TW202036649A

TW202036649A - 感應線圈組及反應腔室

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Publication number: TW202036649A
Application number: TW108138291A
Authority: TW
Inventors: 牛晨; 韋剛; 蘇恒毅; 楊京
Original assignee: 大陸商北京北方華創微電子裝備有限公司
Priority date: 2018-10-30
Filing date: 2019-10-23
Publication date: 2020-10-01
Also published as: KR20210058950A; US20210375587A1; KR102435254B1; US11626268B2; TWI752364B; JP7190566B2; WO2020088169A1; JP2022506313A

Abstract

本發明提供一種感應線圈組及反應腔室，該感應線圈組包括用於設置在反應腔室的介電質視窗上方的感應線圈，感應線圈的兩端分別為功率輸入端和接地端，感應線圈的兩端與介電質視窗之間的垂直間距大於感應線圈的兩端之間的部分與介電質視窗之間的垂直間距。本發明提供的感應線圈組及反應腔室，其可以在保證射頻磁場的耦合強度滿足要求的前提下，減小感應線圈兩端的容性耦合，從而可以降低對介電質視窗的濺鍍，改善製程結果。

Description

感應線圈組及反應腔室

本發明涉及半導體製造領域，具體地，涉及一種感應線圈組及反應腔室。

射頻感應耦合電漿（Inductive Coupled Plasma，以下簡稱ICP）相對容性耦合電漿（Capacitance Couple Plasma，以下簡稱CCP）放電效率更高，能在更低的氣壓下（1~100 mTorr）產生高密度的電漿，因此，ICP設備在半導體領域被廣泛應用於蝕刻、沉積等製程中。在ICP設備中，感應線圈中流過的射頻電流可以在空間中激發射頻磁場，並藉由法拉第電磁感應在電漿中產生角向電場加熱電子，從而產生高密度的電漿。

第1圖為現有的ICP反應腔室的剖視圖。請參閱第1圖，反應腔室1包括位於腔室頂部的介電質視窗3和設置在該介電質視窗3上方的平面線圈2。該平面線圈2的兩端分別為功率輸入端A和串接電容端B，其中，功率輸入端A與射頻電源4電連接；串接電容端B藉由電容5接地。藉由設置該電容5，可以使功率輸入端A和串接電容端B的電壓相等，從而可以使平面線圈2中的電流、電壓分佈對稱，進而可以獲得角向均勻的電漿，同時有利於電漿啟動。

但是，由於平面線圈2在功率輸入端A和串接電容端B的電勢較高，且距離電漿較近（與介電質視窗3之間的垂直間距較小），導致功率輸入端A和串接電容端B均與對地之間形成較強的容性耦合，這可能會導致在介電質視窗3的下表面形成高壓鞘層，該高壓鞘層會致使介電質視窗3的下表面被濺鍍，從而產生濺鍍污染，影響製程結果。

本發明旨在至少解決先前技術中存在的技術問題之一，提出了一種感應線圈組及反應腔室，其可以在保證射頻磁場的耦合強度滿足要求的前提下，減小感應線圈兩端的容性耦合，從而可以降低對介電質視窗的濺鍍，改善製程結果。

為實現本發明的目的而提供一種感應線圈組，包括用於設置在反應腔室的介電質視窗上方的感應線圈，該感應線圈的兩端分別為功率輸入端和接地端，該感應線圈的兩端與該介電質視窗之間的垂直間距大於該感應線圈的兩端之間的部分與該介電質視窗之間的垂直間距。

可選的，該感應線圈包括均呈立體螺旋結構，且相互串接的第一線圈段和第二線圈段，其中，該第一線圈段的螺旋半徑自該感應線圈的一端向該第一線圈段和第二線圈段的串接點逐漸減小；該第二線圈段的螺旋半徑自該第一線圈段和第二線圈段的串接點向該感應線圈的另一端一端逐漸減小；該第一線圈段與該介電質視窗之間的垂直間距自該感應線圈的一端向該第一線圈段和第二線圈段的串接點逐漸減小；該第二線圈段與該介電質視窗之間的垂直間距自該感應線圈的另一端向該串接點逐漸減小。

