[发明专利]一种功率分配电感耦合线圈及具有其的等离子体处理装置

说明书

本发明公开一种功率分配电感耦合线圈及具有其的等离子体处理装置。功率分配电感耦合线圈包括多个定值电容、多个可调电容和三组电感线圈，其中，第一线圈绕组和第二线圈绕组相互嵌套，为外圈绕组部分，第三线圈绕组为内圈绕组部分；第一可调电容、第一线圈绕组、第一定值电容串联组成第一支路，第一定值电容末端接地；第二可调电容、第二线圈绕组、第二定值电容、第三线圈绕组、第三定值电容的次序串联组成第二支路，第三定值电容末端接地；第一可调电容和第二可调电容的空闲端相连，使第一支路与第二支路形成并联。通过调节第一可调电容和第二可调电容的比值，使不同线圈绕组中的功率分配不同，改变反应腔内等离子体分布，从而提高工艺的均匀性。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种功率分配电感耦合线圈及具有其的等离子体处理装置。

背景技术

随着电子技术发展，芯片集成度不断提高，半导体器件的特征尺寸不断缩小，对半导体器件加工/处理设备的性能、稳定性以及工艺的要求愈发严苛。在对半导体器件加工/处理时，常用到等离子体刻蚀、沉积或其他等离子体处理技术，因此等离子体处理装置的工作性能至关重要。近年来晶圆尺寸已从200mm增大到300mm，针对大衬底，提高等离子体处理装置的工作性能、稳定性以及工艺均匀性，不仅能提高半导体器件制造的集成度，也能提高产品的良品率。

目前用于半导体器件加工/处理的等离子体处理装置主要有电容耦合等离子体(CCP)装置、电感耦合等离子体(ICP)装置和电子回旋共振等离子体(ECR)装置等。其中ICP装置具有独立的激励射频电源和偏压射频电源，可通过激励射频电源决定反应腔室内的等离子体密度，通过偏压射频电源决定入射到晶圆表面的粒子能量和入射角度。并且，ICP装置可以在较低的工作气压下产生高密度和高均匀性的等离子体，因此可以对各种金属或非金属膜层结构进行刻蚀等加工/处理，尤其适合加工/处理300mm的大尺寸晶圆。此外，由于ICP的结构简单、造价低，在其他尺寸的晶圆加工/处理领域也有广泛应用。

ICP装置通常由反应腔室、介质窗、静电卡盘和电感耦合线圈构成。其中，介质窗位于反应腔室上方，电感耦合线圈位于介质窗上方，电感耦合线圈与激励射频电源相连；静电卡盘位于反应腔室内，待加工/处理的晶圆置于静电卡盘上，静电卡盘与偏压射频电源相连。射频电流流入电感耦合线圈，使线圈周围产生随时间变化的磁场，变化的磁场在反应腔室内感应产生电场。进入反应腔室的工艺气体在感应电场作用下生成等离子体，等离子体与晶圆表面发生物理化学反应，从而达到对晶圆加工/处理的目的。

现有的电感耦合线圈通常由偶数个并联且相互嵌套的螺旋形线组构成。然而这种结构的电感耦合线圈产生的电磁场和射频功率分布是不均匀的。在腔室中心一定半径范围内的感应电磁场和射频功率较强，导致该区域内的等离子体密度较大，具有比外圈更快的刻蚀等加工/处理速率，这种差异在300mm的大尺寸晶圆加工/处理过程中尤其明显。此外，受限于腔体结构、腔体进气与出气结构等，仅通过气体扩散作用难以在晶圆表面获得均匀分布的等离子体，导致晶圆表面不同区域的刻蚀速度不同，加工/处理结果均匀性差。另外，待处理晶圆表面的膜层结构在不同区域内的厚度也会有差异，也导致结果难以达到预期。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开一种功率分配电感耦合线圈，包括多个定值电容、多个可调电容和三组电感线圈，其中，第一线圈绕组和第二线圈绕组相互嵌套，为外圈绕组部分，第三线圈绕组为内圈绕组部分；第一可调电容、第一线圈绕组、第一定值电容串联组成第一支路，第一定值电容末端接地；第二可调电容、第二线圈绕组、第二定值电容、第三线圈绕组、第三定值电容的次序串联组成第二支路，第三定值电容末端接地；第一可调电容和第二可调电容的空闲端相连，使第一支路与第二支路形成并联。

本发明的功率分配电感耦合线圈中，优选为，所述第一线圈绕组、所述第二线圈绕组和所述第三线圈绕组可以由单个线圈绕组构成，也可以由多个线圈绕组串联而成，或由多个线圈绕组并联而成，或由多个线圈绕组混联而成。

本发明的功率分配电感耦合线圈中，优选为，所述内圈绕组部分和/或外圈绕组部分是平面结构。