CN111769032B - 射频线圈、工艺腔室和半导体处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频线圈、工艺腔室和半导体处理设备。射频线圈包括线圈本体和线圈姿态调整部件；所述线圈姿态调整部件与所述线圈本体连接，用于调整所述线圈本体所在的平面与预设基准平面之间的角度。这样，在工艺腔室结构不对称时，可以通过所设置的可伸缩连接件，调整线圈本体的倾斜角度，从而可以改变等离子体分布实现对刻蚀工艺补偿优化，进而可以提高晶圆刻蚀均匀性。

Description

射频线圈、工艺腔室和半导体处理设备

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，具体涉及一种射频线圈、一种工艺腔室以及一种半导体处理设备。

背景技术

电感耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma，简称ICP)刻蚀与其他反应离子刻蚀(Reactive-Ion Etching，简称RIE)相比，具有结构简单、性价比高、均匀性较好以及可独立控制等离子体密度和等离子体能量的优点，因此，ICP源已成为目前较为理想的等离子体源。随着半导体制造工艺水平不断发展，晶体管密度成倍增长，工业界对半导体制造工艺的要求也越来越高，尤其是刻蚀均匀性，对产品的良率有着重要的影响。

相关技术中，在一个典型的ICP刻蚀设备中，目前均匀性的控制主要是通过调节位于介质窗上方的内外射频线圈的电流比例、静电卡盘(Electrostatic Chuck，简称ESC)的温度等方法来调节，然而，此类调节方法主要是针对内外圈对称性的刻蚀工艺结果，而对于由腔室硬件不对称导致的具有偏心非对称性偏心问题则难以优化。

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，提出了一种射频线圈、一种工艺腔室以及一种半导体处理设备。

为了实现上述目的，本发明的第一方面，提供了一种射频线圈，所述射频线圈包括线圈本体和线圈姿态调整部件；所述线圈姿态调整部件与所述线圈本体连接，用于调整所述线圈本体所在的平面与预设基准平面之间的角度。

可选地，所述线圈姿态调整部件包括与所述线圈本体相对设置的支架以及夹设在所述线圈本体和所述支架之间的若干个可伸缩连接件；其中，

每个所述可伸缩连接件的两端分别与所述线圈本体和所述支架连接，以当至少一个所述可伸缩连接件伸长或收缩时调整所述线圈本体所在的平面与预设基准平面之间的角度。

可选地，所述若干个可伸缩连接件分为两组，分别为第一组和第二组，每组均包括多个所述可伸缩连接件；并且，

所述第一组中的可伸缩连接件沿X轴方向间隔分布，所述第二组中的可伸缩连接件沿Y轴方向间隔分布。

可选地，所述可伸缩连接件采用可伸缩杆，所述可伸缩杆用于与驱动电机连接，以在驱动电机的驱动下伸长或收缩。

可选地，所述驱动电机采用微型步进电机。

可选地，所述射频线圈为平面螺旋线圈。

可选地，所述支架为环形支架，且所述环形支架的直径与所述平面螺旋线圈的外径相同。

可选地，所述线圈本体沿其周向划分为若干个子线圈本体，所述支架为环形支架，所述环形支架沿其周向划分为与所述子线圈本体一一对应的若干个子环形支架，并且，

每个所述子环形支架与所述子线圈本体之间均设置有多个所述可伸缩连接件。

本发明的第二方面，提供了一种工艺腔室，所述工艺腔室包括至少一个射频线圈，至少一个所述射频线圈采用前文记载的所述的射频线圈。

可选地，所述工艺腔室包括两个所述射频线圈，分别为相互嵌套的内线圈和外线圈，所述内线圈和所述外线圈均采用前文记载的所述的射频线圈。

本发明的第三方面，提供了一种半导体处理设备，包括前文记载的所述的工艺腔室。

本发明的射频线圈、工艺腔室和半导体处理设备。包括线圈本体和线圈姿态调整部件，所述线圈姿态调整部件与所述线圈本体连接，用于调整所述线圈本体所在的平面与预设基准平面之间的角度。这样，在工艺腔室结构不对称时，可以通过所设置的线圈姿态调整部件，调整线圈本体的倾斜角度，从而可以改变等离子体分布实现对刻蚀工艺补偿优化，进而可以提高晶圆刻蚀均匀性。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为典型的ICP等离子体刻蚀设备的结构示意图；

