CN1812010A - 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内部线圈组与外部线圈组连接而成；内部线圈组和外部线圈其中一个线圈由两个或两个以上的不同直径的线圈并联而成。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，从而可以很容易地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。在线圈的输出端接一个接地电容，使得等离子体的分布在径向和方位角方向也更加均匀。内外平面线圈结构的设计改变了等离子体在反应腔室内部的分布，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。即使随着晶片尺寸的增大，该技术方案也能很好地控制从晶片中央到边缘的刻蚀速率和均匀性。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，静电卡盘上安装6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，由内部线圈组与外部线圈组连接而成；内部线圈组和外部线圈其中一个线圈由两个或两个以上的不同直径的线圈并联而成。
所述的内部线圈组由两个或两个以上的不同直径的线圈并联而成，外部线圈组由一个线圈或一个以上的不同直径的线圈串联构成，内部线圈组与外部线圈组串联或并联。
所述的内部线圈组由两个或两个以上的不同直径的线圈并联而成，外部线圈组由两个或两个以上的不同直径的线圈并联而成，内部线圈组与外部线圈组串联；
所述的内部线圈组由一个线圈或一个以上的不同直径的线圈串联而成，外部线圈组由两个或两个以上的不同直径的线圈并联而成，内部线圈组与外部线圈组串联或并联。
所述的内部线圈组或外部线圈组的各组成线圈为一匝或多匝。
所述的内部线圈组或外部线圈组的各组成线圈对称分布。
所述的内部线圈组或外部线圈组的各组成线圈其中的一匝或多匝的线圈对称分布，其余匝的线圈不对称分布。
输入端或输出端为内部线圈组与外部线圈组连接的末端。
所述的输出端接接地电容。
一种使用上述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，本发明所述的电感耦合线圈由内部线圈组与外部线圈组连接而成；内部线圈组和外部线圈其中一个线圈由两个或两个以上的不同直径的线圈并联而成。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。这种电感耦合线圈通过线圈间的并联与串联使得中心部分的电感小，所以中心部分线圈上的电流就大。产生的等离子体的密度就大。在线圈的输出端接一个接地电容，通过调节接地电容的值使得在外圈的线圈中的电流在共振时达到最大值，同时这个接地电容也可以调节电流最大值沿线圈长度在方位角方向的位置，从而使反应腔体中的场分布更加均匀，使得等离子体的分布在径向和方位角方向也更加均匀。内外平面线圈结构的设计改变了等离子体在反应腔室内部的分布，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。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。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；
图6为本发明所述的电感耦合线圈的结构示意图四；
图7为本发明所述的电感耦合线圈的结构示意图五；
图8为本发明所述的电感耦合线圈装置电气电路图。
具体实施方式
本发明所述的电感耦合线圈，由内部线圈组与外部线圈组连接而成；内部线圈组和外部线圈其中一个线圈由两个或两个以上的不同直径的线圈并联而成。
本发明共有以下几种具体实施例：
实施例1：
如图3所示，电感耦合线圈的内部线圈组包括三个不同直径的单匝线圈7，各单匝线圈7并联；外部线圈组为三个不同直径的线圈串联成的一组螺旋线圈8。内部线圈组与外部线圈间并联，并联的两个末端分别为输入端或输出端，输出端接接地电容。
实施例2：
如图4所示，电感耦合线圈的内部线圈组包括三个不同直径的单匝线圈7，各单匝线圈7并联；外部线圈组为单匝线圈7，内部线圈组与外部线圈组串联。串联的两个末端分别为输入端或输出端，输出端接接地电容。
实施例3：
如图5所示，电感耦合线圈的内部线圈组包括三个不同直径的单匝线圈7，各单匝线圈7并联；外部线圈组包括三个不同直径的单匝线圈7，各单匝线圈7并联。内部线圈组与外部线圈间串联，串联的两个末端分别为输入端或输出端，输出端接接地电容。
实施例4：
如图6所示，电感耦合线圈的内部线圈组为三个不同直径的线圈串联成的一组螺旋线圈8；外部线圈组包括三个不同直径的单匝线圈7，各单匝线圈7并联。内部线圈组与外部线圈间并联，并联的两个末端分别为输入端或输出端，输出端接接地电容。
实施例5：
如图7所示，电感耦合线圈的内部线圈组为三个不同直径的线圈串联成的一组螺旋线圈8；外部线圈组包括三个不同直径的单匝线圈7，各单匝线圈7并联。内部线圈组与外部线圈间串联，串联的两个末端分别为输入端或输出端，输出端接接地电容。
上述各实施例中所述的内部线圈组或外部线圈组的各组成线圈不仅可以是单匝的还可以为多匝的。各组成线圈其中的一匝或多匝的线圈对称分布，其余匝的线圈不对称分布。
实施例6：
如图8所示，应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。
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。这种电感耦合线圈通过线圈的并联与串联使得中心部分的电感小，所以中心部分线圈上的电流就大。产生的等离子体的密度就大。在线圈的输出端接一个接地电容，通过调节接地电容的值使得在外圈的线圈中的电流在共振时达到最大值，同时这个接地电容也可以调节电流最大值沿线圈长度在方位角方向的位置，从而使反应腔体4中的场分布更加均匀，使得等离子体的分布在径向和方位角方向也更加均匀。
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 (10)
1、一种电感耦合线圈，其特征在于由内部线圈组与外部线圈组连接而成；内部线圈组和外部线圈其中一个线圈由两个或两个以上的不同直径的线圈并联而成。
2、根据权利要求1所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述的内部线圈组由两个或两个以上的不同直径的线圈并联而成，外部线圈组由一个线圈或一个以上的不同直径的线圈串联构成，内部线圈组与外部线圈组串联或并联。
3、根据权利要求1所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述的内部线圈组由两个或两个以上的不同直径的线圈并联而成，外部线圈组由两个或两个以上的不同直径的线圈并联而成，内部线圈组与外部线圈组串联；
4、根据权利要求1所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述的内部线圈组由一个线圈或一个以上的不同直径的线圈串联而成，外部线圈组由两个或两个以上的不同直径的线圈并联而成，内部线圈组与外部线圈组串联或并联。
5、根据权利要求1、2、3或4所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述的内部线圈组或外部线圈组的各组成线圈为一匝或多匝。
6、根据权利要求5所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述的内部线圈组或外部线圈组的各组成线圈对称分布。
7、根据权利要求5所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述的内部线圈组或外部线圈组的各组成线圈其中的一匝或多匝的线圈对称分布，其余匝的线圈不对称分布。
8、根据权利要求1所述的电感耦合线圈，其特征在于所述的输入端或输出端为内部线圈组与外部线圈组连接的末端。
9、根据权利要求8所述的电感耦合线圈，其特征在于所述的输出端接接地电容。
10、一种使用上述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。
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