一種電感線圈及電感耦合等離子體處理裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及等離子處理設(shè)備，特別涉及一種等離子體處理裝置的電感耦合線圈。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著半導(dǎo)體制造工藝的發(fā)展，對元件的集成度和性能要求越來越高，等離子體技術(shù)(Plasma Technology)得到了極為廣泛的應(yīng)用。等離子體技術(shù)通過在等離子體處理裝置的反應(yīng)腔室內(nèi)通入反應(yīng)氣體并引入電子流，利用射頻電場使電子加速，與反應(yīng)氣體發(fā)生碰撞使反應(yīng)氣體發(fā)生電離而等離子體，產(chǎn)生的等離子體可被用于各種半導(dǎo)體制造工藝，例如沉積工藝(如化學(xué)氣相沉積)、刻蝕工藝(如干法刻蝕)等。
[0003]等離子體處理設(shè)備包括常見的電容耦合型和電感耦合型等離子體處理裝置。在需要較高等離子濃度的應(yīng)用場合，電感耦合型等離子處理裝置是主流，現(xiàn)有技術(shù)CN2907173Y和JP2008251830中傳統(tǒng)的電感耦合等離子反應(yīng)腔包括一個(gè)腔體，腔體內(nèi)下部設(shè)置有基座，基座上可以放置待處理的晶元。反應(yīng)腔頂部為絕緣材料窗，通常絕緣材料窗是由石英等陶瓷材料制成。絕緣材料窗上方設(shè)置有連接到射頻電源的射頻線圈，射頻線圈和絕緣材料窗之間通常還設(shè)置有法拉第屏蔽板。這些線圈作為天線產(chǎn)生射頻電磁場，其中電磁場中只有部分磁場能夠穿過法拉第屏蔽板進(jìn)入反應(yīng)腔內(nèi)電離反應(yīng)氣體形成高濃度等離子體，大部分電場均被法拉第屏蔽板屏蔽在反應(yīng)腔外。如CN2907173Y說明書第五頁第二段所述，法拉第屏蔽板能夠屏蔽電感線圈向反應(yīng)腔內(nèi)的電容耦合，進(jìn)而減少等離子對絕緣材料層的轟擊，也就減少轟擊產(chǎn)生的顆粒物對待處理基片的污染也提高了絕緣窗的使用壽命和可靠性。
[0004]但是這樣的反應(yīng)腔結(jié)構(gòu)也會(huì)帶來嚴(yán)重的問題:由于法拉第屏蔽板的存在，感應(yīng)線圈上產(chǎn)生的電場無法進(jìn)入反應(yīng)腔，只有部分磁場能進(jìn)入，在點(diǎn)燃等離子體時(shí)會(huì)造成等離子體無法可靠點(diǎn)燃，需要額外的裝置或者更高能功率輸入射頻線圈才能保證等離子點(diǎn)燃。等離子在點(diǎn)燃前后阻抗是會(huì)急劇變化的，從一個(gè)高阻抗的物質(zhì)瞬間變成導(dǎo)體，而調(diào)節(jié)輸入射頻功率的匹配器需要機(jī)械結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)阻抗匹配，只能達(dá)到秒級，所以匹配器的反應(yīng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不是點(diǎn)燃瞬間的阻抗變化情況，因此為了點(diǎn)燃等離子而施加的額外功率會(huì)錯(cuò)誤的施加到反應(yīng)腔中一段時(shí)間，在這段時(shí)間中過高的功率會(huì)對反應(yīng)腔內(nèi)的部件或者待加工的晶元造成不利的影響。同時(shí)由于法拉第屏蔽板的存在造成只有部分射頻磁場能夠進(jìn)入反應(yīng)腔中激勵(lì)反應(yīng)氣體形成等離子體，部分射頻能量被浪費(fèi)了，大幅度降低了電能的使用效率。所以業(yè)界需要一種既能夠減小感應(yīng)線圈對反應(yīng)腔的電容耦合同時(shí)又不會(huì)降低感應(yīng)線圈中磁場能量饋入反應(yīng)腔的效率，還能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的點(diǎn)燃等離子的技術(shù)方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種能夠減小感應(yīng)線圈對反應(yīng)腔的電容耦合，同時(shí)又不會(huì)降低感應(yīng)線圈中磁場能量饋入反應(yīng)腔的效率的技術(shù)方案。
