專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于等離子體發(fā)生器中的射頻天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于等離子體發(fā)生器中的射頻天線，特別涉及一種結(jié)合螺旋 線圈與漸開(kāi)線線圈，并能調(diào)整兩種結(jié)構(gòu)線圈上射頻功率比的天線結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前在對(duì)半導(dǎo)體器件的制造過(guò)程中，通常使用電容耦合式或電感耦合式的等離子 體發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生引入其中的反應(yīng)氣體的等離子體，對(duì)放置在等離子體發(fā)生器內(nèi)的晶圓進(jìn)行 蝕刻等加工處理。一般情況下，電容耦合式的等離子體發(fā)生器(CCP)，在其真空的反應(yīng)腔內(nèi)引入反應(yīng) 氣體，通過(guò)在平行設(shè)置的平板式的上電極和下電極中的其中一個(gè)電極施加射頻，在對(duì)應(yīng)電 極上接地，使上、下電極間被射頻電場(chǎng)加速的電子等與反應(yīng)氣體的分子發(fā)生電離沖撞，產(chǎn)生 反應(yīng)氣體的等離子體。電感耦合式的等離子體發(fā)生器(ICP)，往往在反應(yīng)腔的側(cè)壁或頂部外側(cè)設(shè)置的螺 旋線圈中通入交變電流，產(chǎn)生一個(gè)交變的感應(yīng)磁場(chǎng)，并在軸向感應(yīng)出射頻電場(chǎng)，將引入其中 的反應(yīng)氣體的電子被加速，從而產(chǎn)生反應(yīng)氣體的等離子體。相比而言，使用電容耦合式的等離子體發(fā)生器(CCP)產(chǎn)生的等離子體，均勻性較 好，但是，其對(duì)同樣流量的反應(yīng)氣體的電離率，與使用電感耦合式的等離子體發(fā)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(fā)生器(ICP)，通常會(huì)在對(duì)應(yīng)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(kuò)大到12英寸反應(yīng)區(qū)的面積也會(huì)相應(yīng)擴(kuò)大，反應(yīng)區(qū) 擴(kuò)大使對(duì)應(yīng)的線圈尺寸也要擴(kuò)大，但是普通的螺旋線圈擴(kuò)大會(huì)帶來(lái)額外的問(wèn)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(chǎng)強(qiáng)度在整個(gè)處理 表面上的分布不均。其中更高的電壓還會(huì)造成弧光放電(arcing)損壞元器件，以及對(duì)元器件更高的耐 壓要求，使成本增加，同時(shí)減小了可靠性。所以業(yè)界需要一種新的線圈裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)更均勻的 等離子分布同時(shí)降低成本提高可靠性和可操作性。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種用于等離子體發(fā)生器中的射頻天線，能夠?qū)⒙菪€ 圈與漸開(kāi)線的線圈結(jié)構(gòu)整合在同一個(gè)射頻天線上，并能調(diào)整兩種線圈上射頻功率比，在同 一射頻天線的不同區(qū)域獲得不同的等離子體發(fā)生效果，從而對(duì)晶圓表面進(jìn)行均勻快速的處 理，同時(shí)能降低射頻電壓驅(qū)動(dòng)電路的配置要求。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是提供一種用于等離子體發(fā)生器中的 射頻天線，通過(guò)施加射頻能量，在所述等離子體發(fā)生器的反應(yīng)腔內(nèi)，形成引入的反應(yīng)氣體的 等離子體對(duì)晶圓進(jìn)行處理，所述射頻天線設(shè)為中心區(qū)域和環(huán)繞中心區(qū)域設(shè)置的外側(cè)區(qū)域；
3所述中心區(qū)域設(shè)置有第一線圈；所述外側(cè)區(qū)域設(shè)置有第二線圈；一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路施加射頻功 率到第一和第二線圈并獨(dú)立調(diào)節(jié)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(cè)區(qū)域均勻分布的并聯(lián)線圈。所述中心區(qū)域的第一線圈是螺旋線形。所述中心區(qū)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(cè)區(qū)域的第二線圈包含一第一接觸環(huán)、直徑大于該第一接觸環(huán)的第二接觸 環(huán)，以及均勻分布在所述第一接觸環(huán)和第二接觸環(huán)之間的若干漸開(kāi)線；所述若干漸開(kāi)線的 一端均勻排列在一第一接觸環(huán)的圓周上，并與其電性連接；所述若干漸開(kāi)線的另一端均勻 排列在第二接觸環(huán)的圓周上，并與其電性連接。所述若干漸開(kāi)線通過(guò)所述第一接觸環(huán)與射頻電源連接，并通過(guò)所述第二接觸環(huán)接 地，使該若干漸開(kāi)線相互并聯(lián)。所述驅(qū)動(dòng)電路包含一個(gè)可變阻抗電路，其與所述第一線圈或第二線圈之一串聯(lián)； 所述射頻電源通過(guò)調(diào)節(jié)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并聯(lián)線圈的寬度大于厚度。