CN102573258B - 感应耦合等离子体装置 - Google Patents

感应耦合等离子体装置 Download PDF

Info

Publication number
CN102573258B
CN102573258B CN201010590661.6A CN201010590661A CN102573258B CN 102573258 B CN102573258 B CN 102573258B CN 201010590661 A CN201010590661 A CN 201010590661A CN 102573258 B CN102573258 B CN 102573258B
Authority
CN
China
Prior art keywords
inductively coupled
plasma
coupled plasma
adjustment device
compensation adjustment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201010590661.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102573258A (zh
Inventor
彭东阳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing North Microelectronics Co Ltd
Original Assignee
Beijing North Microelectronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing North Microelectronics Co Ltd filed Critical Beijing North Microelectronics Co Ltd
Priority to CN201010590661.6A priority Critical patent/CN102573258B/zh
Publication of CN102573258A publication Critical patent/CN102573258A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102573258B publication Critical patent/CN102573258B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

本发明公开一种感应耦合等离子体装置，主要是为了解决地磁场对ICP等离子体的影响以及如何灵活调节等离子体分布的问题而设计。本发明所述感应耦合等离子体装置至少包括：感应耦合发生装置和等离子体工作室，所述感应耦合发生装置设置在所述等离子体工作室的顶端开口处，在所述感应耦合等离子体装置上设置有一补偿调节装置，所述的补偿调节装置设置在所述感应耦合发生装置的外部或内部，且该补偿调节装置用于补偿地磁场影响且调节等离子体密度分布。本发明能够有效的补偿地磁场对等离子体密度分布的影响，并能够通过调节磁体的磁性强弱和磁场方向来灵活调节等离子体密度分布。

