[发明专利]一种电感耦合等离子处理装置

说明书

本发明提供一种电感耦合等离子处理装置，所述的电感耦合等离子处理装置包括反应腔，反应腔顶部包括一绝缘材料窗，一连接到射频电源的电感线圈设置在所述绝缘材料窗上方，电感线圈产生的射频磁场穿过绝缘材料窗进入反应腔激发反应腔内的反应气体形成等离子体，一个磁场调整环围绕所述电感线圈，所述磁场调整环包括一磁场导引环，使得高功率的磁场能量经过所述磁场导引环；所述磁场调整环还包括一个磁场反射环位于所述磁场导引环和所述电感线圈之间，使得经过所述磁场导引环的磁场能量被反射回反应腔中；其中所述磁场导引环由高磁导率、高电阻率的材料制成，所述磁场反射环由低相对磁导率、低电阻率的材料制成。

技术领域

本发明涉及半导体加工技术领域，具体涉及一种具有磁场分布调节环的电感耦合等离子处理装置。

背景技术

电感耦合等离子(ICP)处理装置被广泛应用于半导体晶圆加工处理流程，特别适用于对硅材料的刻蚀工艺中。如图1所示为典型的电感耦合等离子处理装置结构图。等离子处理装置包括可以抽真空的反应腔100，反应腔内底部包括基座20用于支撑待处理的晶圆21。基座20上方还包括一个静电夹盘，通过静电夹盘固定待处理晶圆21。与基座相对的反应腔顶部包括绝缘材料窗10，绝缘材料窗10由绝缘材料如石英制成。绝缘材料窗10与反应腔100的侧壁之间还可以设置一可拆卸的内衬30，用于保护反应腔100侧壁。绝缘材料窗上方还设置至少一电感线圈11，电感线圈11通过一个匹配电路连接到一射频电源。射频电源输出射频功率到电感线圈11后，电感线圈上形成如图2所示的交变磁场分布。这些交变的磁场会在磁场正交方向上感应产生交变电场，交变电场作用于反应腔内的反应气体，使之电离并形成高浓度的等离子体。由于等离子是导电的，一旦等离子体形成，在上述交变电场驱动下就会产生交变电流，这些交变电流又会感应出与线圈产生的磁场方向相反的感应磁场。所以线圈11产生的磁场和等离子体中产生的电流互相作用，最终绝大部分射频功率会沉积在靠近绝缘材料窗10下表面，靠近电感线圈外围的离子密集区110。如图1所示，离子密集区的离子会向下扩散到达下方待处理基片。但是在有限的距离内，等离子体从高浓度的外围区域向中心区域扩散无法抵消两者之间的浓度差，最终到达基片21的等离子浓度仍然会明显的出现不均匀。要改善电感耦合等离子处理装置中出现的等离子分布不均匀现象，现有技术提出了一些线圈结构改进的技术方案，比如线圈不是平板形的而是设置在穹顶状的绝缘材料窗上或者由多个电感线圈组成；外围的电感线圈和中心的电感线圈独立可调，通过调整中心线圈和外围线圈的射频功率比率来获得较均匀的等离子体分布。这些方案可以一定程度上改善反应腔中基片上表面处等离子分布的均匀性，但是仍然无法彻底解决电感耦合等离子处理器先天存在的等离子不均匀性，而且这些手段增加了控制和反应腔结构的的复杂性，大幅增加了成本。

所以业内需要开发一种新的装置，既能够实现改善电感耦合(ICP)等离子处理装置的等离子分布，还能保持ICP处理装置原有高等离子浓度的优点。

发明内容

本发明公开一种电感耦合等离子处理装置，所述的电感耦合等离子处理装置包括反应腔，反应腔内包括一个基座，所述基座用于固定待处理基片，反应腔顶部包括一绝缘材料窗，一连接到射频电源的电感线圈设置在所述绝缘材料窗上方，电感线圈产生的射频磁场穿过绝缘材料窗进入反应腔激发反应腔内的反应气体形成等离子体，利用所述等离子体对基片进行处理，还包括一个磁场调整环围绕所述电感线圈，所述磁场调整环包括一磁场导引环，使得高功率的磁场能量穿过所述磁场导引环；所述磁场调整环还包括一个磁场反射环位于所述磁场导引环和所述电感线圈之间，使得经过所述磁场导引环的磁场能量被反射回反应腔中；其中所述磁场导引环由具有第一相对磁导率和第一电阻率的材料制成，所述磁场反射环由具有第二相对磁导率和第二电阻率的材料制成，所述第一相对磁导率大于10倍的第二相对磁导率，第一电阻率大于5倍的第二电阻率。

最佳地，所述第一相对磁导率大于100，第二相对磁导率小于等于1；第一电阻率大于15×10^-8Ωm，第二电阻率小于3×10^-8Ωm。其中磁场导引环铁氧体材料或坡莫合金或硅钢制成，磁场反射环由金属铜或铝制成。