專利名稱：用于電感性耦合等離子體源的低電感大面積線圈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電感性耦合等離子體源的低電感大面積線圈。尤其是，本發(fā)明涉及一種用作產(chǎn)生等離子體的源的低電感大面積線圈，所產(chǎn)生的等離子體可用于在低壓處理設(shè)備中處理半導(dǎo)體大圓片。
背景技術(shù)：
產(chǎn)生的等離子體可用于各種半導(dǎo)體制造工藝，例如增強型蝕刻、淀積等。一般，通過在低壓氣體中引入電子流，使各個電子與氣體分子發(fā)生碰撞而轉(zhuǎn)移動能，從而使各個氣體分子發(fā)生電離來產(chǎn)生等離子體。通常，在電場(一般為射頻(RF)電場)中使電子加速。
已提出使RF電場中的電子加速的各種方法。一個方法是在處理室內(nèi)的一對相對電極(它們平行于大圓片)之間激勵電子。由于大部分電子的能量通過電子與處理室壁或半導(dǎo)體大圓片的碰撞而耗散，所以利用與大圓片正交的電場不會給離子提供有效的動能轉(zhuǎn)換。
一個更有效的激勵RF場中電子的技術(shù)是使用平行于大圓片和等離子體所在平面的單繞組線圈(SWC)來激勵電子。第4,948,458號美國專利中揭示了如

圖1-3所示利用該技術(shù)的一種裝置。如圖1所示，等離子體產(chǎn)生裝置包括在上壁14上開有12的外殼10。介電屏蔽板16置于上壁14以下并延伸出入口12兩端。介電屏蔽板16封接到上壁14，以限定由外殼10所真空密閉的內(nèi)室。平面型單繞組線圈(SWC)20置于入口12內(nèi)并靠近介電屏蔽板16，其方向平行于表面22所支撐的大圓片W。工作氣體通過在外殼10的一側(cè)形成的入口24進入室18。
圖2示意地示出圖1所示的等離子體產(chǎn)生裝置。如圖1和2所示，RF源30經(jīng)由同軸電纜32通過阻抗匹配電路35耦合到SWC20。阻抗匹配電路35包括初級線圈36和次級回路38，次級回路38可用位置來調(diào)節(jié)電路的有效耦合并可在操作頻率下成為電路35的負載，從而把功率轉(zhuǎn)移增加到最大。初級線圈36安裝在一圓盤40上，圓盤40可繞豎軸42旋轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)耦合。有一個與次級回路38串聯(lián)的調(diào)制電容器44可把電路共振頻率調(diào)節(jié)到RF驅(qū)動頻率。另一個電容器34，則用以消除電路中初級線圈36的電感性電抗。使線圈20中通過一個共振RF電流，其共振頻率一般調(diào)制在13.35MHz處，于是感應(yīng)出穿透介電屏蔽板16的平面磁場。該磁場使電子在線圈20和大圓片W之間循環(huán)流動。電子的循環(huán)流動使電子不太可能撞擊線圈20和大圓片W間的外殼壁10，且由于電子被限定在一平行于平面型線圈20的平面內(nèi)，所以把非平面方向的動能轉(zhuǎn)移減到最少。
如圖3詳細所示，SWC20包括形成平面螺旋形或一系列同心圓的單個導(dǎo)電元件。如圖1和3所示，SWC20也包括標為(+)的中心抽頭和標為(-)的外部抽頭，從而它可與等離子體產(chǎn)生裝置的電路相連。
在某些應(yīng)用，諸如在生產(chǎn)400毫米的大圓片或大面積平板型顯示器中，需要大面積的等離子體。為了產(chǎn)生大面積的等離子體，必須增加圖1-3所示SWC20的面積或直徑。如果匝的間距固定，則增加匝數(shù)來增大直徑，必將增加SWC20的電感。在大直徑的情況下，SWC20成為高電感，這將減小SWC20本身的共振頻率。由于共振頻率更接近射頻(RF)驅(qū)動頻率(一般為13.56MHz)，所以阻抗匹配變得越來越困難。這是因為阻抗匹配元件的配置變化時，匹配條件的靈敏度增加了，從而難于在小的頻率范圍內(nèi)進行精確的阻抗匹配。