высокой частоты (ВЧ), который преобразует технологический газ в плазму путем подачи высокочастотной мощности на секцию удержания или на электродную пластину. Устройство плазмохимического травления также контролирует скорость потока газа, подаваемого из отверстий подачи газа в каждой области.
В патенте US 5961772 (МПК H01J 37/32; H01L 21/302; Н05Н 1/24; H05H 1/46; опубл. 1999-10-05) предложено использование двух концентрических электродов для создания плазмы в кольцевом зазоре между ними. Формируемый устройством плазменный разряд создает газовый поток температурой не выше 250°С при мощности 300 В, способный произвести быструю очистку или травление металлов и других материалов, также удалить пленки и покрытия. Возникновение дугового разряда предупреждается использованием гелия, ограничивающего ионизацию, высокой скоростью потока и ВЧ питанием электрода.
Недостатком этих устройств является неспособность обработки пластин большого диаметра. Увеличение диаметра электродов приведет к неоднородности травления, во избежание которой придется отдалить пластину от зоны возбуждения, что резко понизит скорость травления из-за рекомбинации радикалов в пути.
Для обеспечения возможности обработки пластин большого диаметра следует увеличить количество электродов.
Известно устройство, принятое за прототип (заявка на патент 93008861, МПК H01L 21/306, опубл. 20.04.1995), для плазменного травления материалов, которое содержит разрядную камеру с газовакуумной системой, электроды для возбуждения плазмы, выполненные в виде двух групп соединенных между собой поочередно концентрических колец, закрепленных на диэлектрической пластине. Основным преимуществом предлагаемой конструкции является обеспечение высокого процента выхода годных изделий за счет повышения равномерности распределения скорости травления по поверхности подложки любого диаметра, до 200 мм включительно.
Целью настоящей полезной модели является повышение качества обработки пластин большого диаметра, путем уменьшения вредного энергетического воздействия плазмы на их поверхность и повешения равномерности обработки.
Технический результат заключается в значительном увеличении диаметра пластин, подвергаемых плазмохимическому травлению, без потери качества обработки.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для плазмохимического травления пластин большого размера, включающем корпус камеры, две группы электродов, выполненные в виде концентрических колец, изолированный подложкодержатель с расположенной на нем обрабатываемой пластиной и систему газонапуска, согласно полезной модели, электроды выполнены в виде полых водоохлаждаемых колец, зазор между которыми составляет от 5 до 8 мм, к одной группе относятся ВЧ-электроды, а ко второй - заземленные электроды, причем центральный электрод находится под ВЧ потенциалом и выполнен в виде стержня, при этом движение газового потока осуществляется вдоль поверхности ВЧ-электродов перпендикулярно поверхности обрабатываемой пластины, а подложкодержатель находится вне зоны возбуждения плазмы.
С целью увеличения равномерности обработки пластин большого диаметра, прохождение газового потока по каждому кольцевому каналу может дополнительно контролироваться отдельным регулируемым натекателем, а мощность, вкладываемая в разряд в каждом кольцевом зазоре между электродами, может дополнительно регулироваться специальными устройствами регулировки мощности.
Так как количество кольцеобразных электродов можно увеличить неограниченно, данная система позволит обрабатывать пластины практически любого диаметра. Такая конструкция позволит управлять газонапуском над поверхностью пластины, регулируя таким образом радиальную неоднородность скорости обработки поверхности, благодаря тому, что каждая пара электродов может иметь свою систему газонапуска.
Зона обработки пространственно отделена от зоны генерации плазмы. Перераспределение мощности, вкладываемой в разряд, производится между каждой парой кольцевых электродов независимо, таким образом меняется концентрация активных радикалов над поверхностью пластины, обеспечивая равномерность ее обработки.
На фиг. 1 приведено схематическое изображение предлагаемого устройства в разрезе.
Устройство содержит заземленный корпус 1 с откачным патрубком 2, расположенный в корпусе 1 подложкодержатель 3 с обрабатываемой пластиной 4. Верхняя крышка камеры состоит из чередующихся потенциальных 5 и заземленных 6 электродов, рабочие поверхности которых, имеют форму соосных цилиндров. Блок газонапуска состоит из натекателей 7, которые регулируют подачу газовой смеси в зазоры между этими электродами. Питание электродов осуществляется от высокочастотного устройства 8. ВЧ-мощность, подаваемая на потенциальные электроды 5 распределяется при помощи устройств 9.
Устройство работает следующим образом.
На подложкодержатель 3 укладывается обрабатываемая пластина 4. Корпус 1 и система элетродов герметизируют реакционный объем. Через патрубок 2 производится откачка камеры до давления 1.3-6 Па. После достижения этого давления осуществляется подача рабочего газа в область возбуждения разряда. При установлении в камере рабочего давления 350-500 Па на электроды 5 от генератора 8 через устройство согласования подается ВЧ напряжение частотой 13,56 МГц. В зазоре между электродами 5 и 6 возбуждается плазма тлеющего разряда. Образующиеся при этом химически активные радикалы переносятся газовым потоком к поверхности пластины и осуществляют процесс травления. При этом, т.к. ВЧ поле в реакторе направлено вдоль поверхности пластины, оно препятствует дрейфу заряженных частиц в потоке газа в направлении к поверхности пластины, таким образом уменьшая вредное энергетическое воздействие разряда на поверхность. Во избежание радиальной неоднородности травления по пластине, мощность, вкладываемая в каждый кольцевой зазор, перераспределяется соответствующим устройством, а расход газовой смеси, подаваемой в каждый кольцевой зазор, регулируется отдельным натекателем.