TW202341219A - 一種感應耦合線圈、射頻提供裝置、射頻控制方法、設備 - Google Patents

一種感應耦合線圈、射頻提供裝置、射頻控制方法、設備 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種感應耦合線圈、射頻提供裝置、射頻控制方法、等離子體處理設備，感應耦合線圈包括內線圈、中線圈、外線圈和第一可調電容，中線圈包圍內線圈設置，外線圈包圍中線圈設置，內線圈和中線圈串聯在第一通路中，第一通路的第一端用於連接射頻功率源，第二端用於連接接地端，外線圈位於第二通路中，第二通路的第一端用於連接射頻功率源，第二端用於連接接地端，即內線圈和中線圈串聯後與外線圈並聯，中線圈和第一可調電容並聯，這樣中線圈的功率得到降低，降低內線圈和外線圈之間的區域的刻蝕速率，提高晶圓刻蝕的均勻性。

Description

一種感應耦合線圈、射頻提供裝置、射頻控制方法、設備
本發明涉及半導體器件及其製造領域，特別涉及一種感應耦合線圈、射頻提供裝置、射頻控制方法、等離子體處理設備。
在半導體器件的製造過程中，等離子體處理是將晶圓加工成設計圖案的關鍵工藝，在典型的等離子體處理工藝中，工藝氣體在射頻(Radio Frequency，RF)激勵作用下形成等離子體。等離子體在經過上電極和下電極之間的電場作用後，與晶圓表面發生物理轟擊作用及化學作用，對晶圓表面進行處理。
目前Pt、Ru、Ir、NiFe、Au等非揮發性材料主要通過感應耦合等離子體(Inductively Coupled Plasma，ICP)進行乾法刻蝕，感應耦合等離子體通常由置於等離子體腔室外部與電介質窗相鄰的感應耦合線圈產生，感應耦合線圈連接射頻功率源，射頻功率源的射頻功率驅動感應耦合線圈產生較強的高頻交變磁場，使腔室內的工藝氣體被點燃後形成等離子體。
然而利用感應耦合等離子體進行晶圓的刻蝕，容易導致晶圓刻蝕的不均勻性，甚至造成晶圓良率降低的問題。
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種感應耦合線圈、射頻提供裝置、射頻控制方法、等離子體處理設備，提高晶圓刻蝕的均勻性。
為實現上述目的，本發明有如下技術方案：
本發明實施例提供了一種感應耦合線圈，包括：
內線圈、包圍所述內線圈的中線圈、包圍所述中線圈的外線圈、第一可調電容；
所述內線圈和所述中線圈串聯在第一通路中；所述第一通路的第一端用於連接射頻功率源，第二端用於連接接地端；所述中線圈和第一可調電容並聯；
所述外線圈位於第二通路中；所述第二通路的第一端用於連接射頻功率源，第二端用於連接接地端。
可選的，所述感應耦合線圈還包括：
所述第一通路中與所述內線圈和所述中線圈串聯的第二可調電容，以及所述第二通路中與所述外線圈串聯的第三可調電容。
可選的，所述感應耦合線圈還包括：
所述第一通路中與所述內線圈和所述中線圈串聯的第一電流互感器，以及所述第二通路中與所述外線圈串聯的第二電流互感器。
可選的，所述感應耦合線圈還包括：
所述第一通路中與所述內線圈和所述中線圈串聯的第一接地電容，以及所述第二通路中與所述外線圈串聯的第二接地電容。
可選的，所述感應耦合線圈還包括：
所述第一通路中與所述內線圈和所述中線圈串聯的第一附加線圈，所述第一附加線圈包圍所述內線圈且被所述中線圈包圍，或所述第一附加線圈包圍所述中線圈且被所述外線圈包圍。
可選的，所述感應耦合線圈還包括：
所述第一通路中與所述中線圈並聯的第二附加線圈，所述第二附 加線圈包圍所述內線圈且被所述中線圈包圍，或所述第二附加線圈包圍所述中線圈且被所述外線圈包圍。
本發明實施例提供了一種射頻提供裝置，包括：
所述的感應耦合線圈；
射頻功率源，用於為所述第一通路的第一端和所述第二通路的第一端提供射頻信號；
接地端，用於為所述第一通路的第二端和所述第二通路的第二端接地。
可選的，所述內線圈的功率小於所述外線圈的功率。
本發明實施例提供了一種射頻控制方法，包括：
