CN201869431U - 电感耦合型等离子体处理装置 - Google Patents
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Abstract
一种电感耦合型等离子体处理装置,包括:反应腔、电源和设置于所述反应腔顶盖上方的电感耦合线圈,所述电感耦合线圈包括位于所述反应腔顶盖中心区域的中心线圈和环绕在所述中心线圈外围的至少一个外围线圈,所述电源对各线圈分别供电,所述电感耦合型等离子体处理装置还包括设置于所述中心线圈与外围线圈之间的可移动的屏蔽件。本实用新型消除了线圈之间的磁场干扰,改善了等离子体的分布均匀性。
Description
技术领域
本实用新型涉及等离子体处理装置领域,特别涉及一种电感耦合型等离子体处理装置。
背景技术
等离子体处理装置广泛应用于集成电路的制造工艺中,如沉积、刻蚀等。其中,电感耦合型等离子体(ICP,Inductively Coupled Plasma)装置是等离子体处理装置中的主流技术之一,其原理主要是使用射频功率驱动电感耦合线圈产生较强的高频交变磁场,使得低压的反应气体被电离产生等离子体。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,上述活性粒子可以和待处理晶圆的表面发生多种物理和化学反应,使得晶圆表面的形貌发生改变,即完成刻蚀过程;另外,上述活性离子比常规的气态反应物具有更高的活性,可以促进反应气体间的化学反应,即可以实现等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)。
图1为现有技术的一种电感耦合等离子体处理装置的剖面结构示意图,主要包括:反应腔10、晶圆载台11、电感耦合线圈12和电源13。其中,晶圆载台11位于所述反应腔10中,用于承载和固定晶圆14;电感耦合线圈12设置于反应腔10的顶盖上方;电源13用于向所述电感耦合线圈12供电,向其提供射频能量。在工艺过程中,进入反应腔10的反应气体被上方的电感耦合线圈12产生的高能磁场电离,形成等离子体,如果是刻蚀工艺,可以将所述晶圆载台11连接至一固定电位,以驱动所述等离子体对晶圆14进行刻蚀。在这一过程中,使反应气体电离形成等离子体的能量来自于电感耦合线圈12,因此电感耦合线圈12产生的磁场的分布情况会影响等离子体的分布。
所述电感耦合线圈12一般为平面螺旋结构,其中心区域所激发的磁场强度较强,而外围区域所激发的磁场强度较弱,因此使得反应腔10内中心区域的等离子体密度较高,外围区域的等离子体密度较低。
为了改善等离子体密度分布的均匀性,现有技术还公开了一种等离子体处理装置,如图2所示,其中的电感耦合线圈由两个相对绝缘的线圈组成,包括:位于中心区域的内层线圈15和排布于内层线圈外的外围线圈17,电源16和电源18对所述内层线圈15和外围线圈17分别单独进行供电,以实现对中心区域和外围区域的磁场强度的独立调节,改善等离子体分布的均匀性。但是,上述结构中,内层线圈15和外围线圈17激发产生的磁场会产生串扰(crosstalk),线圈间的相互干扰会导致调节过程非常困难,很难得到分布均匀的等离子体。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种电感耦合型等离子体处理装置,提高等离子体的分布均匀性。
为解决上述问题,本实用新型提供了一种电感耦合型等离子体处理装置,包括应腔、电源和设置于所述反应腔顶盖上方的电感耦合线圈,所述电感耦合线圈包括位于所述反应腔顶盖中心区域的中心线圈和环绕在所述中心线圈外围的至少一个外围线圈,所述电源对各线圈分别供电,所述电感耦合型等离子体处理装置还包括设置于所述中心线圈与外围线圈之间的可移动的屏蔽件。
可选的,所述外围线圈的数量为至少两个,相邻的外围线圈之间也设置有可移动的屏蔽件。
可选的,所述屏蔽件为圆筒状。
可选的,所述屏蔽件接地。
可选的,所述电感耦合型等离子体装置还包括可移动支架,带动所述屏蔽件在垂直于所述电感耦合线圈所确定的平面的方向移动。