图2为图1中等离子体刻蚀设备的射频线圈的结构示意图；

图3为图1的俯视图；

图4为图1中所示的等离子体刻蚀设备工艺腔室内的气流模拟图；

图5a为本发明第一实施例中射频线圈未发生倾斜时的结构示意图；

图5b为本发明第二实施例中射频线圈发生倾斜时的结构示意图；

图6为本发明第三实施例中内线圈和外线圈的结构示意图；

图7a为本发明第四实施例中外线圈未发生倾斜时的示意图；

图7b为本发明第五实施例中外线圈沿X轴方向发生倾斜的示意图；

图7c为本发明第六实施例中外线圈沿X轴方向发生倾斜的示意图；

图7d为本发明第七实施例中外线圈沿Y轴方向发生倾斜的示意图；

图7e为本发明第八实施例中外线圈沿Y轴方向发生倾斜的示意图；

图7f为本发明第九实施例中外线圈沿任意方向发生倾斜的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

下文先对本发明的提出背景进行说明。

图1为典型的ICP等离子体刻蚀设备的结构示意图，图2为图1中等离子体刻蚀设备的射频线圈的结构示意图，图3为图1的俯视图，图4为图1中所示的等离子体刻蚀设备工艺腔室内的气流模拟图。请一并参阅图1、图2、图3和图4，等离子体刻蚀设备包括工艺腔室1、安装在工艺腔室1顶部的介质窗2、放置在介质窗2顶部的射频线圈3、与射频线圈3电连接的射频电源4、位于工艺腔室1内的静电卡盘5(该静电卡盘5上放置有晶圆6)、与静电卡盘5电连接的偏压电源7、向工艺腔室1内部通入工艺气体的喷嘴8以及终点检测设备9。

如图2所示，射频线圈3一般包括内线圈31、外线圈32以及线圈连接柱33，内线圈31和外线圈32分别由两个对称的线圈并联，其中内线圈31两个并联线圈直接接地而外线圈32的两个并联线圈通过串联电容接地。在等离子体刻蚀过程中，射频线圈3加载射频功率，工艺腔室1经由喷嘴8通入工艺气体后，工艺腔室1内起辉，激发工艺气体产生等离子体，一般可以通过调节内线圈31和外线圈32中的电流来控制等离子体的径向均匀性。

但是，如图3所示，由于悬臂11的非对称性以及传送门12之间空间的非对称性，使得在射频线圈3下方腔室的结构是不对称的。而工艺气体从工艺腔室1的顶部中央位置通入，向四周扩散，最后向下被分子泵(图中并未示出)抽走，具体可以参考图4所示的气流模拟图。由于悬臂11处分子泵抽速明显下降，且有工艺气体分子因与悬臂11碰撞后被弹回，这便会在工艺腔室1内部形成不均匀对称的等离子体分布，从而最终影响到晶圆6工艺的非中心对称，而这种不对称是无法通过现有的调节射频线圈3中的电流比例或者改变静电卡盘5的温度来消除的。

基于此，本发明的发明人设计出本发明的射频线圈的结构，下文进行详细说明。

如图5所示，本发明的第一方面，涉及一种射频线圈100，该射频线圈100包括线圈本体110和线圈姿态调整部件120。其中，该线圈姿态调整部件120与线圈本体110连接，该线圈姿态调整部件120用于调整线圈本体110所在的平面与预设基准平面之间的角度。

本实施例结构的射频线圈100，其包括线圈姿态调整部件120，该线圈姿态调整部件120可以调整线圈本体110所在的平面与预设基准平面之间的角度，这样，当工艺腔室因结构不对称导致出现等离子体偏心现象时，可以借助所设置的线圈姿态调整部件120调整线圈本体110所在的平面与预设基准平面之间的角度，从而可以改变等离子体分布实现对刻蚀工艺补偿优化，进而可以提高晶圆刻蚀均匀性。

如图5a所示，线圈姿态调整部件120包括与线圈本体110相对设置的支架121以及夹设在线圈本体110和支架121之间的若干个可伸缩连接件122。其中，每个可伸缩连接件122的两端分别与线圈本体110和支架121连接，以当至少一个可伸缩连接件122伸长或收缩时调整线圈本体110所在的平面与预设基准平面之间的角度。

