[实用新型]离子源及离子刻蚀设备

说明书

本实用新型公开了一种离子源及离子刻蚀设备，包括栅栏、射频电源线圈、石英腔、气流导向结构和用于调节离子源产生的离子流密度的可调磁场装置，所述可调磁场装置包括至少三个不同轴的电磁铁，所有电磁铁均连接有调节角度的驱动装置，所有电磁铁之间相互独立，通过改变各个电磁铁的电流和倾斜角，产生不同强度和方向的磁场，它们就可以独立或者共同耦合来改变离子流的密度，进而提高整个区域的刻蚀速率均匀度。

技术领域

本实用新型属于半导体刻蚀技术领域，更具体的说涉及一种离子源及离子刻蚀设备。

背景技术

有栅网离子源通常利用射频电源、利用感应耦合(ICP)产生氩气 (Ar)等离子体；并通过加有不同电压的金属栅网加速氩气等离子体，并使之形成尽可能平行的、高能量的等离子体束流；引导该等离子体束流轰击硅基片表面，将硅基片表面物质刻蚀掉，以达到清洁硅基片表面；或者在硅基片上，加工成型各种微米、纳米结构。

在常规的栅网离子源中，感应耦合(ICP)产生的离子源，由于受线圈产生的磁场强度的非均匀性、刻蚀气体扩散的影响，产生的等离子体密度分布并不均匀，通常，这样的不均匀体现在其等离子体浓度在源中心最高，并沿该中心径向减少，这就在刻蚀过程中使得刻蚀速度在基片中心至边缘的不均匀。

加入栅网，可以部分修正此不均匀性。栅网由若干片蜂窝状孔洞的结构构成。调整空洞的大小、布局，一方面可以调节不同区域的、穿过孔洞的等离子体量，以调节在不同区域的刻蚀速率；另一方面，可以使等离子体的运行轨迹更加平行，也可以改进刻蚀速率的均匀性。但是，使用栅网也有局限性。主要在于，刻蚀过程中，产生离子源的 RF电源功率、电压、工艺气体类型、气压、流量等参数并不恒久固定，而且不同的工艺也要求不同的工艺参数。因此，固定的栅网设计，并不能完全适应动态的工艺要求。

之前，也有实用新型注意到这个问题，并提出了一些改进设计(如， CN01681781B、CN103154310B、US10128083、US8158016、US8835869B2)。其核心在于放置一个能产生磁场的装置在离子源中心。该装置可以由永久磁铁，或者由电磁铁构成。如果由电磁铁构成，可以通过调节电磁铁的电流，改变中心磁场的大小，进而改变离子浓度的分布，尤其是离子源中心的离子浓度，实现刻蚀均匀度的改善。

但是，这样的设计也有一些问题。事实上，在实际操作中，刻蚀速率的变化并不由中心至边缘的简单的单调变化，而是可能存在复杂的变化，刻蚀速率具有多个局域峰值、低值。

这是因为，刻蚀气体在离子源中的扩散，与进气方式、气道结构，及其形成的气流密度在空间的分布有关。该气流密度并不能保证在空间的绝对恒久的均匀分布。而另一方面，由ICP而产生的电磁场，虽然理论上而言，其强度是由源中心至边缘逐渐单调减小，但是由于设计、加工的精度所限，其分布也存在偏离。进而，由该离子源离子化刻蚀气体，形成离子，再通过栅栏时，就更不可避免的进一步形成离子流分布的波动性，而形成刻蚀速率具有多个局域峰值、低值区域。

基于这样的实际情况，之前的实用新型所采用的放置一个能产生磁场的装置在离子源中心的方法，只能部分调节刻蚀速度的均匀性，即围绕源中心的刻蚀速率的均匀性，而缺乏对其他非中心区域调节功能。同时，一味加强对中心区域的调控，也会产生对其他紧邻区域的扰动，产生新的不均匀性。

因此，需要一个不仅可以调试离子源中心的离子浓度，而且可以调节整个区域的离子浓度的磁控方式和装置，以灵活、实时、全面调节离子源整体产生的离子浓度，以提高刻蚀速率的均匀性。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种通过改变各个电磁铁的电流和倾斜角，产生不同强度和方向的磁场，它们就可以独立或者共同耦合来改变离子流的密度，进而提高整个区域的刻蚀速率均匀度。