專利名稱：增強(qiáng)和定位電容耦合等離子體的方法、設(shè)備和磁性部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及襯底，尤其是半導(dǎo)體晶片襯底的等離子體處理，以及在所述處理中產(chǎn)生、增強(qiáng)和控制等離子體尤其是電容耦合等離子體。
本申請(qǐng)是2002年12月20日提交的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)No.10,324,213的部分繼續(xù)申請(qǐng)，其中所述內(nèi)容作為引用而結(jié)合于此。
背景技術(shù)：
等離子體用于半導(dǎo)體的生產(chǎn)中，例如等離子體蝕刻、離子化物理氣相沉積(iPVD)和等離子體輔助化學(xué)氣相沉積(PECVD)等工藝中。在這些應(yīng)用中，等離子體通常是通過電容耦合能量到真空室中的反應(yīng)氣體，以將所述氣體的分子分解為活性自由基和原子，將所述氣體的分子、基和離子激發(fā)到更高的能級(jí)，使活性和惰性氣體的分子和原子電離化，并且將離子加速到垂直于襯底表面的軌道中并且擊中襯底。
在PECVD等離子體工藝應(yīng)用中，可以使用電容耦合以分解并激發(fā)反應(yīng)氣體的分子為活性自由基，從而可以在襯底上產(chǎn)生所需的薄膜。在等離子體蝕刻應(yīng)用中，可以使用電容耦合等離子體來激發(fā)反應(yīng)氣體從而通過所謂的活性離子蝕刻(RIE)工藝中的離子化活性原子或基或者通過通常所稱的濺射蝕刻(sputter etching)工藝中的惰性氣體的離子化原子而除去襯底上的材料。在iPVD中，電容耦合等離子體(CCP)可以作為主要的等離子體源以產(chǎn)生涂層材料的離子或者可以用于校準(zhǔn)襯底上涂層材料離子的流量(flux)或者離子化惰性氣體原子和/或在沉積后濺射蝕刻步驟中將離子加速到襯底上。
簡(jiǎn)單的CCP工藝應(yīng)用包括將襯底置于以射頻(RF)能量偏置的電極上。所述電極和襯底封裝在接地的真空室內(nèi)，所述真空室作為相對(duì)的電極。這種結(jié)構(gòu)通常需要過高的RF電壓以產(chǎn)生足夠的等離子體密度來有效的進(jìn)行所述工藝。這樣的高電壓可能損壞集成電路中的設(shè)備以及可能引起真空室內(nèi)的電弧。而且，在這種系統(tǒng)中，等離子體均勻性和接下來的襯底上的蝕刻或沉積均勻性不可預(yù)測(cè)并且通常不令人滿意。典型的，蝕刻和沉積均勻性依賴于工藝環(huán)境的細(xì)節(jié)，例如罩的形狀，氣體注入口的位置，以及其他真空室的特點(diǎn)。而且，使用精細(xì)的襯底作為專有電極通常導(dǎo)致過高的襯底溫度。
克服上述CCP的局限的嘗試包括在襯底支持電極附近使用磁性增強(qiáng)。所述增強(qiáng)可以通過使用平行于RF偏置襯底的適當(dāng)大小的磁場(chǎng)而實(shí)現(xiàn)，所述磁場(chǎng)使得電極表面附近的電子沿著鄰近電極平面的擺線軌道移動(dòng)而不是如同沒有該磁場(chǎng)時(shí)那樣離開所述電極平面。因此，與RF等離子體陽極作用的等離子體中的電子在被真空室壁俘獲之前增長了數(shù)倍。如果所述磁場(chǎng)形成了閉合環(huán)路，則電子沒有固定的磁場(chǎng)逃出點(diǎn)因此可能無限的被磁場(chǎng)捕獲。電極表面附近的這種電子捕獲使得每伏RF陽極電勢(shì)中更多的能量傳遞給電子。因此，可以通過更低的電壓實(shí)現(xiàn)所需等離子體密度。
現(xiàn)有技術(shù)中集成電路的等離子體工藝中磁性增強(qiáng)的主要缺陷是由于襯底的非均勻充電效應(yīng)導(dǎo)致的設(shè)備損壞。沿著絕緣襯底表面的非均勻電荷分布導(dǎo)致襯底上設(shè)備的電壓梯度，這可以導(dǎo)致電壓擊穿。所述非均勻電荷分布可能由于主要以正交入射角相交并穿過襯底表面的磁通線而引起。
