[发明专利]感应耦合等离子体装置

说明书

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，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。

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；