CN100429740C - 一种可调整局部耦合强度的icp线圈 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电感耦合等离子体装置线圈。本发明公开的一种可调整局部耦合强度的ICP线圈，包括线圈基体，其中，线圈基体上串连若干个螺旋线圈。本发明能够任意调整线圈与等离子体局部的耦合强度，使晶片加工反应腔室中等离子体均匀分布，从而改变局部的刻蚀速率，改善晶片刻蚀均匀性。

Description

一种可调整局部耦合强度的ICP线圈
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，具体涉及电感耦合等离子体装置(ICP)线圈。
背景技术
目前，随着电子技术的高速发展，人们对集成电路的集成度要求越来越高，这就要求生产集成电路的企业不断地提高半导体晶片的加工能力。其中电感耦合等离子体装置(ICP)被广泛应用于制造集成电路(IC)和MEMS器件的晶片刻蚀工艺中。其工作原理为：在低压环境中，反应气体在射频功率激发下，产生电离形成等离子体，等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，这些活性反应基因和被刻蚀物质表面发生各种物理和化学反应并形成挥发性的生成物，从而使材料表面性能发生变化，完成工艺要求。
图1所示的电感耦合等离子体装置是目前半导体刻蚀设备中大多数采用的结构。其加工过程为：工艺气体从石英盖1中央的进气口2进入反应腔室3，被上方的电感耦合线圈4电离形成等离子体，通过生成的等离子体刻蚀晶片5表面的材质，同时分子泵从出气口6抽出反应腔室3中产生的废气。在这一过程中，气体产生电离形成等离子体的射频功率来自于电感耦合线圈4，目前半导体刻蚀设备中大多数采用的电感耦合线圈4的结构为平面螺旋结构。该电感耦合线圈4在反应腔室3中央部分所激发的电磁场较强，而边缘部份所激发的电磁场较弱，因此反应腔室3中央部分的等离子体密度较高，边缘部份的等离子体密度较低。特别是晶片5的加工尺寸从100mm增加到300mm，反应腔室3的体积也相应增大后，由平面电感耦合线圈4激发的等离子体密度存在很大的方位角的不对称性，只能依靠扩散来弥补密度低的区域。这样的结果，导致晶片刻蚀速率不均匀，半导体加工质量不稳定，影响产品使用效果。
(一)美国专利(U.S 4948458)提供了一种ICP装置的典型，但其所激发的等离子体非常不均匀，因为其线圈结构如图2所示为平面螺旋结构。
由于该线圈在反应室中央部分所激发的电磁场较强，因此在中央所产生的等离子体密度较高，只能依靠扩散来弥补外围密度低的区域，这就造成了对于气体压力的依赖性很大，只是在1-10mTorr(托)应用才能有最好的性能。这使得工艺的可调窗口非常小，对半导体制造工艺造成了很大的局限性。另外，由于螺旋型线圈从根本上来说并非中心对称，所以可能会得到如图3所示的刻蚀结果，此结果无法用现有的技术加以克服。
(二)如图4所示，放置两个同心的线圈组，分别与匹配器相连接，其中通过的电流分别可调。这样可以调节反应室中央与四周的等离子体密度。这种现有技术的不足在于：1、此技术虽然在一定程度上增加了腔室中央与周围等离子密度的可调节裕度，但是需要使用两套电源和匹配器(或者两路输出的匹配器)，大大增加了整套设备的成本。2、对于非中心对称的刻蚀不均匀性，无法消除，见图3。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种晶片刻蚀均匀的可调整局部耦合强度的ICP线圈。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采取以下方案：
本发明一种可调整局部耦合强度的ICP线圈包括线圈基体，其中，线圈基体上串连若干个螺旋线圈，所述螺旋线圈在线圈基体的任意位置加入，所述螺旋线圈的螺旋方向与线圈基体的螺旋方向相同或相反。
其中，所述螺旋线圈为平面螺旋结构。
其中，所述螺旋线圈为竖立的螺线管。
(三)有益效果
本发明与已有技术相比，由于采取以上技术方案，因此，能够任意调整线圈与等离子体局部的耦合强度，使晶片加工反应腔室中等离子体均匀分布，从而改变局部的刻蚀速率，改善晶片刻蚀均匀性。
附图说明
图1是现有技术电感耦合等离子体装置结构示意图；
图2是现有技术平面螺旋结构线圈的示意图；
图3是现有技术晶片刻蚀结果平面图；
图4是现有技术两个同心的线圈组的结构示意图；
图5是本发明结构示意图。
图中：1、石英盖；2、进气口；3、反应腔室；4、电感耦合线圈；5、晶片；6、出气口；7、平面结构线圈；8、同心线圈组一；9、同心线圈组二；1’、2’、射频输入端；A、射频输入端；B、射频输入端；3’、竖立放置的螺线管；4’、平面螺旋线圈；5’、线圈基体。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图5所示，本发明实施时，在线圈基体5’上串连两个螺旋线圈3’、4’，其中，螺旋线圈3’、4’的螺旋方向能够与线圈基体5的螺旋方向相同或相反。与线圈基体5的螺旋方向相同的螺旋线圈3’、4’能增强局部的耦合强度，与线圈基体5’的螺旋方向相反的螺旋线圈则减弱局部的耦合强度。根据实验结果，螺旋线圈3’、4’能够在线圈基体5’的任意位置加入；螺旋线圈的圈数能够是一匝或者多匝，其形状能够是平面的螺旋线圈3’也能够是竖立放置的螺线管4’。

Claims (3)

1、一种可调整局部耦合强度的ICP线圈，包括线圈基体，其特征在于：所述线圈基体上串连若干个螺旋线圈，所述螺旋线圈在线圈基体的任意位置加入，所述螺旋线圈的螺旋方向与线圈基体的螺旋方向相同或相反。
2、如权利要求1所述的一种可调整局部耦合强度的ICP线圈，其特征在于：所述螺旋线圈为平面螺旋线圈。
3、如权利要求1所述的一种可调整局部耦合强度的ICP线圈，其特征在于：所述螺旋线圈为螺线管状。
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