具体地，如图5a所示，支架121可以固定在线圈本体110上部，支架121通过四个可伸缩连接件122与线圈本体110固定，当需要调节时，可伸缩连接件122可以发生伸长或收缩，从而可以使得线圈本体110发生一定角度的倾斜，在图5a中，A、B、C和D点分别为四个可伸缩连接件122与线圈本体110相接处，a、b、c和d点分别为四个可伸缩连接件122与支架121相接处，并且，四个可伸缩连接件122的高度可调节(可伸缩)，y1、y2、y3和y4分别为四个可伸缩连接件122的高度。如图5b所示，在实际工艺时，因工艺腔室结构存在不对称，假设导致D点的刻蚀速率较快，B点的刻蚀速率较慢发生偏小现象时，可以使得A点和C点所对应的可伸缩连接件122的高度保持不变(即y1和y3不变)，通过降低D点所对应的可伸缩连接件122的高度(y4减小)，升高B点所对应的可伸缩连接件122的高度(y2增加)，可以使得线圈本体110发生D点高B点低的微小角度倾斜，从而可以改变等离子体分布实现对刻蚀工艺补偿优化，进而可以提高晶圆刻蚀均匀性。

需要说明的是，射频线圈100除了可以包括如图5a和图5b所示的四个可伸缩连接件122以外，本领域技术人员还可以根据实际需要，设计更多数量的可伸缩连接件122，在此并不做具体限定，仅为示例性说明。

如图6所示，在实际工艺中，为了有效提高刻蚀均匀性，工艺腔室一般包括两个射频线圈，分别为相互嵌套的内线圈111和外线圈112，其中，内线圈111和外线圈112可以均包括两组可伸缩连接件122，而每组均可以包括两个可伸缩连接件122。如图6所示，在内线圈111中，其第一组中的两个可伸缩连接件122沿X轴方向间隔分布，与内线圈111在B’点和D’点相接处，其第二组中的两个可伸缩连接件122沿Y轴方向间隔分布，与内线圈111在A’点和C’点相接处。在外线圈112中，其第一组中的两个可伸缩连接件122沿X轴方向间隔分布，与外线圈112在B点和D点相接处，其第二组中的两个可伸缩连接件122沿Y轴方向间隔分布，与外线圈112在A点和C点相接处，内线圈111和外线圈112可以单独控制，可以自由倾斜一定角度，内线圈111和外线圈112的共同作用决定了等离子体的分布。由图6可以看出，每组中的两个可伸缩连接件122相对其对应的线圈(内线圈111和外线圈112)的中心呈对称分布。当然，本发明并不依次为限，在实际应用时，本领域技术人员可以根据实际需要，确定内线圈111和外线圈112所包括的可伸缩连接件122的数量以及相接触位置。

本实施例的射频线圈100，当射频电源放电时，工艺腔室内部由于不均匀对称的等离子体可能会导致刻蚀工艺在晶圆表面形成偏心现象，这样，可以通过调节内线圈111和外线圈112的可伸缩连接件122的高度实现线圈任意角度的倾斜，以实现整个工艺腔室内等离子体分布的均匀性，提高晶圆刻蚀均匀性。

具体地，以外线圈112为例进行说明，如图7a所示，此时，外线圈112并未发生任何角度的倾斜，此时，外线圈112所在的平面平行于水平基准平面。图7b和图7c是外线圈112沿X轴发生的角度倾斜，整个外线圈112在A点和C点保持固定，可以通过B点和D点所对应的可伸缩连接件122的高度实现X轴方向角度倾斜，其中，在图7b中，A点和C点固定，D点高B点低，使得外线圈112沿X轴方向发生倾斜角度θ；在图7c中，A点和C点固定，D点低B点高，使得外线圈112沿X轴方向发生倾斜角度θ。图7d和图7e是外线圈112沿Y轴发生的角度倾斜，整个外线圈112在B点和D点保持固定，可以通过A点和C点所对应的可伸缩连接件122的高度实现Y轴方向角度倾斜，其中，在图7d中，B点和D点固定，C点高A点低，使得外线圈112沿Y轴方向发生倾斜角度θ；在图7e中，B点和D点固定，C点低A点高，使得外线圈112沿Y轴方向发生倾斜角度θ。图7f是外线圈112沿任意方向发生倾斜角度θ，其中，A点和D点高，B点和C点低。此外，本领域技术人员还可以根据实际工艺结果，对内外线圈任意方向灵活的设定倾斜角度，实现协同操作，从而保证工艺的均匀性。

