專利名稱：用于控制等離子體體積的方法和設(shè)備的制作方法
相關(guān)案例的交叉引用本申請(qǐng)與以下現(xiàn)時(shí)申請(qǐng)的美國(guó)專利申請(qǐng)相關(guān)申請(qǐng)?zhí)朜o09/439661，名稱“IMPROVED PLASMA PROCESSINGSYSTEM AND METHOD THEREFOR”(律師案卷號(hào)NOLAM1P122/P0527)申請(qǐng)?zhí)朜o09/470236，名稱“PLASMA PROCESSING SYSTEM WITHDYNAMIC GAS DISTRIBUTION CONTROL”；(律師案卷號(hào)NOLAM1P123/P0557)申請(qǐng)?zhí)朜o09/439675，名稱“TEMPERATURE CONTROL SYSTEM FORPLASMA PROCESSING APPARATUS”；(律師案卷號(hào)NOLAM1P124/P0558)申請(qǐng)?zhí)朜o09/440418，名稱“METHOD AND APPARATUS FORPRODUCING UNIFROM PROCESS RATES”；(律師案卷號(hào)NOLAM1P125/P0560)申請(qǐng)?zhí)朜o09/440794，名稱“MATERIALS AND GAS CHEMISTRIESFOR PLASMA PROCESSING SYSTEMS”；(律師案卷號(hào)NOLAM1P128/P0561)上述每項(xiàng)專利申請(qǐng)?jiān)诖俗鳛橐冒ㄟM(jìn)來(lái)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及加工用于集成電路(IC)制造中的半導(dǎo)體襯底或用于平板顯示器應(yīng)用中的玻璃板等襯底的設(shè)備和加工方法。更具體說(shuō)，本發(fā)明涉及對(duì)等離子體加工室內(nèi)等離子體的控制。
等離子體加工系統(tǒng)已出現(xiàn)了很長(zhǎng)時(shí)間，近年來(lái)，感應(yīng)耦連到等離子體源、電子回旋諧振源(ECR)、電容源等的等離子體加工系統(tǒng)已引入加工半導(dǎo)體襯底和玻璃板，并用于改變半導(dǎo)體襯底和玻璃板的加工等級(jí)。
加工中，通常用多個(gè)淀積和/或蝕刻步驟。淀積中，材料淀積在襯底表面上(如玻璃板或晶片的表面上)。例如，可在襯底表面上形成諸如SiO2的淀積層。反之，用蝕刻法在襯底表面上的預(yù)定區(qū)域有選擇地去除材料。例如，在襯底上的淀積層中形成諸如通路，接點(diǎn)或溝槽等蝕刻特性。
等離子體加工的一個(gè)特定方法中，用感應(yīng)源產(chǎn)生等離子體。

圖1示出用于等離子體加工的現(xiàn)有的感應(yīng)等離子體加工反應(yīng)器100。典型的感應(yīng)等離子體加工反應(yīng)器包括加工室102，加工室102有設(shè)在電介質(zhì)窗106上方的天線感應(yīng)線圈104。通常，天線104有效地耦連到第一RF電源108。而且，在加工室102內(nèi)設(shè)置噴氣口110，用于將例如蝕刻源氣的氣態(tài)源材料釋放到電介質(zhì)窗106與襯底112之間的RF感應(yīng)等離子體區(qū)中。襯底112引入加工室102中并放在吸盤(pán)114上，吸盤(pán)114通常作為底電極并有效地耦連到第二RF電源116。
為了產(chǎn)生等離子體，加工氣經(jīng)噴氣口110輸入加工室102。之后，用第一RF電源108給感應(yīng)線圈104施加功率(能量)。所施加的RF功率通過(guò)電介質(zhì)窗106，在加工室102中感應(yīng)大電場(chǎng)。電場(chǎng)加速加工室內(nèi)存在的少量電子，使它們與加工氣的氣體分子碰撞。這些碰撞引起電離和開(kāi)始放電或產(chǎn)生等離子體118。正如本領(lǐng)域公知的，加工氣的中性氣體分子在這些強(qiáng)電場(chǎng)作用下失去電子，而留下帶正電荷的離子。結(jié)果，等離子體118中含正電荷離子、負(fù)電荷電子和中性氣體分子(和/或原子)。
一旦形成了等離子體，等離子體中的中性氣體分子有向襯底表面移動(dòng)的趨勢(shì)。例如，使得中性氣體分子存在于襯底處的機(jī)理之一可能是擴(kuò)散(即，在加工室內(nèi)的分子隨機(jī)移動(dòng))。因此，通常沿襯底112的表面會(huì)發(fā)現(xiàn)中性物質(zhì)層(例如中性氣體分子層)。因此，當(dāng)?shù)纂姌O114接通電源時(shí)，離子朝襯底加速移動(dòng)與中性物質(zhì)組合，進(jìn)行蝕刻反應(yīng)。
雖然等離子體118主要停留在加工室的上部區(qū)域(例如有效區(qū))，但是部分等離子體仍有充滿整個(gè)加工室的趨勢(shì)。等離子體通常進(jìn)入加工室內(nèi)任何能持續(xù)的地方。例如，等離子體會(huì)充入襯底下諸如泵下的區(qū)域(例如無(wú)效區(qū)內(nèi))。如果等離子體到達(dá)這些區(qū)域，就會(huì)造成這些區(qū)域的刻蝕、淀積和/或腐蝕，這會(huì)導(dǎo)致加工室內(nèi)的因?qū)υ搮^(qū)域的刻蝕或淀積材料碎片剝落引起的顆粒污染。結(jié)果，使加工室部分的壽命降低。
而且，不受約束的等離子體會(huì)形成不均勻的等離子體，導(dǎo)致加工性能變化，即蝕刻均勻性、總蝕刻速率、蝕刻形狀、微負(fù)荷、選擇性等變化。結(jié)果，使集成電路的關(guān)鍵尺寸極難控制。此外，加工性能變化會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體電路中的器件損壞，結(jié)果通常使生產(chǎn)成本更高。
控制等離子體的標(biāo)準(zhǔn)方法是在等離子體反應(yīng)器內(nèi)設(shè)等離子體屏板。等離子體屏板的尺寸大致確定為可以將等離子體限定在由加工室和等離子體屏板確定的體積內(nèi)。大多數(shù)情況下，等離子體屏板還包括許多開(kāi)口，以允許加工中產(chǎn)生的副產(chǎn)品氣體穿過(guò)等離子體反應(yīng)器的排氣口。
參見(jiàn)圖1和2，等離子體屏板202與等離子體加工室100相連。等離子體屏板202通常構(gòu)型為大致填滿加工室壁120的內(nèi)部周邊與靜電吸盤(pán)114的外部周邊之間形成的間隙。而且，等離子體屏板202通常包括許多穿孔204，穿孔204的尺寸應(yīng)允許加工中形成的副產(chǎn)品氣體從排氣口122排出。同時(shí)，穿孔204的尺寸確定為將等離子體限定在加工室102確定的體積內(nèi)。穿孔大致形成同心圓、槽等形狀。而且，等離子體屏板通常在固定位置與加工室連接(例如用螺栓固定)。
但等離子體屏板有一些缺點(diǎn)。通常，設(shè)在加工室內(nèi)的構(gòu)件在加工期間會(huì)造成襯底污染。其原因是，該構(gòu)件的某些部位或表面吸附的蝕刻副產(chǎn)品和淀積物碎屑會(huì)附著到襯底上，造成顆粒污染。顆粒污染會(huì)產(chǎn)生不希望有的和/或預(yù)想不到的結(jié)果。例如，襯底表面上的顆粒會(huì)使襯底上要刻蝕的部分中斷。按此方式，不能正確地形成溝槽，這會(huì)導(dǎo)致器件損壞，因此降低了合格率。而且，在加工中要隨時(shí)清潔等離子體屏板。以防止過(guò)多地累積淀積物和刻蝕副產(chǎn)物。清潔的缺點(diǎn)是降低了襯底的制造量，通常由于生產(chǎn)率的降低提高了生產(chǎn)成本。
