專利名稱：電感耦合型等離子體處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及等離子體處理裝置領(lǐng)域，特別涉及一種電感耦合型等離子體處理
直O(jiān)
背景技術(shù)：
等離子體處理裝置廣泛應(yīng)用于集成電路的制造工藝中，如沉積、刻蝕等。其中，電 感耦合型等離子體(ICP，Inductively Coupled Plasma)裝置是等離子體處理裝置中的主 流技術(shù)之一，其原理主要是使用射頻功率驅(qū)動電感耦合線圈產(chǎn)生較強的高頻交變磁場，使 得低壓的反應(yīng)氣體被電離產(chǎn)生等離子體。等離子體中含有大量的電子、離子、激發(fā)態(tài)的原 子、分子和自由基等活性粒子，上述活性粒子可以和待處理晶圓的表面發(fā)生多種物理和化 學(xué)反應(yīng)，使得晶圓表面的形貌發(fā)生改變，即完成刻蝕過程；另外，上述活性離子比常規(guī)的氣 態(tài)反應(yīng)物具有更高的活性，可以促進反應(yīng)氣體間的化學(xué)反應(yīng)，即可以實現(xiàn)等離子體增強型 化學(xué)氣相沉積(PECVD)。圖1為現(xiàn)有技術(shù)的一種電感耦合等離子體處理裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，主要包 括反應(yīng)腔10、晶圓載臺11、電感耦合線圈12和電源13。其中，晶圓載臺11位于所述反應(yīng) 腔10中，用于承載和固定晶圓14 ；電感耦合線圈12設(shè)置于反應(yīng)腔10的頂蓋上方；電源13 用于向所述電感耦合線圈12供電，向其提供射頻能量。在工藝過程中，進入反應(yīng)腔10的反 應(yīng)氣體被上方的電感耦合線圈12產(chǎn)生的高能磁場電離，形成等離子體，如果是刻蝕工藝， 可以將所述晶圓載臺11連接至一固定電位，以驅(qū)動所述等離子體對晶圓14進行刻蝕。在 這一過程中，使反應(yīng)氣體電離形成等離子體的能量來自于電感耦合線圈12，因此電感耦合 線圈12產(chǎn)生的磁場的分布情況會影響等離子體的分布。所述電感耦合線圈12 —般為平面螺旋結(jié)構(gòu)，其中心區(qū)域所激發(fā)的磁場強度較強， 而外圍區(qū)域所激發(fā)的磁場強度較弱，因此使得反應(yīng)腔10內(nèi)中心區(qū)域的等離子體密度較高， 外圍區(qū)域的等離子體密度較低。為了改善等離子體密度分布的均勻性，現(xiàn)有技術(shù)還公開了一種等離子體處理裝 置，如圖2所示，其中的電感耦合線圈由兩個相對絕緣的線圈組成，包括位于中心區(qū)域的 內(nèi)層線圈15和排布于內(nèi)層線圈外的外圍線圈17，電源16和電源18對所述內(nèi)層線圈15和 外圍線圈17分別單獨進行供電，以實現(xiàn)對中心區(qū)域和外圍區(qū)域的磁場強度的獨立調(diào)節(jié)，改 善等離子體分布的均勻性。但是，上述結(jié)構(gòu)中，內(nèi)層線圈15和外圍線圈17激發(fā)產(chǎn)生的磁場 會產(chǎn)生串?dāng)_(crosstalk)，線圈間的相互干擾會導(dǎo)致調(diào)節(jié)過程非常困難，很難得到分布均勻 的等離子體。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種電感耦合型等離子體處理裝置，提高等離子體的分 布均勻性。為解決上述問題，本實用新型提供了一種電感耦合型等離子體處理裝置，包括應(yīng)腔、電源和設(shè)置于所述反應(yīng)腔頂蓋上方的電感耦合線圈，所述電感耦合線圈包括位于所述 反應(yīng)腔頂蓋中心區(qū)域的中心線圈和環(huán)繞在所述中心線圈外圍的至少一個外圍線圈，所述電 源對各線圈分別供電，所述電感耦合型等離子體處理裝置還包括設(shè)置于所述中心線圈與外 圍線圈之間的可移動的屏蔽件。