一种电感耦合等离子处理装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种电感耦合等离子处理装置，所述的电感耦合等离子处理装置包括反应腔，反应腔顶部包括一绝缘材料窗，一连接到射频电源的电感线圈设置在所述绝缘材料窗上方，电感线圈产生的射频磁场穿过绝缘材料窗进入反应腔激发反应腔内的反应气体形成等离子体，一个磁场调整环围绕所述电感线圈，所述磁场调整环包括一磁场导引环，使得高功率的磁场能量经过所述磁场引导环；所述磁场调整环还包括一个磁场反射环位于所述磁场引导环和所述电感线圈之间，使得经过所述磁场导引环的磁场能量被反射回反应腔中；其中所述磁场引导环由高磁导率、高电阻率的材料制成，所述磁场反射环由低相对磁导率、低电阻率的材料制成。

An inductively coupled plasma processing device

The present invention provides an inductively coupled plasma processing device. The inductively coupled plasma processing device includes a reaction chamber, the top of the reaction chamber includes an insulating material window, an inductance coil connected to the radio frequency power source is set above the insulating material window, and the RF magnetic field produced by the inductor coil is entered through the insulating material window. The reaction gas of the reaction cavity excite the reaction gas of the cavity to form a plasma, a magnetic field adjustment ring around the inductor coil, the magnetic adjustment ring including a magnetic field guide ring, so that the high power magnetic field energy is guided by the magnetic field, and the magnetic field adjustment ring also includes a magnetic field reflecting ring in the magnetic field guide ring. Between the inductor coil, the magnetic field energy passing through the magnetic field guide ring is reflected back into the reaction chamber; the magnetic field guide ring is made of high permeability and high resistivity material, and the magnetic field reflection ring is made of low relative permeability and low resistivity materials.

