CN107864545A - 电感耦合等离子体产生装置及等离子体加工设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电感耦合等离子体产生装置及等离子体加工设备，电感耦合等离子体产生装置包括感应线圈、线圈支架、第一导轨、第一电连接柱和驱动机构，感应线圈固定在线圈支架上；第一导轨与线圈支架的第一面相对且固定设置，线圈支架的第一面为线圈支架未固定感应线圈的一面，第一导轨由导电材料制成且与激励电源连接；第一电连接柱的第一端与感应线圈的第一端固定连接，第二端与第一导轨滑动连接；驱动机构与线圈支架连接，用于驱动线圈支架移动或自转，以带动感应线圈沿第一导轨进行相应的移动或自转，使感应线圈在腔室内的不同区域产生的磁场趋于均匀。可以提高诸如刻蚀等工艺的均匀性，且不会出现造成刻蚀侧壁发生刻蚀等的其他问题。

Description

电感耦合等离子体产生装置及等离子体加工设备
技术领域
本发明属于半导体设备技术领域，具体涉及一种电感耦合等离子体产生装置及等离子体加工设备。
背景技术
等离子产生装置广泛地应用于集成电路(IC)或MEMS器件的制造工艺中，包括电感耦合等离子体(ICP)产生装置。由于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，这些活性粒子和衬底相互作用使材料表面发生各种物理和化学反应,因此，使材料表面性能获得变化。
电感耦合等离子产生装置一般应用在等离子体设备中，例如，使用等离子体沉积设备将多层材料交替的沉积到衬底表面；并使用等离子体刻蚀设备刻蚀该多层材料。刻蚀均匀性对产品的良率有直接影响，因此，提高刻蚀均匀性至关重要。然而，目前的电感耦合等离子体产生装置的线圈设置在腔室顶壁的介质窗上，且并不是同心圆结构，一般为螺旋结构，因此，造成腔室内产生的等离子体分布不均匀，因而造成刻蚀均匀性较差。
为此，现有技术中采用的方式是：一般在刻蚀阶段和/或稳定阶段驱动晶圆水平旋转，而晶圆表面上有很多光阻形成的沟槽，这使得图形传递会产生一定角度的偏移，造成刻蚀侧壁发生刻蚀，如图1a和图1b所示，刻蚀侧壁与刻蚀底壁产生一定角度A，这是工艺上不允许的；而且，水平旋转的角度越大，该角度则越大；在使用硬掩膜(例如SiN)时，由于副产物相对较轻且易挥发，因此，到达沟槽侧壁的离子较多，从而造成该角度A越大。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种电感耦合等离子体产生装置及等离子体加工设备。
为解决上述问题之一，本发明提供了一种电感耦合等离子体产生装置，包括：感应线圈、线圈支架、第一导轨、第一电连接柱和驱动机构，其中，所述感应线圈固定在所述线圈支架上；所述第一导轨与所述线圈支架的第一面相对且固定设置，所述线圈支架的第一面为线圈支架未固定感应线圈的一面，所述第一导轨由导电材料制成且与激励电源连接；所述第一电连接柱的第一端与所述感应线圈的第一端固定连接，第二端与所述第一导轨滑动连接；所述驱动机构与所述线圈支架连接，用于驱动所述线圈支架移动或自转，以带动所述感应线圈沿所述第一导轨进行相应的移动或自转，使所述感应线圈在腔室内的不同区域产生的磁场趋于均匀。
优选地，还包括：第二导轨和第二电连接柱，其中，所述第二导轨与所述线圈支架第一面相对且固定设置；所述第二电连接柱的第一端与所述感应线圈的第二端连接，第二端与所述第二导轨滑动连接；第二导轨由导电材料制成。
优选地，所述第一导轨和所述第二导轨为同轴设置的环状结构。
优选地，所述感应线圈包括第一子线圈和第二子线圈；所述第一子线圈和所述第二子线圈的第一端均作为所述感应线圈的输入端；所述第一电连接柱的数量为两个，两个所述第一电连接柱的第一端分别与所述第一子线圈和所述第二子线圈的第一端固定连接，第二端分别与所述第一导轨滑动连接；所述第一子线圈和所述第二子线圈的第二端均作为所述感应线圈的输出端；所述第二电连接柱的数量为两个，两个所述第二电连接柱的第一端分别与所述第一子线圈和所述第二子线圈的第二端固定连接，第二端分别与所述第二导轨滑动连接。