此外，等離子體屏板減小了副產(chǎn)品氣體的通道。例如，等離子體屏板通常使副產(chǎn)品氣體通道減小30％至60％。這會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)中對(duì)泵的要求提高。即，為了有效除去副產(chǎn)品氣體和保持減小的通道內(nèi)的所需加工室壓力，需要更大的渦輪分子泵。
而且，在加工期間穿孔會(huì)阻塞，這就進(jìn)一步減小了通道。通道減小對(duì)泵系統(tǒng)正常功能的發(fā)揮造成負(fù)面影響，即減小了流通。這會(huì)導(dǎo)致加工變化、縮短泵的壽命，進(jìn)一步降低生產(chǎn)效率，加大成本。而且，等離子屏板也是消耗部件，因?yàn)榈入x子體屏板與等離子體接觸，等離子體中的反應(yīng)物要撞擊等離子體屏板。
此外，正常安裝中，等離子體屏板用螺栓連接到加工室，通常會(huì)限制不會(huì)造成斷裂的可用材料的種類。而且很難保證等離子體屏板與加工室之間的電接觸和熱接觸。
考慮到所述的缺點(diǎn)，需要提供控制加工室內(nèi)的等離子體體積的改進(jìn)方法和設(shè)備。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中涉及加工襯底用的等離子體加工設(shè)備。設(shè)備包括大致為圓柱形的加工室，在該等離子體加工室內(nèi)點(diǎn)燃并保持用于加工的等離子體。設(shè)備還包括等離子體限定裝置。等離子體限定裝置包括圍繞加工室周邊設(shè)置的外磁性桶形裝置。外磁性桶形裝置有多個(gè)相對(duì)加工室的軸線放射狀地并對(duì)稱地設(shè)置的第一磁元件。多個(gè)第一磁元件構(gòu)型為可以產(chǎn)生第一磁場(chǎng)。
等離子體限定裝置還包括設(shè)在加工室內(nèi)的內(nèi)磁性桶形裝置，它的直徑小于外磁性桶形裝置的直徑。內(nèi)磁性桶形裝置有許多相對(duì)加工室的軸線放射狀地并對(duì)稱地設(shè)置的第二磁元件。多個(gè)第二磁元件構(gòu)型為產(chǎn)生第二磁場(chǎng)。等離子體限定裝置構(gòu)型為可采用第一和第二磁場(chǎng)在外磁性桶形裝置與內(nèi)磁性桶形裝置之間產(chǎn)生等離子體限定磁場(chǎng)，允許加工產(chǎn)生的副產(chǎn)物氣體通過(guò)，而把等離子體大致限定在至少由大致是圓柱形的加工室和等離子體限定磁場(chǎng)確定的體積內(nèi)。
本發(fā)明另一實(shí)施例涉及等離子體體積的控制方法，在加工室內(nèi)用等離子體增強(qiáng)工藝來(lái)加工襯底。該方法包括用第一磁元件在加工室內(nèi)產(chǎn)生第一磁場(chǎng)。該方法還包括用第二磁元件在加工室內(nèi)產(chǎn)生第二磁場(chǎng)。該方法還包括第一和第二磁場(chǎng)的組合在第一和第二磁元件之間產(chǎn)生合成磁場(chǎng)。該方法還包括在加工室內(nèi)產(chǎn)生等離子體，并把等離子體限定在至少利用部分加工室和合成磁場(chǎng)確定的體積內(nèi)。
本發(fā)明另一實(shí)施例涉及等離子體限定裝置，它用于控制等離子體體積，并在加工室內(nèi)用等離子體增強(qiáng)工藝來(lái)加工襯底。等離子體限定裝置包括許多具有第一磁元件的第一磁性桶形裝置。第一磁元件構(gòu)型為在加工室內(nèi)產(chǎn)生第一磁場(chǎng)。等離子體限定裝置還包括具有許多第二磁元件的第二磁性桶形裝置。第二磁元件構(gòu)型為在加工室內(nèi)產(chǎn)生第二磁場(chǎng)。
第二磁場(chǎng)構(gòu)型為與第一磁場(chǎng)組合，以便在第一與第二磁性桶形裝置之間產(chǎn)生合成磁場(chǎng)。合成磁場(chǎng)構(gòu)型為允許加工產(chǎn)生的副產(chǎn)物氣體通過(guò)，而把等離子體大致限定在至少由加工室和合成磁場(chǎng)確定的體積內(nèi)。
附圖簡(jiǎn)述圖1示出用于等離子體加工的現(xiàn)有技術(shù)的感應(yīng)等離子體加工反應(yīng)器；圖2是圖1所示的現(xiàn)有感應(yīng)等離子體加工反應(yīng)器的頂視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有等離子體限定裝置的典型的等離子體加工系統(tǒng)示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有等離子體限定裝置的典型的等離子體加工系統(tǒng)的斷開(kāi)側(cè)視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有等離子體限定裝置的等離子體加工反應(yīng)器的頂視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有等離子體限定裝置的等離子體加工反應(yīng)器的斷開(kāi)的頂視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的有較大外磁性桶形裝置的典型的等離子體加工系統(tǒng)的示意圖，較大外磁性桶形裝置的第一磁元件從加工室的頂部伸到加工室的底部；圖8A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用等離子體限定裝置和等離子體屏板的典型等離子體加工系統(tǒng)的示意圖；圖8B是圖8A所示的根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的等離子體屏板和固定器組件的放在側(cè)視圖；圖9是按本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的包括等離子體屏板的圖7所示等離子體加工設(shè)備的示意圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述現(xiàn)在參照附圖所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。以下的說(shuō)明中，陳述了許多具體的細(xì)節(jié)，以便充分理解本發(fā)明。顯然，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)也能實(shí)施本發(fā)明。其它例中，為了不造成本發(fā)明的不必要的不清楚，不再描述公知的工藝步驟。
一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供用于加工襯底的等離子體加工設(shè)備。等離子體加工設(shè)備包括大致是圓柱形的加工室，在加工室內(nèi)等離子體被點(diǎn)火并保持以便用于加工襯底。等離子體加工設(shè)備還包括由外磁性桶形裝置和內(nèi)磁性桶形裝置構(gòu)成的等離子體限定裝置，外磁性桶形裝置產(chǎn)生第一磁場(chǎng)，內(nèi)磁性桶形裝置產(chǎn)生第二磁場(chǎng)。用第一和第二磁場(chǎng)在外磁性桶形裝置與內(nèi)磁性桶形裝置之間產(chǎn)生等離子體限定磁場(chǎng)，它允許加工產(chǎn)生的副產(chǎn)物氣體通過(guò)，并把等離子體大致限定在至少由大致定圓柱形的加工室和等離子體限定磁場(chǎng)確定的體積內(nèi)。
