CN115376878A - 上电极装置及半导体工艺设备 - Google Patents

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CN115376878A CN202211065071.0A CN202211065071A CN115376878A CN 115376878 A CN115376878 A CN 115376878A CN 202211065071 A CN202211065071 A CN 202211065071A CN 115376878 A CN115376878 A CN 115376878A
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赵晋荣
陈星�
韦刚
王海莉
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Abstract

本发明提供一种上电极装置及半导体工艺设备，应用于半导体工艺设备，包括相互嵌套，且半径由大至小依次设置的第一线圈、第二线圈和第三线圈，以及开关组件，其中，第一线圈和第三线圈相互并联，并与射频源电连接，且流经第一线圈的电流方向与流经第三线圈的电流方向相同；开关组件用于选择性地将第二线圈与射频源接通或断开，且在开关组件接通第二线圈与射频源时，流经第二线圈的电流方向与流经第一线圈的电流方向相反。本发明提供的上电极装置及半导体工艺设备，可以解决现有技术中无法适用于对刻蚀速率要求较高的工艺的问题。

Description

上电极装置及半导体工艺设备
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种上电极装置及半导体工艺设备。
背景技术
随着半导体工艺制程的发展，对半导体刻蚀工艺的均匀性要求越来越高，影响刻蚀工艺均匀性的主要因素有：晶圆表面的等离子体均匀性、下电极回路控制的离子能量分布均匀性、到达晶圆表面的刻蚀反应物的密度分布均匀性等。以电感耦合等离子体(Inductive Coupled Plasma，ICP)设备为例，由于到达晶圆表面的等离子体是由上电极回路中的线圈通过感应耦合的方式产生，再通过扩散、电迁移和对流机制达到晶圆表面，这使得在产生区域中的等离子体分布一定程度上决定了晶圆表面的等离子体均匀性，从而能够影响刻蚀工艺均匀性。多年来，世界各地的科学家和工程师们，一直致力于开发出能够在晶圆表面产生更均匀的等离子体的线圈结构。
现有的线圈结构通常由内、外两个线圈组成，二者沿轴向呈180°旋转对称分布。内、外两个线圈相互并联，且通过匹配器与射频电源电连接，并利用匹配器调节内、外线圈的电流比例。但是，在实际应用中，虽然可以通过使内、外两个线圈中的电流方向相反来使二者产生的磁场相互抵消，以提高总磁场的均匀性，从而可以提高等离子体分布均匀性，但是，内、外两个线圈产生的磁场相互抵消会导致功率损耗较大，从而降低了刻蚀速率，无法适用于对刻蚀速率要求较高的工艺。
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，提出了一种上电极装置及半导体工艺设备，可以解决现有技术中无法适用于对刻蚀速率要求较高的工艺的问题。
为实现本发明的目的而提供一种上电极装置，应用于半导体工艺设备，包括相互嵌套，且半径由大至小依次设置的第一线圈、第二线圈和第三线圈，以及开关组件，其中，
所述第一线圈和所述第三线圈相互并联，并与射频源电连接，且流经所述第一线圈的电流方向与流经所述第三线圈的电流方向相同；
所述开关组件用于选择性地将所述第二线圈与所述射频源接通或断开，且在所述开关组件接通所述第二线圈与所述射频源时，流经所述第二线圈的电流方向与流经所述第一线圈的电流方向相反。
可选的，在所述开关组件接通所述第二线圈与所述射频源时，所述第一线圈、所述第二线圈和所述第三线圈相互并联；
