Mật độ plasma, năng lượng ion và phân bố nhóm hoạt động là cơ sở để xác định tính đồng nhất khắc, cần được điều khiển chính xác thông qua hệ thống tần số vô tuyến, hỗ trợ từ trường và thiết kế đối xứng buồng.

1. Kiểm soát tinh tế của hệ thống tần số vô tuyến (RF)

Công suất RF là động lực cốt lõi của thế hệ plasma, và sự ổn định và phân phối của nó ảnh hưởng trực tiếp đến tính đồng nhất của plasma:

Kiểm soát ổn định công suất: Sử dụng nguồn cung cấp tần số vô tuyến có độ chính xác cao (chẳng hạn như độ chính xác dao động công suất ± 0,1%) và kết hợp với mạng kết hợp tự động (AutoMatchingNetwork), bù thời gian thực cho những thay đổi trong trở kháng buồng (do trạng thái mẫu, thay đổi thành phần khí), tránh plasma cục bộ "tắt" hoặc "quá mạnh". Ví dụ, trong quá trình khắc ion phản ứng (RIE), sự không phù hợp trở kháng dẫn đến giảm mật độ plasma cạnh wafer, độ lệch tốc độ khắc có thể lên tới hơn 10% và tốc độ phản hồi của mạng phù hợp cần được kiểm soát ở mức mili giây.

Điều khiển phối hợp RF đa tần số: Sử dụng tần số kép (ví dụ: 13,56 MHz+2 MHz) hoặc hệ thống RF ba tần số, tần số cao (ví dụ: 13,56 MHz) chủ yếu kiểm soát mật độ plasma (ảnh hưởng đến tốc độ khắc) và tần số thấp (ví dụ: 2 MHz) kiểm soát năng lượng bắn phá ion (ảnh hưởng đến định hướng khắc). Bằng cách điều chỉnh tỷ lệ công suất ở các tần số khác nhau, "tính đồng nhất mật độ" và "tính đồng nhất năng lượng" có thể được tối ưu hóa tương ứng - chẳng hạn như chênh lệch mật độ plasma giữa tâm wafer và cạnh và độ lệch mật độ có thể được giảm xuống dưới 3% bằng cách tăng tỷ lệ công suất tần số cao ở các vùng cạnh (chẳng hạn như sử dụng điện cực RF phân vùng).

2. Hạn chế plasma được hỗ trợ bởi từ trường

Đối với khắc plasma mật độ cao (như khắc ECR, khắc ICP), từ trường có thể hạn chế chuyển động của electron thông qua lực Lorentz, nâng cao tính đồng nhất mật độ plasma:

Tối ưu hóa cường độ và phân phối từ trường: "Hệ thống từ trường đồng nhất" được xây dựng bởi nhiều nhóm cuộn dây, điều chỉnh dòng cuộn dây bằng mô phỏng (chẳng hạn như mô phỏng từ trường COMSOL), làm cho độ lệch cường độ từ trường trong khoang ≤5%. Ví dụ, trong khắc ICP, nếu trung tâm từ trường quá mạnh và cạnh yếu, nó sẽ dẫn đến mật độ plasma trung tâm quá cao và tốc độ khắc nhanh; Bằng cách bù dòng điện cuộn cạnh, độ lệch chuẩn phân phối mật độ plasma trong wafer có thể được giảm từ 8% xuống 2%.

Điều chỉnh từ trường động: Đối với các mẫu khắc khác nhau (chẳng hạn như vùng đồ họa mật độ cao so với vùng đồ họa mật độ thấp), điều chỉnh phân bố từ trường trong thời gian thực (chẳng hạn như điều khiển dòng cuộn bằng nguồn điện có thể lập trình), tránh "tụ plasma" cục bộ - chẳng hạn như khi khắc rãnh có kích thước lớn, vùng rãnh dễ dàng thu hút nhiều ion hơn do tích điện tích, làm suy yếu động từ trường của khu vực này có thể cân bằng cường độ bắn phá ion.

3. Phòng thiết kế đối xứng hình học

Cấu trúc cơ học của buồng cần tránh "góc chết" hoặc "điện trường không đối xứng", đảm bảo plasma không bị xáo trộn:

Điện cực song song và đối xứng: độ song song của điện cực trên và dưới (anode/cathode) cần được kiểm soát trong vòng 0,1mm (đạt được bằng đường ray chính xác và thiết bị hiệu chuẩn ngang), nếu điện cực nghiêng, nó sẽ gây ra sự khác biệt về cường độ điện trường cục bộ (chẳng hạn như tăng cường điện trường cạnh), bắt đầu tốc độ khắc "cạnh nhanh và trung tâm chậm". Ngoài ra, đường kính điện cực cần lớn hơn một chút so với wafer (như wafer đường kính 300mm, điện cực đường kính 320mm), giảm "cạnh điện trường suy giảm".

Tránh ô nhiễm kim loại và tích tụ điện tích: Các bức tường bên trong buồng và các thành phần (như vòi phun, vòng lót) cần sử dụng vật liệu trơ (như lớp phủ Al ₂ O₃, Y₂ O₃) để ngăn chặn các nguyên tử kim loại làm ô nhiễm mẫu sau khi plasma phún xạ, đồng thời giảm tích tụ điện tích không đồng đều trên bề mặt tường (tích tụ điện tích làm biến dạng điện trường cục bộ).