當(dāng)襯底放在等離子體加工室內(nèi)的吸盤(pán)上，開(kāi)始進(jìn)行等離子體加工。給輸入到等離子體室的加工氣施加功率從而產(chǎn)生等離子體。等離子體向有效區(qū)和無(wú)效區(qū)移動(dòng)，趨于充滿整個(gè)加工室。在有效區(qū)中，等離子體的離子朝襯底加速移動(dòng)，它們?cè)谝r底表面與淀積在襯底表面上的材料反應(yīng)，與中心反應(yīng)物結(jié)合，以加工襯底。在無(wú)效區(qū)內(nèi)，通常會(huì)產(chǎn)生負(fù)面的加工條件，例如產(chǎn)生不均勻的等離子體密度，或與加工室的無(wú)保護(hù)區(qū)反應(yīng)，即與排氣口碰撞。
按本發(fā)明的一個(gè)方面，通過(guò)引入加工室內(nèi)的磁場(chǎng)，能改善對(duì)等離子體加工反應(yīng)器內(nèi)的等離子體的限定。磁場(chǎng)構(gòu)型為可以防止等離子體移到加工室的無(wú)效區(qū)。更具體地說(shuō)，設(shè)置磁場(chǎng)，迫使等離子體離開(kāi)無(wú)效區(qū)而集中到加工室的有效區(qū)附近的區(qū)域。結(jié)果，使等離子體大致限定到加工室的預(yù)定區(qū)域(例如有效區(qū))。
不希望受理論約束，相信將磁場(chǎng)構(gòu)型為可以影響帶電顆粒(例如等離子體中的負(fù)電荷電子和正電荷離子)的方向。磁場(chǎng)可布置成起鏡像場(chǎng)(mirror field)作用，它能瞬時(shí)俘獲等離子體中的帶電荷顆粒(沿場(chǎng)線的盤(pán)旋)，并最終沿離開(kāi)磁場(chǎng)的方向重新確定它們的方向。換句話說(shuō)，如果帶電荷顆粒要跨越磁場(chǎng)，它會(huì)受磁場(chǎng)干擾而旋轉(zhuǎn)或反射開(kāi)。按此方式，磁場(chǎng)抑制了等離子體跨越磁場(chǎng)限定區(qū)的移動(dòng)。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，把外磁性桶形裝置和內(nèi)磁性桶形裝置引入等離子體系統(tǒng)建立所述的磁場(chǎng)或等離子體限定磁場(chǎng)。磁性桶形裝置建立的磁場(chǎng)覆蓋內(nèi)外磁性桶形裝置之間的區(qū)域。如上所述，磁場(chǎng)構(gòu)型為可以防止等離子體移動(dòng)到加工室內(nèi)的無(wú)效區(qū)，并可以把等離子體大致限定在至少由加工室和等離子體限定磁場(chǎng)確定的體積內(nèi)。最好把外磁性桶形裝置設(shè)在加工室周圍，內(nèi)磁性桶形裝置設(shè)在加工室周邊內(nèi)。但是，實(shí)際的位置可按每個(gè)等離子體加工系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)變化。
而且，最好把外磁性桶形裝置構(gòu)型為具有多個(gè)第一磁元件，內(nèi)磁性桶形裝置最好構(gòu)型為具有多個(gè)第二磁元件，第一和第二磁元件均相對(duì)于加工室的軸放射狀地和對(duì)稱地設(shè)置并構(gòu)型為可以產(chǎn)生磁場(chǎng)。第一和第二磁元件產(chǎn)生的磁場(chǎng)的組合生成合成磁場(chǎng)(例如，等離子體限定磁場(chǎng))，以允許加工產(chǎn)生的副產(chǎn)物氣體通過(guò)，同時(shí)把等離子體大致限定在至少是由加工室和等離子體限定磁場(chǎng)確定的空間內(nèi)。更具體地說(shuō)，把等離子體限定磁場(chǎng)構(gòu)型為允許中性顆粒通過(guò)而阻擋帶電荷顆粒。
為容易描述本發(fā)明的該方案，圖3和圖4示出了采用所述磁性桶形裝置的典型等離子體加工系統(tǒng)300的示意圖。典型的等離子體加工系統(tǒng)300以電感性耦連的等離子體反應(yīng)器示出，但是，要注意，本發(fā)明可以采用能形成等離體的任何等離子體反應(yīng)器的形式應(yīng)用，例如，電容性耦連的等離子體反應(yīng)器或ECR反應(yīng)器。
等離子體加工系統(tǒng)300包括等離子體加工室302，等離子體加工室的一部分由加工室壁303確定。為了容易制造和便于操作，等離子體加工室302最好構(gòu)型為具有大致垂直的室壁303的大致是圓柱形狀。但是，應(yīng)注意，本發(fā)明不限于此，可采用各種構(gòu)形的加工室。
在室302外部設(shè)有天線裝置304(用線圈表示)，天線裝置304經(jīng)匹配網(wǎng)絡(luò)(為簡(jiǎn)化圖示，圖3中未示出)耦連到第一RF電源306。第一RF電源306構(gòu)型為給天線裝置304供給頻率范圍為0.4MHz至50MHz的RF能量。而且，在天線304與襯底312之間設(shè)電介質(zhì)窗308。襯底312代表要被加工的工件，它例如可以要被刻蝕、淀積或要進(jìn)行其它加工的半導(dǎo)體襯底，或者是要被加工成平板顯示器的玻璃板。例如，在與本申請(qǐng)同時(shí)申請(qǐng)的，在此引作參考的發(fā)明名稱為“METHOD ANDAPPARATUS FOR PRODUCING UNIFORM PROCESS RATES”(律師案卷號(hào)為NOLAM1PD125/P0560)的待審查專利申請(qǐng)中，對(duì)用在典型的等離子體加工系統(tǒng)中的天線/電介質(zhì)窗有更詳細(xì)的描述。
加工室302內(nèi)通常設(shè)有氣體噴嘴310，氣體噴嘴最好沿加工室302的內(nèi)周邊設(shè)置，以便把氣體源材料(例如，蝕刻源氣)釋放進(jìn)電介質(zhì)窗308與襯底312之間的RF感應(yīng)等離子體區(qū)中?；蛘?，氣體源材料從構(gòu)建在加工室自身的壁中的口或經(jīng)過(guò)設(shè)在電介質(zhì)窗中的噴頭釋放。例如，在與本申請(qǐng)同時(shí)申請(qǐng)的在此引作參考的發(fā)明名稱為“PLASMAPROCESSING SYSTEM WITH DYNAMIC GAS DISTRIBUTIDN CONTROL”(律師案卷號(hào)NOLAM1P0123/P0557)的待審查專利申請(qǐng)中，對(duì)可用于典型的等離子體加工系統(tǒng)中的氣體分配系統(tǒng)有更詳細(xì)描述。
多數(shù)情況下，襯底312引入加工室302并放在吸盤(pán)314上，吸盤(pán)被構(gòu)型為在加工過(guò)程中能固定襯底。吸盤(pán)314可以是ESC(靜電)吸盤(pán)，它用靜電力把襯底312固定到吸盤(pán)表面。通常，吸盤(pán)314用作底電極，并最好用第二RF電源316施加偏壓。第二RF電源316構(gòu)型為可以供給頻率范圍為0.4MHz至50MHz的RF能量。