所述第一线圈和所述第三线圈的缠绕方向相同，且与所述第二线圈的缠绕方向相反；所述的第一线圈、第二线圈和第三线圈的缠绕始端均为射频馈入端和射频馈出端中的一者，所述的第一线圈、第二线圈和第三线圈的缠绕末端均为所述射频馈入端和射频馈出端中的另一者；或者，
所述的第一线圈、第二线圈和第三线圈的缠绕方向相同，且所述第一线圈和所述第三线圈的缠绕始端、所述第二线圈的缠绕末端均为所述射频馈入端和射频馈出端中的一者，所述第一线圈和所述第三线圈的缠绕末端、所述第二线圈的缠绕始端均为所述射频馈入端和射频馈出端中的另一者。
可选的，在所述开关组件接通所述第二线圈与所述射频源时，所述第二线圈与所述第一线圈或所述第三线圈相互串联；
所述第一线圈和所述第三线圈的缠绕方向相同，且与所述第二线圈的缠绕方向相反；所述的第一线圈、第二线圈和第三线圈的缠绕始端均为射频馈入端和射频馈出端中的一者，所述的第一线圈、第二线圈和第三线圈的缠绕末端均为所述射频馈入端和射频馈出端中的另一者。
可选的，所述开关组件包括第一连接线、第二连接线和设置在所述第一连接线上的通断开关，其中，
所述第一连接线的两端分别与所述第二线圈的所述缠绕始端和缠绕末端中的一者和所述射频源的输入端和输出端中的一者电连接；
所述第二连接线的两端分别与所述第二线圈的所述缠绕始端和缠绕末端中的另一者和所述射频源的输入端和输出端中的另一者电连接；
所述通断开关用于接通或断开所述第一连接线。
可选的，所述通断开关为单刀单掷继电器，所述单刀单掷继电器具有第一线圈端子、第二线圈端子、第一触点端子和第二触点端子，其中，
当所述第一线圈端子和第二线圈端子导通时，所述第一触点端子和第二触点端子吸合，以接通所述第一连接线；
当所述第一线圈端子和第二线圈端子未导通时，所述第一触点端子和第二触点端子分离，以断开所述第一连接线。
可选的，所述开关组件还包括电路板和控制单元，其中，所述单刀单掷继电器安装于所述电路板上；所述第一连接线包括分别与所述第二线圈的所述缠绕始端和缠绕末端中的一者和所述射频源的输入端和输出端中的一者电连接的第一连接条和第二连接条；
所述电路板上设置有第一走线、第二走线、第三走线和第四走线，其中，所述第一走线串接在所述第一触点端子与所述第一连接条之间；所述第二走线串接在所述第二触点端子与所述第二连接条之间；所述第三走线串接在所述第一线圈端子与所述控制单元的信号输出端之间；所述第四走线串接在所述第二线圈端子与所述控制单元的信号输入端之间；
所述控制单元用于向所述第一线圈端子输出高电平信号或低电平信号；所述第一线圈端子在接收到所述高电平信号时，和第二线圈端子导通；所述第一线圈端子在接收到所述低电平信号时，和第二线圈端子未导通。
可选的，所述开关组件包括第一连接线、第二连接线、第三连接线、第四连接线和选择开关，其中，
所述第一连接线的两端分别与所述第二线圈的所述缠绕始端和缠绕末端中的一者和所述射频源的输入端和输出端中的一者电连接；所述第二连接线的第一端与所述第一连接线电连接；所述第三连接线的第一端与所述第二线圈的所述缠绕始端和缠绕末端中的另一者电连接；所述第四连接线的第一端与所述第一线圈或所述第三线圈的所述缠绕始端和缠绕末端中的一者电连接；所述第一线圈或所述第三线圈的所述缠绕始端和缠绕末端中的另一者与所述射频源的输入端和输出端中的另一者电连接；
所述选择开关用于选择性地将所述第四连接线的第二端与所述第二连接线的第二端接通以将所述第二线圈与所述射频源断开，或者将所述第四连接线的第二端与所述第三连接线的第二端接通以将所述第二线圈与所述射频源接通，且所述第二线圈与所述第一线圈或所述第三线圈相互串联。
可选的，所述选择开关为单刀双掷继电器，所述单刀双掷继电器具有第一线圈端子、第二线圈端子、第一触点端子、第二触点端子和第三触点端子，其中，
当所述第一线圈端子和第二线圈端子导通时，所述第一触点端子和第二触点端子吸合，且与所述第三触点端子分离，以将所述第四连接线的第二端与所述第三连接线的第二端接通；
