CN100527294C - 电感耦合线圈及其电感耦合等离子体装置 - Google Patents
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Abstract
本发明所述的电感耦合线圈由两组渐开线线圈嵌套而成，渐开线线圈可以为一段渐开线。还可以由渐开线形状的内线圈与外线圈串联组成；且两组渐开线线圈形状相同，中心对称布置。完全对称的平面线圈结构的设计使得电磁场在反应腔室内部的分布很对称，从而改善了等离子体在反应腔室内部的分布均匀性，从而使得在晶片表面上各点的刻蚀速率更加相近。采用了这种结构的电感耦合等离子体装置减小了电感耦合线圈的电感，从而可以很容易的获得大面积的等离子体和改善大面积工艺中等离子体的均匀性。即使随着晶片尺寸的增大，该技术方案也能很好的控制从晶片中央到边缘的刻蚀速率和均匀性。从而使得在晶片表面上各点的刻蚀速率更加相近。提高刻蚀晶片的质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体晶片加工设备用配件，尤其涉及一种电感耦合线圈及其电感耦合等离子体装置。
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。等离子体装置广泛地应用于制造集成电路(IC)或MEMS器件的制造工艺中。其中电感耦合等离子体装置(ICP)被广泛应用于刻蚀等工艺中。在低压下，反应气体在射频功率的激发下，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，这些活性反应基团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。
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。一般由反应腔室4、静电卡盘6与电感耦合线圈3组成，静电卡盘6位于反应腔室4与匹配器8和射频源7连接，静电卡盘6上安装晶片5。电感耦合线圈3位于反应腔室4上方与匹配器2和射频源1连接。在半导体加工过程中，进入反应腔室4的工艺气体被上方的电感耦合线圈3电离形成等离子体，生成的等离子体刻蚀晶片5表面的材质。系统中分子泵抽出反应腔室4中的气体。在这一过程中，使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3，图2是目前半导体刻蚀设备中大多数采用的电感耦合线圈3结构，因电感耦合线圈3结构为平面螺旋结构。该电感耦合线圈3在反应腔室4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4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。可见，由平面电感耦合线圈3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外围密度低的区域。目前的晶片5的尺寸从100mm增加到300mm。反应腔室4的体积也相应的增大，依靠扩散使等离子体密度达到均匀已经非常的困难了，因此目前大多数的刻蚀设备都存在着刻蚀速率不均匀的问题，这对半导体制造工艺造成了很大的不利影响。
为了在被刻蚀物质表面上得到比较均匀的刻蚀速率，就需要在反应腔室4内部晶片5上方获得比较均匀的等离子体密度分布。这就需要发明一种电感耦合线圈3来解决上述问题，使晶片5上方获得较为均匀的等离子体分布，提高刻蚀的质量。
发明内容
鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种电感耦合线圈及其电感耦合等离子体装置，可以使工艺气体在反应腔室的晶片上方分布均匀，使晶片表面发生的化学反应速度差异较小，刻蚀速率均匀，提高刻蚀晶片的质量。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种电感耦合线圈，由两组渐开线线圈嵌套而成，渐开线线圈的两对端点分别为输入端或输出端。
所述的渐开线线圈为一段渐开线。
所述的渐开线线圈由内线圈与外线圈组成；内线圈与外线圈为渐开线形状；内线圈与外线圈通过连接线圈串联。
所述的渐开线线圈至少为一匝。
所述的内线圈与外线圈至少为一匝。
所述的两组渐开线线圈形状相同，中心对称布置。
所述的渐开线线圈可为两匝半。
所述的内线圈与外线圈可为一匝半。
所述的两组渐开线线圈的内圈两端点为输入端，外圈两端点为输出端。
所述的两组渐开线线圈的内圈两端点为输出端，外圈两端点为输入端。
一种使用上述电感耦合线圈的电感耦合等离子体装置，包括反应腔室、静电卡盘、电感耦合线圈与电源部份组成；电源部份由匹配器和射频源组成；静电卡盘与电感耦合线圈分别依次连接匹配器和射频源。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，所述的电感耦合线圈由两组渐开线线圈嵌套而成，渐开线线圈可以为一段渐开线。还可以由渐开线形状的内线圈与外线圈串联组成；且两组渐开线线圈形状相同，中心对称布置。完全对称的平面线圈结构的设计使得电磁场在反应腔室内部的分布很对称，从而改善了等离子体在反应腔室内部的分布均匀性，从而使得在晶片表面上各点的刻蚀速率更加相近。采用了这种结构的电感耦合等离子体装置减小了电感耦合线圈的电感，从而可以很容易的获得大面积的等离子体和改善大面积工艺中等离子体的均匀性。即使随着晶片尺寸的增大，该技术方案也能很好的控制从晶片中央到边缘的刻蚀速率和均匀性。从而使得在晶片表面上各点的刻蚀速率更加相近。提高刻蚀晶片的质量。