本實(shí)用新型所述用于等離子體發(fā)生器中的射頻天線，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在 于本實(shí)用新型不僅能夠結(jié)合螺旋線和漸開(kāi)線的兩種線圈結(jié)構(gòu)，并通過(guò)調(diào)節(jié)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(qū)域和外側(cè)區(qū)域生成的等離子體 密度可分別控制；還能夠結(jié)合電容耦合及電感耦合等離子體發(fā)生器的射頻結(jié)構(gòu)，從而使裝 設(shè)本實(shí)用新型所述射頻天線的等離子體發(fā)生器，兼具高電離率和均勻分布的等離子體發(fā)生 效果，實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)腔中晶圓的均勻快速處理。采用本實(shí)用新型扁平狀的線圈再結(jié)合內(nèi)外分區(qū)、獨(dú)立供電控制的兩個(gè)線圈能更好 的實(shí)現(xiàn)在整個(gè)反應(yīng)區(qū)域上的均勻等離子濃度分布。而且，由于第一線圈與第二線圈之間，第 二線圈的各條漸開(kāi)線之間相互并聯(lián)，因而施加到該射頻天線的電壓有所降低，對(duì)應(yīng)設(shè)置的 射頻驅(qū)動(dòng)電路的要求也降低，節(jié)約了成本，避免了輝光放電。

圖1是本實(shí)用新型所述用于等離子體發(fā)生器中的射頻天線的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型所述用于等離子體發(fā)生器中的射頻天線對(duì)射頻功率分配的原 理圖。圖3是本實(shí)用新型所述用于等離子體發(fā)生器中的射頻天線與反應(yīng)腔的連接關(guān)系 在圖1中A-A’向的剖面圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖說(shuō)明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
。配合參見(jiàn)圖1、圖3所示，本實(shí)用新型所述用于等離子體發(fā)生器中的射頻天線，設(shè) 置在反應(yīng)腔30頂部外側(cè)的絕緣層上。該射頻天線包含中心區(qū)域和環(huán)繞中心區(qū)域設(shè)置的外 側(cè)區(qū)域，其中，中心區(qū)域設(shè)置有一螺旋線形的第一線圈10，外側(cè)區(qū)域設(shè)置有第二線圈20。[0025]該第二線圈20包含的四條漸開(kāi)線21，一端均勻排列在一第一接觸環(huán)22的圓周上 (如圖1中標(biāo)號(hào)廣4所示)，并與該第一接觸環(huán)22電性連接；另一端均勻排列在一直徑較大 的第二接觸環(huán)23的圓周上，并與其電性連接。因此該四條漸開(kāi)線21是相互并聯(lián)，且均勻分 布在所述第一接觸環(huán)22和第二接觸環(huán)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(kāi)線21在第一接觸環(huán)22 上的一端(如圖1、2中標(biāo)號(hào)廣4所示)與一射頻電源連接，所述第一線圈10的螺旋線位于射 頻天線圓心位置的一端(如圖1、2中標(biāo)號(hào)5所示)通過(guò)一可變電容，與同一個(gè)射頻電源連接 (如圖2所示)。而四條漸開(kāi)線21在第二接觸環(huán)23上的一端，以及第一線圈10遠(yuǎn)離圓心的
一端均接地。通過(guò)調(diào)節(jié)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(qū)域和外側(cè)區(qū)域獲得不同的等離子體發(fā)生 效果。第一線圈10和第二線圈20上的頻率可分別在IOMHz IOOMHz的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。由于第一線圈10的螺旋線及第二線圈20的漸開(kāi)線21的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠在軸向感 應(yīng)出射頻電磁場(chǎng)，形成引入反應(yīng)腔30的反應(yīng)氣體的等離子體，獲得類(lèi)似現(xiàn)有電感耦合式等 離子體發(fā)生器(ICP)中感應(yīng)線圈高電離率、高密度的等離子體發(fā)生效果，以提高對(duì)晶圓的刻 蝕反應(yīng)速度。相比現(xiàn)有技術(shù)中線形的線圈結(jié)構(gòu)，本實(shí)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(kāi)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(yōu)選寬度 為1.5cm，高度為Icm(圖3)，有效增大了整個(gè)射頻天線的導(dǎo)電面積，因而使射頻天線下方的 反應(yīng)腔30內(nèi)產(chǎn)生的等離子體更均勻，相當(dāng)于現(xiàn)有電容耦合式等離子體發(fā)生器(CCP)中平板 式上電極的發(fā)生效果。CCP等離子發(fā)生器具有中心區(qū)域等離子密度高于邊緣區(qū)域的特征分 布，與ICP的等離子密度分布正好互補(bǔ)，采用本實(shí)用新型扁平狀的線圈再結(jié)合內(nèi)外分區(qū)、獨(dú) 立供電控制的兩個(gè)線圈能更好的實(shí)現(xiàn)在整個(gè)反應(yīng)區(qū)域上的均勻等離子濃度分布。因此，本實(shí)用新型不僅能夠結(jié)合螺旋線和漸開(kāi)線21的兩種線圈結(jié)構(gòu)，并通過(guò)調(diào)節(jié) 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(qū)域和外側(cè) 區(qū)域生成的等離子體密度可分別控制；還能夠結(jié)合電容耦合及電感耦合等離子體發(fā)生器的 射頻結(jié)構(gòu)，從而使裝設(shè)本實(shí)用新型所述射頻天線的等離子體發(fā)生器，兼具高電離率和均勻 分布的等離子體發(fā)生效果，實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)腔中晶圓的均勻快速處理。而且，由于第一線圈10 與第二線圈20之間，第二線圈20的各條漸開(kāi)線21之間相互并聯(lián)，因而施加到該射頻天線 的電壓有所降低，對(duì)應(yīng)設(shè)置的射頻驅(qū)動(dòng)電路的要求也降低，節(jié)約了成本，避免了輝光放電。