[发明专利]旋转天线及包括该旋转天线的半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种在半导体生产装置中作为等离子体源的旋转天线，半导体生产装置比如蚀刻装置或者沉积装置(包括等离子体增强化学气相沉积装置，高密度等离子体化学气相沉积装置和等离子体增强原子层沉积装置)，它们被用于使用等离子体加工基片(在下文中，术语“基片”被用于覆盖晶片和LCD玻璃基片)。同时本发明还涉及具有作为等离子体源的旋转天线的半导体生产装置。

背景技术

鉴于在半导体领域中精确地形成电路图案线宽的需求和在玻璃基片制成的LCD领域中增加玻璃基片尺寸的需求，已经发展出了各种形状的用于在基片表面上形成精确图案的等离子体源。

用于在半导体生产装置中产生等离子体的等离子体源的典型示例包括具有平行板几何形状的电容耦合等离子体(CCP)源和使用天线线圈的感应耦合等离子体(ICP)源。所述CCP源已经由日本的Tokyo Electron Ltd.和美国的Lam Research Corp.研制，而ICP源已经由美国的Applied Materials Technologies Inc和Lam Research Corp.研制。

虽然CCP源在发出均匀等离子体上有优势，但是电磁场对作为工件的基片有直接影响。所以，电磁场易于对在工件上形成精确的图案产生不利的影响。另外，由于CCP源的等离子体产生密度小于ICP源，所以CCP源在适当地形成线宽变窄的图案方面是不利的。此外，由于CCP源被施加了高级能量，因此可能对工件和半导体生产装置造成严重损坏，这会导致生产成本和困难度的上升。

另一方面，采用被施加了高频能量(或射频能量)的天线线圈的ICP源具有的优点是能在低压下产生等离子体以及享有增加的等离子体产生密度。但是，由于天线的结构所固有地导致等离子体不均匀地产生，所以ICP源导致作为工件的基片产生许多问题。在使用玻璃基片的LCD领域中，ICP源提出的问题是等离子体不能随着玻璃基片尺寸的增加而被均匀的产生。然而，只要能在等离子体的产生中将均匀度固定，ICP源就能够作为一种能处理电路线宽的超精细度和玻璃基片变大的极好等离子体源。所以，要求对天线结构的改进进行研究。

发明内容

技术问题

针对传统感应耦合等离子体源所提出的问题，本发明的目的在于改进传统天线线圈结构中固有的电磁场损失，传统天线线圈结构的设计会引起电压差，以及同时改进传统固定式天线线圈结构中固有的等离子体产生密度的不均匀性。

本发明的另一个目的是提供一种感应耦合等离子体源，其能获得在具有固定式天线线圈的传统感应耦合等离子体源中不能实现的均匀等离子体密度，能减少工件中产生的电压差以使电容耦合电磁场的损失最小，以及能使室内的等离子体产生空间最小以增加能量使用效率。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供一种旋转天线，其包括多个线圈，该多个线圈并联到高频能量源并且以相对于轴成对称关系地围绕轴以规定间隔布置，其中，当所述线圈绕着该轴旋转时，均匀地形成用于产生感应耦合等离子体的电磁场。换句话说，为了改善等离子体产生密度的非均匀性，所有所述天线线圈都以恒定的速度或者以从几rpm到几百rpm的变速度旋转，因此，在预定压力范围(从几毫托到几托)内产生能够符合加工条件的具有均匀高密度的感应耦合等离子体。

在上述的旋转天线中，所述线圈可包括：被施加高频能量并作为旋转中心轴的中心线圈；以及多个围绕所述中心线圈以规定间隔布置的支线圈，这样所述支线圈关于该中心轴对称布置，支线圈在其第一端连接到中心线圈，每个支线圈远离中心线圈延伸然后朝着中心线圈延伸，支线圈在其第二端具有接地部分。换句话说，为了改善引起电压差的传统天线线圈结构的目的，所述天线线圈的几何结构被设计成确保能量输入部分和接地部分彼此邻近地定位。这将施加到天线线圈的平均电压均匀地分布，从而使得电容耦合电磁场的损失最小化。

在上述的旋转天线中，每个线圈可由导体管形成，冷却剂流过该导体管。结果，本发明的线圈享有优化的容积和所占空间以及增强的冷却性能，所以能够提高装置的使用期和可靠性。

根据本发明的另一方面，提供一种半导体生产装置，其包括：接收晶片的室，该室被供应反应气体；以及旋转天线，包括多个线圈，该多个线圈并联到高频能量源并且以相对于轴成对称关系地围绕轴以规定间隔布置，其中，当所述线圈绕该轴线旋转时，均匀地形成了用于产生感应耦合等离子体的电磁场。