一種實現外部磁場屏蔽的等離子處理器的制作方法

本發明涉及半導體制造技術領域，尤其涉及一種等離子處理器中利用磁流體實現外部磁場屏蔽的技術。

背景技術：

等離子處理器被廣泛應用在半導體工業內，用來對待處理基片進行高精度的加工如等離子刻蝕、化學氣相沉積（cvd）等。等離子處理器中的基片上方等離子分布情況對基片的處理效果具有最大的影響，等離子分布越均勻則處理效果越均勻，加工出的半導體器件性能越好。但是等離子體易受外部磁場分布的影響，特別是地磁場，在全球各個不同國家、地區分布各不相同，高緯度地區和低緯度地區不僅強度不同連方向也各異。同時進行半導體加工的潔凈室內存在大量高功率的電氣裝置，這些裝置也會產生較強的磁場影響在等離子處理器中的處理效果。所以磁場屏蔽成為改善等離子處理效果的重要因素。

現有的實現磁場屏蔽的手段主要包括兩種，一是在反應腔外圍設置多個線圈，通過控制流入這些線圈的直流電流大小來控制這些線圈內產生的靜態磁場分布，當這些線圈產生的疊加磁場正好與外部磁場的大小方向相反時正好能抵消外部磁場。這種方法的缺點是外部線圈很占潔凈室內寶貴的空間，由于外部磁場來源的多樣，很難通過調試將所有的外部磁場抵消，只能一定程度的抵消部分。另一種方法是在反應腔外部所有外壁貼附固體導磁材料制成的導磁外殼，將外部磁場通過導磁外殼引導到外殼內穿過，不會進入反應腔內部空間。這種方法也存在多種缺點：采用高磁導率金屬板屏蔽的方式，在直角轉彎、大曲率過度、小孔、小槽等區域，由于受金屬板厚度和折彎強度限制，很難實現金屬板屏蔽處理，導致磁屏蔽層不連續，容易在這些區域造成磁場泄露，影響磁屏蔽效果。2.采用高磁導率金屬板屏蔽,為了實現金屬板之間磁感線連續，一般使用金屬板拼接、黏貼等方式安裝在刻蝕機腔體外部，拼接零件多，安裝過程復雜，影響生產效率。3.采用高磁導率金屬板屏蔽的方式，一般都需要較厚的金屬（0.1-5mm）實現屏蔽，整個屏蔽層，體積大、質量重，給刻蝕機增加很多額外體積和重量。而且采用高磁導金屬板也不利于整個等離子處理器的散熱和控溫。

如圖1所示在a區域，由于大量外伸的管道存在，很難安裝合適的導磁板，圖b中在三個平面的交叉部，空間結構非常復雜，為了實現更好的導磁效果需要相應設計具有復雜結構的導磁板，成本高昂，安裝難度大。

所以業內需要一種新的磁屏蔽的方法或者結構能夠屏蔽反應腔外部磁場還能具有較小的體積和重量，適應反應腔外不同的外部形貌。

技術實現要素：

本發明解決的問題是在等離子處理器中，簡單有效的實現對等離子反應腔的外部磁場屏蔽，本發明提供了一種一種實現外磁場屏蔽的等離子處理器，包括：一反應腔體圍繞構成氣密空間，反應腔體包括：反應腔體側壁、反應腔體頂蓋，反應腔體內包括一基座，基座上方包括靜電夾盤用于固定待處理基片，基片與反應腔體頂蓋之間包括等離子產生空間，用于電離通入反應腔體的反應氣體形成等離子體，其特征在于所述反應腔側壁內包括一個屏蔽空腔環繞所述等離子產生空間，所述屏蔽空腔內填充有磁流體液。本發明所述磁流體的磁導率大于空氣磁導率的1000倍。

