CN104342621B - 磁场调节装置及等离子体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁场调节装置及等离子体加工设备，磁场调节装置通过调节在反应腔室内产生的磁场分布而使反应腔室内的等离子体分布均匀，其包括多个可产生磁场的环体，每个环体环绕在反应腔室的侧壁外侧；并且，所述多个环体沿反应腔室的水平方向上的数量为至少两个，和/或，沿反应腔室的竖直方向上的数量为至少两个。本发明提供的磁场调节装置，其可以灵活地控制等离子体在反应腔室内的分布，从而可以提高等离子体分布的均匀性，进而可以提高工艺均匀性。

Description

磁场调节装置及等离子体加工设备

技术领域

本发明属于半导体加工技术领域，具体涉及一种磁场调节装置及等离子体加工设备。

背景技术

在半导体集成电路的制备工艺中，等离子体加工设备被广泛用于对被加工工件进行溅射、刻蚀或镀膜等的工艺。

图1为现有的一种等离子体加工设备的结构简图。请参阅图1，该等离子体加工设备包括反应腔室10，在反应腔体10的底部设置有用于承载被加工工件S的卡盘11，并且在反应腔室10的顶壁上设置有靶材14，且在反应腔室10的外侧位于靶材14上方设置有与直流电源14电连接的磁控管19，用以将靠近靶材14的工艺气体激发形成等离子体16，等离子体16轰击靶材14的表面而使从靶材14表面溅射出的金属粒子沉积在被加工工件S的表面，从而实现在被加工工件S的表面沉积薄膜；此外，卡盘11与设置在反应腔室10外部的高频电源12a和低频电源12b电连接，用以在高频电源12a和低频电源12b导通时将靠近卡盘11周围的工艺气体激发形成等离子体13，该等离子体13轰击被加工工件S的表面，以实现将被加工工件S的表面上不需要沉积的薄膜刻蚀掉。在实际应用中，往往在高频电源12a的频率比较高时等离子体13会产生驻波效应，这使得等离子体13在反应腔室10的边缘区域的分布浓度低于中心区域的分布浓度，从而造成工艺均匀性降低。

为此，人们通常借助磁场调节装置在反应腔室内的相应区域产生磁场，以使反应腔室内的等离子体分布均匀。现有的一种磁场调节装置，该磁场调节装置包括线圈17和与之电连接的直流电源18，其中，线圈17环绕设置在反应腔室10的侧壁外侧，且与卡盘11相对应的位置处；直流电源18用于向线圈17提供电流，以在反应腔室10内对应于卡盘11的边缘区域形成磁场，该磁场可以增加等离子体在该边缘区域的分布密度，从而可以使卡盘11中心区域和边缘区域的等离子体分布均匀。

然而，虽然上述磁场调节装置可以使卡盘11中心区域和边缘区域的等离子体分布均匀，但是，由于其仅具有一个线圈17，由该线圈17产生的磁场仅能调节卡盘11整个边缘区域的等离子体分布，而无法调节卡盘11边缘区域的各个位置的等离子体分布，因而上述磁场调节装置控制等离子体分布的灵活性较差，从而无法满足对工艺均匀性要求较高的工艺。此外，线圈17在通入其内的电流过大时容易发热，从而给上述磁场调节装置的调节效果产生不良影响。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，提供了一种磁场调节装置及等离子体加工设备，其可以灵活地控制等离子体在反应腔室内的分布，从而可以提高等离子体分布的均匀性，进而可以提高工艺均匀性。

本发明提供了一种磁场调节装置，其通过调节在反应腔室内产生的磁场分布而使反应腔室内的等离子体分布均匀，所述磁场调节装置包括多个可产生磁场的环体，每个环体环绕设置在所述反应腔室的侧壁外侧；并且，所述多个环体沿反应腔室的水平方向上的数量为至少两个，和/或，沿反应腔室的竖直方向上的数量为至少两个。

其中，每个所述环体包括多个磁体，所述多个磁体沿所述反应腔室的周向间隔设置。

优选地，在每个所述环体中的多个所述磁体沿所述反应腔室的周向均匀分布。

其中，所述磁体为磁铁。

其中，每个所述环体还包括环绕在所述反应腔室的侧壁外侧的环形背板，并且沿所述环形背板周向间隔设置有多个固定部，每个所述固定部用于固定所述磁体，以使所述磁体固定在所述上层环形背板和下层环形背板之间。

其中，所述环形背板采用导磁材料制成。

其中，每个所述环体包括至少一匝线圈，所述线圈环绕在所述反应腔室的侧壁外侧；并且所述磁场调节装置还包括与所述线圈电连接的直流电源，所述直流电源用于向所述线圈提供电流。

