一種用於等離子體發生器中的射頻天線的製作方法

2023-10-17 02:48:59 2

專利名稱：一種用於等離子體發生器中的射頻天線的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於等離子體發生器中的射頻天線，特別涉及一種結合螺旋 線圈與漸開線線圈，並能調整兩種結構線圈上射頻功率比的天線結構。
背景技術：
目前在對半導體器件的製造過程中，通常使用電容耦合式或電感耦合式的等離子 體發生器來產生引入其中的反應氣體的等離子體，對放置在等離子體發生器內的晶圓進行 蝕刻等加工處理。一般情況下，電容耦合式的等離子體發生器(CCP)，在其真空的反應腔內引入反應 氣體，通過在平行設置的平板式的上電極和下電極中的其中一個電極施加射頻，在對應電 極上接地，使上、下電極間被射頻電場加速的電子等與反應氣體的分子發生電離衝撞，產生 反應氣體的等離子體。電感耦合式的等離子體發生器(ICP)，往往在反應腔的側壁或頂部外側設置的螺 旋線圈中通入交變電流，產生一個交變的感應磁場，並在軸向感應出射頻電場，將引入其中 的反應氣體的電子被加速，從而產生反應氣體的等離子體。相比而言，使用電容耦合式的等離子體發生器(CCP)產生的等離子體，均勻性較 好，但是，其對同樣流量的反應氣體的電離率，與使用電感耦合式的等離子體發生器(ICP) 的電離率相差百倍，因而刻蝕處理的速度慢。然而，使用電感耦合式的等離子體發生器(ICP)，通常會在對應晶圓邊緣的位置獲 得較高的等離子體密度；而在晶圓中心位置的等離子體密度較低，造成刻蝕的不均勻。因此，隨著晶圓尺寸從8英寸擴大到12英寸反應區的面積也會相應擴大，反應區 擴大使對應的線圈尺寸也要擴大，但是普通的螺旋線圈擴大會帶來額外的問題線圈電感 迅速增大，要獲得同樣的電流需要更高的電壓，電流分布不均造成電磁場強度在整個處理 表面上的分布不均。其中更高的電壓還會造成弧光放電(arcing)損壞元器件，以及對元器件更高的耐 壓要求，使成本增加，同時減小了可靠性。所以業界需要一種新的線圈裝置來實現更均勻的 等離子分布同時降低成本提高可靠性和可操作性。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種用於等離子體發生器中的射頻天線，能夠將螺旋線 圈與漸開線的線圈結構整合在同一個射頻天線上，並能調整兩種線圈上射頻功率比，在同 一射頻天線的不同區域獲得不同的等離子體發生效果，從而對晶圓表面進行均勻快速的處 理，同時能降低射頻電壓驅動電路的配置要求。為了達到上述目的，本實用新型的技術方案是提供一種用於等離子體發生器中的 射頻天線，通過施加射頻能量，在所述等離子體發生器的反應腔內，形成引入的反應氣體的 等離子體對晶圓進行處理，所述射頻天線設為中心區域和環繞中心區域設置的外側區域；
3所述中心區域設置有第一線圈；所述外側區域設置有第二線圈；一個驅動電路施加射頻功 率到第一和第二線圈並獨立調節第一和第二線圈的輸入射頻功率，其中第二線圈包含多組 在所述外側區域均勻分布的並聯線圈。所述中心區域的第一線圈是螺旋線形。所述中心區域的第一線圈，其螺旋線形的中心端與射頻電源相連接，另一端接地。所述外側區域的第二線圈包含一第一接觸環、直徑大於該第一接觸環的第二接觸 環，以及均勻分布在所述第一接觸環和第二接觸環之間的若干漸開線；所述若干漸開線的 一端均勻排列在一第一接觸環的圓周上，並與其電性連接；所述若干漸開線的另一端均勻 排列在第二接觸環的圓周上，並與其電性連接。所述若干漸開線通過所述第一接觸環與射頻電源連接，並通過所述第二接觸環接 地，使該若干漸開線相互並聯。所述驅動電路包含一個可變阻抗電路，其與所述第一線圈或第二線圈之一串聯； 所述射頻電源通過調節該可變阻抗電路的阻抗值，控制分配到所述第一線圈和第二線圈的 射頻功率比。所述可變阻抗電路包含可變電容或具有可變阻抗的電感電容組合電路。所述第一線圈及所述第二線圈的每條並聯線圈的寬度大於厚度。