立体线圈、反应腔室及半导体加工设备的制作方法

本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种立体线圈、反应腔室及半导体加工设备。

背景技术：

图形化蓝宝石衬底(Patterned Sapphire Substrates，简称PSS)是采用干法刻蚀技术，利用等离子体对存在掩膜图形的蓝宝石衬底进行刻蚀，进而得到具有一定图形的蓝宝石衬底，目前在LED领域中得到了广泛的应用。

在目前的刻蚀设备中，主要应用两种激发等离子体的方式，即电容耦合等离子体(Capacitively Coupled Plasma，简称CCP)和电感耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma，简称ICP)，其中，ICP刻蚀设备的基本原理是利用立体线圈与高频射频源的连接产生高频电磁场，进而激发反应腔室内的气体形成等离子体，以进行刻蚀作业。由于晶片的生产对刻蚀均匀性的要求非常严格，就需要参与反应的等离子体密度分布均匀，而立体线圈的设计结构、加工精度以及安装方式都会影响等离子体的分布密度，进而影响刻蚀结果。

图1为现有的ICP刻蚀设备的剖视图。请参阅图1，ICP刻蚀设备主要包括反应腔室、上射频源4、陶瓷桶2和立体线圈3。其中，陶瓷桶2设置在反应腔室上部的环形支撑件1上；立体线圈3呈带状，且环绕设置在陶瓷桶2外侧，并与上射频源4电连接。图2为图1中立体线圈的俯视图。如图2所示，立体线圈3具有输入端和输出端，二者相对设置形成缺口，且该缺口在沿立体线圈3的圆周方向上具有安全距离D，以防止立体线圈3的输入端与输出端之间因距离过近发生打火。但是，这在实际应用中不可避免地存在以下问题：

其一，上述缺口会对等离子体的均匀性产生影响，造成在工艺 结果中，对应该缺口处的晶片刻蚀形貌最差，而越远离缺口，晶片刻蚀形貌逐渐改善。

其二，陶瓷桶2在长期受到等离子体的轰击之后，其桶内壁对应立体线圈3的部分会形成凹坑，而对应缺口的部分则未形成凹坑，这使得陶瓷桶的结构不均匀，从而给刻蚀均匀性带来不良影响。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种立体线圈、反应腔室及半导体加工设备，其可以在保证立体线圈的输入端与输出端之间具有安全距离的前提下，减少立体线圈对等离子体的分布均匀性以及介质桶的结构均匀性的影响，从而可以改善晶片的刻蚀形貌和刻蚀均匀性。

为实现本发明的目的而提供一种立体线圈，包括输入端和输出端，所述输入端和输出端在所述立体线圈的径向上相对设置，以形成防止所述输入端和输出端打火的安全距离。

优选的，所述立体线圈为圆环体，且包括第一端和第二端，所述第一端和第二端在所述圆环体的圆周方向上相对设置；所述第一端具有延伸部，所述延伸部自所述第一端延伸至所述第二端的外侧，所述第二端和所述延伸部用作所述输入端和输出端。

优选的，所述立体线圈为圆环体，且包括第一端和第二端，所述第一端和第二端在所述圆环体的圆周方向上相对设置；所述第一端具有延伸部，所述延伸部自所述第一端延伸至所述第二端的内侧，所述第二端和所述延伸部用作所述输入端和输出端。

优选的，所述立体线圈为圆环体，且包括第一端和第二端，所述第一端和第二端在所述圆环体的圆周方向上相对设置；所述第一端具有第一延伸部，所述第二端具有第二延伸部，所述第一延伸部自所述第一端延伸至所述第一端和第二端之间的缺口外侧，所述第二延伸部自所述第二端延伸至所述第一端和第二端之间的缺口内侧，所述第一延伸部和所述第二延伸部在所述圆环体的径向上相对，二者用作所述输入端和输出端。

