CN103002649A - 一种电感耦合式的等离子体处理装置及其基片处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电感耦合式的等离子体处理装置及其基片处理方法，通过设置导磁材料制成的磁力线调整部件，构成一准闭合的低磁阻通路作为磁力线回路在反应腔外流通的路径，所述低磁阻通路将感应磁场的大部分磁力线路径进行规范，以此收集原先发散的大部分磁场能量，从而使反应腔的磁场强度倍增；或者，仅需要比现有更少的能源供给，就能以同样的磁场强度生成处理用的等离子体，提高了能源的利用效率。还显著减少RF电磁泄漏，降低对环境的电磁干扰，减低设备的发热，增加了系统的可靠性与稳定性。磁力线调整部件设置了相对延伸的突出部分与两个磁极相对应，使两个磁极之间的磁力线为均匀线性分布，以改善基片表面的等离子体分布的均匀性。

Description

一种电感耦合式的等离子体处理装置及其基片处理方法

技术领域

本发明涉及一种电感耦合式的等离子体处理装置及其基片处理方法，特别涉及一种可以规范磁力线路径以收集发散能量的电感耦合式的等离子体处理装置及其基片处理方法。

背景技术

目前在对半导体器件的制造过程中，通常使用电感耦合式的等离子体处理装置（ICP）来产生反应气体50的等离子体，对基片30进行蚀刻等加工处理。

如图1中所示，现有电感耦合式的等离子体发生器（ICP），往往在真空的反应腔20内引入反应气体50。在反应腔20外周围的顶部（或底部或侧壁）设置有感应线圈40并施加第一射频源RF1，由此产生的感应磁场会在线圈轴向感应出射频电场，从而在反应腔20内产生所述反应气体50的等离子体，对由反应腔20底部静电吸盘21（ESC）固定的基片30进行蚀刻处理。

然而，上述由第一射频源RF1产生的感应磁场，其磁力线410的分布如图1中虚线所示，可见，在所述基片30上方磁力线410的分布不均匀，会造成对应基片30中心及边缘位置的等离子体密度也不均匀，从而影响所述基片30上径向不同位置的刻蚀均匀性。

另外，由于所述第一射频源RF1产生的感应磁场是开放式磁场，其大部分能量丧失，仅有位于基片30上方的一小部分用来生成所述等离子体，能源的利用效率低。而且，其他大部分没有被利用的磁场能量会产生干扰，不得不花费很高代价对这些干扰进行消除；所述没有被利用的磁场能量还会感应出热量，使整个等离子体发生器的温度升高，降低装置的使用寿命和蚀刻操作的稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的电感耦合式等离子体处理装置及其基片处理方法，通过设置铁氧体等导磁材料制成的磁力线调整部件，由其准闭合的低磁阻结构布置构成磁力线回路的部分路径，用以对反应腔外的大部分磁力线路径进行规范，从而有效收集原先发散的磁场能量，提高能源的利用效率。另外，还可以对形成等离子体的感应磁场强度进行调整，并且使磁力线回路位于基片上方的部分均匀线性分布，来改善基片表面等离子体分布的均匀性。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种电感耦合式的等离子体处理装置及其基片处理方法。

所述的一种电感耦合式的等离子体处理装置，包含：

引入有反应气体的反应腔；所述反应腔包含固定待处理基片的底部基座，以及与之相对的反应腔顶部；

所述反应腔外周围设置有感应线圈，其与第一射频源连接产生一感应磁场，

所述等离子体处理装置还包含：

在反应腔外周围设置的由导磁材料制成的磁力线调整部件，该导磁材料的磁阻小于空气或真空的磁阻，该磁力线调整部件在反应腔外周围构成一个准闭合的低磁阻通路；使所述感应线圈产生的磁力线沿所述低磁阻通路构成一个磁力线回路，所述磁力线回路穿过反应腔。

所述磁力线调整部件由导磁率为空气导磁率的10倍或以上的导磁材料制成。

优选的，所述磁力线调整部件由铁氧体制成，其导磁率是空气导磁率的20-40倍。

在一优选实施例中，所述磁力线调整部件包含：在整个反应腔的外周围连接设置的顶板、底板，以及连接在顶板和底板之间的侧板；

所述顶板上设置有第一突出部，在所述底板上设置有第二突出部，其中第一突出部和第二突出部从顶板和底板上相向延伸。

在另一优选实施例中，所述磁力线调整部件整体结构呈C字形，即包含在所述反应腔的外周围连接设置的顶板、底板和侧板；

所述顶板一端与所述侧板上端连接，另一端设置有延伸至所述感应线圈上方的第一突出部；所述底板一端与所述侧板下端连接，另一端设置有延伸至所述底部基座下方的第二突出部。

所述感应线圈绕设在所述磁力线调整部件上。

所述电感耦合式的等离子体处理装置，还包含第一调整线圈，使所述磁力线调整部件上低磁阻通路的任何一部分穿设在所述第一调整线圈中；

所述第一调整线圈与第三射频源连接，通过改变所述第三射频源的功率或频率，在所述磁力线调整部件中获得一第一附加磁场并叠加在由于施加所述第一射频源得到的感应磁场上，进而对其磁场强度进行调整。