本實用新型所述用於等離子體發生器中的射頻天線，與現有技術相比，其優點在 於本實用新型不僅能夠結合螺旋線和漸開線的兩種線圈結構，並通過調節可變電容，控制 射頻電源輸入第一線圈和第二線圈的射頻功率比，在中心區域和外側區域生成的等離子體 密度可分別控制；還能夠結合電容耦合及電感耦合等離子體發生器的射頻結構，從而使裝 設本實用新型所述射頻天線的等離子體發生器，兼具高電離率和均勻分布的等離子體發生 效果，實現對反應腔中晶圓的均勻快速處理。採用本實用新型扁平狀的線圈再結合內外分區、獨立供電控制的兩個線圈能更好 的實現在整個反應區域上的均勻等離子濃度分布。而且，由於第一線圈與第二線圈之間，第 二線圈的各條漸開線之間相互並聯，因而施加到該射頻天線的電壓有所降低，對應設置的 射頻驅動電路的要求也降低，節約了成本，避免了輝光放電。

圖1是本實用新型所述用於等離子體發生器中的射頻天線的總體結構示意圖。圖2是本實用新型所述用於等離子體發生器中的射頻天線對射頻功率分配的原 理圖。圖3是本實用新型所述用於等離子體發生器中的射頻天線與反應腔的連接關係 在圖1中A-A』向的剖面圖。
具體實施方式
以下結合附圖說明本實用新型的具體實施方式
。配合參見圖1、圖3所示，本實用新型所述用於等離子體發生器中的射頻天線，設 置在反應腔30頂部外側的絕緣層上。該射頻天線包含中心區域和環繞中心區域設置的外 側區域，其中，中心區域設置有一螺旋線形的第一線圈10，外側區域設置有第二線圈20。[0025]該第二線圈20包含的四條漸開線21，一端均勻排列在一第一接觸環22的圓周上 (如圖1中標號廣4所示)，並與該第一接觸環22電性連接；另一端均勻排列在一直徑較大 的第二接觸環23的圓周上，並與其電性連接。因此該四條漸開線21是相互並聯，且均勻分 布在所述第一接觸環22和第二接觸環23之間。配合參加圖1、圖2所示，所述第二線圈20包含的四條漸開線21在第一接觸環22 上的一端(如圖1、2中標號廣4所示)與一射頻電源連接，所述第一線圈10的螺旋線位於射 頻天線圓心位置的一端(如圖1、2中標號5所示)通過一可變電容，與同一個射頻電源連接 (如圖2所示)。而四條漸開線21在第二接觸環23上的一端，以及第一線圈10遠離圓心的
一端均接地。通過調節上述可變電容的電容量，控制射頻電源輸入第一線圈10和第二線圈20 的射頻功率比，因而可以在同一射頻天線的中心區域和外側區域獲得不同的等離子體發生 效果。第一線圈10和第二線圈20上的頻率可分別在IOMHz IOOMHz的範圍內調節。由於第一線圈10的螺旋線及第二線圈20的漸開線21的結構設計，能夠在軸向感 應出射頻電磁場，形成引入反應腔30的反應氣體的等離子體，獲得類似現有電感耦合式等 離子體發生器(ICP)中感應線圈高電離率、高密度的等離子體發生效果，以提高對晶圓的刻 蝕反應速度。相比現有技術中線形的線圈結構，本實用新型所述第一線圈10的螺旋線及第二 線圈20的每條漸開線21可以較寬呈扁平狀，其在如圖1所示的俯視圖中呈帶狀，優選寬度 為1.5cm，高度為Icm(圖3)，有效增大了整個射頻天線的導電面積，因而使射頻天線下方的 反應腔30內產生的等離子體更均勻，相當於現有電容耦合式等離子體發生器(CCP)中平板 式上電極的發生效果。CCP等離子發生器具有中心區域等離子密度高於邊緣區域的特徵分 布，與ICP的等離子密度分布正好互補，採用本實用新型扁平狀的線圈再結合內外分區、獨 立供電控制的兩個線圈能更好的實現在整個反應區域上的均勻等離子濃度分布。因此，本實用新型不僅能夠結合螺旋線和漸開線21的兩種線圈結構，並通過調節 可變電容，控制射頻電源輸入第一線圈10和第二線圈20的射頻功率比，在中心區域和外側 區域生成的等離子體密度可分別控制；還能夠結合電容耦合及電感耦合等離子體發生器的 射頻結構，從而使裝設本實用新型所述射頻天線的等離子體發生器，兼具高電離率和均勻 分布的等離子體發生效果，實現對反應腔中晶圓的均勻快速處理。而且，由於第一線圈10 與第二線圈20之間，第二線圈20的各條漸開線21之間相互並聯，因而施加到該射頻天線 的電壓有所降低，對應設置的射頻驅動電路的要求也降低，節約了成本，避免了輝光放電。其中驅動電路中的可變電容也可以是其它條件裝置，比如包含電容和電感組合的 功率控制電路也可調節對應頻率的阻抗，從而實現對線圈中輸入功率的控制。