消磁装置及半导体加工设备的制作方法

本发明涉及半导体加工技术领域，具体地，涉及一种消磁装置及半导体加工设备。

背景技术：

感应耦合等离子的刻蚀过程包括物理反应和化学反应，其基本原理是在低真空状态下，在反应腔室内通入一定比例的混合气体，然后开启射频电源，以使其产生的射频脉冲输出到上电极线圈，这些气体经过感性耦合后产生高密度的等离子体；并且，向下电极施加偏压，以吸引等离子体中的带电粒子对基片进行物理轰击，在物理轰击的同时，腐蚀气体会与基片发生化学反应，生成挥发性物质，并通过真空系统抽走。

在工艺过程中，机台所处环境的磁场变化会对等离子体的运动产生很大的影响。随着芯片制程的进一步缩小，对基片的刻蚀均匀性的要求也越来越高，这就需要消除机台所处环境的磁场影响，以提高刻蚀机的刻蚀均匀性。

目前常用的一种磁场屏蔽方法是利用导磁材料制作成磁屏蔽罩，该磁屏蔽罩上感应生成的涡流所产生的反磁场可以起到排斥原磁场的作用。但是，当场强增大到一定值时，导磁材料会出现磁饱和，导致磁屏蔽效能大为降低。而且，在制作磁屏蔽罩时进行的折弯、敲击、钻孔及焊接等机加工工序，均会导致磁屏蔽效能降低，无法满足磁屏蔽要求。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种消磁装置及半导体加工设备，其可以通过感知反应腔室周围环境的环境磁场，提供一个与之大小相同，且方向相反的补偿磁场，从而可以抵消环境磁场，改善磁场屏蔽效果，进而改善环境磁场对工艺均匀性带来的影响。

为实现上述目的，本发明提供了一种消磁装置，所述消磁装置用于消除半导体加工设备的反应腔室周围的环境磁场，且包括：

电磁主体，围绕在所述反应腔室周围，用于产生补偿磁场；

磁场传感器，设置在所述电磁主体与所述反应腔室之间，用于检测所述环境磁场的实时数据；以及

控制模块，用于接收所述磁场传感器发送的所述实时数据，并根据所述实时数据调节所述补偿磁场的大小和方向，以使所述补偿磁场与所述环境磁场的大小相同，且方向相反。

可选的，所述电磁主体包括线圈结构，所述线圈结构与所述控制模块连接；

所述控制模块，具体用于根据所述实时数据调节所述线圈结构中的电流大小和方向。

可选的，所述线圈结构为全方位包围所述反应腔室的罩体，且所述罩体的形状与所述反应腔室的轮廓形状相适配。

可选的，所述实时数据包括所述环境磁场在不同方向上的多个分磁场的大小和方向；

所述线圈结构包括多个线圈组，所述线圈组的数量与所述分磁场的数量相同，且一一对应设置，并且各个所述线圈组用于产生子补偿磁场；

所述控制模块，具体用于根据各个所述分磁场的大小和方向，对应地控制各个所述线圈组中的电流大小和方向，以使各个所述子补偿磁场与对应的所述分磁场的大小相同，且方向相反。

可选的，所述实时数据包括所述环境磁场在第一方向、第二方向和第三方向上的三个所述分磁场的大小和方向，其中，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向中的任意两个方向均互相垂直。

可选的，所述线圈组为三个，三个所述线圈组共同构成形状为六面体的罩体，其中，每个所述线圈组均构成所述六面体的相对的两个侧面，两个所述侧面与所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向中的一个方向相互垂直。

可选的，每个所述线圈组均包括两个环形线圈，两个所述环形线圈分别构成相对的两个侧面的边框。

可选的，所述控制模块包括控制单元和执行单元，其中，

所述控制单元，用于接收所述磁场传感器发送的所述实时数据，并根据所述实时数据计算所述线圈结构中的电流大小的第一调整量和方向的第二调整量，且发送至所述执行单元；

所述执行单元，用于根据所述第一调整量和所述第二调整量对应调节向所述线圈结构输出的电流大小和方向。

可选的，所述消磁装置还包括信号放大单元，所述信号放大单元分别与所述磁场传感器和所述控制模块连接，用于放大所述磁场传感器发送的电信号，并将其发送至所述控制模块。

可选的，所述消磁装置还包括导磁屏蔽罩，所述导磁屏蔽罩围绕在所述反应腔室周围，且位于所述电磁主体的内侧，所述导磁屏蔽罩采用导磁材料制成，用于通过感应产生的反磁场对所述环境磁场起到屏蔽作用。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室，还包括本发明提供的上述消磁装置，所述消磁装置用于消除所述反应腔室周围的环境磁场。