所述电感耦合式的等离子体处理装置，还包含测量线圈，使所述磁力线调整部件上对应低磁阻通路的任何一部分，穿设在所述测量线圈中，对磁场强度进行检测。

所述电感耦合式的等离子体处理装置，还包含由金属导体制成的屏蔽环，其是在反应腔内环绕基片外缘设置的闭环结构，使施加第一射频源后产生的感应磁场，在穿过所述闭合的屏蔽环时，感应生成一反向的再生磁场，并叠加在所述感应磁场上对其磁场强度进行调整。

在一实施例中，所述屏蔽环是环绕所述磁力线调整部件的第一突出部及第二突出部边缘的闭环结构，其在纵向从所述第一突出部延伸至第二突出部并与两者密闭连接，使所述屏蔽环成为新的反应腔的侧壁。

所述屏蔽环上环绕设置有第二调整线圈，并施加一第四射频源；通过改变所述第四射频源的功率或频率，在所述屏蔽环轴向感应生成一第二附加磁场，其叠加在所述感应磁场上，对基片边缘的磁场强度及磁力线形状与分布进行调整。

所述磁力线调整部件上贯穿设置有若干给送管道，包含将所述第一射频源施加至所述感应线圈的电气管道；以及，将反应气体引入所述反应腔的进气通道。

所述的一种基片处理的方法，包含

在电感耦合式的等离子体处理装置中，设置引入有反应气体的反应腔；所述反应腔包含固定待处理基片的底部基座；

在所述反应腔外周围设置有感应线圈，其与第一射频源连接产生一感应电磁场，从而在反应腔内产生所述反应气体的等离子体，对所述基片进行处理；

所述基片处理方法，还包含：

在所述反应腔的外周围设置导磁材料制成的磁力线调整部件，其磁阻小于空气及真空磁阻，该磁力线调整部件在反应腔外周围构成了一个准闭合的低磁阻通路；使所述感应线圈产生的磁力线沿所述低磁阻通路构成一个磁力线回路；

调整所述低磁阻通路上的磁阻分布，从而对磁力线回路中位于反应腔内的磁力线的形状与分布进行调整，进而对该些磁力线作用下生成在所述基片表面的等离子体的分布进行控制。

所述磁力线调整部件由导磁率为空气导磁率的10倍或以上的导磁材料制成。优选的，所述磁力线调整部件由铁氧体制成，其导磁率是空气导磁率的20-40倍。

所述磁力线调整部件包含一可移动的导磁部件，对所述磁力线调整部件中可移动导磁部件的位置进行调整，使得所述磁力线调整部件中流经的磁力线的形状分布或其磁场强度进行调整。

将所述感应线圈设置在所述反应腔的顶部或底部或侧壁；或者，将所述感应线圈设置在所述磁力线调整部件上，使所述磁力线调整部件上对应所述低磁阻通路的任何一部分，穿设在所述感应线圈中；

所述磁力线调整部件中的磁场强度，由所述感应线圈上施加的第一射频源的频率或功率来控制。

所述基片处理的方法，还包含设置第一调整线圈，使所述磁力线调整部件上对应低磁阻通路的任何一部分，穿设在所述第一调整线圈中；

在所述第一调整线圈上施加第三射频源，通过改变所述第三射频源的功率或频率，在所述磁力线调整部件中获得一第一附加磁场并叠加在由于施加所述第一射频源得到的感应磁场上，进而对其磁场强度进行调整。

将金属导体制成的屏蔽环，在反应腔内环绕基片外缘设置，所述屏蔽环上选择设置第二调整线圈，并施加一第四射频源；通过改变所述第四射频源的功率或频率，在所述屏蔽环轴向感应生成一第二附加磁场，其叠加在所述感应磁场上，对基片边缘的磁场强度及磁力线形状与分布进行调整。

