用于控制等离子体体积的设备制造技术

这里公开的是一种用于在采用等离子体增强工艺加工处理室中的衬底的过程中控制等离子体体积的等离子体限定装置。该装置包括具有多个第一磁元件的第一磁性桶形装置。第一磁元件被构型为用于在加工室内产生第一磁场。该装置还包括具有多个第二磁元件的第二磁性桶形装置。第二磁元件被构型为用于在加工室内产生第二磁场。第二磁场构型为与第一磁场组合，以便在第一与第二磁性桶形装置之间产生合成磁场。该合成磁场被构型为在允许加工中产生的副产物气体通过，而将等离子体大致限定在至少由加工室和合成磁场确定的体积内。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及加工用于集成电路(IC)制造中的半导体衬底或用于平板显示器应用中的玻璃板等衬底的设备和加工方法。更具体说，本专利技术涉及对等离子体加工室内等离子体的控制。
技术介绍
等离子体加工系统已出现了很长时间，近年来，感应耦连到等离子体源、电子回旋谐振源(ECR)、电容源等的等离子体加工系统已引入加工半导体衬底和玻璃板，并用于改变半导体衬底和玻璃板的加工等级。加工中，通常用多个淀积和/或蚀刻步骤。淀积中，材料淀积在衬底表面上(如玻璃板或晶片的表面上)。例如，可在衬底表面上形成诸如SiO2的淀积层。反之，用蚀刻法在衬底表面上的预定区域有选择地去除材料。例如，在衬底上的淀积层中形成诸如通路，接点或沟槽等蚀刻特性。等离子体加工的一个特定方法中，用感应源产生等离子体。图1示出用于等离子体加工的现有的感应等离子体加工反应器100。典型的感应等离子体加工反应器包括加工室102，加工室102有设在电介质窗106上方的天线感应线圈104。通常，天线104有效地耦连到第一RF电源108。而且，在加工室102内设置喷气口110，用于将例如蚀刻源气的气态源材料释放到电介质窗106与衬底112之间的RF感应等离子体区中。衬底112引入加工室102中并放在吸盘114上，吸盘114通常作为底电极并有效地耦连到第二RF电源116。为了产生等离子体，加工气经喷气口110输入加工室102。之后，用第一RF电源108给感应线圈104施加功率(能量)。所施加的RF功率通过电介质窗106，在加工室102中感应大电场。电场加速加工室内存在的少量电子，使它们与加工气的气体分子碰撞。这些碰撞引起电离和开始放电或产生等离子体118。正如本领域公知的，加工气的中性气体分子在这些强电场作用下失去电子，而留下带正电荷的离子。结果，等离子体118中含正电荷离子、负电荷电子和中性气体分子(和/或原子)。一旦形成了等离子体，等离子体中的中性气体分子有向衬底表面移动的趋势。例如，使得中性气体分子存在于衬底处的机理之一可能是扩散(即，在加工室内的分子随机移动)。因此，通常沿衬底112的表面会发现中性物质层(例如中性气体分子层)。因此，当底电极114接通电源时，离子朝衬底加速移动与中性物质组合，进行蚀刻反应。虽然等离子体118主要停留在加工室的上部区域(例如有效区)，但是部分等离子体仍有充满整个加工室的趋势。等离子体通常进入加工室内任何能持续的地方。例如，等离子体会充入衬底下诸如泵下的区域(例如无效区内)。如果等离子体到达这些区域，就会造成这些区域的刻蚀、淀积和/或腐蚀，这会导致加工室内的因对该区域的刻蚀或淀积材料碎片剥落引起的颗粒污染。结果，使加工室部分的寿命降低。而且，不受约束的等离子体会形成不均匀的等离子体，导致加工性能变化，即蚀刻均匀性、总蚀刻速率、蚀刻形状、微负荷、选择性等变化。结果，使集成电路的关键尺寸极难控制。此外，加工性能变化会导致半导体电路中的器件损坏，结果通常使生产成本更高。控制等离子体的标准方法是在等离子体反应器内设等离子体屏板。等离子体屏板的尺寸大致确定为可以将等离子体限定在由加工室和等离子体屏板确定的体积内。大多数情况下，等离子体屏板还包括许多开口，以允许加工中产生的副产品气体穿过等离子体反应器的排气口。参见图1和2，等离子体屏板202与等离子体加工室100相连。等离子体屏板202通常构型为大致填满加工室壁120的内部周边与静电吸盘114的外部周边之间形成的间隙。而且，等离子体屏板202通常包括许多穿孔204，穿孔204的尺寸应允许加工中形成的副产品气体从排气口122排出。同时，穿孔204的尺寸确定为将等离子体限定在加工室102确定的体积内。穿孔大致形成同心圆、槽等形状。而且，等离子体屏板通常在固定位置与加工室连接(例如用螺栓固定)。但等离子体屏板有一些缺点。