一种电感耦合线圈及采用该耦合线圈的等离子体处理装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电感耦合线圈，其包括至少两组直径不同且相 互嵌套的线圈绕组，所述线圈绕组中的至少两组线圈绕组的上表面处 于不同高度的平面，以便获得分布较为均匀的等离子体。此外，本发 明还公开了一种等离子体处理装置，其包括反应腔室，在该反应室的 上部设有介电窗，并且在所述介电窗的上方设置有上述电感耦合线圈， 所述电感耦合线圈通过射频匹配器与射频电源连接，以便在反应腔室 内得到分布均匀的等离子体。本发明专利技术提供的电感耦合线圈及等离子体 处理装置能够获得分布较为均匀的等离子体，同时能够获得良好的、 均匀的加工/处理结果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电子
，具体而言，涉及一种电感耦合线 圈。此外，本专利技术还涉及一种采用该电感耦合线圈的等离子体处理装 置。
技术介绍
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器件的加工/ 处理能力。目前，在半导体器件的加工/处理领域中，常常需要用到 等离子体刻蚀技术和等离子体沉积技术，而这些技术通常都要借助于 诸如等离子体刻蚀机等的等离子体处理装置来实现。因此，在半导体器件的加工/处理领域中，适用于刻蚀、沉积或 其他工艺的等离子体处理装置的工作性能就显得至关重要。尤其是， 在大衬底上的工作能力。只有具备良好的工作性能，才能提高产率， 以及执行用于制造高度集成器件工艺的能力。也就是说，需要等离子 体处理装置在保持较高等离子体密度的情况下，具有较为均匀的晶片 等半导体器件的加工/处理结果。目前，在半导体器件的加工/处理领域中已经使用的等离子体处理装置种类繁多，例如有，电容耦合等离子体(CCP)类型的等离子体 处理装置、电感耦合等离子体(ICP)类型的等离子体处理装置，以及 电子回旋共振等离子体(ECR)类型的等离子体处理装置，等等。其中，电容耦合等离子体类型的等离子体处理装置借助于电容 耦合的方式产生等离子体，其结构简单，造价低。然而在实际应用中， 这种类型的等离子体处理装置所产生的等离子体密度较低，难以满足 实际工艺过程中等离子体刻蚀速率和产率的需求。至于电子回旋共振等离子体类型的等离子体处理装置，其可以在较低的工作气压下获得密度较高的等离子体。然而在实际应用中， 这种类型的等离子体处理装置需要引入外磁场，还需要配置微波管等 器件，因而造价相对较高。鉴于此，电感耦合等离子体类型的等离子体处理装置目前被广为 采用。这种方式可以在较低工作气压下获得密度较高的等离子体，而 且其结构简单，造价低。同时，这种类型的等离子体处理装置可以独立地对产生等离子体的射频源(其决定等离子体的密度)与基片台射 频源(其决定入射到晶片上的粒子能量)进行控制。因而，这种类型 的等离子体处理装置非常适于对金属和半导体等材料进行刻蚀等加工 /处理。特别是，目前晶片的尺寸逐渐由200mm增大到300mm，而对于 300mm的大尺寸晶片，电感耦合等离子体类型的等离子体处理装置因 其能够高密度和高均匀性地产生等离子体，并且结构相对简单，而被 认为是最佳的等离子体处理装置。请参阅图1，其中示出一种现有技术中常见的电感耦合等离子体 处理装置。该装置通常包括反应腔室4、介质窗17、静电卡盘6和电 感耦合线圈3。其中，静电卡盘6位于反应腔室4内，并且经由匹配器 10而与射频源11相连。该静电卡盘6上设置有被加工处理的晶片5。 在反应腔室4的上方设置有介质窗17，电感耦合线圈3便置于该介质 窗17上，并经由匹配器2而与射频源1相连。在半导体器件加工/处理过程中，进入反应腔室4的工艺气体被位 于上方的电感耦合线圈3电离形成等离子体，以对晶片5等半导体器 件表面材质进行诸如刻蚀等的加工/处理操作。同时，借助于分子泵(图 未示)将反应后的气体从反应腔室4中抽出。在上述反应过程中，使气体产生电离而形成等离子体的射频功率 来自于电感耦合线圈3。如前所述，该线圈3经由匹配器2而与射频源 l相连，射频源l用于提供射频电流。随着射频电流流入线圈3，围绕 线圈3而产生磁场。由于所产生的磁场是时变的，所以在反应腔室4 内可以感生出电场。同时，反应腔室4内的工艺气体因与通过感应电 场而加速的电子发生碰撞而被离子化，这样，就可以在反应腔室4内5产生等离子体。这种方式所产生的等离子体与晶片5的表面发生物理 化学反应，以对晶片5进行诸如刻蚀等的加工/处理。另外，静电卡盘6经由匹配器10而与用于提供偏置电压的射频源 11相连，以便增加等离子体与晶片5进行碰撞的能量。请参阅图2,其中示出了现有电感耦合等离子体处理装置中常采 用的电感耦合线圈的结构。如图所示，现有的电感耦合线圈通常包括 平面螺旋线形状的单个线圈。