所述的一种电感耦合式的等离子体处理装置，其包含：

一个导磁材料构成的磁力线调整部件；

一个等离子处理空间，等离子处理空间内包含一反应气体供应装置和基片安装平台；

所述磁力线调整部件和等离子处理空间组合构成一个磁力线回路；

一个电感线圈连接到一个射频电源，所述电感线圈产生的磁力线沿所述磁力线回路穿过等离子处理空间。

所述导磁材料是铁氧体材料，所述线圈产生的大于80%的磁通流经所述磁力线回路。

所述的一种电感耦合式的等离子体处理装置，其包含：

一个导磁材料构成的磁力线调整部件，所述磁力线调整部件包含至少一个准闭合回路，所述准闭合回路上包含一个开口空间，开口空间内包含一个反应腔体；

所述反应腔体内包含一反应气体供应装置和基片安装平台，一个电感线圈连接到一个射频电源，所述电感线圈产生的磁力线沿所述磁力线调整部件构成的准闭合回路穿过开口空间内的反应腔体。

所述磁力线调整部件包含一个位于基片安装平台下方的突出部件，且所述突出部件的截面与待处理基片的形状相对应。

与现有技术相比，本发明所述电感耦合式等离子体处理装置（ICP）及其基片处理方法，其优点在于：

本发明通过设置导磁率为空气导磁率的10倍或以上的导磁材料制成的磁力线调整部件，其低磁阻的结构布置构成了磁力线回路在反应腔外流通的路径，即形成一准闭合的低磁阻通路将感应磁场的大部分磁力线路径进行规范，从而收集原先发散掉的大部分磁场能量。因此仅需要现有等离子体处理装置1/10的能源供给，就能够以同样的磁场强度来生成蚀刻用的等离子体，提高了能源的利用效率；或者，在相同能耗条件下能够使磁场倍增。并且，还能够显著减少RF电磁泄漏，降低环境的电磁干扰，减低设备的发热，因而增加了系统的可靠性与稳定性。优选使用铁氧体制成磁力线调整部件，磁场的强度能够提高20-40倍。在所述磁力线调整部件中可以设置水冷等冷却装置，对能量收集后感应出的热量进行冷却处理。

另一方面，所述磁力线调整部件的低磁阻结构还决定了反应腔内用以产生等离子体的磁力线的分布，例如可以是在磁力线调整部件上设置相对延伸的第一、第二突出部，使其与两个磁极的位置相对应，优选地使两个突出部之间的磁力线为均匀线性分布，以改善基片表面的等离子体分布的均匀性。可以进一步在磁力线回路上设置第一调整线圈，施加射频后产生的第一附加磁场，叠加在原有的感应磁场上对其磁场强度进行调整。还可以，环绕第一突出部边缘至第二突出部边缘设置屏蔽环，或进一步环绕屏蔽环设置第二调整线圈并施加射频，对基片边缘的磁力线分布，包含磁力线的方向、形状、密度进行调整。

附图说明

图1是现有电感耦合式等离子体处理装置的总体结构示意图；

图2是本发明在实施例1中所述闭合变压器式磁力线调整部件的结构示意图；

图3是本发明在实施例1中所述闭合桶式磁力线调整部件的结构示意图；

图4是本发明所述电感耦合式等离子体处理装置在实施例1中使用闭合变压器式或闭合桶式的磁力线调整部件的纵向剖面示意图；

图5、图6是本发明所述电感耦合式等离子体处理装置在实施例2中使用闭合变压器式或闭合桶式的磁力线调整部件的纵向剖面示意图；

图7、图8是本发明所述电感耦合式等离子体处理装置在实施例3中使用闭合变压器式或闭合桶式的磁力线调整部件的纵向剖面示意图；

图9是本发明所述电感耦合式等离子体处理装置在实施例1、2中使用准闭合式的磁力线调整部件的纵向剖面示意图；

图10是本发明所述电感耦合式等离子体处理装置在实施例3中使用准闭合式的磁力线调整部件的纵向剖面示意图；

图11是本发明所述电感耦合式等离子体处理装置在实施例4中使用闭合变压器式或闭合桶式的磁力线调整部件的纵向剖面示意图；

图12是本发明所述电感耦合式等离子体处理装置在实施例4中使用准闭合式的磁力线调整部件的纵向剖面示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的若干具体实施方式。

实施例1

配合参见图2、图3、图4所示，本发明中所述电感耦合式等离子体处理装置（ICP），包含一真空的反应腔20，其中引入有反应气体50。所述反应腔20外周围的顶部设置有感应线圈40，其与第一射频源RF1连接产生一感应磁场，并在所述线圈轴向感应出一射频电场，从而在反应腔20内产生所述反应气体50的等离子体。所述反应腔20底部设置有固定基片30的静电吸盘21（ESC）及基座。