此外，吸盤(pán)314最好設(shè)置成大致是圓柱形，并與加工室302的軸向?qū)?zhǔn)，使得加工室和吸盤(pán)呈圓柱形對(duì)稱。但是，要注意，吸盤(pán)不限于這些，可根據(jù)每個(gè)加工系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)改變吸盤(pán)位置。吸盤(pán)314也可以構(gòu)型為在用于加載和卸除襯底312的第一位置(未示出)與加工襯底的第二位置(未示出)之間移動(dòng)。
再參見(jiàn)圖3和4，在加工室壁303與吸盤(pán)314之間設(shè)排氣口320。但是，要注意，排氣口的實(shí)際位置可根據(jù)每個(gè)等離子體加工系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)變化。排氣口320最好構(gòu)型為能排出加工期間產(chǎn)生的副產(chǎn)物氣體。而且，排氣口320耦連到渦流分子泵(未示出)，渦流泵通常放在加工室302外。正如本行業(yè)技術(shù)人員公知的，渦流分子泵使加工室302內(nèi)保持合適的壓力。
而且在半導(dǎo)體加工中，例如蝕刻加工，要嚴(yán)格控制加工室內(nèi)的許多參數(shù)，以保持高容限結(jié)果。加工室的溫度是一個(gè)這樣的參數(shù)。由于蝕刻容限(和制成的半導(dǎo)體器件的性能)對(duì)系統(tǒng)中元件的溫度波動(dòng)很敏感，所以要精確控制溫度。與本申請(qǐng)同日申請(qǐng)的在此引作參考的，發(fā)明名稱為“TEMPERATURE CONTROL SYSTEM FOR PLASMA PROCESSINGAPPARATUS”；(律師案卷號(hào)為NoLAM1P0124/P0558)的待審查專利申請(qǐng)中更詳細(xì)描述了可用在典型的等離子體加工系統(tǒng)中進(jìn)行溫度控制的溫度控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例。
此外，對(duì)等離子體加工實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格控制的另一個(gè)重要考慮是用于等離子體加工室的材料，例如，用于諸如加工室壁的內(nèi)表面的材料。還有一個(gè)重要考慮是用于加工襯底的氣體化學(xué)。與本申請(qǐng)同日申請(qǐng)的在此引作參考的發(fā)明名稱為“MATERIALS AND GAS CHEMISTRIES FORPLASMA PROCESS ING SYSTEMS”，(律師案卷號(hào)為NoLAM1P0128/P0561-1)的待審查專利申請(qǐng)中，更詳細(xì)描述了可用于典型的等離子體加工系統(tǒng)中的材料和氣體化學(xué)的實(shí)例。
加工氣體經(jīng)氣體噴嘴310輸入加工室302，以產(chǎn)生等離子體。之后，用第一RF電源306給天線304供給功率，在加工室302內(nèi)產(chǎn)生大電場(chǎng)。電場(chǎng)加速加工室內(nèi)存在的少量電子，使它們與加工氣的氣體分子碰撞。這些碰撞引起電離，并開(kāi)始放電或產(chǎn)生等離子體320。正如本行業(yè)公知的，加工氣的中性氣體分子經(jīng)這些強(qiáng)電場(chǎng)作用而失去電子，留下帶正電荷的離子。結(jié)果，在加工室320內(nèi)含有帶正電荷的離子、帶負(fù)電荷的電子和中性氣體分子。
一旦形成了等離子體，加工室內(nèi)的中性氣體分子會(huì)朝襯底表面移動(dòng)。例如，使得襯底上出現(xiàn)的中性氣體分子的一個(gè)機(jī)理可能是擴(kuò)散(即加工室內(nèi)的分子隨意移動(dòng))。因此，沿襯底112的表面通常會(huì)發(fā)現(xiàn)中性物質(zhì)層(例如，中性氣體分子)。因此，在給底電極314供電時(shí)，離子朝襯底加速移動(dòng)，與中性物質(zhì)撞擊，進(jìn)行襯底加工，即蝕刻、淀積等。
圖3和4中還展示出等離子體限定裝置，它包括外磁性桶形裝置352和內(nèi)磁性桶形裝置354。如上所述，外磁性桶形裝置352和內(nèi)磁性桶形裝置354被構(gòu)型為可以產(chǎn)生關(guān)聯(lián)的多個(gè)磁場(chǎng)，這些磁場(chǎng)組合形成等離子體限定磁場(chǎng)356。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，等離子體限定磁場(chǎng)356最好位于加工室壁303與吸盤(pán)314之間。以該方式，等離子體被防止進(jìn)入排氣口318，因而把等離子體320大致限定在加工室302內(nèi)。但是，要注意，加工室內(nèi)的等離子體限定磁場(chǎng)的實(shí)際位置應(yīng)根據(jù)每個(gè)等離子體加工系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)變化。
盡管圖3和4示出了在同一平面中的外磁性桶形裝置352和內(nèi)磁性桶形裝置354，但應(yīng)了解，它們可以是偏置的。只需要部分外磁性桶形裝置352和部分內(nèi)磁性桶形裝置354在同一平面內(nèi)。如果沒(méi)有重疊，那么，等離子體限定磁場(chǎng)不能有效地限定等離子體。
參見(jiàn)圖4，等離子體限定磁場(chǎng)356設(shè)置成大致平行于襯底314并位于襯底314的頂表面確定的平面下。內(nèi)和外磁性桶形裝置最好設(shè)在襯底下0.25英寸與1.5英寸之間的位置。但是，要注意，內(nèi)和外磁性桶形裝置可設(shè)在加工室內(nèi)的任何地方，只要它們不產(chǎn)生貼近襯底的磁場(chǎng)即可。例如，等離子體限定裝置可設(shè)在襯底上方，以把等離子體限定在更小的區(qū)域，或?qū)⒌入x子體引導(dǎo)到加工室中特定的區(qū)域，很像均勻的環(huán)。而且，等離子體限定磁場(chǎng)不限于平行襯底，可以設(shè)在其它位置，例如與由襯底限定的平面成一定角度。
最好不要等離子體屏板，因?yàn)榈入x子體屏板通常會(huì)增大顆粒污染，增大可消耗件的成本，增加清潔步驟，減小氣流導(dǎo)通。而且，由于等離子體限定在特定的體積內(nèi)，能得到更均勻的等離子體密度，其中可以實(shí)現(xiàn)更均勻的蝕刻，即襯底的中心和邊緣具有大致相同的加工速率。
為了進(jìn)一步描述本發(fā)明的特征和它們比現(xiàn)有技術(shù)好的優(yōu)點(diǎn)，圖5和6是按本發(fā)明一個(gè)方案的具有等離子體限定裝置的等離子體加工反應(yīng)器300的頂視圖。如上所述，等離子體限定裝置350包括外磁性桶形裝置352和內(nèi)磁性桶形裝置354。外磁性桶形裝置352最好圍繞加工室302的周邊設(shè)置。在一個(gè)實(shí)施例中，外磁性桶形裝置352最好設(shè)在加工室壁303的外邊。但是要注意，外磁性桶形裝置也可以設(shè)在加工室壁內(nèi)以及加工室內(nèi)等。