尽管现有技术提供的呈平面螺旋状的上述电感耦合线圈广泛地应 用于电感耦合等离子体处理装置中，并且其能够使该等离子体处理装 置相对于其他类型的等离子体处理装置具有可高密度和高均匀性地产生等离子体、并且结构简单、成本较低等特点，然而在实际应用中， 这种结构的电感耦合线圈及应用该线圈的等离子体处理装置存在以下 问题首先，当射频电流流过上述电感耦合线圈时，在反应腔室内产生 时变的感应磁场，该时变的感应磁场又产生环向的感应电场，然而上 述这种平面螺旋状的电感耦合线圈将导致在反应腔室内产生的电磁场 分布不均匀，以及射频功率在介质窗下方分布不均匀。这样，因电子 需要在感应电场的作用下获得能量而与中性粒子碰撞产生等离子体， 因此这造成产生的等离子体分布不均匀。尽管等离子体可以从介质窗 下方的产生区向被处理晶片等工件的表面扩散，但是在实际工艺范围 内，仅通过扩散难以使上述等离子体均匀地到达被处理工件的表面， 因此，这将造成工件处理结果不均匀。其次，当被处理工件的尺寸从200mm增大到300mm乃至更大时， 反应腔室的尺寸也相应地增大，这样，为保证能够得到可以满足工艺 要求的大面积的高密度等离子体，就需要增加线圈的长度和圈数。然 而，增加线圈长度将会造成线圈上的电压增加，而线圈上的电压增加 将导致部分射频功率通过容性耦合到等离子体中，也就是说，从线圈 到等离子体的射频功率的容性耦合将会随着线圈上的电压的增加而增 加。然而，容性耦合不仅会降低射频功率的耦合效率，而且还增加离 子动能，使得难以对离子动能进行精确控制，进而难以对溅射速率和刻蚀速率等工艺参数进行精确控制。此外，增加线圈长度将会导致线 圈电感也增加。然而，电感过高将很难实现对线圈的共轭匹配，从而 难以获得半导体加工所需的大面积、高密度且均匀分布的等离子体， 进而影响晶片等工件加工/处理结果的均匀性。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种具有立体结构的电感 耦合线圈，借助于该电感耦合线圈能够获得分布较为均匀的等离子 体，同时能够获得良好的均匀的加工/处理结果。此外，本专利技术还提供了一种采用该电感耦合线圈的等离子体处 理装置，其能够获得分布较为均匀的等离子体，同时能够获得良好的 均匀的加工/处理结果。为此，本专利技术提供了一种电感耦合线圈，其包括至少两组直径不 同且相互嵌套的线圈绕组，所述线圈绕组中的至少两组线圈绕组的上表 面处于不同高度的平面，以便在相应介质窗的下方获得较为均匀的感应 电磁场，进而获得分布较为均匀的等离子体。其中，所述每一组线圈绕组包括至少两个相互嵌套且对称分布的线 圈分支。其中，所述线圈分支为平面结构。其中，所述线圈分支呈平面螺旋线的形状，所述螺旋线为阿基米德 螺旋线或渐开线或涡状线的形式。其中，所述线圈分支为大致同心圆的形状，并且所述同心圆中的每 一圈包括多个弓形的弧线段，和至少一个在弧线段之间延伸并连接的连 接部分，所述弧线段分别沿着所述同心圆延伸。其中，所述线圈分支为立体结构。其中，所述线圈分支呈立体螺旋形状，且沿上升方向其螺旋线的直 径相同或者直径渐小或者直径渐大。其中，所述每一组线圈绕组包括三个相互嵌套且对称分布的的线圈 分支。其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电感耦合线圈，其特征在于，包括至少两组直径不同且相互嵌套的线圈绕组，所述线圈绕组中的至少两组线圈绕组的上表面处于不同高度的平面，以便获得分布均匀的等离子体。

【技术特征摘要】
1.一种电感耦合线圈，其特征在于，包括至少两组直径不同且相互嵌套的线圈绕组，所述线圈绕组中的至少两组线圈绕组的上表面处于不同高度的平面，以便获得分布均匀的等离子体。2. 根据权利要求l所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述每一组线圈绕组包括至少两个相互嵌套且对称分布的线圈分支。3. 根据权利要求2所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述线圈分 支为平面结构。4. 根据权利要求3所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述线圈分 支呈平面螺旋线的形状，所述螺旋线为阿基米德螺旋线或渐开线或涡状 线的形式。5. 根据权利要求3所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述线圈分 支为大致同心圆的形状，并且所述同心圆中的每一圈包括多个弓形的弧 线段，和至少一个在弧线段之间延伸并连接的连接部分，所述弧线段分 别沿着所述同心圆延伸。6. 根据权利要求l所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述线圈分 支为立体结构。7. 根据权利要求6所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述线圈分 支呈立体螺旋形状，且沿上升方向其螺旋线的直径相同或者直径渐小或 者直径渐大。8. 根据权利要求l所...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦刚，李东三，
申请(专利权)人：韦刚，李东三，
类型：发明
国别省市：11