作为对电感耦合式等离子体处理装置（ICP）的改进，本发明中还包含一磁力线调整部件10，其由导磁率为空气导磁率的10倍或以上的导磁材料制成；由于其磁阻小于空气及真空的磁阻，所述磁力线调整部件10将构成施加第一射频源RF1后感应磁场在反应腔外的磁力线路径。其他位于反应腔内的磁力线，用于基片30上方等离子体的生成；所述反应腔内外的磁力线闭合形成完整的低磁阻通路41（附图中虚线标识，仅示出了该磁力线回路的左半部分，右半部分与其对称分布并未示出）。

优选的，所述磁力线调整部件10可以由铁氧体制成，其导磁率是空气的20-40倍，因而可以使大部分的磁力线流经所述磁力线调整部件10，并由所述磁力线调整部件10低磁阻的结构布置，来调整所述磁力线的路径分布，从而对该磁力线的方向、形状、密度等进行控制。

如图2所示，在一种优选的实施例中，所述磁力线调整部件10的整体结构类似三相三铁芯柱的变压器（下文中简称变压器式），即包含：在整个反应腔20的外周围设置的顶板11、底板12，以及两个相对的侧板13；所述顶板11中间还设置有第一突出部111，其向下延伸至所述感应线圈40的上方；与之对应，在所述底板12的中间还设置有第二突出部121，其向上延伸至所述静电吸盘21的下方。

如图9所示，在另一种优选的实施例中，所述磁力线调整部件10可以是准闭合式的，其整体结构呈C字形，即是说，所述磁力线调整部件10仅设置有一个侧板13；所述顶板11一端与所述侧板13上端连接，另一端设置延伸至所述感应线圈40上方的第一突出部111；所述底板12一端与所述侧板13下端连接，另一端设置延伸至所述静电吸盘21下方的第二突出部121。

如图3所示，还有一种优选的实施例中，所述磁力线调整部件10是桶式结构，即包含顶板11、底板12，以及环绕整个反应腔20的外周围设置的环形侧壁14；所述顶板11中间设置有延伸至所述感应线圈40上方的第一突出部111；所述底板12中间对应设置有延伸至所述静电吸盘21下方的第二突出部121。

配合参见图2、3、9所示，上述变压器式、准闭合式或桶式的磁力线调整部件10中，所述第一突出部111与第二突出部121的结构决定了两者之间的磁力线分布，也就决定了低磁阻通路41中反应腔20内用于等离子体生成的磁力线的分布。优选的，通过结构调整，使所述第一突出部111与第二突出部121之间的磁力线在竖直方向均匀分布，从而在基片30表面形成线性场，改善对应产生在基片30中心及边缘位置的等离子体的均匀性，使基片30上径向不同位置的刻蚀效果一致。

所述磁力线调整部件10的上半部分，还贯穿设置有若干给送管道：例如，在所述顶板11上设置有将所述第一射频源RF1引入至所述感应线圈40的电气管道；以及，在所述顶板11的第一突出部111设置的将反应气体50引入反应腔20的进气通道22。类似的，在所述磁力线调整部件10的下半部分，例如在所述底板12的第二突出部121，也贯穿设置有若干给送管道：可以是将调节等离子入射能量的第二射频源RF2（通常为2Mhz左右）或直流电源DC连接至静电吸盘21内下电极211的电气管道，将冷却气体或液态输送至静电吸盘21的冷却剂管道（图中未示出），以及反应气体50的排出管道（图中未示出）等等。这些给送管道在磁力线调整部件中形成的空间虽然会影响整体的磁阻分布，但是由于这些空间体积相对于整个铁氧体部件如第一突出部111，第二突出部121的体积小很多，所以不会影响绝大部分磁力线均匀地穿过基片30的表面。

实施例2

配合参见图5、6、9所示，本实例所述电感耦合式等离子体处理装置（ICP）的整体结构与实施例1中相类似，包含围绕反应腔20外周围设置的变压器式、准闭合式或桶式的磁力线调整部件10，其由铁氧体等低磁阻的导磁材料制成；使反应腔20顶部外侧设置的感应线圈40，在连接第一射频源RF1后产生的感应磁场的大部分磁力线流经该磁力线调整部件10，并由该磁力线调整部件10的结构来决定所述磁力线在反应腔20内外的分布情况。优选的，使反应腔20内位于基片30上方的磁力线均匀线性分布，来改善基片30表面、对应其中心及边缘位置的等离子体分布均匀性。

