CN110299276B - 电感耦合等离子体产生装置及半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电感耦合等离子体产生装置，包括：电感线圈；电感线圈的第一端接地，电感线圈的第二端接射频电源；电感线圈的第一端沿远离介质窗的第一方向螺旋缠绕至第二端，且电感线圈在缠绕过程中沿与第一方向垂直的第二方向的尺寸变化，来提高电感线圈和介质窗之间的平均距离。本发明还提供一种等离子体产生装置，可以降低介质窗被刻蚀的程度，降低对腔室的颗粒污染。

Description

电感耦合等离子体产生装置及半导体加工设备

技术领域

本发明属于半导体设备制造技术领域，具体涉及一种电感耦合等离子体产生装置及半导体加工设备。

背景技术

等离子体装置广泛地应用于集成电路(IC)或MEMS器件的制造工艺中。其中常用的等离子体装置为电感耦合等离子体(ICP)装置。电感耦合等离子体(ICP)装置通常包括设置在腔室介质窗上方的平面线圈，在等离子体刻蚀过程中，平面线圈加载射频功率，腔射频功率通过介质窗耦合进腔室内将腔室内通入的工艺气体激发形成等离子体。

现有的电感耦合等离子体装置在实际应用中发现以下问题：腔室的介质窗被刻蚀损伤严重，从而不仅造成介质窗的寿命较低，而且会污染腔室环境。

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半导体加工设备，可以降低介质窗被刻蚀的程度，降低对腔室的颗粒污染。

为解决上述问题，本发明提供了一种电感耦合等离子体产生装置，包括：电感线圈；所述电感线圈的第一端接地，所述电感线圈的第二端接射频电源；所述电感线圈的第一端沿远离介质窗的第一方向螺旋缠绕至第二端，且电感线圈在缠绕过程中沿与第一方向垂直的第二方向的尺寸变化，来提高所述电感线圈和所述介质窗之间的平均距离。

优选地，所述电感线圈的数量为多个；在每相邻两个所述电感线圈之间还设置有：屏蔽装置；所述屏蔽装置接地，用于屏蔽相邻两个所述电感线圈之间的容性耦合。

优选地，多个所述电感线圈在所述第二方向上间隔套置；每个所述屏蔽装置间隔套置在对应的相邻两个所述电感线圈之间。

优选地，所述屏蔽装置的朝向所述电感线圈的面上设置有多个贯通其厚度的开口，所述开口沿周向均匀分布。

优选地，所述开口为矩形孔，矩形孔宽度为1mm-2mm，矩形孔长度为2mm-8mm。

优选地，所述屏蔽装置在所述第一方向上的高度不小于所述电感线圈在第一方向上的高度，以将所述电感线圈在第一方向上完全遮挡。

优选地，所述屏蔽装置和与之相邻的所述电感线圈沿所述第二方向的距离大于20mm。

优选地，所述屏蔽装置和与之相邻的两个所述电感线圈沿所述第二方向的距离相等。

优选地，所述电感线圈包括一对子电感线圈；每个所述子电感线圈沿所述第一方向螺旋缠绕，在缠绕过程中沿与所述第一方向垂直的第二方向的尺寸逐渐增大；每对所述子电感线圈中的一个子电感线圈的每匝线圈和另一个子电感线圈的每匝线圈间隔缠绕。

本发明还提供一种半导体加工设备，包括本发明提供的电感耦合等离子体产生装置。

在本发明提供电感耦合等离子体装置，由于电感线圈的第一端接地，电感线圈的第二端接射频电源；电感线圈的第一端沿远离介质窗的第一方向螺旋缠绕至第二端，且电感线圈在缠绕过程中沿与第一方向垂直的第二方向的尺寸变化(包括：逐渐增大或者逐渐减小等)，来提高电感线圈和介质窗之间的平均距离，这与现有技术中电感线圈与介质窗之间的距离相等且小的相比，可以随着距离腔室介质窗的距离的减小，电感线圈上的电势逐渐减直至为零，因而电感线圈形成的电场会随着电势的减弱而减弱，也就使得介质窗下表面的高压电场减弱，这样，腔室内起辉所激发的带电粒子在该电场作用下轰击介质窗下表面的作用力锐减，从而可以降低介质窗被刻蚀的程度，降低对腔室的颗粒污染。

