CN2726076Y - 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
本实用新型涉及一种电感耦合线圈及其电感耦合等离子体装置。所述的电感耦合线圈结构由两个或两个以上直径不同的多匝数线圈组成；各个多匝数线圈互相连接组成一个三维绕组线圈。所述的装置为设置有所述的电感耦合线圈的等离子体装置。本实用新型提供的电感耦合线圈可以产生较为均匀的电磁场，从而保证了基于该线圈设计的电感耦合等离子体装置可以产生均匀的等离子体，该装置在0.1mTorr－1Torr的气体压力的条件下均可以产生均匀的等离子体。因此，在半导体制造工艺如果采用本实用新型所述的电感耦合等离子体装置，则可以很好地满足半导体制造过程中的各向异性、等向性刻蚀及化学气相沉积等工艺要求。
Description
技术领域
本实用新型微电子技术领域，特别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
等离子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。其中一个显著的用途就是电感耦合等离子体(ICP)装置。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，这些活性粒子和晶圆相互作用使材料表面发生各种物理和化学反应，从而使材料表面性能获得变化。
ICP装置在半导体制造方面能够完成多种工艺，如各向异性、等向性刻蚀和CVD(化学气相沉积Chemical Vapor Deposition)等。对于各向异性刻蚀，ICP装置用于产生高密度的等离子体，等离子产生时通常需要通过低压高射频进行激发。正离子在射频产生的偏压电场作用下垂直向晶圆作加速运动。离子轰击晶圆产生物理和化学刻蚀或材料沉积，如对多晶硅、二氧化硅进行刻蚀。各项异性刻蚀用于在集成电路制造中生成垂直的侧壁。ICP装置还用于等向性化学刻蚀如剥离光刻胶。
美国专利(U.S4948458)提供了一种ICP装置的典型，但其所激发的等离子体非常不均匀，因为其线圈结构如图1所示为平面螺旋结构。由于该线圈在反应室中央部分所激发的电磁场较强，因此在中央所产生的等离子体密度较高，只能依靠扩散来弥补外围密度低的区域，这就造成了对于气体压力的依赖性很大，只是在1-10mTorr(托)应用才能有最好的性能。这使得工艺的可调窗口非常小，对半导体制造工艺造成了很大的局限性。
实用新型内容
本实用新型的目的是设计一种电感耦合线圈，来代替原来的线圈，制成新的电感耦合等离子体装置。可以使电感耦合线圈激发的等离子体均匀，对气体压力的依赖性小，在较大的气体压力范围内都能有最好的性能。
本实用新型的目的是这样实现的：
本实用新型提供了一种电感耦合线圈，其结构由两个或两个以上直径不同的多匝数线圈组成；各个多匝数线圈互相连接组成一个三维绕组线圈。
所述的三维绕组线圈通过电容接地。
所述的多匝数线圈为空间柱面螺旋或锥面螺旋结构。
所述的三维绕组线圈可以为单绕组或多绕组。
所述的各个多匝数线圈互相之间通过连接部件连接，且所述的连接部件与各个多匝数线圈可以为一体结构。
本实用新型还提供一种电感耦合等离子体装置，其结构由反应室、介电耦合板、电感耦合线圈、匹配网络与射频发生器组成；反应室与介电耦合板形成一个密闭的腔体，电感耦合线设于介电耦合板的外侧，射频发生器通过匹配网络与电感耦合线圈相连。
所述的介电耦合板上开有气体喷嘴，所述的气体喷嘴的位置包含但不限于介电耦合板的中央位置。
所述的反应室的侧面或底面开有气体喷嘴。
所述的反应室的侧面所开的多个气体喷嘴位于上部或下部圆周方向均布。
所述的反应室下方设有卡盘，卡盘上固定有晶圆。
由上述方案可以得知，本实用新型采用了一种新型的电感耦合线圈的结构，从而使得该线圈可以产生较为均匀的电磁场。进一步保证了基于该线圈设计的电感耦合等离子体装置可以产生均匀的等离子体，该装置在0.1mTorr-1Torr的气体压力的条件下均可以产生均匀的等离子体。因此，在半导体制造工艺如果采用本实用新型所述的电感耦合等离子体装置，则可以很好地满足半导体制造过程中的各向异性、等向性刻蚀及化学气相沉积等工艺要求。
附图说明
图1为现有技术中的线圈的结构图；
图2为本实用新型所述的线圈结构图；
图3为本实用新型所述的装置的结构图。
具体实施方式
本实用新型的目的是提供一种新型的电感耦合线圈来代替原来的线圈，使得制成新的电感耦合等离子体装置。可以保证电感耦合线圈所激发的等离子体均匀，对气体压力的依赖性小，在较大压力范围内都能有最好的性能。同时工艺的可调窗口要大，从而满足半导体制造工艺的需求。