反應腔體側壁內側還包括一個可上下移動的圓筒形移動環，移動環側壁內包括一個第二屏蔽空腔，所述第二屏蔽空間環繞所述等離子產生空腔，且所述第二屏蔽空腔內填充有磁流體液。移動環通過一個驅動裝置與反應腔體頂蓋連接，磁流體液供應管道通過所述驅動裝置內部流入第二屏蔽空腔。

本發明還包括一個磁流體液循環裝置通過管道與所述屏蔽空腔或第二屏蔽空腔液體聯通，并使磁流體液在循環裝置與屏蔽空腔或第二屏蔽空腔之間互相流動，控制反應腔體側壁或移動環的溫度。

反應腔體頂蓋內也包括一第三屏蔽空腔并與反應腔體側壁的屏蔽空腔互相聯通。

反應腔側壁的屏蔽空腔由內側壁和外側壁圍繞而成，其中內側壁由鋁制成，外側壁由塑料制成。

基座下方包括一個能夠實現液體密封的屏蔽板與上方的基座底部平面共同圍繞形成第四屏蔽空腔。多個管道穿過所述第四磁屏蔽空腔，其中冷卻液、冷卻氣體和射頻電纜經過所述管道到達上方基座。

本發明等離子處理器還包括多個柔性材料制成的屏蔽袋，固定在反應腔體外側，所述屏蔽袋內填充有磁流體液體，所述屏蔽袋與與屏蔽空腔的邊緣緊貼以構成完整的磁力線回路。

附圖說明

圖1是現有技術等離子處理器外觀的示意圖；

圖2是本發明第一實施例的等離子處理器示意圖；

圖3是本發明第二實施例的等離子處理器示意圖。

具體實施方式

如圖2所示為本發明等離子處理器第一實施例示意圖，本發明等離子處理器包括反應腔100，反應腔100內包括基座22，基座內包括下電極通過一個匹配器連接到射頻電源31。基座上方包括一個靜電夾盤21用于固定上方的基片20。基片和靜電夾盤周圍還環繞有一個邊緣環10，用于調節基片邊緣區域的氣流和等離子體分布，輔助控制基片邊緣區域的溫度。反應腔頂部包括一個進氣的噴淋頭11，噴淋頭內集成了上電極，上電極可以接地也可以連接到另一個射頻電源，用于在上下電極間產生穩定的等離子體。氣體噴淋頭通過管道和閥門連接到外部反應氣體源110。反應腔100側壁上還包括用于基片傳輸進/出反應腔的開口（圖中未示出），為了防止開口對內部等離子分布的影響，設置一個可移動的移動環50，可以通過驅動裝置51上下移動，且移動環上包括接地導體圍繞而成的電場屏蔽層。在進行等離子處理時，移動環位于較低位置阻擋開口，以屏蔽開口帶來的電場分布不均勻性。在需要移入/出基片時移動環上升，露出開口以允許基片通過。本發明除了可以用于圖2所示的電容耦合等離子處理器（ccp），也可以用于電感耦合等離子處理器（icp），電感耦合處理器與圖2所示實施例的區別在于，反應腔頂部是一塊絕緣材料窗，絕緣材料窗上方設置有法拉第屏蔽板、電感線圈等。電感線圈通過匹配器連接到射頻電源，通過電感線圈產生的電磁窗饋入反應腔內形成高濃度的等離子體。

