电感耦合等离子体处理装置与等离子体产生装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种电感耦合等离子体处理装置与等离子体产生装置，用来在不扩展匹配网络可匹配范围的状况下，获得更宽的对功率分配比例的调节能力。其中的等离子体处理装置包括：绝缘窗；第一线圈与第二线圈；射频功率源，其输入端连接有一匹配网络；功率分配器，其输入端与所述匹配网络连接，其至少包括两个输出端，该两个输出端分别连接第一线圈、第二线圈；所述第一线圈与第二线圈之间电感值的比值在0.90到1.12之间。

Inductively coupled plasma processing device and plasma generating device

The invention provides an inductively coupled plasma processing device and a plasma generating device for obtaining a wider adjustment of power allocation ratio without extending the matching range of the matched network. The plasma processing device includes the insulation window, the first coil and the second coil; the radio frequency power source is connected with a matching network; the power divider is connected with the matching network, and at least two output terminals are included, and the two output ends are connected to the first coil and the second coil; The ratio of inductance between the first coil and the second coil is between 0.90 and 1.12.

【技术实现步骤摘要】
电感耦合等离子体处理装置与等离子体产生装置
本专利技术涉及可用于半导体器件制作的电感耦合等离子体(ICP)处理装置，还涉及可用在上述装置上的等离子体产生装置。
技术介绍
随着微电子机械器件和微电子机械系统(MicroElectromechanicalSystem，简称MEMS)被越来越广泛的应用于汽车和电费电子等领域，硅通孔(ThroughSiliconVia，简称TSV)刻蚀技术在未来封装领域具有广阔前景，深硅刻蚀工艺逐渐成为MEMS制造领域和TSV技术中最炙手可热的工艺之一。电感耦合等离子体(ICP)设备是MEMS制造领域和TSV技术中的常用设备，ICP设备通过磁场产生等离子体，所述等离子体用于轰击硅晶圆，对硅晶圆进行刻蚀。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供一种电感耦合等离子体处理装置，包括：反应腔，其顶部设置有绝缘窗；线圈，设置于绝缘窗的上方，包括第一线圈与第二线圈；射频功率源，其输入端连接有一匹配网络；功率分配器，其输入端与所述匹配网络连接，其至少包括两个输出端，该两个输出端分别连接第一线圈、第二线圈；其特征在于，所述第一线圈与第二线圈之间电感值的比值在0.90到1.12之间。可选的，所述第一线圈与第二线圈具有不同的线圈匝数。可选的，所述第一线圈位于所述第二线圈的外围，所述第二线圈的线圈匝数大于所述第一线圈的线圈匝数。可选的，通过设置第一、二线圈的下列参数中的一种或多种来实现所述比值：线圈直径；线圈匝数；组成线圈的导线的直径；组成线圈的导线的材料。可选的，所述线圈还包括第三线圈，所述第三线圈连接于功率分配器的另一输出端；所述第三线圈与所述第二线圈之间电感值的比值在0.90到1.12之间。可选的，所述第一线圈与所述第二线圈为相同类型或不同类型。可选的，还包括偏置功率源，用于控制等离子体的方向。根据本专利技术的另一个方面，提供一种电感耦合等离子体处理装置，包括：反应腔，其顶部设置有绝缘窗；第一线圈与第二线圈，设置于绝缘窗的上方，所述第一线圈位于所述第二线圈的外周；射频功率源，其输入端连接有一匹配网络；功率分配器，其输入端与所述匹配网络连接，其至少包括两个输出端，该两个输出端分别连接第一线圈、第二线圈；其特征在于，所述第二线圈具有比所述第一线圈更多的线圈匝数。可选的，所述第一线圈与第二线圈之间电感值的比值在0.90到1.12之间。根据本专利技术的又一个方面，提供一种用于电感耦合等离子体处理装置的等离子体产生装置，包括：射频功率源，其输入端连接有一匹配网络；第一线圈与第二线圈；功率分配器，其输入端与所述匹配网络连接，所述功率分配器至少包括两个输出端，该两个输出端分别连接第一线圈、第二线圈；其特征在于，所述第一线圈与第二线圈之间电感值的比值在0.90到1.12之间。可选的，所述第一线圈与第二线圈具有不同的线圈匝数。可选的，所述第二线圈位于所述第一线圈的外围，所述第一线圈的线圈匝数大于所述第二线圈的线圈匝数。可选的，通过设置第一、二线圈的下列参数中的一种或多种来实现所述比值：线圈直径；线圈匝数；组成线圈的导线的直径；组成线圈的导线的材料。附图说明图1与图2用于阐释本专利技术的基本构思；图3是本专利技术电感耦合型等离子处理装置一个实施例的结构示意图。具体实施方式电感耦合等离子体(ICP)刻蚀装置中用于产生、维持等离子体的系统主要包括线圈(coil)以及射频功率源(sourcepower)、匹配网络等。其中，线圈用来激励等离子体，匹配网络用来将线圈及等离子体产生的阻抗转化为一个固定值(如50Ω)。不同形状的线圈，对同一工艺条件所产生的等离子体等效到匹配网络输入端的阻抗各不相同。等离子体阻抗也受反应腔内气压、气体、射频功率等因素的影响。这导致反应腔内等离子体阻抗变动明显。因此，为了能够满足各种工艺的需求，对匹配网络的适用范围有一定的要求。为了在更大的面积上实现均匀的等离子体密度分布，以及为了调节等离子体在反应腔径向的分布，同心多区域线圈越来越多地被各种刻蚀设备所采用，如图1，位于反应腔顶部的绝缘窗3上设置有两组线圈，位于边缘区域的第一线圈1与位于中央区域的第二线圈2。采用多个线圈的结构来激励等离子体的设备中，通常会对各个线圈的功率进行分配。考虑到成本及其结构的复杂性，通常对于同心多区域线圈结构，会采用一个射频功率源(射频功率源)42、一个匹配网络44，外加一个功率分配器46(功率分配电路)的结构来实现，如图2所示。当射频功率通过功率分配器46分配到各个线圈1与2时，每个线圈等效的阻抗值(该阻抗值与反应腔内气压、气体、射频功率等多个因素相关)也各不相同，阻抗值会随着功率分配比例而发生变化。等效到匹配网络输出端的阻抗值也会发生变化，该阻抗值既与线圈1、2的等效阻抗值相关，也明显受功率分配比例的影响。也就是说，匹配网络的匹配范围会受到功率分配比例的影响。为了实现较大范围的中央区域/边缘区域之间的等离子体密度调节，就需要功率分配比例有足够大的变化，这就会导致匹配网络输出端的阻抗值有很大的波动，从而要求匹配网络必需有更宽的匹配范围。目前的相关专利及文献中，没有涉及任何技术分析或实验来实现在比较窄的匹配范围下，实现更宽的功率分配比例调节能力。专利技术人研究发现，在线圈1与线圈2电感值相接近的情况下，匹配网络输出端的阻抗对功率分配比例的变化不敏感，即，匹配网络输出端的阻抗已几乎不受功率分配比例的影响。显然，在这种情况下，即便匹配网络只有较窄的匹配范围，也可实现更宽的功率分配能力、更强的射频功率调节能力。图3是本专利技术电感耦合型等离子处理装置的一个实施例，其具体为一电感耦合型等离子刻蚀装置。所述处理装置包括一个反应腔100，反应腔100内部的下方设置有用于放置待加工基片的基座20，一个偏置功率源6通过一个匹配网络连接到基座20。该偏置功率源的主要作用是控制反应腔内等离子体的入射角度和方向。一个排气装置(图中未显示)联通至基座20的外缘区域，用来抽走反应过程中的新生成气体以及部分未来得及参与反应的反应气体，以控制反应腔100内的气压。反应腔100顶部为一绝缘窗3，由于其为电绝缘材料制成，因而上方的电磁场可透过其进入反应腔100，以激发反应腔100内的反应气体解离生成等离子体，进行工艺处理。绝缘窗3上方设置有至少两个感应线圈：第一线圈1与第二线圈2，第一线圈1位于第二线圈2的外周。在其它实施例中，还可有更多个线圈，比如，可在第一、二线圈1与2之间增设一线圈。射频功率源42依次通过一匹配网络44、一功率分配器46分别与第一线圈1、第二线圈2连接。第一、二线圈1与2在被施加高频射频功率后产生一个高频电磁场，这个高频电磁场向下穿过绝缘窗3进入反应腔100内部，激励反应腔100内的反应气体产生并维持需要的等离子体。功率分配器46可对第一线圈1与第二线圈2之间的功率分配比例作出调整，以调节等离子体在反应腔100内的密度分布。比如，当中央区域的等离子体密度明显小于边缘区域时，可通过提高第二线圈2功率、降低第一线圈1功率来改善这种平衡。第一线圈1与第二线圈2两者的电感值大致相等。大量的实验都表明，当第一线圈与第二线圈两者电感值的比值在0.90到1.12之间时，第一线圈与第二线圈间功率分配比例的调整已基本不能显著影响匹配网络输出端的阻抗(即负载阻抗)。这本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电感耦合等离子体处理装置，包括：反应腔，其顶部设置有绝缘窗；线圈，设置于绝缘窗的上方，包括第一线圈与第二线圈；射频功率源，其输入端连接有一匹配网络；功率分配器，其输入端与所述匹配网络连接，其至少包括两个输出端，该两个输出端分别连接第一线圈、第二线圈；其特征在于，所述第一线圈与第二线圈之间电感值的比值在0.90到1.12之间。