通常，设在加工室内的构件在加工期间会造成衬底污染。其原因是，该构件的某些部位或表面吸附的蚀刻副产品和淀积物碎屑会附着到衬底上，造成颗粒污染。颗粒污染会产生不希望有的和/或预想不到的结果。例如，衬底表面上的颗粒会使衬底上要刻蚀的部分中断。按此方式，不能正确地形成沟槽，这会导致器件损坏，因此降低了合格率。而且，在加工中要随时清洁等离子体屏板。以防止过多地累积淀积物和刻蚀副产物。清洁的缺点是降低了衬底的制造量，通常由于生产率的降低提高了生产成本。此外，等离子体屏板减小了副产品气体的通道。例如，等离子体屏板通常使副产品气体通道减小30％至60％。这会导致设计中对泵的要求提高。即，为了有效除去副产品气体和保持减小的通道内的所需加工室压力，需要更大的涡轮分子泵。而且，在加工期间穿孔会阻塞，这就进一步减小了通道。通道减小对泵系统正常功能的发挥造成负面影响，即减小了流通。这会导致加工变化、缩短泵的寿命，进一步降低生产效率，加大成本。而且，等离子屏板也是消耗部件，因为等离子体屏板与等离子体接触，等离子体中的反应物要撞击等离子体屏板。此外，正常安装中，等离子体屏板用螺栓连接到加工室，通常会限制不会造成断裂的可用材料的种类。而且很难保证等离子体屏板与加工室之间的电接触和热接触。考虑到所述的缺点，需要提供控制加工室内的等离子体体积的改进方法和设备。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种采用等离子增强工艺在加工室中加工衬底时控制等离子体体积的等离子体限定装置，所述加工室具有有效区和无效区，所述等离子体限定装置包括具有多个第一磁元件的第一磁性桶形装置，所述第一磁元件构型为用于在所述加工室内产生磁场，在所述衬底设于所述加工室内以进行加工时该磁场与所述衬底隔开；具有多个第二磁元件的第二磁性桶形装置，所述第二磁元件构型为用于在所述加工室内产生磁场，在所述衬底设于用于加工的所述加工室内以进行加工时该磁场与所述衬底隔开，所述各磁场被构型为将所述等离子体集中在所述加工室的有效区并使所述等离子体离开所述加工室的无效区。附图说明图1示出用于等离子体加工的现有技术的感应等离子体加工反应器；图2是图1所示的现有感应等离子体加工反应器的顶视图；图3是根据本专利技术一个实施例的具有等离子体限定装置的典型的等离子体加工系统示意图；图4是根据本专利技术一个实施例的具有等离子体限定装置的典型的等离子体加工系统的断开侧视图；图5是根据本专利技术一个实施例的具有等离子体限定装置的等离子体加工反应器的顶视图；图6是根据本专利技术一个实施例的具有等离子体限定装置的等离子体加工反应器的断开的顶视图；图7是根据本专利技术一个实施例的有较大外磁性桶形装置的典型的等离子体加工系统的示意图，较大外磁性桶形装置的第一磁元件从加工室的顶部伸到加工室的底部；图8A是根据本专利技术一个实施例的用等离子体限定装置和等离子体屏板的典型等离子体加工系统的示意图； 图8B是图8A所示的根据本专利技术一个实施例的等离子体屏板和固定器组件的放在侧视图；图9是按本专利技术一个实施例的包括等离子体屏板的图7所示等离子体加工设备的示意图。具体实施例方式现在参照附图所示的本专利技术的优选实施例详细说明本专利技术。以下的说明中，陈述了许多具体的细节，以便充分理解本专利技术。显然，对本领域技术人员而言，没有这些具体细节也能实施本专利技术。其它例中，为了不造成本专利技术的不必要的不清楚，不再描述公知的工艺步骤。一个实施例中，本专利技术提本文档来自技高网...

【技术保护点】
采用等离子增强工艺在加工室中加工衬底时控制等离子体体积的等离子体限定装置，所述加工室具有有效区和无效区，所述等离子体限定装置包括：具有多个第一磁元件的第一磁性桶形装置，所述第一磁元件构型为用于在所述加工室内产生磁场，在所述衬底设于所 述加工室内以进行加工时该磁场与所述衬底隔开；具有多个第二磁元件的第二磁性桶形装置，所述第二磁元件构型为用于在所述加工室内产生磁场，在所述衬底设于用于加工的所述加工室内以进行加工时该磁场与所述衬底隔开，所述各磁场被构型为将所述等离子体 集中在所述加工室的有效区并使所述等离子体离开所述加工室的无效区。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：AD拜利三世，AM舍普，N布赖特，
申请(专利权)人：兰姆研究有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]