而且，內(nèi)磁性桶形裝置354設(shè)在加工室303周邊內(nèi)。內(nèi)磁性桶形裝置354的直徑最好小于外磁性桶形裝置352的直徑。一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)磁性桶形裝置354設(shè)在吸盤(pán)314內(nèi)。但是，要注意，這不是限制，內(nèi)磁性桶形裝置也可以設(shè)在加工室內(nèi)的任何位置。例如，內(nèi)磁性桶形裝置設(shè)在吸盤(pán)上方的均勻環(huán)內(nèi)。
參見(jiàn)圖5和6，外磁性桶形裝置352包括多個(gè)相對(duì)加工室302的軸線362放射狀地并對(duì)稱地設(shè)置的第一磁元件360。第一磁元件360最好相對(duì)加工室周邊軸向取向，使得它們的尖點(diǎn)(例如N或S點(diǎn))指向軸線362。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，尖點(diǎn)在磁元件的磁力線組集中在一起的區(qū)域上，即磁元件的北極端或南極端。而且，第一磁元件360沿加工室周邊空間偏置，使得在每個(gè)第一磁元件360之間設(shè)有間距364。要知道，間距大小應(yīng)隨每個(gè)等離子體加工系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)變化。
還是如圖5和6所示，內(nèi)磁性桶形裝置354包括相對(duì)加工室302的軸線放射狀地并對(duì)稱地設(shè)置的多個(gè)第二磁元件。與第一磁元件360極相似，第二磁元件366也相對(duì)吸盤(pán)周邊軸向取向，使得它們的尖點(diǎn)(例如N或S點(diǎn))指向軸線362。而且，第二磁元件366沿吸盤(pán)周邊空間偏置，在每個(gè)第二磁元件366之間設(shè)有間隔368。還應(yīng)知道，間距大小應(yīng)隨每個(gè)等離子體加工系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)變化。
而且，第一磁元件360的總數(shù)最好等于第二磁元件366的總數(shù)，使得每個(gè)第一磁元件對(duì)應(yīng)每個(gè)第二磁元件。在一種實(shí)施方式中，第一磁元件總數(shù)約為32。但是每個(gè)加工室的磁元件實(shí)際數(shù)會(huì)隨每個(gè)等離子體加工系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)變化。通常磁元件數(shù)量應(yīng)足夠多，以保證有可以有效限定等離子體的足夠大的等離子體限定磁場(chǎng)。具有很少的磁元件會(huì)在等離子體限定磁場(chǎng)中產(chǎn)生低點(diǎn)，它會(huì)使等離子體進(jìn)入不希望的區(qū)域。但是，由于通常在沿磁力線在尖點(diǎn)處損失最高，太多的磁元件會(huì)造成密度增強(qiáng)受損。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，第一磁元件366的尖點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的第二磁元件360的尖點(diǎn)軸向?qū)?zhǔn)，并有指向同一方向的磁化矢量。正如本行業(yè)技術(shù)人員公知的，磁元件的磁化矢量確定磁極(例如N/S)的方向。而且，第一磁元件和相應(yīng)的第二磁元件的磁化矢量沿加工室軸線的方向最好交替(例如，N/S，S/N，N/S，S/N等)。
最好但不是必須，把第一和第二磁元件均構(gòu)型為尺寸相同和產(chǎn)生相同磁通量的永磁鐵。但是，不限于大小相同和磁通量相同，某些結(jié)構(gòu)中可能需要磁元件有不同的磁通量和不同的尺寸。例如，約50至1500高斯的磁通量適合于產(chǎn)生等離子體限定磁場(chǎng)369，該磁場(chǎng)有足夠抑制等離子體移動(dòng)的強(qiáng)度。影響磁通量和磁鐵尺寸的其它因素有氣體化學(xué)、功率、等離子體密度等等。永磁鐵最好用強(qiáng)磁永磁鐵材料制造，例如用NdFeB或SmCo族磁性材料制造。某些小加工室中，也可用AlNiCo或陶瓷材料。
盡管可以用永磁鐵制造等離子體限定裝置，但也可以用電磁鐵制造等離子體限定裝置。電磁鐵的優(yōu)點(diǎn)是能控制磁通量，因而能更好進(jìn)行工藝控制。但是，用電磁鐵使系統(tǒng)制造復(fù)雜，因而不實(shí)用。
參見(jiàn)圖6，第一磁元件360被構(gòu)型成可以產(chǎn)生第一磁場(chǎng)370，第二磁元件366被構(gòu)型成可以產(chǎn)生第二磁場(chǎng)372。最好是部分第一磁場(chǎng)370與部分第二磁場(chǎng)372重疊。更具體地說(shuō)，磁元件構(gòu)型為使部分磁力線結(jié)合，以增大得到的環(huán)形間隙中的磁場(chǎng)強(qiáng)度。而且，磁元件最好構(gòu)型為使軸向取向的磁元件360、366之間的磁力線連接。兩個(gè)磁場(chǎng)分量370、372和連接磁力線376的吸引產(chǎn)生了要求的等離子體限定磁場(chǎng)369。磁場(chǎng)370、372在加工室壁303與吸盤(pán)314之間的環(huán)形間隙或排氣口兩側(cè)相互吸引，以提供覆蓋環(huán)形間隙的足夠強(qiáng)的等離子體限定磁場(chǎng)369。盡管等離子體限定磁場(chǎng)已覆蓋吸盤(pán)與加工室壁之間的區(qū)域，但應(yīng)了解，等離子體限定磁場(chǎng)的布局可以變化，例如，磁場(chǎng)可用于排斥來(lái)自加工室任何預(yù)定區(qū)域的等離子體。
大多數(shù)情況下，磁元件有高的磁場(chǎng)強(qiáng)度，以便從磁鐵發(fā)出大的磁場(chǎng)強(qiáng)度并影響相連的磁場(chǎng)的布局。如果選擇太小的磁通量，等離子體限定磁場(chǎng)中的弱磁場(chǎng)區(qū)會(huì)更大，因此，等離子體限定磁場(chǎng)不能有效限定等離子體。因此，最好使磁場(chǎng)的重疊達(dá)到最大，并為了使弱磁場(chǎng)區(qū)最小而使磁場(chǎng)相連。最好結(jié)合第一和第二磁場(chǎng)，或者等離子體限定磁場(chǎng)的磁性組合場(chǎng)強(qiáng)能有效防止等離子體穿過(guò)等離子體限定磁場(chǎng)。更具體地說(shuō)，等離子體限定磁場(chǎng)的磁通量范圍應(yīng)在約15至1500高斯。在約50至1000高斯較好，在100至800高斯更好。
通常，第一壁380設(shè)在第一磁元件360與加工室302之間，第二壁382設(shè)在第二磁元件366與加工室302之間。第一壁380可以是例如加工室壁303，第二壁382可以是例如吸盤(pán)314的一部分。壁(例如，加工室壁和吸盤(pán)的一部分)最好用大致抗等離子體環(huán)境的非磁性材料構(gòu)成。例如，可用SiC、SiN、石英、陽(yáng)極氧化鋁、氮化硼、碳化硼等構(gòu)成壁。
而且，磁元件與加工室之間的距離應(yīng)最小化，以能更好利用磁元件產(chǎn)生的磁能。即，磁元件越靠近加工室，在加工室內(nèi)產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度越大。如果距離大則需用更大的磁鐵來(lái)得到所需的磁場(chǎng)。距離最好在1/16英寸至1英寸之間。應(yīng)了解，距離可根據(jù)磁元件與加工室之間所用的具體材料而變化。