可選的，該第一線圈段和第二線圈段各自的長度均為四分之三匝或者四分之三匝的整數倍。

可選的，該感應線圈靠近該第一線圈段的一端為該功率輸入端；該感應線圈靠近該第二線圈段的另一端為該接地端。

可選的，該感應線圈包括自該感應線圈的一端向該感應線圈的另一端依次串接的第一線圈段、第二線圈段和第三線圈段，其中，該第一線圈段和第三線圈段均呈立體螺旋結構；該第二線圈段呈平面螺旋結構；並且，該第一線圈段的螺旋半徑自該感應線圈的一端向該第一線圈段和第二線圈段的第一串接點逐漸減小；該第二線圈段的螺旋半徑自該第一串接點向該第二線圈段和第三線圈段的第二串接點逐漸減小；該第三線圈段的螺旋半徑自該第二串接點向該感應線圈的另一端逐漸減小；該第一線圈段與該介電質視窗之間的垂直間距自該感應線圈的一端向該第一串接點逐漸減小；該第三線圈段與該介電質視窗之間的垂直間距自該感應線圈的另一端向該第二串接點逐漸減小；該第二線圈段上的各個位置與該介電質視窗之間的垂直間距均相等。

可選的，該第一線圈段、第二線圈段和第三線圈段各自的長度均為二分之一匝或者二分之一匝的整數倍。

可選的，該感應線圈靠近該第一線圈段的一端為該功率輸入端；該感應線圈靠近該第三線圈段的另一端為該接地端。

可選的，該感應線圈的兩端與該介電質視窗之間的垂直間距相等。

可選的，該感應線圈的兩端各自與該介電質視窗的下表面之間的垂直間距的取值範圍在10~50mm。

可選的，該感應線圈為一個；或者，該感應線圈為兩個，兩個該感應線圈同軸設置，且相互嵌套，並且兩個該感應線圈關於該感應線圈的軸線中心對稱。

可選的，該感應線圈的橫截面形狀包括矩形、圓形、三角形、梯形或者菱形。

作為另一個技術方案，本發明還提供一種反應腔室，包括介電質視窗，還包括本發明提供的上述感應線圈組；該感應線圈組包括設置在該介電質視窗上方的感應線圈，該感應線圈的兩端分別為功率輸入端和接地端，該功率輸入端與射頻電源電連接；該接地端與地電連接。

可選的，該反應腔室還包括電容，該電容連接在該接地端與地之間。

可選的，該電容的取值範圍在C1~C2；其中，

其中，

為角頻率；L為該感應線圈的電感。

可選的，該感應線圈組為一組；或者，該感應線圈組為多組，多組該感應線圈組分別位於以該介電質視窗的軸線為中心，且半徑不同的多個圓周上；並且，多組該感應線圈組的該感應線圈的功率輸入端均與同一該射頻電源電連接；該電容為多個，多組該感應線圈組的該感應線圈的接地端一一對應與多個該電容電連接。

可選的，該感應線圈組為一組，該感應線圈的距離該介電質視窗較遠的一端為功率輸入端，而該感應線圈的距離該介電質視窗較近的一端為接地端；該反應腔室還包括一組錐狀感應線圈組，該錐狀感應線圈組與該感應線圈組分別位於以該介電質視窗的軸線為中心，且半徑不同的兩個圓周上；該錐狀感應線圈組包括設置在該介電質視窗上方的兩個錐狀感應線圈，該兩個錐狀感應線圈均呈立體螺旋結構，且關於該錐狀感應線圈的軸線中心對稱，每個該錐狀感應線圈的螺旋半徑沿垂直方向自下而上逐漸減小；並且，每個該錐狀感應線圈的距離該介電質視窗較遠的一端為功率輸入端，而每個該錐狀感應線圈的距離該介電質視窗較近的一端為接地端。

可選的，該錐狀感應線圈組所在圓周的半徑小於該感應線圈組所在圓周的半徑。

本發明具有以下有益效果：本發明提供的感應線圈組，其藉由使感應線圈的電勢較高的兩端（功率輸入端和接地端）與介電質視窗之間的垂直間距大於感應線圈的兩端之間的部分與介電質視窗之間的垂直間距，可以減小感應線圈兩端的容性耦合，從而可以降低對介電質視窗的濺鍍，改善製程結果。同時，由於感應線圈的兩端之間的部分與介電質視窗之間的垂直間距較小，可以保證射頻磁場的耦合強度滿足要求，從而確保電漿正常啟動。

