专利名称：使用等离子体处理基材的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及基材处理设备，更具体而言，涉及一种使用等离子体处 理基材的设备。
背景技术：
需要各种处理来制造半导体器件。在包括沉积处理、蚀刻处理和清 洁处理的众多处理中，从气体产生等离子体并将其供应到诸如晶片等半 导体基材上，以在晶片上沉积薄膜或从晶片上除去诸如氧化物或污染物
等薄膜。
目前，已经使用两种方法从等离子体处理设备提供磁场。 一种方法 是使用永磁体提供磁场，另一种方法是使用电磁体提供磁场。在使用永 磁体提供磁场的情况下，可以提供用于特定处理的最优化磁场，但是难 于改变磁场的形状或强度。在使用电磁体提供磁场的情况下，可以自由 控制磁场的形状或强度，但是由于磁体布局的限制而难于提供最优化的 磁场。美国专利No. 5,215,619公开了一种等离子体蚀刻设备，其中围绕 处理室布置有四个磁体。在使用具有这种结构的设备的情况下，增强等 离子体密度的均匀性受到限制，特别是在相应于相邻磁体之间区域的晶 片区处的蚀刻均匀性比其他区更低
发明内容
本发明的示例性实施例涉及等离子体处理设备。在示例性实施例中， 所述等离子体处理设备可以包括壳体，其中设置有用于容纳基材的空 间；气体供应件，用于将气体供应进所述壳体中；等离子体源，用于从 供应进所述壳体中的气体产生等离子体；以及磁场形成件，用于在所述 壳体内部产生等离子体的区域中提供磁场，其中所述磁场形成件包括 配置在所述壳体周围的第一磁体单元；以及配置在所述壳体周围并与所 述第一磁体单元分层隔开的第二磁体单元。
在另一个示例性实施例中，所述等离子体处理设备可以包括在其 中进行等离子体处理的壳体；置于所述壳体中的等离子体源，用于从供 应进所述壳体中的气体产生等离子体；以及配置成包围所述壳体的圆周 并分层隔开的至少两个磁体单元，其中每个所述磁体单元包括配置成呈 包围所述壳体侧部的形状的多个电磁体，以及其中在相邻层中设置的所 述电磁体相对于所述电磁体之间的面不对称地布置。
图1是基材处理设备的例子的俯视平面图。
图2是图1示出的等离子体处理设备的结构剖视图。
图3是图2示出的等离子体处理设备的立体图。
图4是图3示出的磁场形成件的立体图。
图5是图4的俯视平面图。
图6A 图7B示出磁场大小的均匀性和等离子体密度的均匀性之间 的关系。
图8A 图9C示出当使用常规的等离子体处理设备时和当使用图3 所示的等离子体处理设备时磁场大小和等离子体密度。
图10 图13示出本发明等离子体处理设备的各种变化例子。
具体实施例方式
下面参考显示本发明优选实施例的附图，将更完整地描述本发明。然而，可以以许多不同的形式体现本发明，并且不应当认为本发明限制 于在此描述的实施例。相反，提供这些实施例将使本发明内容清楚、完 整，并向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为清楚起 见，各元件或各部件的形状被放大显示。
在这一实施例中，以晶片作为等离子体处理目标进行示例性说明， 并且对使用电容耦合的等离子体作为等离子体源的等离子体处理设备进 行说明。然而，本发明的实施例不限于上述这些，等离子体处理目标可 以是诸如玻璃基材等另一种基材，并且等离子体源可以是电感耦合的等
离子体。
图1是本发明实施例的基材处理设备1的例子的俯视平面图。基材
处理设备1包括设备前端模块10和处理设备20。
设备前端模块10安装在处理设备20前部，用于在处理设备20和容 纳晶片W的容器16之间运送晶片W。设备前端模块10包括多个加载口 12和架体14。容器16通过诸如顶置式转移装置、顶置式传送器或自动 导引车等输送装置(图未示)置于加载口 12上。容器16可以是封闭的容器， 例如前开式晶片盒(FOUP)。架体机械手18安装在架体14内，用于在处 理设备20和置于加载口 12上的容器16之间运送晶片W。开门装置(图 未示)安装在架体14内部，用于自动打开和关闭容器16的门。风机过滤 器单元(图未示)可以设于架体14处。该风机过滤器单元将清洁空气供应 进架体14中，从架体14中的上部流到下部。
