[发明专利]一种电感耦合等离子反应器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种电感耦合等离子反应器的铁芯结构。

背景技术

如图1a所示，传统电感耦合等离子处理装置包括一个反应腔100，反应腔内包括一个基座20，基座内包括下电极。基座上方包括静电夹盘，待处理的基片设置在静电夹盘上。一个具有较低频率(如2Mhz～400Khz)的偏置射频电源35通过一个匹配器连接到基座20内的下电极。基座外侧周围包括排气通道以维持等离子处理装置内的低气压。反应腔顶部还包括一个绝缘材料窗110，绝缘材料窗上方包括电感线圈140，电感线圈在绝缘材料窗上方至少环绕构成一匝线圈。其中电感线圈140通过一个匹配电路连接到一个射频电源，射频电源向电感线圈供电时电感线圈产生的射频电磁场穿过绝缘材料窗进入反应腔内的处理空间，解离进气装置通入反应腔的反应气体，形成等离子体，这些等离子体进一步对下方的基片进行等离子处理。射频电磁场除了向反应腔方向传播也会有很大部分能量向四周传播造成能量的浪费，同时也造成对其它部件的干扰。为了解决这一问题，如图1所示现有技术提出利用导磁的铁芯120设置于电感线圈周围，使得电感线圈产生的磁场沿着铁芯形成的低磁阻通路被引导入反应腔内部。如图1b所示由于待处理基片是圆形的，所以为了均一性的考虑反应腔顶部110也是圆形的，多个铁芯120放射状排布在绝缘材料窗110上方，其中铁芯B端位于反应腔顶部中心区域并包括一个铁芯分支朝向下方反应腔顶部；A端位于反应腔顶部外围区域包括一个铁芯分支朝向下方反应腔顶部。由于等离子产生的浓度受馈入的射频磁场强度之间影响，而A端与B端上通过的磁通相等，所以对应的B端产生第一等离子Pcent与A端产生的等离子体Pout也基片相等。由于这些铁芯120是放射状排布的所以不同铁芯产生的第一等离子距离相近，经过扩散最后形成中心区域的高浓度等离子区域，相反外围区域由于各个A端相距较远所以最终只能得到低浓度的等离子区域。只要是这种呈放射状排布的铁芯就无法彻底解决上述等离子分布不均匀的问题。如图1c所示，电感线圈也可以是图1c中10那样直接缠绕在各个铁芯120上，铁芯120包括横向延伸部I和第一向下延伸部A和第二向下延伸部B。

所以电感耦合等离子处理器需要进一步改进一解决放射状排布的铁芯天然存在的等离子浓度分布不均匀的问题。

发明内容

本发明解决的问题是改善利用铁芯向等离子反应腔馈送射频电磁场的反应腔中等离子浓度的均一性。本发明提供一种电感耦合等离子反应器，包括：反应腔，位于反应腔顶部的绝缘材料窗，位于反应腔内下方用于固定基片的基座，绝缘材料窗上方包括一个铁芯组件，其特征在于：所述铁芯组件包括至少一个铁芯，所述铁芯包括：一个横向延伸部，所述横向延伸部包括第一端位于绝缘材料窗外围区域上方，第二端位于绝缘材料窗中心区域上方；所述第一端包括一个第一向下延伸部，第二端包括一个第三向下延伸部，第一和第三向下延伸部之间还包括第二向下延伸部，所述第二向下延伸部位于横向延伸部下方和绝缘材料窗中间区域上方；

所述横向延伸部包括：第一部分横向延伸部，位于所述第一和第二向下延伸部之间；第二部分横向延伸部，位于所述第二和第三向下延伸部之间；

一个电感线圈连接到一个射频电源，电感线圈产生的射频电磁场使得所述第一部分横向延伸部通过第一磁通；

所述第二部分横向延伸部和第三向下延伸部的磁阻小于第二向下延伸部的磁阻，使得通过第一、第二、第三向下延伸部的磁通量依次减少。最终使得通过第一、第二、第三向下延伸部的磁通与第一、第二、第三向下延伸部下方对应的等离子处理区域面积成正比。

其中调整第二和第三向下延伸部磁阻的手段可以选择：1.第二向下延伸部与第三向下延伸部的材料不同，其中第三向下延伸部所用材料的磁阻小于第二向下延伸部所用材料的磁阻；2.第二向下延伸部与所述横向延伸部之间包括一个气隙；3.第二向下延伸部通过一个第三部分横向延伸部与所述第一部分和第二部分横向延伸部交叉相连。

本发明所述铁芯组件结构可以是包括多个所述铁芯，每个铁芯呈放射状排布在绝缘材料窗中心区和外围区之间。铁芯结构也可以是整合成一体的一个铁芯，铁芯中的横向延伸部构成一个平板状环，所述第一、第二、第三向下延伸部构成圆通状环位于所述横向延伸部下方。