线圈组件、等离子体发生装置及等离子体设备的制作方法

本发明涉及半导体加工设备领域，具体地，涉及一种线圈组件、一种包括该线圈组件的等离子体发生装置和一种包括该等离子体发生装置的等离子体设备。

背景技术：

近年来，伴随着半导体工业的发展，等离子体处理技术不仅应用于半导体领域，在光学、微机电系统、生物检测等领域也得到了广泛的应用。

进行等离子体处理技术的等离子体设备包括等离子体发生装置和工艺腔，而常见的等离子体发生装置包括容性耦合等离子体发生装置、感应耦合等离子体发生装置和微波等离子体发生装置。

其中，由于感应耦合等离子体发生装置具有等离子体密度和能量可调、成本低等优点，广泛的应用于干刻工艺中。

随着工艺制程的不断发展，对等离子体在待刻蚀的晶片表面的分布均匀性的要求越来越高。为了适应不同的工艺，需要对感应耦合等离子体发生装置进行调节。由于感应耦合等离子体发生装置的线圈之间存在容性耦合，从而影响了调节精度。

因此，如何进一步提高感应耦合等离子体发生装置产生的等离子体的密度均匀性、以及提高感应耦合等离子体发生装置的调节精度成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种线圈组件、一种包括该线圈组件的等离子体发生装置和一种包括该等离子体发生装置的等离子体设备。所述感应线圈能够至少解决上述技术问题中的一者。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种线圈组件，其特征在于，所述线圈组件包括多组感应线圈，多组所述感应线圈的输入端电连接，且多组所述感应线圈的输出端沿所述线圈组件周向均匀分布。

优选地，所述线圈组件包括三组感应线圈；或者，所述线圈组件包括四组感应线圈。

优选地，每组所述感应线圈的长度均满足以下公式：

0.01λ≤l≤0.2λ，

其中，l为每组感应线圈的长度；

λ为用于为所述线圈组件供电的射频电源输出的电磁波的波长。

优选地，除位于所述线圈组件最内部的一组感应线圈之外的每组所述感应线圈的输入端与输出端之间的距离都在10mm至25mm之间。

优选地，任意两组感应线圈的长度之间的差值不大于任意一组感应线圈的长度的10％。

优选地，位于所述线圈组件最内部的一组感应线圈的长度与其他任意一组感应线圈的长度之间的差值不大于任意一组感应线圈的长度的10％。

优选地，位于所述线圈组件最内部的一组感应线圈包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈位于所述第二线圈的内圈，所述第一线圈和所述第二线圈串联，且位于所述线圈组件最内部的一组感应线圈的输入端设置在所述第一线圈上，位于所述线圈组件最内部的一组感应线圈的输出端设置在所述第二线圈上。

优选地，每组感应线圈的长度为230mm至480mm之间。

优选地，所述第一线圈的两端之间的距离在10mm至25mm之间，且所述第二线圈的两端之间的距离在10mm至25mm之间。

作为本发明的第二个方面，提供一种等离子体发生装置，所述等离子体发生装置包括依次连接的射频源、匹配器和线圈组件，其中，所述线圈组件为本发明所提供的上述线圈组件，所述匹配器的输出端与所述线圈组件中各组所述线圈的输入端电连接。

作为本发明的第三个方面，提供一种等离子体设备，所述等离子体设备包括等离子体发生装置和工艺腔，所述工艺腔上设置有介质窗，所述等离子体发生装置设置的所述工艺腔外部，其中，所述等离子体发生装置为本发明所提供的上述等离子体发生装置，所述线圈组件设置在所述介质窗上方。

优选地，所述等离子体设备还包括线圈调节装置，所述线圈调节装置用于调节所述线圈组件上各组感应线圈与所述介质窗之间的距离。

在本发明所提供的线圈组件中，由于相邻两组感应线圈的输出端的位置不同，因此，相邻两组感应线圈的输出电流之间的相位差不等于180°，由此可知，所述线圈组件通电后，相邻两组感应线圈之间的容性耦合可以避开最高点，从而可以提高线圈组件对气体分子的解离程度的调节能力，提高干刻工艺获得的图形的准确程度，并降低工艺成本。

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是本发明所提供的等离子体发生装置的一种实施方式的示意图；

图2是本发明所提供的等离子体发生装置的另一种实施方式的示意图；

图3是本发明所提供的等离子体设备的结构示意图。

附图标记说明

101：射频电源201：匹配器

300：线圈组件311：第一线圈

321：第二线圈

301、302、303、304：感应线圈

400：工艺腔401：介质窗

402：腔室壁403：基片台

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。

作为本发明的一个方面，提供一种线圈组件，如图1和图2所示，该线圈组件300包括多组感应线圈，多组所述感应线圈的输入端电连接，且多组所述感应线圈的输出端沿线圈组件300的周向均匀分布。

如图1和图2所示，线圈组件300与等离子体发生装置中的射频电源101以及匹配器201配合使用。具体地，线圈组件300中各组感应线圈的输入端均与匹配器200的输出端电连接，各个线圈组件300的输出端与位于不同位置处的参考电压端(例如，接地端)电连接。

