一种采用平面螺旋线圈的电感耦合等离子体装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种等离子体放电装置，特别是应用于微电子制造工艺的干法刻蚀和化学气相薄膜沉积系统中的等离子体放电。
【背景技术】
[0002]等离子体刻蚀和等离子体增强化学气相沉积法是微电子芯片制造中的重要工艺技术。两者要求放电装置具有高的等离子体密度、高均匀性及稳定性，以满足刻蚀各向异性及高结晶质量大面积均勻电子薄膜的制备要求。电感稱合等离子体(Inductively CoupledPlasma, ICP)是一种低温高密度等离子体源，通过电感线圈进行射频放电。缺点是ICP的等离子体与电感线圈间存在“静电耦合”效应，易导致等离子体中高能离子对线圈和放电装置的溅射，破坏ICP放电的均匀性和稳定性，降低等离子体密度，同时给芯片制造带来污染。因此，推进ICP技术在微电子制造领域的应用，必须抑制“静电耦合”效应的影响。
[0003]中国专利“电感耦合线圈及其电感耦合等离子体装置”(公开号:CN101409126A)提出了一种线圈的结构设计方案，该放电线圈由两个或两个以上直径不同的多匝数线圈组成，各个多匝数线圈纵向互连组成一个三维绕组线圈。基于该线圈设计的ICP装置在0.1mTorr-1Torr的气体压力下产生了均勻的等离子体。该类电感线圈设计虽具有等离子体均匀性优势，但往往结构复杂，相关ICP放电装置制造难度大。同时，复杂的线圈设计还导致较大的电感值，增大“静电耦合”效应，降低放电系统工作稳定性，使得ICP在下一代纳米级芯片制作工艺和电子薄膜材料高速沉积中的应用受到限制。
【发明内容】
[0004]为克服目前ICP放电装置的严重“静电耦合”效应，提高放电的等离子体密度和均匀性，改善其工作的稳定性，本实用新型提供一种ICP放电装置，该装置线圈结构设计简单，电感小，可有效抑制“静电耦合”效应，提高ICP放电性能。
[0005]本实用新型解决上述问题采用的技术方案是:(I)采用平面化的二维结构螺旋线圈设计。该线圈结构简单，电感值小，占据放电空间体积小，能有效抑制静电耦合效应；(2)螺旋线圈包覆绝缘材料层。等离子体电极表面存在“鞘层”电荷区，该层对其他等离子体区呈现负电位，导致正离子对电极的轰击，是“静电耦合”效应的主要根源之一。通过在电极表面包覆介质材料，可增大电感线圈与等离子体间所形成等效同轴电容器的电容C，减小电极与等离子体区的电势差，进而抑制正离子的轰击能量；(3)采用内置式的放电方式。包覆介质层对抑制离子轰击有作用，但也一定程度上影响射频功率的耦合效率。本装置将电感线圈直接内置于放电室中，改变传统ICP采用石英窗或石英容器将线圈与等离子体区隔开的方式，提高了射频功率的耦合效率，提高等离子体密度。
[0006]本实用新型通过优化放电线圈的结构设计和包覆介质材料，减小线圈与等离子体间的“静电耦合”效应，有效抑制了正离子对电极表面材料的轰击，获得了稳定均匀的高密度等离子体源，推进ICP等离子体技术在微电子制造和薄膜沉积领域的应用。
【附图说明】
[0007]图1为电感耦合等离子体放电系统(ICP)各组成部分示意图；
[0008]图2为平面螺旋电感线圈俯视图及其尺寸；
[0009]图3为绕制螺旋线圈的铜管和表面包覆介质层的截面图及其内外径；
[0010]图4为ICP放电系统射频源、匹配箱及线圈的连接射频电缆剖面结构示意图。图中，I是铜芯导体，2是PE绝缘层，3是铝箔包覆的铜线编织屏蔽层，4是PVC保护层。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。
[0012]见图1，ICP放电系统由真空室、电感线圈、射频电源及匹配箱、真空维持系统(机械泵、分子泵)、进气控制系统等部分组成。13.56 MHz的射频电源与匹配箱采用图4所示的标准射频电缆直接相连。匹配箱输出电缆的铜芯线(图4的I部分)与电感线圈一端连接，同轴的屏蔽层(图4的3部分)与电感线圈的另一端同时接地。线圈上方为工作台。在一定的放电气压下，通过匹配箱调节射频功率的耦合，即可产生等离子体辉光放电。
[0013]见图2，综合考虑等离子体均匀性与电感不能过大(抑制静电耦合效应)，本实用新型采用绕制2周的平面螺旋线圈作为放电电极，螺旋直径为150 mm。该线圈直接内置在真空室中与等离子区接触，其两端通过焊接同样尺寸的铜管引出真空室并与匹配箱连接。
[0014]见图3，本实用新型采用外径为8 mm的空心高纯紫铜管绕制平面螺旋线圈，铜管内部无需绝缘套管直接通水冷却。铜管表面采用高纯玻璃纤维丝密集包覆，最终形成厚度为2 mm的玻璃纤维介质层，降低等离子体中离子对电极的轰击。
【主权项】
1.一种采用平面螺旋线圈的电感耦合等离子体放电装置，放电线圈内置于真空室中与等离子体直接接触，其特征是:电感线圈采用平面螺旋结构，其表面包覆介质层。
2.根据权利要求1所述的一种采用平面螺旋线圈的电感耦合等离子体放电装置，其特征是:采用绕制2周的紫铜管平面螺旋结构作为耦合放电线圈，线圈的两端再通过焊接相同尺寸的铜管引出真空室，引出的线圈两端除进行相关电连接，直接通水进行冷却，无需在管内加装绝缘套管。
3.根据权利要求1所述的一种采用平面螺旋线圈的电感耦合等离子体放电装置，其特征是:平面螺旋线圈表面采用玻璃纤维丝进行密集缠绕，形成包覆介质层。
4.根据权利要求1所述的一种采用平面螺旋线圈的电感耦合等离子体放电装置，其特征是:平面螺旋线圈处于等离子体区中，不用石英窗或石英管进行隔离。
5.根据权利要求1所述的一种采用平面螺旋线圈的电感耦合等离子体放电装置，其特征是:平面螺旋线圈直径150mm,绕制铜管外径8mm,管壁厚Imm,其表面包覆玻璃纤维层厚度为2mm。
【专利摘要】本实用新型公开了一种采用平面螺旋线圈的电感耦合等离子体放电装置，该放电装置主要应用于微电子芯片制造或薄膜化学气相沉积系统。该装置包括：真空室、进气与排气系统、工作台、电感线圈、射频电源及匹配箱。其特征在于：电感线圈内置于真空室，位于工作台下方；电感线圈由外径为8mm的紫铜管绕制2周形成平面螺旋结构，其直径为150mm。铜管内不加装绝缘套管，直接通水冷却，线圈热量传递效率高；铜管表面采用玻璃纤维丝密集缠绕形成厚度为2mm的包覆层，抑制离子对电极的轰击。本实用新型涉及的电感耦合等离子体放电装置结构简单，成本低廉，可在低气压下实现高密度等离子体放电，稳定性和均匀性好，在大面积均匀电子薄膜沉积及等离子体干法刻蚀等领域有广泛应用价值。
【IPC分类】H05H1-48
【公开号】CN204335132
【申请号】CN201420633224
【发明人】杨定宇, 朱兴华, 孙辉
【申请人】杨定宇
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年10月30日