优选地，所述第一子线圈和所述第二子线圈均为螺旋结构的平面线圈；所述第一子线圈和所述第二子线圈在同一平面上设置，且二者的每匝线圈自内端向外端间隔依次环绕；所述第一子线圈的内端作为第一端，外端作为第二端；所述第二子线圈的内端作为第一端，外端作为第二端。
优选地，所述第一子线圈的第一端和所述第二子线圈的第一端连线的中点位于所述第一导轨的轴线上；
所述第一子线圈的第二端和所述第二子线圈的第二端连线的中点位于所述第二导轨的轴线上；
所述第一电连接柱和所述第二电连接柱垂直设置在与之相连的所述第一导轨或所述第二导轨上。
优选地，所述第一电连接柱和/或所述第二电连接柱的第二端具有预设弹性变量。
优选地，在所述第一电连接柱与所述第一导轨相接触的表面设置有导电脂，和/或，在所述第二电连接柱与所述第二导轨相接触的表面设置有导电脂。
优选地，所述线圈支架的第一面设置有电磁隔离层。
优选地，还包括第三导轨，所述第三导轨与所述线圈支架的第二面相对且固定设置，所述线圈支架的第二面为固定所述感应线圈的一面；所述线圈支架与所述第一导轨滑动连接。
本发明还提供一种电感耦合等离子体产生装置，包括：感应线圈、线圈支架、第三导轨和驱动机构，其中，所述感应线圈固定在所述线圈支架上；所述第三导轨与所述线圈支架的第二面相对且固定设置，所述线圈支架的第二面为固定所述感应线圈的一面；所述线圈支架与所述第三导轨滑动连接；所述驱动机构与所述线圈支架连接，用于驱动所述线圈支架沿所述第三导轨移动或自转，从而带动所述感应线圈进行相应的移动或自转，使所述感应线圈在腔室内的不同区域产生的磁场趋于均匀。
优选地，所述第三导轨为环状结构。
本发明还提供一种等离子体加工设备，包括腔室和等离子体产生装置，所述等离子体产生装置用于激发腔室内的工艺气体形成等离子体；所述等离子体产生装置采用本发明上述提供的电感耦合等离子体产生装置。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的电感耦合等离子体产生装置，借助感应线圈沿第一导轨进行移动或者自转，使得腔室某一区域产生的磁场随着感应线圈的移动而变化，来减小不同区域的磁场强度差，也就能够改善腔室内磁场环境的均匀性，因而可以提高诸如刻蚀等工艺的均匀性，而且这与现有技术驱动晶圆水平旋转相比，不会出现造成刻蚀侧壁发生刻蚀等的其他问题；另外，由于借助第一电连接柱和第一导轨将感应线圈和激励电源电连接，且第一电连接的第二端与第一导轨滑动连接，因此，固定设置的第一导轨相当于与感应线圈的第一端相连的连接端，也即该连接端位置保持固定，从而在感应线圈进行移动或者自转的过程中可以避免出现与激励电源连接的连接线同时旋转而发生打结的问题。
本发明提供的等离子体加工设备，由于其采用本发明提供的电感耦合等离子体产生装置，因此，可以提高刻蚀等工艺的均匀性，且不会有其他影响。
附图说明
图1a现有的刻蚀侧壁发生刻蚀的一种状态示意图；
图1b为刻蚀侧壁发生刻蚀的一种状态示意图；
图2a为应用本发明实施例2提供的电感耦合等离子体发生装置的结构示意图；
图2b为图2a所示的电感耦合等离子体发生装置的俯视图；
图2c为图2a所示的电感耦合等离子体发生装置的线圈的结构示意图。
附图标记包括：
角度A；感应线圈4；线圈支架3；第一导轨62；腔室1；顶壁2；第一子线圈41；第二子线圈42；第一子线圈的第一端411；第二子线圈的第一端421；第一子线圈的第二端412；第二子线圈的第二端422；第二导轨52；第三导轨9；驱动机构10；进气装置7；承载台8；第一电连接柱61；第二电连接柱51。
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，下面结合附图来对本发明提供的电感耦合等离子体产生装置及等离子体加工设备进行详细描述。
实施例1
本发明实施例提供一种电感耦合等离子体产生装置，包括感应线圈、线圈支架、第一导轨、第一电连接柱和驱动机构。其中，感应线圈固定在线圈支架上；第一导轨与线圈支架的第一面相对且固定设置，线圈支架的第一面为线圈支架未固定感应线圈的一面，第一导轨由导电材料制成且与激励电源连接；第一电连接柱的第一端与感应线圈的第一端固定连接，第二端与第一导轨滑动连接。
