專利名稱：電感耦合線圈及其電感耦合等離子體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體晶片加工設(shè)備用配件，尤其涉及一種電感耦合線圈及其電感耦合等離子體裝置。
背景技術(shù)：
目前，隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，人們對集成電路的集成度要求越來越高，這就要求生產(chǎn)集成電路的企業(yè)不斷地提高半導(dǎo)體晶片的加工能力。等離子體裝置廣泛地應(yīng)用于制造集成電路(IC)或MEMS器件的制造工藝中。其中電感耦合等離子體裝置(ICP)被廣泛應(yīng)用于刻蝕等工藝中。在低壓下，反應(yīng)氣體在射頻功率的激發(fā)下，產(chǎn)生電離形成等離子體，等離子體中含有大量的電子、離子、激發(fā)態(tài)的原子、分子和自由基等活性粒子，這些活性反應(yīng)基團和被刻蝕物質(zhì)表面發(fā)生各種物理和化學(xué)反應(yīng)并形成揮發(fā)性的生成物，從而使材料表面性能發(fā)生變化。
圖1所示的電感耦合等離子體裝置是目前半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備中大多數(shù)采用的結(jié)構(gòu)。一般由反應(yīng)腔室4、靜電卡盤6與電感耦合線圈3組成，靜電卡盤6位于反應(yīng)腔室4與匹配器2和射頻源1連接，靜電卡盤上安裝6晶片5。電感耦合線圈3位于反應(yīng)腔室4上方與匹配器2和射頻源1連接。在半導(dǎo)體加工過程中，進入反應(yīng)腔室4的工藝氣體被上方的電感耦合線圈3電離形成等離子體，生成的等離子體刻蝕晶片5表面的材質(zhì)。系統(tǒng)中分子泵抽出反應(yīng)腔室4中的氣體。在這一過程中，使氣體產(chǎn)生電離形成等離子體的射頻功率來自于電感耦合線圈3，圖2是目前半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備中大多數(shù)采用的電感耦合線圈3結(jié)構(gòu)，因電感耦合線圈3結(jié)構(gòu)為平面螺旋結(jié)構(gòu)。該電感耦合線圈3在反應(yīng)腔室4中央部分所激發(fā)的電磁場較強，而邊緣部份所激發(fā)的電磁場較弱，因此反應(yīng)腔室4中央部分的等離子體密度較高，邊緣部份的等離子體密度較低。可見，由平面電感耦合線圈3激發(fā)的等離子體密度存在很大的方位角的不對稱性只能依靠擴散來彌補外圍密度低的區(qū)域。目前的晶片5的尺寸從100mm增加到300mm。反應(yīng)腔室4的體積也相應(yīng)的增大，依靠擴散使等離子體密度達到均勻已經(jīng)非常的困難了，因此目前大多數(shù)的刻蝕設(shè)備都存在著刻蝕速率不均勻的問題，這對半導(dǎo)體制造工藝造成了很大的不利影響。
為了在被刻蝕物質(zhì)表面上得到比較均勻的刻蝕速率，就需要在反應(yīng)腔室4內(nèi)部晶片5上方獲得比較均勻的等離子體密度分布。這就需要發(fā)明一種電感耦合線圈3來解決上述問題，使晶片5上方獲得較為均勻的等離子體分布，提高刻蝕的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種電感耦合線圈及其電感耦合等離子體裝置，可以使工藝氣體在反應(yīng)腔室的晶片上方分布均勻，使晶片表面發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)速度差異較小，刻蝕速率均勻，提高刻蝕晶片的質(zhì)量。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種電感耦合線圈，包括內(nèi)部線圈和外部線圈，內(nèi)部線圈和外部線圈的端點間相互連接，所述內(nèi)部線圈和外部線圈可分別為阿基米德線圈、螺線管或雙層線圈，其中所述內(nèi)部線圈為阿基米德線圈，所述外部線圈為螺線管或雙層線圈；或，所述內(nèi)部線圈為螺線管，所述外部線圈為阿基米德線圈或雙層線圈；或，所述內(nèi)部線圈為雙層線圈，所述外部線圈為螺線管或阿基米德線圈。
