一種等離子體刻蝕系統(tǒng)的磁場(chǎng)發(fā)生裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種等離子體刻蝕系統(tǒng)的磁場(chǎng)發(fā)生裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在集成電路制造工藝中，等離子體刻蝕工藝是一道非常重要的步驟。等離子體刻蝕又被稱為干法刻蝕，其原理為在低壓力下，利用射頻電場(chǎng)將混合的反應(yīng)氣體離化成等離子體，在等離子體中形成活性自由基團(tuán)和相應(yīng)的正負(fù)離子，利用活性的自由基的化學(xué)反應(yīng)和自由離子對(duì)硅片的轟擊來(lái)移除硅片表面所淀積的材料。等離子體刻蝕因其各向異性的特性，因此具有方向性好、選擇比高、工藝可控性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在工藝尺寸越來(lái)越小的今天，愈來(lái)愈發(fā)揮無(wú)可替代的作用。等離子體刻蝕設(shè)備從發(fā)明到現(xiàn)在，也經(jīng)歷了不斷的演化和進(jìn)步，從最初的桶式刻蝕機(jī)，到后來(lái)的反應(yīng)離子刻蝕機(jī)(RIE)，高密度等離子體(HDP)，離子增強(qiáng)型刻蝕機(jī)(MERIE)等。
[0003]在等離子體增強(qiáng)刻蝕系統(tǒng)和反應(yīng)離子刻蝕系統(tǒng)里，氣體分子的離化率低，產(chǎn)生的等離子體密度較低。為了提高等離子體的密度，在反應(yīng)腔四周安裝電磁場(chǎng)是被廣泛應(yīng)用的增加離子濃度的重要手段。根據(jù)電磁理論，電子在磁場(chǎng)和電場(chǎng)的共同作用下將作圓柱狀回旋運(yùn)動(dòng)而不是電場(chǎng)下的直線運(yùn)動(dòng)，因此，磁場(chǎng)的存在會(huì)增強(qiáng)離子密度，并使得等離子刻蝕技術(shù)可以在更低氣壓下得以運(yùn)用(<10mT)。
[0004]圖1顯示了電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡。顯然，在磁場(chǎng)的作用下，電子的運(yùn)動(dòng)軌跡(如圖示的螺旋狀曲線所示)延長(zhǎng)了，因而增加了和其他粒子碰撞的幾率，最終將直接導(dǎo)致反應(yīng)氣體電離截面的增加，氣體分子的離化率也增加了。由于離子密度的增加，撞擊硅片(陰極)表面的離子能量也可以在不降低刻蝕速率的情況下被降低，從而提高刻蝕選擇比。
[0005]同時(shí)，磁場(chǎng)的存在將導(dǎo)致離子與電子的偏轉(zhuǎn)方向不同而分離，造成刻蝕的不均勻性及等離子體損傷的發(fā)生。對(duì)此，磁場(chǎng)的設(shè)計(jì)常為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，如圖2所示，圖中的箭頭代表磁場(chǎng)方向。通常應(yīng)用時(shí)，在反應(yīng)腔的不同方位上安裝有若干個(gè)線圈，常見為四個(gè)，從而產(chǎn)生圖示四個(gè)象限不同方向的磁場(chǎng)。使用時(shí)，在線圈中通入交變電流作為磁場(chǎng)激勵(lì)源，其中每相鄰兩個(gè)線圈一組使用一個(gè)電流驅(qū)動(dòng)器，當(dāng)其中一組線圈使用高電流時(shí)，另一組線圈使用低電流，從而產(chǎn)生不同強(qiáng)度的磁場(chǎng)，形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的效果。
[0006]普通電磁線圈因其本身固有阻值以及線圈損耗因素，產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度一段時(shí)間后較易發(fā)生偏移，導(dǎo)致磁場(chǎng)均勻性變差，從而影響工藝的均勻性。因此，工程師需要定期重新校正電流與磁場(chǎng)，使得得到的磁場(chǎng)強(qiáng)度為所需的數(shù)值。在有些工藝窗口較小的制程中，對(duì)磁場(chǎng)的均勻性要求很高，稍有偏移，工藝的均勻性就無(wú)法滿足要求，因此校正磁場(chǎng)的頻率就更尚O
[0007]在磁場(chǎng)校正時(shí)，通常是用一個(gè)外接的高斯計(jì)，將其探頭放入敞開的反應(yīng)腔內(nèi)，在直接暴露的環(huán)境下通入電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，根據(jù)高斯計(jì)實(shí)際讀取的磁場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算與設(shè)定值之間的偏差，最后在設(shè)備上設(shè)定一定的補(bǔ)償值，使得最終的輸出值與設(shè)定值一致。這種校正方式的缺陷是顯而易見的，首先，其校正方法十分繁瑣；其次，由于受探頭擺放方式和周圍環(huán)境等的影響，數(shù)值的可靠性將大打折扣;第三，直接在開放的反應(yīng)腔環(huán)境下通入電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，通過(guò)外接測(cè)量設(shè)備的作業(yè)方式，對(duì)操作人員的健康也有一定的危害性。
[0008]如果磁場(chǎng)強(qiáng)度穩(wěn)定且無(wú)需校正，同時(shí)又能利用更小的勵(lì)磁功率產(chǎn)生同樣的磁場(chǎng)強(qiáng)度，那么，無(wú)論對(duì)于工藝的穩(wěn)定性還是設(shè)備維護(hù)人員的健康來(lái)說(shuō)，都有很大的益處，本發(fā)明旨在提出一種新的等離子體刻蝕系統(tǒng)的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，以解決以上的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種等離子體刻蝕系統(tǒng)的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其磁場(chǎng)強(qiáng)度穩(wěn)定且無(wú)需校正，同時(shí)又能利用更小的勵(lì)磁功率產(chǎn)生同樣的磁場(chǎng)強(qiáng)度。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0011]—種等離子體刻蝕系統(tǒng)的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，包括超導(dǎo)線圈，所述超導(dǎo)線圈的兩端并聯(lián)設(shè)有交變電源和超導(dǎo)開關(guān)，形成超導(dǎo)控制回路，所述超導(dǎo)線圈至少為四個(gè)，分設(shè)于等離子體刻蝕系統(tǒng)的反應(yīng)腔四周;其中，以每相鄰兩個(gè)超導(dǎo)線圈為一組構(gòu)成兩組勵(lì)磁線圈組，通過(guò)交變電源向兩組勵(lì)磁線圈組周期性地分別通入大小變化的交變電流，產(chǎn)生不同強(qiáng)度的磁場(chǎng)，以在反應(yīng)腔內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng);通過(guò)斷開交變電源，并打開超導(dǎo)開關(guān)，使超導(dǎo)線圈回路中的電流得以維持以產(chǎn)生恒定的超導(dǎo)磁場(chǎng)。