【技术实现步骤摘要】
一种电感耦合等离子处理装置
本专利技术涉及半导体加工
，具体涉及一种具有磁场分布调节环的电感耦合等离子处理装置。
技术介绍
电感耦合等离子(ICP)处理装置被广泛应用于半导体晶圆加工处理流程，特别适用于对硅材料的刻蚀工艺中。如图1所示为典型的电感耦合等离子处理装置结构图。等离子处理装置包括可以抽真空的反应腔100，反应腔内底部包括基座20用于支撑待处理的晶圆21。基座20上方还包括一个静电夹盘，通过静电夹盘固定待处理晶圆21。与基座相对的反应腔顶部包括绝缘材料窗10，绝缘材料窗10由绝缘材料如石英制成。绝缘材料窗10与反应腔100的侧壁之间还可以设置一可拆卸的内衬30，用于保护反应腔100侧壁。绝缘材料窗上方还设置至少一电感线圈11，电感线圈11通过一个匹配电路连接到一射频电源。射频电源输出射频功率到电感线圈11后，电感线圈上形成如图2所示的交变磁场分布。这些交变的磁场会在磁场正交方向上感应产生交变电场，交变电场作用于反应腔内的反应气体，使之电离并形成高浓度的等离子体。由于等离子是导电的，一旦等离子体形成，在上述交变电场驱动下就会产生交变电流，这些交变电流又会感应出与线圈产生的磁场方向相反的感应磁场。所以线圈11产生的磁场和等离子体中产生的电流互相作用，最终绝大部分射频功率会沉积在靠近绝缘材料窗10下表面，靠近电感线圈外围的离子密集区110。如图1所示，离子密集区的离子会向下扩散到达下方待处理基片。但是在有限的距离内，等离子体从高浓度的外围区域向中心区域扩散无法抵消两者之间的浓度差，最终到达基片21的等离子浓度仍然会明显的出现不均匀。要改善电感耦合等离子处理装置中出现的等离子分布不均匀现象，现有技术提出了一些线圈结构改进的技术方案，比如线圈不是平板形的而是设置在穹顶状的绝缘材料窗上或者由多个电感线圈组成；外围的电感线圈和中心的电感线圈独立可调，通过调整中心线圈和外围线圈的射频功率比率来获得较均匀的等离子体分布。这些方案可以一定程度上改善反应腔中基片上表面处等离子分布的均匀性，但是仍然无法彻底解决电感耦合等离子处理器先天存在的等离子不均匀性，而且这些手段增加了控制和反应腔结构的的复杂性，大幅增加了成本。所以业内需要开发一种新的装置，既能够实现改善电感耦合(ICP)等离子处理装置的等离子分布，还能保持ICP处理装置原有高等离子浓度的优点。
技术实现思路
本专利技术公开一种电感耦合等离子处理装置，所述的电感耦合等离子处理装置包括反应腔，反应腔内包括一个基座，所述基座用于固定待处理基片，反应腔顶部包括一绝缘材料窗，一连接到射频电源的电感线圈设置在所述绝缘材料窗上方，电感线圈产生的射频磁场穿过绝缘材料窗进入反应腔激发反应腔内的反应气体形成等离子体，利用所述等离子体对基片进行处理，还包括一个磁场调整环围绕所述电感线圈，所述磁场调整环包括一磁场导引环，使得高功率的磁场能量穿过所述磁场引导环；所述磁场调整环还包括一个磁场反射环位于所述磁场引导环和所述电感线圈之间，使得经过所述磁场导引环的磁场能量被反射回反应腔中；其中所述磁场引导环由具有第一相对磁导率和第一电阻率的材料制成，所述磁场反射环由具有第二相对磁导率和第二电阻率的材料制成，所述第一相对磁导率大于10倍的第二相对磁导率，第一电阻率大于5倍的第二电阻率。最佳地，所述第一相对磁导率大于100，第二相对磁导率小于等于1；第一电阻率大于大于15×10-8Ωm，第二电阻率小于3×10-8Ωm。其中磁场导引环铁氧体材料或坡莫合金或硅钢制成，磁场反射环由金属铜或铝制成。本专利技术中的磁场反射环电接地，以减少反射环中感应产生电流。本专利技术中磁场调整环可以选择位于设置在反应腔内顶部，靠近绝缘材料窗的下表面。也可以设置在绝缘材料窗上方，所述磁场反射环覆盖所述磁场导引环的顶部、内侧壁和底部。其中磁场调整环可以进一步包括竖直部分和横向延展部分，所述横向延展部分覆盖所述电感线圈。可选的，磁场调整部件的内侧和外侧均包括电感线圈，所述磁场导引环的内侧壁、外侧壁顶部和底部被磁场反射环包围。本专利技术磁场调整环中的磁场导引环与磁场反射环集成为一体，简化安装结构。附图说明图1为现有技术电感耦合等离子处理装置示意图；图2为现有技术中电感耦合线圈产生的磁场分布示意图；图3是本专利技术具有磁场调整环的电感耦合等离子处理装置；图4a是本专利技术具有第二种磁场调整环的电感耦合等离子处理装置；图4b是本专利技术具有第三种磁场调整环的电感耦合等离子处理装置。具体实施方式以下结合附图3，进一步说明本专利技术的具体实施例。本专利技术公开了一种具有磁场调整环的电感耦合等离子处理装置，等离子处理装置内基本的硬件结构与图1所示的现有技术相同，均包含有等离子体反应腔，在进行等离子体刻蚀时，向等离子体反应腔提供反应气体，在等离子体反应腔顶部设有绝缘材料窗10和位于绝缘材料窗10上方的电感线圈11。电感线圈连接到射频电源用于产生射频交变的磁场，并将磁场馈送入反应腔100内，激发反应气体从而产生等离子体，使工艺过程中等离子体反应腔内部充满有等离子体(plasma)。本专利技术与现有技术主要区别在于本专利技术包括磁场调整部件，磁场调整部件包括一个高磁导率低电导率材料制成的磁场引导环13，以及一个高电导率低磁导率材料制成的磁场反射环15。其中磁场引导环13可以由坡莫合金或者硅钢、铁氧体等材料制成，这些材料的相对磁导率都大于10，较佳的相对磁导率大于100甚至大于1000，同时这些材料的电阻率较高，均大于15×10-8Ωm，更高的电阻率可以使得磁场引导环13中感应产生的涡流更小，使得功率损耗更小。磁场反射环15由铝、铜等金属材料制成，这些材料的磁导率基本接近1，但是电阻率小于3×10-8Ωm，铁合金材料由于磁导率较高不适合作为磁场反射环15的材料。高导电性，低导磁性能的材料能够保证磁场反射15环中不会吸收磁场能量，而是大量反射磁场能量。不同材料对磁场能量的吸收和反射具有不同的系数，其中对磁场能量吸收的系数与磁导率μ和电导率σ均呈正比，也就是磁导率和电导率都较高的材料能够吸收更多的磁场能量。磁场能量的反射系数是与电导率σ成正比，但是与磁导率μ成反比的，所以对于电导率很高但是磁导率很低的材料来说磁场能量会有很大一部分被反射，反射的磁场能量会更多的进入反应腔中。本专利技术中磁场导引环13由于具有很高的磁导率所以磁场分布相对图2所示的现有技术的磁场分布会发生明显的调整，更多的磁力线会穿过磁场导引环13。所以采用磁场导引环13就能明显的改变磁场分布，也就能改变由磁场感应出的电场分布以及等离子体的浓度分布。但是只设置磁场导引环13也会带来很大的负面效果，由于磁场导引环13的材料特性决定了重新分配后的磁场在磁场导引环13中很多能量会被吸收，变成热量消耗掉了，所以来自电感线圈11的能量会有一部分被吸收掉没有被输送到反应腔内形成等离子体，最终反应腔内等离子浓度会减小。所以只采用磁场导引环13虽然能够改善磁场的能量分布，但是由于改变的磁场能量有大部分被以热能的形式消耗掉了，所以对反应腔内等离子浓度分布的影响不如预期的大，但是射频能量的浪费却很大，所以只用一个磁场导引环对改善等离子浓度分布只是略有效果，但是负作用很大。如果只在电感线圈外侧设置一个磁场反射环15，则磁场分布情况基本与图2所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电感耦合等离子处理装置，所述的电感耦合等离子处理装置包括：反应腔，反应腔内包括一个基座，所述基座用于固定待处理基片，反应腔顶部包括一绝缘材料窗，一连接到射频电源的电感线圈设置在所述绝缘材料窗上方，电感线圈产生的射频磁场穿过绝缘材料窗进入反应腔激发反应腔内的反应气体形成等离子体，利用所述等离子体对基片进行处理，还包括一个靠近绝缘材料窗的磁场调整环，所述磁场调整环包括一磁场导引环，使得高功率的磁场能量穿过所述磁场引导环；所述磁场调整环还包括一个位于所述磁场引导环和所述电感线圈之间的磁场反射环，使得经过所述磁场导引环的磁场能量被反射回反应腔中；其中所述磁场引导环由具有第一相对磁导率和第一电阻率的材料制成，所述磁场反射环由具有第二相对磁导率和第二电阻率的材料制成，所述第一相对磁导率大于第二相对磁导率，第一电阻率大于第二电阻率。