优选的，所述安全距离大于15mm。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种反应腔室，包括环形支撑件、介质桶、立体线圈和上射频电源，所述环形支撑件设置在所述反应腔室的上部，所述介质桶安装在所述环形支撑件上；所述立体线圈环绕设置在所述介质桶的外侧，并与所述上射频电源电连接；所述立体线圈采用了本发明提供的上述立体线圈。

优选的，还包括多个线圈支撑块，所述多个线圈支撑块设置在所述环形支撑件上，且环绕分布在所述介质桶的周围；每个线圈支撑块包括安装槽，用于支撑所述立体线圈，并限定所述立体线圈的位置。

优选的，还包括第一连接件和第二连接件，其中，所述第一连接件分别与所述立体线圈的输入端和所述上射频电源的输出端电连接；所述第二连接件分别与所述立体线圈的输出端和所述上射频电源的输入端电连接。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括本发明提供的上述反应腔室。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的立体线圈，其通过使输入端和输出端在立体线圈的径向上相对设置，可以在形成防止输入端和输出端打火的安全距离的前提下，减少立体线圈对等离子体的分布均匀性以及介质桶的结构均匀性的影响，从而可以改善晶片的刻蚀形貌和刻蚀均匀性。

本发明提供的反应腔室，其通过采用本发明提供的立体线圈，可以减少立体线圈对等离子体的分布均匀性以及介质桶的结构均匀性的影响，从而可以改善晶片的刻蚀形貌和刻蚀均匀性。

本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的反应腔室，可以减少立体线圈对等离子体的分布均匀性以及介质桶的结构均匀性的影响，从而可以改善晶片的刻蚀形貌和刻蚀均匀性。

附图说明

图1为现有的ICP刻蚀设备的剖视图；

图2为图1中立体线圈的俯视图；

图3为本发明实施例提供的一种立体线圈的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种立体线圈的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的又一种立体线圈的结构示意图；

图6A为采用现有的立体线圈进行刻蚀实验获得的工艺均匀性分布图；

图6B为采用本发明提供的立体线圈进行刻蚀实验获得的工艺均匀性分布图；以及

图7为本发明实施例提供的反应腔室的局部示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的立体线圈、反应腔室及半导体加工设备进行详细描述。

本发明提供的立体线圈，其包括输入端和输出端，二者在立体线圈的径向上相对设置，即在立体线圈的径向上相互重叠，从而立体线圈在圆周方向上仍然是一个完整的圆形，而不存在缺口，进而可以避免该缺口对等离子体的均匀性产生影响，从而可以改善晶片的刻蚀形貌和刻蚀均匀性。同时，上述输入端和输出端之间仍然可以保持一定的安全距离，从而可以防止因距离过近发生打火。

下面对本发明提供的立体线圈的具体实施方式进行详细描述。具体地，立体线圈可以采用但不限于如下三种结构。

第一种结构，如图3所示，立体线圈为圆环体51，其包括第一端52和第二端53。二者在圆环体51的圆周方向上相对设置，从而圆环体51在其圆周方向上形成一缺口。同时，第一端52具有延伸部54，该延伸部54自第一端52延伸至第二端53的外侧，从而延伸部54可以将圆环体51的缺口覆盖，使其在圆周方向上仍然是一个完整的圆形，进而可以避免该缺口对等离子体的均匀性产生影响，从而可以改善晶片的刻蚀形貌和刻蚀均匀性。同时，由于延伸部54位于第二端53的外侧，二者在立体线圈的径向上相对设置，因此，延伸部54和第二端53可以用作立体线圈的输入端和输出端，且二者之间保 持一定的安全距离，从而可以防止因距离过近发生打火。优选的，该安全距离大于15mm。

第二种结构，如图4所示，该结构与上述第一种结构相比，其不同之处在于，延伸部54自第一端52延伸至第二端53的内侧，这同样可以将圆环体51的缺口覆盖，使其在圆周方向上仍然是一个完整的圆形。同时，与第一种结构相类似的，由于延伸部54位于第二端53的内侧，二者在立体线圈的径向上相对设置，因此，延伸部54和第二端53可以用作立体线圈的输入端和输出端，且二者之间保持一定的安全距离，从而可以防止因距离过近发生打火。

