干法工艺用的大面积均匀可调永磁磁路结构制造技术

本发明专利技术涉及干法工艺用的大面积均匀可调永磁磁路结构。本发明专利技术提供一种磁控反应离刻蚀机上施加磁场的永磁磁路结构，该永磁磁路结构设于反应室内直接构成磁场，由一对包括许多永磁磁铁单元的极板，一个软铁回路以及角铁组成。通过调整可使硅片刻蚀区形成均匀的强度可调的磁场。本发明专利技术磁路结构简单，可降低设备制造成本，提高精度，提高设备可靠性和易操作性。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及处理半导体的设备领域，特别涉及干法工艺用的永磁磁路结构。当前，集成电路的发展对集成度提出了越来越高的要求。由于在工艺流程中要多次用到刻蚀技术，刻蚀的质量对器件性能、成品率都有很大影响，所以刻蚀技术的改进始终是工艺技术改进的核心问题之一。刻蚀的方式有两种干法刻蚀、湿法刻蚀。湿法刻蚀的特点是刻蚀完全靠化学反应在反应液中实现。由于有横向的钻蚀，所以当线宽进一步减小时(通常是＜3μm)，根据微细图形加工的需要，工艺上就必须采用干法刻蚀。其中反应离子刻蚀(RIE)是利用气体(一种或几种)在放电时形成的等离子体来进行刻蚀。干法刻蚀可以刻蚀各种半导体材料、介质膜、金属膜，可以获得大的高宽比，而且操作安全、成本低、对环境污染小。从刻蚀的质量、选择性、方向性上来说都要优于湿法刻蚀。另外，干法刻蚀易于生产过程自动化。由于干法刻蚀的优点，使得人们不断地进行广泛探索。其中，反应离子刻蚀(RIE)已成为主要的刻蚀手段。由于离化率低，RIE的刻蚀速率较低，一般的数据为刻SiO2∶300A°/min，刻Al、Si∶1000A°/min。为了更好地开发工艺，降低生产成本，又发展了磁控反应离子刻蚀(MRIE)等方法，使刻蚀速率有很大提高，并且自偏压有明显降低而减小了辐射损伤。低的离化率是普通双极放电系统造成的，离化率约为10-4，而磁控反应离子刻蚀(MRIE)可利用外加磁场限制电子的运动来提高离化率。这种限制是靠电子运动时所受的洛仑兹力的作用来实现的。另外，由于电子被约束，使得它与离子的迁移率差别减小，再加上电极电流增加，使得自偏压减小并可避免器件的辐射损伤。由于反应室的气压低，并不影响刻蚀的方向性。国外原有技术的主要不同点是施加磁场的方式不同，有很多种磁路结构被研究过，归纳起来可以分为三类①用扫描的方法②用电磁铁③永磁结构这些技术存在的问题如下方法①虽可在一定区域内形成均匀刻蚀，但是要在刻蚀机上另外加上一套机械传动扫描部分而且是在真空条件下工作加工复杂、易出问题。方法②采用这种方法一般是利用电磁线圈来产生所需磁场，耗电且均匀性不是太好。方法③一般采用的开路结构磁能耗散大，磁场弱且不均匀，而闭路的不作调整也不易均匀，强度不易调。在现有技术中尚未发现与本专利技术相似的以永磁结构施加磁场的MRIE，但与日本专利特开昭5849142，后来取得美国专利的美国专利号4526643相近，该专利介绍了一种利用等离子体进行刻蚀的磁控反应离子刻蚀机，该设备利用反应离子在反应室中刻蚀样品，并且在反应室内具有一个可嵌放样品的阴极以及与其相对的阳极、反应气体和抽气系统，在反应室外装有施加高频电压后便在两电极间形成等离子体的磁控装置，该磁控装置是由彼此相间排列在一个封闭带上的磁体以及使磁体沿着封闭带移动的装置组成的。该专利技术的核心在于许多磁极间隙沿着封闭环的方向移动，从而使样品表面上持续地保持均匀的高密度等离子区。用这种设备实现了快速刻蚀，而且均匀性好。但是这种设备存在着缺点，主要是它的结构复杂，从而使刻蚀装置加工困难。因为整个磁控装置处于反应室下面，为此要单独加工成一个腔体，从而使机器体积增大;为避免磁铁与阴极之间形成放电，此腔体还要被抽成高真空;又由于是利用扫描，所以还要有传动装置穿过腔体与外界相连，传动又在真空下操作，使机器的可靠性降低，加工变得复杂，设备维修也很不便。本专利技术的目的在于提供一种在反应离子刻蚀机上施加磁场以实现磁控反应离子刻蚀的永磁磁路结构，所说的磁路结构采用永磁材料直接构成磁场，使刻蚀机加工大为简化和小型化。本专利技术目的是这样达到的在电极两侧以多块永磁磁铁作相对的极板构成磁场，在各该极板内侧加上软铁板，并在两侧加上调整用的角铁，以非正八角形或弧形软铁使以上二极板构成回路，从而本专利技术目的应完全达到了。以下结合附图对本专利技术进行详细说明附附图说明图1是本专利技术磁路结构示意图;附图2-4是软铁回路框水平部分72分别为105、80、及60毫米时的磁场强度分布实测图;附图5是软铁回路水平部分72长为105毫米;单侧磁铁单元为54块并由角铁8调整后的磁场强度分布实测图;附图6是本专利技术磁控反应离子刻蚀曲线;附图7是一般反应离子刻蚀曲线。