当所述第一线圈端子和第二线圈端子未导通时，所述第一触点端子和第二触点端子分离，且与所述第三触点端子吸合，以将所述第四连接线的第二端与所述第二连接线的第二端接通。
可选的，所述开关组件还包括电路板和控制单元，其中，所述单刀双掷继电器安装于所述电路板上；
所述电路板上设置有第一走线、第二走线、第三走线、第四走线和第五走线，其中，所述第一走线串接在所述第一触点端子与所述第四连接线之间；所述第二走线串接在所述第二触点端子与所述第三连接线之间；所述第三走线串接在所述第三触点端子与所述第二连接线之间；所述第四走线串接在所述第一线圈端子与所述控制单元的信号输出端之间；所述第五走线串接在所述第二线圈端子与所述控制单元的信号输入端之间；
所述控制单元用于向所述第一线圈端子输出高电平信号或低电平信号；在接收到所述高电平信号时，所述第一线圈端子和第二线圈端子导通；在接收到所述低电平信号时，所述第一线圈端子和第二线圈端子未导通。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体工艺设备，包括工艺腔室和设置于所述工艺腔室上方的上电极装置，所述上电极装置采用本发明提供的上述上电极装置。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的上电极装置，包括相互嵌套，且半径由大至小依次设置的第一线圈、第二线圈和第三线圈，以及开关组件，该开关组件用于选择性地将第二线圈与射频源接通或断开，以实现在三个线圈工作模式与两个线圈工作模式之间切换。在流经第一线圈的电流方向与流经第三线圈的电流方向相同的前提下，在开关组件接通第二线圈与射频源时，通过使流经第二线圈的电流方向与流经第一线圈的电流方向相反，可以使第二线圈产生的磁场与另外两个线圈产生的磁场相互抵消，以提高总磁场的均匀性，从而可以提高等离子体分布均匀性，进而可以适用于对刻蚀均匀性要求较高的工艺。在开关组件断开第二线圈与射频源时，第二线圈中没有电流，解除了上述抵消作用，从而可以保证刻蚀速率，从而可以适用于对刻蚀速率要求较高的工艺。
本发明提供的半导体工艺设备，其通过采用本发明提供的上述上电极装置，可以实现在三个线圈工作模式与两个线圈工作模式之间切换，从而可以既适用于对刻蚀均匀性要求较高的工艺，又适用于对刻蚀速率要求较高的工艺。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的上电极装置的原理框图；
图2为本发明第一实施例提供的上电极装置的一种结构图；
图3为本发明第一实施例提供的上电极装置的另一种结构图；
图4为本发明第一实施例采用的单刀单掷继电器的原理图；
图5为本发明第一实施例采用的单刀单掷继电器的安装俯视图；
图6为本发明第一实施例采用的单刀单掷继电器的安装侧视图；
图7为在开关组件接通和未接通第二线圈与射频源时，晶圆表面的等离子体分布的示意图；
图8为本发明第二实施例提供的上电极装置的原理框图；
图9为本发明第二实施例提供的上电极装置的结构图；
图10为本发明第二实施例采用的单刀双掷继电器的原理图；
图11为本发明第二实施例采用的单刀双掷继电器的安装俯视图；
图12为本发明第二实施例采用的单刀双掷继电器的安装侧视图；
图13为本发明第三实施例提供的半导体工艺设备的结构图。
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上电极装置及半导体工艺设备进行详细描述。
第一实施例
请一并参阅图1和图2，本发明实施例提供的上电极装置，应用于半导体工艺设备，用于激发半导体工艺设备的工艺腔室中的工艺气体形成等离子体，该上电极装置包括相互嵌套，且半径由大至小依次设置的第一线圈1、第二线圈2和第三线圈3，以及开关组件4，其中，第一线圈1、第二线圈2和第三线圈3例如为平面线圈，当然，