【技术特征摘要】
1.一种电感耦合等离子体处理装置，包括：反应腔，其顶部设置有绝缘窗；线圈，设置于绝缘窗的上方，包括第一线圈与第二线圈；射频功率源，其输入端连接有一匹配网络；功率分配器，其输入端与所述匹配网络连接，其至少包括两个输出端，该两个输出端分别连接第一线圈、第二线圈；其特征在于，所述第一线圈与第二线圈之间电感值的比值在0.90到1.12之间。2.如权利要求1所述的电感耦合等离子体处理装置，其特征在于，所述第一线圈与第二线圈具有不同的线圈匝数。3.如权利要求2所述的电感耦合等离子体处理装置，其特征在于，所述第一线圈位于所述第二线圈的外围，所述第二线圈的线圈匝数大于所述第一线圈的线圈匝数。4.如权利要求1所述的电感耦合等离子体处理装置，其特征在于，通过设置第一、二线圈的下列参数中的一种或多种来实现所述比值：线圈直径；线圈匝数；组成线圈的导线的直径；组成线圈的导线的材料。5.如权利要求1所述的电感耦合等离子体处理装置，其特征在于，所述线圈还包括第三线圈，所述第三线圈连接于功率分配器的另一输出端；所述第三线圈与所述第二线圈之间电感值的比值在0.90到1.12之间。6.如权利要求1所述的电感耦合等离子体处理装置，其特征在于，所述第一线圈与所述第二线圈为相同类型或不同类型。7.如权利要求1所述的电感耦合等离子体处理装置，还包括偏置功率源，用于控制等离子体的方向。8.一种电感耦合等离...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪图强，庞晓贝，饭塚浩，
申请(专利权)人：中微半导体设备上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31