需要说明的是，对倾斜角度θ的具体取值并没有作出限定，一般地，该倾斜角度θ的取值范围为[0°，90°]。

作为可伸缩连接件122的一种具体结构，该可伸缩连接件122可以采用可伸缩杆的结构，例如，可伸缩螺钉等。该可伸缩杆可以与驱动电机(该驱动电机优选地可以采用微型步进电机)连接，以在驱动电机的驱动下伸长或收缩。当然，可伸缩连接件122除了可以采用可伸缩螺钉以外，还可以采用其他一些能够升降的结构。

作为射频线圈100的一种具体类型，该射频线圈100可以为平面螺旋线圈。相应的，支架121可以采用环形支架的结构，并且，该环形支架的直径可以与平面螺旋线圈的外径相同。

为了有效控制线圈的偏移倾斜方向，可以将线圈本体110沿其周向划分为若干个子线圈本体(图中并未示出)，在支架121为环形时，该环形支架沿其周向划分为与子线圈本体一一对应的若干个子环形支架(图中并未示出)，并且，每个子环形支架与子线圈本体之间均设置有多个可伸缩连接件122。这样，在各可伸缩连接件122的作用下，可以使得线圈实现360°任意角度均匀的控制。

本发明的第二方面，提供了一种工艺腔室(图中并未示出)，工艺腔室包括至少一个射频线圈100，至少一个射频线圈100采用前文记载的射频线圈100，该射频线圈100的具体结构可以参考前文相关记载，在此不作赘述。

本实施例的工艺腔室，具有前文记载的射频线圈100的结构，在工艺腔室结构不对称时，可以通过所设置的可伸缩连接件122，调整线圈本体110的倾斜角度，从而可以改变等离子体分布实现对刻蚀工艺补偿优化，进而可以提高晶圆刻蚀均匀性。

可选地，工艺腔室可以包括两个射频线圈，分别为相互嵌套的内线圈和外线圈，内线圈和外线圈均采用前文记载的射频线圈100。

本发明的第三方面，提供了一种半导体处理设备(图中并未示出)，包括前文记载的工艺腔室。

本实施例的半导体处理设备，其所包括的工艺腔室具有前文记载的射频线圈100的结构，在工艺腔室结构不对称时，可以通过所设置的可伸缩连接件122，调整线圈本体110的倾斜角度，从而可以改变等离子体分布实现对刻蚀工艺补偿优化，进而可以提高晶圆刻蚀均匀性。

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)

1.一种工艺腔室，所述工艺腔室包括至少一个射频线圈，其特征在于，至少一个所述射频线圈包括线圈本体和线圈姿态调整部件；所述线圈姿态调整部件固定在所述线圈本体上部，用于调整所述线圈本体所在的平面与预设基准平面之间的角度；

所述线圈姿态调整部件包括与所述线圈本体相对设置的支架以及夹设在所述线圈本体和所述支架之间的若干个可伸缩连接件；其中，

每个所述可伸缩连接件的两端分别与所述线圈本体和所述支架连接，以当至少一个所述可伸缩连接件伸长或收缩时调整所述线圈本体所在的平面与预设基准平面之间的角度；

所述线圈本体所在的平面与预设基准平面之间的角度的取值范围为[0°，90°]；

所述工艺腔室包括两个所述射频线圈，分别为相互嵌套的内线圈和外线圈；

所述内线圈和外线圈可以单独控制，以对所述内线圈和外线圈任意方向设定倾斜角度。

2.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，所述若干个可伸缩连接件分为两组，分别为第一组和第二组，每组均包括多个所述可伸缩连接件；并且，

所述第一组中的可伸缩连接件沿X轴方向间隔分布，所述第二组中的可伸缩连接件沿Y轴方向间隔分布。

3.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，所述可伸缩连接件采用可伸缩杆，所述可伸缩杆用于与驱动电机连接，以在驱动电机的驱动下伸长或收缩。

4.根据权利要求3所述的工艺腔室，其特征在于，所述驱动电机采用微型步进电机。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的工艺腔室，其特征在于，所述射频线圈为平面螺旋线圈。

6.根据权利要求5所述的工艺腔室，其特征在于，所述支架为环形支架，且所述环形支架的直径与所述平面螺旋线圈的外径相同。

7.根据权利要求1至4中任意一项所述的工艺腔室，其特征在于，所述线圈本体沿其周向划分为若干个子线圈本体，所述支架为环形支架，所述环形支架沿其周向划分为与所述子线圈本体一一对应的若干个子环形支架，并且，

每个所述子环形支架与所述子线圈本体之间均设置有多个所述可伸缩连接件。

8.一种半导体处理设备，其特征在于，包括权利要求1至7中任意一项所述的工艺腔室。