其中，所述磁场调节装置还包括环绕在所述多个环体***的保护罩，所述保护罩采用抗磁材料制成，用以屏蔽由所述多个环体产生的磁场对外界的干扰。

本发明还提供一种等离子体加工设备，包括反应腔室和磁场调节装置，所述磁场调节装置通过调节在反应腔室内产生的磁场分布而使反应腔室内的等离子体分布均匀，所述磁场调节装置采用本发明提供的上述磁场调节装置。

其中，在所述反应腔室内设置有承载装置和与之电连接的射频电源，所述承载装置用于承载被加工工件，所述射频电源用于向所述承载装置加载射频功率，以在所述承载装置周围形成等离子体；所述磁场调节装置的位置与所述承载装置的位置相对应，用以通过调节在所述承载装置周围产生的磁场分布而使在所述承载装置周围形成的等离子体分布均匀。

其中，所述磁场调节装置对应于所述反应腔室的竖直方向上的距离不超过所述反应腔室竖直方向上的距离的1/3。

本发明具有下述有益效果：

本发明提供的磁场调节装置，其通过环绕在反应腔室的侧壁外侧的多个可产生磁场的环体，可以在反应腔室的相应区域形成磁场，以使分布在反应腔室中心区域和边缘区域的等离子体趋于均匀。而且，上述多个环体沿反应腔室的水平方向上的数量为至少两个，和/或，沿反应腔室的竖直方向上的数量为至少两个，并且通过改变多个环体在反应腔室内形成的磁场的分布，可以调节由各个环体在反应腔室边缘区域的各个位置形成的磁场的强度和方向，这与现有技术相比，可以灵活地控制等离子体在反应腔室内的分布，从而可以等离子体分布的均匀性，进而可以提高工艺均匀性。

本发明提供的等离子体加工设备，其采用本发明提供的磁场调节装置，可以提高等离子体分布的均匀性，从而可以提高工艺均匀性，进而可以提高工艺质量。

附图说明

图1为现有的一种等离子体加工设备的结构简图；

图2为本发明第一实施例提供的磁场调节装置的结构简图；

图3为磁场调节装置的俯视图；

图4为两个沿竖直方向上相邻的环体相对的应环形背板的部分结构示意图；

图5为本发明第一实施例提供的另一种磁场调节装置的结构简图；以及

图6为本发明第一实施例提供的等离子体加工设备的结构简图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的磁场调节装置及等离子体加工设备进行详细描述。

图2为本发明第一实施例提供的磁场调节装置的结构简图。图3为磁场调节装置的俯视图。请一并参阅图2和图3，该磁场调节装置通过调节在反应腔室20内产生的磁场分布而使反应腔室20内的等离子体分布均匀，磁场调节装置包括多个可产生磁场的环体，每个环体环绕设置在反应腔室20的侧壁外侧，可以在反应腔室20的相应区域形成磁场，并且，多个环体沿反应腔室的水平方向上的数量为至少两个，和/或，沿反应腔室的竖直方向上的数量为至少两个，在本实施例中，如图3所示，磁场调节装置包括四个环体（1，2，3，4），四个环体（1，2，3，4）沿反应腔室的水平方向上的数量为两个，沿反应腔室的竖直方向上的数量为两个，每个环体包括多个磁体21，多个磁体21沿反应腔室20的周向间隔设置，如图3所示，其中，每个磁体21为磁铁，由于磁铁在工艺过程中不容易发热，这使得不需要对磁铁进行冷却处理，因而可以降低工艺成本，从而可以提高经济效益。

下面举例说明通过改变多个环体在反应腔室内形成的磁场的分布来调节由各个环体在反应腔室边缘区域的各个位置形成的磁场的强度和方向的方法：设定各个环体中磁铁的磁极固定不变，即，各个环体在反应腔室20边缘区域的各个位置形成的磁场的方向固定，例如，设定沿水平方向上的相邻两个环体（例如，环体1和环体3，或者，环体2和环体4）的磁极相反，以及沿竖直方向上的相邻两个环体（例如，环体1和环体2，或者，环体3和环体4）的磁极相同，因此，在这种情况下，通过改变每个环体中的磁体21的数量和位置来调节每个环体在反应腔室20边缘区域的各个位置形成的磁场的强度。具体地，增加磁体21的数量以及将磁体21的位置移动至靠近反应腔室20的位置，可以增强每个环体在反应腔室20边缘区域的各个位置形成的磁场的强度；减少磁体21的数量以及将磁体21的位置移动至远离反应腔室20的位置，可以减弱每个环体在反应腔室20边缘区域的各个位置形成的磁场的强度。容易理解，上述方法只是本发明提供磁场调节装置的一种实施例，在实际应用中，也可以采用其他任意方式，在此不一一列举。

