CN2807421Y - 电感耦合线圈及其电感耦合等离子体装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型所述的电感耦合线圈，由两段或两段以上形状相同的线圈组成；各段线圈在空间上中心对称布置；各段线圈之间并联；每段线圈均由两匝或两匝以上不同直径的弧形线圈串联而成。故所有线圈从总体上来说是中心对称分布的。因此其在反应腔体中的场分布均匀，使得等离子体的分布也更加均匀。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。再者由于线圈为弧形，加工工艺简单，容易保证同组线圈的个体差异性小，提高了刻蚀速率的均匀性。

Description

电感耦合线圈及其电感耦合等离子体装置

技术领域

本实用新型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其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集成电路(IC)或MEMS器件的制造工艺中。其中电感耦合等离子体装置(ICP)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。一般由反应腔室4、静电卡盘9与电感耦合线圈3组成，静电卡盘9位于反应腔室4中，静电卡盘9上安装晶片。电感耦合线圈3位于反应腔室4上方的石英盖5上。石英盖5的中心设有一进气管。在半导体加工过程中，从进气管进入反应腔室4的工艺气体被上方的电感耦合线圈3电离形成等离子体，生成的等离子体刻蚀晶片表面的材质。***中分子泵抽出反应腔室4中的气体。

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3，图2是目前半导体刻蚀设备中大多数采用的电感耦合线圈3结构。因电感耦合线圈3结构为平面螺旋结构，为不对称结构，该电感耦合线圈3在反应腔室4的不同位置所激发的电磁场强弱不均匀，因此反应腔室4中央部分的等离子体密度较高，边缘部份的等离子体密度较低。可见，由平面电感耦合线圈3激发的等离子体密度存在很大的方位角的不对称性只能依靠扩散来弥补***密度低的区域。目前的晶片的尺寸从100mm增加到300mm。反应腔室4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困难了，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。

另外，平面螺旋结构在线圈的制作工艺过程中也存在很大困难，很难做到螺旋间距的一致，同组线圈的个体差异性大，这也很大程度影响刻蚀速率的均匀性。

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4内部晶片上方获得比较均匀的等离子体密度分布。这就需要发明一种电感耦合线圈3来解决上述问题，使晶片上方获得较为均匀的等离子体分布，提高刻蚀的质量。

发明内容

鉴于上述现有技术所存在的问题，本实用新型的目的是提供一种电感耦合线圈及其电感耦合等离子体装置，电感耦合线圈的加工工艺性好，可以使工艺气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。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种电感耦合线圈，由两段或两段以上形状相同的线圈组成；各段线圈在空间上中心对称布置；各段线圈之间并联；每段线圈均由两匝或两匝以上不同直径的弧形线圈串联而成。

所述的线圈为两段，每段线圈为三匝或四匝弧形线圈。

所述的线圈为三段，每段线圈为三匝或四匝弧形线圈。

所述的线圈为四段，每段线圈为三匝或四匝弧形线圈。

所述的各段线圈中直径最小的弧形线圈连接成一整圆实现并联，引出一段线圈接电源一级；所述的各段线圈的最外端连接在一起实现并联，接电源另一级。

所述的各段线圈并联的两个引出端位于线圈的偏心位置。

所述的每段线圈为各匝弧形线圈通过一小段连接线圈串联而成。

所述的各匝线圈与连接线圈的连接处为圆弧连接。

一种使用上述电感耦合线圈的电感耦合等离子体装置，包括反应腔室、静电卡盘、电感耦合线圈与电源部份；电源部份由匹配器和射频源组成；静电卡盘与电感耦合线圈分别依次连接匹配器和射频源。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型所述的电感耦合线圈，由两段或两段以上形状相同的线圈组成；各段线圈在空间上中心对称布置；各段线圈之间并联；每段线圈均由两匝或两匝以上不同直径的弧形线圈串联而成。故所有线圈从总体上来说是中心对称分布的。因此其在反应腔体中的场分布均匀，使得等离子体的分布也更加均匀。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。再者由于线圈为弧形，加工工艺简单，容易保证同组线圈的个体差异性小，提高了刻蚀速率的均匀性。