本实施例中对于上述结构的改进在于，还设置有第一调整线圈61，使所述磁力线调整部件10上，对应低磁阻通路41的任何一部分，穿设在所述第一调整线圈61中，并且使所述第一调整线圈61与一第三射频源RF3连接。例如，将第一调整线圈61设置在所述磁力线调整部件10的侧板13上（图5或图9），通过改变所述第三射频源RF3的功率或频率，在所述磁力线调整部件10中获得一第一附加磁场并叠加在由于施加所述第一射频源RF1得到的感应磁场上，进而对其磁场强度进行调整。

另外，与所述第一调整线圈61的设置位置相类似，还可以设置测量线圈63，使所述磁力线调整部件10上，对应低磁阻通路41的任何一部分，穿设在所述测量线圈63中，对磁场强度进行检测。例如，可以是在所述磁力线调整部件10的侧板13上设置所述测量线圈63；或者，也可以是在所述第一突出部111（此种情况图中未示出）或第二突出部121（图6）上环绕设置所述测量线圈63。

根据应用时的具体要求，可以将所述测量线圈63与第一调整线圈61，一起设置在所述磁力线调整部件10上的不同磁路位置，例如分别设置在变压器式的磁力线调整部件10的两个侧板13上（图5）。或者，也可以仅仅将测量线圈63与第一调整线圈61中的一个设置在所述磁力线调整部件10上。

实施例3

配合参加图7、8、10所示，本实例所述电感耦合式等离子体处理装置（ICP）的整体结构与实施例1、2中相类似，包含围绕反应腔20外周围设置的变压器式、准闭合式或桶式的磁力线调整部件10，其由铁氧体等低磁阻的导磁材料制成；使反应腔20顶部外侧设置的感应线圈40，在连接第一射频源RF1后产生的感应磁场的大部分磁力线流经该磁力线调整部件10，并由该磁力线调整部件10的结构来决定所述磁力线在反应腔20内外的分布情况。优选的，使反应腔20内位于基片30上方的磁力线均匀线性分布，来改善基片30表面、对应其中心及边缘位置的等离子体分布均匀性。

在上述实施例1或2的基础上，本实施例中还设置了由金属导体制成的一屏蔽环15，其可以是在反应腔20内环绕基片30外缘设置的闭环结构。屏蔽环15的高度和上下位置可以任意设置，其起的作用是调整电场的分布，施加第一射频源RF1后从上至下垂直穿过反应区的高频交变磁场感应产生交变的电场，这些电场方向上与磁场方向正交/垂直，屏蔽环15的存在使得感应出来的部分电场在屏蔽环内产生电流，这些电流产生次生磁场与原有磁场方向相反，通过调节屏蔽环的尺寸和阻抗可以调节次生磁场的大小和分布，从而可以在原有磁场分布的基础上进一步细化调节磁场分布，实现更好的等离子处理均一性。

屏蔽环15高度足够的话，例如屏蔽环15可以在反应腔20内从顶部纵向延伸至所述基片30上方（图7），这样屏蔽环15还能起到屏蔽等离子体的作用。或者，所述屏蔽环15也可以是环绕所述磁力线调整部件10的第一突出部111、第二突出部121边缘的闭环结构，其在纵向从所述第一突出部111延伸至第二突出部121并与两者密闭连接，使所述屏蔽环15成为新的反应腔的侧壁（图8、图10）。

进一步的，可以环绕所述屏蔽环15设置一第二调整线圈62（图10），并施加一第四射频源RF4，通过改变所述第四射频源RF4的功率或频率，在所述屏蔽环15轴向感应生成一第二附加磁场，其叠加在因施加第一射频源RF1而产生的感应磁场上，来调整反应区域的磁场强度及磁力线分布，尤其是使对应基片30边缘的磁场强度及磁力线分布得到调整。

实施例4

配合参见图11、12所示，本实例所述电感耦合式等离子体处理装置（ICP）中，所述磁力线调整部件10的整体结构与实施例1中相同，可以是包含围绕反应腔20外周围设置的变压器式、准闭合式或桶式结构，由铁氧体等低磁阻的导磁材料制成。

与上述实施例中感应线圈40设置在反应腔20顶部外侧不同，本实施例中所述感应线圈40直接设置在所述磁力线调整部件10上；具体的，与实施例2中所述第一调整线圈61或测量线圈63的设置位置类似，即所述磁力线调整部件10上对应低磁阻通路41的任何一部分，穿设在所述感应线圈40中，通过施加第一射频源RF1产生的感应磁场，其磁力线将直接流经所述磁力线调整部件10。因而可以由所述第一射频源RF1的频率或功率，直接对磁力线调整部件10中的磁场强度进行控制，也就是对所述第一突出部111与第二突出部121之间用以形成所述等离子体的磁场强度进行控制。