处理设备20包括加载互锁真空室(loadlock chamber) 22、转移室24
和处理室26。当从上侧观察时，转移室24呈多边形形状。加载互锁真空 室22或处理室26置于转移室24侧面。
加载互锁真空室22置于在转移室24的侧部中与设备前端模块10相 邻的那一侧部处，处理室26置于另一侧部。设置一个或至少两个加载互 锁真空室22。在示例性实施例中，设置两个加载互锁真空室22。将要置 于处理设备20中进行处理的晶片W可以包含在一个加载互锁真空室22 中，从处理设备20中取出的经处理的晶片W可以包含在另一个加载互 锁真空室22中。可选择的是，可以设置一个或至少两个加载互锁真空室 22，晶片可以在各加载互锁真空室22处装载或卸载。在加载互锁真空室22内部，晶片垂直隔开，相互面对。多个狭槽 22a可以设置在加载互锁真空室22中，用于支撑晶片边缘部分的一部分。
转移室24和处理室26的内部保持密封，加载互锁真空室22的内部 转换成真空和大气压。加载互锁真空室22防止外部污染物进入转移室24 和处理室26。门阀(图未示)安装在加载互锁真空室22和转移室24之间 以及安装在加载互锁真空室22和设备前端模块10之间。当在设备前端 模块10和加载互锁真空室22之间运送晶片W的情况下，安装在加载互 锁真空室22和转移室24之间的门阀关闭。当在加载互锁真空室22和转 移室24之间运送晶片W的情况下，安装在加载互锁真空室22和设备前 端模块IO之间的门阀关闭。
设置处理室26用于对晶片W进行预定处理。预定处理包括使用等 离子体的处理，例如灰化处理、沉积处理、蚀刻处理或清洁处理。在设 置多个处理室26的情况下，每个处理室26可以对晶片W进行相同处理。 任选地，在设置多个处理室26的情况下，它们可以对晶片W进行一系 列处理。下面，将使用等离子体进行处理的处理室26称作等离子体处理 设备。
图2是用于蚀刻晶片W的等离子体处理设备26的结构剖视图，图3 是图2的立体图。等离子体处理设备26包括壳体200、支撑件220、气 体供应件240、喷头260、等离子体源360和磁场形成件400。壳体200 呈圆柱形状，其中限定了进行处理的空间202。排放管292与壳体200 的底壁连接，用于排出处理过程中产生的副产物。泵294安装在排放管 292 i:，用于保持壳体200内部在处理压力下，阀292a安装在排放管292 上，用于打开或关闭排放管292内的内部通道。
支撑件220包括用于在处理过程中支撑晶片W的支撑板222。支撑 板222大致呈圆盘形状。借助于电动机226旋转的支撑轴224与支撑板 222的底面固定连接。晶片W可以在处理过程中旋转。支撑板222可以 利用静电力或机械夹持来固持晶片。设置气体供应件240用于将处理气体供应到壳体200中。气体供应 件240包括用于连接气体供应源244与壳体200的气体供应管242。阀 242a安装在气体供应管242上，用于打开和关闭内部通道。
设置喷头260用于将流进壳体200中的处理气体均匀分配到支撑件 220的上方区域。喷头260设置在壳体200上部，面对支撑板222。喷头 260包括环形侧壁262和圆形喷射板264。喷头260的侧壁262与壳体200 固定连接，从壳体200的上壁向下突出。多个喷射孔264a形成在喷射板 264的整个区域。处理气体在流进由壳体200和喷头260限定的空间266 中之后，通过喷射孔264a喷射到晶片W上。