在实际应用中，还可以采用其他结构的线圈，例如立体螺旋线圈。而且，第一线圈1和第三线圈3相互并联，并与射频源5(例如包括匹配器51和射频电源52)电连接，且流经第一线圈1的电流方向与流经第三线圈3的电流方向相同。开关组件4用于选择性地第二线圈2与射频源5接通或断开，且在开关组件4接通第二线圈2与射频源5时，流经第二线圈2的电流方向与流经第一线圈1的电流方向相反。
通过借助开关组件4用选择性地将第二线圈2与射频源5接通或断开，以实现在三个线圈工作模式与两个线圈工作模式之间切换。在流经第一线圈1的电流方向与流经第三线圈3的电流方向相同的前提下，在开关组件4接通第二线圈2与射频源5时，通过使流经第二线圈2的电流方向与流经第一线圈1的电流方向相反，可以使第二线圈2产生的磁场与另外两个线圈产生的磁场相互抵消，以提高总磁场的均匀性，从而可以提高等离子体分布均匀性，进而可以适用于对刻蚀均匀性要求较高的工艺。在开关组件断开第二线圈2与射频源5时，第二线圈2中没有电流，解除了上述抵消作用，从而可以保证刻蚀速率，从而可以适用于对刻蚀速率要求较高的工艺。
具体来说，如图7所示，曲线A为在开关组件4未接通第二线圈2与射频源5，即处于两个线圈工作模式时，晶圆表面的等离子体分布曲线；曲线B为在开关组件4接通第二线圈2与射频源5，即处于三个线圈工作模式时，晶圆表面的等离子体分布曲线。对比曲线A和曲线B可知，处于两个线圈工作模式时，等离子体密度较高，相应的刻蚀速率更快，但是晶圆S的半径中点附近的等离子体密度高于其他区域，导致等离子体密度分布均匀性较低；处于三个线圈工作模式时，第二线圈2产生的磁场与另外两个线圈产生的磁场相互抵消，以降低晶圆S的半径中点附近的等离子体密度，从而可以提高刻蚀均匀性。
此外，通过采用开关组件4，可以直接将第二线圈2接入电流回路，或者从电流回路中断开，这与其他实现电流反向的调节方式，例如通过可变电容调节电流回路中的阻抗相比，可以采用机械元件切换的方式实现电流反向，切换方式更简单，而且相对于可变电容的成本更低。
实现流经第一线圈1的电流方向与流经第三线圈3的电流方向相同，且流经第二线圈2的电流方向与流经第一线圈1的电流方向相反的方式有两种，第一种方式为：如图2所示，第一线圈1和第三线圈3的缠绕方向相同，且与第二线圈2的缠绕方向相反，例如，在俯视方向上，第一线圈1和第三线圈3的缠绕方向均为逆时针方向，第二线圈2的缠绕方向为顺时针方向。并且，第一线圈1、第二线圈2和第三线圈3的缠绕始端(例如图2中的内端)均为射频馈入端和射频馈出端中的一者，第一线圈1、第二线圈2和第三线圈3的缠绕末端(例如图2中的外端)均为射频馈入端和射频馈出端中的另一者。
第二种方式为：如图3所示，第一线圈1、第二线圈2和第三线圈3的缠绕方向相同，例如，在俯视方向上，第一线圈1、第二线圈2和第三线圈3的缠绕方向均为逆时针方向。并且，第一线圈1和第三线圈3的缠绕始端、第二线圈2的缠绕末端均为射频馈入端和射频馈出端中的一者，第一线圈1和第三线圈3的缠绕末端、第二线圈2的缠绕始端均为射频馈入端和射频馈出端中的另一者。
在一些可选的实施例中，在开关组件4接通第二线圈2与射频源5时，第一线圈1、第二线圈2和第三线圈3相互并联。在实际应用中，匹配器51例如具有两个输出端和两个输入端，其中，第一线圈1的射频馈入端和射频馈出端分别与其中一个输出端和输入端电连接，第三线圈3的射频馈入端和射频馈出端分别与另一个输出端和输入端电连接，第二线圈2的射频馈入端和射频馈出端可以与第三线圈3的射频馈入端和射频馈出端分别连接匹配器51的同一输出端和输入端，或者也可以与第一线圈1的射频馈入端和射频馈出端分别连接匹配器51的同一输出端和输入端。