可選的，所述外圍線圈的數(shù)量為至少兩個，相鄰的外圍線圈之間也設(shè)置有可移動 的屏蔽件?？蛇x的，所述屏蔽件為圓筒狀。可選的，所述屏蔽件接地?？蛇x的，所述電感耦合型等離子體裝置還包括可移動支架，帶動所述屏蔽件在垂 直于所述電感耦合線圈所確定的平面的方向移動?？蛇x的，所述電感耦合型等離子體裝置還包括可移動支架，帶動所述屏蔽件在所 述電感耦合線圈所確定的平面內(nèi)外擴或收縮?？蛇x的，所述屏蔽件的材料為磁屏蔽材料?？蛇x的，所述屏蔽件的材料為金屬。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)方案具有以下優(yōu)點本技術(shù)方案在中心線圈和其他外圍線圈之間設(shè)置可移動的屏蔽件，對中心線圈產(chǎn) 生的磁場和外圍線圈產(chǎn)生的磁場進行相互屏蔽，并且可以通過屏蔽件位置的移動，實現(xiàn)屏 蔽效果的最優(yōu)化，避免了磁場間的相互干擾，改善了等離子體的分布密度。進一步的，本技術(shù)方案還在各外圍線圈之間也設(shè)置有可移動的屏蔽件，消除了各 線圈產(chǎn)生的磁場之間的干擾，進一步改善了等離子體的分布密度。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的一種電感耦合型等離子體裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)的另一種電感耦合型等離子體裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型第一實施例的電感耦合型等離子體裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實用新型第一實施例的電感耦合型等離子體裝置的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本實用新型第二實施例的電感耦合型等離子體裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本實用新型第三實施例的電感耦合型等離子體裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，
以下結(jié)合附圖和實 施例對本實用新型的具體實施方式
做詳細(xì)的說明。在以下描述中闡述了具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本實用新型。但是本實用新型能夠 以多種不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實用新型內(nèi)涵 的情況下做類似推廣。因此本實用新型不受下面公開的具體實施方式
的限制。現(xiàn)有技術(shù)的電感耦合型等離子體處理裝置中采用雙線圈結(jié)構(gòu)的電感耦合線圈，以 分別對中心區(qū)域和外圍區(qū)域的等離子體密度進行單獨調(diào)節(jié)，但是，內(nèi)層線圈和外圍線圈產(chǎn) 生的磁場之間會相互干擾，使得調(diào)節(jié)過程非常困難，影響等離子的分布密度。本技術(shù)方案在中心區(qū)域的線圈和外圍區(qū)域的線圈之間設(shè)置可移動的屏蔽件，以對中心線圈和外圍線圈產(chǎn)生的磁場進行相互屏蔽，并通過屏蔽件位置的移動，實現(xiàn)屏蔽效果 的最優(yōu)化，消除了磁場間的相互干擾，改善了等離子體密度分布的均勻性。第一實施例如圖3所示，第一實施例的電感耦合型等離子體處理裝置主要包括反應(yīng)腔20、設(shè) 置于反應(yīng)腔20的頂蓋中心區(qū)域的中心線圈22、設(shè)置于反應(yīng)腔20的頂蓋外圍區(qū)域的外圍線 圈23、給所述中心線圈22供電的第一電源M、給所述外圍線圈23供電的第二電源25、以及 設(shè)置于所述中心線圈22和外圍線圈23之間的可移動的屏蔽件26。