關(guān)于所用的磁場(chǎng)，通常在貼近襯底處的磁場(chǎng)強(qiáng)度為0或接近0。襯底表面附近的磁通量會(huì)對(duì)加工均勻性有負(fù)面影響。因此，由等離子體限定裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)最好構(gòu)型為在襯底上方產(chǎn)生大致為0的磁場(chǎng)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，設(shè)置多個(gè)磁通量板以控制由等離子體限定裝置的第一和第二磁元件產(chǎn)生的雜散磁場(chǎng)。磁通量板被構(gòu)型為在不需要磁場(chǎng)(例如，在磁元件的不使用側(cè)凸出的磁場(chǎng))的區(qū)域中將磁場(chǎng)短路。而且，磁通量板能改變某些磁場(chǎng)的方向，因而使更強(qiáng)的磁場(chǎng)處在要求的區(qū)域內(nèi)。磁通量板最好使襯底區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度最小。結(jié)果，磁元件能放在更接近襯底的位置。而且，可以實(shí)現(xiàn)貼近襯底表面的磁場(chǎng)為0或接近0。
再參見(jiàn)圖4，等離子體限定裝置350包括用于控制雜散磁場(chǎng)的多個(gè)磁通量板。一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)磁通量板400連續(xù)設(shè)在內(nèi)磁性桶形裝置354的內(nèi)周邊和頂周邊周圍，即設(shè)在最接近襯底一側(cè)上。內(nèi)磁通量板400最好設(shè)置成能阻擋指向襯底312的雜散磁場(chǎng)以及改變這些雜散磁場(chǎng)的方向。內(nèi)磁通量板400最好包括第一元件402和第二元件404。第一元件402沿內(nèi)磁性桶形裝置354的頂表面設(shè)置，第二元件沿內(nèi)磁性桶形裝置354的內(nèi)周邊設(shè)置。而且，內(nèi)磁通量板400最好設(shè)在貼近內(nèi)磁性桶形裝置354的位置。內(nèi)磁通量板400與內(nèi)磁性桶形裝置354緊密接觸更好。該裝置的最大優(yōu)點(diǎn)是使磁場(chǎng)朝向圓環(huán)區(qū)域改變方向。
應(yīng)了解，不限于這些位置，第一和第二元件可設(shè)置在其它位置，只要能大致防止貼近襯底處形成雜散磁場(chǎng)即可。而且，內(nèi)磁通量板不限于有兩個(gè)元件，它可以構(gòu)型為單個(gè)元件或者有多個(gè)元件。
在另一實(shí)施例中，外磁通量板406連續(xù)設(shè)置在外磁性桶形裝置352的外周邊周圍，以使磁場(chǎng)方向改變成指向加工室中，其有助于限定等離子體空間，即能有效利用磁鐵。此外，外磁通量板能阻止外磁場(chǎng)干擾對(duì)設(shè)計(jì)的影響。而且，外側(cè)磁通量板406最好位于貼近外磁性桶形裝置352處。外磁通量板406與外磁性桶形裝置352緊密接觸更好(其原因與前面所述的關(guān)于內(nèi)磁通量板的相同)。
通常，用能吸收(例如，短路)雜散磁場(chǎng)的材料制造磁通量板。例如，可用高導(dǎo)磁率(μ)材料制造磁通量板。在一個(gè)實(shí)施例中，用冷軋鋼制造磁通量板。另一實(shí)施例中，用鐵制造磁通量板。
有利的是，內(nèi)磁通量板能使第二磁元件處在更接近襯底處，而不會(huì)在襯底表面附近產(chǎn)生磁場(chǎng)。以此方式，等離子體限定磁場(chǎng)也可設(shè)在更接近襯底處，從而能更好地限定等離子體。此外，通過(guò)把磁元件放在更接近襯底處，更多的排氣口會(huì)被覆蓋。
而且，應(yīng)了解，內(nèi)磁性桶形裝置離襯底有一個(gè)較好的距離時(shí)，不需要內(nèi)磁通量板。這些情況下，內(nèi)磁性桶形裝置的頂表面與襯底底表面之間的距離大約是第一磁元件的尺寸，或者是第一磁元件之間的間隔的大小，應(yīng)是兩者之中的較小者。如果磁鐵小，磁力線會(huì)在磁鐵上閉合。如果間隔小，磁力線將在下一個(gè)磁鐵上閉合。任何情況下，磁力線都不會(huì)在貼近襯底處閉合。例如，不用磁通量板的磁鐵與襯底之間的距離應(yīng)為1至2英寸。
盡管圖3和4示出的外磁性桶形裝置包括只跨過(guò)加工室部分高度上的多個(gè)磁元件，但這不是必須的。例如圖7展示的是圖3示出的帶有更大的外磁性桶形裝置700的等離子體加工系統(tǒng)300。更大的外磁性桶形裝置包括從加工室302的頂伸過(guò)加工室302的底的多個(gè)更長(zhǎng)的磁元件702。更大的外磁性桶形裝置700與現(xiàn)有技術(shù)的外磁性桶形裝置比有更多優(yōu)點(diǎn)。即，更長(zhǎng)的磁元件構(gòu)型為可以產(chǎn)生貼近加工室壁303的加工室壁磁場(chǎng)704，使等離子體密度梯度的主要部分集中在離開(kāi)襯底的加工室壁附近。以該方式，隨著襯底312上等離子體密度梯度變化減至最小來(lái)進(jìn)一步增加均勻性。與等離子體限定磁場(chǎng)356組合，在改進(jìn)的等離子體加工系統(tǒng)中加工均勻性被提高到比許多等離子體加工系統(tǒng)中可能實(shí)現(xiàn)的加工均勻性更高的等級(jí)。在與本申請(qǐng)同日申請(qǐng)的在此引作參考的發(fā)明名稱為“IMPROVED PLASMA PROCESSING SYSTEM ANDMETHODS THEREFOR”(律師案卷號(hào)No.LAM1P0122/P0527)的待審查專利申請(qǐng)中，更詳細(xì)描述了這種磁性桶形裝置的實(shí)例。
如上所述，與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明有很多優(yōu)點(diǎn)。例如，本發(fā)明提供了一種構(gòu)型為限定等離子體的磁場(chǎng)，但它允許加工中產(chǎn)生的副產(chǎn)物氣體通過(guò)。而且，磁場(chǎng)能大致防止等離子體移到加工室內(nèi)的無(wú)效區(qū)。更重要的是，等離子體能被控制為加工室中的特定體積和特定位置。以此方式，能得到更均勻的等離子體密度，從而可以形成更均勻的加工，即，在蝕刻過(guò)程中使襯底的中心區(qū)和邊緣區(qū)有大致相同的蝕刻速率。而且，有利的是，本發(fā)明可以在加工室內(nèi)不貼近襯底表面處產(chǎn)生磁場(chǎng)。結(jié)果，使襯底表面的加工條件更穩(wěn)定。
另一優(yōu)點(diǎn)是不需要等離子體屏板，因?yàn)榈入x子體屏板通常會(huì)增加顆粒污染，增大可消耗零部件的成本，增加清潔步驟，減小氣流傳導(dǎo)。因此，本發(fā)明增大了加工室的總傳導(dǎo)，因而擴(kuò)大了加工窗，即擴(kuò)大了泵速、氣流和壓力。而且不損失傳導(dǎo)，允許加工系統(tǒng)在低壓下工作，和采用更小的泵。而且，在襯底表面周圍產(chǎn)生對(duì)稱氣流，它能產(chǎn)生更均勻的加工速率。而且本發(fā)明對(duì)于等離子體加工系統(tǒng)的使用壽命是價(jià)格較低的。