驱动机构与线圈支架连接，用于驱动线圈支架移动或自转，以带动所述感应线圈沿所述第一导轨进行相应的移动或自转，使所述感应线圈在腔室内的不同区域产生的磁场趋于均匀。
可以理解，虽然感应线圈保持不动的情况下对腔室不同区域产生的磁场均匀性较差，但是，本发明中，借助驱动装置驱动线圈支架感应线圈进行移动或者自转，使得腔室某一区域产生的磁场随着感应线圈的移动而变化，来减小不同区域的磁场强度差，也就能够改善腔室内磁场环境的均匀性，因而可以提高诸如刻蚀等工艺的均匀性，而且这与现有技术驱动晶圆水平旋转相比，不会出现造成刻蚀侧壁发生刻蚀等的其他问题。
另外，由于借助第一电连接柱和第一导轨将感应线圈和激励电源电连接，且第一电连接的第二端与第一导轨滑动连接，因此，固定设置的第一导轨相当于与感应线圈的第一端相连的连接端，也即该连接端位置保持固定，从而在感应线圈进行移动或者自转的过程中可以避免出现与激励电源连接的连接线同时旋转而发生打结的问题。
实施例2
图2a为应用本发明实施例2提供的电感耦合等离子体发生装置的结构示意图；图2b为图2a所示的电感耦合等离子体发生装置的俯视图；请一并参阅图2a和图2b，本发明实施例2提供的电感耦合等离子体发生装置与上述实施例1提供的电感耦合等离子体发生装置相比，同样包括感应线圈4、线圈支架3、第一导轨62；第一电连接柱61和驱动机构10，由于其在上述实施例1中已有了详细地描述，在此不再赘述。
下面仅描述本实施例和实施例1的不同点。具体地，在本实施例中，还包括第二导轨52和第二电连接柱51。其中，第二导轨52与线圈支架3的第一面相对且固定设置；第二电连接柱51的第一端与感应线圈4的第二端连接，第二端与第二导轨52滑动连接；第二导轨52由导电材料制成。
在此说明的是，由于驱动机构10驱动线圈支架3自转，因此，第一导轨62和第二导轨52为同轴设置的环状结构，具体地，为圆环状结构。
具体地，如图2a和2c所示，所述感应线圈4包括第一子线圈41和第二子线圈42。第一子线圈41和第二子线圈42的第一端411和421均作为感应线圈4的输入端；第一电连接柱61的数量为两个，两个第一电连接柱61的第一端分别与第一子线圈41和第二子线圈42的第一端411和421固定连接，第二端分别与第一导轨62滑动连接。
第一子线圈41和第二子线圈42的第二端412和422均作为所述感应线圈4的输出端；第二电连接柱51的数量为两个，两个所述第二电连接柱51的第一端分别与所述第一子线圈41和所述第二子线圈42的第二端412和422固定连接，第二端分别与第二导轨52滑动连接。
如图2c所示，所述第一子线圈41和所述第二子线圈42均为螺旋结构的平面线圈；所述第一子线圈41和所述第二子线圈42在同一平面上设置，且自内端向外端二者的每匝线圈间隔依次缠绕，形成的结构类似于“一盘蚊香”，所谓内端是指位于螺旋结构内部的一端；所谓外端是指位于螺旋结构外部的一端；第一子线圈41的内端作为第一端411，外端作为第二端412；所述第二子线圈42的内端作为第一端421，外端作为第二端422。
可以理解的是，在线圈支架3自转时带动与输入端对应的两个电连接柱51沿第一导轨62以及与输出端对应的两个电连接柱沿第二导轨62上同步旋转，在旋转的过程中，第一子线圈41的第一端411和第二子线圈42的第一端421始终保持电连接以及第一子线圈41的第二端412和第二子线圈42的第二端422始终保持电连接，只要保证第一导轨62、第二导轨52与电源电路电连接即可实现电感耦合电路的连接。
另外，由于第一导轨52和第二导轨52均固定设置，因此，在线圈支架自转的过程中，感应线圈4的自转不会带动第一导轨62和第二导轨52与电源电路之间的连接线，因而可以避免在使感应线圈4旋转的过程中出现连接线同时旋转发生打结的问题。
优选地，第一子线圈41的第一端411和第二子线圈42的第一端21连线的中点位于第一导轨62的轴线上；第一子线圈41的第二端412和第二子线圈42的第二端422连线的中点位于第二导轨52的轴线上；第一电连接柱61和第二电连接柱51垂直设置在与之相连的第一导轨62或第二导轨52上，这样，使得电感耦合等离子体产生装置不仅结构简单便于实现，而且可靠性和稳定性较高。