在美國專利No.5,499,977中描述了現(xiàn)有技術(shù)中在襯底支撐處的磁性增強(qiáng)的示例。所述結(jié)構(gòu)產(chǎn)生平行于襯底表面的磁場(chǎng)線并且在襯底支撐上被稱為擺線區(qū)域的局部區(qū)域上感應(yīng)出擺線軌道。通過在晶片工藝其間旋轉(zhuǎn)所述結(jié)構(gòu)可以使得產(chǎn)生的非均勻等離子體在時(shí)間平均意義上軸對(duì)稱。這種方案的主要缺點(diǎn)是需要高成本而且復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)硬件。
因此，需要一種方法和設(shè)備以在等離子體工藝中在半導(dǎo)體晶片襯底附近保持大致均勻的低電壓等離子體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是在工藝期間特別是半導(dǎo)體晶片制造的真空等離子體工藝期間為整個(gè)襯底表面上提供低電壓等離子體的均勻分布。本發(fā)明更具體的目標(biāo)是提供一種在處理的晶片表面上分布低電壓高密度等離子體的方法、等離子源和處理設(shè)備，能夠使整個(gè)晶片上的非均勻電荷分布最小并且避免晶片損壞。
本發(fā)明的進(jìn)一步目標(biāo)是在晶片表面提供磁性增強(qiáng)等離子體，所述磁性增強(qiáng)等離子體可以用于各種半導(dǎo)體制造工藝，包括但不限于PECVD、iPVD、RIE以及濺射蝕刻。
根據(jù)本發(fā)明原理，提供了磁性增強(qiáng)或者磁控(magnetron)等離子源，用于電容耦合RF能量到晶片周圍的晶片支撐的環(huán)形外圍區(qū)域周圍的環(huán)形磁通道中，所述晶片置于所述支撐的中心區(qū)域，從而在環(huán)形外圍區(qū)域形成等離子體，等離子體從該區(qū)域在晶片上向內(nèi)擴(kuò)散。所述通道是通過設(shè)置在所述外圍區(qū)域鄰近處的磁體而產(chǎn)生的，并且遠(yuǎn)離于支撐晶片的中心區(qū)域。所述磁體在所述環(huán)形外圍區(qū)域上產(chǎn)生大致平行于或者主要分量平行于所述支撐表面的磁場(chǎng)。所述磁場(chǎng)在中心區(qū)域的中心處大致垂直于所述支撐并且在中心區(qū)域處隔離于所述支撐。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，提供了具有真空室的等離子體處理設(shè)備，所述真空室內(nèi)設(shè)置了晶片支撐，所述晶片支撐具有晶片中心支撐表面和環(huán)繞所述晶片中心支撐表面的環(huán)形外圍表面。RF發(fā)生器連接到所述晶片支撐。在鄰近晶片支撐的環(huán)形外圍表面處提供了環(huán)形永磁體部件。所述部件具有兩個(gè)或更多的環(huán)形磁極并且設(shè)置為在鄰近所述環(huán)形外圍表面和環(huán)繞晶片中心支撐表面處產(chǎn)生環(huán)形磁通道，從而在該通道中捕獲從所述晶片中心支撐表面上的晶片離開的用于產(chǎn)生等離子體的電子。在通道中產(chǎn)生等離子體，并且等離子體從該通道向內(nèi)擴(kuò)散到晶片中心支撐表面上支撐的晶片表面上。
在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，環(huán)形永磁體部件位于所述晶片支撐的環(huán)形外圍表面后，并且產(chǎn)生具有從磁極以弧線通過和跨越所述支撐表面的磁場(chǎng)的磁通道。在可替換實(shí)施例中，所述環(huán)形永磁體位于所述晶片支撐的環(huán)形外圍表面相對(duì)處并有一定間距，并且產(chǎn)生具有從磁極向所述支撐表面發(fā)出弧線并穿過該表面的磁場(chǎng)的磁通道。優(yōu)選地，所述環(huán)形永磁體部件設(shè)置為在所述晶片支撐表面上方產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)包括大致平行于所述環(huán)形外圍表面并位于其上方的磁通線，并且在中心處大致垂直于所述晶片支撐表面并穿過該表面，從而所述磁場(chǎng)在中心區(qū)域處隔離于所述支撐。
在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，所述環(huán)形永磁體部件包括高磁導(dǎo)性材料，外層環(huán)形磁體環(huán)和內(nèi)層環(huán)形磁體環(huán)，所述環(huán)具有與所述高磁導(dǎo)性材料接觸或非常接近的相對(duì)極。