所述內(nèi)部線圈和外部線圈的圈數(shù)至少為一匝，內(nèi)部線圈與外部線圈之間通過串聯(lián)或并聯(lián)方式連接，連接的末端分別作為電感耦合線圈的輸入端或輸出端。
所述電感耦合線圈還可包括接地電容，所述接地電容與電感耦合線圈的輸出端連接。
所述電感耦合線圈中每匝線圈之間的間距為等距或不等距。
所述的雙層線圈為平面線圈，包括上層線圈和下層線圈，上層線圈和下層線圈之間互相串連，且由一根導(dǎo)線環(huán)繞而成。
所述雙層線圈的單匝由一個或多個弧形線圈組成，所述多個弧形線圈中的一匝或多匝弧形線圈對稱分布，其余匝的弧形線圈不對稱分布。
所述阿基米德線圈為一根以上導(dǎo)線分別環(huán)繞而成的多個線圈，并且相互嵌套。
所述螺線管也可為一根以上導(dǎo)線分別環(huán)繞而成的多個線圈，并且相互嵌套。
所述阿基米德線圈或螺線管的端點之間為并聯(lián)連接。
一種使用上述電感耦合線圈的電感耦合等離子體裝置，包括反應(yīng)腔室、靜電卡盤、電感耦合線圈和電源部份組成；電源部份由匹配器和射頻源組成；靜電卡盤和電感耦合線圈的輸入端分別依次連接匹配器和射頻源。
由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的電感耦合線圈，通過內(nèi)部線圈和不同于內(nèi)部線圈的外部線圈的相互組合，彌補了電感耦合線圈使用中中心部分和外圍部分的電磁場分布較弱的缺點，改善了等離子體在反應(yīng)腔室內(nèi)部分布的均勻性，使得在晶片表面上各點的刻蝕速率更加相近，同時由于內(nèi)部線圈和外部線圈中連接方式的變化，有效控制了電感耦合線圈中的電感的大小，即使隨著晶片尺寸的增大，仍可以很容易的獲得大面積的等離子體和改善大面積工藝中等離子體的均勻性。采用這種結(jié)構(gòu)的電感耦合等離子體裝置，則能很好控制從晶片中央到邊緣刻蝕速率的均勻性，滿足當(dāng)今晶片加工過程中加工尺寸要求較來越大的趨勢。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的電感耦合等離子裝置；圖2為雙層線圈結(jié)構(gòu)示意圖一；圖3為圖2雙層線圈的G-G剖示意圖；圖4為雙層線圈結(jié)構(gòu)示意圖一；圖5為圖4雙層線圈的H-H剖示意圖；圖6為電感耦合線圈示意圖一；圖7為圖6電感耦合線圈的A-A剖示意圖；圖8為電感耦合線圈示意圖二；圖9為圖8電感耦合線圈的B-B剖示意圖；圖10為電感耦合線圈示意圖三；圖11為圖10電感耦合線圈的C-C剖示意圖；圖12為電感耦合線圈示意圖四；圖13為圖12電感耦合線圈的D-D剖示意圖；圖14為電感耦合線圈示意圖五；圖15為圖14電感耦合線圈的E-E剖示意圖；圖16為電感耦合線圈示意圖六；圖17為圖16電感耦合線圈的F-F剖示意圖；圖18為電感耦合等離子體裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明所述一種電感耦合線圈，包括內(nèi)部線圈和外部線圈，內(nèi)部線圈和外部線圈的端點間通過串聯(lián)或并聯(lián)方式相互連接，連接的末端分別作為電感耦合線圈的輸入端或輸出端。內(nèi)部線圈和外部線圈分別為阿基米德線圈、螺線管或雙層線圈，且內(nèi)部線圈和外部線圈具有不同的形狀，其中阿基米德線圈為兩根導(dǎo)線環(huán)繞而成，并相互嵌套；螺線管和雙層線圈為一根導(dǎo)線環(huán)繞而成，線圈中每匝線圈之間都具有相同的間距，匝數(shù)至少為一匝以上。