本专利技术磁路结构见附图1，其中，外部大圆表示圆柱反应室1，同心小圆表示阴极2，被刻蚀的硅片试样3放在阴极2上。根据电子在相互垂直的电场和磁场的共同作用下的受力情况，一般要求所产生磁场的磁力线要与阴极极板平面平行。在本专利技术中采用在电极旁两个相对平行的极板4来构成磁场，该极板由多数永磁磁铁单元5排列而成。为了提高磁性，选用钕铁硼永磁合金作为磁铁单元5。由于钕铁硼永磁合金不易作成大块，因此，以许多小块磁铁单元5排列起来作为极板磁铁，在永磁磁铁5的前方加上软铁板6，用来消除磁铁5之间的不均匀性，极板4或软铁板6的长度L比每排小块永磁磁铁稍长。为了减小磁能在空间的耗散，将整个结构作成回路7，该回路由不易饱和的高导磁材料例如电工纯铁做成，该回路由一对软铁回路纵长部分71，一对软铁回路水平部分72和二对软铁回路的斜角部分73组成，整个回路构成一个拉长的非正八角形。从图可见软铁回路纵长部分71呈梯形，其上底分别朝外，下底与永磁磁铁5相靠，两端分别与上下斜角部分73以斜边相接;软铁回路水平部分72呈长方形，其两端分别与左右斜角部分73相接;软铁回路斜角部分73呈平行四边形状，处于非正八角形的四角，其两端分别与该回路的纵长部分71和水平部分72相连，而2条软铁回路纵长部分71的内侧分别与极极4的成排永磁磁铁5相接，从而使磁场形成回路。关于软铁回路71、72、73的厚度应有一定要求，视具体情况而定，但以磁性不饱和为准，本设备所用厚度为15毫米。根据磁学理论可知，在结构中，当磁极板4的长度L与两磁极板4之间的距离W的比值β＝L/W越大，则在电极表面区域内产生的磁场越均匀。但是，随着集成电路的发展，样品尺寸越来越大，阴极也要加大，阴极与极板之间也要有一距离，所以W值也要增加，然而，L值不能很大，这是由反应室的尺寸所限制的，所以选取L值时，应根据W的变化范围尽量取大的L值，以实现大的β值并避免边缘效应。当反应垂直径为280毫米和阴极直径为60～110毫米时，L是140-165毫米，软铁回路水平部分72长60～110毫米;当阴极直径为80毫米时，L长最好为160毫米，软铁回路水平部分72最好为105毫米。根据磁力线总是走最短距离这个特性可知，在此结构中，如果产生磁场的不均匀性，多由组成回路的高导磁材料或电工纯铁软磁回路水平部分72和斜角部分73的形状与位置所引起的。该软铁回路水平部分72和斜角部分73处于磁极板4的两端，设计时应使该回路72和73尽量远离极板4的两端，以减小它们对极板间磁力线的影响，完成磁控反应离子刻蚀的功能。为此，72和73部分作成拱形，绕过极板4的两端使其离极板4越远越好，见附图1。本专利技术将72加工成长方形;将73加工成平行四边形，这是为容易加工而选定的，其中回路的斜角部分73只起传输作用，而回路的水平部分72可起调整作用，改变72的长度，也就改变两个极板4之间的距离，可改变磁场强度与磁场均匀性，72的长度范围可根据反应离子刻蚀机的电极和反应室尺寸加以确定，如上所述，如果加工条件允许的话，上部也可采用其它形状，本文档来自技高网...

【技术保护点】
大面积均匀可调永磁磁路结构，其特征在于：在反应室１内的阴极２两侧设有多块成排永磁磁铁单元５与在该成排永磁磁铁单元内侧所加软铁板６组成的极板４，在该极板４外侧设有由二个软件回路纵长部分７１、二个软铁回路水平部分７２以及四个软铁回路斜角部分７３组成非正八角形或上部呈圆弧形的软铁回路７，在两块对立的软铁板６二端内侧分别设有角铁或由软铁棒排成角状结构８，当反应室１的直径为２８０毫米时，阴极直径为６０～１１０毫米，极板４长度为１４０～１６５毫米，软铁回路水平部分７２的长度为６０～１１０毫米，体积为１０×１０×１０毫米的永磁磁铁单元５在每个极板４上为５４块。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.大面积均匀可调永磁磁路结构，其特征在于在反应室1内的阴极2两侧设有多块成排永磁磁铁单元5与在该成排永磁磁铁单元内侧所加软铁板6组成的极板4，在该极板4外侧设有由二个软铁回路纵长部分71、二个软铁回路水平部分72以及四个软铁回路斜角部分73组成非正八角形或上部呈圆弧形的软铁回路7，在两块对立的软铁板6二端内侧分别设有角铁或由软铁棒排成角状结构8，当反应室1的直径为280毫米时，阴极直径为60～110毫米，极板4长度为140～165毫米，...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗澎，金钟元，韩阶平，马俊如，
申请(专利权)人：中国科学院微电子中心，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]