所述內(nèi)層和外層環(huán)形磁體環(huán)可以具有垂直于所述晶片支撐表面并且相反朝向的極軸。可替換地，所述外層環(huán)形磁體環(huán)具有垂直于晶片支撐表面的極軸，并且一極面向晶片支撐的環(huán)形外圍表面，而所述內(nèi)層環(huán)形磁體環(huán)具有平行于晶片支撐表面的極軸，并且其對(duì)應(yīng)極面向徑向離開晶片中心支撐表面的方向。所述環(huán)形永磁體部件優(yōu)選地還具有中間磁體環(huán)，所述中間磁體環(huán)具有平行于晶片支撐表面的極軸，其朝向外側(cè)的極與面向所述支撐的外層環(huán)的極相對(duì)。
所述環(huán)形永磁體部件優(yōu)選設(shè)置為產(chǎn)生一在所述環(huán)形外圍表面的至少一部分上方大致平坦的磁場(chǎng)，該部分位于所述支撐上的晶片的外圍的徑向外側(cè)。
在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述晶片支撐可以包括多個(gè)環(huán)形區(qū)域，并且所述區(qū)域互相之間可以電絕緣，所述區(qū)域之間具有環(huán)形間隙或者電絕緣器。任何中心或環(huán)形區(qū)域可以包括或不包括磁體，并且任何中心或環(huán)形區(qū)域可以單獨(dú)連接或不單獨(dú)連接到偏置能量源，例如RF發(fā)生器或者DC能量源。


本發(fā)明的這些和其他目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)可以通過下面對(duì)附圖的詳細(xì)描述而更清楚的理解。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)中在襯底支撐處采用等離子體磁性增強(qiáng)的晶片處理室的剖視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例在襯底支撐表面后使用磁體結(jié)構(gòu)的、在襯底支撐處采用等離子體磁性增強(qiáng)的晶片處理室的剖視圖；圖3是類似于圖2的根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例在襯底支撐表面后使用磁體結(jié)構(gòu)的在襯底支撐處采用等離子體磁性增強(qiáng)的晶片處理室的剖視圖；圖4是類似于圖2和圖3的根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例在襯底支撐處采用等離子體磁性增強(qiáng)的晶片處理室的剖視圖，其中在所述處理室外與襯底支撐表面相對(duì)處使用磁體結(jié)構(gòu)；圖5是類似于圖4的根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例在襯底支撐處采用等離子體磁性增強(qiáng)的晶片處理室的剖視圖，其中在所述處理室外與襯底支撐表面相對(duì)處使用磁體結(jié)構(gòu)；圖6是類似于圖2的根據(jù)本發(fā)明再一個(gè)實(shí)施例的采用襯底支撐的晶片處理室的剖視圖；以及圖7是類似于圖2的根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的采用襯底支撐的晶片處理室的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
在圖1中的現(xiàn)有技術(shù)中的等離子體處理設(shè)備中，等離子體處理室11通過室壁12和面向襯底支撐14的襯底支撐表面13的橫截面顯示，在襯底支撐14的中心安裝了待處理的半導(dǎo)體晶片15。磁體結(jié)構(gòu)19可以位于室11的外側(cè)，產(chǎn)生大致平行于襯底支撐表面13的磁場(chǎng)16。RF發(fā)生器(未顯示)連接到支撐14，電容耦合RF能量到室11內(nèi)的氣體中以激發(fā)等離子體。所述等離子體趨向于產(chǎn)生在擺線區(qū)域17中，其中在存在磁場(chǎng)16的情況下通過RF能量感應(yīng)出電子的擺線軌道。等離子體為軸向非對(duì)稱并且非均勻。在所述設(shè)備10中，所述等離子體通過使用以昂貴且復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)硬件而旋轉(zhuǎn)的磁體結(jié)構(gòu)在時(shí)間平均意義上通常是軸向?qū)ΨQ的。