本發明提供的反應腔室，其藉由採用本發明提供的上述感應線圈組，可以在保證射頻磁場的耦合強度滿足要求的前提下，減小感應線圈兩端的容性耦合，從而可以降低對介電質視窗的濺鍍，改善製程結果。

為使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖來對本發明提供的感應線圈組及反應腔室進行詳細描述。

請一併參閱第2圖和第3圖，本發明第一實施例提供的感應線圈組，其包括用於設置在反應腔室的介電質視窗上方的感應線圈10，藉由向該感應線圈10加載射頻功率，可以激發反應腔室內的製程氣體形成電漿。該感應線圈10的兩端（101、102）分別為功率輸入端和接地端，其中，功率輸入端用於與射頻電源電連接；接地端用於接地。

在實際應用中，在接地端與地之間通常可以串接電容。藉由設置該電容，可以使功率輸入端和接地端的電壓相等，從而可以使感應線圈中的電流、電壓分佈對稱，進而可以獲得角向均勻的電漿，同時有利於電漿啟動。但是，這會使得功率輸入端和接地端的電勢較高，產生較高的容性耦合。

為了解決容性耦合較高的問題，在本實施例中，感應線圈10的兩端（101、102）與介電質視窗之間的垂直間距大於感應線圈10的兩端（101、102）之間（不包含兩端）的部分與介電質視窗之間的垂直間距。具體來說，如第2圖所示，假設介電質視窗的下表面的高度為H；感應線圈10的兩端（101、102）與介電質視窗的下表面之間的垂直間距均為H1。在這種情況下，感應線圈10的兩端（101、102）之間的部分與介電質視窗的下表面之間的垂直間距均小於H1，即，垂直間距H1為間距最大值。

根據下述公式：

可知，線圈與介電質視窗下表面之間的等效電容C_d 與垂直間距d呈反比，即，垂直間距d越大，則等效電容C_d 越小，從而容性耦合越小；反之，垂直間距d越小，則等效電容C_d 越大，從而容性耦合越大。基於此，雖然感應線圈10的兩端（101、102）的電勢較高，但是由於二者相對於感應線圈10的其餘部分距離介電質視窗最遠，即，垂直間距最大，這使得感應線圈10的兩端（101、102）處的等效電容C_d 最小，從而容性耦合最小。

由此，可以有效降低感應線圈10的兩端（101、102）的容性耦合，從而可以減少電漿對介電質視窗的濺鍍而產生的濺鍍污染，改善製程結果。同時，由於感應線圈10的兩端（101、102）之間的部分相對於兩端（101、102）更靠近介電質視窗，即，垂直間距較小。該垂直間距越小，則射頻磁場的耦合強度越高，有利於提高耦合效率，確保電漿正常啟動。因此，即使感應線圈10的兩端（101、102）距離介電質視窗較遠，但是借助兩端（101、102）之間的部分仍然可以保證射頻磁場的耦合強度滿足要求，確保電漿正常啟動。

可選的，感應線圈10的兩端（101，102）各自與介電質視窗的下表面之間的垂直間距的取值範圍在10~50mm。在該範圍內，可以較佳的減小容性耦合，有效減少電漿對介電質視窗的濺鍍而產生的濺鍍污染，改善製程結果。

下面對感應線圈10的具體結構進行詳細描述。具體地，在本實施例中，感應線圈10包括自第一端101向第二端102的方向依次串接的第一線圈段10a、第二線圈段10b和第三線圈段10c，其中，第一線圈段10a和第三線圈段10c均呈立體螺旋結構，所謂立體螺旋結構，是指線圈在三維空間中纏繞形成螺旋結構，例如柱狀螺旋結構或者錐狀螺旋結構；第二線圈段10b呈平面螺旋結構，即，線圈在二維平面內纏繞形成螺旋結構。

而且，第一線圈段10a、第二線圈段10b和第三線圈段10c的螺旋半徑自感應線圈10的第一端101向感應線圈的第二端102逐漸減小。所謂螺旋半徑，是指線圈纏繞形成的螺旋結構的半徑，例如，第3圖中的半徑R即為感應線圈10上任意一個位置的螺旋半徑。

需要說明的是，感應線圈10的第一端101的螺旋半徑最大，而感應線圈10的第二端102的螺旋半徑最小，並且同一線圈段的螺旋半徑自靠近第一端101的一端向另一端逐漸減小。