因此，在使用SWC來產(chǎn)生大面積等離子體時，難于把功率轉(zhuǎn)移增到最大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于產(chǎn)生電感性耦合的等離子體的設(shè)備，該設(shè)備包括一外殼，該外殼包圍被介電屏蔽板所限定的等離子體反應(yīng)室；外殼內(nèi)的進氣口把工作氣體提供給反應(yīng)室；一線圈，包括置于外殼外部靠近介電屏蔽板的至少兩個導(dǎo)電繞組；經(jīng)由阻抗匹配電路耦合到繞組的射頻源，該阻抗匹配電路使射頻源的阻抗與繞組以及提供共振的頻率調(diào)制機構(gòu)的阻抗相匹配，從而射頻源有效地使線圈內(nèi)的射頻電流發(fā)生共振并在反應(yīng)室內(nèi)把工作氣體激發(fā)成為等離子體。
依據(jù)本發(fā)明的各種方面，線圈可具有不同的結(jié)構(gòu)。例如，繞組可以平行并處于同一平面，線圈可以不是平面的，繞組的相對的末端可連接在一起，繞組的相對的末端也可以不連在一起，繞組可相互交錯，繞組也可以不交錯但覆蓋不同的表面積以及/或由繞組中一個繞組的匝來分隔繞組中另一個繞組的匝。外殼可包括多個或單個大圓片蝕刻設(shè)備，其中大圓片卡盤支撐待處理表面平行于線圈平面的一個或多個半導(dǎo)體大圓片。
本發(fā)明也提供了一種用于產(chǎn)生電感性耦合的等離子體的方法，該方法包括以下步驟，把工作氣體引入由介電屏蔽板所限定的外殼所包圍的等離子體反應(yīng)室；使線圈中的射頻電流發(fā)生共振，該線圈包括置于外殼外部靠近介電屏蔽板的至少兩個導(dǎo)電繞組，射頻電流可有效地把反應(yīng)室內(nèi)的工作氣體激發(fā)成為等離子體。
可使用上述的各種線圈結(jié)構(gòu)來實施此方法。此外，等離子體可用于處理一個或更多的襯底，諸如半導(dǎo)體大圓片或平板型顯示器。例如，半導(dǎo)體大圓片可以位于反應(yīng)室中，可由等離子體對大圓片上的一層進行蝕刻。在處理中，反應(yīng)室的氣壓可在較大的范圍內(nèi)變化，但在較佳實施例中，氣壓保持在低于100毫托的水平。
附圖概述圖1示出利用常規(guī)的單繞組線圈的等離子體產(chǎn)生裝置。
圖2示意地示出利用常規(guī)單繞組線圈的等離子體產(chǎn)生裝置。
圖3詳細示出常規(guī)的單繞組線圈。
圖4A和4B示出常規(guī)的單繞組線圈與依據(jù)本發(fā)明的雙繞組線圈之間的比較。
圖5示出依據(jù)本發(fā)明一個實施例的相互交錯的雙繞組線圈。
圖6示出依據(jù)本發(fā)明另一個實施例的沒有相互交錯的多繞組線圈。
圖7示出利用依據(jù)本發(fā)明的低電感大面積線圈的等離子體產(chǎn)生裝置。
圖8示意地示出利用依據(jù)本發(fā)明的低電感大面積線圈的等離子體產(chǎn)生裝置。
本發(fā)明的較佳實施方式本發(fā)明提供了一種具有多繞組的低電感大面積線圈(LILAC)，該線圈在連到RF源時可有效地產(chǎn)生大面積的等離子體。與只使用一個繞組的單繞組線圈相比，由于LILAC具有多繞組，所以獲得大直徑所需的繞組匝數(shù)較少。繞組的匝數(shù)較少則產(chǎn)生較小的電感，這使得LILAC本身的共振頻率比普通的RF驅(qū)動頻率13.56MHz高得多。由于LILAC本身的共振頻率與RF驅(qū)動頻率之間的頻率范圍較寬，保證了準確地阻抗匹配，從而保證最大的功率轉(zhuǎn)移以及有效地產(chǎn)生等離子體。
依據(jù)本發(fā)明，低電感大面積線圈(LILAC)提供了用作產(chǎn)生大面積等離子體的源。LILAC包括至少兩個繞組，它們在經(jīng)由阻抗匹配電路連到RF源時，產(chǎn)生循環(huán)流動的電子以在等離子體中引起磁場。由于LILAC利用多繞組，所以獲得大面積線圈所需的繞組匝數(shù)很少，從而LILAC的電感很低。LILAC的低電感保證使LILAC本身的共振頻率保持在遠遠高于RF驅(qū)動頻率的水平，從而允許阻抗匹配的較寬頻率范圍。于是，阻抗匹配時沒有困難，可把功率轉(zhuǎn)移增到最大以允許有效地產(chǎn)生大面積等離子體。
