一种等离子体刻蚀系统的磁场发生装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路设备技术领域，更具体地，涉及一种等离子体刻蚀系统的磁场发生装置。
【背景技术】
[0002]在集成电路制造工艺中，等离子体刻蚀工艺是一道非常重要的步骤。等离子体刻蚀又被称为干法刻蚀，其原理为在低压力下，利用射频电场将混合的反应气体离化成等离子体，在等离子体中形成活性自由基团和相应的正负离子，利用活性的自由基的化学反应和自由离子对硅片的轰击来移除硅片表面所淀积的材料。等离子体刻蚀因其各向异性的特性，因此具有方向性好、选择比高、工艺可控性强等优点，在工艺尺寸越来越小的今天，愈来愈发挥无可替代的作用。等离子体刻蚀设备从发明到现在，也经历了不断的演化和进步，从最初的桶式刻蚀机，到后来的反应离子刻蚀机(RIE)，高密度等离子体(HDP)，离子增强型刻蚀机(MERIE)等。
[0003]在等离子体增强刻蚀系统和反应离子刻蚀系统里，气体分子的离化率低，产生的等离子体密度较低。为了提高等离子体的密度，在反应腔四周安装电磁场是被广泛应用的增加离子浓度的重要手段。根据电磁理论，电子在磁场和电场的共同作用下将作圆柱状回旋运动而不是电场下的直线运动，因此，磁场的存在会增强离子密度，并使得等离子刻蚀技术可以在更低气压下得以运用(<10mT)。
[0004]图1显示了电子在磁场中运动的轨迹。显然，在磁场的作用下，电子的运动轨迹(如图示的螺旋状曲线所示)延长了，因而增加了和其他粒子碰撞的几率，最终将直接导致反应气体电离截面的增加，气体分子的离化率也增加了。由于离子密度的增加，撞击硅片(阴极)表面的离子能量也可以在不降低刻蚀速率的情况下被降低，从而提高刻蚀选择比。
[0005]同时，磁场的存在将导致离子与电子的偏转方向不同而分离，造成刻蚀的不均匀性及等离子体损伤的发生。对此，磁场的设计常为旋转磁场，如图2所示，图中的箭头代表磁场方向。通常应用时，在反应腔的不同方位上安装有若干个线圈，常见为四个，从而产生图示四个象限不同方向的磁场。使用时，在线圈中通入交变电流作为磁场激励源，其中每相邻两个线圈一组使用一个电流驱动器，当其中一组线圈使用高电流时，另一组线圈使用低电流，从而产生不同强度的磁场，形成旋转磁场的效果。
[0006]普通电磁线圈因其本身固有阻值以及线圈损耗因素，产生的磁场强度一段时间后较易发生偏移，导致磁场均匀性变差，从而影响工艺的均匀性。因此，工程师需要定期重新校正电流与磁场，使得得到的磁场强度为所需的数值。在有些工艺窗口较小的制程中，对磁场的均匀性要求很高，稍有偏移，工艺的均匀性就无法满足要求，因此校正磁场的频率就更尚O
[0007]在磁场校正时，通常是用一个外接的高斯计，将其探头放入敞开的反应腔内，在直接暴露的环境下通入电流产生磁场，根据高斯计实际读取的磁场强度计算与设定值之间的偏差，最后在设备上设定一定的补偿值，使得最终的输出值与设定值一致。这种校正方式的缺陷是显而易见的，首先，其校正方法十分繁琐；其次，由于受探头摆放方式和周围环境等的影响，数值的可靠性将大打折扣;第三，直接在开放的反应腔环境下通入电流产生磁场，通过外接测量设备的作业方式，对操作人员的健康也有一定的危害性。
[0008]如果磁场强度稳定且无需校正，同时又能利用更小的励磁功率产生同样的磁场强度，那么，无论对于工艺的稳定性还是设备维护人员的健康来说，都有很大的益处，本发明旨在提出一种新的等离子体刻蚀系统的磁场发生装置，以解决以上的问题。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种等离子体刻蚀系统的磁场发生装置，其磁场强度稳定且无需校正，同时又能利用更小的励磁功率产生同样的磁场强度。
[0010]为实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0011]—种等离子体刻蚀系统的磁场发生装置，包括超导线圈，所述超导线圈的两端并联设有交变电源和超导开关，形成超导控制回路，所述超导线圈至少为四个，分设于等离子体刻蚀系统的反应腔四周;其中，以每相邻两个超导线圈为一组构成两组励磁线圈组，通过交变电源向两组励磁线圈组周期性地分别通入大小变化的交变电流，产生不同强度的磁场，以在反应腔内形成旋转磁场;通过断开交变电源，并打开超导开关，使超导线圈回路中的电流得以维持以产生恒定的超导磁场。
[0012]优选地，每组励磁线圈组中的两个超导线圈并联设于同一个交变电源的两端。
[0013]优选地，所述交变电源与超导线圈之间设有可变电阻。
[0014]优选地，所述超导线圈通过低温冷却装置冷却以产生超导态。
[0015]优选地，每组励磁线圈组中的两个超导线圈共用同一个低温冷却装置。
[0016]优选地，所述低温冷却装置为一液氮系统。
[0017]优选地，所述超导开关从超导态转变到正常态的触发条件包括改变温度、电流或磁场。
[0018]优选地，各所述超导线圈在反应腔的四周对称设置。
[0019]优选地，所述交变电流的波形为方波或正弦波。
[0020]优选地，所述交变电流的大小变化比值为4:1。
[0021]从上述技术方案可以看出，本发明通过利用超导材料在超导态下零电阻的特性制成的超导线圈，可以产生强磁场并且几乎零损耗，和传统线圈相比，重量更轻，体积更小，设备更简单，能耗更低，稳定性好，工艺均匀性更高，可以产生高梯度场，且无需定期校准，有利于设备维护;具有超导开关的回路，在电源断开后，仍能保证电流继续在回路里存在，且电流强度不会发生衰减;利用可变电阻使得电流强度可以调节，以达到所期望的电流值，从而在超导线圈内产生符合设定的磁场强度。
【附图说明】
[0022]图1是电子在磁场中的运动轨迹不意图；图中B代表磁场，E代表电场，e代表电子，PIasma代表反应腔中等离子体形成区域，Sheath Cathode代表反应腔中阴极区域；
[0023]图2是旋转磁场的形成示意图；
[0024]图3是本发明一较佳实施例的一种等离子体刻蚀系统的磁场发生装置中超导控制回路的结构示意图；
[0025]图4是本发明一较佳实施例的一种等离子体刻蚀系统的磁场发生装置在反应腔的设置结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0027]需要说明的是，在下述的【具体实施方式】中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
[0028]在以下本发明的【具体实施方式】中，请参阅图3，图3是本发明一较佳实施例的一种等离子体刻蚀系统的磁场发生装置中电源控制回路的结构示意图。如图3所示，本发明的一种等离子体刻蚀系统的磁场发生装置，包括超导线圈4，所述超导线圈4的两端并联设有交变电源I和超导开关3，从而形成了一个超导控制回路。
[0029]超导材料目前已经广泛应用于各个领域，利用超导材料在超导态下零电阻的特性制成的超导线圈，可以产生强磁场并且几乎零损耗。和传统线圈相比，其重量更轻，体积更小，设备更简单，能耗更低，稳定性好，均匀度高，也可以产生高梯度场。
[0030]请参阅图3。在上述超导控制回路中，利用超导线圈4具有的超导态特性，通过电源I产生电流，并与超导线圈4形成回路，即可产生磁场。在达到期望的磁场强度后，打开