[0006]本發(fā)明提供一種電感耦合等離子體處理裝置，包括:一個(gè)氣密的反應(yīng)腔，反應(yīng)腔包括反應(yīng)腔側(cè)壁和頂部的絕緣材料窗，反應(yīng)腔內(nèi)其包括一個(gè)用于支撐待處理基片的基座；絕緣材料窗上方固定有一個(gè)電感線圈，所述電感線圈連接到一個(gè)射頻電源；其特征在于:所述電感線圈包括第一線圈、第三線圈和一個(gè)中間線圈，所述第一線圈包括一個(gè)第一端連接到所述射頻電源，還包括一個(gè)第二端連接到中間線圈第一端；中間線圈還包括一個(gè)第二端連接到所述第三線圈第一端；第三線圈還包括一個(gè)第二端連接到接地端，其中第一和第三線圈互相平行且位于中間線圈上方，第一和第三線圈的投影在中間線圈上。絕緣材料窗上方還可以包括第二電感線圈圍繞在所述電感線圈外或者在所述電感線圈內(nèi)。
[0007]優(yōu)選的，所述第三線圈的第二端通過一個(gè)調(diào)平衡電路連接到所述接地端。所述調(diào)節(jié)所述調(diào)平衡電路使所述線圈上形成駐波，所述駐波的電壓分布是第一線圈上任意一點(diǎn)的與第三線圈上相對應(yīng)位置點(diǎn)的電壓極性相反幅度相同而且所述中間線圈的電壓幅度小于第一和第三線圈的電壓幅度。
[0008]其中第一線圈的第二端通過第一連接部(12)連接到下方的中間線圈，中間線圈第二端通過通過第二連接部(23)連接到上方的第三線圈，中間線圈上的第一連接部和第二連接部之間還包括一個(gè)開口使第一連接部和第二連接部互相隔離。本發(fā)明所述第一線圈、中間線圈或第三線圈的長度和小于射頻電源信號3倍半波長，優(yōu)選的小于等于于射頻電源信號半波長。
[0009]本發(fā)明還提供一種電感耦合等離子體處理裝置的第二實(shí)施例，包括:一個(gè)氣密的反應(yīng)腔，反應(yīng)腔包括反應(yīng)腔側(cè)壁和頂部的絕緣材料窗，反應(yīng)腔內(nèi)其包括一個(gè)用于支撐待處理基片的基座；絕緣材料窗上方固定有一個(gè)自屏蔽電感線圈，其特征在于:所述自屏蔽電感線圈包括相互串聯(lián)的第一線圈、中間線圈和第三線圈，其中中間線圈位于第一線圈和第三線圈下方且寬度大于第一線圈或第三線圈的寬度，一個(gè)射頻電源施加射頻電場到所述自屏蔽電感線圈的第一線圈輸入端和第三線圈輸出端之間，其中所述第三線圈輸出端還連接有一個(gè)調(diào)平衡電路調(diào)節(jié)所述調(diào)平衡電路使所述自屏蔽電感線圈上形成駐波，所述中間線圈的電壓幅度小于第一線圈或第三線圈上的電壓幅度。所述射頻電源的頻率大于13Mhz，如13.56MHz、27MHz 等。
[0010]可選的，所述第一和第三線圈向下投影位于中間線圈上，使中間線圈屏蔽第一線圈和第三線圈上的電壓形成的電場。
[0011]可選的，還包括一個(gè)法拉第屏蔽板位于所述自屏蔽線圈和絕緣材料窗之間，所述第一和第三線圈的向下投影位于所述法拉第屏蔽板上。
[0012]可選的，絕緣材料窗上方還包括第二感應(yīng)線圈圍繞在所述自屏蔽線圈外或者在所述自屏蔽線圈內(nèi)。本發(fā)明還提供一種用于電感耦合等離子體處理裝置的電感線圈，包括:第一線圈、第三線圈和一個(gè)中間線圈，第一線圈和第三線圈位于所述中間線圈上方；所述第一線圈包括一個(gè)第一端，和一個(gè)第二端，所述第一線圈的第二端連接到下方中間線圈第一端，中間線圈還包括一個(gè)第二端連接到所述第三線圈第一端，第三線圈還包括一個(gè)第二端，中間線圈寬度大于第一或第三線圈，且第一和第三線圈向下的投影在中間線圈上。其中第一線圈和第三線圈之間存在間隙，且第一線圈圍繞第三線圈。其中所述第一線圈和第二線圈之間的間隙位于所述中間線圈的垂直上方。
[0013]其中所述中間線圈構(gòu)成一個(gè)閉合回路，所述第一線圈和第三線圈與中間線圈具有相同的形狀。
[0014]其中所述第一線圈通過一個(gè)第一連接部連接到中間線圈第一端，第三線圈通過一個(gè)第二連接部連接到中間線圈第二端，中間線圈的第一端和第二端之間存在一個(gè)互相隔離的間隙。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明射頻線圈結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明射頻線圈俯視圖；圖3為本發(fā)明在線圈不同長度位置處的電壓幅度分布示意圖；
[0017]圖4a為圖2中本發(fā)明等離子體處理裝置A處的射頻線圈截面圖；圖4b，4c為本發(fā)明第二，第三實(shí)施例射頻線圈截面圖；
[0018]圖5為本發(fā)明第四實(shí)施例射頻線圈俯視圖；
[0019]圖6為應(yīng)用本發(fā)明射頻線圈后的等離子處理裝置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0021]圖1?圖5顯示了本發(fā)明的等離子處理裝置的多個(gè)實(shí)施方式。應(yīng)該理解，本發(fā)明中的等離子體處理裝置可以為等離子體刻蝕、等離子體物理汽相沉積