本发明的有益效果：

本发明提供的消磁装置，其利用围绕在反应腔室周围的电磁主体产生补偿磁场，并利用磁场传感器检测环境磁场的实时数据，利用控制模块根据该实时数据调节电磁主体产生的上述补偿磁场的大小和方向，以使补偿磁场与环境磁场的大小相同，且方向相反。该补偿磁场可以抵消环境磁场，改善磁场屏蔽效果，从而可以改善环境磁场对工艺均匀性带来的影响。

本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的上述反应腔室，可以通过感知反应腔室周围环境的环境磁场，提供一个与之大小相同，且方向相反的补偿磁场，从而可以抵消环境磁场，改善磁场屏蔽效果，进而改善环境磁场对工艺均匀性带来的影响。

附图说明

图1为本发明实施例提供的消磁装置的原理图；

图2为本发明实施例采用的消磁装置的结构图；

图3为本发明实施例采用的消磁装置的电磁主体的结构图；

图4为本发明实施例采用的线圈组中的其中一个线圈产生的磁场分布图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的消磁装置及半导体加工设备进行详细描述。

请一并参阅图2和图3，本发明实施例提供的消磁装置，其用于消除半导体加工设备的反应腔室4周围的环境磁场，该反应腔室4例如为电感耦合等离子体刻蚀腔室。所谓环境磁场，是指在反应腔室4周围存在的扰动磁场，在进行例如刻蚀等的工艺的过程中，该扰动磁场的变化会引起等离子体中带电粒子的运动轨迹发生变化，从而影响工艺均匀性。

消磁装置包括电磁主体1、磁场传感器2和控制模块3，其中，电磁主体1围绕在反应腔室4周围，用于产生补偿磁场。磁场传感器2设置在电磁主体1与反应腔室4之间，用于检测环境磁场的实时数据，该实时数据包括环境磁场的大小和方向等参数。例如，图2示出了磁场传感器2设置在反应腔室4的顶壁与电磁主体1之间的间隔空间中，但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，磁场传感器2可以设置在反应腔室4与电磁主体1之间的间隔空间中的任意位置处，只要能够检测获得上述实时数据即可。而且，可以根据具体需要设定磁场传感器2的数量和布局方式。

控制模块3用于接收磁场传感器2发送的上述实时数据，并根据该实时数据调节补偿磁场的大小和方向，以使该补偿磁场与环境磁场的大小相同，且方向相反。该补偿磁场可以抵消环境磁场，从而可以改善磁场屏蔽效果，进而可以改善环境磁场对工艺均匀性带来的影响。

可选的，如图2所示，消磁装置还包括信号放大单元5，该信号放大单元5分别与磁场传感器2和控制模块3连接，用于放大磁场传感器2发送的电信号，并将其发送至控制模块3。该信号放大单元5例如为功放器。借助信号放大单元5，可以保证控制模块3能够良好的接收到磁场传感器2发送的电信号。

请参阅图3，在本实施例中，电磁主体1包括线圈结构，该线圈结构与控制模块3连接；控制模块3具体用于根据上述实时数据调节线圈结构中的电流大小和方向，从而实现对线圈结构产生的补偿磁场的大小和方向的调节。当然，在实际应用中，电磁主体1并不局限于采用上述线圈结构，还可以由其他任意结构的电磁体构成。

而且，如图2所示，上述线圈结构为全方位包围反应腔室4的罩体，且该罩体的形状与反应腔室4的轮廓形状相适配，这样，可以对反应腔室4的四周及顶部和底部的环境磁场均能够起到屏蔽作用，从而可以进一步提高电场屏蔽效果。具体地，反应腔室4和罩体均为六面体，且反应腔室4位于罩体所限定的内部空间中。当然，在实际应用中，反应腔室的轮廓形状不同，罩体的形状也相应的改变，例如，对于呈圆柱体的反应腔室，罩体的形状也为圆柱体。

在本实施例中，为了能够对环境磁场在不同方向上的分磁场分别进行抵消，以提高电磁屏蔽的均匀性，可选的，上述磁场传感器用于对环境磁场在不同方向上的多个分磁场进行检测，上述磁场传感器检测的实时数据包括环境磁场在不同方向上的多个分磁场的大小和方向。在这种情况下，线圈结构包括多个线圈组，线圈组的数量与分磁场的数量相同，且一一对应设置，并且各个线圈组用于产生子补偿磁场；控制模块3具体用于根据各个分磁场的大小和方向，对应地控制各个线圈组中的电流大小和方向，以使各个子补偿磁场与对应的分磁场的大小相同，且方向相反。各个子补偿磁场可以一一对应地抵消各个分磁场，从而实现在不同方向上均能够对环境磁场起到屏蔽效果，进而可以提高电磁屏蔽的均匀性。