如上文中所述，由于线圈组件300中，各组感应线圈的输入端电连接，且输出端位置不同使得各组感应线圈的电流的相位之间存在相位差。即，任意相邻两组感应线圈的输出电流相位之间的存在相位差不为180°。由此可知，所述线圈组件通电后，相邻两组感应线圈之间的容性耦合可以通过避免在180°相位作用的电流反向抵消导致的容性耦合增强效应，从而可以提高线圈组件300对气体分子的解离程度的调节能力，提高干刻工艺获得的图形的准确程度，并降低工艺成本。

除了容性耦合低之外，本发明所提供的线圈组件还能够在与包括该线圈组件的离子体发生装置配合使用的工艺腔中形成密度分布均匀的等离子体。具体地，匹配器201的输出端与线圈组件300中各个感应线圈的输入端电连接，线圈组件300中各个感应线圈的输出端在不同位置处接地，形成了多组感应线互相并联的结构，因此，所述线圈组件只包括一个共同输入端(即，不同的感应线的输入端电连接后形成的共同输入端)和一个共同输出端(即，接地端)。由于各组感应线圈的输出端在360°范围内均匀分布，因此，各组感应线圈的输出之间的相位差也是均匀的，从而可以确保在工艺腔中形成密度均匀的等离子体。

除此之外，多组感应线圈互相并联减小了所述线圈组件的电感，进一步提高了线圈组件的电流值，并提高了线圈组件的功率耦合效率。

在本发明中，对线圈组件300中感应线圈的组数并没有特殊的限制。可以根据干刻工艺中所需要的功率密度来确定线圈组件300中感应线圈的组数。具体地，功率密度越大，则感应线圈的组数越多。在图1中示出了本发明所提供的感应耦合等离子体发生装置实施方式中，线圈组件300包括四组感应线圈，从内至外分别为感应线圈301、感应线圈302、感应线圈303和感应线圈304。

感应线圈301的输出端与线圈组件的圆心的连线与感应线圈302的输出端与线圈组件的圆心的连线之间的角度为90°。当通过射频源101、匹配器201向线圈组件300提供电流时，感应线圈301的输出电流的相位方向与感应线圈302的输出电流的相位之间的相位差为90°。

感应线圈302的输出端与线圈组件的圆心的连线与感应线圈303的输出端与线圈组件的圆心的连线之间的角度为90°。当通过射频源101、匹配器201向线圈组件300提供电流时，感应线圈302的输出电流的相位方向与感应线圈303的输出电流的相位之间的相位差为90°。

感应线圈303的输出端与线圈组件的圆心的连线与感应线圈304的输出端与线圈组件的圆心的连线之间的角度为90°。当通过射频源101、匹配器201向线圈组件300提供电流时，感应线圈303的输出电流的相位方向与感应线圈304的输出电流的相位之间的相位差为90°。

在图2中所示的是本发明所提供的感应耦合等离子体发生装置的另一种实施方式，如图所示，线圈组件300包括三组感应线圈，从内至外依次为感应线圈301、感应线圈302和感应线圈303。相邻两组感应线的输出端之间相隔120°。

感应线圈301的输出端与线圈组件的圆心的连线与感应线圈302的输出端与线圈组件的圆心的连线之间的角度为120°。当通过射频源101、匹配器201向线圈组件300提供电流时，感应线圈301的输出电流的相位方向与感应线圈302的输出电流的相位之间的相位差为120°。

感应线圈302的输出端与线圈组件的圆心的连线与感应线圈303的输出端与线圈组件的圆心的连线之间的角度为120°。当通过射频源101、匹配器201向线圈组件300提供电流时，感应线圈302的输出电流的相位方向与感应线圈303的输出电流的相位之间的相位差为120°。

本领域技术人员可以根据等离子体处理工艺所需要的功率密度确定感应线圈的组数。

在本发明中，对线圈组件300中每组感应线圈的长度也不做特殊的规定。优选地，每组所述感应线圈的长度均满足以下公式(1)：

0.01λ≤l≤0.2λ(1)

其中，l为每组感应线圈的长度；

λ为用于为所述线圈组件供电的射频电源输出的电磁波的波长。

当每组感应线圈的长度均满足上述公式(1)时，可以避免驻波效应，从而可以使得所述线圈组件产生的等离子体更加均匀。

在本发明中，可以按照公式(2)计算射频源输出的电磁波的波长λ：

λ＝c/f(2)

其中，c为电磁波的传输速度，通常为光束，f为射频电源的频率。

例如，对于频率为13.56mhz的射频电源而言，每组感应线圈的长度可以在230mm至480mm之间。

为了使得感应线圈之间的电感值基本一致，优选地，任意组条感应线圈的长度之间的差值都不应当超过任意一组感应线圈的长度的10％。

本领域技术人员容易理解的是，越靠近内圈感应线圈的半径越小，越靠近外圈感应线圈的半径越大。因此，为了更好地避免驻波效应，优选地，位于所述线圈组件最内部的一组感应线圈的长度与其他任意一组感应线圈的长度之差不大于任意一组感应线圈的长度的10％。