還需要說明的是，在本實施例中，感應線圈10的第一端101的螺旋半徑最大，而感應線圈10的第二端102的螺旋半徑最小，但是，本發明並不侷限於此，在實際應用中，也可以感應線圈10的第一端101的螺旋半徑最小，而感應線圈10的第二端102的螺旋半徑最大，而第一線圈段10a、第二線圈段10b和第三線圈段10c的螺旋半徑自感應線圈10的第一端101向第二端102逐漸增大。

如第2圖所示，第一線圈段10a和第二線圈段10b之間的串接點為第一串接點D1；第三線圈段10c和第二線圈段10b之間的串接點為第二串接點D2。容易理解，該串接點僅僅是用於劃分相鄰兩個線圈段的虛擬分界點，在實際結構上，感應線圈10仍然是一個連續的線圈。

對於第一線圈段10a來說，其一端即為感應線圈10的第一端101，且與介電質視窗之間的垂直間距最大，另一端為第一串接點D1，且與介電質視窗之間的垂直間距最小，而第一線圈段10a的其餘部分自第一端101向第一串接點D1逐漸減小。

對於第三線圈段10c來說，其一端即為感應線圈10的第二端102，且與介電質視窗之間的垂直間距最大，另一端為第二串接點D2，且與介電質視窗之間的垂直間距最小，而第三線圈段10c的其餘部分自第二端102向第二串接點D2逐漸減小。

對於第二線圈段10b來說，其兩端分別為第一串接點D1和第二串接點D2，而且由於第二線圈段10b是平面螺旋結構，其上的各個位置與介電質視窗之間的垂直間距均相等，即，第一串接點D1和第二串接點D2與介電質視窗之間的垂直間距亦相等。

由上可知，第二線圈段10b的整段均與介電質視窗之間的垂直間距最小，可以保證射頻磁場的耦合強度滿足要求，確保電漿正常啟動。同時，第一線圈段10a和第三線圈段10c能夠使與介電質視窗之間的垂直間距分別自第一串接點D1和第二串接點D2向兩端（101、102）逐漸增大，從而可以有效降低感應線圈10的兩端（101、102）的容性耦合，從而可以減少電漿對介電質視窗的濺鍍而產生的濺鍍污染，改善製程結果。

感應線圈的長度大小會影響線圈的電感值大小，即，感應線圈的長度越長，則電感值越大，從而線圈上的電壓越大；反之，感應線圈的長度越短，則電感值越小，從而線圈上的電壓越小。由此可知，感應線圈的長度不宜過長，否則會導致線圈上的電壓較大，但是，感應線圈的長度也不宜過短，否則會導致電感值過小，而無法達到匹配網路的匹配範圍。基於此，優選的，在本實施例中，第一線圈段10a、第二線圈段10b和第三線圈段10c各自的長度均為二分之一匝，三者串接形成一個總長度為1.5匝的感應線圈10。該長度的感應線圈10的電感值的大小適中，可以在保證感應線圈的電感值位於匹配網路的匹配範圍內的前提下，降低線圈上的電壓。當然，在實際應用中，也可以根據具體需要設定第一線圈段10a、第二線圈段10b和第三線圈段10c各自的長度，例如每個線圈段的長度也可以為二分之一匝的整數倍，例如，3匝或者4.5匝。

可選的，感應線圈10靠近第一線圈段10a的第一端101為功率輸入端；感應線圈靠近第三線圈段10c的第二端102為接地端。當然，在實際應用中，也可以是第一端101為接地端，而第二端102為功率輸入端。

可選的，感應線圈10的橫截面形狀包括矩形、圓形、三角形、梯形或者菱形等等。

請參閱第4圖，本發明第二實施例提供的感應線圈組，其與上述第一實施例相比，同樣包括感應線圈10’。下面僅對本實施例提供的感應線圈10’與上述第一實施例的區別進行詳細描述。

具體地，感應線圈10’包括自第一端101’向第二端102’的方向依次串接的第一線圈段10a’和第二線圈段10b’，二者均呈立體螺旋結構，其中，第一線圈段10a’和第二線圈段10b’的螺旋半徑自感應線圈10的第一端101’向第二端102’逐漸減小。

需要說明的是，感應線圈10’的第一端101’的螺旋半徑最大，而感應線圈10’的第二端102’的螺旋半徑最小，並且同一線圈段的螺旋半徑自靠近第一端101’的一端向另一端逐漸減小。