在实际应用中，可以不设定每个环体中的磁体21的磁极固定不变，在这种情况下，可以通过改变每个环体中的磁体21的磁极、数量和位置来改变该环体形成的磁场分布，这可以进一步灵活地控制等离子体在反应腔室内的分布。具体地，改变每个环体中的任意一个磁体21的磁极，可以改变在反应腔室20内与该磁体相对应的边缘区域的各个位置形成的磁场的方向，由于通过改变每个环体中的磁体21的数量和位置来改变环体形成的磁场的分布的具体方式在上述方法中已有了详细描述，在此不再赘述。

优选地，在每个环体中的多个磁体21沿反应腔室20的周向均匀分布，这与多个磁体21沿反应腔室20的周向分布不均匀相比，可以在反应腔室内产生相对均匀的磁场，因而可以提高调节反应腔室20内磁场分布的效率。

在本实施例中，每个环体还包括环绕在反应腔室20的侧壁外侧的采用导磁材料制成的环形背板，并且，环形背板包括上层环形背板25a和下层环形背板25b，在上层环形背板的下表面和下层环形背板的上表面上的相对位置处，且沿其周向间隔设置有多个固定部26，每个固定部26用于固定磁体，以使磁体固定在上层环形背板25a和下层环形背板25b之间。并且，固定部26固定磁体的方式具体为：固定部26为凸部，磁体的两端为与该凸部相配套的凹部，使凸部位于凹部内，用以固定该磁体。在实际应用中，固定部也可以采用其他方式固定磁体，在此不一一列举。在本实施例中，两个如图4所示的环形背板构成环形结构，且环绕设置在反应腔室20的侧壁外侧，可以实现将每个环体固定在反应腔室20的侧壁外侧。在实际应用中，可以将多个环形背板在竖直方向上或水平方向上相互固定，用以将多个在竖直方向上或者水平方向上的相邻环体作为一整体固定在反应腔室20的侧壁外侧。

此外，磁场调节装置还包括环绕在多个环体***的保护罩27，保护罩27采用抗磁材料制成，用以屏蔽由多个环体产生的磁场对外界的干扰，因而可以避免磁场对外界的其他部件产生不必要的影响甚至损坏，从而可以提高工艺的稳定性。容易理解，如图4所示，保护罩27固定在位于多个环体中最***环体的环形背板的外侧。

需要说明的是，在本实施例中，各个环体包括多个沿反应腔室20的周向间隔设置的磁体21，但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，每个环体包括至少一匝线圈，并且磁场调节装置还包括与该线圈电连接的直流电源，如图5所示，四个环体（1，2，3，4）包括与之一一对应的四个线圈（1’，2’，3’，4’）和与该线圈电连接的直流电源（DC1，DC2，DC3，DC4），线圈环绕在反应腔室20的侧壁外侧，直流电源用于向线圈提供电流，以在反应腔室20的相应区域形成磁场；并且通过改变每个线圈内的电流大小和方向来改变与该线圈相对应的环体产生的磁场的分布，具体地，增大线圈内电流的大小可以增强与该线圈对应的环体产生的磁场的强度，从而可以增强该环体在反应腔室20边缘区域的各个位置形成的磁场的强度；减小线圈内电流的大小可以减弱与该线圈对应的环体产生的磁场的强度，从而可以减弱该环体在反应腔室20边缘区域的各个位置形成的磁场的强度；改变线圈内的电流的方向可以改变与该线圈对应的环体产生的磁场的方向，从而可以改变该环体在反应腔室20边缘区域的各个位置处形成的磁场的方向。

综上所述，本实施例提供的磁场调节装置，其通过环绕在反应腔室20的侧壁外侧的多个可产生磁场的环体，可以在反应腔室的相应区域形成磁场，以使分布在反应腔室20中心区域和边缘区域的等离子体趋于均匀。并且，通过改变多个环体在反应腔室20内形成的磁场的分布，可以调节由各个环体在反应腔室边缘区域的各个位置形成的磁场的强度和方向，这与现有技术相比，可以灵活地控制等离子体在反应腔室内的分布，从而可以等离子体分布的均匀性，进而可以提高工艺均匀性。

作为另一个技术方案，图6为本发明第一实施例提供的等离子体加工设备的结构简图。请参阅图6，本发明提供的等离子体加工设备，其包括反应腔室20和磁场调节装置30，磁场调节装置30用于通过调节在反应腔室20内产生的磁场分布而使反应腔室20内的等离子体分布均匀，且磁场调节装置30采用本实施例提供的上述磁场调节装置。