其中，所述中心線圈22和外圍線圈23都可以為平面螺旋結(jié)構(gòu)的線圈，它們共同構(gòu) 成了本實施例的電感耦合型等離子體處理裝置中的電感耦合線圈；所述第一電源M和第 二電源25輸出的射頻功率可以獨立調(diào)節(jié)，它們可以為兩個相互獨立的電源設(shè)備，也可以為 同一電源設(shè)備中兩個獨立的供電模塊，分別向所述中心線圈22和外圍線圈23提供射頻功 率，激發(fā)磁場。另外，所述反應(yīng)腔20中還包括晶圓載臺21，用于承載和固定晶圓，所述晶圓載臺 20的表面和所述中心線圈22包圍的區(qū)域、外圍線圈23包圍的區(qū)域正對，使得所述中心線 圈22和外圍線圈23激發(fā)產(chǎn)生的等離子體可以作于所述晶圓載臺21上的晶圓(圖中未示 出)，完成刻蝕、沉積等工藝。本實施例中，所述屏蔽件沈用于消除中心線圈22和外圍線圈23產(chǎn)生的磁場之間 的相互干擾，其形狀為圓筒狀，請同時參考圖4，圖4為本實施例的電感耦合型等離子體處 理裝置的俯視結(jié)構(gòu)示意圖，屏蔽件26將中心線圈22罩在內(nèi)部，而外圍線圈23則環(huán)繞在所 述屏蔽件26的外側(cè)。所述屏蔽件沈的材料為磁屏蔽材料，由于中心線圈22和外圍線圈23 激發(fā)產(chǎn)生的磁場為高頻交變磁場，因此導(dǎo)體材料對其具有良好的屏蔽作用，如金屬。本實施 例中所述屏蔽件26的材料為銅或鋁，其表面鍍有一層銀，所述屏蔽件沈接地，以進一步改 善屏蔽作用。所述屏蔽件沈設(shè)置于中心線圈22和外圍線圈23之間，相當(dāng)于將所述屏蔽件沈 覆蓋的中心區(qū)域和其外圍區(qū)域的等離子體密度的調(diào)節(jié)過程相互隔離，因而在實際使用中， 可以分別通過第一電源M和第二電源25對中心區(qū)域和外圍區(qū)域的等離子密度進行調(diào)節(jié)， 更易獲得所需的等離子分布。本實施例的電感耦合型等離子體處理裝置還包括可移動支架(圖中未示出)，以 帶動所述屏蔽件26在垂直于所述反應(yīng)腔20的頂蓋的方向移動，即在垂直于所述中心線圈 22和外圍線圈23所確定的平面的方向移動，也即在圖3中所示的垂直方向移動。由于實際 加工工藝和設(shè)備大小的限制，所述屏蔽件26的大小是有限的，其高度與所述反應(yīng)腔20的高 度成預(yù)定比例，因此在屏蔽件沈的圓筒開口處會有磁場的泄漏，仍然會導(dǎo)致線圈之間的相 互干擾，本實施例的屏蔽件26可以在垂直方向移動，使得在實際的使用和調(diào)節(jié)過程中，可 以通過屏蔽件沈在垂直方向的位置的微調(diào)，使得泄漏的磁場之間的干擾對等離子體的分 布影響最小，實現(xiàn)最佳的屏蔽效果。另外，所述可移動支架還可以帶動屏蔽件沈在所述反應(yīng)腔20的頂蓋平面內(nèi)外擴 或收縮，即在所述中心線圈22和外圍線圈23所確定的平面內(nèi)外擴或收縮，也即在圖3中所 示的水平方向外擴或收縮，即改變所述圓筒狀的屏蔽件26的半徑大小。通過所述屏蔽件沈 的外擴和收縮，可以調(diào)整其屏蔽覆蓋的范圍，也即可以調(diào)整所述中心線圈22產(chǎn)生的磁場所影響的范圍。在一具體實施例中，通過所述可移動支架帶動所述屏蔽件沈外擴，相當(dāng)于所 述反應(yīng)腔20內(nèi)更大面積的中心區(qū)域?qū)⑹苤行木€圈22的影響，相應(yīng)的，可以通過調(diào)節(jié)第一電 源M實現(xiàn)屏蔽件26屏蔽范圍內(nèi)(即反應(yīng)腔20的中心區(qū)域)的等離子體密度的調(diào)節(jié)，而通 過調(diào)節(jié)第二電源25來調(diào)節(jié)反應(yīng)腔20中的外圍區(qū)域的等離子體密度。