一种电感线圈及电感耦合等离子体处理装置的制造方法_2

文档序号:8320574阅读:来源:国知局
、等离子体化学汽相沉积、等离子体表面清洗等装置,等离子体处理装置仅仅是示例性的,其可以包括更少或更多的组成元件,或该组成元件的安排可能与图中所示相同或不同。
[0022]实施例1
[0023]请参见图1,其所示为本发明电感线圈结构示意图。本发明电感线圈包括第一线圈10,通过射频输入连接部100连接到射频电源或其它外部电路。本发明电感线圈还包括一个中间线圈20位于第一线圈下方,中间线圈呈平板型,其宽度大于第一线圈10。第一线圈10构成一个圆环,一端为连接部100,另一端通过一个向下的第一中间连接部12连接到中间线圈20。中间线圈构成一个圆环,一端为第一连接部12,另一端为第二中间连接部32。第二中间连接部从中间线圈20表面向上延伸连接到一个第三线圈30。第三线圈呈环型,第一端为第二中间连接部32,另一端通过射频输出连接部300连接到第二射频电源或者其它外部电路。同时参考图2所示的本发明射频线圈俯视图,图中第一和第三线圈10,30位于中间线圈20上方,且第一和第三线圈10,30的投影位于中间线圈内。中间线圈20在第一中间连接部12和第二中间连接部32之间还设置有一个开口 21,通过该开口 21使第一中间连接部12和第二中间连接部32之间互相隔离。本发明第一线圈、中间线圈、第三线圈具有相同的沿展方向(顺时针或逆时针),在试驾射频电源到第一线圈输入端时在线圈上产生同方向的电流。
[0024]图3所示为本发明在线圈不同长度位置处的电压幅度分布示意图。在两个同频率射频电源分别通入射频输入连接部100和300或者一个射频电源连接到连接部100,再在连接部300到接地端之间设置一个调节电路控制反射的射频功率,这两种方法均会在本发明线圈10,20,30上形成驻波。驻波的波长与射频电源的频率有关,在等离子刻蚀领域典型的射频电源频率为13Mhz,对应的波长为23多米,其它如27Mhz,或者60Mhz对应的波长为小于10米。下面以射频电源的频率是13Mhz为例来说明本发明的线圈结构,第一线圈10,中间线圈20和第三线圈30的总长度小于等于半波长也就是11.5米,此时通过调节线圈平衡可以获得如图3所示的驻波分布。第一线圈10上的电压幅度分布VlO是从最高电压幅度Va逐渐降低到中间电压,中间线圈上的电压V20为正向的中间幅度电压到反向的中间幅度电压,第三线圈30上的电压幅度分布V30为反向的中间幅度电压到反向的高电压幅度-Va0在线圈的任意位置处的实际电压值是以上述曲线为电压幅值的高频交流电压,比如在连接部100处的电压为输入电压的最高幅度,并以13Mhz的频率在Va和-Va之间交替变换。第一中间连接部12的电压是在Va/2和-Va/2之间变换,同时流过的电流为112,同样的流过第二连接部32的电流为132。
[0025]从图3中所示的驻波电压幅度可知,在第一线圈10和第三线圈30对应位置处,比如第一线圈任意一点Xl离第三线圈上最近的点X3上的电压正好是方向相反电压幅度相同的,所以这两个点就形成了偶极电场,对外部的电场强度比如下方的反应腔内施加的电场就是这两个点之间的合成电场。由于这两点的电压极性相反幅度相同,所以这个合成电场非常小,接近与零。由于整个线圈的第一线圈10和第三线圈30上包括无数个这样一一对应的X1、X3点,所以这两个线圈形成的综合的电场也不会对反应腔内产生很大的影响。这种偶极电场可以明显的减弱远端的合成电场,但是对于第一线圈10和第三线圈30之间的电场减弱不明显,比如对于第一、三线圈之间正下方反应腔顶部的电场。设置在第一、三线圈下方的中间线圈20由于具有足够的宽度能够遮挡在第一、三线圈和下方绝缘材料窗之间,所以能够屏蔽上方第一线圈10和第三线圈30之间产生的合成电场,进一步减小线圈整体对下方电场的影响。