在一些可选的实施例中，如图1所示，开关组件4包括第一连接线41、第二连接线42和设置在第一连接线41上的通断开关43，其中，第一连接线41的两端分别与第二线圈2的缠绕始端和缠绕末端中的一者(例如射频馈入端)和匹配器51的输入端和输出端中的一者(例如输出端)电连接；第二连接线42的两端分别与第二线圈2的缠绕始端和缠绕末端中的另一者(例如射频馈出端)和匹配器51的输入端和输出端中的另一者(例如输入端)电连接；通断开关43用于接通或断开第一连接线41。当通断开关43接通第一连接线41，可以将第二线圈2与匹配器51接通，以切换至三个线圈工作模式；当通断开关43断开第一连接线41，可以将第二线圈2与匹配器51断开，以切换至两个线圈工作模式。
在一些可选的实施例中，如图1、图4和图5所示，通断开关43为单刀单掷继电器，该单刀单掷继电器具有第一线圈端子431、第二线圈端子432、第一触点端子433和第二触点端子434，其中，当第一线圈端子431和第二线圈端子432导通时，第一触点端子433和第二触点端子434吸合，以接通第一连接线41(即接通第一连接条411和第二连接条412)；当第一线圈端子431和第二线圈端子432未导通时，第一触点端子433和第二触点端子434分离，以断开第一连接线41(即断开第一连接条411和第二连接条412)。通过采用单刀单掷继电器，其是通过内部机械传动实现第一连接线41的通断，切换方式更简单。可选的，如果对刻蚀速率要求较高的工艺应用较多，则单刀单掷继电器可以为常开继电器；如果对刻蚀速率要求较高的工艺应用较多，则单刀单掷继电器可以为常闭继电器。
本发明实施例对开关组件安装于第一连接线41的方式没有特别的限制，在一些可选的实施例中，如图5和图6所示，开关组件4还包括电路板44和控制单元(图中未示出)，其中，单刀单掷继电器安装于电路板44上，例如采用插针封装的方式焊接于电路板44上，具体地，单刀单掷继电器具有四个针脚，分别对应第一线圈端子431、第二线圈端子432、第一触点端子433和第二触点端子434。第一连接线41包括分别与第二线圈2的缠绕始端和缠绕末端中的一者和匹配器51的输入端和输出端中的一者电连接的第一连接条411和第二连接条412；电路板44上设置有第一走线441、第二走线442、第三走线443和第四走线444，其中，第一走线441串接在第一触点端子433与第一连接条411之间，电路板44可以通过螺钉47与第一连接条411固定连接；第二走线442串接在第二触点端子434与第二连接条412之间，电路板44可以通过螺钉47与第二连接条412固定连接；第三走线443串接在第一线圈端子431与控制单元的信号输出端之间；第四走线444串接在第二线圈端子432与控制单元的信号输入端之间；上述控制单元用于向第一线圈端子431输出高电平信号或低电平信号；第一线圈端子431在接收到高电平信号时，和第二线圈端子432导通，此时第一触点端子433和第二触点端子434吸合，以接通第一连接线41；第一线圈端子431在接收到所述低电平信号时，和第二线圈端子432未导通，此时第一触点端子433和第二触点端子434分离，以断开第一连接线41。
第二实施例
请一并参阅图8和图9，本发明实施例提供的上电极装置，其与上述第一实施例相比，区别在于，在开关组件4’接通第二线圈2与射频源5时，第二线圈2与第一线圈1或第三线圈3相互串联。在开关组件4接通第二线圈2与射频源5时，第二线圈2同样可以起到产生的磁场与另外两个线圈产生的磁场相互抵消，以提高总磁场的均匀性的作用，从而可以提高等离子体分布均匀性。同时，通过使第二线圈2与第一线圈1或第三线圈3相互串联，有助于提高刻蚀速率。
在第二线圈2与第一线圈1或第三线圈3相互串联的基础上，实现流经第一线圈1的电流方向与流经第三线圈3的电流方向相同，且流经第二线圈2的电流方向与流经第一线圈1的电流方向相反的方式具体为：第一线圈1和第三线圈3的缠绕方向相同，且与第二线圈2的缠绕方向相反，例如，如图9所示，在俯视方向上，第一线圈1和第三线圈3的缠绕方向均为逆时针方向，第二线圈2的缠绕方向为顺时针方向。并且，第一线圈1、第二线圈2和第三线圈3的缠绕始端均为射频馈入端和射频馈出端中的一者，第一线圈1、第二线圈2和第三线圈3的缠绕末端均为射频馈入端和射频馈出端中的另一者。