圖4A和4B示出相同的直徑的SWC與LILAC之間的比較。在圖4A中，SWC20具有四匝繞組，導(dǎo)體之間的間距為0.5英寸。圖4B中的LILAC50具有與圖4A中SWC20相同的直徑和導(dǎo)體間空隙，但LILAC50具有兩匝其間距為1英寸的繞組。雖然LILAC50的直徑與SWC20相同，但其匝數(shù)為SWC20匝數(shù)的一半，所以LILAC的電感更低，這使得更便于在大直徑處進行阻抗匹配。LILAC電感低的另一個原因是，部分或所有的繞組可以在電氣上并聯(lián)，與獨立的電感器相比，并聯(lián)電感具有更低的凈電感。
圖5示出一種簡單的雙繞組型LILAC。參考圖5，雙繞組LILAC50具有平面螺旋形的幾何形狀，其兩個繞組并聯(lián)。與相同直徑的SWC相比，LILAC的間距加倍，相互交錯的繞組給線圈提供了與SWC基本上相同的導(dǎo)體間空隙。兩個繞組的每個末端都連在一起。中心抽頭(+)和外部抽頭(-)便于連接到等離子體產(chǎn)生裝置。
在圖5中，雖然繞組的末端連接在一起，但繞組的末端不必都連在一起。一個繞組或更多繞組可比另一個繞組短并可在該末端以外的某些其它點處連到該另一個繞組。
此外，可使用兩個以上相互交錯的繞，并且線圈也可以是非平面的。
圖6示出LILAC的另一個實施例，其中有四個繞組且這些繞組沒有相互交錯。在各個繞組的中心有(+)抽頭，而在繞組相遇處只有一個(-)抽頭以便于連接到等離子體產(chǎn)生裝置。與幾個并聯(lián)的SWC相類似，四個繞組可覆蓋不同的表面積。與覆蓋一面積的SWC相比，使用不相互交錯的多個繞組來覆蓋相同面積的LILAC需要更少的匝。于是，不相互交錯的LILAC結(jié)構(gòu)保持低電感并保證有效地產(chǎn)生大面積的等離子體。
圖7和8中示出利用LILAC的等離子體產(chǎn)生裝置。與圖1和2所示SWC20的裝置相同，可簡單地由單個RF源30和一阻抗匹配電路35來激勵LILAC50。此外，雖然未示出，但具有多個繞組的組合LILAC設(shè)計可利用多個匹配網(wǎng)絡(luò)和發(fā)生器。
上述LILAC50允許有效地產(chǎn)生大面積的等離子體。雖然已描述了本發(fā)明的特殊實施例，但應(yīng)鼓勵本領(lǐng)域內(nèi)的通常技術(shù)人員使本發(fā)明亦可以其它方式實現(xiàn)，而不背離本發(fā)明的精神或其必要特征。例如，雖然已示出具有兩個或四個繞組的LILAC，但繞組的數(shù)目不限于此，它也可以具有滿足產(chǎn)生大面積等離子體需要的任意數(shù)目的繞組。此外，雖然已把LILAC描述成產(chǎn)生等離子體的初級線圈，但也可把它用作與另一初級線圈相結(jié)合的輔助線圈。因此，就所有的方面而言，應(yīng)認為以上所揭示的本發(fā)明只是示意性的，而不是限制性的。由附加的權(quán)利要求書而不是由以上描述來指出本發(fā)明的范圍，權(quán)利要求書試圖包含在與其相應(yīng)的意義和范圍內(nèi)所進行的所有變化。
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生電感性耦合的等離子體的設(shè)備，其特征在于該設(shè)備包括一外殼，包圍被一介電屏蔽板所限定的等離子體反應(yīng)室；外殼內(nèi)的進氣口，用于把工作氣體提供給反應(yīng)室；一線圈，包括置于外殼外部靠近介電屏蔽板的至少兩個導(dǎo)電繞組；經(jīng)由阻抗匹配電路耦合到繞組的射頻源，該阻抗匹配電路使射頻源的阻抗與繞組以及提供共振的頻率調(diào)制機構(gòu)的阻抗相匹配，從而射頻源有效地使線圈內(nèi)的射頻電流發(fā)生共振并在反應(yīng)室內(nèi)把工作氣體激發(fā)成為等離子體。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于繞組平行并處于同一平面或線圈不是平面的。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于繞組的相對的末端連接在一起或繞組的相對的末端不連在一起。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于繞組相互交錯或繞組不相互交錯但覆蓋不同的表面積。