圖2顯示了在真空處理室21內(nèi)具有磁性增強(qiáng)等離子體源22的等離子體處理設(shè)備20。所述源22被部分構(gòu)建于半導(dǎo)體晶片襯底支撐24中，所述襯底支撐24顯示為支撐半導(dǎo)體晶片25以在其支撐表面28上進(jìn)行處理。襯底支撐表面28具有與其同心的中心表面區(qū)域38，在其上支撐晶片25，以及環(huán)繞中心表面區(qū)域38并與其同心的環(huán)形外圍表面區(qū)域39。在支撐24和接地室壁27之間連接的RF發(fā)生器26將RF能量耦合到襯底支撐24，導(dǎo)致支撐24相對(duì)于等離子體產(chǎn)生一負(fù)的DC偏置。中心區(qū)域38和環(huán)形區(qū)域可以為單獨(dú)的兩片，二者連接在一起或者非?？拷陌惭b。所述兩個(gè)單獨(dú)片包括一其上具有中心區(qū)域38的圓形中心片24a，以及一其上具有環(huán)形外圍表面區(qū)域39的環(huán)繞環(huán)形片24b。這樣的兩部分構(gòu)造有利于阻抗匹配，從而能量通過襯底以及磁控放電而耦合。
源22的磁性增強(qiáng)通過設(shè)置在支撐24的晶片支撐表面28的環(huán)形外圍區(qū)域39后面位于襯底支撐24中的環(huán)形永磁體部件30而提供。所述環(huán)形永磁體部件30實(shí)際上并不是連續(xù)環(huán)形環(huán)而是交替出現(xiàn)磁體的分成數(shù)段的環(huán)形環(huán)，這使得等離子體更容易的向晶片擴(kuò)散。由高磁導(dǎo)性材料31，例如低碳鋼形成的圓形片，具有設(shè)置為與多個(gè)環(huán)形磁體環(huán)連接的環(huán)形邊緣部分32，所述多個(gè)環(huán)形磁體環(huán)包括內(nèi)層環(huán)33，外層環(huán)35，以及中間環(huán)34。內(nèi)層環(huán)33定向?yàn)槭蛊銷/S極軸在徑向方向上平行于表面28而外層環(huán)35定向?yàn)槭蛊銷/S極軸垂直于表面28。磁體35最靠近表面28的磁極具有與磁體33面向支撐24中心的磁極相反的極性。一片磁性材料31設(shè)置為使得每個(gè)磁體33-35的極軸與其垂直。材料31在磁體環(huán)33和35之間建立磁性回路，產(chǎn)生磁場(chǎng)40，其磁通線41從磁體33和35各自的相反極投射到室11內(nèi)的處理空間內(nèi)。這些磁通線41具有平行于表面28并在其上方為弧形的分量。
中間磁體環(huán)34被設(shè)置在材料31上的磁體環(huán)33和35之間以使來自磁體環(huán)33和35的磁通線轉(zhuǎn)向，產(chǎn)生大致平坦并且平行于表面28的磁通線42。中間磁體環(huán)34的極軸平行于表面28并且朝向支撐24上的徑向方向，與磁體33的極軸方向相反。
圖3顯示了具有類似于源22的源22a的設(shè)備20a的實(shí)施例，其具有磁體部件30a而沒有中間磁體環(huán)34。該實(shí)施例具有內(nèi)層環(huán)33a，其極軸垂直于襯底支撐24的表面28。磁體環(huán)35和33a支撐在高磁導(dǎo)性材料31a上，所述高磁導(dǎo)性材料31a大致呈扁平盤狀，具有共面的外層區(qū)域。磁體33a和35的N/S極軸通常為相反的。所述磁體產(chǎn)生磁場(chǎng)40a，所述磁場(chǎng)40a以磁通線41a弧線越過支撐24的外圍表面區(qū)域29，所述磁通線41a具有平行于表面28的分量，但僅沿著線42a才是完全平行于表面28的。
