电感耦合线圈和工艺腔室的制作方法

本发明涉及半导体设备技术领域，具体涉及一种电感耦合线圈和一种包括该电感耦合线圈的工艺腔室。

背景技术

一般的，微电子器件的制造包含许多不同的阶段，每一阶段又包含各种不同的制程，刻蚀是其中重要的制程之一。刻蚀过程主要包扩：将等离子体引到基材(待刻蚀材料，如硅)表面，通过物理和化学作用腐蚀基材表面，进而形成该微电子器件所需要的各种线条、孔洞、沟槽或其他形状。

等离子体刻蚀设备通常用于实现上述刻蚀过程。如图1所示，该等离子体刻蚀设备200包括工艺腔室210和设置于工艺腔室210顶部的介质窗220，介质窗220的上方放置有电感耦合线圈100，电感耦合线圈100通过匹配器(未示出)与射频源230电性连接。工艺腔室210的内部设置有静电卡盘240，静电卡盘240上设置有待处理的晶片300，与该晶片300相对应位置处的工艺腔室210的顶部设置有进气喷嘴250，与该晶片300相对应位置处的反应腔室210的底部设置有抽气口260。

在利用上述结构的等离子体刻蚀设备200进行刻蚀过程中，通过进气喷嘴250向工艺腔室210中喷入加工工艺气体，通过抽气口260外接真空泵和阀门在工艺腔室210中产生真空和所需要的工艺气压，由射频源230、匹配器和电感耦合线圈100将射频能量通过介质窗220耦合到工艺腔室210，使得工艺腔室210中的工艺气体激发产生等离子体，静电卡盘240支撑晶片300，并通入偏压射频能量以产生偏置电压，使得所产生的等离子体轰击晶片300表面，形成一系列物理和化学过程，使晶片300刻蚀出所需的图形。

在上述等离子体刻蚀过程中，射频源230的输入功率和偏压功率、气体的种类和流量、工艺腔室210内的压强、晶片温度等参数的变化会通过改变工艺腔室210内的等离子体成分、能量来最终影响刻蚀的结果。这其中，等离子体成分和能量分布影响最大，而电感耦合线圈100的结构是其中最关键的技术之一。

具体地，如图2a、图2b和图2c所示，为现有电感耦合线圈100的基本结构。该电感耦合线圈100包括线圈绕组110、与线圈绕组110两端连接的输入端120和输出端130。另外对于不同的等离子体需求，线圈绕组110的投影尺寸和形状会有所不同，例如，如图3所示，线圈绕组110可以呈螺旋线结构。

但是，上述结构的电感耦合线圈100，沿着输入端120至输出端130，线圈绕组110不同位置处的电压强度并不是均匀分布的，如图4所示，其中，纵坐标轴代表电感耦合线圈100上的电压强度，横坐标轴代表线圈绕组110不同的位置，其中虚线框a为输入端120所在的位置，虚线框b为输出端130所在的位置，其余位置c为该线圈绕组110的位于输入端120和输出端130之间的位置。由图4可以看出，靠近输入端120、输出端130的电压强度会较高，而远离输入端120、输出端130的电压强度较低。因此，这就造成输入端120和输出端130下方对应位置的电场强度较大，等离子体密度相对其他位置也较高，整体上表现为等离子体分布的不均匀性，造成刻蚀缺陷。

因此，如何使得电感耦合线圈上不同位置处所形成的电压强度能够均匀分布成为本领域亟待解决的技术问题。

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，提出了一种电感耦合线圈和一种包括该电感耦合线圈的工艺腔室。

为了实现上述目的，本发明的第一方面，提供一种电感耦合线圈，用于将射频能量通过介质窗耦合到工艺腔室内，所述线圈包括至少一个线圈绕组，所述线圈绕组包括至少两个线圈分支，所述至少两个线圈分支分别位于具有预设高度差的不同的水平面内，且通过线圈过渡段相连；其中，所述电感耦合线圈的输入端和输出端位于与所述介质窗距离较远的所述线圈分支上。

优选地，所述预设高度差与所述线圈分支的截面高度之比为(0.5～5)：1。

优选地，所述预设高度差与所述线圈分支的截面高度之比为(1～2)：1。

优选地，所述线圈绕组包括与所述介质窗距离较远的第一线圈分支和与所述介质窗距离较近的第二线圈分支，所述第二线圈分支的长度与所述线圈绕组的总长度之比为(0.3～0.9)：1。

优选地，所述第二线圈分支的长度与所述线圈绕组的总长度之比为(0.4～0.6)：1。

优选地，所述线圈过渡段的倾斜角度为10～60°。

优选地，所述线圈过渡段的所述倾斜角度为30～45°。

优选地，所述线圈分支为多匝螺旋线结构。

优选地，所述线圈包括并联的第一线圈绕组和第二线圈绕组，所述第一线圈绕组和所述第二线圈绕组形状相同并且相互嵌套。

本发明的第二方面，提供一种工艺腔室，包括射频源，匹配器，线圈，介质窗和腔室本体，所述介质窗位于所述腔室本体的顶部，并与所述腔室本体密封相连，所述射频源通过所述匹配器向所述线圈提供射频能量，所述线圈将所述射频能量通过所述介质窗耦合到所述工艺腔室内，所述线圈包括前文记载的所述的电感耦合线圈。