Description

感应耦合等离子体装置
技术领域
本发明涉及感应耦合等离子体装置领域，尤其涉及一种能够补偿地磁场对等离子体均匀性影响的感应耦合等离子体装置。 
背景技术
感应耦合等离子体(ICP)是二十世纪九十年代，为适应微电子技术发展的需要而迅速发展起来的。它是将射频(一般是13.56MHz)功率通过电感线圈和石英介质窗耦合进入真空腔室，使腔室里的工艺气体在高频磁场的感生电场的激励下击穿放电，离化，产生高密度等离子体。 
如图1所示感应耦合等离子体产生的原理示意图。电感线圈与用于提供射频(RF)电流的电源相连，当电感线圈通有RF电流2后，电感线圈产生磁场1，并且随着磁场作为时间的函数变化，在反应室内感应出电场3。同时，经供给口进入到腔室内的反应气体通过与感应电场所加速的电子碰撞而离子化，从而在反应室内产生等离子体4。 
由于线圈处于地磁场6中，当感应耦合等离子体装置放置的方位不同时，线圈产生的磁场和地磁场的矢量夹角也不同，因此感应出的电场分布不同，产生的等离子体分布就会不一致。具体地如等离子体刻蚀机中的感应耦合等离子体装置，其产生的等离子体密度分布对刻蚀结果的影响就是刻蚀速率，如图2中所示机台方位及地磁场的方向，PM1、PM2和PM4这3个工艺模块中线圈与地磁场6的相对位置均不一样，最终在刻蚀速率分布的表现上也不同，如图3所示。 
目前在ICP等离子装置中加入的磁场其目的大多是为了约束电子，增加电子寿命，从而得到低气压环境下的高密度等离子体。磁场加入的方式主要是加在腔室周围，也就是等离子产生源周围来达到直接控制等离子体的目的。如图4所示，在等离子工作室壁9上分布有多极场磁铁7和极靴8组成的多级磁场。 
此种磁铁嵌在等离子腔室壁上的结构大大增加了腔室制作难度，而且成本较高。更重要的一点在于，外加的磁场虽然能增加电子寿命，增加离子平均自由程，得到高密度等离子体；但是对于等离子体的分布没有调节作用，在设备受到地磁场影响造成等离子体分布不均匀的情况下不能很好的做出补偿。 
发明内容
为了克服上述的缺陷，本发明提供一种既能够补偿地磁场对感应耦合等离子体密度分布的影响，又能够灵活调节等离子体密度分布的感应耦合等离子体装置。 
为达到上述目的，本发明所述感应耦合等离子体装置至少包括：感应耦合发生装置和等离子体工作室，所述感应耦合发生装置设置在所述等离子体工作室的顶端开口处，其中，在所述感应耦合等离子体装置上设置有一补偿调节装置，所述的补偿调节装置设置在所述感应耦合发生装置的外部或内部，所述补偿调节装置用于产生磁场方向与地磁场的磁场方向相反的磁场，以补偿地磁场影响且调节等离子体密度分布。 
进一步地，所述感应耦合发生装置由石英介质窗、设置在所述石英介质窗上的电感线圈和罩设在所述石英介质窗和所述电感线圈外部的屏蔽线圈盒构成；在所述石英介质窗与所述等离子体工作室之间设有用于调整等离子体工作室高度的调整支架。 
于一具体实施例中，所述补偿调节装置为一对磁体，所述的一对磁体相对的设置在所述屏蔽线圈盒的外壁或内壁上。所述磁体为电磁铁或永磁铁。 
于另一具体实施例中，所述补偿调节装置包括支撑架和相对设置在所述支撑架上的一对磁体，所述支撑架固定在所述屏蔽线圈盒的外壁上，或固定在所述调整支架上。所述磁体为电磁铁或永磁铁。 
优选地，所述补偿调节装置还包括一罩设在所述磁体外部的环罩，所述环罩设置在所述支撑架上，所述环罩的底部设有滑轮，所述支撑架上设有与所述滑轮相匹配的滑轨。 
本发明所述的感应耦合等离子体装置具有以下几点有益的效果： 
1、本发明可以通过调节电磁铁电流大小调节磁性强弱，通过滑轨可以调节补偿磁场的角度来达到补偿地磁影响的目的，从而消除由于装置摆放方位引起的结果的差异。 
2、本发明还可以通过调节磁体的磁性强弱和磁场角度来灵活调节等离子体密度分布。 
附图说明
图1为感应耦合等离子体产生的原理示意图； 
图2为感应耦合等离子体装置中机台方位与地磁场方向示意图； 
图3为感应耦合等离子体装置一具体实例中不同方位的机台工艺模块中刻蚀速率分布图表； 
图4为在腔室周围加入磁场的感应耦合等离子体装置的结构示意图； 
图5为本发明所述的感应耦合等离子体装置的一实施例的结构示意图； 
图6为发明所述的感应耦合等离子体装置的另一实施例的结构示意图； 
图7为图6的A-A向视图； 
图8为本发明所述地磁补偿装置的旋转调节图； 
图9为本发明电磁铁的供电电路结构图； 
图10为本发明所述的感应耦合等离子体装置的不同方位的机台上的所述地磁补偿装置安装示意图。 
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细描述。 
本发明在所述感应耦合等离子体装置上设置有一既能补偿地磁场影响又能调节等离子体密度分布的补偿调节装置，所述的补偿调节装置设置在所述感应 耦合发生装置的外部或内部。 