還需要說明的是，在本實施例中，感應線圈10’的第一端101’的螺旋半徑最大，而感應線圈10’的第二端102’的螺旋半徑最小，但是，本發明並不侷限於此，在實際應用中，也可以感應線圈10’的第一端101’的螺旋半徑最小，而感應線圈10’的第二端102’的螺旋半徑最大，而第一線圈段10a’和第二線圈段10b’的螺旋半徑自感應線圈10’的第一端101’向第二端102’逐漸增大。

如第4圖所示，第一線圈段10a’和第二線圈段10b’之間的串接點為串接點C。對於第一線圈段10a’來說，其一端即為感應線圈10’的第一端101’，且與介電質視窗之間的垂直間距最大，另一端為串接點C，且與介電質視窗之間的垂直間距最小，而第一線圈段10a’的其餘部分自第一端101’向串接點C逐漸減小。

對於第二線圈段10b’來說，其一端即為感應線圈10’的第二端102’，且與介電質視窗之間的垂直間距最大，另一端為串接點C，且與介電質視窗之間的垂直間距最小，而第二線圈段10b’的其餘部分自第二端102’向串接點C逐漸減小。

由上可知，第一線圈段10a’和第二線圈段10b’能夠使與介電質視窗之間的垂直間距自串接點C分別向兩端（101、102）逐漸增大，從而可以有效降低感應線圈10的兩端（101、102）的容性耦合，從而可以減少電漿對介電質視窗的濺鍍而產生的濺鍍污染，改善製程結果。同時，第一線圈段10a’和第二線圈段10b’各自靠近串接點C的部分距離介電質視窗較近，這同樣可以保證射頻磁場的耦合強度，提高耦合效率，確保電漿正常啟動。

在本實施例中，第一線圈段10a’和第二線圈段10b’各自的長度均為四分之三匝，二者同樣可以串接形成一個總長度為1.5匝的感應線圈10’。當然，在實際應用中，可以根據具體需要自由第一線圈段10a’和第二線圈段10b’各自的長度，例如為四分之三匝的整數倍。

可選的，感應線圈10’靠近第一線圈段10a’的第一端101’為功率輸入端；感應線圈10’靠近第二線圈段10b’的第二端102’為接地端。當然，在實際應用中，也可以是第一端101’為接地端，而第二端102’為功率輸入端。

請一併參閱第5圖和第6圖，本發明第三實施例提供的感應線圈組，其與上述第一、第二實施例相比，其區別僅在於：感應線圈為兩個。

具體地，兩個感應線圈（10、20）同軸設置，且相互嵌套，並且兩個感應線圈（10、20）關於感應線圈的軸線中心對稱，即，其中一個感應線圈圍繞其軸線旋轉180°之後與另一個感應線圈重合。

由於兩個感應線圈（10、20）產生的磁場相對於單個感應線圈產生磁場在腔室徑向上的分佈更均勻，這可以使電漿的角向分佈更均勻，從而可以提高製程均勻性。

在實際應用中，兩個感應線圈（10、20）相互並聯。

在實際應用中，感應線圈也可以為三個以上。

綜上所述，本發明上述各個實施例提供的感應線圈組，其藉由使感應線圈的電勢較高的兩端（功率輸入端和接地端）與介電質視窗之間的垂直間距大於感應線圈的兩端之間的部分與介電質視窗之間的垂直間距，可以降低感應線圈兩端的容性耦合，從而可以降低對介電質視窗的濺鍍，改善製程結果。同時，由於感應線圈的兩端之間的部分與介電質視窗之間的垂直間距較小，可以保證射頻磁場的耦合強度。

作為另一個技術方案，請參閱第7圖，本發明第四實施例還提供一種反應腔室30，其包括設置在腔室頂部的介電質視窗31，以及本發明上述各個實施例提供的感應線圈組。

感應線圈組包括設置在介電質視窗31上方的感應線圈32。該感應線圈32採用了上述第三實施例中的感應線圈的結構，即，感應線圈32為兩個，且相互並聯，每個感應線圈32的兩端分別為功率輸入端和接地端，其中，功率輸入端與射頻電源35電連接；接地端與地電連接。

在本實施例中，每個感應線圈32的靠近腔室邊緣的一端為接地端，而每個感應線圈32的靠近腔室中心的一端為功率輸入端。但是，在實際應用中，也可以每個感應線圈32的靠近腔室邊緣的一端為功率輸入端，而每個感應線圈32的靠近腔室中心的一端為接地端。