为了确保位于所述线圈组件最内部的一组感应线圈的长度与其他任意一组感应线圈的长度之间的差值都不应当超过任意一组感应线圈的长度的10％，优选地，位于所述线圈组件最内部的感应线圈包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈位于所述第二线圈的内圈，所述第一线圈和所述第二线圈串联，且位于所述线圈组件最内部的一组感应线圈的输入端设置在所述第一线圈上，位于所述线圈组件最内部的一组感应线圈的输出端设置在所述第二线圈上。

具体地，所述第一线圈的一端形成为位于所述线圈组件最内部的感应线圈的输入端，所述第一线圈的另一端与所述第二线圈的一端电连接，所述第二线圈的另一端形成为位于所述线圈组件最内部的感应线圈的输出端。

在图1和图2中所示的具体实施方式中，位于线圈组件最内部的一组感应线圈301包括第一线圈311和第二线圈321。如上文中所述，第一线圈311和第二线圈321串联。

如上文中所述，在本发明中，射频电源的频率可以为13.56mhz，利用公式(1)计算可以得到每条感应线的长度为230mm至480mm之间。

在本发明中，由于每组感应线圈都设置有输入端和输出端，因此，每组感应线圈都不是封闭的，而是在输入端和输出端之间形成有开口。优选地，除位于所述线圈组件最内部的感应线圈之外的每组所述感应线圈的输入端和输出端之间的距离在10mm至25mm之间。将各组感应线圈的输入端和输出端之间的距离设置在上述范围的优点有两个：1、可以避免输入端和输出端之间距离太近导致的电弧放电起火的风险；2、可以尽量减小由于输入端和输出端之间的距离过大对输入端和输出端之间形成的开口处电磁场均匀性的影响。

进一步优选地，所述第一线圈的两端之间的距离在10mm至25mm之间，且所述第二线圈的两端之间的距离在10mm至25mm之间。

作为本发明的第二个方面，提供一种等离子体发生装置，如图1和图2所示，所述等离子体装置包括依次连接的射频源101、匹配器201和线圈组件300，其中，线圈组件为本发明所提供的上述线圈组件。

如图1和图2中所示，射频电源201的输出端与匹配器201的输入端电连接，匹配201器的输出端与线圈组件300中各组感应线圈的输入端电连接。

如上文中所述，由于任意相邻两条感应线的输出端的位置不同，因此，相邻两条感应线之间的相位差不等于180°，由此可知，所述线圈组件通电后，相邻两组感应线圈之间的容性耦合可以通过避免在180°相位作用的电流反向抵消导致的容性耦合增强效应，从而可以提高线圈组件300对气体分子的解离程度的调节能力，提高干刻工艺获得的图形的准确程度，并降低工艺成本。

作为本发明的第三个方面，提供一种等离子体设备，如图3所示，所述等离子体设备包括离子体发生装置和工艺腔400。工艺腔400上设置有介质窗401，所述等离子体发生装置设置的工艺腔400外部，其中，所述等离子体发生装置为本发明所提供的上述感应耦合发生装置，线圈组件300设置在介质窗401上方。

需要指出的是，此处所述的“上方”是以图3中的方位为基准进行的描述。

如上文中所述，利用所述等离子体发生装置可以在工艺腔400内产生密度更加均匀的等离子体。

为了进一步提高工艺腔400内的等离子体的密度，优选地，所述等离子体设备还包括线圈调节装置，所述线圈调节装置用于调节所述线圈组件上各组感应线圈与介质窗401之间的距离。

如图3中所示，通过调节最内圈的感应线圈与介质窗401之间的距离可以改变工艺腔400中的等离子体分布。

当最内圈的感应线圈与介质窗401之间的距离g＝g1时，工艺腔400中等离子体的密度分布如曲线g1所示，即，中间密度低、两边密度高；当最内圈的感应线圈与介质窗401之间的距离g＝g2时，工艺腔400中等离子体的密度分布如曲线g2所示，即，各处密度基本上均匀一致；当最内圈的感应线圈与介质窗401之间的距离g＝g3时，工艺腔400中等离子体的密度分布如曲线g3所示，即，中间密度高、两边密度高。其中，g1＞g2＞g3。

在本发明中，对线圈调节装置的具体结构并没有特殊的限制。例如，线圈调节装置可包括步进电机，通过步进电机来调节各感应线与介质窗401之间的距离。

当然，本发明并不限于此。作为另一种实施方式，所述线圈调节装置可以包括长度不同的多个调节杆，所述调节杆支撑在线圈组件300的各条感应线与介质窗400之间。可以根据工艺腔内的等离子体的密度来更换具有不同长度的调节杆，直至工艺腔内等离子体密度均匀为止。

在本发明中，对工艺腔的具体结构也没有特殊的限制。如图3所示，工艺腔400包括介质窗401、腔室壁402以及设置在工艺腔内部的基片台403。在进行干刻时，向工艺腔400内中通入工艺气体，利用射频源向线圈组件300输出电流，线圈组件300的各组感应线圈形成磁场，从而可以对工艺腔400中的工艺气体进行电离，形成等离子体，对设置在基片台403上的基片进行干刻。

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。