其中，所述感应耦合等离子装置至少包括：提供射频电流的射频主电源10、所述感应耦合发生装置、等离子体工作室19、以及设置在所述感应耦合发生装置和等离子体工作室19之间的用于调节所述等离子体工作室19高度的调整支架17。 
所述感应耦合发生装置由电感线圈22、石英介质窗18和罩设在所述电感线圈外部的用于屏蔽电磁辐射的屏蔽线圈盒12构成；所述等离子体工作室19为顶端开口的桶状结构，所述石英介质窗18设置在所述等离子体工作室19的顶端开口处，并经调整支架17与所述等离子体工作室19构成一封闭腔室，所述调整支架17通过调节所述石英介质窗18的上下位置来改变所述封闭腔室的空间大小；在所述石英介质窗18顶部，所述屏蔽线圈盒12内设置有所述电感线圈22，所述电感线圈22的电源输入端经匹配器11与所述射频主电源10输出端相连；所述石英介质窗18顶部还设有一气体进口23，用于向所述等离子体工作室19内输送工质气体。 
其工作原理是：工艺气体从气体进口23进入封闭腔室，在由通有射频(RF)电流的电磁感应线圈产生的高频磁场的感生电场激励下，击穿放电，碎变离化，产生等离子体25。 
于一具体实施例中，如图5所示，所述补偿调节装置包括两个磁体141和142，所述磁体可以是电磁铁，也可以是永磁铁。当确定好了磁体的磁性大小和地磁场的磁场方向后，即可将所述的两个磁体141和142对称的设置在所述屏蔽线圈盒12的外壁上(如图5所示)，或设置在屏蔽线圈盒12的内壁上，使所述的两个磁体141和142所产生的磁场方向与地磁场方向6呈180°(即方向相反)，磁场强度与地磁场同样大小，以达到补偿地磁影响的目的。 
于另一具体实施例中，如图6和图7所示，所述补偿调节装置包括：两个磁体141和142以及支撑架15，所述的两个磁体141和142设置在所述支撑架15上，所述支撑架15可通过螺丝固连在所述调整支架17上(如图6所示)，或 固定在所述屏蔽线圈盒12的外壁上。 
两正对安装的所述磁体141和142外部设置有环罩13，所述磁体141和142固定在所述环罩13内，所述环罩13设置在所述支撑架15上，所述环罩13的底部设有滑轮16，所述支撑架15上设有与所述滑轮16相匹配的滑轨。所述环罩13可绕所述滑轨的轴线旋转，通过旋转环罩，可将两磁体141和142产生的磁场方向与地磁场方向6相反(如图8所示)。图中两磁体141和142初始位置时磁场方向26，此时地磁场方向6为图示方向，旋转后，两磁体141和142产生的磁场方向为图示磁场方向27，此时磁场反向27与地磁场方向6方向相反，能够达到补偿地磁影响的目的。其中，所述环罩13为铝制环罩。 
本发明所述感应耦合等离子体装置除了能够补偿地磁场的影响，还能够调节产生的等离子体的密度分布。下面结合感应耦合等离子刻蚀机对本发明所述的感应耦合等离子体装置的补偿调节装置如何实现灵活调节等离子体密度分布作进一步地说明。 
采用本发明所述的感应耦合等离子体装置的刻蚀机，至少还应包括：静电卡盘20和偏压电源21。所述静电卡盘20设置在所述的感应耦合等离子体装置的等离子体工作室19的底部，其电源输入端与所述偏压电源21的输出端相连。(如图5和图6所示)在所述等离子体工作室19内产生的等离子体25受到静电卡盘20上偏压电源21的作用下，离子射向放置在所述等离子体工作室19底部的硅片24，产生溅射和化学反应作用，形成刻蚀。 
采用本发明所述感应耦合等离子体装置的刻蚀机，不会受到地磁场的影响，进而不用考虑地磁场对等离子体的密度分布的影响，只需考虑补偿调节装置中磁体的磁场强度对等离子体的密度分布的影响。而对于刻蚀机来说，等离子体的密度分布的变化最直接的表现就是刻蚀速率。因此，可以通过在刻蚀过程中，不断改变补偿调节装置中磁体的磁场强度实时监测不同磁场强度下的刻蚀速率；分析并建立刻蚀速率和补偿调节装置中磁体磁场强度的一一对应关系。这样在刻蚀机以后的工作过程中，工作人员可直接根据刻蚀的需求根据上述对应 关系调节补偿调节装置中磁体的磁场强度得到所需的刻蚀结果。 
除此之外，本发明所述的感应耦合等离子体装置还可以应用到其他类似领域中，例如，可以应用到PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)领域。在其他领域中也可以采用上述类似的方式来调节等离子体的密度分布。 
本发明中所述的磁体141和142可以是电磁铁也可以是永磁铁。当为电磁铁时，其供电线路结构如图9所示，直流电源28给磁体141和142供电，通过调节变阻器29来得到大小可变的磁场30，实现灵活调节所述感应耦合等离子体装置产生的等离子体的密度分布的目的。当为永磁铁时，可通过更换不同磁性大小的永磁铁来实现灵活调节所述感应耦合等离子体装置产生的等离子体的密度分布的目的。 
以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。 

