[发明专利]电感耦合线圈及应用该线圈的电感耦合等离子体装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体晶片加工设备用配件，尤其涉及一种电感耦合线圈及应用该线圈的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IC(集成电路)或MEMS(微电子机械系统)器件的制造工艺中。其中ICP(电感耦合等离子体装置)被广泛应用于刻蚀等工艺中。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，这些活性反应基团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。在半导体加工过程中，从介电窗1中央的进气口2进入反应腔室3的工艺气体被上方的电感耦合线圈4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。系统中分子泵从出气口6抽出反应腔室3的气体排出。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4，目前施加在电感耦合线圈4上的激励方式是加13.56MHz射频，使得电感耦合线圈4内有射频电流从而会产生变化的磁场，根据法拉第电磁感应定律，该变化的磁场会感应出电场，从而在反应腔室3内将反应气体电离成等离子体，被激发的等离子体在腔室内与工件相互作用，对工件进行刻蚀或在工件上沉积材料。工件一般是具有圆形平面的半导体晶片。由于抽气方式或者反应腔室的不对称，通常会引起反应腔室内粒子密度、温度和通量的不对称。气流的不对称会引起等离子体传导率的不对称，而等离子体传导率的不对称会导致功率沉积的不均匀，从而引起电子碰撞电离的不均匀。随着晶片5尺寸的增加，反应腔室3的体积也相应的增大，边缘和中心等离子体密度分布不均匀性更明显，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3内部晶片5上方获得比较均匀的等离子体密度分布，提高刻蚀的质量。

如图2所示，是目前常用的电感耦合线圈4的结构，为平面螺旋结构，其所激发的等离子体非常不均匀。由于该电感耦合线圈在反应室中央部分所激发的电磁场较强，因此在中央所产生的等离子体密度较高，只能依靠扩散来弥补外围密度低的区域，这就造成了对于气体压力的依赖性很大，只是在1-10mTorr(毫托)应用才能有最好的性能。这使得工艺的可调窗口非常小，对半导体制造工艺造成了很大的局限性。

当等离子体密度分布不均匀时，晶片上刻蚀的深度或者材料在晶片上沉积的厚度就不均匀，从而会降低器件的良率。特别是当晶片的尺寸从100mm增加到300mm时，反应腔室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不现实了。这就限制了工艺窗口，不利于半导体制造工艺的发展。另外，线圈由一段圆弧串联而成，这种结构容易使得线圈内部的电流沿长度方向出现节点，或者存在驻波电流，使射频场不能达到一个较好的方位角分布。

发明内容

本发明的目的是提供一种电感耦合线圈及应用该线圈的电感耦合等离子体装置，可以使等离子体在反应腔室的晶片上方分布均匀，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。

本发明的目的是通过以下技术方案加以解决的：

本发明的电感耦合线圈，由多个结构相同的独立分支嵌套构成，所述多个独立分支相对所述电感耦合线圈的轴线呈中心对称布置。

所述的独立分支有四个，相邻两个独立分支的方位角相差90°。

所述的每个独立分支包括多段同心线圈连接而成为平面结构，相邻两段同心线圈的旋向相反。

所述的每个独立分支包括四段线圈，由内向外分别为，

第一段线圈：为一圆心角为90°的圆弧，顺时针转90°后至第二段线圈的起始方位角；

第二段线圈：逆时针转略小于90°角度的圆弧至第三段线圈的起始方位角；

第三段线圈：顺时针转略小于90°角度的圆弧至第四段线圈的起始方位角；

第四段线圈：逆时针转略小于90°角度的圆弧后，继续向外延伸适当的长度。

所述的多个独立分支的第一段线圈相互连接而成为一个封闭的整圆。

所述的多个独立分支相互并联连接。

本发明的应用上述电感耦合线圈的电感耦合等离子体装置，包括反应室，反应室上部设有介电窗，所述的介电窗的上部设有电感耦合线圈，电感耦合线圈连接有射频电源。