本发明的电感耦合线圈，由于其包括至少两个线圈分支，且该两个线圈分支分别位于具有预设高度差的不同的水平面内，而输入端和输出端所在的线圈分支可以相对其余的线圈分支距离介质窗较远。因此，当该结构的电感耦合线圈通入射频能量时，能够改善耦合到工艺腔室内的电场强度的分布，从而能够改善等离子体在工艺腔室内分布的均匀性，提高等离子体刻蚀晶片良率，提高产品良率。

本发明的工艺腔室，具有前文记载的电感耦合线圈的结构，因此，该结构的工艺腔室，能够极大地改善电感耦合线圈将射频能量耦合至工艺腔室内的分布的均匀性，提高产品良率。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为现有技术中等离子体刻蚀设备的结构示意图；

图2a为现有技术中第一实施例中电感耦合线圈的结构示意图；

图2b为图2a所示的电感耦合线圈的俯视图；

图2c为图2a所示的电感耦合线圈的侧视图；

图3为现有技术中第二实施例中电感耦合线圈的结构示意图；

图4为现有技术中电感耦合线圈的不同位置与电压强度的关系图；

图5a为本发明第一实施例中电感耦合线圈的结构示意图；

图5b为图5a所示电感耦合线圈的侧视图；

图6为采用本发明中电感耦合线圈的该电感耦合线圈的不同位置与电压强度的关系图；

图7a为本发明第二实施例中电感耦合线圈的结构示意图；

图7b为图7a所示电感耦合线圈的俯视图；

图7c为图7a所示电感耦合线圈中的其中一个线圈绕组的结构示意图；

图7d为图7a所示电感耦合线圈中的另外一个线圈绕组的结构示意图。

附图标记说明

100：电感耦合线圈；

110：线圈绕组；

110a：第一线圈绕组；

110b：第二线圈绕组；

111：线圈分支；

111a：第一线圈分支；

111b：第二线圈分支；

112：线圈过渡段；

120：输入端；

130：输出端；

200：等离子体刻蚀设备；

210：工艺腔室；

220：介质窗；

230：射频源；

240：静电卡盘；

250：进气喷嘴；

260：抽气口；

300：晶片。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

参考图5a和图5b，本发明的第一方面，涉及一种电感耦合线圈100，该电感耦合线圈100用于将射频能量通过介质窗220耦合到工艺腔室210内。其中，该电感耦合线圈100包括至少一个线圈绕组110，线圈绕组110包括至少两个线圈分支111，所述至少两个线圈分支111分别位于具有预设高度差的不同的水平面内，且该至少两个线圈分支111之间通过线圈过渡段112相连。其中，所述电感耦合线圈100的输入端120和输出端130位于与所述介质窗220距离较远的所述线圈分支111上。

这样，在将该结构的电感耦合线圈100应用到工艺腔室210时，为了便于说明，以将该电感耦合线圈100应用到等离子体刻蚀设备200的工艺腔室210进行说明，具体的等离子体刻蚀设备200的结构可以如图1所示。

由于该电感耦合线圈100包括至少两个线圈分支111，且该两个线圈分支111分别位于具有预设高度差的不同的水平面内，因此，在将该电感耦合线圈100放置到介质窗220时，其中，一个线圈分支111距离介质窗220较近(此处是相对于另外一个线圈分支111而言)，另一个线圈分支111距离介质窗220较远，而距离介质窗220较远的线圈分支111上，设置有该电感耦合线圈100的输入端120和输出端130。

从而，当射频源230与输入端120和输出端130电性导通，以向该结构的电感圈耦合线100提供射频能量时，如图6所示，纵坐标轴代表电感耦合线圈100上的电压强度(其能够反映耦合到工艺腔室210内的电场强度)，横坐标轴代表电感耦合线圈100的位置，其中虚线框a和虚线框b为距离介质窗220较远位置处的线圈分支111处的电压强度分布，也即设置有输入端120和输出端130的线圈分支111的电压强度分布，其余位置c为另一个线圈分支111的电压强度分布，由图6可以看出，该种结构的电感耦合线圈100，其电压强度分布基本是均匀的。线圈上原本电压强度较高的靠近输入端120和输出端130的位置，现在因为距离介质窗220较远，其通过介质窗220耦合工艺腔室内的电场强度也会相应降低，继而减小了对应位置处的等离子体密度。而线圈上原本电压强度较低的其余位置，因为距离介质窗220较近，其通过介质窗220耦合工艺腔室内的电场强度也会相应提高，继而增大了对应位置处的等离子体密度。所以，通过将线圈绕组上靠近输入端120、输出端130的位置和线圈线圈绕组上的其他位置设置为不同的线圈分支，并将其分别放置在高度不同的水平面内，可以补偿线圈绕组上不同位置处的电压强度，继而使得射频能量通过介质窗220耦合到工艺腔室210内的电场强度也基本上为均匀分布的，从而能够改善等离子体在工艺腔室210内分布的均匀性，进而能够有效保证利用所形成的等离子刻蚀晶片良率，提高产品良率。