Claims (7)

1.一种感应耦合等离子体装置，至少包括：感应耦合发生装置和等离子体工作室，所述感应耦合发生装置设置在所述等离子体工作室的顶端开口处，其特征在于，在所述感应耦合等离子体装置上设置有一补偿调节装置，所述的补偿调节装置设置在所述感应耦合发生装置的外部或内部，所述补偿调节装置用于产生磁场方向与地磁场的磁场方向相反的磁场，以补偿地磁场影响且调节等离子体密度分布。
2.根据权利要求1所述感应耦合等离子体装置，其特征在于，所述感应耦合发生装置由石英介质窗、设置在所述石英介质窗上的电感线圈和罩设在所述石英介质窗和所述电感线圈外部的屏蔽线圈盒构成；在所述石英介质窗与所述等离子体工作室之间设有用于调整等离子体工作室高度的调整支架。
3.根据权利要求1或2感应耦合等离子体装置，其特征在于，所述补偿调节装置为一对磁体，所述的一对磁体相对的设置在所述屏蔽线圈盒的外壁或内壁上。
4.根据权利要求3感应耦合等离子体装置，其特征在于，所述磁体为电磁铁或永磁铁。
5.根据权利要求1或2感应耦合等离子体装置，其特征在于，所述补偿调节装置包括支撑架和相对设置在所述支撑架上的一对磁体，所述支撑架固定在所述屏蔽线圈盒的外壁上，或固定在所述调整支架上。
6.根据权利要求5所述感应耦合等离子体装置，其特征在于，所述补偿调节装置还包括一罩设在所述磁体外部的环罩，所述环罩设置在所述支撑架上，所述环罩的底部设有滑轮，且所述支撑架上设有与所述滑轮相匹配的滑轨。
7.根据权利要求5所述感应耦合等离子体装置，其特征在于，所述磁体为电磁铁或永磁铁。
CN201010590661.6A 2010-12-15 2010-12-15 感应耦合等离子体装置 Active CN102573258B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201010590661.6A CN102573258B (zh) 2010-12-15 2010-12-15 感应耦合等离子体装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201010590661.6A CN102573258B (zh) 2010-12-15 2010-12-15 感应耦合等离子体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102573258A CN102573258A (zh) 2012-07-11
CN102573258B true CN102573258B (zh) 2014-11-05

Family

ID=46417376

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201010590661.6A Active CN102573258B (zh) 2010-12-15 2010-12-15 感应耦合等离子体装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102573258B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102290347B (zh) * 2011-09-13 2014-04-16 徐州同鑫光电科技有限公司 一种刻蚀系统
CN103258581A (zh) * 2013-04-28 2013-08-21 大连民族学院 一种等离子体辐照平台
CN104505327B (zh) * 2014-12-19 2018-03-27 中国科学院嘉兴微电子仪器与设备工程中心 一种应用于等离子体设备的腔室结构及等离子体设备
CN105789009B (zh) * 2014-12-26 2018-05-25 北京北方华创微电子装备有限公司 用于等离子刻蚀设备的上盖和等离子刻蚀设备
CN109494170B (zh) * 2017-09-12 2021-01-08 北京北方华创微电子装备有限公司 上电极机构及半导体加工设备
CN110536530A (zh) * 2018-09-20 2019-12-03 北京北方华创微电子装备有限公司 磁增强法拉第屏蔽结构及感应耦合等离子体源

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6322661B1 (en) * 1999-11-15 2001-11-27 Lam Research Corporation Method and apparatus for controlling the volume of a plasma
CN1341159A (zh) * 1999-02-19 2002-03-20 东京电子有限公司 采用磁桶和同心等离子体源及材料源的等离子体淀积方法及设备
CN1432188A (zh) * 2000-03-27 2003-07-23 兰姆研究有限公司 用于控制等离子体体积的等离子体形成内磁桶的方法和设备
CN1761032A (zh) * 2004-10-15 2006-04-19 信越化学工业株式会社 等离子处理装置和等离子处理方法
CN101820720A (zh) * 2010-03-24 2010-09-01 中国地质大学（北京） 软磁壳强电磁场增强电感耦合等离子体发生装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000331797A (ja) * 1999-05-19 2000-11-30 Sumitomo Metal Ind Ltd プラズマ処理方法及びその実施に使用するプラズマ処理装置
WO2002084700A1 (en) * 2001-04-12 2002-10-24 Lam Research Corporation Inductively coupled plasma control with external magnetic material