可选的,所述电感耦合型等离子体装置还包括可移动支架,带动所述屏蔽件在所述电感耦合线圈所确定的平面内外扩或收缩。
可选的,所述屏蔽件的材料为磁屏蔽材料。
可选的,所述屏蔽件的材料为金属。
与现有技术相比,本技术方案具有以下优点:
本技术方案在中心线圈和其他外围线圈之间设置可移动的屏蔽件,对中心线圈产生的磁场和外围线圈产生的磁场进行相互屏蔽,并且可以通过屏蔽件位置的移动,实现屏蔽效果的最优化,避免了磁场间的相互干扰,改善了等离子体的分布密度。
进一步的,本技术方案还在各外围线圈之间也设置有可移动的屏蔽件,消除了各线圈产生的磁场之间的干扰,进一步改善了等离子体的分布密度。
附图说明
图1是现有技术的一种电感耦合型等离子体装置的剖面结构示意图;
图2是现有技术的另一种电感耦合型等离子体装置的剖面结构示意图;
图3是本实用新型第一实施例的电感耦合型等离子体装置的剖面结构示意图;
图4是本实用新型第一实施例的电感耦合型等离子体装置的俯视结构示意图;
图5是本实用新型第二实施例的电感耦合型等离子体装置的剖面结构示意图;
图6是本实用新型第三实施例的电感耦合型等离子体装置的剖面结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂,下面结合附图和实施例对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广。因此本实用新型不受下面公开的具体实施方式的限制。
现有技术的电感耦合型等离子体处理装置中采用双线圈结构的电感耦合线圈,以分别对中心区域和外围区域的等离子体密度进行单独调节,但是,内层线圈和外围线圈产生的磁场之间会相互干扰,使得调节过程非常困难,影响等离子的分布密度。
本技术方案在中心区域的线圈和外围区域的线圈之间设置可移动的屏蔽件,以对中心线圈和外围线圈产生的磁场进行相互屏蔽,并通过屏蔽件位置的移动,实现屏蔽效果的最优化,消除了磁场间的相互干扰,改善了等离子体密度分布的均匀性。
第一实施例
如图3所示,第一实施例的电感耦合型等离子体处理装置主要包括:反应腔20、设置于反应腔20的顶盖中心区域的中心线圈22、设置于反应腔20的顶盖外围区域的外围线圈23、给所述中心线圈22供电的第一电源24、给所述外围线圈23供电的第二电源25、以及设置于所述中心线圈22和外围线圈23之间的可移动的屏蔽件26。
其中,所述中心线圈22和外围线圈23都可以为平面螺旋结构的线圈,它们共同构成了本实施例的电感耦合型等离子体处理装置中的电感耦合线圈;所述第一电源24和第二电源25输出的射频功率可以独立调节,它们可以为两个相互独立的电源设备,也可以为同一电源设备中两个独立的供电模块,分别向所述中心线圈22和外围线圈23提供射频功率,激发磁场。
另外,所述反应腔20中还包括晶圆载台21,用于承载和固定晶圆,所述晶圆载台20的表面和所述中心线圈22包围的区域、外围线圈23包围的区域正对,使得所述中心线圈22和外围线圈23激发产生的等离子体可以作于所述晶圆载台21上的晶圆(图中未示出),完成刻蚀、沉积等工艺。
本实施例中,所述屏蔽件26用于消除中心线圈22和外围线圈23产生的磁场之间的相互干扰,其形状为圆筒状,请同时参考图4,图4为本实施例的电感耦合型等离子体处理装置的俯视结构示意图,屏蔽件26将中心线圈22罩在内部,而外围线圈23则环绕在所述屏蔽件26的外侧。所述屏蔽件26的材料为磁屏蔽材料,由于中心线圈22和外围线圈23激发产生的磁场为高频交变磁场,因此导体材料对其具有良好的屏蔽作用,如金属。本实施例中所述屏蔽件26的材料为铜或铝,其表面镀有一层银,所述屏蔽件26接地,以进一步改善屏蔽作用。
所述屏蔽件26设置于中心线圈22和外围线圈23之间,相当于将所述屏蔽件26覆盖的中心区域和其外围区域的等离子体密度的调节过程相互隔离,因而在实际使用中,可以分别通过第一电源24和第二电源25对中心区域和外围区域的等离子密度进行调节,更易获得所需的等离子分布。