其中驅(qū)動(dòng)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(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)頻率的阻抗，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(kāi)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和外部并聯(lián)的漸開(kāi)線21也可以是由不同的射頻電 源獨(dú)立供電，同樣能達(dá)到本實(shí)用新型效果。盡管本實(shí)用新型的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上 述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本實(shí)用新型的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于 本實(shí)用新型的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。
權(quán)利要求1.一種用于等離子體發(fā)生器中的射頻天線，通過(guò)施加射頻能量，在所述等離子體發(fā)生 器的反應(yīng)腔內(nèi)，形成引入的反應(yīng)氣體的等離子體對(duì)晶圓進(jìn)行處理，其特征在于，所述射頻天 線設(shè)為中心區(qū)域和環(huán)繞中心區(qū)域設(shè)置的外側(cè)區(qū)域；所述中心區(qū)域設(shè)置有第一線圈(10)；所 述外側(cè)區(qū)域設(shè)置有第二線圈(20);—個(gè)驅(qū)動(dòng)電路施加射頻功率到第一和第二線圈并獨(dú)立調(diào) 節(jié)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(cè)區(qū)域均勻分布 的并聯(lián)線圈。
2.如權(quán)利要求1所述用于等離子體發(fā)生器中的射頻天線，其特征在于，所述中心區(qū)域 的第一線圈(10)是螺旋線形。
3.如權(quán)利要求2所述用于等離子體發(fā)生器中的射頻天線，其特征在于，所述中心區(qū)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(quán)利要求1所述用于等離子體發(fā)生器中的射頻天線，其特征在于，所述外側(cè)區(qū)域 的第二線圈(20)包含一第一接觸環(huán)(22)、直徑大于該第一接觸環(huán)(22)的第二接觸環(huán)(23)， 以及均勻分布在所述第一接觸環(huán)(22)和第二接觸環(huán)(23)之間的若干漸開(kāi)線(21);所述若 干漸開(kāi)線(21)的一端均勻排列在一第一接觸環(huán)(22)的圓周上，并與其電性連接；所述若干 漸開(kāi)線(21)的另一端均勻排列在第二接觸環(huán)(23)的圓周上，并與其電性連接。
5.如權(quán)利要求4所述用于等離子體發(fā)生器中的射頻天線，其特征在于，所述若干漸開(kāi) 線(21)通過(guò)所述第一接觸環(huán)(22 )與射頻電源連接，并通過(guò)所述第二接觸環(huán)(23 )接地，使該 若干漸開(kāi)線(21)相互并聯(lián)。
6.如權(quán)利要求1所述用于等離子體發(fā)生器中的射頻天線，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)電路 包含一個(gè)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(lián)；所述射頻電源 通過(guò)調(diào)節(jié)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(quán)利要求6所述用于等離子體發(fā)生器中的射頻天線，其特征在于，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(quán)利要求1所述用于等離子體發(fā)生器中的射頻天線，其特征在于，所述第一線圈 (10)及所述第二線圈(20)的每條并聯(lián)線圈的寬度大于厚度。
專(zhuān)利摘要一種用于等離子體發(fā)生器中的射頻天線，設(shè)為中心區(qū)域和環(huán)繞中心區(qū)域設(shè)置的外側(cè)區(qū)域；中心區(qū)域設(shè)置有第一線圈；外側(cè)區(qū)域設(shè)置有第二線圈；一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路施加射頻功率到第一和第二線圈并獨(dú)立調(diào)節(jié)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(cè)區(qū)域均勻分布的并聯(lián)線圈。結(jié)合了螺旋線和漸開(kāi)線的兩種線圈結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)節(jié)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(qū)域和外側(cè)區(qū)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(fā)生效果，實(shí)現(xiàn)對(duì)晶圓的均勻快速處理。第一、第二線圈間，各條漸開(kāi)線間相互并聯(lián)，使施加到該射頻天線的電壓降低，配置射頻驅(qū)動(dòng)電路的要求也降低，節(jié)約了成本。
文檔編號(hào)H05H1/46GK201869430SQ201020624700
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
發(fā)明者尹志堯, 杜志游, 歐陽(yáng)亮, 羅偉義, 許頌臨, 陳金元 申請(qǐng)人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司