[0026]本发明线圈的第一线圈10和第三线圈30产生的电场在正下方基本被屏蔽,而远端的合成电场幅度非常小可以忽略不计,只有下方中间线圈20本身产生的电场无法屏蔽。由于本发明线圈的特殊设计和调整使得中间线圈20上的电压驻波V20的幅度很小,最大也不到最高幅值Va的一半,大部分区域电压接近于零所以也不会对下方反应腔造成较大影响。通过本发明线圈的设计大幅度减小了感应线圈对反应腔内等离子体的电场耦合效果,所以传统的法拉第屏蔽板可以省略或者简化,比如可以选择导体板上具有更大面积的通孔或者槽,容许更多磁场穿透入反应腔,同时也不会造成反应腔顶部绝缘材料窗的过度损耗。
[0027]如图4所示为本发明线圈在A处的截面图,4a为图1、2所示的本发明第一实施例的截面图,图4b和4c为本发明第二第三实施例的截面图,4b中第一线圈10位置高于第三线圈30,由于两个线圈间的电压关系仍然是极性相反幅度相同所以能够形成偶极电场,所以仍然能够实现本发明目的。图4c中与图4b类似,第三线圈30与第一线圈10不仅高度不同而且存在部分交叠,同样由于这样的线圈排布仍然能够形成偶极电场所以仍能实现本发明目的,当然由于两个线圈离反应腔顶部距离不同所以离反应腔顶部较近的第一线圈会起更大作用,所以线圈产生耦合到反应腔的电场较第一实施例略大,但是仍然远小于现有技术中传统线圈耦合到反应腔的电场数值。
[0028]中间线圈20的宽度大于第一、三线圈30中任意一个的宽度,或者大于两者的和,这样能够更有效的屏蔽两者产生的电场。根据本发明原理,第一第三线圈10、30之间的电压差距很大,而且两者之间距离很近,所以两者之间的电场很强,如果没有中间线圈20屏蔽的话仍然会在反应腔内产生较大的耦合电场,影响等离子的能量,缩短绝缘材料窗的寿命O
[0029]本发明线圈图形如第I至3实施例所示多个线圈够成环型外,也可以如图5所示的第4实施例的俯视图,线圈构成半圆形,设置两组本发明第4实施例所示的线圈在反应腔顶部以激励反应腔内的气体形成等离子体。也可以是其它任意形状的,如适应方形的反应腔或基板的需要选择方形的线圈,或者选用多个扇形图形的线圈构成圆形的线圈组。只要是能够成完整回路的任意形状的线圈,线圈上能形成偶极电场的,均属于本发明可实施例。
[0030]图6所示为应用了本发明电感耦合线圈的等离子处理装置,该等离子处理装置包括反应腔侧壁210,反应腔顶部包括一个绝缘材料窗211,反应腔内下方包括一个基座200,基座上放置有待处理的基片。绝缘窗211或者侧壁210上还设有气体供应装置(图中未示出)如气体喷头等。绝缘材料窗211上设置有本发明第一线圈10,第三线圈30和中间线圈20,第一和第三线圈分别通过连接部100和300连接到一个射频电源和一个接地端。其中连接部300和接地端之间还连接有一个调平衡电路220,调平衡电路220可以是一个可变电容,通过调节该电容的容值可以调节流入线圈的射频能量和从电容反射回线圈的功率或相位,最终获得稳定的驻波。图6中线圈安装在绝缘材料窗211上方,由于本发明线圈具有自屏蔽电场的功能,所以绝缘材料窗211和线圈组之间可以不设现有技术中需要的法拉第屏蔽板。当然本发明仍有如图3中V20段所示的少量电场会进入反应腔,在部分对电场屏蔽要求特别苛刻的场合,为了取得最佳的屏蔽效果,可以设置部分屏蔽板在本发明线圈和绝缘材料窗之间,该部分屏蔽板,由于采用本发明线圈后仅需屏蔽图3中中间线圈对应的少量的电场,所以可以只在本发明线圈下方局部位置设置导电的接地板,无需在绝缘材料窗211上方绝大部分面积覆盖导电接地板,仅留少量面积的孔或槽供磁场通过。在设置有法拉第屏蔽板的情况下,本发明的中间线圈宽度也可以减小到与上方的第一线圈10或第三线圈30相类似的宽度。需要更好屏蔽
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