设置升降销组件300用于将晶片W装载到支撑板222上，或从支撑 板222卸载晶片W。升降销组件300包括升降销322、基板324和驱动 器326。所设置的升降销322的数量是三个。这三个升降销322固定安装 在基板324上，随基板324 —起移动。基板324呈圆盘形状，位于支撑 板222下方的壳体200内部或壳体200外部。基板324借助于诸如液压 缸或电动机等驱动器326上下移动。当从上侧观察时，升降销322大致 上配置成相应于正三角形的顶点。在支撑板222中形成沿上下方向垂直 穿过的通孔。各升降销322分别插进各通孔中，经由通孔向下移动。每 个升降销322呈长棒形状，其上端呈向上凹陷的形状。
设置等离子体源360用于从供应到支撑板222上方区域的处理气体 产生等离子体。等离子体源360使用电容耦合的等离子体。等离子体源 360包括上电极362、下电极364和电源单元366。喷头260的喷射板264 由金属材料制成并用作上电极362。下电极364设置在支撑板222的内部 空间中。电源单元366将射频能(RF能)或微波能施加给上电极362或下 电极364。电源单元366可以向上电极362和下电极364供电。可选择的 是，可以向上电极362和下电极364之一供电，而另一电极可以接地。
磁场形成件400配置在壳体200周围，用于将磁场提供到产生等离 子体的区域。图4是磁场形成件400的立体图，图5是图4的俯视平面 图。在图5中，置于上方区域的第一磁体单元420由实线表示，置于下 方区域的第二磁体单元440由虚线表示。参照图4和图5，磁场形成件 400包括第一磁体单元420和第二磁体单元440。配置第一磁体单元420和第二磁体单元440，形成层。第一磁体单元420配置成包围壳体200 侧部的上方区域，第二磁体单元440配置成包围壳体200侧部的下方区 域。第一磁体单元420包括多个第一磁体422，第二磁体单元440包括多 个第二磁体442。
使用电磁体作为各个第一磁体422和各个第二磁体442，以控制磁 场的方向和大小。因此，每个第一磁体422和第二磁体442包括线圈。 在这一实施例中，所提供的第一磁体422的数量为8个，所提供的第二 磁体442的数量也为8个。磁体422和磁体442具有相同形状。每个磁 体422和磁体442大致呈矩形环形状，并竖立配置。磁体422和磁体442 面对壳体200的内侧面是平面的。
电源单元450与第一磁体422和第二磁体442中的各线圈连接。可 以假设，以图3示出的任一个第一磁体422为基础，将它们顺序称作1-1 磁体422a、 l-2磁体422b、 1-3磁体422c、 1-4磁体422d、 1-5磁体422e、 1-6磁体422f、 1-7磁体422g和1-8磁体422h。相对于在1-1磁体422a 和1-8磁体422h之间并且在1-4磁体422d和1-5磁体422e之间的连线 708，它们对称地配置成磁体组。沿相反方向将相同强度的电流供应到相 同磁体组的线圈中。施加到1-1至l-4磁体422a， 422b， 422c和422d上 的电流方向彼此相同，施加到1-5至l-8磁体422e， 422f， 422g和422h 上的电流方向彼此相同。电流强度可以设置成随着电流从1-1磁体422a 流向l-4磁体422d而逐渐下降。
如上所述，在施加电流的情况下，从1-1磁体422a向l-8磁体422h 形成非线性磁力线；从1-2磁体422b向1-7磁体422g形成非线性磁力线； 从1-3磁体422c向l-6磁体422f形成非线性磁力线；以及从l-4磁体422d 向1-5磁体422e形成非线性磁力线。第二磁体442的情况与第一磁体422 相同，不再详细说明。
围绕壳体200设置呈八面体形状的上框架462和下框架464。在上 框架462和下框架464的中心垂直形成通孔。下框架464设置在上框架 462下方。第一磁体422固定安装在上框架462的内侧面，第二磁体442 固定安装在下框架464的内侧面。第一磁体422配置成以固定间隔分开，第二磁体442也配置成以固定间隔分开。由于上述结构，当从上侧观察 时，每个第一磁体单元420和第二磁体单元440大致呈正八边形形状。