第三种结构，如图5所示，立体线圈为圆环体51，其包括第一端52和第二端53。二者在圆环体51的圆周方向上相对设置，从而圆环体51在其圆周方向上形成一缺口。同时，第一端52具有第一延伸部54，第二端53具有第二延伸部55，第一延伸部54自第一端52延伸至第一端52和第二端53之间的缺口外侧，第二延伸部55自第二端53延伸至第一端52和第二端53之间的缺口内侧，从而第一延伸部54和第二延伸部55同时将圆环体51的缺口覆盖，使其在圆周方向上仍然是一个完整的圆形。同时，第一延伸部54和第二延伸部55在圆环体51的径向上相对设置，因此，二者可以用作立体线圈的输入端和输出端，且二者之间保持一定的安全距离，从而可以防止因距离过近发生打火。

图6A为采用现有的立体线圈进行刻蚀实验获得的工艺均匀性分布图。图6B为采用本发明提供的立体线圈进行刻蚀实验获得的工艺均匀性分布图。由图6A和图6B可知，对于现有的立体线圈，由于其输入端和输出端在立体线圈的圆周方向上形成缺口，该缺口会对等离子体的均匀性产生影响，造成在工艺结果中，对应该缺口处的晶片刻蚀形貌最差，而越远离缺口，晶片刻蚀形貌逐渐改善。采用现有的立体线圈进行刻蚀获得的刻蚀速率均匀性为6.92％；选择比均匀性为4.02％。

与之相比，本发明提供的立体线圈，其通过使输入端和输出端在立体线圈的径向上相对设置，可以在形成防止输入端和输出端打火 的安全距离的前提下，减少立体线圈对等离子体的分布均匀性以及介质桶的结构均匀性的影响。采用本发明提供的立体线圈进行刻蚀获得的刻蚀速率均匀性为4.19％；选择比均匀性为2.62％，从而可以改善晶片的刻蚀形貌和刻蚀均匀性。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种反应腔室，图7为本发明实施例提供的反应腔室的局部示意图。请参阅图7，该反应腔室包括环形支撑件(图中未示出)、介质桶62、立体线圈63和上射频电源64。其中，环形支撑件设置在反应腔室的上部，介质桶62安装在该环形支撑件上，介质桶62采用绝缘材料制作。立体线圈63环绕设置在该介质桶62外侧，并与上射频电源64电连接。

在本实施例中，立体线圈63利用多个线圈支撑块61固定在环形支撑件上。具体地，多个线圈支撑块61设置在环形支撑件上，且环绕分布在介质桶62的周围，每个线圈支撑块62具有安装槽，用于支撑立体线圈63，并限定其相对于介质桶62的位置，从而确保安装好的立体线圈63能够达到预设的直径和圆度。

在本实施例中，立体线圈63的输入端和输出端分别通过第一连接件67和第二连接件68与上射频电源64的输出端和输入端电连接。具体地，上射频电源64设置在立体线圈63的上方，第一连接件67分别与立体线圈63的输入端和上射频电源64的输出端电连接，用于将上射频电源64的高频功率馈入立体线圈63的输入端。第二连接件68分别与立体线圈63的输出端和上射频电源64的输入端电连接，在立体线圈63和上射频电源64之间形成回路。

本发明实施例提供的反应腔室，其通过采用本发明实施例提供的立体线圈，可以减少立体线圈对等离子体的分布均匀性以及介质桶的结构均匀性的影响，从而可以改善晶片的刻蚀形貌和刻蚀均匀性。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室。该反应腔室采用了本发明实施例提供的上述反应腔室。

本发明实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明实施例提供的反应腔室，可以减少立体线圈对等离子体的分布均匀性以及 介质桶的结构均匀性的影响，从而可以改善晶片的刻蚀形貌和刻蚀均匀性。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。