本發明在反應腔側壁和頂部開設了一個用于液體流通的槽或者空腔102，將磁流體注入反應腔側壁或者頂部之間的屏蔽空腔102，由于磁流體內大量懸浮著微米級的導磁材料顆粒，所以磁流體的磁導率遠大于空氣，相對空氣介質的磁導率可以達到1000倍及以上，傳統的高磁導金屬板的相對磁導率因選用材料不同其范圍在1000-10000倍之間，所以兩者在磁導率雖有差距，但基本比較接近。所以磁流體只要能夠環繞反應腔內反應空間設置，其磁導率足以用于在等離子反應腔外側形成外磁場的匹配層。而且如圖2所示的第一實施例可以在現有反應腔的基礎上較簡單的改造實現，在現有反應腔外側添加一個殼體，殼體內充入一層磁流體就能實現。殼體可以選用傳統的半導體設備常用的鋁也可以是塑料等輕質材料，只要能構成屏蔽空腔102任何材料均可以應用于本發明。在如圖1所示的a、和b處部分可以采用軟的外包裝包裹的磁流體，將軟包裝填入對應部位并緊固不僅可以與反應腔外壁緊密貼合，由于軟包裝的磁流體可以在壓力下自動實現變形，不需要特意設計內部形狀來匹配原有反應腔外部形貌，所以大幅減少了成本。軟包裝的磁流體可以與前述實施例1的反應腔側壁的屏蔽腔相結合使用，作為屏蔽區域的補充，緊貼屏蔽空腔102的邊緣，最終構成完成的磁力線旁路通道。本發明軟包裝可以是塑料或者橡膠等柔性材料，只要能容納磁流體均可以適用。磁流體不僅能實現磁場屏蔽，而且由于磁流體具有流動性所以還能利用磁流體作為反應腔上的散熱介質，通過一個驅動泵使得磁流體在空腔102內流動帶走等離子反應過程中產生的熱量。

如圖3所示為本發明第二實施例，如圖所示，本發明磁流體還可以通過驅動51裝置內部的管道流入移動環50內部形成的空腔52內。磁流體在空腔52內形成的磁場屏蔽環由于更接近等離子體所以屏蔽的效果更直接，更明顯。由于移動環接近等離子體所以吸收熱量更多，通過流動的磁流體更有利于帶走熱量，維持移動環在最佳溫度上。本發明可以同時在反應腔側壁和移動環中充入磁流體進一步改善磁屏蔽效果。

本發明磁流體也可以填充到基座22內底部，基座內由于大量存在垂直方向排布的各種管道用以射頻功率輸送、冷卻液輸送、冷卻氣體輸送、加熱器功率輸送以及驅動抬升管腳（liftpin）用的機械傳動機構等，所以很難設計金屬導磁部件適應這種復雜的空間結構。本發明采用液體的磁流體可以方便的實現，只要上述各種輸送用的線路和傳動機構都套設在管道中，在基座下方設置一個能夠實現液體密封的屏蔽板與上方的基座底部平面共同圍繞形成磁流體流動空間，這些磁流體就能自動填充滿這個空腔并包圍上述各種管道。

本發明應用在電感耦合等離子反應腔（icp）時，還可以將磁流體空腔設置到反應腔內的襯墊層上，襯墊層設置在反應腔內壁，圍繞內部的等離子反應空間，其原理與圖3所述的移動環類似，在此不再贅述。

傳統磁流體主要應用與真空處理器的運動部件密封，本發明通過將磁流體應用到等離子處理器實現對外磁場的屏蔽，由于磁流體具有流動性，所以只要在閉合的空腔內填充入磁流體，就能自動匹配反應腔各種形狀無需額外設計，而且流動的磁流體能夠帶走熱量，特別適用于靠近等離子體的部件如移動環和襯墊，同時實現外磁場屏蔽和帶走熱量兩個功能。為了使前述各個實施例中的空腔能夠實現熱量交換功能，還需要在反應腔體外設置一個磁流體交換裝置，磁流體交換裝置包括至少一個磁流體容納腔，一個驅動泵和至少一個散熱裝置用于實現磁流體和外部大氣之間的熱量交換。磁流體交換裝置使得用于磁屏蔽的空腔內的磁流體與磁流體交換裝置互相對流，高溫的磁流體液進入磁流體交換裝置通過散熱裝置將熱量帶走，隨后低溫的磁流體被送回所述各種空腔內。磁流體密度遠小于固體的金屬導磁板（鐵材料），所以還能夠有效降低重量。

雖然本發明披露如上，但本發明并非限定于此。任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。