在本实施例中，在反应腔室20内设置有承载装置22和与之电连接的射频电源，承载装置22设置在反应腔室20的底部，用于承载被加工工件S，承载装置22包括静电卡盘，其采用静电吸附的方式固定被加工工件；射频电源用于向承载装置22加载射频功率，以在承载装置22周围形成等离子体，其中，射频电源包括低频源23和高频源24，低频源23的频率范围在400K～13.56MHz，高频源24的频率范围在27M～100MHz，优选地，低频源23的频率为2MHz，高频源24的频率为60MHz。在实际应用中，还可以采用机械卡盘代替静电卡盘，采用机械固定的方式固定被加工工件。

并且，磁场调节装置30的位置与承载装置22的位置相对应，用以通过调节在承载装置30周围产生的磁场分布而使在承载装置30周围形成的等离子体分布均匀。优选地，磁场调节装置30对应于反应腔室20的竖直方向上的距离不超过反应腔室20竖直方向距离的1/3，这不仅可以减少磁场调节装置30环体的设置数量，从而可以降低投入成本；而且可以避免磁场调节装置30在反应腔室20内的其他区域产生磁场，从而对反应腔室20内的其他部件产生影响。

另外，在本实施例中，在反应腔室20的顶壁上设置有靶材40，靶材40与设置在反应腔室20外部的直流电源41电连接，用以将靠近靶材40的工艺气体激发形成等离子体，等离子体轰击靶材14的表面而使从靶材14表面溅射出的金属粒子沉积在被加工工件S的表面，从而实现在被加工工件S的表面沉积薄膜。

需要说明的是，在采用本实施例提供的等离子体加工设备对被加工工件沉积薄膜的工艺过程中，通过磁场调节装置30调节在反应腔室20内产生的磁场的分布，使得由从靶材40表面被溅射下来的带电金属粒子在反应腔室20内的边缘区域的不同位置分布均匀，从而可以提高薄膜厚度的均匀性。

本实施例提供的等离子体加工设备，其通过采用本实施例提供的上述磁场调节装置，其可以提高等离子体分布的均匀性，从而可以提高工艺的均匀性，进而可以提高工艺质量。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种磁场调节装置，其通过调节在反应腔室内产生的磁场分布而使反应腔室内的等离子体分布均匀，其特征在于，所述磁场调节装置包括多个可产生磁场的环体，每个环体环绕设置在所述反应腔室的侧壁外侧，每个所述环体包括多个磁体，所述多个磁体沿所述反应腔室的周向间隔设置；并且，所述多个环体沿反应腔室的水平方向上的数量为至少两个，和/或，沿反应腔室的竖直方向上的数量为至少两个，通过改变每个所述环体中的磁体的磁极、数量和位置来改变所述环体形成的磁场分布。

2.根据权利要求1所述的磁场调节装置，其特征在于，在每个所述环体中的多个所述磁体沿所述反应腔室的周向均匀分布。

3.根据权利要求1所述的磁场调节装置，其特征在于，所述磁体为磁铁。

4.根据权利要求1所述的磁场调节装置，其特征在于，每个所述环体还包括环绕在所述反应腔室的侧壁外侧的环形背板，并且

沿所述环形背板周向间隔设置有多个固定部，每个所述固定部用于固定所述磁体，以使所述磁体固定在上层环形背板和下层环形背板之间。

5.根据权利要求4所述的磁场调节装置，其特征在于，所述环形背板采用导磁材料制成。

6.根据权利要求1所述的磁场调节装置，其特征在于，所述磁场调节装置还包括环绕在所述多个环体***的保护罩，所述保护罩采用抗磁材料制成，用以屏蔽由所述多个环体产生的磁场对外界的干扰。

7.一种等离子体加工设备，包括反应腔室和磁场调节装置，所述磁场调节装置通过调节在反应腔室内产生的磁场分布而使反应腔室内的等离子体分布均匀，其特征在于，所述磁场调节装置采用权利要求1-6任意一项所述的磁场调节装置。

8.根据权利要求7所述的等离子体加工设备，其特征在于，在所述反应腔室内设置有承载装置和与之电连接的射频电源，所述承载装置用于承载被加工工件，所述射频电源用于向所述承载装置加载射频功率，以在所述承载装置周围形成等离子体；

所述磁场调节装置的位置与所述承载装置的位置相对应，用以通过调节在所述承载装置周围产生的磁场分布而使在所述承载装置周围形成的等离子体分布均匀。

9.根据权利要求8所述的等离子体加工设备，其特征在于，所述磁场调节装置对应于所述反应腔室的竖直方向上的距离不超过所述反应腔室竖直方向上的距离的1/3。