第一磁体单元420和第二磁体单元440相对于其间的水平面不对称 地设置。在一个实施例中，第二磁体单元440配置成从第一磁体单元420 和第二磁体单元440彼此垂直对齐的位置旋转预定角度的状态。预定角 度是除了呈多边形形状的第一磁体单元420内角倍数之外的角度。预定 角度可以是例如内角的一半。如上所述，在第一磁体单元420呈正八边 形形状的情况下，第二磁体单元440可以配置成从第一磁体单元420和 第二磁体单元440彼此对齐的位置旋转67.5。角的状态。因此，第二磁体 442没有与第一磁体422对齐，第二磁体442配置在两个第一磁体422 之间的垂直下部处。
控制器(图未示)控制施加到等离子体处理设备中第一磁体422和第 二磁体442的线圈上的电流的强度和方向。此外，控制器控制供应到等 离子体源360的电力的强度。此外，控制器控制在处理过程中上述设备 的-一般操作(例如，晶片W的输送或处理时间)。
图6A 图9C示出使用具有上面实施例中所述的相同结构的磁场形 成件400获得的优点。图6A 图7B示出在壳体200内部的晶片W上方 区域形成的磁场的均匀性对等离子体密度(即，蚀刻速率)的均匀性的影 响。如图6A和图6B所示，在沿晶片W的直径形成均匀大小磁场的情 况下，等离子体密度逐渐增大。然而，如图7A和图7B所示，在沿晶片 W的直径形成不同强度磁场的情况下，等离子体密度大致均匀。从图6A 图7B可见，基于晶片W各区域的磁场强度之差是用于均匀提供等离子 体密度的参数。
根据将晶片W直径的两端区域和晶片W的中心区域分别称作A区、 B区和C区的测试，当磁场大小沿A区、B区和C区逐渐下降时，在A 区的磁场大小与B区的磁场大小之比在1.4 1.7的范围内时的情况下，等 离子体密度均匀性优异。
图8A 图9C示出根据磁场形成件的结构在壳体200内部的磁场大小 和等离子体密度。当使用其中电磁体820按图8A所示而排列的磁场形成件800时，A区的磁场大小与B区的磁场大小之比为约2.0，等离子体密 度(蚀刻速率)的均匀性略低。尽管影响磁场的各参数有各种变化，但是难 于将比值和均匀性控制在上述范围内。然而，当使用如图9A所示的磁场 形成件400时，A区的磁场大小与B区的磁场大小之比为约1.6，如图 9C所示，等离子体密度(蚀刻速率)的均匀性明显改进。
在等离子体处理设备26中还可以设有旋转件500以旋转磁体单元 420和440。图10示出具有旋转件500的等离子体处理设备26a的例子。 壳体200和等离子体源360与上面实施例所述的相同，不再详细说明。 旋转盖600安装在壳体200的外侧，在旋转盖600中垂直形成有通孔。 因此，旋转盖600配置成包围壳体200。旋转盖600呈管状形状。第一磁 体单元420和第二磁体单元440固定安装在旋转盖600内侧。
旋转件500同时旋转第一磁体单元420和第二磁体单元440。在一 个实施例中，旋转件500包括第一滑轮502、第二滑轮504、传送带506 和电动机508。电动机508的旋转轴固定安装在第一滑轮502上，第二滑 轮504固定安装在旋转盖600的圆周上。传送带506配置成环绕第一滑 轮502和第二滑轮504。电动机508的旋转力通过第一滑轮502、传送带 506和第二滑轮504传递到旋转盖600。旋转件500用于在处理过程中改 进壳体200内部的等离子体密度的均匀性。如上面实施例所述，旋转件 500以包括传送带506、滑轮502和504以及电动机508的组件形式设置。 然而，旋转件500可以是具有各种结构的任一种组件。