【技术特征摘要】
1.一种电感耦合等离子处理装置，所述的电感耦合等离子处理装置包括：反应腔，反应腔内包括一个基座，所述基座用于固定待处理基片，反应腔顶部包括一绝缘材料窗，一连接到射频电源的电感线圈设置在所述绝缘材料窗上方，电感线圈产生的射频磁场穿过绝缘材料窗进入反应腔激发反应腔内的反应气体形成等离子体，利用所述等离子体对基片进行处理，还包括一个靠近绝缘材料窗的磁场调整环，所述磁场调整环包括一磁场导引环，使得高功率的磁场能量穿过所述磁场引导环；所述磁场调整环还包括一个位于所述磁场引导环和所述电感线圈之间的磁场反射环，使得经过所述磁场导引环的磁场能量被反射回反应腔中；其中所述磁场引导环由具有第一相对磁导率和第一电阻率的材料制成，所述磁场反射环由具有第二相对磁导率和第二电阻率的材料制成，所述第一相对磁导率大于第二相对磁导率，第一电阻率大于第二电阻率。2.如权利要求1所述的电感耦合等离子处理装置，其特征在于，所述磁场引导环由铁氧体材料或坡莫合金或硅钢制成。3.如权利要求1所述的电感耦合等离子处理装置，其特征在于，所述第一相对磁导率大于100，第二相对磁导率小于等于1；第一电阻率大于大于15×10-8Ωm，第二电阻率小于3×10-8Ωm。4.如权利要求1所述的电感耦合等离子处理装置，其特征在于，所述磁场反射环由金属铜或铝制成。5.如权利要求1所述的电感耦合等离子处理装置，其特征在于，所述磁场反射环电接地。6.如权利要求1所述的电感耦合等离子处理装置，其特征在于，所述磁场调整环位于所述绝缘材料窗上方，所述磁场反射环覆盖所述磁场导引环的顶部、内侧壁和底部。7.如权利要求1所述的电感耦合等离子处理装置，其特征在于，所述磁场调整环设置在反应腔内顶部，靠近绝缘材料窗的下表面。8.如权利要求6所述的电感耦合等离子处理装置，其特征在于，所述磁场调整环包括竖直部分和横向延展部分，所述横向延展部分覆盖所述电感线圈。9.如权利要求1所述的电感耦合等离子处理装置，其特征在于，所述磁场调整部件的内侧和外...

【专利技术属性】
技术研发人员：连增迪，刘季霖，吴狄，黄允文，
申请(专利权)人：中微半导体设备上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31