附图说明

图1a为本发明实施例1提供的电感耦合等离子装置的立体图；

图1b为本发明实施例1提供的电感耦合等离子装置的侧视图；

图1c为本发明实施例1提供的电感耦合等离子装置的俯视图；

图2a为本发明实施例2提供的电感耦合等离子体产生装置的立体图；

图2b为沿图2a中的第一方向的剖视图；

图3a-3c为图2a中屏蔽装置的立体图、俯视图和左视图；

图4a和图4b分别为图2a中第一电感线圈和第二电感线圈的立体图；

图5为本发明实施例3提供的等离子体产生设备的剖视图。

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，下面结合附图来对本发明提供的电感耦合等离子体产生装置及半导体加工设备进行详细描述。

在描述本发明提供的电感耦合等离子体产生装置之前，首先对现有技术中存在介质窗被严重刻蚀的原因进行研究分析。由于现有技术中的电感线圈为平面线圈，即，在一个平面上缠绕的线圈，电感线圈距离介质窗的距离相等且很小，因此，腔室内靠近介质窗内的等离子浓度较高且轰击介质窗，造成介质窗刻蚀损伤严重。

实施例1

图1a为本发明实施例1提供的电感耦合等离子装置的立体图；图1b为本发明实施例1提供的电感耦合等离子装置的侧视图；图1c为本发明实施例1提供的电感耦合等离子装置的俯视图，请一并参阅图1a-1c，本发明实施例提供的电感耦合等离子体产生装置包括：用于与射频电源相连的电感线圈10，电感线圈10的第一端接地，电感线圈10的第二端接射频电源；电感线圈10的第一端沿远离介质窗的第一方向y螺旋缠绕至第二端，且电感线圈在缠绕过程中沿与第一方向y垂直的第二方向x的尺寸变化，来提高电感线圈10和所述介质窗之间的平均距离。

本发明实施例提供的电感耦合等离子体装置，由于电感线圈的第一端接地，电感线圈的第二端接射频电源；电感线圈的第一端沿远离介质窗的第一方向螺旋缠绕至第二端，且电感线圈在缠绕过程中沿与第一方向垂直的第二方向的尺寸变化(包括：逐渐增大或者逐渐减小等，最大可以为26.7mm，最小为1mm)，来提高电感线圈和介质窗之间的平均距离，这与现有技术中电感线圈与介质窗之间的距离相等且小的相比，可以随着距离腔室介质窗的距离的减小，电感线圈上的电势逐渐减直至为零，因而电感线圈形成的电场会随着电势的减弱而减弱，也就使得介质窗下表面的高压电场减弱，这样，腔室内起辉所激发的带电粒子在该电场作用下轰击介质窗下表面的作用力锐减，从而可以降低介质窗被刻蚀的程度，降低对腔室的颗粒污染。

实施例2

图2a为本发明实施例2提供的电感耦合等离子体产生装置的立体图；图2b为沿图2a中的第一方向x的剖视图；请一并参阅图2a和图2b，本发明实施例提供的电感耦合等离子体产生装置与上述实施例1同样包括电感线圈10，由于电感线圈10在上述实施例1已经进行了详细地描述，在此不再赘述。

下面仅描述本实施例与上述实施例1的不同点。具体地，本发明实施例提供的电感线圈10的数量为多个(图2a和图2b中具体为2个，分别为第一电感线圈101和第二电感线圈102)；在相邻两个电感线圈10之间还设置有：屏蔽装置；屏蔽装置20接地，以屏蔽相邻两个电感线圈之间的容性耦合和形成的高压静电场，这样，可以实现二者形成的电场互不干扰，在此基础上，通过调节加载至二者上的功率可调节腔室内不同区域的等离子体分布的均匀性。

优选地，屏蔽装置20的朝向所述电感线圈的面上设置有多个贯通其厚度的开口201。

在此说明的是，开口201的设置位置、尺寸以及屏蔽装置沿第二方向x上的厚度的设置，应该保证屏蔽装置的结构强度以及保证磁场的通过，在本实施例中，开口为矩形孔，矩形孔厚度(在第二方向上的尺寸d)在1mm～2mm之间，开矩形孔长度(在第一方向y上尺寸h1)在2mm～8mm之间；矩形孔宽度h2在1mm～2mm。另外，开口201优选设置在所在平面的中间区域；并且优选地，多个开口201在屏蔽装置20的周向间隔设置；进一步优选地，多个开口201在屏蔽装置20的周向间隔且均匀设置。

进一步优选地，第一电感线圈101和第二电感线圈102在第二方向上依次间隔套置；屏蔽装置20为环形结构，且套置在相邻的第一电感线圈101和第二电感线圈102之间，如图2a和2b所示。当然，在电感线圈的数量为两个以上时，与两个的情况相类似，在第二方向上间隔套置，当然，屏蔽装置20的数量相对电感线圈的数量少1个。

