CN2785105Y - 电感耦合线圈及其电感耦合等离子体装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型所述的电感耦合线圈及其电感耦合等离子体装置，包括反应腔室、石英体，电感耦合线圈，所述电感耦合线圈由两个或两个以上组成；电感耦合线圈在空间堆叠式分布；电感耦合线圈的输入端和输出端分别与电源相连。改变电感耦合线圈的匝数和形状，通过两个或两个以上的电感耦合线圈的组合，达到控制反应腔体中等离子体分布均匀的要求，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。

Description

电感耦合线圈及其电感耦合等离子体装置

技术领域

本实用新型涉及一种半导体晶片加工设备，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，这些活性反应基因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上安装晶片5。电感耦合线圈3位于反应腔室4上方与电感耦合线圈匹配器2和电感耦合线圈射频源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，目前半导体刻蚀设备中大多数采用的电感耦合线圈为平面螺旋结构。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，本实用新型的目的是提供一种堆叠式电感耦合等离子体装置，利用电感耦合线圈的形状和空间位置分布的不同，控制工艺气体在反应腔室的晶片上方电离后产生等离子体的分布均匀性，使晶片表面发生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。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种电感耦合线圈，由两个或两个以上的单组电感耦合线圈组成；各组单电感耦合线圈在空间堆叠式分布。

所述单组电感耦合线圈为一匝或多匝的平面线圈或立体线圈。

所述单组电感耦合线圈为圆形或方形或螺旋形。

所述单组电感耦合线圈在空间上对称分布。

所述的各单组电感耦合线圈分为两层或两层以上，各层线圈之间上下排列。

所述的各电感耦合线圈每层均可由一个或一个以上的单组电感耦合线圈构成。

所述的各单组电感耦合线圈为两个，分为上下两层排列。

所述的各单组电感耦合线圈为三个，分为上中下三层排列。

所述的各单组电感耦合线圈为三个，分为上下两层排列，其中一层为两个单组电感耦合线圈并排排列。

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。

本实用新型的有益效果为：通过改变电感耦合线圈的形状和空间位置分布，以及匝数的多少，利用两个或两个以上电感耦合线圈，组合成平面或立体结构，接通射频电源后，控制工艺气体在反应腔室的晶片上方电离后产生等离子体的分布均匀性，实现晶片上方获得方位角均匀的气体分布，从而使反应腔体中的场分布均匀，晶片表面发生的化学反应速度差异减小，刻蚀速率均匀，提高刻蚀晶片质量。

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为本实用新型所述堆叠式电感耦合等离子体装置的结构示意图一；

图3为本实用新型所述堆叠式电感耦合等离子体装置的结构示意图二；

图4为本实用新型所述堆叠式电感耦合等离子体装置的结构示意图三；

图5为本实用新型所述堆叠式电感耦合等离子体装置的结构示意图四。

具体实施方式

本实用新型所述的堆叠式电感耦合等离子体装置，通过改变电感耦合线圈的形状和空间位置，以及匝数的多少，利用两个或两个以上电感耦合线圈，组合成平面或立体结构的电感耦合线圈组，其中每个电感耦合线圈的输出端和输入端分别通过匹配器与射频电源相连。电感耦合线圈组位于石英体的垂直上方。

具体实施例1

如图2所示：电感耦合线圈组包括两个圆形平面多匝电感耦合线圈，其为第一层线圈11和第二层线圈12，第二层线圈12直径小于第一层线圈11的直径。第二层线圈12位于第一层线圈11的垂直上方，且第二层线圈12和第一层线圈11保持水平，并都位于石英体18的垂直上方，第二层线圈12和第一层线圈11分别与匹配器2相连，匹配器2与射频电源1相连。

具体实施例2

如图3所示：电感耦合线圈组包括三个圆形平面多匝电感耦合线圈，其为顶层左线圈15、顶层右线圈17、底层线圈16。其中顶层左线圈15和顶层右线圈17的尺寸相同，直径小于底层线圈16的半径，且在同一水平线上。顶层左线圈15和顶层右线圈17位于底层线圈16的垂直上方，同时此电感耦合线圈组都位于石英体18的垂直上方，此电感耦合线圈组分别与匹配器2相连，匹配器2与射频电源1相连。

具体实施例3

如图4所示：电感耦合线圈组包括三个圆形平面多匝电感耦合线圈，其为上层线圈10、中层线圈9、下层线圈8。其中上层线圈10的直径小于中层线圈9的直径，中层线圈9的直径小于下层线圈8的直径，且互为水平放置，上层线圈10位于中层线圈9的垂直上方，中层线圈9位于下层线圈8的垂直上方，并都位于石英体18的垂直上方，此电感耦合线圈组分别与匹配器2相连，匹配器2与射频电源1相连。

具体实施例4

如图5所示：电感耦合线圈组包括两个螺旋形立体多匝电感耦合线圈，其为第一层立体线圈14和第二层立体线圈13。第二层立体线圈13位于第一层立体线圈14的垂直上方，且第二层立体线圈13和第一层立体线圈14保持水平，并都位于石英体18的垂直上方，此电感耦合线圈组分别与匹配器2相连，匹配器2与射频电源1相连。

以上四种实施例使得线圈中的电流以及容性耦合重新分布，产生的射频场在方位角方向和径向都达到最佳的分布，从而使反应腔室4中的场分布均匀，等离子体的分布也更加均匀。

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，其特征在于由两个或两个以上的单组电感耦合线圈组成；各组单电感耦合线圈在空间堆叠式分布。

2、根据权利要求1所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述单组电感耦合线圈为一匝或多匝的平面线圈或立体线圈。

3、根据权利要求1所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述单组电感耦合线圈为圆形或方形或螺旋形。

4、根据权利要求1所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述单组电感耦合线圈在空间上对称分布。

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，所述的各单组电感耦合线圈分为两层或两层以上，各层线圈之间上下排列。

6、根据权利要求5所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述的各电感耦合线圈每层均可由一个或一个以上的单组电感耦合线圈构成。

7、根据权利要求5所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述的各单组电感耦合线圈为两个，分为上下两层排列。

8、根据权利要求5所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述的各单组电感耦合线圈为三个，分为上中下三层排列。

9、根据权利要求5所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述的各单组电感耦合线圈为三个，分为上下两层排列，其中一层为两个单组电感耦合线圈并排排列。

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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