本实施例的电感耦合型等离子体处理装置还包括可移动支架(图中未示出),以带动所述屏蔽件26在垂直于所述反应腔20的顶盖的方向移动,即在垂直于所述中心线圈22和外围线圈23所确定的平面的方向移动,也即在图3中所示的垂直方向移动。由于实际加工工艺和设备大小的限制,所述屏蔽件26的大小是有限的,其高度与所述反应腔20的高度成预定比例,因此在屏蔽件26的圆筒开口处会有磁场的泄漏,仍然会导致线圈之间的相互干扰,本实施例的屏蔽件26可以在垂直方向移动,使得在实际的使用和调节过程中,可以通过屏蔽件26在垂直方向的位置的微调,使得泄漏的磁场之间的干扰对等离子体的分布影响最小,实现最佳的屏蔽效果。
另外,所述可移动支架还可以带动屏蔽件26在所述反应腔20的顶盖平面内外扩或收缩,即在所述中心线圈22和外围线圈23所确定的平面内外扩或收缩,也即在图3中所示的水平方向外扩或收缩,即改变所述圆筒状的屏蔽件26的半径大小。通过所述屏蔽件26的外扩和收缩,可以调整其屏蔽覆盖的范围,也即可以调整所述中心线圈22产生的磁场所影响的范围。在一具体实施例中,通过所述可移动支架带动所述屏蔽件26外扩,相当于所述反应腔20内更大面积的中心区域将受中心线圈22的影响,相应的,可以通过调节第一电源24实现屏蔽件26屏蔽范围内(即反应腔20的中心区域)的等离子体密度的调节,而通过调节第二电源25来调节反应腔20中的外围区域的等离子体密度。
第二实施例
如图5所示,第二实施例的电感耦合型等离子体处理装置主要包括:反应腔30;设置于反应腔30的顶盖中心区域的中心线圈32;设置于反应腔20的顶盖外围区域的第一外围线圈33和第二外围线圈34,所述第一外围线圈33和第二外围线圈34依次环绕于所述中心线圈32的外围;给所述中心线圈32供电的第一电源35;给所述第一外围线圈33供电的第二电源36;给所述第二外围线圈34供电的第三电源37;以及,设置于所述中心线圈32和第一外围线圈33之间的可移动的屏蔽件38;另外,所述反应腔30中还包括晶圆载台31。所述中心线圈32、第一外围线圈33和第二外围线圈34共同构成了电感耦合线圈。
本实施例中,反应腔30的顶盖的中心区域设置有中心线圈32,其外侧依次环绕有第一外围线圈33和第二外围线圈34,当然,在本技术方案的其他实施例中,所述中心线圈32的外围还可以环绕设置有更多个外围线圈,如3个、4个、5个等。
所述屏蔽件38设置于中心线圈32和第一外围线圈33之间,以消除所述中心线圈32与第一外围线圈33、第二外围线圈34产生的磁场之间的干扰,与第一实施例类似的,本实施例也可以分别对反应腔30的中心区域和外围区域的等离子密度进行调节。
与第一实施例类似的,所述屏蔽件38接地,可以通过可移动支架进行垂直方向和水平方向的移动,其材料为磁屏蔽材料,关于此部分的描述请参见第一实施例,这里不再赘述。
第三实施例
如图6所示,第三实施例的电感耦合型等离子体处理装置主要包括:反应腔40;设置于反应腔40的顶盖中心区域的中心线圈42;设置于反应腔40的顶盖外围区域的第一外围线圈43和第二外围线圈44,所述第一外围线圈43和第二外围线圈44依次环绕于所述中心线圈42的外围;给所述中心线圈42供电的第一电源45;给所述第一外围线圈43供电的第二电源46;给所述第二外围线圈44供电的第三电源47;设置于所述中心线圈42和第一外围线圈43之间的可移动的屏蔽件48;设置于所述第一外围线圈43和第二外围线圈44之间的可移动的屏蔽件49;另外,所述反应腔40中还包括晶圆载台41。所述中心线圈42、第一外围线圈43和第二外围线圈44共同构成了电感耦合线圈。
本实施例中,反应腔40的顶盖的中心区域设置有中心线圈42,其外侧依次环绕有第一外围线圈43和第二外围线圈44,当然,在本技术方案的其他实施例中,所述中心线圈42的外围还可以环绕设置有更多个外围线圈,如3个、4个、5个等,相应的,在相邻两线圈之间都设置有可移动的屏蔽件。例如,在第二外围线圈44的外围如果还设置有第三外围线圈,则在第二外围线圈44和第三外围线圈之间也设置有可移动的屏蔽件。
所述屏蔽件48和屏蔽件49分别用于消除中心线圈42、第一外围线圈43和第二外围线圈44产生的磁场之间的相互干扰。由于相邻两线圈之间均设置有屏蔽件,因此,可以分别通过调节各电源来实现各屏蔽件覆盖范围内的等离子体密度,调节过程更加灵活可控。