其中雙層線圈的形式如圖2與圖3所示下層線圈從內(nèi)數(shù)第一圈的輸入端50沿下層線圈平面逆時針轉(zhuǎn)至52號位置，向上至上層線圈平面，向外至上層線圈的從內(nèi)數(shù)第一圈；沿上層線圈平面順時針轉(zhuǎn)至53號位置，向下至下層線圈平面，向外至下層線圈的從內(nèi)數(shù)第二圈沿下層線圈平面逆時針轉(zhuǎn)至54號位置，向上至上層線圈平面，向外至上層線圈的從內(nèi)數(shù)第二圈；沿上層線圈平面順時針轉(zhuǎn)至55號位置，向下至下層線圈平面，向外至下層線圈的從內(nèi)數(shù)第三圈；沿下層線圈平面逆時針轉(zhuǎn)至56號位置，向上至上層線圈平面，向外至上層線圈的從內(nèi)數(shù)第三圈；沿上層線圈平面順時針轉(zhuǎn)至57號位置，向下至下層線圈平面，向外至下層線圈的從內(nèi)數(shù)第四圈；沿下層線圈平面逆時針轉(zhuǎn)至58號位置，向上至上層線圈平面，向外至上層線圈的從內(nèi)數(shù)第四圈；沿上層線圈平面順時針轉(zhuǎn)至59號位置，向下至下層線圈平面，向外至下層線圈的從內(nèi)數(shù)第五圈；沿下層線圈平面逆時針轉(zhuǎn)至60號位置，向上至上層線圈平面，向外至上層線圈的從內(nèi)數(shù)第五圈；沿上層線圈平面順時針轉(zhuǎn)至輸出51。
而雙層線圈的另一種具體形式如圖4與圖5所示下層線圈從內(nèi)數(shù)第一圈的輸入端50沿下層線圈平面逆時針轉(zhuǎn)至61號位置，向上至上層線圈平面，向外至上層線圈；沿上層線圈平面順時針轉(zhuǎn)至62號位置，向下至下層線圈平面，向內(nèi)至下層線圈的從內(nèi)數(shù)第二圈；沿下層線圈平面逆時針轉(zhuǎn)至63號位置，向上至上層線圈平面，向外至上層線圈；沿上層線圈平面順時針轉(zhuǎn)至64號位置，向下至下層線圈平面，向外至下層線圈的從內(nèi)數(shù)第三圈；沿下層線圈平面逆時針轉(zhuǎn)至65號位置，向上至上層線圈平面，向內(nèi)至上層線圈；沿上層線圈平面順時針轉(zhuǎn)至66號位置，向下至下層線圈平面，向外至下層線圈的從內(nèi)數(shù)第四圈；沿下層線圈平面逆時針轉(zhuǎn)至67號位置，向上至上層線圈平面，向內(nèi)至上層線圈；沿上層線圈平面順時針轉(zhuǎn)至68號位置，向下至下層線圈平面，向外至下層線圈的從內(nèi)數(shù)第五圈；沿下層線圈平面逆時針轉(zhuǎn)至輸出51。
上述電感耦合線圈的輸出端還可連接接地電容，而電感耦合線圈中每匝線圈之間也可為不等距排列。
其中內(nèi)部線圈和外部線圈間的組合方式和具體連接方式為實施例1如圖6、圖7所示，內(nèi)部線圈為兩根導(dǎo)線分別環(huán)繞成2.5匝的兩個阿基米德線圈，且兩個阿基米德線圈相互嵌套在一起，外部線圈為單根導(dǎo)線環(huán)繞而成2.5匝的螺線管，阿基米德線圈和螺線管的中心線相互重合，并成對稱分布在同一個水平面上，其中阿基米德線圈的端點17、端點20與螺線管的端點16連接；阿基米德線圈的端點18、端點19與螺線管的端點21連接，兩個阿基米德線圈間相互并聯(lián)后與螺線管并聯(lián)在一起，并聯(lián)后的兩個端點分別作為電感耦合線圈的輸出端和輸入端。
當(dāng)然內(nèi)部的兩個阿基米德線圈與外部的螺線管之間也可相互串聯(lián)，及阿基米德線圈的端點17與端點20連接，并作為電感耦合線圈的輸入端；而阿基米德線圈的端點18、端點19與螺線管的端點16連接，螺線管的端點21則作為電感耦合線圈的輸出端，這樣兩個阿基米德線圈間相互并聯(lián)后與螺線管串聯(lián)在一起。
實施例2如圖8、圖9所示，內(nèi)部線圈為兩根導(dǎo)線分別環(huán)繞成1.5匝的兩個阿基米德線圈，且兩個阿基米德線圈相互嵌套在一起，外部線圈為單根導(dǎo)線環(huán)繞而成3匝的雙層線圈，阿基米德線圈和雙層線圈的中心線相互重合，并成對稱分布在同一個水平面上，其中阿基米德線圈的端點22與端點25連接，并作為電感耦合線圈的輸入端，而阿基米德線圈的端點23、端點24與螺線管的端點26連接，螺線管的端點27則作為電感耦合線圈的輸出端，這樣兩個阿基米德線圈間相互并聯(lián)后與雙層線圈串聯(lián)在一起，串聯(lián)后的兩個端點分別做為電感耦合線圈的輸出端和輸入端。
當(dāng)然內(nèi)部的兩個阿基米德線圈與外部的雙層線圈之間也可相互并聯(lián)，及阿基米德線圈的端點22、端點25與雙層線圈的端點26連接；阿基米德線圈的端點23、端點24與雙層線圈的端點27連接，兩個阿基米德線圈間相互并聯(lián)后又與雙層線圈并聯(lián)在一起，并聯(lián)后的兩個端點分別作為電感耦合線圈的輸出端和輸入端。