另外，在本实施例中，具体地，所述电源为射频电源，电源电路包括与射频电源电连接的射频匹配器，射频匹配器的输出端与感应线圈4的输入端相连，射频匹配器的输入端和感应线圈4的输出端相连。更具体地，如图2a所示，通过射频匹配器的输出端与第一导轨52相连，实现与感应线圈4的输入端相连，通过射频匹配器的输入端和第二导轨62相连，实现与感应线圈4的输出端相连。在此情况下，在感应线圈4的旋转过程中，如下电源电路始终保持连通：射频电源、射频匹配器、第一导轨62、第一电连接柱61、感应线圈4、第二电连接柱51、第二导轨52、射频匹配器和射频电源。
另外，优选地，第二电连接柱51和/或第一电连接柱61的第二端在其连接方向上具有预设弹性变量，在此，连接方向为电连接柱的长度方向。具体地，在连接方向上具有预设弹性变量的实现方式很多，例如不仅可以设置为：采用导电材料制成且具有弹性结构的电连接柱，弹性结构可以但不限于弹簧结构；还可以设置为：采用具有一定弹性变量材料制成一个连接主体；在该主体的外表面上形成导电层。
可以理解，采用该具有预设弹性变量的第二电连接柱51(第一电连接柱61)，可以使第二电连接柱51(第一电连接柱61)处于压缩状态与第二导轨52(第一导轨62)连接，这样可以使二者紧密接触，从而保证导电效果。
进一步优选地，在所述第一电连接柱61与所述第一导轨62相接触的表面设置有导电脂，和/或，在第二电连接柱51与第二导轨52相接触的表面设置有导电脂，借助导电脂可以进一步地增加二者的导电效果。
另外，还优选地，线圈支架3的第一面上设置有电磁隔离层，这样可以避免其上方的结构(包括第二导轨52、第一导轨62)对腔室内的电磁环境产生不良影响。
优选地，驱动机构10用于驱动线圈支架3相对动支撑机构进行周期性移动或自转，这样可以带动感应线圈4进进一步提高腔室1内电磁环境的均匀性，从而可以进一步地提高诸如刻蚀等工艺的均匀性。
在本实施例中，还包括第三导轨9，第三导轨9与线圈支架3的第二面相对且固定设置，线圈支架3的第二面为固定感应线圈4的一面；线圈支架3与第三导轨9滑动连接；驱动机构10与线圈支架3连接，用于驱动线圈支架3沿第三导轨9移动或自转。
更具体地，在本实施例中，第三导轨9设置在腔室的顶壁上，且为环状结构。
实施例3
与本发明实施例2相类似，本发明实施例提供一种电感耦合等离子体产生装置，包括：感应线圈4、线圈支架3、第三导轨9和驱动机构10，其中，感应线圈4固定在线圈支架3上；第三导轨9与线圈支架3的第二面相对且固定设置，线圈支架3的第二面为固定感应线圈4的一面；线圈支架3与第三导轨9滑动连接；驱动机构10与线圈支架3连接，用于驱动线圈支架3沿第三导轨9移动或自转，从而带动感应线圈4进行相应的移动或自转，使感应线圈在腔室内的不同区域产生的磁场趋于均匀。
具体地，由于驱动线圈支架自转，因此，第三导轨9为环状结构，具体地为圆环状结构。
实施例4
本发明实施例还提供一种等离子体加工设备，如图2a所示，包括腔室1和等离子体产生装置，等离子体产生装置用于激发腔室内的工艺气体形成等离子体，所述等离子体产生装置采用本发明上述实施例提供的电感耦合等离子体产生装置；所
具体地，等离子体加工设备包括但不限于：等离子体刻蚀设备和等离子体沉积设备。
还具体地，腔室1的顶壁2上还设置有进气装置7，对应腔室的中心区域，用于向腔室1内输送工艺气体，工艺气体在感应线圈4产生的电磁环境上激发形成等离子体，等离子体与腔室内承载台8上承载的衬底发生物理和/或化学反应进行工艺。
本发明提供的等离子体加工设备，由于其采用本发明提供的电感耦合等离子体产生装置，因此，可以提高刻蚀等工艺的均匀性，且不会有其他影响。
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。

Claims (13)

1.一种电感耦合等离子体产生装置，其特征在于，包括：感应线圈、线圈支架、第一导轨、第一电连接柱和驱动机构，其中，