例如，如图2所示，上述磁场传感器2用于对环境磁场在三个方向上的分磁场进行检测，具体地，上述磁场传感器2检测的实时数据包括环境磁场在第一方向x、第二方向y和第三方向z上的三个分磁场的大小和方向，其中，第一方向x、第二方向y和第三方向z中的任意两个方向均相互垂直，具体来说，第一方向x和第二方向y相互垂直，且均与反应腔室4的径向截面(即，与图2的水平面相互平行)相互平行；第三方向z与反应腔室4的轴向截面(即，与图2的竖直面相互平行)相互平行。

与上述三个方向上的三个分磁场相对应的，如图3所示，线圈组为三个，三个线圈组共同构成形状为六面体的罩体，其中，每个线圈组均构成六面体的相对的两个侧面，两个侧面与第一方向x、第二方向y和第三方向z中的一个方向相互垂直。具体来说，在三个线圈组中，第一个线圈组包括两个环形线圈(11a,11b)，两个环形线圈(11a,11b)分别构成六面体相对的两个侧面(即，与x方向相互垂直的两个侧面)的边框。所谓侧面的边框，是指线圈缠绕成四边形边框，该四边形边框构成六面体的其中一面的四个边。如图4所示，假设环境磁场的其中一个分磁场的方向与纸面相互垂直，且朝向远离纸面的方向，而与该分磁场对应的线圈中的电流方向如图4中的箭头方向所示，该线圈产生的子补偿磁场可以抵消对应的分磁场。

可选的，每个环形线圈可以由耐高温的导线缠绕而成。

与上述第一个线圈相类似的，第二个线圈组同样包括两个环形线圈(12a,12b)，两个环形线圈(12a,12b)分别构成六面体相对的两个侧面(即，与y方向相互垂直的两个侧面)的边框；第三个线圈组包括两个环形线圈(13a,13b)，两个环形线圈(13a,13b)分别构成六面体相对的两个侧面(即，与第三方向z相互垂直的顶面和底面)的边框。

可选的，在实际应用中，可通过判断分磁场的大小是正值还是负值，来区分该分磁场的方向，例如，对于环境磁场在第一方向x上的分磁场，若分磁场的大小是正值，则表示其方向与第一方向x同向；反之，若分磁场的大小是负值，则表示其方向与第一方向x反向。由此，控制模块3可以据此对第一个线圈组中的两个环形线圈(11a,11b)中的电流的大小和方向分别进行控制。

在本实施例中，如图1和图2所示，控制模块3包括控制单元31和执行单元32，其中，控制单元31用于接收磁场传感器2发送的实时数据，并根据该实时数据计算线圈结构中的电流大小的第一调整量和方向的第二调整量，且发送至执行单元32；执行单元32用于根据该第一调整量和第二调整量对应调节向线圈结构输出的电流大小和方向。例如，对于图3和图4所示的线圈结构，执行单元32的数量与每一个线圈组中的环形线圈数量相同，且各环形线圈的两端分别与对应的执行单元32的正负极电连接。控制单元31例如为计算机等的处理器。

可选的，消磁装置还包括导磁屏蔽罩(图中未示出)，该导磁屏蔽罩围绕在反应腔室4周围，且位于电磁主体1的内侧，并且导磁屏蔽罩采用导磁材料制成，用于通过感应产生的反磁场对环境磁场起到屏蔽作用。通过结合使用磁场屏蔽罩和消磁装置，可以进一步改善磁场屏蔽效果，从而可以改善环境磁场对工艺均匀性带来的影响。

综上所述，本发明实施例提供的消磁装置，其利用围绕在反应腔室周围的电磁主体产生补偿磁场，并利用磁场传感器检测环境磁场的实时数据，利用控制单元根据该实时数据调节电磁主体产生的上述补偿磁场的大小和方向，以使补偿磁场与环境磁场的大小相同，且方向相反。该补偿磁场可以抵消环境磁场，改善磁场屏蔽效果，从而可以改善环境磁场对工艺均匀性带来的影响。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体加工设备，该半导体加工设备包括反应腔室和消磁装置，该消磁装置采用本发明实施例提供的上述消磁装置，用于消除反应腔室周围的环境磁场。

本发明实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明实施例提供的上述反应腔室，可以通过感知反应腔室周围环境的环境磁场，提供一个与之大小相同，且方向相反的补偿磁场，从而可以抵消环境磁场，改善磁场屏蔽效果，进而改善环境磁场对工艺均匀性带来的影响。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。