第二實施例如圖5所示，第二實施例的電感耦合型等離子體處理裝置主要包括反應(yīng)腔30 ；設(shè) 置于反應(yīng)腔30的頂蓋中心區(qū)域的中心線圈32 ；設(shè)置于反應(yīng)腔20的頂蓋外圍區(qū)域的第一外 圍線圈33和第二外圍線圈34，所述第一外圍線圈33和第二外圍線圈34依次環(huán)繞于所述 中心線圈32的外圍；給所述中心線圈32供電的第一電源35 ；給所述第一外圍線圈33供電 的第二電源36 ；給所述第二外圍線圈34供電的第三電源37 ；以及，設(shè)置于所述中心線圈32 和第一外圍線圈33之間的可移動的屏蔽件38;另外，所述反應(yīng)腔30中還包括晶圓載臺31。 所述中心線圈32、第一外圍線圈33和第二外圍線圈34共同構(gòu)成了電感耦合線圈。本實施例中，反應(yīng)腔30的頂蓋的中心區(qū)域設(shè)置有中心線圈32，其外側(cè)依次環(huán)繞有 第一外圍線圈33和第二外圍線圈34，當(dāng)然，在本技術(shù)方案的其他實施例中，所述中心線圈 32的外圍還可以環(huán)繞設(shè)置有更多個外圍線圈，如3個、4個、5個等。所述屏蔽件38設(shè)置于中心線圈32和第一外圍線圈33之間，以消除所述中心線圈 32與第一外圍線圈33、第二外圍線圈34產(chǎn)生的磁場之間的干擾，與第一實施例類似的，本 實施例也可以分別對反應(yīng)腔30的中心區(qū)域和外圍區(qū)域的等離子密度進行調(diào)節(jié)。與第一實施例類似的，所述屏蔽件38接地，可以通過可移動支架進行垂直方向和 水平方向的移動，其材料為磁屏蔽材料，關(guān)于此部分的描述請參見第一實施例，這里不再贅 述。第三實施例如圖6所示，第三實施例的電感耦合型等離子體處理裝置主要包括反應(yīng)腔40 ；設(shè) 置于反應(yīng)腔40的頂蓋中心區(qū)域的中心線圈42 ；設(shè)置于反應(yīng)腔40的頂蓋外圍區(qū)域的第一外 圍線圈43和第二外圍線圈44，所述第一外圍線圈43和第二外圍線圈44依次環(huán)繞于所述 中心線圈42的外圍；給所述中心線圈42供電的第一電源45 ；給所述第一外圍線圈43供電 的第二電源46 ；給所述第二外圍線圈44供電的第三電源47 ；設(shè)置于所述中心線圈42和第 一外圍線圈43之間的可移動的屏蔽件48 ；設(shè)置于所述第一外圍線圈43和第二外圍線圈44 之間的可移動的屏蔽件49 ；另外，所述反應(yīng)腔40中還包括晶圓載臺41。所述中心線圈42、 第一外圍線圈43和第二外圍線圈44共同構(gòu)成了電感耦合線圈。本實施例中，反應(yīng)腔40的頂蓋的中心區(qū)域設(shè)置有中心線圈42，其外側(cè)依次環(huán)繞有 第一外圍線圈43和第二外圍線圈44，當(dāng)然，在本技術(shù)方案的其他實施例中，所述中心線圈 42的外圍還可以環(huán)繞設(shè)置有更多個外圍線圈，如3個、4個、5個等，相應(yīng)的，在相鄰兩線圈 之間都設(shè)置有可移動的屏蔽件。例如，在第二外圍線圈44的外圍如果還設(shè)置有第三外圍線 圈，則在第二外圍線圈44和第三外圍線圈之間也設(shè)置有可移動的屏蔽件。所述屏蔽件48和屏蔽件49分別用于消除中心線圈42、第一外圍線圈43和第二 外圍線圈44產(chǎn)生的磁場之間的相互干擾。由于相鄰兩線圈之間均設(shè)置有屏蔽件，因此，可 以分別通過調(diào)節(jié)各電源來實現(xiàn)各屏蔽件覆蓋范圍內(nèi)的等離子體密度，調(diào)節(jié)過程更加靈活可 控。[0045]類似的，所述屏蔽件48和屏蔽件49接地，可以通過可移動支架進行垂直方向和 水平方向的移動，其材料為磁屏蔽材料，關(guān)于此部分的描述請參見第一實施例，這里不再贅 述。綜上，上述第一實施例和第二實施例的技術(shù)方案在中心線圈和其他外圍線圈之間 設(shè)置可移動的屏蔽件，對中心線圈產(chǎn)生的磁場和外圍線圈產(chǎn)生的磁場進行相互屏蔽，并且 可以通過屏蔽件位置的移動，實現(xiàn)屏蔽效果的最優(yōu)化，避免了磁場間的相互干擾，改善了等 離子體的分布密度。