實施例3如圖10、圖11所示，內(nèi)部線圈為單根導(dǎo)線環(huán)繞而成的2.5匝的螺線管，外部線圈為兩根導(dǎo)線環(huán)繞成2.5匝的兩個阿基米德線圈，且相互嵌套在一起。螺線管和阿基米德線圈的中心線相互重合，并成對稱分布在同一個水平面上，其中阿基米德線圈的端點10、端點13與螺線管的端點14連接；阿基米德線圈的端點11、端點12與螺線管的端點15連接，兩個阿基米德線圈間相互并聯(lián)后與內(nèi)部的螺線管并聯(lián)在一起，并聯(lián)后的兩個端點分別為輸出端和輸入端。
當(dāng)然內(nèi)部的螺線管與外部的兩個阿基米德線圈之間也可相互串聯(lián)，及阿基米德線圈的端點10與端點13連接，并作為電感耦合線圈的輸入端；而阿基米德線圈的端點11、端點12與螺線管的端點14連接，螺線管的端點15則做為電感耦合線圈的輸出端，這樣兩個阿基米德線圈間相互并聯(lián)后與螺線管串聯(lián)在一起。
實施例4如圖12、圖13所示，內(nèi)部線圈為單根導(dǎo)線環(huán)繞而成2.5匝的螺線管，外部線圈為單根導(dǎo)線環(huán)繞而成3匝的雙層線圈，螺線管和雙層線圈的中心線相互重合，并成對稱分布在同一個水平面上，其中螺線管的端點30與雙層線圈的端點32連接，螺線管的端點31與雙層線圈的端點33連接，螺線管與雙層線圈并聯(lián)在一起，并聯(lián)后的兩個端點分別為輸出端和輸入端。
當(dāng)然內(nèi)部的螺線管和外部的雙層線圈之間也可為串聯(lián)，及螺線管的端點30作為電感耦合線圈的輸入端，而螺線管的端點31與雙層線圈的端點32連接，雙層線圈的端點33則作為電感耦合線圈的輸出端。
實施例5如圖14、圖15所示，內(nèi)部線圈為單根導(dǎo)線環(huán)繞而成4匝的雙層線圈，外部線圈為單根導(dǎo)線環(huán)繞而成2.5匝的螺線管，螺線管和雙層線圈的中心線相互重合，并成對稱分布在同一個水平面上，其中螺線管的端點41與雙層線圈的端點42連接，螺線管的端點44與雙層線圈的端點43連接，螺線管與雙層線圈并聯(lián)在一起，并聯(lián)后的兩個端點分別為輸出端和輸入端。
當(dāng)然內(nèi)部的雙層線圈與外部的螺線管之間也可為串聯(lián)，及螺線管的端點41作為電感耦合線圈的輸入端，螺線管的端點44與雙層線圈的端點42連接，而螺線管的端點43則作為電感耦合線圈的輸出端。
實施例6如圖16、圖17所示，內(nèi)部線圈為單根導(dǎo)線環(huán)繞而成4匝的雙層線圈，外部線圈為兩根導(dǎo)線分別環(huán)繞而成的1.5匝的兩個阿基米德線圈，且相互嵌套在一起，螺線管和阿基米德線圈的中心線相互重合，并成對稱分布在同一個水平面上，其中阿基米德線圈的端點35和端點40連接，并作為電感耦合線圈的輸入端，而阿基米德線圈的端點36、端點39和雙層線圈的端點37連接，雙層線圈的端點38則作為電感耦合線圈的輸出端。兩個阿基米德線圈間相互并聯(lián)后與雙層線圈串聯(lián)在一起。
當(dāng)然內(nèi)部的雙層線圈與外部的阿基米德線圈之間也可為并聯(lián)連接，及阿基米德線圈的端點35、端點40和雙層線圈的端點37連接，而阿基米德線圈的端點36、端點39和雙層線圈的端點38連接，兩個阿基米德線圈間相互并聯(lián)后又與雙層線圈并聯(lián)在一起，并聯(lián)后的兩個端點分別為輸出端和輸入端。
顯而易見，上述實施例中螺線管也可為兩根導(dǎo)線環(huán)繞而成。
如圖18所示，本發(fā)明所述一種使用上述電感耦合線圈的電感耦合等離子體裝置，包括反應(yīng)腔室4、靜電卡盤6、電感耦合線圈3、接地電容9、匹配器2和射頻源1組成。電感耦合線圈3的輸入端，以及電感耦合等離子體裝置中靜電卡盤6的輸入端分別與匹配器2和射頻源1依次連接，電感耦合線圈3的輸出端與接地電容9連接。當(dāng)電感耦合等離子體裝置接通電源后，反應(yīng)腔室4中的靜電卡盤6上產(chǎn)生靜電引力吸附晶片5，通過調(diào)整接地電容9，控制位于晶片5上方的電感耦合線圈3電離后產(chǎn)生均勻的等離子體，以滿足刻蝕晶片5表面的需要。