[发明专利]一种电感耦合线圈及采用该耦合线圈的等离子体处理装置

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，具体而言，涉及一种电感耦合线 圈。此外，本发明还涉及一种采用该电感耦合线圈的等离子体处理装 置。

背景技术

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器件的加工/ 处理能力。目前，在半导体器件的加工/处理领域中，常常需要用到 等离子体刻蚀技术和等离子体沉积技术，而这些技术通常都要借助于 诸如等离子体刻蚀机等的等离子体处理装置来实现。

因此，在半导体器件的加工/处理领域中，适用于刻蚀、沉积或 其他工艺的等离子体处理装置的工作性能就显得至关重要。尤其是， 在大衬底上的工作能力。只有具备良好的工作性能，才能提高产率， 以及执行用于制造高度集成器件工艺的能力。也就是说，需要等离子 体处理装置在保持较高等离子体密度的情况下，具有较为均匀的晶片 等半导体器件的加工/处理结果。

目前，在半导体器件的加工/处理领域中已经使用的等离子体处 理装置种类繁多，例如有，电容耦合等离子体(CCP)类型的等离子体 处理装置、电感耦合等离子体(ICP)类型的等离子体处理装置，以及 电子回旋共振等离子体(ECR)类型的等离子体处理装置，等等。

其中，电容耦合等离子体类型的等离子体处理装置借助于电容 耦合的方式产生等离子体，其结构简单，造价低。然而在实际应用中， 这种类型的等离子体处理装置所产生的等离子体密度较低，难以满足 实际工艺过程中等离子体刻蚀速率和产率的需求。

至于电子回旋共振等离子体类型的等离子体处理装置，其可以 在较低的工作气压下获得密度较高的等离子体。然而在实际应用中， 这种类型的等离子体处理装置需要引入外磁场，还需要配置微波管等 器件，因而造价相对较高。

鉴于此，电感耦合等离子体类型的等离子体处理装置目前被广为 采用。这种方式可以在较低工作气压下获得密度较高的等离子体，而 且其结构简单，造价低。同时，这种类型的等离子体处理装置可以独 立地对产生等离子体的射频源(其决定等离子体的密度)与基片台射 频源(其决定入射到晶片上的粒子能量)进行控制。因而，这种类型 的等离子体处理装置非常适于对金属和半导体等材料进行刻蚀等加工 /处理。

特别是，目前晶片的尺寸逐渐由200mm增大到300mm，而对于 300mm的大尺寸晶片，电感耦合等离子体类型的等离子体处理装置因 其能够高密度和高均匀性地产生等离子体，并且结构相对简单，而被 认为是最佳的等离子体处理装置。

请参阅图1，其中示出一种现有技术中常见的电感耦合等离子体 处理装置。该装置通常包括反应腔室4、介质窗17、静电卡盘6和电 感耦合线圈3。其中，静电卡盘6位于反应腔室4内，并且经由匹配器 10而与射频源11相连。该静电卡盘6上设置有被加工处理的晶片5。 在反应腔室4的上方设置有介质窗17，电感耦合线圈3便置于该介质 窗17上，并经由匹配器2而与射频源1相连。

在半导体器件加工/处理过程中，进入反应腔室4的工艺气体被位 于上方的电感耦合线圈3电离形成等离子体，以对晶片5等半导体器 件表面材质进行诸如刻蚀等的加工/处理操作。同时，借助于分子泵(图 未示)将反应后的气体从反应腔室4中抽出。

在上述反应过程中，使气体产生电离而形成等离子体的射频功率 来自于电感耦合线圈3。如前所述，该线圈3经由匹配器2而与射频源 1相连，射频源1用于提供射频电流。随着射频电流流入线圈3，围绕 线圈3而产生磁场。由于所产生的磁场是时变的，所以在反应腔室4 内可以感生出电场。同时，反应腔室4内的工艺气体因与通过感应电 场而加速的电子发生碰撞而被离子化，这样，就可以在反应腔室4内 产生等离子体。这种方式所产生的等离子体与晶片5的表面发生物理 化学反应，以对晶片5进行诸如刻蚀等的加工/处理。

另外，静电卡盘6经由匹配器10而与用于提供偏置电压的射频源 11相连，以便增加等离子体与晶片5进行碰撞的能量。

请参阅图2，其中示出了现有电感耦合等离子体处理装置中常采 用的电感耦合线圈的结构。如图所示，现有的电感耦合线圈通常包括 平面螺旋线形状的单个线圈。