第三實施例中，在各外圍線圈之間也設(shè)置有可移動的屏蔽件，消除了各線圈產(chǎn)生 的磁場之間的干擾，進一步改善了等離子體的分布密度。本實用新型雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本實用新型，任 何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技 術(shù)內(nèi)容對本實用新型技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本實用新型技術(shù) 方案的內(nèi)容，依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及 修飾，均屬于本實用新型技術(shù)方案的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種電感耦合型等離子體處理裝置，包括反應(yīng)腔、電源和設(shè)置于所述反應(yīng)腔頂蓋 上方的電感耦合線圈，所述電感耦合線圈包括位于所述反應(yīng)腔頂蓋中心區(qū)域的中心線圈和 環(huán)繞在所述中心線圈外圍的至少一個外圍線圈，所述電源對各線圈分別供電，其特征在于， 所述電感耦合型等離子體處理裝置還包括設(shè)置于所述中心線圈與外圍線圈之間的可移動 的屏蔽件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感耦合型等離子體處理裝置，其特征在于，所述外圍線圈 的數(shù)量為至少兩個，相鄰的外圍線圈之間也設(shè)置有可移動的屏蔽件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電感耦合型等離子體處理裝置，其特征在于，所述屏蔽件 為圓筒狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電感耦合型等離子體處理裝置，其特征在于，所述屏蔽件 接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感耦合型等離子體處理裝置，其特征在于，還包括可移動 支架，帶動所述屏蔽件在垂直于所述電感耦合線圈所確定的平面的方向移動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感耦合型等離子體處理裝置，其特征在于，還包括可移動 支架，帶動所述屏蔽件在所述電感耦合線圈所確定的平面內(nèi)外擴或收縮。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感耦合型等離子體處理裝置，其特征在于，所述屏蔽件的 材料為磁屏蔽材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電感耦合型等離子體處理裝置，其特征在于，所述屏蔽件的 材料為金屬。
專利摘要一種電感耦合型等離子體處理裝置，包括反應(yīng)腔、電源和設(shè)置于所述反應(yīng)腔頂蓋上方的電感耦合線圈，所述電感耦合線圈包括位于所述反應(yīng)腔頂蓋中心區(qū)域的中心線圈和環(huán)繞在所述中心線圈外圍的至少一個外圍線圈，所述電源對各線圈分別供電，所述電感耦合型等離子體處理裝置還包括設(shè)置于所述中心線圈與外圍線圈之間的可移動的屏蔽件。本實用新型消除了線圈之間的磁場干擾，改善了等離子體的分布均勻性。
文檔編號H05H1/46GK201869431SQ201020627188
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者倪圖強 申請人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司