浸沒(méi)式等離子體注入設(shè)備的仿真優(yōu)化
針對(duì)集成電路注入設(shè)備對(duì)等離子體大面積、高密度和良好均勻性的要求，利用CFD-ACE仿真軟件對(duì)1500mm×1500mm大面積感應(yīng)耦合等離子體腔室做了多物理場(chǎng)綜合仿真。利用正交實(shí)驗(yàn)法對(duì)等離子體腔室結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)進(jìn)行仿真優(yōu)化，得到了能夠產(chǎn)生高密度均勻的等離子體優(yōu)化參數(shù)。對(duì)參數(shù)優(yōu)化后的等離子體腔室做了仿真分析，結(jié)果表明腔室中氣體流速會(huì)受到電極卡盤(pán)上方線圈的擾動(dòng)。另外仿真發(fā)現(xiàn)腔室中電極卡盤(pán)上方等離子體密度具有整體分布均勻，但是邊緣部分出現(xiàn)等離子體密度陡變的特點(diǎn)。分析原因?yàn)楣に嚉怏w的擾動(dòng)以及電極卡盤(pán)邊緣上表面和側(cè)面對(duì)等離子體雙重復(fù)合兩方面的影響。
等離子體處理工藝在集成電路生產(chǎn)制造過(guò)程中具有非常重要的作用。在集成電路微加工過(guò)程中，大約有三分之一的工序基于等離子體處理技術(shù)。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中常用的等離子體源有容性耦合等離子體源(Capacity Coupled Plasma)、電子回旋共振等離子體源(Electron Cyclotron Resonance)和感性耦合等離子體(Inductively Coupled Plasma)等。真空技術(shù)網(wǎng)(http://genius-power.com/)認(rèn)為其中感性耦合等離子體源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，低氣壓工藝條件下工作穩(wěn)定，并且能夠在大面積處理工藝上產(chǎn)生高密度，均勻等離子體，在集成電路工藝過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用。
下一代薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管(ThinFilmTransistor)和液晶顯示技術(shù)(LiquidCrystalDisplay)的發(fā)展對(duì)大面積等離子體源的等離子體密度和均勻性提出了很高的要求。近年來(lái)人們對(duì)大面積等離子體源已經(jīng)有了深入細(xì)致的研究。Chen等提出了一種永磁體約束的大面積圓柱形等離子體源，該等離子體源具有7組矩形線圈陣列，能夠在400mm直徑處理面積上達(dá)到等離子體3%的非均勻性。Kim等提出了一種矩形感應(yīng)耦合等離子體源，其中基底處理面積為880mm×680mm，其等離子體非均勻性可達(dá)8%。另外，Lim等設(shè)計(jì)了一個(gè)超大面積感應(yīng)耦合等離子體源，使用“雙梳型”天線嵌入到等離子體腔室，在2300mm×2000mm處理面積上能夠達(dá)到11.4%到18.1%的等離子體非均勻性。在實(shí)際的IC工藝裝備制造過(guò)程中，等離子體源的設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，成本高，而且需要經(jīng)過(guò)多次調(diào)試和修改才能定型，因此在制造IC工藝裝備之前對(duì)大面積等離子體源進(jìn)行仿真分析是非常有必要的。
本文提出了一種實(shí)現(xiàn)大面積注入工藝的感應(yīng)耦合等離子體注入設(shè)備。本文首先利用CFD-ACE軟件對(duì)腔室中等離子體情況作了多物理場(chǎng)仿真，然后利用正交實(shí)驗(yàn)法詳細(xì)討論了腔室結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)多個(gè)變量對(duì)大面積等離子體的影響，得到良好的仿真效果以及等離子體優(yōu)化方案，對(duì)實(shí)際工藝設(shè)備具有重要的指導(dǎo)意義。
結(jié)論
本文利用CFD-ACE商用軟件對(duì)注入工藝的設(shè)備做了綜合仿真，得到了能夠滿足注入工藝的仿真結(jié)果。首先設(shè)計(jì)L16(4×5)正交實(shí)驗(yàn)表對(duì)腔室等離子體做了16次正交實(shí)驗(yàn)仿真，得到了腔室多個(gè)參量對(duì)腔室等離子體密度和均勻性影響程度大小，然后根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出了2D等離子體腔室優(yōu)化的優(yōu)化方案，大大提高了反應(yīng)腔室中等離子體密度以及等離子體均勻性。最后本文通過(guò)對(duì)優(yōu)化后的腔室等離子體產(chǎn)生情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)電極卡盤(pán)上方等離子體分布平坦，但是在邊緣部分出現(xiàn)明顯的邊緣效應(yīng)。因此下一步重點(diǎn)研究減小等離子體的邊緣效應(yīng)的改進(jìn)方案，從而進(jìn)一步提高等離子體均勻性，以滿足注入工藝對(duì)大面積等離子體均勻性的要求。
