УСТРОЙСТВО СВЧ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ ПЛАСТИН

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.