附图说明
图1为现有技术的电感耦合等离子体装置结构示意图；
图2为现有技术的电感耦合线圈结构示意图；
图3为本发明所述的电感耦合线圈的结构示意图一；
图4为本发明所述的电感耦合线圈的结构示意图二；
图5为本发明所述的电感耦合线圈的结构示意图三。
具体实施方式
本发明所述的电感耦合线圈，由两组渐开线线圈嵌套而成，渐开线线圈可以为一段渐开线。还可以由内线圈7与外线圈8组成；内线圈7与外线圈8为渐开线形状；内线圈7与外线圈8通过连接线圈9串联。所述的渐开线线圈或内线圈7与外线圈8至少为一匝。而且，所述的两组渐开线线圈形状相同，中心对称布置。
本发明共有以下几种具体实施例：
实施例1：
对于300mm的晶片5，采用如图3所示的电感耦合线圈，电感耦合线圈的一组渐开线线圈由内线圈7与外线圈8组成，内线圈7为一匝半渐开线形状的线圈，外线圈8为一匝半渐开线形状的线圈；内线圈7与外线圈8通过连接线圈9串联成一组渐开线线圈。两组渐开线线圈嵌套组成电感耦合线圈。两组渐开线线圈的内圈两端点为输出端11，外圈两端点为输入端10。当然，根据实际应用中的不同要求，内线圈7与外线圈8也可以采用一匝半以下或以上的渐开线形状的线圈。
实施例2：
如图4所示，电感耦合线圈的一组渐开线线圈由内线圈7与外线圈8组成，内线圈7为两匝渐开线形状的线圈，外线圈8为两匝渐开线形状的线圈；内线圈7与外线圈8通过连接线圈9串联成一组渐开线线圈。两组渐开线线圈嵌套组成电感耦合线圈。两组渐开线线圈的内圈两端点为输入端10，外圈两端点为输出端11。
实施例3：
对于200mm的晶片5，如图5所示的电感耦合线圈，电感耦合线圈的一组渐开线线圈为一段两匝半的渐开线形状线圈，两组渐开线线圈嵌套组成电感耦合线圈。两组渐开线线圈的内圈两端点为输出端11，外圈两端点为输入端10。当然，根据实际应用中的不同要求，渐开线线圈可以采用两匝半以下或以上的渐开线形状的线圈。
实施例4：
应用上述电感耦合线圈3的电感耦合等离子体装置，包括反应腔室4、静电卡盘6、电感耦合线圈3与电源部份组成；电源部份由匹配器2和射频源1组成；静电卡盘6与电感耦合线圈3分别依次连接匹配器2和射频源1。
这种结构的电感耦合等离子体装置，因采用了完全对称的平面线圈结构的设计使得电磁场在反应腔室4内部的分布很对称，从而改善了等离子体在反应腔室4内部的分布均匀性，从而使得在晶片5表面上各点的刻蚀速率更加相近。采用了这种结构的电感耦合等离子体装置减小了电感耦合线圈3的电感，从而可以很容易的获得大面积的等离子体和改善大面积工艺中等离子体的均匀性。即使随着晶片5尺寸的增大，该技术方案也能很好的控制从晶片5中央到边缘的刻蚀速率和均匀性。从而使得在晶片表面上各点的刻蚀速率更加相近。提高刻蚀晶片的质量。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (8)
1、一种电感耦合线圈，其特征在于，由两组渐开线线圈嵌套而成，渐开线线圈的两对端点分别为输入端或输出端；
所述两组渐开线线圈形状相同，中心对称布置，每组渐开线线圈分别由内线圈与外线圈组成，所述内线圈与外线圈分别为渐开线形状，所述内线圈的外端点与外线圈的内端点通过连接线圈串联。
2、根据权利要求1所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述的渐开线线圈至少为一匝。
3、根据权利要求1所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述的内线圈与外线圈至少为一匝。
4、根据权利要求1所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述的连接线圈与所述内线圈和外线圈共面，且沿所述内线圈和外线圈的径向布置。
5、根据权利要求2所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述的渐开线线圈为两匝半。
6、根据权利要求3所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述的内线圈与外线圈为一匝半。
7、根据权利要求1所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述的两组渐开线线圈的内圈两端点为输入端，外圈两端点为输出端；
或者，所述的两组渐开线线圈的内圈两端点为输出端，外圈两端点为输入端。
8、一种使用权利要求1至7任一项所述的电感耦合线圈的电感耦合等离子体装置，其特征在于，包括反应腔室、静电卡盘、电感耦合线圈、电源部份；所述电源部份由匹配器和射频源组成；所述静电卡盘与电感耦合线圈分别依次连接匹配器和射频源。
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