圖4顯示了具有類似于源22的源22b的設(shè)備20b的實(shí)施例，具有位于室11外側(cè)的磁體部件30b。該實(shí)施例具有內(nèi)層環(huán)33b，其極軸垂直于襯底支撐24的表面28。磁體環(huán)33b、34和35被支撐在高磁導(dǎo)性材料31b上，所述高磁導(dǎo)性材料31b大致呈扁平盤狀。磁體33a和35的N/S極軸為相反的。所述磁體產(chǎn)生磁場(chǎng)40b，所述磁場(chǎng)40b以磁通線41b從相反室壁弧線通過外圍表面區(qū)域39，所述磁通線41b具有平行于表面28的分量。這種結(jié)構(gòu)可以用于蝕刻應(yīng)用和其他應(yīng)用，與iPVD處理設(shè)備不同，其具有在室壁或者室11外側(cè)安裝磁體部件的空間。
圖5顯示了具有源22c的設(shè)備20c，源22c具有一類似于源22a中的磁體部件，但是所述磁體部件類似于源22b中是位于外側(cè)的。
圖6顯示了在真空處理室21內(nèi)具有源22d的設(shè)備20d的可替換實(shí)施例。源22d被部分構(gòu)建于半導(dǎo)體晶片襯底支撐24內(nèi)，類似于圖2，但是其中圓形中心片24a通過間隙60電隔離于環(huán)繞環(huán)形片24b，所述間隙60可以包括或不包括電絕緣器。為這樣的兩部分結(jié)構(gòu)提供單獨(dú)可控的偏置電壓源26a、26b。盡管顯示了RF發(fā)生器，發(fā)生器26中的任何部分可以被略去或者以DC源代替。間隙60的半徑可以大于或小于被支撐的晶片25的半徑。對(duì)于在此討論的該實(shí)施例和其他任何實(shí)施例，可以選擇在任何區(qū)域24a、24b包括或省略磁體部件。
在圖6所示的支撐24中，中心區(qū)域24a和環(huán)形周圍區(qū)域24b顯示為互相之間完全隔離，并且通過單獨(dú)的RF發(fā)生器26a和26b而被獨(dú)立地偏置。這種獨(dú)立偏置(separate biasing)方案相對(duì)于前面描述的方案是更為復(fù)雜但是更為溫和(softer)的產(chǎn)生等離子體的方法。該實(shí)施例特別適合用于關(guān)注場(chǎng)和零件底部之間的設(shè)備損壞、挖溝(trenching)、開槽(notching)和蝕刻選擇性的蝕刻應(yīng)用中。其優(yōu)點(diǎn)在于撞擊到襯底25上的離子的能量可以通過偏置電壓進(jìn)行控制，同時(shí)等離子體密度可以通過以任意高功率驅(qū)動(dòng)外圍區(qū)域24b而達(dá)到任意高。
區(qū)域24a、24b上的偏置功率可以為零頻(DC)或者射頻(RF)。在RF功率的情況下，間隙60的隔離可以由接地金屬罩(未顯示)以及絕緣介質(zhì)例如陶瓷或真空組成。接地金屬罩的目的是防止將RF功率從一個(gè)區(qū)域電容耦合到另一個(gè)區(qū)域，因此保持每個(gè)區(qū)域的獨(dú)立偏置。接地金屬罩可以通過由于非常小而不能容納等離子體放電的小間隙或者暗區(qū)而隔離于偏置電極。
圖7顯示了采用多于兩個(gè)區(qū)域24a、24b和24c的設(shè)備20e的另一個(gè)實(shí)施例。這些區(qū)域顯示為使用所述獨(dú)立偏置方案。在此情況下，存在兩個(gè)環(huán)形外圍區(qū)域24b和24c，每個(gè)區(qū)域通過來自發(fā)生器26b和26c的RF功率被獨(dú)立偏置。區(qū)域24b和24c之間的偏置可以改為推-拉結(jié)構(gòu)，但不是必須的。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于絕緣等離子體輔助化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝，其中接地室被電介質(zhì)涂覆并且不能作為電極。本發(fā)明的特定實(shí)施例可以包括任何數(shù)量的所述環(huán)形外圍區(qū)域，并且每個(gè)區(qū)域可以通過DC或RF功率進(jìn)行偏置。