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種電感耦合線圈，其特征在于，包括內(nèi)部線圈和外部線圈，內(nèi)部線圈和外部線圈的端點間相互連接，所述內(nèi)部線圈和外部線圈可分別為阿基米德線圈、螺線管或雙層線圈，其中所述內(nèi)部線圈為阿基米德線圈，所述外部線圈為螺線管或雙層線圈；或，所述內(nèi)部線圈為螺線管，所述外部線圈為阿基米德線圈或雙層線圈；或，所述內(nèi)部線圈為雙層線圈，所述外部線圈為螺線管或阿基米德線圈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種電感耦合線圈，其特征在于，所述內(nèi)部線圈和外部線圈的圈數(shù)至少為一匝，內(nèi)部線圈與外部線圈之間通過串聯(lián)或并聯(lián)方式連接，連接的末端分別作為電感耦合線圈的輸入端或輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種電感耦合線圈，其特征在于，所述電感耦合線圈還可包括接地電容，所述接地電容與電感耦合線圈的輸出端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種電感耦合線圈，其特征在于，所述電感耦合線圈中每匝線圈之間的間距為等距或不等距。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種電感耦合線圈，其特征在于，所述的雙層線圈為平面線圈，包括上層線圈和下層線圈，上層線圈和下層線圈之間互相串連，且由一根導(dǎo)線環(huán)繞而成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述一種電感耦合線圈，其特征在于，所述雙層線圈的單匝由一個或多個弧形線圈組成，所述多個弧形線圈中的一匝或多匝弧形線圈對稱分布，其余匝的弧形線圈不對稱分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種電感耦合線圈，其特征在于，所述阿基米德線圈為一根以上導(dǎo)線分別環(huán)繞而成的多個線圈，并且相互嵌套。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種電感耦合線圈，其特征在于，所述螺線管也可為一根以上導(dǎo)線分別環(huán)繞而成的多個線圈，并且相互嵌套。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述一種電感耦合線圈，其特征在于，所述阿基米德線圈或螺線管的端點之間為并聯(lián)連接。
10.一種使用上述電感耦合線圈的電感耦合等離子體裝置，其特征在于，包括反應(yīng)腔室、靜電卡盤、電感耦合線圈和電源部份組成；電源部份由匹配器和射頻源組成；靜電卡盤和電感耦合線圈的輸入端分別依次連接匹配器和射頻源。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電感耦合線圈，包括內(nèi)部線圈和外部線圈，內(nèi)部線圈和外部線圈具有不同的形狀，且內(nèi)部線圈和外部線圈的端點間相互連接。其中內(nèi)部線圈和外部線圈可分別為阿基米德線圈、螺線管或雙層線圈，通過不同形狀線圈之間的組合，以達到彌補電感耦合線圈使用中中心部分和外圍部分電磁場分布不均的缺點，改善等離子體在反應(yīng)腔室內(nèi)部分布的均勻性，同時由于內(nèi)部線圈和外部線圈中連接方式的變化，還可有效控制電感耦合線圈中電感的大小，很容易獲得大面積的等離子體和改善大面積工藝中等離子體的均勻性。更使采用這種電感耦合線圈的電感耦合等離子體裝置，滿足晶片加工過程中加工尺寸要求越來越大的趨勢。
文檔編號H01F37/00GK1925074SQ20051009373
公開日2007年3月7日 申請日期2005年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月29日
發(fā)明者宋巧麗 申請人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司