在本實施例中，反應腔室還包括電容34，該電容34連接在接地端與地之間。藉由設置該電容34，可以使功率輸入端和接地端的電壓相等，從而可以使感應線圈32中的電流、電壓分佈對稱，進而可以獲得角向均勻的電漿，同時有利於電漿啟動。

可選的，電容34的取值範圍在C1~C2；其中，

其中，

為角頻率；L為感應線圈34的電感。

在上述取值範圍內調節電容34的大小，可以調節射頻電壓、電流在感應線圈34中的分佈，以獲得角向均勻的電漿，同時有利於電漿啟動。

需要說明的是，在本實施例中，感應線圈組為一組。但是，本發明並不侷限於此，在實際應用中，感應線圈組也可以為多組，並且，多組感應線圈組分別位於以介電質視窗31的軸線為中心，且半徑不同的多個圓周上；並且，多組感應線圈組的感應線圈的功率輸入端均與同一射頻電源35電連接；電容34為多個，多組感應線圈組的感應線圈的接地端一一對應與多個電容34電連接。

藉由設置多組感應線圈組，可以提高電漿在反應腔室30徑向上的分佈均勻性。

例如，如第8圖所示，感應線圈組為兩組，第一組感應線圈組包括相互並聯的兩個感應線圈32，兩個感應線圈32的設置方式與上述第三實施例相同；同樣的，第二組感應線圈組包括相互並聯的兩個感應線圈33，兩個感應線圈33的設置方式與上述第三實施例相同。

其中，第一組感應線圈組分布在於介電質視窗31的邊緣區域對應的圓周上；第二組感應線圈組分布在於介電質視窗31的中心區域對應的圓周上。並且，第一組感應線圈組的兩個感應線圈32與第二組感應線圈組的兩個感應線圈33相互並聯。每個感應線圈的功率輸入端均與射頻電源35電連接。

在本實施例中，第一組感應線圈組的兩個感應線圈32的接地端藉由電容34接地；而第二組感應線圈組的兩個感應線圈33的接地端直接接地，未設置電容34。當然，在實際應用中，感應線圈33的接地端也可以設置電容34；或者，第一、第二組感應線圈組的感應線圈也可以均直接接地。

另外，在實際應用中，兩組感應線圈組的感應線圈的結構和尺寸可以相同，也可以不同。

請一併參閱第9圖，本發明第五實施例提供的反應腔室30，其與第8圖示出的反應腔室相比，其區別在於：感應線圈組為一組，且包括相互並聯的兩個感應線圈32，兩個感應線圈32的設置方式與上述第三實施例相同。

並且，反應腔室30還包括一組錐狀感應線圈組，該錐狀感應線圈組與感應線圈組分別位於以介電質視窗31的軸線為中心，且半徑不同的兩個圓周上，且錐狀感應線圈組所在圓周的半徑小於感應線圈組所在圓周的半徑。具體地，感應線圈組分布在於介電質視窗31的邊緣區域對應的圓周上；錐狀感應線圈組分布在於介電質視窗31的中心區域對應的圓周上。

在本實施例中，錐狀感應線圈組包括相互並聯的兩個錐狀感應線圈40。即，本實施例中的兩個錐狀感應線圈40替換第8圖中示出的第二組感應線圈組的兩個感應線圈33。

具體地，兩個錐狀感應線圈40均呈立體螺旋結構，且螺旋半徑沿垂直方向自下而上逐漸減小，以構成近似“圓錐”的形狀，並且兩個錐狀感應線圈40關於錐狀感應線圈的軸線中心對稱，即，其中一個錐狀感應線圈圍繞其軸線旋轉180°之後與另一個錐狀感應線圈重合，也就是說，兩個錐狀感應線圈40的螺旋方向相反。

每個錐狀感應線圈40的距離介電質視窗31較遠的一端為功率輸入端與射頻電源35連接，而每個錐狀感應線圈40的距離介電質視窗31較近的一端為接地端直接接地。而且，在感應線圈組中，每個感應線圈32的靠近腔室邊緣的一端為接地端，而每個感應線圈32的靠近腔室中心的一端為功率輸入端。