上面描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，可以作出各種添加和修改而不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種增強(qiáng)和定位電容耦合等離子體的方法，包括在真空處理室中圍繞晶片支撐的周邊形成環(huán)形磁通道，所述環(huán)形磁通道環(huán)繞被支撐在所述支撐的中心區(qū)域上的晶片的外側(cè)邊緣；電容耦合RF能量到所述通道內(nèi)，并且通過該能量在所述襯底支撐的環(huán)形外圍區(qū)域上形成大致由所述通道限定的等離子體，其中所述形成于環(huán)形外圍區(qū)域內(nèi)的等離子體在被支撐在所述支撐的中心區(qū)域上的晶片上向內(nèi)擴(kuò)散，以對(duì)所述晶片進(jìn)行等離子體處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括在所述晶片支撐表面的周圍鄰近處設(shè)置磁體，以使在所述環(huán)形外圍區(qū)域上生成的一定體積的等離子體成形，從而在鄰近所述支撐的中心區(qū)域上的襯底處產(chǎn)生大致均勻的等離子體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括在所述晶片支撐表面的周邊鄰近處設(shè)置磁體，以產(chǎn)生在所述環(huán)形外圍區(qū)域上方大致平行于所述支撐的表面并且在所述中心區(qū)域處與所述支撐隔離的磁場(chǎng)。
4.一種等離子體處理設(shè)備，包括真空室；位于所述真空室內(nèi)的晶片支撐，所述晶片支撐具有晶片中心支撐表面和環(huán)繞所述晶片中心支撐表面的環(huán)形外圍表面；連接到所述晶片支撐的偏置源；以及在與所述晶片支撐的環(huán)形外圍表面鄰近處的環(huán)形永磁體部件，所述環(huán)形永磁體部件具有至少兩個(gè)磁極，并且設(shè)置為在鄰近所述環(huán)形外圍表面和環(huán)繞所述晶片中心支撐表面處產(chǎn)生環(huán)形磁通道，以在該通道中捕獲離開所述晶片中心支撐表面上晶片的用于產(chǎn)生等離子體的電子，從而在該通道中產(chǎn)生的等離子體從該通道向內(nèi)擴(kuò)散到被支撐在所述晶片中心支撐表面上的晶片表面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述環(huán)形永磁體部件位于所述晶片支撐的環(huán)形外圍表面后，并且產(chǎn)生所述磁通道，所述磁通道具有從所述部件的磁極沿弧線通過或跨越所述支撐表面的磁場(chǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述環(huán)形永磁體部件位于與所述晶片支撐的環(huán)形外圍表面相對(duì)處并具有一定間距，并且產(chǎn)生所述磁通道，所述磁通道具有從該部件磁極向所述支撐表面沿弧線穿過該表面的磁場(chǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述環(huán)形永磁體部件設(shè)置為在所述晶片支撐表面上方產(chǎn)生合成磁場(chǎng)，該合成磁場(chǎng)包括在所述環(huán)形外圍表面區(qū)域中大致與所述環(huán)形外圍表面平行的磁通線，所述磁通線與所述晶片中心支撐表面區(qū)域大致隔離。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述環(huán)形永磁體部件包括高磁導(dǎo)性材料片、外層環(huán)形磁體環(huán)和內(nèi)層環(huán)形磁體環(huán)，每個(gè)所述環(huán)具有南北磁極，其相反磁極與所述高磁導(dǎo)性材料接觸或非常接近。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述外層環(huán)形磁體環(huán)具有垂直于所述晶片支撐表面的極軸。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述外層環(huán)形磁體環(huán)具有垂直于所述晶片支撐表面的極軸；以及所述內(nèi)層環(huán)形磁體環(huán)具有垂直于所述晶片支撐表面的極軸，并且所述極軸與所述外層環(huán)形磁體環(huán)的極軸相反。