[发明专利]电子束等离子体源辅助等离子体源的磁约束系统及方法

说明书

本发明公开了一种电子束等离子体源辅助等离子体源的磁约束系统及方法，包括：主电子束等离子体源，通过真空法兰连接到辅助等离子体源；所述辅助等离子体源包括一个介质真空腔、射频天线、磁体支撑机构、以及一个或多个磁体；所述辅助等离子体源通过射频加热激发产生等离子体；所述介质真空腔外围包裹着射频天线，用于加热激发等离子体；所述的介质真空腔外围还设置有磁体支撑机构，其上设置有所述磁体，用于制造磁场对激发等离子体加以约束，磁体支撑机构通过垂直调节机构对磁体与磁体之间及磁体与腔体之间的距离的调节；使磁力线不进入主电子束等离子体源范围，从而在实现辅助等离子体源补充自由基的同时，不影响主电子束等离子体源的整体电势。

技术领域

本发明涉及利用电子束产生极低温、非射频等离子体源作刻蚀、沉积等工艺时，为了补充极低温等离子体自由基生产不足而用于补充自由基的辅助等离子体源。具体是一种适用于电子束等离子体刻蚀、沉积源时一种将与主腔室等离子体参数大幅度脱耦的辅助等离子体源原理及实现方法。

背景技术

自1979年CohurnWinters验证了等离子体离子撞击与化学刻蚀的共同作用之后，低温等离子体刻蚀逐渐变成半导电路生产工艺的主流方法。等离子体刻蚀工艺利用圆晶经过光阻或者其他刻蚀罩面经过光刻的图片转移，使得预定被刻蚀的部分圆晶以导体形式暴露在等离子体中，进而通过对圆晶整体施加负偏压的手段，使得离子倾向往负偏压彰显的部分轰击，从而获得刻蚀的选择性效果。

随着集成电路的小型化及纳米制程的提升，对于刻蚀机精确控制离子动能的需求也变得日益重要，这个需求集中体现于离子最终抵达圆晶表面时的垂直动能的可控性、横向动能的最小化、以及离子到达被遮盖面与不被遮盖面时动能的选择性所表现。其中，横向动能的最小化体现于离子温度的最小化，而垂直动能的可控性和离子动能的选择性则体现于鞘层电势降的最小化。等离子体鞘层电势降物理上决定于几个不同的因素：1.等离子体的电子温度、 2.局部损失面(靶材或圆晶)相对等离子体的偏压、3.等离子体自身的电势扰动。这里，等离子体自身的电势扰动对于鞘层电势降源自电子于离子的质量差导致电子远比离子快速损失，从而促使鞘层电势降加深排斥更多的电子损失恢复离子-电子损失平衡，是等离子体准中性电荷平衡的体现。

目前的主流刻蚀机等离子体源为电容耦合放电CCP源及电感耦合放电ICP源为主。选用这两种源的根本原因主要在于CCP源的结构相对简单以及ICP源可以比较容易获得高密度等离子体、从而增加刻蚀速度(刻蚀率)的缘故。然而，由于两者本质上都是射频放电，它们分别都会产生射频鞘，即由于射频耦合到等离子体的过程中使得等离子体中心电势随射频扰动，导致靶材表面相对于等离子体中心按前述原理产生了相应的电势降，而这种电势降可以达到数十伏以上。由于射频等离子体的产生依赖于射频通过电势变动对电子供能完成加热，射频鞘在射频等离子体源从物理角度来说无可避免，在很大程度上依赖鞘层本身加热电子的容性耦合源中更是如此。

进一步而言，由于电子收到供能以后停留在等离子体中心，继续成为等离子体中心电子分布的一部分，因此射频等离子体源的电子温度普遍偏高，一般可达到1伏甚至数伏以上。由于等离子体中的电子约束受玻尔兹曼关系控制，这代表等离子体与所有的壁和靶材之间必然有数伏的鞘层。

近年的研究发现，哪怕是数eV不可控的离子轰击能量，都可以对靶材造成不可控的离子刻蚀，从而影响蚀刻工艺的精度，这代表着传统刻蚀机等离子体源无论是因为自身电子温度偏高造成的鞘层还是因为射频鞘的形成，都将导致等离子体无法控制离子能量到如此精确的水平。即便是目前使用脉冲放电、占空刻蚀的手段，也只能确保靶材在占空期中不受破坏，无法从根本解决问题。