由上可知，上述錐狀感應線圈40的螺旋半徑較小的部分距離介電質視窗較遠，而螺旋半徑較大的部分距離介電質視窗較近，這樣可以減小錐狀感應線圈40的靠近介電質視窗一端的容性耦合，從而降低對介電質視窗的濺鍍，改善製程結果。同時，兩組感應線圈組中的感應線圈均採用“外進內出”的方式實現射頻連接，即，每個感應線圈的靠近腔室邊緣的一端為接地端，而每個感應線圈的靠近腔室中心的一端為功率輸入端。如此設置，有利於提高電漿的角向均勻性，從而提高製程均勻性。

需要說明的是，在本實施例中，錐狀感應線圈組所在圓周的半徑小於感應線圈組所在圓周的半徑，但是，本發明並不侷限於此，在實際應用中，也可以錐狀感應線圈組所在圓周的半徑大於感應線圈組所在圓周的半徑，即，錐狀感應線圈組分布在於介電質視窗31的邊緣區域對應的圓周上；感應線圈組分布在於介電質視窗31的中心區域對應的圓周上。

還需要說明的是，在本實施例中，每個錐狀感應線圈40的距離介電質視窗31較近的一端為接地端直接接地，但是，本發明並不侷限於此，在實際應用中，每個錐狀感應線圈40的距離介電質視窗31較近的一端也可以藉由電容接地。

本發明實施例提供的反應腔室，其藉由採用本發明上述各個實施例提供的上述感應線圈組，可以在保證射頻磁場的耦合強度滿足條件的前提下，減小感應線圈兩端的容性耦合，從而可以降低對介電質視窗的濺鍍，改善製程結果。

可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而採用的示例性實施方式，然而本發明並不侷限於此。對於本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護範圍。

1、30:反應腔室 3、31:介電質視窗 2:平面線圈 4:射頻電源 5、34:電容 10、10’、20、32、33:感應線圈 10a、10a’:第一線圈段 10b、10b’:第二線圈段 10c:第三線圈段 35:射頻電源 40:錐狀感應線圈 101、102:兩端 101’:第一端 102’:第二端 A:功率輸入端 B:串接電容端 C:串接點 D1:第一串接點 D2:第二串接點 H:高度 H1:垂直間距 R:半徑

第1圖為現有的ICP反應腔室的剖視圖；第2圖為本發明第一實施例採用的感應線圈的結構圖；第3圖為本發明第一實施例採用的感應線圈的俯視圖；第4圖為本發明第二實施例採用的感應線圈的結構圖；第5圖為本發明第三實施例採用的感應線圈組的結構圖；第6圖為本發明第三實施例採用的感應線圈組的俯視圖；第7圖為本發明第四實施例提供的反應腔室的一種剖視圖；第8圖為本發明第四實施例提供的反應腔室的另一種剖視圖；第9圖為本發明第五實施例提供的反應腔室的剖視圖。