在一些可选的实施例中，如图8所示，开关组件4’包括第一连接线41’、第二连接线42’、第三连接线43’、第四连接线44’和选择开关45’，其中，第一连接线41’的两端分别与第二线圈2的缠绕始端和缠绕末端中的一者(例如射频馈出端)和匹配器51的输入端和输出端中的一者(例如输入端)电连接；第二连接线42’的第一端与第一连接线41’电连接；第三连接线43’的第一端与第二线圈2的缠绕始端和缠绕末端中的另一者(例如射频馈出端)电连接；第四连接线44’的第一端与第一线圈1或第三线圈3的缠绕始端和缠绕末端中的一者(例如射频馈出端)电连接；第一线圈1或第三线圈3的缠绕始端和缠绕末端中的另一者(例如射频馈入端)与匹配器51的输入端和输出端中的另一者(例如输出端)电连接。
开关组件4’用于选择性地将第四连接线44’的第二端与第二连接线42’的第二端接通以将第二线圈2与匹配器51断开，或者将第四连接线44’的第二端与第三连接线43’的第二端接通以将第二线圈2与匹配器51接通，且第二线圈2与第一线圈1或第三线圈3相互串联。当选择开关45’将第四连接线44’的第二端与第三连接线43’的第二端接通，可以将第二线圈2与匹配器51接通，以切换至三个线圈工作模式；当选择开关45’将第四连接线44’的第二端与第二连接线42’的第二端接通，可以将第二线圈2与匹配器51断开，以切换至两个线圈工作模式。
在一些可选的实施例中，如图10所示，选择开关45’为单刀双掷继电器，该单刀双掷继电器具有第一线圈端子451、第二线圈端子452、第一触点端子453、第二触点端子454和第三触点端子455，其中，当第一线圈端子451和第二线圈端子452导通时，第一触点端子453和第二触点端子454吸合，且与第三触点端子455分离，以将第四连接线44’的第二端与第三连接线43’的第二端接通；当第一线圈端子451和第二线圈端子452未导通时，第一触点端子453和第二触点端子454分离，且与第三触点端子455吸合，以将第四连接线44’的第二端与第二连接线42’的第二端接通。通过采用单刀双掷继电器，其是通过内部机械传动实现第四连接线44’的第二端与第三连接线43’的第二端或者第二连接线42’的第二端接通，切换方式更简单。
本发明实施例对开关组件安装于第二连接线42’、第三连接线43’和第四连接线44’上的方式没有特别的限制，在一些可选的实施例中，如图11和图12所示，开关组件4’还包括电路板45’和控制单元(图中未示出)，其中，上述单刀双掷继电器安装于电路板45’上，具体地，单刀双掷继电器具有五个针脚，分别对应第一线圈端子451、第二线圈端子452、第一触点端子453、第二触点端子454和第三触点端子455。电路板45’上设置有第一走线461’、第二走线462’、第三走线463’、第四走线464’和第五走线465’，其中，第一走线461’串接在第一触点端子453与第四连接线44’之间；第二走线462’串接在第二触点端子454与第三连接线43’之间；第三走线463’串接在第三触点端子455与第二连接线42’之间；第四走线464’串接在第一线圈端子451与上述控制单元的信号输出端之间；第五走线465’串接在第二线圈端子452与上述控制单元的信号输入端之间；上述控制单元用于向第一线圈端子451输出高电平信号或低电平信号第一线圈端子451在接收到高电平信号时，和第二线圈端子452导通，此时第一触点端子453和第二触点端子454吸合，且与第三触点端子455分离，以将第四连接线44’的第二端与第三连接线43’的第二端接通；第一线圈端子451在接收到低电平信号时，和第二线圈端子452未导通，此时第一触点端子453和第二触点端子454分离，且与第三触点端子455吸合，以将第四连接线44’的第二端与第二连接线42’的第二端接通。