例如，所述感应线圈40可以是设置在所述磁力线调整部件10的侧板13上；或者所述感应线圈40也可以是设置在所述磁力线调整部件10的第一突出部111（此种情况图中未示出）或第二突出部121上。

实施例2中用于能量检测的所述测量线圈63，可以与所述感应线圈40同时设置在低磁阻通路41的不同位置。设置此种感应线圈40的同时，也可以同时设置实施例3中所述屏蔽环15，使其环绕所述磁力线调整部件10的第一突出部111边缘至第二突出部121边缘；或进一步使屏蔽环15与第一突出部111、第二突出部121密闭连接形成新的反应腔的侧壁。

综上所述，本发明所述电感耦合式等离子体处理装置（ICP），设置有导磁率为空气导磁率的10倍或以上的导磁材料制成的磁力线调整部件10；优选使用铁氧体制成磁力线调整部件10，磁场的强度能够提高20-40倍。该磁力线调整部件10构成一准闭合的低磁阻通路41，作为磁力线回路在反应腔20外流通的路径，使感应磁场的大部分磁力线路径得到规范，从而收集原先发散的大部分磁场能量。

所谓准闭合是指整个低磁阻通路41虽然具有一段开口的空间以容纳反应腔20及其内部的等离子产生空间，但是这个开口空间的大小和形状相对于整个低磁阻通路41不是特别大，所以绝大多数流过低磁阻通路中铁氧体部件的磁通并没有发散到空间中去，不会成为整个等离子处理器中的干扰源，而是继续沿着磁力线调整部件及其开口空间定义出来的低磁阻通路构成一个完整的磁力线回路，其磁力线分布效果与具有闭合铁氧体环的情况下接近。本发明的低磁阻通路具有准闭合铁氧体回路的结构，使得流过低磁阻通路的铁氧体部件的磁通中，只有小于20%部分发散到低磁阻回路以外。因此仅需要现有等离子体处理装置1/10的能源供给，就能够以同样的磁场强度来生成蚀刻用的等离子体，提高了能源的利用效率；或者，在相同能耗条件下能够使磁场倍增。并且，能显著减少RF电磁泄漏，降低环境的电磁干扰，减低设备的发热，增加系统的可靠性与稳定性。在所述磁力线调整部件10中可以设置水冷等冷却装置，对能量收集后感应出的热量进行冷却处理。

另一方面，所述磁力线调整部件10的低磁阻结构还决定了反应腔20内用以产生等离子体的磁力线的分布，可以是在磁力线调整部件10上设置了与两个磁极位置相对应的第一、第二突出部，优选地使两个突出部之间的磁力线为均匀线性分布，以改善基片表面的等离子体分布的均匀性。可以在低磁阻通路41上任意位置设置第一调整线圈61，其施加射频后产生的第一附加磁场，叠加在原有的感应磁场上对其磁场强度进行调整。还可以，环绕第一突出部111边缘至第二突出部121边缘设置屏蔽环15，或进一步环绕屏蔽环15设置第二调整线圈62并施加射频，对基片30边缘的磁力线分布，包含磁力线的方向、形状、密度进行调整。

基于上述电感耦合式等离子体处理装置（ICP）及其磁力线调整部件的结构，本发明还提供了一种基片处理的方法，通过设置所述导磁材料制成的磁力线调整部件，由其低磁阻的结构布置，决定了施加第一射频源RF1后感应线圈的磁力线回路的流通路径；对应不同的工艺需要，调整所述磁力线尤其是在反应腔内的磁力线分布和/或其磁场强度，从而对基片表面的等离子体分布进行控制。

具体的，可以使用不同结构的所述磁力线调整部件，例如变压器式、桶式或准闭合式。

可以在磁力线调整部件上对应准闭合低磁阻通路的任何位置设置第一调整线圈，或者改变感应线圈的设置位置，又或者在屏蔽环上设置第二调整线圈，分别改变施加的射频的功率或频率，实现对磁场强度的调整，从而对基片表面的等离子体的密度进行控制。

或者使磁力线调整部件的至少一部分为可移动或可调整的结构：例如，使所述第一或第二突出部为可以从顶板或底板上拆卸的结构，对应不同的工艺需要或对应基片不同位置的刻蚀要求，可以使用不同形状的第一突出部或第二突出部，来对应控制基片表面的磁力线分布。又例如，使用不同形状结构的屏蔽环或者调整屏蔽环在第一、第二突出部之间的设置高度，对应调整基片边缘位置的磁力线分布。优选的，使对应基片中心和边缘的磁力线为均匀线性分布，从而改善基片表面的等离子体分布的均匀性，使基片不同位置的处理效果一致。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (23)