10:感應線圈

10a:第一線圈段

10b:第二線圈段

10c:第三線圈段

101、102:兩端

D1:第一串接點

D2:第二串接點

H:高度

H1:垂直間距

Claims

一種感應線圈組，包括用於設置在反應腔室的一介電質視窗上方的一感應線圈，該感應線圈的兩端分別為一功率輸入端和一接地端，其特徵在於，該感應線圈的兩端與該介電質視窗之間的垂直間距大於該感應線圈的兩端之間的部分與該介電質視窗之間的垂直間距。
如申請專利範圍第1項所述的感應線圈組，其中，該感應線圈包括均呈立體螺旋結構，且相互串接的一第一線圈段和一第二線圈段，其中，該第一線圈段的螺旋半徑自該感應線圈的一端向該第一線圈段和第二線圈段的一串接點逐漸減小；該第二線圈段的螺旋半徑自該第一線圈段和第二線圈段的串接點向該感應線圈的另一端逐漸減小；該第一線圈段與該介電質視窗之間的垂直間距自該感應線圈的一端向該第一線圈段和第二線圈段的串接點逐漸減小；該第二線圈段與該介電質視窗之間的垂直間距自該感應線圈的另一端向該串接點逐漸減小。
如申請專利範圍第2項所述的感應線圈組，其中，該第一線圈段和第二線圈段各自的長度均為四分之三匝或者四分之三匝的整數倍。
如申請專利範圍第2項所述的感應線圈組，其中，該感應線圈靠近該第一線圈段的一端為該功率輸入端；該感應線圈靠近該第二線圈段的另一端為該接地端。
如申請專利範圍第1項所述的感應線圈組，其中，該感應線圈包括自該感應線圈的一端向該感應線圈的另一端依次串接的一第一線圈段、一第二線圈段和一第三線圈段，其中，該第一線圈段和第三線圈段均呈立體螺旋結構；該第二線圈段呈平面螺旋結構；並且，該第一線圈段的螺旋半徑自該感應線圈的一端向該第一線圈段和第二線圈段的一第一串接點逐漸減小；該第二線圈段的螺旋半徑自該第一串接點向該第二線圈段和第三線圈段的一第二串接點逐漸減小；該第三線圈段的螺旋半徑自該第二串接點向該感應線圈的另一端逐漸減小；該第一線圈段與該介電質視窗之間的垂直間距自該感應線圈的一端向該第一串接點逐漸減小；該第三線圈段與該介電質視窗之間的垂直間距自該感應線圈的另一端向該第二串接點逐漸減小；該第二線圈段上的各個位置與該介電質視窗之間的垂直間距均相等。
如申請專利範圍第5項所述的感應線圈組，其中，該第一線圈段、第二線圈段和第三線圈段各自的長度均為二分之一匝或者二分之一匝的整數倍。
如申請專利範圍第5項所述的感應線圈組，其中，該感應線圈靠近該第一線圈段的一端為該功率輸入端；該感應線圈靠近該第三線圈段的另一端為該接地端。
如申請專利範圍第1項所述的感應線圈組，其中，該感應線圈的兩端與該介電質視窗之間的垂直間距相等。
如申請專利範圍第1項所述的感應線圈組，其中，該感應線圈的兩端各自與該介電質視窗的下表面之間的垂直間距的取值範圍在10~50mm。
如申請專利範圍第1項至第9項任一項所述的感應線圈組，其中，該感應線圈為一個；或者，該感應線圈為兩個，兩個該感應線圈同軸設置，且相互嵌套，並且兩個該感應線圈關於該感應線圈的軸線中心對稱。
如申請專利範圍第1項至第9項任一項所述的感應線圈組，其中，該感應線圈的橫截面形狀包括矩形、圓形、三角形、梯形或者菱形。
一種反應腔室，包括一介電質視窗，其特徵在於，還包括申請專利範圍第1項至第11項任一項所述的感應線圈組；該感應線圈組包括設置在該介電質視窗上方的一感應線圈，該感應線圈的兩端分別為一功率輸入端和一接地端，該功率輸入端與一射頻電源電連接；該接地端與地電連接。
申請專利範圍第12項所述的反應腔室，其中，該反應腔室還包括一電容，該電容連接在該接地端與地之間。
申請專利範圍第13項所述的反應腔室，其中，該電容的取值範圍在C1~C2；其中，

其中，
為角頻率；L為該感應線圈的電感。
申請專利範圍第13項所述的反應腔室，其中，該感應線圈組為一組；或者，該感應線圈組為多組，多組該感應線圈組分別位於以該介電質視窗的軸線為中心，且半徑不同的多個圓周上；並且，多組該感應線圈組的該感應線圈的功率輸入端均與同一該射頻電源電連接；該電容為多個，多組該感應線圈組的該感應線圈的接地端一一對應與多個該電容電連接。
申請專利範圍第12項所述的反應腔室，其中，該感應線圈組為一組，該感應線圈的距離該介電質視窗較遠的一端為功率輸入端，而該感應線圈的距離該介電質視窗較近的一端為接地端；該反應腔室還包括一組錐狀感應線圈組，該錐狀感應線圈組與該感應線圈組分別位於以該介電質視窗的軸線為中心，且半徑不同的兩個圓周上；該錐狀感應線圈組包括設置在該介電質視窗上方的兩個錐狀感應線圈，該兩個錐狀感應線圈均呈立體螺旋結構，且關於該錐狀感應線圈的軸線中心對稱，每個該錐狀感應線圈的螺旋半徑沿垂直方向自下而上逐漸減小；並且，每個該錐狀感應線圈的距離該介電質視窗較遠的一端為功率輸入端，而每個該錐狀感應線圈的距離該介電質視窗較近的一端為接地端。
申請專利範圍第16項所述的反應腔室，其中，該錐狀感應線圈組所在圓周的半徑小於該感應線圈組所在圓周的半徑。