5.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于外殼包括單個大圓片等離子體蝕刻設(shè)備以及大圓片卡盤，所述卡盤用于支撐待處理表面平行于線圈平面的一個半導(dǎo)體大圓片。
6.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于由繞組中一個繞組的匝來分隔繞組中另一個繞組的匝。
7.一種用于產(chǎn)生電感性耦合的等離子體的方法，其特征在于包括以下步驟把工作氣體引入由介電屏蔽板所限定的外殼所包圍的等離子體反應(yīng)室；使線圈中的射頻電流發(fā)生共振，該線圈包括置于外殼外部靠近介電屏蔽板的至少兩個導(dǎo)電繞組，射頻電流可有效地把反應(yīng)室內(nèi)的工作氣體激發(fā)成為等離子體。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于繞組平行并處于同一平面或線圈不是平面的。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于繞組的相對的末端連接在一起或繞組的相對的末端不連在一起。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于繞組相互交錯或繞組不相互交錯但覆蓋不同的表面積。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于半導(dǎo)體大圓片位于反應(yīng)室中，由等離子體對大圓片上的一層進行蝕刻。
12.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于反應(yīng)室的氣壓保持在100毫托以下。
13.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于繞組處于一個平面內(nèi)，并以均勻的距離相互隔離。
14.一種在等離子體反應(yīng)室內(nèi)形成等離子體氣體中所使用的變壓器耦合的等離子體電感器，其特征在于包括包括至少兩個導(dǎo)電繞組的平面線圈，所述線圈可附加到等離子體反應(yīng)室，并能通過使線圈內(nèi)的射頻電流發(fā)生共振而在等離子體反應(yīng)室的平面區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生密度基本上均勻的等離子體氣體。
15.如權(quán)利要求14所述的等離子體電感器，其特征在于繞組在相對的末端處電氣相連。
16.如權(quán)利要求14所述的等離子體電感器，其特征在于由繞組中一個繞組的匝來分隔繞組中另一個繞組的匝。
17.如權(quán)利要求14所述的等離子體電感器，其特征在于繞組位于一個平面內(nèi)，并以均勻的距離相互隔離。
全文摘要
提供了一種用作產(chǎn)生大面積等離子體源的低電感大面積線圈(LILAC)。該LILAC包括至少兩個繞組,它們在經(jīng)由阻抗匹配電路連接到RF源時使電子循環(huán)流動,以在等離子體中產(chǎn)生一磁場。由于LILAC利用多個繞組,所以獲得大面積線圈所需的繞組匝數(shù)較少,從而LILAC的電感較低。LILAC的低電感保證使LILAC本身的共振頻率保持在遠于RF驅(qū)動頻率的水平,從而允許阻抗匹配在較寬頻率范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。于是,阻抗匹配沒有困難,并可把功率轉(zhuǎn)移增到最大,從而允許有效地產(chǎn)生大面積的等離子體。
文檔編號H01L21/3065GK1189240SQ96195107
公開日1998年7月29日 申請日期1996年6月20日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月30日
發(fā)明者D·C·蓋茨 申請人:拉姆研究有限公司