本实用新型的具体实施方式结合附图叙述如下：
本实用新型提供的电感耦合线圈，如图2所示，由两个或两个以上直径不同的多匝数线圈组成；各个多匝数线圈互相通过连接部件9连接组成一个三维绕组线圈，所述的连接部件9与各个多匝数线圈可以为一体结构，即所述的各个不同直径的多匝数线圈组成的电感耦合线圈为仅由一根导体绕制而成；本实用新型中所述的多匝数线圈采用的是空间柱面螺旋或锥面螺旋结构；所述的三维绕组线圈可以为单绕组或多绕组。
由于在线圈中有驻波电流的存在，本实用新型所述所述的三维绕组线圈还需要通过电容接地，以使得所述三维绕组线圈内部的小直径线圈8的流过的电流值较小，而所述三维绕组线圈外部的大直径线圈7的流过的电流值则较大，这样，就使得小直径线圈所激发的电磁场强小于外部大直径线圈所激发的电磁场强，进而获得较为均匀的等离子体。
基于上述电感耦合线圈本实用新型还提供了一种电感耦合等离子体装置，如图3所示，其结构由反应室4、介电耦合板3、电感耦合线圈1、匹配网络与射频发生器组成；反应室4与介电耦合板3形成一个密闭的腔体，电感耦合线设于介电耦合板3的外侧，射频发生器通过匹配网络与电感耦合线圈1相连。
所述的介电耦合板3上或所述的反应室4的侧面或底面开有气体喷嘴2，所述的气体喷嘴2用于向所述的密闭的腔体中送入半导体制造过程中需要的气体。因此，如果所述的气体喷嘴2位于介电耦合板3上，则优选位置应该是介电耦合板3的中央位置，当然也不排除其他位置；而对于在所述的反应室4的侧面所开的气体喷嘴2则应当位于上部或下部圆周方向均布，以保证进入密封腔体中的气体可以均匀分布。
本实用新型所述的电感耦合等离子体装置所述的反应室4下方设有卡盘6，卡盘6上固定有待加工的晶圆5。
参见图3所示，本实用新型的工作过程为：反应气体通过位于介电耦合板中央的喷嘴喷射至反应室中(气体喷嘴也可以是位于反应室上部或下部圆周上均匀分布的多个喷嘴)；射频发生器产生射频功率，通过同轴电缆传输至匹配网络，匹配网络用于将负载阻抗与射频发生器的输出阻抗保持一致，通常为50Ω，从而保证几乎所有的输出功率都传送至线圈；由线圈激发的电磁场能量通过介电耦合板耦合至反应室内腔中。在反应室内的电磁场将反应气体激发为等离子体，对位于卡盘或其他基座上的晶圆进行刻蚀或沉积等工艺。
由于线圈中有驻波电流存在，可以通过调节接地电容使得内部小直径线匝的RF(射频)电流值较外部大直径线匝中的电流小。由此，外部大直径线匝所激发的电磁场高于内部小直径线匝所激发的电磁场，因而可以获得非常均匀的等离子体。另外，采用本发明的线圈，能够在0.1mTorr-1Torr(托)产生均匀的等离子体，使工艺可调窗口极为改善。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型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，其特征在于结构由两个或两个以上直径不同的多匝数线圈组成；各个多匝数线圈互相连接组成一个三维绕组线圈。
2、根据权利要求1所述的电感耦合线圈，其特征在于所述的三维绕组线圈通过电容接地。
3、根据权利要求1所述的电感耦合线圈，其特征在于所述的多匝数线圈为空间柱面螺旋或锥面螺旋结构。
4、根据权利要求1所述的电感耦合线圈，其特征在于所述的三维绕组线圈可以为单绕组或多绕组。
5、根据权利要求1所述的电感耦合线圈，其特征在于所述的各个多匝数线圈互相之间通过连接部件连接，且所述的连接部件与各个多匝数线圈可以为一体结构。
6、一种电感耦合等离子体装置，其特征在于由反应室、介电耦合板、电感耦合线圈、匹配网络与射频发生器组成；反应室与介电耦合板形成一个密闭的腔体，电感耦合线设于介电耦合板的外侧，射频发生器通过匹配网络与电感耦合线圈相连。
7、根据权利要求6所述的电感耦合等离子体装置，其特征在于所述的介电耦合板上开有气体喷嘴，所述的气体喷嘴的位置包含但不限于介电耦合板的中央位置。
8、根据权利要求6所述的电感耦合等离子体装置，其特征在于所述的反应室的侧面或底面开有气体喷嘴。
9、根据权利要求6或8所述的电感耦合等离子体装置，其特征在于所述的反应室的侧面所开的多个气体喷嘴位于上部或下部圆周方向均布。
10、根据权利要求6所述的电感耦合等离子体装置，其特征在于所述的反应室下方设有卡盘，卡盘上固定有晶圆。
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