[0012]優(yōu)選地，每組勵(lì)磁線圈組中的兩個(gè)超導(dǎo)線圈并聯(lián)設(shè)于同一個(gè)交變電源的兩端。
[0013]優(yōu)選地，所述交變電源與超導(dǎo)線圈之間設(shè)有可變電阻。
[0014]優(yōu)選地，所述超導(dǎo)線圈通過(guò)低溫冷卻裝置冷卻以產(chǎn)生超導(dǎo)態(tài)。
[0015]優(yōu)選地，每組勵(lì)磁線圈組中的兩個(gè)超導(dǎo)線圈共用同一個(gè)低溫冷卻裝置。
[0016]優(yōu)選地，所述低溫冷卻裝置為一液氮系統(tǒng)。
[0017]優(yōu)選地，所述超導(dǎo)開關(guān)從超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變到正常態(tài)的觸發(fā)條件包括改變溫度、電流或磁場(chǎng)。
[0018]優(yōu)選地，各所述超導(dǎo)線圈在反應(yīng)腔的四周對(duì)稱設(shè)置。
[0019]優(yōu)選地，所述交變電流的波形為方波或正弦波。
[0020]優(yōu)選地，所述交變電流的大小變化比值為4:1。
[0021]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明通過(guò)利用超導(dǎo)材料在超導(dǎo)態(tài)下零電阻的特性制成的超導(dǎo)線圈，可以產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)并且?guī)缀趿銚p耗，和傳統(tǒng)線圈相比，重量更輕，體積更小，設(shè)備更簡(jiǎn)單，能耗更低，穩(wěn)定性好，工藝均勻性更高，可以產(chǎn)生高梯度場(chǎng)，且無(wú)需定期校準(zhǔn)，有利于設(shè)備維護(hù);具有超導(dǎo)開關(guān)的回路，在電源斷開后，仍能保證電流繼續(xù)在回路里存在，且電流強(qiáng)度不會(huì)發(fā)生衰減;利用可變電阻使得電流強(qiáng)度可以調(diào)節(jié)，以達(dá)到所期望的電流值，從而在超導(dǎo)線圈內(nèi)產(chǎn)生符合設(shè)定的磁場(chǎng)強(qiáng)度。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡不意圖；圖中B代表磁場(chǎng)，E代表電場(chǎng)，e代表電子，PIasma代表反應(yīng)腔中等離子體形成區(qū)域，Sheath Cathode代表反應(yīng)腔中陰極區(qū)域；
[0023]圖2是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的形成示意圖；
[0024]圖3是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種等離子體刻蝕系統(tǒng)的磁場(chǎng)發(fā)生裝置中超導(dǎo)控制回路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種等離子體刻蝕系統(tǒng)的磁場(chǎng)發(fā)生裝置在反應(yīng)腔的設(shè)置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0027]需要說(shuō)明的是，在下述的【具體實(shí)施方式】中，在詳述本發(fā)明的實(shí)施方式時(shí)，為了清楚地表示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)以便于說(shuō)明，特對(duì)附圖中的結(jié)構(gòu)不依照一般比例繪圖，并進(jìn)行了局部放大、變形及簡(jiǎn)化處理，因此，應(yīng)避免以此作為對(duì)本發(fā)明的限定來(lái)加以理解。
[0028]在以下本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中，請(qǐng)參閱圖3，圖3是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種等離子體刻蝕系統(tǒng)的磁場(chǎng)發(fā)生裝置中電源控制回路的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，本發(fā)明的一種等離子體刻蝕系統(tǒng)的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，包括超導(dǎo)線圈4，所述超導(dǎo)線圈4的兩端并聯(lián)設(shè)有交變電源I和超導(dǎo)開關(guān)3，從而形成了一個(gè)超導(dǎo)控制回路。
[0029]超導(dǎo)材料目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，利用超導(dǎo)材料在超導(dǎo)態(tài)下零電阻的特性制成的超導(dǎo)線圈，可以產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)并且?guī)缀趿銚p耗。和傳統(tǒng)線圈相比，其重量更輕，體積更小，設(shè)備更簡(jiǎn)單，能耗更低，穩(wěn)定性好，均勻度高，也可以產(chǎn)生高梯度場(chǎng)。
[0030]請(qǐng)參閱圖3。在上述超導(dǎo)控制回路中，利用超導(dǎo)線圈4具有的超導(dǎo)態(tài)特性，通過(guò)電源I產(chǎn)生電流，并與超導(dǎo)線圈4形成回路，即可產(chǎn)生磁場(chǎng)。在達(dá)到期望的磁場(chǎng)強(qiáng)度后，打開