功率控制電 路除了可以連接在射頻電源與中間的第一線圈10之外，也可以連接在射頻電源和外面的 漸開線21之間。功率控制電路除了可以連接在射頻電源和線圈之間外，也可以連接在所要 控制的線圈和接地端之間。第一線圈10和外部並聯的漸開線21也可以是由不同的射頻電 源獨立供電，同樣能達到本實用新型效果。儘管本實用新型的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上 述的描述不應被認為是對本實用新型的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於 本實用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實用新型的保護範圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求1.一種用於等離子體發生器中的射頻天線，通過施加射頻能量，在所述等離子體發生 器的反應腔內，形成引入的反應氣體的等離子體對晶圓進行處理，其特徵在於，所述射頻天 線設為中心區域和環繞中心區域設置的外側區域；所述中心區域設置有第一線圈(10)；所 述外側區域設置有第二線圈(20);—個驅動電路施加射頻功率到第一和第二線圈並獨立調 節第一和第二線圈的輸入射頻功率，其中第二線圈(20)包含多組在所述外側區域均勻分布 的並聯線圈。
2.如權利要求1所述用於等離子體發生器中的射頻天線，其特徵在於，所述中心區域 的第一線圈(10)是螺旋線形。
3.如權利要求2所述用於等離子體發生器中的射頻天線，其特徵在於，所述中心區域 的第一線圈(10)，其螺旋線形的中心端與射頻電源相連接，另一端接地。
4.如權利要求1所述用於等離子體發生器中的射頻天線，其特徵在於，所述外側區域 的第二線圈(20)包含一第一接觸環(22)、直徑大於該第一接觸環(22)的第二接觸環(23)， 以及均勻分布在所述第一接觸環(22)和第二接觸環(23)之間的若干漸開線(21);所述若 幹漸開線(21)的一端均勻排列在一第一接觸環(22)的圓周上，並與其電性連接；所述若干 漸開線(21)的另一端均勻排列在第二接觸環(23)的圓周上，並與其電性連接。
5.如權利要求4所述用於等離子體發生器中的射頻天線，其特徵在於，所述若干漸開 線(21)通過所述第一接觸環(22 )與射頻電源連接，並通過所述第二接觸環(23 )接地，使該 若干漸開線(21)相互並聯。
6.如權利要求1所述用於等離子體發生器中的射頻天線，其特徵在於，所述驅動電路 包含一個可變阻抗電路，其與所述第一線圈(10)或第二線圈(20)之一串聯；所述射頻電源 通過調節該可變阻抗電路的阻抗值，控制分配到所述第一線圈(10)和第二線圈(20)的射 頻功率比。
7.如權利要求6所述用於等離子體發生器中的射頻天線，其特徵在於，所述可變阻抗 電路包含可變電容或具有可變阻抗的電感電容組合電路。
8.如權利要求1所述用於等離子體發生器中的射頻天線，其特徵在於，所述第一線圈 (10)及所述第二線圈(20)的每條並聯線圈的寬度大於厚度。
專利摘要一種用於等離子體發生器中的射頻天線，設為中心區域和環繞中心區域設置的外側區域；中心區域設置有第一線圈；外側區域設置有第二線圈；一個驅動電路施加射頻功率到第一和第二線圈並獨立調節第一和第二線圈的輸入射頻功率，其中第二線圈包含多組在外側區域均勻分布的並聯線圈。結合了螺旋線和漸開線的兩種線圈結構，通過調節可變電容，控制射頻電源輸入第一線圈和第二線圈的射頻功率比，在中心區域和外側區域獲得密度不同的等離子體；兼具CCP和ICP的高電離率和均勻分布的等離子體發生效果，實現對晶圓的均勻快速處理。第一、第二線圈間，各條漸開線間相互並聯，使施加到該射頻天線的電壓降低，配置射頻驅動電路的要求也降低，節約了成本。
文檔編號H05H1/46GK201869430SQ201020624700
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月25日 優先權日2010年11月25日
發明者尹志堯, 杜志遊, 歐陽亮, 羅偉義, 許頌臨, 陳金元 申請人:中微半導體設備(上海)有限公司