所述感应线圈固定在所述线圈支架上；
所述第一导轨与所述线圈支架的第一面相对且固定设置，所述线圈支架的第一面为线圈支架未固定感应线圈的一面，所述第一导轨由导电材料制成且与激励电源连接；
所述第一电连接柱的第一端与所述感应线圈的第一端固定连接，第二端与所述第一导轨滑动连接；
所述驱动机构与所述线圈支架连接，用于驱动所述线圈支架移动或自转，以带动所述感应线圈沿所述第一导轨进行相应的移动或自转，使所述感应线圈在腔室内的不同区域产生的磁场趋于均匀。
2.根据权利要求1所述的电感耦合等离子体产生装置，其特征在于，还包括：第二导轨和第二电连接柱，其中，
所述第二导轨与所述线圈支架的第一面相对且固定设置；
所述第二电连接柱的第一端与所述感应线圈的第二端连接，第二端与所述第二导轨滑动连接；
第二导轨由导电材料制成。
3.根据权利要求1或2所述的电感耦合等离子体产生装置，其特征在于，所述第一导轨和所述第二导轨为同轴设置的环状结构。
4.根据权利要求3所述的电感耦合等离子体产生装置，其特征在于，所述感应线圈包括第一子线圈和第二子线圈；
所述第一子线圈和所述第二子线圈的第一端均作为所述感应线圈的输入端；
所述第一电连接柱的数量为两个，两个所述第一电连接柱的第一端分别与所述第一子线圈和所述第二子线圈的第一端固定连接，第二端分别与所述第一导轨滑动连接；
所述第一子线圈和所述第二子线圈的第二端均作为所述感应线圈的输出端；
所述第二电连接柱的数量为两个，两个所述第二电连接柱的第一端分别与所述第一子线圈和所述第二子线圈的第二端固定连接，第二端分别与所述第二导轨滑动连接。
5.根据权利要求4所述的电感耦合等离子体产生装置，其特征在于，所述第一子线圈和所述第二子线圈均为螺旋结构的平面线圈；
所述第一子线圈和所述第二子线圈在同一平面上设置，且二者的每匝线圈自内端向外端间隔依次环绕；
所述第一子线圈的内端作为第一端，外端作为第二端；
所述第二子线圈的内端作为第一端，外端作为第二端。
6.根据权利要求5所述的电感耦合等离子体产生装置，其特征在于，所述第一子线圈的第一端和所述第二子线圈的第一端连线的中点位于所述第一导轨的轴线上；
所述第一子线圈的第二端和所述第二子线圈的第二端连线的中点位于所述第二导轨的轴线上；
所述第一电连接柱和所述第二电连接柱垂直设置在与之相连的所述第一导轨或所述第二导轨上。
7.根据权利要求2所述的电感耦合等离子体产生装置，其特征在于，所述第一电连接柱和/或所述第二电连接柱的第二端具有预设弹性变量。
8.根据权利要求4所述的电感耦合等离子体产生装置，其特征在于，
在所述第一电连接柱与所述第一导轨相接触的表面设置有导电脂，和/或
在所述第二电连接柱与所述第二导轨相接触的表面设置有导电脂。
9.根据权利要求1～8任一所述的电感耦合等离子体产生装置，其特征在于，所述线圈支架的第一面设置有电磁隔离层。
10.根据权利要求1～8任一所述电感耦合等离子体产生装置，其特征在于，还包括第三导轨，
所述第三导轨与所述线圈支架的第二面相对且固定设置，所述线圈支架的第二面为固定所述感应线圈的一面；
所述线圈支架与所述第一导轨滑动连接。
11.一种电感耦合等离子体产生装置，其特征在于，包括：感应线圈、线圈支架、第三导轨和驱动机构，其中，
所述感应线圈固定在所述线圈支架上；
所述第三导轨与所述线圈支架的第二面相对且固定设置，所述线圈支架的第二面为固定所述感应线圈的一面；
所述线圈支架与所述第三导轨滑动连接；
所述驱动机构与所述线圈支架连接，用于驱动所述线圈支架沿所述第三导轨移动或自转，从而带动所述感应线圈进行相应的移动或自转，使所述感应线圈在腔室内的不同区域产生的磁场趋于均匀。
12.根据权利要求11所述的电感耦合等离子体产生装置，其特征在于，所述第三导轨为环状结构。
13.一种等离子体加工设备，包括腔室和等离子体产生装置，所述等离子体产生装置用于激发腔室内的工艺气体形成等离子体；其特征在于，所述等离子体产生装置采用权利要求1-12任意一项所述的电感耦合等离子体产生装置。
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