本发明实施例提供的上电极装置，包括相互嵌套，且半径由大至小依次设置的第一线圈、第二线圈和第三线圈，以及开关组件，该开关组件用于选择性地将第二线圈与射频源接通或断开，以实现在三个线圈工作模式与两个线圈工作模式之间切换。在流经第一线圈的电流方向与流经第三线圈的电流方向相同的前提下，在开关组件接通第二线圈与射频源时，通过使流经第二线圈的电流方向与流经第一线圈的电流方向相反，可以使第二线圈产生的磁场与另外两个线圈产生的磁场相互抵消，以提高总磁场的均匀性，从而可以提高等离子体分布均匀性，进而可以适用于对刻蚀均匀性要求较高的工艺。在开关组件断开第二线圈与射频源时，第二线圈中没有电流，解除了上述抵消作用，从而可以保证刻蚀速率，从而可以适用于对刻蚀速率要求较高的工艺。
第三实施例
作为另一个技术方案，请参阅图13，本发明实施例还提供一种半导体工艺设备，包括工艺腔室100和设置于该工艺腔室100上方的上电极装置，该上电极装置采用本发明实施例提供的上述上电极装置。
具体地，工艺腔室100的顶部设置有介质窗102。上电极装置用于激发半导体工艺设备的工艺腔室中的工艺气体形成等离子体，并通过介质窗102馈入工艺腔室100中。在工艺腔室100内设置有基座101，用于承载晶圆。可选的，基座101与下射频源103电连接，用于吸引等离子体朝向晶圆表面运动。下射频源103包括匹配器和射频电源。
本发明实施例提供的半导体工艺设备，其通过采用本发明实施例提供的上述上电极装置，可以实现在三个线圈工作模式与两个线圈工作模式之间切换，从而可以既适用于对刻蚀均匀性要求较高的工艺，又适用于对刻蚀速率要求较高的工艺。
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 (10)

1.一种上电极装置，应用于半导体工艺设备，其特征在于，包括相互嵌套，且半径由大至小依次设置的第一线圈、第二线圈和第三线圈，以及开关组件，其中，
所述第一线圈和所述第三线圈相互并联，并与射频源电连接，且流经所述第一线圈的电流方向与流经所述第三线圈的电流方向相同；
所述开关组件用于选择性地将所述第二线圈与所述射频源接通或断开，且在所述开关组件接通所述第二线圈与所述射频源时，流经所述第二线圈的电流方向与流经所述第一线圈的电流方向相反。
2.根据权利要求1所述的上电极装置，其特征在于，在所述开关组件接通所述第二线圈与所述射频源时，所述第一线圈、所述第二线圈和所述第三线圈相互并联；
所述第一线圈和所述第三线圈的缠绕方向相同，且与所述第二线圈的缠绕方向相反；所述的第一线圈、第二线圈和第三线圈的缠绕始端均为射频馈入端和射频馈出端中的一者，所述的第一线圈、第二线圈和第三线圈的缠绕末端均为所述射频馈入端和射频馈出端中的另一者；或者，
所述的第一线圈、第二线圈和第三线圈的缠绕方向相同，且所述第一线圈和所述第三线圈的缠绕始端、所述第二线圈的缠绕末端均为所述射频馈入端和射频馈出端中的一者，所述第一线圈和所述第三线圈的缠绕末端、所述第二线圈的缠绕始端均为所述射频馈入端和射频馈出端中的另一者。
3.根据权利要求1所述的上电极装置，其特征在于，在所述开关组件接通所述第二线圈与所述射频源时，所述第二线圈与所述第一线圈或所述第三线圈相互串联；
所述第一线圈和所述第三线圈的缠绕方向相同，且与所述第二线圈的缠绕方向相反；所述的第一线圈、第二线圈和第三线圈的缠绕始端均为射频馈入端和射频馈出端中的一者，所述的第一线圈、第二线圈和第三线圈的缠绕末端均为所述射频馈入端和射频馈出端中的另一者。
4.根据权利要求2所述的上电极装置，其特征在于，所述开关组件包括第一连接线、第二连接线和设置在所述第一连接线上的通断开关，其中，
所述第一连接线的两端分别与所述第二线圈的所述缠绕始端和缠绕末端中的一者和所述射频源的输入端和输出端中的一者电连接；
所述第二连接线的两端分别与所述第二线圈的所述缠绕始端和缠绕末端中的另一者和所述射频源的输入端和输出端中的另一者电连接；
所述通断开关用于接通或断开所述第一连接线。