注意，雖然優(yōu)選實(shí)施例認(rèn)為，不將等離子體屏板引入加工室，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)就有足夠的強(qiáng)度以限定等離子體。但也可以用本發(fā)明和等離子體屏板一起增強(qiáng)等離子體限定。例如，磁場(chǎng)用作限定等離子體的第一裝置，等離子體屏板可用作限定等離子體的第二裝置。
而且，如果要使磁鐵設(shè)計(jì)不太復(fù)雜或花費(fèi)不太高，并可承受傳導(dǎo)損失，可根據(jù)本發(fā)明的另一方案提出改進(jìn)的等離子體屏板。參見(jiàn)圖8A和8B，不要直接栓接等離子體屏板802/803，等離子體屏板可以粘接到合適材料制成的固定器804/806(諸如鋁)上。因而，把蝕刻速率低且更脆弱的機(jī)械強(qiáng)度(即，低張力和高脆性)的實(shí)際等離子體屏板材料固定到這些更堅(jiān)固的固定器。能用作等離子體屏板802/803的材料包括Si和SiC。粘接材料808用適當(dāng)真空的適宜材料(例如，粘結(jié)劑)制成具有良好電熱接觸性。而且，等離子體屏板802/803可連接到單個(gè)或多個(gè)加工室中的加工室壁303或吸盤(pán)314。
除了在等離子體屏板的特殊材料選擇上具有靈活性外，對(duì)固定器的設(shè)計(jì)更要靈活以便能形成可重復(fù)的電和熱連接，從而在重新組裝時(shí)能提供可重復(fù)的系統(tǒng)性能。例如，包括RF密封墊和栓接表面的復(fù)雜形狀可以設(shè)計(jì)成具有一定強(qiáng)度，并用比SiC或Si性能價(jià)格比更高的鋁制成。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，通過(guò)提供經(jīng)固定器返回到RF匹配系統(tǒng)中的RF接地的低阻抗路徑，能可靠地控制從底電極(例如吸盤(pán)314)返回的RF返回電流。從而減小了經(jīng)過(guò)裝置中有問(wèn)題的接地回流路徑的環(huán)流。另一優(yōu)點(diǎn)是，屏板材料能分成更小的、生產(chǎn)成本效益更好的規(guī)格，并能通過(guò)固定器連接。如果需要等離子體屏板的多個(gè)部分可以移動(dòng)以便能使加載和卸載襯底312，這也是有好處的。由于需要面對(duì)著等離子體的反應(yīng)器內(nèi)表是完全純的材料，而金屬固定器的存在會(huì)引起真空完整性和污染方面的顧慮，所以本發(fā)明在將純材料的屏板(例如SiC或Si)設(shè)在不希望直接用螺栓固定的的位置方面允許有更大的靈活性。
而且，所述的等離子體屏板和固定器組件或與以上就圖7說(shuō)明的方案結(jié)合使用。參見(jiàn)圖9，等離子體屏板802/803可用上述的處在磁鐵元件702端部上方的固定器804/806安裝。如前所述，等離子體屏板802/803更容易實(shí)施時(shí)，用磁場(chǎng)704沿加工室壁確定等離子體體積會(huì)導(dǎo)致困難。如圖所示，磁元件702端部的雜散磁力線900能穿過(guò)加工室902下的屏板。這能增強(qiáng)等離子體催毀等離子體屏板并伸到加工室902下面的能力。等離子體屏板的孔可做得足夠小，以防止出現(xiàn)這種情況，但是，好有傳導(dǎo)損失?；蛘撸入x子體屏板放在離雜散場(chǎng)很遠(yuǎn)處。但這會(huì)增大加工室的面積，某些情況下這與限定等離子體積的磁鐵裝置帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)沖突。
在本發(fā)明特別優(yōu)選實(shí)施例中，等離子體屏板802/803可放在磁鐵結(jié)構(gòu)的高處，在該處的磁力線906處在等離子體屏板802/803的平面內(nèi)而不是與其相切。該結(jié)構(gòu)中，交叉場(chǎng)擴(kuò)散減小，磁性限定將在位置上抑制等離子體穿過(guò)屏板擴(kuò)散。等離子體屏板中可設(shè)更大的孔以增加傳導(dǎo)。
已用幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例描述了發(fā)明，但在本發(fā)明范圍內(nèi)還會(huì)有許多改變，替換和等效方案。應(yīng)注意，還有許多實(shí)施本發(fā)明的方法和設(shè)備的可選方式。所以后面所附權(quán)利要求書(shū)應(yīng)被解釋為包括所有落入本發(fā)明真正思想和范圍的改變、替換和等效方案。
權(quán)利要求
1.一種用于加工襯底的等離子體加工設(shè)備，包括大致為圓柱形的加工室，在該加工室內(nèi)等離子體被點(diǎn)燃和保持以進(jìn)行所述的加工；等離子體限定裝置，它包括圍繞所述加工室周邊設(shè)置的外磁性桶形裝置，所述外磁性桶形裝置具有相對(duì)于所述加工室的軸線放射狀地并且對(duì)稱地設(shè)置的多個(gè)第一磁元件，所述多個(gè)第一磁元件構(gòu)型為可以產(chǎn)生第一磁場(chǎng)；設(shè)在所述加工室內(nèi)且具有比所述外磁性桶形裝置直徑小的直徑的內(nèi)磁性桶形裝置，所述內(nèi)磁性桶形裝置具有相對(duì)所述加工室的軸線放射狀地并且對(duì)稱地設(shè)置的多個(gè)第二磁元件，所述多個(gè)第二磁元件構(gòu)型為可以產(chǎn)生第二磁場(chǎng)。所述等離子體限定裝置被構(gòu)型為采用所述第一和第二磁場(chǎng)在所述外磁性桶形裝置和所述內(nèi)磁性桶形裝置之間產(chǎn)生等離子體限定磁場(chǎng)，使得由所述加工產(chǎn)生的副產(chǎn)物氣體可以通過(guò)，而把所述等離子體大致限定在至少由所述大致為圓柱形加工室和由所述等離子體限定磁場(chǎng)所確定的體積內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工設(shè)備，其特征在于，所述第一磁場(chǎng)的一部分與所述第二磁場(chǎng)一部分組合，所述的組合產(chǎn)生了所述等離子體限定磁場(chǎng)，所述等離子體限定磁場(chǎng)的強(qiáng)度能有效防止等離子體通過(guò)所述等離子體限定磁場(chǎng)。
3.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工設(shè)備，其特征在于，由所述第一磁場(chǎng)和第二磁場(chǎng)產(chǎn)生的所述等離子體限定磁場(chǎng)具有的組合磁通量范圍是約50至1000高斯。
4.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工設(shè)備，其特征在于，當(dāng)所述襯底被放在所述加工室內(nèi)以進(jìn)行加工時(shí)，所述等離子體限定裝置在靠近所述襯底表面處不產(chǎn)生磁場(chǎng)。
5.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工設(shè)備，其特征在于，所述第一磁元件沿所述加工室的軸線空間上偏置，且所述第二磁元件沿所述加工室的軸線空間上偏置。
