专利名称：电感耦合线圈及应用该线圈的电感耦合等离子体装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体晶片加工设备用配件，尤其涉及一种电感耦合线圈及应用该线 圈的电感耦合等离子体装置。
背景技术：
目前，随着电子技术的高速发展，人们对集成电路的集成度要求越来越高，这就要求 生产集成电路的企业不断地提高半导体晶片的如工能力。等离子体装置广泛地应用于制造 IC (集成电路)或MEMS (微电子机械系统)器件的制造工艺中。其中ICP (电感耦合等离子 体装置)被广泛应用于刻蚀等工艺中。在低压下，反应气体在射频功率的激发下，产生电 离形成等离子体，等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活 性粒子，这些活性反应基团和被刻蚀物质表面发生各种物理和化学反应并形成挥发性的生 成物，从而使材料表面性能发生变化。
如图l所示的电感耦合等离子体装置，是目前半导体刻蚀设备中大多数采用的结构。 在半导体加工过程中，从介电窗1中央的进气口2进入反应腔室3的工艺气体被上方的电感耦 合线圈4电离形成等离子体，生成的等离子体刻蚀晶片5表面的材质。系统中分子泵从出气 口6抽出反应腔室3的气体排出。在这一过程中，使气体产生电离形成等离子体的射频功率 来自于电感耦合线圈4，目前施加在电感耦合线圈4上的激励方式是加13.56MHz射频，使得 电感耦合线圈4内有射频电流从而会产生变化的磁场，根据法拉第电磁感应定律，该变化的 磁场会感应出电场，从而在反应腔室3内将反应气体电离成等离子体，被激发的等离子体在 腔室内与工件相互作用，对工件进行刻蚀或在工件上沉积材料。工件一般是具有圆形平面 的半导体晶片。
如图2所示，是现有技术一的电感耦合线圈的结构，为平面螺旋结构，线圈为单绕组。
现有技术一的缺点是，电感耦合线圈所激发的等离子体非常不均匀，该电感耦合线圈 在反应室中央部分所激发的电磁场较强，因此在中央所产生的等离子体密度较高，使得刻 蚀速率很不均匀。
如图3所示，是现有技术二的电感耦合线圈的结构，线圈为双绕组，包括内绕组2、外 绕组l，内绕组2与外绕组1的相对位置是固定的。虽然内绕组2与外绕组1可以分别调节电
流，但由于内绕组2与外绕组1的相对位置是固定的，不能进行调节，使得工艺可调的窗口 较小，不能有效的调节刻蚀速率的均匀性。
发明内容
本发明的目的是提供一种能有效调节刻蚀速率均匀性的电感耦合线圈及应用该线圈的 电感耦合等离子体装置。
本发明的目的是通过以下技术方案加以解决的-
本发明的电感耦合线圈，包括内绕组、外绕组，其特征在于，所述内绕组与外绕组之 间的相对位置可以调节。
本发明的应用上述电感耦合线圈的电感耦合等离子体装置，包括反应室，反应室上部 设有介电窗，所述的介电窗的上部设有所述的电感耦合线圈，所述电感耦合线圈的内绕组 与外绕组之间的相对位置可以调节。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的电感耦合线圈及应用该线圈的 电感耦合等离子体装置，由于内绕组与外绕组之间的相对位置可以调节，可以通过调节内 绕组与外绕组之间的相对位置来调节反应室内等离子体的密度，使等离子体在反应室的晶 片上方分布均匀，能有效调节刻蚀速率的均匀性，提高刻蚀晶片的质量。主要用于半导体 晶片加工设备。
图l为现有技术的电感耦合等离子体装置的结构示意图2为现有技术一的电感耦合线圈结构示意图3为现有技术二的电感耦合线圈结构示意图4为本发明的电感耦合线圈的结构示意图5为本发明的电感耦合等离子体装置的结构示意图6为本发明的电感耦合线圈的内绕组与外绕组并联连接，并与双输出匹配器连接的
电路原理图7为本发明的电感耦合线圈的内绕组与外绕组串联连接，并与单输出匹配器连接的
电路原理图。
具体实施例方式
本发明的电感耦合线圈较佳的具体实施方式
是，如图4所示，包括内绕组7、外绕组
9，所述内绕组7与外绕组9之间的相对位置可以调节。可以将内绕组7和外绕组9分别固定在 内绕组支架10和外绕组支架15上，内绕组支架10和外绕组支架15至少一个为活动支架，可 以将其中一个支架固定，另一个支架可以活动，也可以将两个支架IO、 15都设计成可以活 动的形式，这样，支架的活动就可以带动内绕组7与外绕组9之间的相对位置发生变动。
内绕组7和外绕组9可以为平面结构，也可以为立体结构，也可以其中一个为平面结 构，另一个为立体结构。
内绕组7和外绕组9相互之间可以采用并联连接，也可以采用串联连接，连接时内绕组 7和外绕组9之间通过柔性连接片8连接，内绕组7和外绕组9与柔性连接片8之间可以通过螺 钉、铆钉等连接。
本发明应用上述的电感耦合线圈的电感耦合等离子体装置的具体实施方式
是，如图5 所示，包括反应室3，反应室3上部设有介电窗1，介电窗l的上部设有所述的电感耦合线 圈，所述电感耦合线圈的内绕组7与外绕组9之间的相对位置可以调节。
可以将内绕组7和外绕组9分别固定在内绕组支架10和外绕组支架15上，绕组支架10和 外绕组支架15设置在反应室3上部，且至少一个支架与反应室3之间的相对位置可以调节。
一个具体实施例