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述外層環(huán)形磁體環(huán)具有垂直于所述晶片支撐表面的極軸，其第一極面向所述晶片支撐的環(huán)形外圍表面；以及所述內(nèi)層環(huán)形磁體環(huán)具有平行于所述晶片支撐表面的極軸，并且其與所述外層環(huán)形磁體環(huán)的第一極極性相同的磁極背對(duì)所述晶片中心支撐表面的方向。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述環(huán)形永磁體部件具有中間磁體環(huán)，所述中間磁體環(huán)具有平行于所述晶片支撐表面的極軸，并且其與所述外層環(huán)形磁體環(huán)的第一極極性相同的磁極面向所述晶片中心支撐表面。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述外層環(huán)形磁體環(huán)具有垂直于所述晶片支撐表面的極軸，并且其第一極面向所述晶片支撐的環(huán)形外圍表面；以及所述環(huán)形永磁體部件具有中間磁體環(huán)，所述中間磁體環(huán)具有平行于所述晶片支撐表面的極軸，并且其與所述外層環(huán)形磁體環(huán)的第一極極性相同的磁極面向所述晶片中心支撐表面。
14.根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子體源，其中所述晶片支撐具有多個(gè)環(huán)繞所述晶片中心支撐表面的環(huán)形外圍表面。
15.根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子體源，其中所述晶片支撐的表面互相之間電隔離。
16.根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子體源，其中所述等離子體源包括多個(gè)可獨(dú)立控制的RF或DC偏置源；以及所述晶片支撐的表面互相之間電隔離，并且每個(gè)均耦合到一個(gè)不同的所述偏置源。
17.一種等離子體源，包括晶片支撐，所述晶片支撐具有晶片中心支撐表面和環(huán)繞所述晶片中心支撐表面的環(huán)形外圍表面；連接到所述晶片支撐的偏置源；以及與所述晶片支撐的環(huán)形外圍表面相鄰近的環(huán)形永磁體部件，所述環(huán)形永磁體部件具有至少兩個(gè)環(huán)形磁極，包括具有第一極性的內(nèi)層環(huán)形磁極和具有相反極性的外層環(huán)形磁極，所述磁極設(shè)置為在所述環(huán)形外圍表面上方形成平行于所述環(huán)形外圍表面且垂直于所述晶片中心支撐表面的磁場(chǎng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的等離子體源，其中所述環(huán)形永磁體部件形成一環(huán)形磁通道，所述環(huán)形磁通道可以捕獲在該通道中被激勵(lì)而離開所述晶片中心支撐表面上的晶片的用于產(chǎn)生等離子體的電子，從而形成從該通道向內(nèi)擴(kuò)散到被支撐在所述晶片中心支撐表面上的晶片表面上的等離子體。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的等離子體源，其中所述環(huán)形永磁體部件包括高磁導(dǎo)性材料片、外層環(huán)形磁體環(huán)和內(nèi)層環(huán)形磁體環(huán)，所述每個(gè)環(huán)具有南北磁極，其相反磁極與所述高磁導(dǎo)性材料片接觸或非常接近。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的等離子體源，其中所述外層環(huán)形磁體環(huán)具有垂直于所述晶片支撐表面的極軸；