类似的,所述屏蔽件48和屏蔽件49接地,可以通过可移动支架进行垂直方向和水平方向的移动,其材料为磁屏蔽材料,关于此部分的描述请参见第一实施例,这里不再赘述。
综上,上述第一实施例和第二实施例的技术方案在中心线圈和其他外围线圈之间设置可移动的屏蔽件,对中心线圈产生的磁场和外围线圈产生的磁场进行相互屏蔽,并且可以通过屏蔽件位置的移动,实现屏蔽效果的最优化,避免了磁场间的相互干扰,改善了等离子体的分布密度。
第三实施例中,在各外围线圈之间也设置有可移动的屏蔽件,消除了各线圈产生的磁场之间的干扰,进一步改善了等离子体的分布密度。
本实用新型虽然已以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定本实用新型,任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内,都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出可能的变动和修改,因此,凡是未脱离本实用新型技术方案的内容,依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰,均属于本实用新型技术方案的保护范围。
Claims (8)
1.一种电感耦合型等离子体处理装置,包括:反应腔、电源和设置于所述反应腔顶盖上方的电感耦合线圈,所述电感耦合线圈包括位于所述反应腔顶盖中心区域的中心线圈和环绕在所述中心线圈外围的至少一个外围线圈,所述电源对各线圈分别供电,其特征在于,所述电感耦合型等离子体处理装置还包括设置于所述中心线圈与外围线圈之间的可移动的屏蔽件。
2.根据权利要求1所述的电感耦合型等离子体处理装置,其特征在于,所述外围线圈的数量为至少两个,相邻的外围线圈之间也设置有可移动的屏蔽件。
3.根据权利要求1或2所述的电感耦合型等离子体处理装置,其特征在于,所述屏蔽件为圆筒状。
4.根据权利要求1或2所述的电感耦合型等离子体处理装置,其特征在于,所述屏蔽件接地。
5.根据权利要求1所述的电感耦合型等离子体处理装置,其特征在于,还包括可移动支架,带动所述屏蔽件在垂直于所述电感耦合线圈所确定的平面的方向移动。
6.根据权利要求1所述的电感耦合型等离子体处理装置,其特征在于,还包括可移动支架,带动所述屏蔽件在所述电感耦合线圈所确定的平面内外扩或收缩。
7.根据权利要求1所述的电感耦合型等离子体处理装置,其特征在于,所述屏蔽件的材料为磁屏蔽材料。
8.根据权利要求7所述的电感耦合型等离子体处理装置,其特征在于,所述屏蔽件的材料为金属。
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C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 201201 No. 188 Taihua Road, Jinqiao Export Processing Zone, Pudong New Area, Shanghai Patentee after: Medium and Micro Semiconductor Equipment (Shanghai) Co., Ltd. Address before: 201201 No. 188 Taihua Road, Jinqiao Export Processing Zone, Pudong New Area, Shanghai Patentee before: Advanced Micro-Fabrication Equipment (Shanghai) Inc. |
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CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20110615 |
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CX01 | Expiry of patent term |