外绕组支架15上固定有齿条14,反应室3的壁11上设有齿轮6，齿轮6与齿条14啮合。 齿轮6的转动带动齿条14上下活动，进而带动外绕组支架15及其上面的外绕组9上下移动， 使外绕组9相对于内绕组7和反应室3的位置上下调节。本实施例中，内绕组支架10可以固定 在介电窗1上，使内绕组7与反应室3之间的位置相对固定。
也可以将外绕组支架15固定、内绕组支架10可以调节，也可以使外绕组支架15和内绕 组支架10均可以调节。调节的方式也不限于齿轮齿条传动系统，简单一点，可以使用一组 不同厚度的垫块将某个绕组垫高，通过更换垫块调节绕组与石英盖的距离。
如图6所示，所述的内绕组和外绕组并联连接，并分别与匹配器连接，所述匹配器为 双输出匹配器，具有两个输出端，内绕组和外绕组分别与其中的一个输出端连接。
所述的双输出匹配器中，第一电容C1、第二电容C2为可变电容，由马达驱动，受算法 控制；双输出匹配器的每一个输出端分别连接有可手动调节的可变电容，分别为第三电容 C3、第四电容C4。第一电容C1和第二电容C2的作用是使匹配网络和负载达到50欧，第三电 容C3和第四电容C4的作用是调节内绕组和外绕组中的电流大小。其中传感器的作用是测量 匹配器输入端的阻抗并表示成某种形式(实部虚部形式或模幅角形式)，告知控制器，控 制器使用某种算法调节第一电容C1和第二电容C2以达到匹配。
如图7所示，所述的内绕组和外绕组串联连接，之后与匹配器连接，此时，匹配器可 以为单输出匹配器，也可以为双输出匹配器。
本发明的这种结构，由于内绕组与外绕组之间的相对位置可以调节，可以通过调节内绕组与外绕组之间的相对位置来调节反应室内等离子体的密度，使等离子体在反应室的晶 片上方分布均匀，能有效调节刻蚀速率的均匀性，提高刻蚀晶片的质量。 本发明主要用于半导体晶片加工设备，也适用于其它类似的设备。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任 何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都 应涵盖在本发明的保护范围之内。 '
权利要求
1、一种电感耦合线圈，包括内绕组、外绕组，其特征在于，所述内绕组与外绕组之间的相对位置可以调节。
2、 根据权利要求l所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述的内绕组和外绕组分别固 定在内绕组支架和外绕组支架上，所述内绕组支架和外绕组支架至少一个为活动支架。
3、 根据权利要求l所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述的内绕组和外绕组为平面 结构。
4、 根据权利要求l所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述的内绕组和外绕组中至少 一个为立体结构。
5、 根据权利要求1至4任一项所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述的内绕组和外 绕组相互并联或串联连接。
6、 根据权利要求5所述的电感耦合线圈，其特征在于，所述的内绕组和外绕组之间通 过柔性连接片连接。 '
7、 一种应用权利要求1至6所述的电感耦合线圈的电感耦合等离子体装置，包括反应 室，反应室上部设有介电窗，其特征在于，所述的介电窗的上部设有所述的电感耦合线 圈，所述电感耦合线圈的内绕组与外绕组之间的相对位置可以调节。
8、 根据权利要求7所述的电感耦合等离子体装置，其特征在于，所述的内绕组和外绕 组分别固定在内绕组支架和外绕组支架上，所述内绕组支架和外绕组支架设置在反应室上 部，且至少一个支架与反应室之间的相对位置可以调节。
9、 根据权利要求8所述的电感耦合等离子体装置，其特征在于，所述外绕组支架上固 定有齿条，所述反应室的壁上设有齿轮，所述齿轮与齿条啮合。
10、 根据权利要求7、 8或9所述的电感耦合等离子体装置，其特征在于，所述的内绕 组和外绕组并联连接，并分别与匹配器连接，所述匹配器为双输出匹配器，所述双输出匹 配器的每一个输出端分别连接有可手动调节的可变电容。
全文摘要
本发明公开了一种电感耦合线圈及应用该线圈的电感耦合等离子体装置，包括内绕组、外绕组，内绕组与外绕组之间的相对位置可以调节。内绕组和外绕组分别固定在内绕组支架和外绕组支架上，内绕组支架和外绕组支架设置在反应室上部，外绕组支架上固定有齿条，反应室的壁上设有齿轮，齿轮与齿条啮合。使内绕组与外绕组之间的相对位置可以调节，可以通过调节内绕组与外绕组之间的相对位置来调节反应室内等离子体的密度，使等离子体在反应室的晶片上方分布均匀，能有效调节刻蚀速率的均匀性，提高刻蚀晶片的质量。本发明主要用于半导体晶片加工设备，也适用于其它类似的设备。
文档编号H01F5/00GK101345114SQ20071011865
公开日2009年1月14日 申请日期2007年7月11日 优先权日2007年7月11日
发明者张文雯, 李东三, 申浩南, 鹏 陈 申请人:北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司