控制所述的感應耦合線圈的第一可調電容，以控制所述中線圈的功率。
本發明實施例提供了一種等離子體處理設備，包括：
晶圓固定裝置，用於固定待處理晶圓；
工藝氣體提供裝置，用於提供工藝氣體；
所述的射頻提供裝置，用於產生高頻交變磁場，以使所述工藝氣體形成等離子體，從而利用所述等離子體對所述待處理晶圓進行處理。
本發明實施例提供了一種感應耦合線圈、射頻提供裝置、射頻控制方法、等離子體處理設備，感應耦合線圈包括內線圈、中線圈、外線圈和第一可調電容，中線圈包圍內線圈設置，外線圈包圍中線圈設置，內線圈和中線圈串聯在第一通路中，第一通路的第一端用於連接射頻功率源，第二端用於連接接地端，外線圈位於第二通路中，第二通路的第一端用於連接射頻功率源，第二端用於連接接地端，即內線圈和中線圈串聯後與外線圈並聯，中線圈和第一可調電容並聯，這樣中線圈的功率得到降低，降低內線圈和外線圈之間的區域的刻蝕速率，提高晶圓刻蝕的均勻性。
101:第二電流互感器
102:第三可調電容
103:外線圈
104:第二接地電容
105:第一電流互感器
106:第二可調電容
108:第一接地電容
109:內線圈
110:中線圈
111:第一可調電容
121,123:射頻接入口
122,125,126:接地接入口
112:第一附加線圈
113:第二附加線圈
RF:射頻
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的圖式作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的圖式是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些圖式獲得其它的圖式。
圖1為目前一種晶圓的刻蝕速率示意圖；
圖2為目前另一種晶圓的刻蝕速率示意圖；
圖3為本發明實施例提供的一種感應耦合線圈的結構示意圖；
圖4為本發明實施例中一種感應耦合線圈的電路示意圖；
圖5為本發明實施例提供的一種感應耦合線圈的三維結構示意圖；
圖6為本發明實施例提供的一種晶圓的刻蝕速率示意圖；
圖7為本發明實施例提供的另一種感應耦合線圈的電路示意圖；
圖8為本發明實施例提供的另一種感應耦合線圈的電路示意圖。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合圖式對本發明的具體實施方式做詳細的說明。
在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是本發明還可以採用其它不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。
其次，本發明結合示意圖進行詳細描述，在詳述本發明實施例時，為便於說明，表示器件結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應限制本發明保護的範圍。此外，在實際製作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。
目前，可以利用感應耦合等離子體進行晶圓的刻蝕，然而這種刻蝕方式容易導致晶圓刻蝕的不均勻性，甚至造成晶圓良率降 低的問題。這是因為感應耦合線圈的不同部分之間的電壓電容耦合到等離子體，雖然這種耦合促進點火和穩定，但是同時會造成晶圓刻蝕的不均勻性。參考圖1所示，為目前一種晶圓的刻蝕速率示意圖，其中橫坐標為距離晶圓中心的距離，0點處為晶圓中心位置，縱坐標為刻蝕速率，從圖中可以看出，晶圓中心位置的刻蝕速率最高，晶圓邊緣位置的刻蝕速率最低。
為了平衡晶圓中心位置和邊緣位置的刻蝕速率，目前可以將感應耦合線圈分為內線圈和外線圈，外線圈包圍內線圈設置，外線圈對應晶圓的邊緣位置，內線圈對應晶圓的中心位置，通過調節分配至內線圈和外線圈的功率，可以調節腔室內受感應耦合線圈影響的等離子體濃度，從而提高晶圓不同位置處的刻蝕速率。然而這種方式會造成內線圈和外線圈之間互相影響，使部分位置的刻蝕速率無法按照預期調節。