图11示出具有旋转件500'的等离子体处理设备26b的另一例子。第 一旋转盖620和第二旋转盖640安装在壳体200的外侧，在第一旋转盖 620和第二旋转盖640中垂直形成有通孔。因此，第一旋转盖620和第二 旋转盖640配置成包围壳体200。第一旋转盖620和第二旋转盖640具有 相同形状。第二旋转盖640配置在第一旋转盖620下方。第一磁体单元 420固定安装在第一旋转盖620上，第二磁体单元440固定安装在第二旋 转盖640上。
旋转件500'包括第一旋转单元520和第二旋转单元540。第一旋转 单元520使第一旋转盖620绕其轴线旋转，第二旋转单元540使第二旋 转盖640绕其轴线旋转。第一旋转盖620和第二旋转盖640的旋转方向可以彼此相同，它们的旋转速度可以彼此不同。可选择的是，第一旋转
盖620和第二旋转盖640的旋转方向可以彼此不同。
在上面实施例中，旋转盖620和640配置成与框架462和464分离。 可选择的是，可以在不使用旋转盖620和640的情况下，利用旋转盖620 和640代替框架462和464。
常规设备使用各种参数来增强等离子体密度的均匀性。在各参数中， 与磁场形成相关的参数是电磁体的数量、施加到各电磁体上的电流强度 和所施加的电流的方向。然而，本实施例不仅使用这些公知的参数，而 且使用额外的参数，从而使等离子体密度更均匀。这些额外的参数是第 二磁体单元440相对于第一磁体单元420 (它们被配置成分层隔开)的未 对准度(旋转角)以及第一磁体单元420和第二磁体单元440之间的相对旋 转速度。
尽管在上面实施例中描述为"磁场形成件400包括分层隔开的两个 磁体单元420和440"，但是如图12所示，磁场形成件400可以包括至少 三个磁体单元。在这种情况下，如上面实施例所述，相邻磁体单元可以 配置成从它们的对齐位置旋转预定角度的状态。
尽管在上面实施例中描述为"磁场形成件400包括分层隔开的两个 磁体单元420和440"，但是如图12所示，磁场形成件400可以包括至少 三个磁体单元420， 440和460。在这种情况下，如上面实施例所述，相 邻磁体单元可以配置成从它们的对齐位置旋转预定角度的状态。
尽管在上面实施例中描述为"磁体单元420和440分别包括8个磁体 422和442"，但是各磁体单元420和440可以包括与上述数量不同数量 的磁体422和442。例如，如图13所示，磁体单元420和440可以分别 包括4个磁体422和442。
尽管在上面实施例中描述为"每个磁体是电磁体"，但是每个磁体可 以是永磁体。
尽管在上面实施例中描述为"当从上侧观察时，每个磁体单元420和 440配置成呈正多边形形状"，但是每个磁体单元420和440可以配置成 呈多边形或圆形形状。根据本发明，在壳体内部均匀提供等离子体密度，并且晶片整个区 域的蚀刻均匀性得以改进。
尽管已经结合附图中所示的本发明实施例描述了本发明，但是本发 明不限于此。显然，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本领域技 术人员可以做出各种替换、修改和变化。
权利要求
1.一种等离子体处理设备，其包括壳体，其中设置有用于容纳基材的空间；气体供应件，用于将气体供应进所述壳体中；等离子体源，用于从供应进所述壳体中的气体产生等离子体；以及磁场形成件，用于在所述壳体内部产生等离子体的区域中提供磁场，其中所述磁场形成件包括配置在所述壳体周围的第一磁体单元；以及配置在所述壳体周围并与所述第一磁体单元分层隔开的第二磁体单元。
2. 如权利要求1所述的等离子体处理设备，其中所述第一磁体单元 包括配置成包围所述壳体并彼此隔开的多个第一磁体，以及其中所述第二磁体单元包括配置成包围所述壳体并彼此隔开的多个第二磁体。
3. 如权利要求2所述的等离子体处理设备，其中每个所述第一磁体 和所述第二磁体是电磁体。
4. 如权利要求3所述的等离子体处理设备，其中所述第一磁体单元 和所述第二磁体单元相对于其间的水平面不对称地设置。