1.一种电感耦合式的等离子体处理装置，包含：

引入有反应气体（50）的反应腔（20）；所述反应腔（20）包含固定待处理基片（30）的底部基座，以及与之相对的反应腔顶部；

所述反应腔（20）外周围设置有感应线圈（40），其与第一射频源（RF1）连接产生一感应磁场，

其特征在于，还包含：

在反应腔（20）外周围设置的由导磁材料制成的磁力线调整部件（10），该导磁材料的磁阻小于空气或真空的磁阻，该磁力线调整部件（10）在反应腔（20）外周围构成一个准闭合的低磁阻通路（41）；使所述感应线圈（40）产生的磁力线沿所述低磁阻通路（41）构成一个磁力线回路，所述磁力线回路穿过反应腔（20）。

2.如权利要求1所述电感耦合式的等离子体处理装置，其特征在于，

所述磁力线调整部件（10）由导磁率为空气导磁率的10倍或以上的导磁材料制成。

3.如权利要求2所述电感耦合式的等离子体处理装置，其特征在于，

所述磁力线调整部件（10）由铁氧体制成，其导磁率是空气导磁率的20-40倍。

4.如权利要求3所述电感耦合式的等离子体处理装置，其特征在于，

所述磁力线调整部件（10）包含：在整个反应腔（20）的外周围连接设置的顶板（11）、底板（12），以及连接在顶板（11）和底板（12）之间的侧板（13）；

所述顶板（11）上设置有第一突出部（111），在所述底板（12）上设置有第二突出部（121），其中第一突出部（111）和第二突出部（121）从顶板（11）和底板（12）上相向延伸。

5.如权利要求3所述电感耦合式的等离子体处理装置，其特征在于，

所述磁力线调整部件（10）整体结构呈C字形，即包含在所述反应腔（20）的外周围连接设置的顶板（11）、底板（12）和侧板（13）；

所述顶板（11）一端与所述侧板（13）上端连接，另一端设置有延伸至所述感应线圈（40）上方的第一突出部（111）；所述底板（12）一端与所述侧板（13）下端连接，另一端设置有延伸至所述底部基座下方的第二突出部（121）。

6.如权利要求1所述电感耦合式的等离子体处理装置，其特征在于，

所述感应线圈（40）绕设在所述磁力线调整部件（10）上。

7.如权利要求1所述电感耦合式的等离子体处理装置，其特征在于，

还包含第一调整线圈（61），使所述磁力线调整部件（10）上低磁阻通路（41）的任何一部分穿设在所述第一调整线圈（61）中；

所述第一调整线圈（61）与第三射频源（RF3）连接，通过改变所述第三射频源（RF3）的功率或频率，在所述磁力线调整部件（10）中获得一第一附加磁场并叠加在由于施加所述第一射频源（RF1）得到的感应磁场上，进而对其磁场强度进行调整。

8.如权利要求1所述电感耦合式的等离子体处理装置，其特征在于，

还包含测量线圈（63），使所述磁力线调整部件（10）上对应低磁阻通路（41）的任何一部分，穿设在所述测量线圈（63）中，对磁场强度进行检测。

9.如权利要求1或4或5所述电感耦合式的等离子体处理装置，其特征在于，

还包含由金属导体制成的屏蔽环（15），其是在反应腔（20）内环绕基片（30）外缘设置的闭环结构，使施加第一射频源（RF1）后产生的感应磁场，在穿过所述闭合的屏蔽环（15）时，感应生成一反向的再生磁场，并叠加在所述感应磁场上对其磁场强度进行调整。

10.如权利要求9所述电感耦合式的等离子体处理装置，其特征在于，

所述屏蔽环（15）是环绕所述磁力线调整部件（10）的第一突出部（111）及第二突出部（121）边缘的闭环结构，其在纵向从所述第一突出部（111）延伸至第二突出部（121）并与两者密闭连接，使所述屏蔽环（15）成为新的反应腔的侧壁。

11.如权利要求10所述电感耦合式的等离子体处理装置，其特征在于，

所述屏蔽环（15）上环绕设置有第二调整线圈（62），并施加一第四射频源（RF4）；通过改变所述第四射频源（RF4）的功率或频率，在所述屏蔽环（15）轴向感应生成一第二附加磁场，其叠加在所述感应磁场上，对基片（30）边缘的磁场强度及磁力线形状与分布进行调整。

12.如权利要求1所述电感耦合式的等离子体处理装置，其特征在于，

所述磁力线调整部件上贯穿设置有若干给送管道，包含将所述第一射频源（RF1）施加至所述感应线圈（40）的电气管道；以及，将反应气体（50）引入所述反应腔（20）的进气通道（22）。