參考圖2所示，為目前另一種晶圓的刻蝕速率示意圖，可以看出，當內線圈功率降低，外線圈功率升高後，雖然晶圓中心位置的刻蝕速率得到了降低，晶圓邊緣位置的速率得到提高，刻蝕速率的均一性得到一定程度的改善，然而內線圈和外線圈共同影響二者之間的區域的等離子體濃度，進而影響晶圓上與該區域對應的位置(方框所在位置)的刻蝕速率，使該位置的刻蝕速率無法按照預期降低，導致晶圓的不均一性調節視窗受限。
基於此，本發明實施例提供了一種感應耦合線圈、射頻提供裝置、射頻控制方法、等離子體處理設備，感應耦合線圈包括內線圈、中線圈、外線圈和第一可調電容，中線圈包圍內線圈設置，外線圈包圍中線圈設置，內線圈和中線圈串聯在第一通路中，第一通路的第一端用於連接射頻功率源，第二端用於連接接地端，外線圈位於第二通路中，第二通路的第一端用於連接射頻功率源，第二端用於連接接地端，即內線圈和中線圈串聯後與外線圈並聯，中線圈和第一可 調電容並聯，這樣中線圈的功率得到降低，降低內線圈和外線圈之間的區域的刻蝕速率，提高晶圓刻蝕的均勻性。
為了更好的理解本發明的技術方案和技術效果，以下將結合圖式對具體的實施例進行詳細的描述。
本發明實施例提供了一種感應耦合線圈，參考圖3所示，為本發明實施例提供的一種感應耦合線圈的結構示意圖，參考圖4所示，為本發明實施例中一種感應耦合線圈的電路示意圖，感應耦合線圈包括內線圈、中線圈、外線圈和第一可調電容。
其中，內線圈109位於中心區域，對應晶圓的中心位置；中線圈110包圍內線圈109設置，對一個晶圓的中心位置和邊緣位置之間的中部位置；外線圈103包圍中線圈110設置，對應晶圓的邊緣位置。
外線圈103可以位於第二通路，第二通路的第一端用於連接射頻功率源(RF)，第二端用於連接接地端，這樣在感應耦合線圈連接射頻功率源和接地端後，外線圈103可以由射頻功率源提供射頻信號，從而產生對應晶圓的邊緣位置的等離子體，實現對晶圓的邊緣位置的處理。
內線圈109和中線圈110串聯在第一通路中，第一通路的第一端用於連接射頻功率源，第二端用於連接接地端，這樣在感應耦合線圈連接射頻功率源和接地端後，內線圈109和中線圈110可以由射頻功率源提供射頻信號，從而產生對應晶圓的中心位置，以及中心位置和邊緣位置之間的中部位置的處理。由於內線圈109和中線圈110串聯設置，中線圈110可以為內線圈109分壓，相比於內線圈109連接在射頻功率源和接地端之間而言，這種設置使內線圈109的功率降低，利於均衡晶圓中心區域和邊緣區域的刻蝕速率。
在第一通路中，可以為中線圈110並聯第一可調電容111，這樣中線圈110和第一可調電容111並聯後和內線圈109串聯，通過內線圈109的電流是通過中線圈110和第一可調電容111的電流之 和，相比於中線圈110和內線圈109直接串聯而言，中線圈110的功率得到降低，能夠有效降低中線圈110對應位置的等離子體濃度，進而有效降低晶圓中心區域和邊緣區域之間的中間區域的刻蝕速率。第一可調電容111的容值可調，這樣可以根據實際需求調節第一可調電容111的容值，進而控制中線圈110的實際功率，從而針對性控制晶圓的中間區域的刻蝕速率。
本發明實施例中，第一通路中還可以包括與內線圈109和中線圈110串聯的第二可調電容106，和/或，第二通路中還可以包括與外線圈103串聯的第三可調電容102，這樣可以利用第二可調電容106和/或第三可調電容102調節第一通路和第二通路的功率分配。
本發明實施例中，第一通路中還可以包括與內線圈109和中線圈110串聯的第一電流互感器105，和/或，第二通路中還可以包括與外線圈103串聯的第二電流互感器101，這樣可以利用第一電流互感器105和第二電流互感器101監控第一通路和第二通路的電流分配。
本發明實施例中，第一通路中還可以包括與內線圈109和中線圈110串聯的第一接地電容108，和/或，第二通路中還可以包括與外線圈103串聯的第二接地電容104，這樣可以利用第一接地電容108過濾第一通路中的直流信號，利用第二接地電容104過濾第二通路中的直流信號。