5. 如权利要求3所述的等离子体处理设备，其中所述第一磁体和所 述第二磁体配置成偏离它们的垂直对齐状态。
6. 如权利要求3所述的等离子体处理设备，其中所述第一磁体单元 配置在所述第二磁体单元上方，以及其中每个所述第二磁体配置在所述相邻第一磁体之间的部分的下方。
7.如权利要求6所述的等离子体处理设备，其中各个所述第一磁体 和各个所述第二磁体具有相同形状，所述第一磁体的数量等于所述第二 磁体的数量，以及其中每个所述第二磁体配置在所述相邻第一磁体之间的中间位置的垂直下方。
8.如权利要求7所述的等离子体处理设备，其中每个所述第一磁体 和所述第二磁体配置成呈矩形环形状。
9. 如权利要求S所述的等离子体处理设备，其中每个所述第一磁体和所述第二磁体具有面对所述壳体的平面。
10. 如权利要求7所述的等离子体处理设备，其中所述第一磁体的 数量是偶数，并且所述第二磁体的数量是偶数。
11. 如权利要求IO所述的等离子体处理设备，其中所述第一磁体的 数量至少为四个，并且所述第二磁体的数量至少为四个。
12. 如权利要求3所述的等离子体处理设备，其中所述第一磁体单 元配置成使得当从上侧观察时，所述第一磁体呈正多边形形状，并且所 述第二磁体单元配置成使得当从上侧观察时，所述第二磁体呈正多边形 形状，以及其中所述第二磁体单元配置成相对于所述第一磁体单元以除了所述 正多边形内角倍数之外的角度绕其轴线旋转。
13. 如权利要求3所述的等离子体处理设备，其中所述磁场形成件还包括第三磁体单元，所述第三磁体单元包括多个第三磁体，所述第三 磁体单元配置在所述壳体周围并与所述第一磁体单元和所述第二磁体单元分层隔开。
14. 如权利要求3所述的等离子体处理设备，还包括旋转件，用于使所述磁场形成件绕其轴线旋转。
15. 如权利要求3所述的等离子体处理设备，还包括-第一旋转单元，用于旋转所述第一磁体单元；以及第二旋转单元，用于独立于所述第一磁体单元旋转所述第二磁体单元。
16. —种等离子体处理设备，其包括在其中进行等离子体处理的壳体；置于所述壳体中的等离子体源，用于从供应进所述壳体中的气体产 生等离子体；以及配置成包围所述壳体的圆周并分层隔开的至少两个磁体单元， 其中每个所述磁体单元包括配置成呈包围所述壳体侧部的形状的多 个电磁体，以及其中在相邻层中设置的所述电磁体相对于所述电磁体之间的面不对 称地布置。
17. 如权利要求16所述的等离子体处理设备，其中在任一个所述磁 体单元中设置的磁体配置在上面的磁体单元的相邻磁体之间。
18. 如权利要求16所述的等离子体处理设备，其中当从上侧观察时， 每个所述磁体单元配置成呈多边形形状。
19. 如权利要求16所述的等离子体处理设备，其中当从上侧观察时， 每个所述磁体单元配置成呈正多边形形状，并且所述磁体单元之一配置 成相对于另一相邻磁体单元以不同于所述正多边形内角N倍的角度旋 转，N是整数。
20. 如权利要求19所述的等离子体处理设备，还包括 旋转件，用于旋转所述磁体单元。
21.如权利要求19所述的等离子体处理设备，还包括 旋转件，用于彼此独立地旋转所述磁体单元。
全文摘要
本发明涉及一种使用等离子体处理基材的设备。为改进等离子体的特性，设置用于提供磁场的磁体单元。在壳体侧部的上方区域设置第一磁体单元，在下方区域设置第二磁体单元。每个磁体单元包括配置成当从上侧观察时呈正多边形形状的多个电磁体。下面的磁体单元配置成绕其轴线从与上面的磁体单元对齐的位置以预定角度旋转。根据上述结构，壳体内部的等离子体均匀性得到改进，特别是可以防止相邻电磁体之间区域中的等离子体均匀性下降。
文档编号H05H1/46GK101304629SQ20071014341
公开日2008年11月12日 申请日期2007年7月31日 优先权日2007年5月10日
发明者申泰浩 申请人:细美事有限公司