浸沒(méi)式等離子體注入設備的仿真優(yōu)化

　　針對集成電路注入設備對等離子體大面積、高密度和良好均勻性的要求，利用CFD-ACE仿真軟件對1500mm×1500mm大面積感應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)驗法對等離子體腔室結構和工藝參數進(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。對參數優(yōu)化后的等離子體腔室做了仿真分析，結果表明腔室中氣體流速會(huì )受到電極卡盤(pán)上方線(xiàn)圈的擾動(dòng)。另外仿真發(fā)現腔室中電極卡盤(pán)上方等離子體密度具有整體分布均勻，但是邊緣部分出現等離子體密度陡變的特點(diǎn)。分析原因為工藝氣體的擾動(dòng)以及電極卡盤(pán)邊緣上表面和側面對等離子體雙重復合兩方面的影響。

　　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://likelearn.cn/)認為其中感性耦合等離子體源結構簡(jiǎn)單，低氣壓工藝條件下工作穩定，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用。

　　下一代薄膜場(chǎng)效應晶體管(ThinFilmTransistor)和液晶顯示技術(shù)(LiquidCrystalDisplay)的發(fā)展對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)人們對大面積等離子體源已經(jīng)有了深入細致的研究。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(xiàn)圈陣列，能夠在400mm直徑處理面積上達到等離子體3%的非均勻性。Kim等提出了一種矩形感應耦合等離子體源，其中基底處理面積為880mm×680mm，其等離子體非均勻性可達8%。另外，Lim等設計了一個(gè)超大面積感應耦合等離子體源，使用“雙梳型”天線(xiàn)嵌入到等離子體腔室，在2300mm×2000mm處理面積上能夠達到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，等離子體源的設計周期長(cháng)，成本高，而且需要經(jīng)過(guò)多次調試和修改才能定型，因此在制造IC工藝裝備之前對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)現大面積注入工藝的感應耦合等離子體注入設備。本文首先利用CFD-ACE軟件對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)驗法詳細討論了腔室結構和工藝參數多個(gè)變量對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，對實(shí)際工藝設備具有重要的指導意義。

　　結論

　　本文利用CFD-ACE商用軟件對注入工藝的設備做了綜合仿真，得到了能夠滿(mǎn)足注入工藝的仿真結果。首先設計L16(4×5)正交實(shí)驗表對腔室等離子體做了16次正交實(shí)驗仿真，得到了腔室多個(gè)參量對腔室等離子體密度和均勻性影響程度大小，然后根據正交實(shí)驗結果提出了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)對優(yōu)化后的腔室等離子體產(chǎn)生情況進(jìn)行分析，發(fā)現電極卡盤(pán)上方等離子體分布平坦，但是在邊緣部分出現明顯的邊緣效應。因此下一步重點(diǎn)研究減小等離子體的邊緣效應的改進(jìn)方案，從而進(jìn)一步提高等離子體均勻性，以滿(mǎn)足注入工藝對大面積等離子體均勻性的要求。