本發明實施例中，第一通路中可以包括第二可調電容106、第一電流互感器105和第一接地電容108中的至少一個，例如可以同時包括第二可調電容106、第一電流互感器105和第一接地電容108，參考圖3和圖4所示；第二通路中可以包括第三可調電容102、第二電流互感器101和第二接地電容104中的至少一個，例如可以同時包括第三可調電容102、第二電流互感器101和第二接地電容104，參考圖3和圖4所示。
參考圖5所示，為本發明實施例提供的一種感應耦合線圈的三維結構示意圖，感應耦合線圈包括內線圈109、中線圈110和外線圈103，內線圈109具有射頻接入口123和接地接入口125，內線圈109的接地接入口125用於和中線圈110的射頻接入口125連接，中線圈110具有接地接入口126，外線圈103具有射頻接入口121和接地接入口122。
本發明實施例中，在利用第三可調電容102將第二通路的功率分配降低的同時，與中線圈110並聯的第一可調電容111的設計可以為中線圈110分流，使中線圈110分配的功率小於內線圈109分配的功率，這樣反應在晶圓刻蝕速率上就相當於將內線圈109和外線圈103共同影響部分的刻蝕速率下拉，同時不影響內線圈109和外線圈103對應位置的刻蝕速率。
參考圖6所示，為本發明實施例提供的一種晶圓的刻蝕速率示意圖，從圖中可以看出，內線圈109和外線圈103共同影響部分(與圖2所示方框標記區對應的區域)的刻蝕速率得到減小，從而使晶圓不均一性得到很大提高。
本發明實施例中，第一通路中還可以包括與內線圈109和中線圈110串聯的第一附加線圈112，參考圖7所示，為本發明實施例提供的另一種感應耦合線圈的電路示意圖。其中，所述第一附加線圈112可以包圍內線圈109且被中線圈110包圍，即第一附加線圈112可以位於內線圈109和中線圈110之間，或第一附加線圈112可以包圍中線圈110且被外線圈103包圍，即第一附加線圈112可以位於中線圈110和外線圈103之間。這樣利用第一附加線圈112可以進一步平衡晶圓不同位置的刻蝕速率。
本發明實施例中，第一通路中還可以包括與中線圈110並聯的第二附加線圈113，參考圖8所示，為本發明實施例提供的另一種感應耦合線圈的電路示意圖。其中，第二附加線圈113可以包圍內 線圈109且被中線圈110包圍，即第二附加線圈113可以位於內線圈109和中線圈110之間，或第二附加線圈113可以包圍中線圈110且被外線圈103包圍，即第二附加線圈113可以位於中線圈110和外線圈103之間。這樣利用第二附加線圈113可以進一步平衡晶圓不同位置的刻蝕速率。
本發明實施例提供了一種感應耦合線圈，包括內線圈、中線圈、外線圈和第一可調電容，中線圈包圍內線圈設置，外線圈包圍中線圈設置，內線圈和中線圈串聯在第一通路中，第一通路的第一端用於連接射頻功率源，第二端用於連接接地端，外線圈位於第二通路中，第二通路的第一端用於連接射頻功率源，第二端用於連接接地端，即內線圈和中線圈串聯後與外線圈並聯，中線圈和第一可調電容並聯，這樣中線圈的功率得到降低，降低內線圈和外線圈之間的區域的刻蝕速率，提高晶圓刻蝕的均勻性。
基於本發明實施例提供的一種感應耦合線圈，本發明實施例還提供了一種射頻提供裝置，包括射頻功率源、接地端和所述的感應耦合線圈，其中射頻功率源用於為第一通路的第一端和第二通路的第一端提供射頻信號，接地端用於為第一通路的第二端和第二通路的第二端接地。其中，內線圈的功率小於外線圈的功率。
基於本發明實施例提供的一種感應耦合線圈，本發明實施例還提供了一種射頻控制方法，可以包括控制所述的感應耦合線圈中的第一可調電容，以控制中線圈的功率，還可以控制第一通路中的第二可調電容和/或第二通路中的第三可調電容，從而控制第一通路和第二通路的功率分配。
基於本發明實施例提供的一種射頻提供裝置，本發明實施例還提供了一種等離子體處理設備，包括：
晶圓固定裝置，用於固定待處理晶圓；
工藝氣體提供裝置，用於提供工藝氣體；