需要说明的是，对于预设高度差的具体数值并没有限定，该预设高度差的具体数值可以根据实际需要进行确定，例如，可以根据如图4所示的电感耦合线圈的不同位置与电压强度的关系确定该预设高度差的取值。

进一步需要说明的是，对于线圈分支111的具体数量并没有作出限定，可以根据实际需要对线圈分支111的数量进行设定，在此不作限定。

优选地，为了进一步地改善耦合到工艺腔室210内部电场强度的均匀性，上述预设高度差与线圈分支111的截面高度之比为(0.5～5)：1。

优选地，为了进一步地改善耦合到工艺腔室210内部电场强度的均匀性，上述预设高度差与线圈分支111的截面高度之比为(1～2)：1。

如图1、图5a以及图5b所示，为了进一步地改善耦合到工艺腔室210内部电场强度的均匀性，由图5a和图5b可以看出，上述线圈绕组110包括与介质窗220距离较远的第一线圈分支111a以及与介质窗220距离较近的第二线圈分支111b。其中，该第二线圈分支111b的长度与线圈绕组110的总长度之比为(0.3～0.9)：1。因此，在实际应用时，可以根据实际需要的线圈绕组110的总长度，分别计算得到第一线圈分支111a以及第二线圈分支111b的长度。

需要说明的是，图5a和图5b所示意的线圈绕组110包括两个线圈分支111仅仅是示例性的说明，在实际应用中，线圈绕组110的具体包括的线圈分支111的数量并不以此为限。

优选地，为了进一步地改善耦合到工艺腔室210内部电场强度的均匀性，上述第二线圈分支111b的长度与线圈绕组110的总长度之比为(0.4～0.6)：1，相应地，根据线圈绕组110的总长度，可以计算得出第一线圈分支111a和第二线圈分支111b的长度。

优选地，为了进一步地改善耦合到工艺腔室210内部的电场强度的均匀性，从而改善等离子体分布的均匀性，上述线圈过渡段112倾斜角度可以为10～60°。

优选地，为了进一步地改善耦合到工艺腔室210内部的电场强度的均匀性，从而改善等离子体分布的均匀性，上述线圈过渡段112倾斜角度可以为30～45°。

如图7c和图7d所示，作为线圈分支111一种具体的缠绕形状，该线圈分支111为多匝螺旋线结构。

为了提高应用该电感耦合线圈100对晶片进行刻蚀的效率，如图7a和7b所示，上述电感耦合线圈100包括并联的第一线圈绕组110a和第二线圈绕组110b。其中，该第一线圈绕组110a和第二线圈绕组110b形状相同并且相互嵌套，具体地第一线圈绕组110a和第二线圈绕组110b的形状可以参考图7c和图7d。

本实施例结构的电感耦合线圈100，包括两个形状相同并且相互嵌套连接的第一线圈绕组110a和第二线圈绕组110b。因此，在将该结构的电感耦合线圈100应用到工艺腔室210上时，可以实现上下两层以及内外两层的电压强度相互补偿，也即能够使得耦合到工艺腔室210内的电场强度更加均匀，从而能够最大限度地提高等离子体均匀性，进而能够有效保证利用产生的等离子体刻蚀晶片的良率，提高产品良率。

本发明的第二方面，涉及一种工艺腔室210，如图1所示，该工艺腔室210可以作为等离子体刻蚀设备200的一个反应腔室。该工艺腔室210包括射频源230、匹配器(图中并未示出)、线圈、介质窗220以及腔室本体(未标号)。

其中，上述介质窗220位于腔室本体的顶部，并且介质窗220与腔室本体密封相连。射频源230通过匹配器向线圈提供射频能量，且该线圈将射频能量通过介质窗220耦合到工艺腔室210内。其中，该线圈包括上述第一个技术主题所记载的电感耦合线圈100。

具体地，在该工艺腔室210中，在将该电感耦合线圈100放置到介质窗220时，其中，一个线圈分支111距离介质窗220较近(此处是相对于另外一个线圈分支111而言)，另一个线圈分支111距离介质窗220较远，而距离介质窗220较远的线圈分支111上，设置有该电感耦合线圈100的输入端120和输出端130。

因此，本实施例结构的工艺腔室210，能够使得该电感耦合线圈100通过介质窗220耦合到工艺腔室210内的电场强度基本上为均匀分布的，从而能够改善等离子体分布的均匀性，进而能够有效保证利用所形成的等离子刻蚀晶片良率，提高产品良率。

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。