5.根据权利要求4所述的上电极装置，其特征在于，所述通断开关为单刀单掷继电器，所述单刀单掷继电器具有第一线圈端子、第二线圈端子、第一触点端子和第二触点端子，其中，
当所述第一线圈端子和第二线圈端子导通时，所述第一触点端子和第二触点端子吸合，以接通所述第一连接线；
当所述第一线圈端子和第二线圈端子未导通时，所述第一触点端子和第二触点端子分离，以断开所述第一连接线。
6.根据权利要求5所述的上电极装置，其特征在于，所述开关组件还包括电路板和控制单元，其中，所述单刀单掷继电器安装于所述电路板上；所述第一连接线包括分别与所述第二线圈的所述缠绕始端和缠绕末端中的一者和所述射频源的输入端和输出端中的一者电连接的第一连接条和第二连接条；
所述电路板上设置有第一走线、第二走线、第三走线和第四走线，其中，所述第一走线串接在所述第一触点端子与所述第一连接条之间；所述第二走线串接在所述第二触点端子与所述第二连接条之间；所述第三走线串接在所述第一线圈端子与所述控制单元的信号输出端之间；所述第四走线串接在所述第二线圈端子与所述控制单元的信号输入端之间；
所述控制单元用于向所述第一线圈端子输出高电平信号或低电平信号；所述第一线圈端子在接收到所述高电平信号时，和第二线圈端子导通；所述第一线圈端子在接收到所述低电平信号时，和第二线圈端子未导通。
7.根据权利要求3所述的上电极装置，其特征在于，所述开关组件包括第一连接线、第二连接线、第三连接线、第四连接线和选择开关，其中，
所述第一连接线的两端分别与所述第二线圈的所述缠绕始端和缠绕末端中的一者和所述射频源的输入端和输出端中的一者电连接；所述第二连接线的第一端与所述第一连接线电连接；所述第三连接线的第一端与所述第二线圈的所述缠绕始端和缠绕末端中的另一者电连接；所述第四连接线的第一端与所述第一线圈或所述第三线圈的所述缠绕始端和缠绕末端中的一者电连接；所述第一线圈或所述第三线圈的所述缠绕始端和缠绕末端中的另一者与所述射频源的输入端和输出端中的另一者电连接；
所述选择开关用于选择性地将所述第四连接线的第二端与所述第二连接线的第二端接通以将所述第二线圈与所述射频源断开，或者将所述第四连接线的第二端与所述第三连接线的第二端接通以将所述第二线圈与所述射频源接通，且所述第二线圈与所述第一线圈或所述第三线圈相互串联。
8.根据权利要求7所述的上电极装置，其特征在于，所述选择开关为单刀双掷继电器，所述单刀双掷继电器具有第一线圈端子、第二线圈端子、第一触点端子、第二触点端子和第三触点端子，其中，
当所述第一线圈端子和第二线圈端子导通时，所述第一触点端子和第二触点端子吸合，且与所述第三触点端子分离，以将所述第四连接线的第二端与所述第三连接线的第二端接通；
当所述第一线圈端子和第二线圈端子未导通时，所述第一触点端子和第二触点端子分离，且与所述第三触点端子吸合，以将所述第四连接线的第二端与所述第二连接线的第二端接通。
9.根据权利要求8所述的上电极装置，其特征在于，所述开关组件还包括电路板和控制单元，其中，所述单刀双掷继电器安装于所述电路板上；
所述电路板上设置有第一走线、第二走线、第三走线、第四走线和第五走线，其中，所述第一走线串接在所述第一触点端子与所述第四连接线之间；所述第二走线串接在所述第二触点端子与所述第三连接线之间；所述第三走线串接在所述第三触点端子与所述第二连接线之间；所述第四走线串接在所述第一线圈端子与所述控制单元的信号输出端之间；所述第五走线串接在所述第二线圈端子与所述控制单元的信号输入端之间；
所述控制单元用于向所述第一线圈端子输出高电平信号或低电平信号；在接收到所述高电平信号时，所述第一线圈端子和第二线圈端子导通；在接收到所述低电平信号时，所述第一线圈端子和第二线圈端子未导通。
10.一种半导体工艺设备，包括工艺腔室和设置于所述工艺腔室上方的上电极装置，其特征在于，所述上电极装置采用权利要求1-9任意一项所述的上电极装置。
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