所述的射頻提供裝置，用於產生高頻交變磁場，以使所述工藝氣體形成等離子體，從而利用所述等離子體對所述待處理晶圓進行處理。
射頻提供裝置中的感應耦合線圈可以設置在等離子體反應腔室的頂部的絕緣視窗上方，晶圓固定裝置可以包括靜電吸盤。
本說明書中的各個實施例均採用遞進的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其它實施例的不同之處。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，雖然本發明已以較佳實施例披露如上，然而並非用以限定本發明。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何的簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬於本發明技術方案保護的範圍內。
101:第二電流互感器
102:第三可調電容
103:外線圈
104:第二接地電容
105:第一電流互感器
106:第二可調電容
108:第一接地電容
109:內線圈
110:中線圈
111:第一可調電容
RF:射頻

Claims (10)

  1. 一種感應耦合線圈，其特徵在於，包括：
    內線圈、包圍所述內線圈的中線圈、包圍所述中線圈的外線圈、第一可調電容；
    所述內線圈和所述中線圈串聯在第一通路中；所述第一通路的第一端用於連接射頻功率源，第二端用於連接接地端；所述中線圈和第一可調電容並聯；
    所述外線圈位於第二通路中；所述第二通路的第一端用於連接射頻功率源，第二端用於連接接地端。
  2. 如請求項1所述的感應耦合線圈，其中，還包括：
    所述第一通路中與所述內線圈和所述中線圈串聯的第二可調電容，以及所述第二通路中與所述外線圈串聯的第三可調電容。
  3. 如請求項1所述的感應耦合線圈，其中，還包括：
    所述第一通路中與所述內線圈和所述中線圈串聯的第一電流互感器，以及所述第二通路中與所述外線圈串聯的第二電流互感器。
  4. 如請求項1至3任一項所述的感應耦合線圈，其中，還包括：
    所述第一通路中與所述內線圈和所述中線圈串聯的第一接地電容，以及所述第二通路中與所述外線圈串聯的第二接地電容。
  5. 如請求項1至3任一項所述的感應耦合線圈，其中，還包括：
    所述第一通路中與所述內線圈和所述中線圈串聯的第一附加線圈，所述第一附加線圈包圍所述內線圈且被所述中線圈包圍，或所述第一附加線圈包圍所述中線圈且被所述外線圈包圍。
  6. 如請求項1至3任一項所述的感應耦合線圈，其中，還包括：
    所述第一通路中與所述中線圈並聯的第二附加線圈，所述第二附加線圈包圍所述內線圈且被所述中線圈包圍，或所述第二附加線圈包圍所述中線圈且被所述外線圈包圍。
  7. 一種射頻提供裝置，其特徵在於，包括：
    如請求項1至6任一項所述的感應耦合線圈；
    射頻功率源，用於為所述第一通路的第一端和所述第二通路的第一端提供射頻信號；
    接地端，用於為所述第一通路的第二端和所述第二通路的第二端接地。
  8. 如請求項7所述的射頻提供裝置，其中，所述內線圈的功率小於所述外線圈的功率。
  9. 一種射頻控制方法，其特徵在於，包括：
    控制請求項1至6任一項所述的感應耦合線圈的第一可調電容，以控制所述中線圈的功率。
  10. 一種等離子體處理設備，其特徵在於，包括：
    晶圓固定裝置，用於固定待處理晶圓；
    工藝氣體提供裝置，用於提供工藝氣體；
    如請求項7或8所述的射頻提供裝置，用於產生高頻交變磁場，以使所述工藝氣體形成等離子體，從而利用所述等離子體對所述待處理晶圓進行處理。
TW111147255A 2021-12-17 2022-12-08 一種感應耦合線圈、射頻提供裝置、射頻控制方法、設備 TW202341219A (zh)

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