6.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工設(shè)備，其特征在于，所述多個(gè)第一磁元件的第一磁元件總數(shù)與所述多個(gè)第二磁元件的第二磁元件總數(shù)相等，使得每個(gè)所述第一磁元件具有一個(gè)對(duì)應(yīng)的第二磁元件。
7.如權(quán)利要求6所述的等離子體加工設(shè)備，其特征在于，所述第一磁元件的尖與所述對(duì)應(yīng)的第二磁元件的軸對(duì)稱地對(duì)準(zhǔn)。
8.如權(quán)利要求7所述的等離子體加工設(shè)備，其特征在于，所述第一磁元件的磁化矢量與所述對(duì)應(yīng)的第二磁元件的磁化矢量指向相同的徑向方向。
9.如權(quán)利要求8所述的等離子體加工設(shè)備，其特征在于，所述第一磁元件的磁化矢量方向關(guān)于所述加工室的軸交替。
10.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工設(shè)備，其特征在于，所述第一和第二磁元件是永磁鐵。
11.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工設(shè)備，其特征在于，所述等離子體限定裝置還包括多個(gè)磁通量板，所述磁通量板被構(gòu)型為控制由所述第一和第二磁元件產(chǎn)生的雜散磁場(chǎng)。
12.如權(quán)利要求11所述的等離子體加工設(shè)備，其特征在于，所述多個(gè)磁通量板包括圍繞所述外磁性桶形裝置的外周邊連續(xù)設(shè)置的第一磁通量板，所述第一磁通量板靠近所述第一磁元件。
13.如權(quán)利要求12所述的等離子體加工設(shè)備，其特征在于，所述多個(gè)磁通量板包括圍繞所述內(nèi)磁性桶形裝置的一部分連續(xù)設(shè)置的第二磁通量板，所述第二磁通量板被構(gòu)型為，在加工過(guò)程中將所述襯底放置到所述加工室內(nèi)時(shí)可以將所述雜散磁場(chǎng)的方向改變到離開(kāi)所述襯底的方向。
14.如權(quán)利要求13所述的等離子體加工設(shè)備，其特征在于，所述第二磁通量板連續(xù)設(shè)在所述內(nèi)磁性桶形裝置的內(nèi)側(cè)上周邊周圍，所述第二磁通量板靠近所述第二磁元件。
15.如權(quán)利要求11所述的等離子體加工設(shè)備，其特征在于，所述多個(gè)磁通量板是由具有高導(dǎo)磁率的材料制成。
16.如權(quán)利要求15所述的等離子體加工設(shè)備，其特征在于，所述多個(gè)磁通量板由冷軋鋼制成。
17.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工設(shè)備還包括設(shè)在所述加工室內(nèi)的等離子體屏板裝置，所述等離子體屏板裝置包括等離子體屏板和等離子體屏板支座，所述等離子體屏板支座被連接到所述加工室，所述等離子體屏板被接合到所述等離子體屏板支架。
18.如權(quán)利要求1所述的等離子體加工設(shè)備，其中所述等離子體加工設(shè)備還包括設(shè)在所述大致為圓柱形加工室的內(nèi)周邊內(nèi)的大致為圓柱形的殼，所述大致為圓柱形的殼具有比所述大致為圓柱形的加工室的內(nèi)徑小的外徑，所述大致為圓柱形的殼與所述大致為圓柱形的加工室軸向?qū)?zhǔn)，所述大致為圓柱形加工室的內(nèi)周邊與所述大致為圓柱形的殼的外周邊之間確定了一個(gè)圓環(huán)形間隙，所述圓環(huán)形間隙是大致圓柱地對(duì)稱。
19.如權(quán)利要求18所述的等離子體加工設(shè)備，其特征在于，所述襯底設(shè)在所述大致為圓柱形的殼的上方。
20.如權(quán)利要求19所述的等離子體加工設(shè)備，其特征在于，所述內(nèi)磁性桶形裝置設(shè)在所述大致為圓柱形的殼內(nèi)。
21.如權(quán)利要求20所述的等離子體加工設(shè)備，其特征在于，當(dāng)所述襯底放在所述加工室內(nèi)以進(jìn)行加工時(shí)，所述等離子體限定磁場(chǎng)位于所述襯底下方。
22.如權(quán)利要求21所述的等離子體加工設(shè)備，其特征在于，所述大致為圓柱形的殼代表在加工過(guò)程中用于固定襯底的吸盤(pán)裝置。
23.如權(quán)利要求18所述的等離子體加工設(shè)備還包括設(shè)在所述加工室內(nèi)的等離子體屏板裝置，所述等離子體屏板裝置包括等離子體屏板和等離子體屏板支座，所述等離子體屏板支座連接到所述殼，所述等離子體屏板被接合到所述等離子體屏板支架上。
24.一種用于在采用等離子體增強(qiáng)工藝加工處理室中的襯底的過(guò)程中控制等離子體體積的方法，它包括以下步驟用第一磁元件在所述加工室內(nèi)產(chǎn)生第一磁場(chǎng)；用第二磁元件在所述加工室內(nèi)產(chǎn)生第二磁場(chǎng)；組合第一和第二磁場(chǎng)以便在所述第一和第二磁元件之間產(chǎn)生合成磁場(chǎng)；在所述加工室內(nèi)產(chǎn)生所述等離子體；將所述等離子體限定在至少由所述加工室的一部分和合成磁場(chǎng)確定的體積內(nèi)。
25.一種用于在采用等離子增強(qiáng)工藝加工處理室中的襯底的過(guò)程中控制等離子體體積的等離子體限定裝置，它包括具有多個(gè)第一磁元件的第一磁性桶形裝置，所述第一磁元件構(gòu)型為用于在所述加工室內(nèi)產(chǎn)生第一磁場(chǎng)；具有多個(gè)第二磁元件的第二磁性桶形裝置，所述第二磁元件構(gòu)型為用于在所述加工室內(nèi)產(chǎn)生第二磁場(chǎng)；所述第二磁場(chǎng)被構(gòu)型為與所述第一磁場(chǎng)組合，以便在所述第一與第二磁性桶形裝置之間產(chǎn)生合成磁場(chǎng)，所述合成磁場(chǎng)被構(gòu)型為允許所述加工產(chǎn)生的副產(chǎn)物氣體通過(guò)，而將所述等離子體大致限定在至少由所述加工室和所述合成磁場(chǎng)確定的體積內(nèi)。
全文摘要
這里公開(kāi)的是一種用于在采用等離子體增強(qiáng)工藝加工處理室中的襯底的過(guò)程中控制等離子體體積的等離子體限定裝置。該裝置包括具有多個(gè)第一磁元件的第一磁性桶形裝置。第一磁元件被構(gòu)型為用于在加工室內(nèi)產(chǎn)生第一磁場(chǎng)。該裝置還包括具有多個(gè)第二磁元件的第二磁性桶形裝置。第二磁元件被構(gòu)型為用于在加工室內(nèi)產(chǎn)生第二磁場(chǎng)。第二磁場(chǎng)構(gòu)型為與第一磁場(chǎng)組合,以便在第一與第二磁性桶形裝置之間產(chǎn)生合成磁場(chǎng)。該合成磁場(chǎng)被構(gòu)型為在允許加工中產(chǎn)生的副產(chǎn)物氣體通過(guò),而將等離子體大致限定在至少由加工室和合成磁場(chǎng)確定的體積內(nèi)。
文檔編號(hào)H05H1/46GK1423828SQ00818408
公開(kāi)日2003年6月11日 申請(qǐng)日期2000年11月14日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月15日
發(fā)明者A·D·拜利三世, A·M·舍普, N·布賴特 申請(qǐng)人:蘭姆研究有限公司