一種等離子體刻蝕系統的磁場發生裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及集成電路設備技術領域，更具體地，涉及一種等離子體刻蝕系統的磁場發生裝置。
【背景技術】
[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，利用射頻電場將混合的反應氣體離化成等離子體，在等離子體中形成活性自由基團和相應的正負離子，利用活性的自由基的化學反應和自由離子對硅片的轟擊來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、工藝可控性強等優點，在工藝尺寸越來越小的今天，愈來愈發揮無可替代的作用。等離子體刻蝕設備從發明到現在，也經歷了不斷的演化和進步，從最初的桶式刻蝕機，到后來的反應離子刻蝕機(RIE)，高密度等離子體(HDP)，離子增強型刻蝕機(MERIE)等。
[0003]在等離子體增強刻蝕系統和反應離子刻蝕系統里，氣體分子的離化率低，產生的等離子體密度較低。為了提高等離子體的密度，在反應腔四周安裝電磁場是被廣泛應用的增加離子濃度的重要手段。根據電磁理論，電子在磁場和電場的共同作用下將作圓柱狀回旋運動而不是電場下的直線運動，因此，磁場的存在會增強離子密度，并使得等離子刻蝕技術可以在更低氣壓下得以運用(<10mT)。
[0004]圖1顯示了電子在磁場中運動的軌跡。顯然，在磁場的作用下，電子的運動軌跡(如圖示的螺旋狀曲線所示)延長了，因而增加了和其他粒子碰撞的幾率，最終將直接導致反應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，磁場的存在將導致離子與電子的偏轉方向不同而分離，造成刻蝕的不均勻性及等離子體損傷的發生。對此，磁場的設計常為旋轉磁場，如圖2所示，圖中的箭頭代表磁場方向。通常應用時，在反應腔的不同方位上安裝有若干個線圈，常見為四個，從而產生圖示四個象限不同方向的磁場。使用時，在線圈中通入交變電流作為磁場激勵源，其中每相鄰兩個線圈一組使用一個電流驅動器，當其中一組線圈使用高電流時，另一組線圈使用低電流，從而產生不同強度的磁場，形成旋轉磁場的效果。
[0006]普通電磁線圈因其本身固有阻值以及線圈損耗因素，產生的磁場強度一段時間后較易發生偏移，導致磁場均勻性變差，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，使得得到的磁場強度為所需的數值。在有些工藝窗口較小的制程中，對磁場的均勻性要求很高，稍有偏移，工藝的均勻性就無法滿足要求，因此校正磁場的頻率就更尚O
[0007]在磁場校正時，通常是用一個外接的高斯計，將其探頭放入敞開的反應腔內，在直接暴露的環境下通入電流產生磁場，根據高斯計實際讀取的磁場強度計算與設定值之間的偏差，最后在設備上設定一定的補償值，使得最終的輸出值與設定值一致。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境等的影響，數值的可靠性將大打折扣;第三，直接在開放的反應腔環境下通入電流產生磁場，通過外接測量設備的作業方式，對操作人員的健康也有一定的危害性。
[0008]如果磁場強度穩定且無需校正，同時又能利用更小的勵磁功率產生同樣的磁場強度，那么，無論對于工藝的穩定性還是設備維護人員的健康來說，都有很大的益處，本發明旨在提出一種新的等離子體刻蝕系統的磁場發生裝置，以解決以上的問題。

【發明內容】

[0009]本發明的目的在于克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種等離子體刻蝕系統的磁場發生裝置，其磁場強度穩定且無需校正，同時又能利用更小的勵磁功率產生同樣的磁場強度。
[0010]為實現上述目的，本發明的技術方案如下:
[0011]—種等離子體刻蝕系統的磁場發生裝置，包括超導線圈，所述超導線圈的兩端并聯設有交變電源和超導開關，形成超導控制回路，所述超導線圈至少為四個，分設于等離子體刻蝕系統的反應腔四周;其中，以每相鄰兩個超導線圈為一組構成兩組勵磁線圈組，通過交變電源向兩組勵磁線圈組周期性地分別通入大小變化的交變電流，產生不同強度的磁場，以在反應腔內形成旋轉磁場;通過斷開交變電源，并打開超導開關，使超導線圈回路中的電流得以維持以產生恒定的超導磁場。
[0012]優選地，每組勵磁線圈組中的兩個超導線圈并聯設于同一個交變電源的兩端。
[0013]優選地，所述交變電源與超導線圈之間設有可變電阻。
[0014]優選地，所述超導線圈通過低溫冷卻裝置冷卻以產生超導態。
[0015]優選地，每組勵磁線圈組中的兩個超導線圈共用同一個低溫冷卻裝置。
[0016]優選地，所述低溫冷卻裝置為一液氮系統。
[0017]優選地，所述超導開關從超導態轉變到正常態的觸發條件包括改變溫度、電流或磁場。
[0018]優選地，各所述超導線圈在反應腔的四周對稱設置。
[0019]優選地，所述交變電流的波形為方波或正弦波。
[0020]優選地，所述交變電流的大小變化比值為4:1。
[0021]從上述技術方案可以看出，本發明通過利用超導材料在超導態下零電阻的特性制成的超導線圈，可以產生強磁場并且幾乎零損耗，和傳統線圈相比，重量更輕，體積更小，設備更簡單，能耗更低，穩定性好，工藝均勻性更高，可以產生高梯度場，且無需定期校準，有利于設備維護;具有超導開關的回路，在電源斷開后，仍能保證電流繼續在回路里存在，且電流強度不會發生衰減;利用可變電阻使得電流強度可以調節，以達到所期望的電流值，從而在超導線圈內產生符合設定的磁場強度。
【附圖說明】
[0022]圖1是電子在磁場中的運動軌跡不意圖；圖中B代表磁場，E代表電場，e代表電子，PIasma代表反應腔中等離子體形成區域，Sheath Cathode代表反應腔中陰極區域；
[0023]圖2是旋轉磁場的形成示意圖；
[0024]圖3是本發明一較佳實施例的一種等離子體刻蝕系統的磁場發生裝置中超導控制回路的結構示意圖；
[0025]圖4是本發明一較佳實施例的一種等離子體刻蝕系統的磁場發生裝置在反應腔的設置結構示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖，對本發明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0027]需要說明的是，在下述的【具體實施方式】中，在詳述本發明的實施方式時，為了清楚地表示本發明的結構以便于說明，特對附圖中的結構不依照一般比例繪圖，并進行了局部放大、變形及簡化處理，因此，應避免以此作為對本發明的限定來加以理解。
[0028]在以下本發明的【具體實施方式】中，請參閱圖3，圖3是本發明一較佳實施例的一種等離子體刻蝕系統的磁場發生裝置中電源控制回路的結構示意圖。如圖3所示，本發明的一種等離子體刻蝕系統的磁場發生裝置，包括超導線圈4，所述超導線圈4的兩端并聯設有交變電源I和超導開關3，從而形成了一個超導控制回路。
[0029]超導材料目前已經廣泛應用于各個領域，利用超導材料在超導態下零電阻的特性制成的超導線圈，可以產生強磁場并且幾乎零損耗。和傳統線圈相比，其重量更輕，體積更小，設備更簡單，能耗更低，穩定性好，均勻度高，也可以產生高梯度場。
[0030]請參閱圖3。在上述超導控制回路中，利用超導線圈4具有的超導態特性，通過電源I產生電流，并與超導線圈4形成回路，即可產生磁場。在達到期望的磁場強度后，打開