附图说明

图1为现有技术的电感耦合等离子体装置结构示意图；

图2为现有技术的电感耦合线圈结构示意图；

图3为本实用新型所述的电感耦合线圈的结构示意图一；

图4为本实用新型所述的电感耦合线圈的构示意图一的B-B剖视图；

图5为本实用新型所述的电感耦合线圈的结构示意图二；

图6为本实用新型所述的电感耦合线圈的构示意图二的C-C剖视图；

图7为本实用新型所述的电感耦合线圈的结构示意图三；

图8为本实用新型所述的电感耦合线圈的构示意图三的A-A剖视图；

具体实施方式

本实用新型所述的电感耦合线圈，其具体实施方式如图3、图4、图5与图6所示：一种电感耦合线圈，由两段或两段以上形状相同的线圈组成；各段线圈在空间上中心对称布置；各段线圈之间并联；每段线圈均由两匝或两匝以上不同直径的弧形线圈串联而成。各段线圈中直径最小的弧形线圈连接成一整圆实现并联，引出一段线圈接电源一级；各段线圈的最外端连接在一起实现并联，接电源另一级。

具体实施例1如图3与图4所示：电感耦合线圈结构由两段四匝线圈组成，且两段线圈形状相同，方位角相差180度；单段各匝线圈的弧长略小于为180度之间通过三段连接线圈6串联。两段线圈中直径最小的弧形线圈连接成一整圆实现并联；两段线圈的最外端连接在一起实现并联。并联的两个接线端的出线位置避开反应腔室4的中心，以免与反应腔室4的进气管相干涉。

具体实施例2如图5与图6所示：电感耦合线圈结构由三段三匝线圈组成，且三段线圈形状相同，方位角相差120度；单段各匝线圈的弧长略小于为120度之间通过两段连接线圈6串联。三段线圈中直径最小的弧形线圈连接成一整圆实现并联；三段线圈的最外端连接在一起实现并联。并联的两个接线端的出线位置避开反应腔室4的中心，以免与反应腔室4的进气管相干涉。

具体实施例3如图7与图8所示：电感耦合线圈结构由四段四匝线圈组成，且四段线圈形状相同，方位角相差90度；单段各匝线圈的弧长略小于为90度之间通过三段连接线圈6串联。四段线圈中直径最小的弧形线圈连接成一整圆实现并联；四段线圈的最外端连接在一起实现并联。并联的两个接线端的出线位置避开反应腔室4的中心，以免与反应腔室4的进气管相干涉。

这种结构使得线圈中的电流以及容性耦合重新分布，从而使反应腔室4中的场分布均匀，等离子体的分布也更加均匀。

将上述电感耦合线圈应用到电感耦合等离子体装置中，包括反应腔室4、静电卡盘9、电感耦合线圈3与电源部份；电源部份由匹配器1和射频源2组成；静电卡盘9与电感耦合线圈3分别依次连接匹配器7和射频源8。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1、一种电感耦合线圈，其特征在于，由两段或两段以上形状相同的线圈组成；各段线圈在空间上中心对称布置；各段线圈之间并联；每段线圈均由两匝或两匝以上不同直径的弧形线圈串联而成。

2、根据权利要求1所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述的线圈为两段，每段线圈为三匝或四匝弧形线圈。

3、根据权利要求1所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述的线圈为三段，每段线圈为三匝或四匝弧形线圈。

4、根据权利要求1所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述的线圈为四段，每段线圈为三匝或四匝弧形线圈。

5、根据权利要求1、2、3或4所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述的各段线圈中直径最小的弧形线圈连接成一整圆实现并联，引出一段线圈接电源一级；所述的各段线圈的最外端连接在一起实现并联，接电源另一级。

6、根据权利要求5所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述的各段线圈并联的两个引出端位于线圈的偏心位置。

7、根据权利要求1、2、3或4所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述的每段线圈为各匝弧形线圈通过一小段连接线圈串联而成。

8、根据权利要求7所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述的各匝线圈与连接线圈的连接处为圆弧连接。

9、一种使用上述电感耦合线圈的电感耦合等离子体装置，其特征在于包括反应腔室、静电卡盘、电感耦合线圈与电源部份；电源部份由匹配器和射频源组成；静电卡盘与电感耦合线圈分别依次连接匹配器和射频源。

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