13.一种基片处理的方法，包含

在电感耦合式的等离子体处理装置中，设置引入有反应气体（50）的反应腔（20）；所述反应腔（20）包含固定待处理基片（30）的底部基座；

在所述反应腔（20）外周围设置有感应线圈（40），其与第一射频源（RF1）连接产生一感应电磁场，从而在反应腔（20）内产生所述反应气体（50）的等离子体，对所述基片（30）进行处理；

其特征在于，所述基片处理方法，还包含：

在所述反应腔（20）的外周围设置导磁材料制成的磁力线调整部件，其磁阻小于空气及真空磁阻，该磁力线调整部件在反应腔（20）外周围构成了一个准闭合的低磁阻通路（41）；使所述感应线圈（40）产生的磁力线沿所述低磁阻通路（41）构成一个磁力线回路；

调整所述低磁阻通路（41）上的磁阻分布，从而对磁力线回路中位于反应腔内的磁力线的形状与分布进行调整，进而对该些磁力线作用下生成在所述基片（30）表面的等离子体的分布进行控制。

14.如权利要求13所述基片处理的方法，其特征在于，

所述磁力线调整部件（10）由导磁率为空气导磁率的10倍或以上的导磁材料制成。

15.如权利要求14所述基片处理的方法，其特征在于，

所述磁力线调整部件（10）由铁氧体制成，其导磁率是空气导磁率的20-40倍。

16.如权利要求13所述基片处理的方法，其特征在于，

所述磁力线调整部件（10）包含一可移动的导磁部件，对所述磁力线调整部件（10）中可移动导磁部件的位置进行调整，使得所述磁力线调整部件（10）中流经的磁力线的形状分布或其磁场强度进行调整。

17.如权利要求13所述基片处理的方法，其特征在于，

将所述感应线圈（40）设置在所述反应腔（20）的顶部或底部或侧壁；或者，将所述感应线圈（40）设置在所述磁力线调整部件（10）上，使所述磁力线调整部件（10）上对应所述低磁阻通路（41）的任何一部分，穿设在所述感应线圈（40）中；

所述磁力线调整部件（10）中的磁场强度，由所述感应线圈（40）上施加的第一射频源（RF1）的频率或功率来控制。

18.如权利要求13所述基片处理的方法，其特征在于，

设置第一调整线圈（61），使所述磁力线调整部件（10）上对应低磁阻通路（41）的任何一部分，穿设在所述第一调整线圈（61）中；

在所述第一调整线圈（61）上施加第三射频源（RF3），通过改变所述第三射频源（RF3）的功率或频率，在所述磁力线调整部件（10）中获得一第一附加磁场并叠加在由于施加所述第一射频源（RF1）得到的感应磁场上，进而对其磁场强度进行调整。

19.如权利要求13所述基片处理的方法，其特征在于，

将金属导体制成的屏蔽环（15），在反应腔（20）内环绕基片（30）外缘设置，所述屏蔽环（15）上选择设置第二调整线圈（62），并施加一第四射频源（RF4）；通过改变所述第四射频源（RF4）的功率或频率，在所述屏蔽环（15）轴向感应生成一第二附加磁场，其叠加在所述感应磁场上，对基片（30）边缘的磁场强度及磁力线形状与分布进行调整。

20.一种电感耦合式的等离子体处理装置，其特征在于，包含：

一个导磁材料构成的磁力线调整部件；

一个等离子处理空间，等离子处理空间内包含一反应气体供应装置和基片安装平台；

所述磁力线调整部件和等离子处理空间组合构成一个磁力线回路；

一个电感线圈连接到一个射频电源，所述电感线圈产生的磁力线沿所述磁力线回路穿过等离子处理空间。

21.如权利要求20所述电感耦合式的等离子体处理装置，其特征在于，

所述导磁材料是铁氧体材料，所述线圈产生的大于80%的磁通流经所述磁力线回路。

22.一种电感耦合式的等离子体处理装置，其特征在于，包含：

一个导磁材料构成的磁力线调整部件，所述磁力线调整部件包含至少一个准闭合回路，所述准闭合回路上包含一个开口空间，开口空间内包含一个反应腔体；

所述反应腔体内包含一反应气体供应装置和基片安装平台，一个电感线圈连接到一个射频电源，所述电感线圈产生的磁力线沿所述磁力线调整部件构成的准闭合回路穿过开口空间内的反应腔体。

23.如权利要求22所述的电感耦合式的等离子体处理装置，其特征在于，

所述磁力线调整部件包含一个位于基片安装平台下方的突出部件，且所述突出部件的截面与待处理基片的形状相对应。

Images