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1341159A (zh) * 1999-02-19 2002-03-20 东京电子有限公司 采用磁桶和同心等离子体源及材料源的等离子体淀积方法及设备
US6322661B1 (en) * 1999-11-15 2001-11-27 Lam Research Corporation Method and apparatus for controlling the volume of a plasma
CN1432188A (zh) * 2000-03-27 2003-07-23 兰姆研究有限公司 用于控制等离子体体积的等离子体形成内磁桶的方法和设备
CN1761032A (zh) * 2004-10-15 2006-04-19 信越化学工业株式会社 等离子处理装置和等离子处理方法
CN101820720A (zh) * 2010-03-24 2010-09-01 中国地质大学（北京） 软磁壳强电磁场增强电感耦合等离子体发生装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP特开2000-331797A 2000.11.30 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN102573258A (zh) 2012-07-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102573258B (zh) 感应耦合等离子体装置
US5580385A (en) Structure and method for incorporating an inductively coupled plasma source in a plasma processing chamber
US6341574B1 (en) Plasma processing systems
TWI618455B (zh) 用於電漿處理之感應耦合電漿源
KR101121418B1 (ko) 토로이드형 코어를 포함하는 플라즈마 발생장치
JP5091258B2 (ja) イオン源およびイオン源の電磁石を動作させる方法
US8158016B2 (en) Methods of operating an electromagnet of an ion source
US7557362B2 (en) Ion sources and methods for generating an ion beam with a controllable ion current density distribution
US9437399B2 (en) Plasma equipment
KR20040028985A (ko) 플라즈마 반응기 코일자석시스템
KR101065450B1 (ko) 이온원 장치 및 그 장치를 위한 전자 에너지 최적화 방법
US20190244825A1 (en) Controlling Azimuthal Uniformity of Etch Process in Plasma Processing Chamber
JP5934030B2 (ja) プラズマ処理装置、プラズマ生成装置、アンテナ構造体、及びプラズマ生成方法
TWI439186B (zh) 化合物電漿來源及利用該來源以解離氣體的方法
KR20140137439A (ko) 플라즈마 프로세싱 시스템에서 방위각적 불균일성을 선택적으로 조절하기 위한 방법들 및 장치
CN108573846A (zh) 等离子体腔室及等离子体加工设备
KR101718182B1 (ko) 플라즈마 처리 장치, 플라즈마 생성 장치, 안테나 구조체, 및 플라즈마 생성 방법
KR100740584B1 (ko) 다중 페로마그네틱 코어를 사용한 유도결합형 플라즈마안테나 모듈과 이를 이용하는 기판처리장치
CN104602434A (zh) 电感耦合型等离子体处理装置及其自感应线圈
WO2002084700A1 (en) Inductively coupled plasma control with external magnetic material
KR20090073327A (ko) 고밀도 원격 플라즈마 처리 장치
CN112640027B (zh) 利用可调等离子体电势的可变模式等离子体腔室
KR101446185B1 (ko) 고효율 유도 결합 플라즈마 반응기
KR20240053462A (ko) 무선 편향 전극을 이용한 플라즈마 발생 장치
CN114975054A (zh) 等离子处理装置的多头处理腔室的压力控制系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CP03 Change of name, title or address

Address after: 100026 No. 8 Wenchang Avenue, Beijing economic and Technological Development Zone

Patentee after: Beijing North China microelectronics equipment Co Ltd

Address before: 100026 Jiuxianqiao East Road, Chaoyang District, building, No. 1, M5

Patentee before: Beifang Microelectronic Base Equipment Proces Research Center Co., Ltd., Beijing

CP03 Change of name, title or address