优选地，屏蔽装置20在第一方向y上的高度不小于电感线圈10在第一方向上的高度，这样，能够很好地屏蔽两个相邻电感线圈10之间的容性耦合。

优选地，屏蔽装置20和与之相邻的电感线圈(第一电感线圈101和第二电感线圈102)沿第二方向x上的距离大于20mm，以避免产生放电现象。

还优选地，屏蔽装置20和与之相邻的两个电感线圈10沿第二方向x的距离相等。

优选地，如图4a和图4b所示，第一电感线圈101和第二电感线圈102均包括一对子电感线圈(1011和1012)(1021和1022)，每个子电感线圈(1011、1012、1021和1022)沿第一方向y依次缠绕，在缠绕过程中沿与所述第一方向y垂直的第二方向x的尺寸逐渐增大；每对子电感线圈中的一个子电感线圈1011(1021)的每匝线圈和另一个子电感线圈1012(1022)的每匝线圈间隔缠绕，这样，采用该双线圈构成的电感线圈有助于提高等离子体的均匀性。

在此说明的是，电感线圈10和屏蔽装置20的材质优先选择铜，铜材质的型号优先选择T1或者T2，并且，在铜的表面进行镀金或者镀银处理，以提高导电性能。

需要在此说明的是，在本实施例中，虽然多个电感线圈10的分布方式是沿第二方向间隔套置，这样，分别对应腔室内的多个环形区域，但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，还可以根据实际需求来分布多个电感线圈10。

实施例3

图5为本发明实施例3提供的半导体加工设备的剖视图，请参阅图5，本发明实施例提供的半导体加工设备包括：电感耦合等离子体产生装置2和反应腔室3，电感耦合等离子体产生装置2用于将反应腔室中的工艺气体激发形成等离子体33；电感耦合等离子体产生装置2采用上述实施例1或2电感耦合等离子体产生装置；电感耦合等离子体产生装置2中的电感线圈10的沿第二方向的尺寸最小的一端靠近反应腔室的介质窗设置，沿第二方向的尺寸最大的一端远离的反应腔室的介质窗设置。

如图5所示，反应腔室3的顶壁为介质窗31；电感耦合等离子体产生装置2设置在介质窗31的上方。

更具体地，反应腔室3还包括设置在介质窗31上的进气装置32，用于向反应腔室2内输送工艺气体，在反应腔室2内设置有承载装置34，用于承载基片S。

本发明实施例提供的半导体加工设备，其采用本发明上述实施例1或2提供的电感耦合等离子体产生装置，因此，可以提高设备的可靠性以及工艺质量。

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 (8)

1.一种电感耦合等离子体产生装置，其特征在于，包括：电感线圈；

所述电感线圈的第一端接地，所述电感线圈的第二端接射频电源；

所述电感线圈的第一端沿远离介质窗的第一方向螺旋缠绕至第二端，且电感线圈在缠绕过程中沿与第一方向垂直的第二方向的尺寸变化，来提高所述电感线圈和所述介质窗之间的平均距离；

所述电感线圈的数量为多个；

在每相邻两个所述电感线圈之间还设置有：屏蔽装置；

所述屏蔽装置接地，用于屏蔽相邻两个所述电感线圈之间的容性耦合；

所述屏蔽装置的朝向所述电感线圈的面上设置有多个贯通其厚度的开口，所述开口沿周向均匀分布。

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，多个所述电感线圈在所述第二方向上间隔套置；

每个所述屏蔽装置间隔套置在对应的相邻两个所述电感线圈之间。

3.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，所述开口为矩形孔，矩形孔宽度为1mm-2mm，矩形孔长度为2mm-8mm。

4.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，所述屏蔽装置在所述第一方向上的高度不小于所述电感线圈在第一方向上的高度，以将所述电感线圈在第一方向上完全遮挡。

5.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，所述屏蔽装置和与之相邻的所述电感线圈沿所述第二方向的距离大于20mm。

6.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，所述屏蔽装置和与之相邻的两个所述电感线圈沿所述第二方向的距离相等。

7.根据权利要求1至6任一项所述的电感耦合等离子体产生装置，其特征在于，所述电感线圈包括一对子电感线圈；

每个所述子电感线圈沿所述第一方向螺旋缠绕，在缠绕过程中沿与所述第一方向垂直的第二方向的尺寸逐渐增大；

每对所述子电感线圈中的一个子电感线圈的每匝线圈和另一个子电感线圈的每匝线圈间隔缠绕。

8.一种半导体加工设备，其特征在于，包括权利要求1-7任意一项所述的电感耦合等离子体产生装置。

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