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的等離子體源，其中所述外層環(huán)形磁體環(huán)具有垂直于所述晶片支撐表面的極軸；以及所述內(nèi)層環(huán)形磁體環(huán)具有垂直于所述晶片支撐表面的極軸，并且所述極軸與所述外層環(huán)形磁體環(huán)的極軸相反。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的等離子體源，其中所述外層環(huán)形磁體環(huán)具有垂直于所述晶片支撐表面的極軸，并且其第一極面向所述晶片支撐的環(huán)形外圍表面；以及所述內(nèi)層環(huán)形磁體環(huán)具有平行于所述晶片支撐表面的極軸，并且其與所述外層環(huán)形磁體環(huán)的第一極極性相同的磁極背對(duì)所述晶片中心支撐表面的方向。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的等離子體源，其中所述環(huán)形永磁體部件具有一中間磁體環(huán)，所述中間磁體環(huán)具有一平行于所述晶片支撐表面的極軸，并且其與所述外層環(huán)形磁體環(huán)的第一極極性相同的磁極面向所述晶片中心支撐表面。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的等離子體源，其中所述外層環(huán)形磁體環(huán)具有垂直于所述晶片支撐表面的極軸并且其第一極面向所述晶片支撐的環(huán)形外圍表面；以及所述環(huán)形永磁體部件具有中間磁體環(huán)，所述中間磁體環(huán)具有平行于所述晶片支撐表面的極軸，并且其與所述外層環(huán)形磁體環(huán)的第一極相同極性的磁極面向所述晶片中心支撐表面。
25.根據(jù)權(quán)利要求17所述的等離子體源，其中所述環(huán)形永磁體部件設(shè)置為產(chǎn)生在所述環(huán)形外圍表面的至少一部分上方大致平坦的磁場(chǎng)。
26.根據(jù)權(quán)利要求17所述的等離子體源，其中所述環(huán)形永磁體部件位于所述晶片支撐的環(huán)形外圍表面后，并且產(chǎn)生一具有從該部件磁極以弧線穿過和跨越所述支撐表面的磁場(chǎng)的磁通道。
27.根據(jù)權(quán)利要求17所述的等離子體源，其中所述環(huán)形永磁體部件位于與所述晶片支撐的環(huán)形外圍表面相對(duì)處并有一定間距，并且產(chǎn)生一具有從該部件磁極朝向所述支撐表面以弧線穿過該表面的磁場(chǎng)的磁通道。
28.根據(jù)權(quán)利要求17所述的等離子體源，其中所述晶片支撐具有多個(gè)環(huán)繞所述晶片中心支撐表面的環(huán)形外圍表面。
29.根據(jù)權(quán)利要求17所述的等離子體源，其中所述晶片支撐的表面互相之間電隔離。
30.根據(jù)權(quán)利要求17所述的等離子體源，其中所述等離子體源包括多個(gè)可獨(dú)立控制的RF或DC偏置源；以及所述晶片支撐的表面互相之間電隔離，并且每個(gè)均耦合到一個(gè)不同的所述偏置源。
全文摘要
通過半導(dǎo)體晶片處理設(shè)備(10)的真空處理室(11)中射頻(RF)偏置晶片支撐電極(24)鄰近的永磁體部件(30)產(chǎn)生磁性增強(qiáng)的等離子體。在晶片支撐上待處理晶片(15)的周圍設(shè)置了環(huán)形外圍區(qū)域(24b)。使用多個(gè)磁體環(huán)(33－35)的磁體結(jié)構(gòu)在外圍區(qū)域上方形成磁通道，在該磁通道處產(chǎn)生離開晶片的等離子體。該磁場(chǎng)具有在環(huán)形外圍區(qū)域上方平行于襯底支撐表面但是基本隔離于晶片的分量。優(yōu)選地，該磁場(chǎng)具有在外圍區(qū)域中平行于支撐表面的平坦部分。等離子體通過從外圍區(qū)域向整個(gè)晶片表面擴(kuò)散而傳播。磁體可以被操控以優(yōu)化鄰近待處理的襯底的等離子體均勻性。
文檔編號(hào)H01L21/00GK1802729SQ200380109784
公開日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2003年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月20日
發(fā)明者德爾克·拉塞爾 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社