一种等离子体装置制造方法
【专利摘要】本发明公开一种等离子体装置，包括电感耦合线圈，所述电感耦合线圈通过匹配器与射频源相连接，所述电感耦合线圈用于在工艺过程中激发等离子体，所述刻蚀包括工艺气体不同的N个工艺步骤，所述电感耦合线圈包括至少两组线圈；通过至少两组线圈构成N种线圈组合；其中，每种线圈组合由至少两组线圈中的部分或全部构成，且所述N种线圈组合的构成各不相同；所述N种线圈组合与所述N个工艺步骤分别对应；通过射频源选择性地连接至所述N种线圈组合中的一个，以进行与所述各个线圈组合相对应的工艺步骤。通过该等离子体装置，根据不同的工艺气体使用不同的线圈结构激发等离子体，以提高等离子体分布强度的均匀性，从改善等离子工艺的工艺效果。
【专利说明】—种等离子体装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种等离子体装置。
【背景技术】
[0002]随着MEMS (微机电系统,Micro-Electro-Mechanical Systems)器件和 MEMS 系统被越来越广泛的应用于汽车和消费电子领域，以及TSV通孔刻蚀(Through Silicon Etch)技术在未来封装领域的广阔前景，干法等离子体深硅刻蚀工艺逐渐成为MEMS加工领域及TSV技术中的主流工艺之一。
[0003]目前典型的深硅刻蚀工艺为Bosch工艺。其主要特点为:整个工艺过程为刻蚀步骤与沉积步骤的交替循环。其中刻蚀步骤的工艺气体为SF6 (六氟化硫)，尽管该气体在刻蚀硅基底方面具有很高的刻蚀速率，但由于其各向同性刻蚀的特点，很难控制侧壁形貌。因此，沉积步骤被用于抑制对侧壁的刻蚀，该沉积步骤是在侧壁沉积一层聚合物保护膜来保护侧壁不被刻蚀，从而得到只在垂直面上的刻蚀。参考图1，示出了 Bosch工艺的一个典型工艺过程示例。其中，图1a为未刻蚀的硅片形貌，101是光阻层，102是被刻蚀硅体；图lb、图1d、图1f示出的是刻蚀步骤下的硅片形貌，为SF6的各向同性刻蚀；图lc、图1e步是沉积步骤的硅片形貌，在沉积步骤中使用C4F8 (全氟丁烯)生成沉积层以对侧壁保护；在图1中，刻蚀步骤和沉积步骤交替进行，图1g是在经过刻蚀步骤与沉积步骤的多次循环后的最终刻蚀形貌。
[0004]目前深硅刻蚀工艺主要通过电感耦合等离子体装置来实现。图2示出了一种常用的电感耦合等离子体装置的结构示意图，如图2所示，电感耦合等离子体装置包括反应腔室4、静电卡盘6、以及电感耦合线圈3，静电卡盘6位于反应腔室4内、并通过匹配器10和射频源11相连接，静电卡盘6用于固定被加工的晶片5。电感耦合线圈3位于反应腔室4上方，并通过匹配器2和射频源I相连接。在半导体加工过程中，射频功率被加载到电感耦合线圈3上，电感耦合线圈3在反应腔室4中产生感应磁场和环向的感应电场，进入反应腔室4的工艺气体被其上方的电感耦合线圈3电离形成等离子体，等离子体对晶片5表面的材质进行刻蚀。由于反应腔室4中感应电磁场的大小及分布是由流过电感耦合线圈3上各个位置的射频电流产生的感应电磁场的矢量和决定的，因此电感耦合线圈3的结构决定了产生的等离子分布情况，也影响了晶片5上方的等离子体分布，从而最终决定晶片5的刻蚀均匀性。
[0005]图3为目前大多数电感耦合等离子体装置中采用的电感耦合线圈的结构图。如图3所示，该电感耦合线圈由螺旋缠绕的导电线圈构成，并呈现平面螺旋结构。该电感耦合线圈用于深硅刻蚀时存在如下问题:深硅刻蚀的Bosch工艺中，刻蚀步骤和沉积步骤采用的工艺气体分别为SF6和CFx，在刻蚀步骤中采用通过电感耦合线圈激发的SF6等离子体进行刻蚀，在沉积步骤中采用通过电感耦合线圈激发的CFx等离子体对侧壁进行保护，SF6等离子体有很强的电负性，而CFx等离子体电负性较弱，因此电感耦合线圈所激发的SF6等离子体和CFx等离子体的分布强度存在有很大的区别，具体分析如下。[0006]图4 (a)和4 (b)分别示出了实验测量得到的刻蚀步骤中SF6等离子体、以及沉积步骤中CFx等离子体的分布强度，其中，横轴是以cm (厘米)为单位的晶片位置r，纵轴是等离子体的归一化的分布强度F (r)。如图4 (a)所示，强电负性SF6等离子体在晶片上方的分布强度为:中心区域强度较低、边缘区域比中心区域的分布强度高、再进一步远离中心时分布强度开始下降；如图4 (b)所示，等离子体电负性较弱CFx等离子体在晶片上方的分布强度为:中心区域强度最高、随着偏离中心区域、分布强度逐渐下降。从图4 (a)和4 (b)中可以看出，电感耦合线圈所激发的SF6等离子体和CFx等离子体的分布强度存在有较大的区别。
[0007]由于晶片上方等离子体分布强度的均匀性决定了等离子工艺的工艺均匀性，采用上述电感耦合线圈所激发的等离子体，无法保证不同工艺步骤(针对深硅刻蚀的Bosch工艺为刻蚀步骤和沉积步骤)中晶片上方的等离子体都呈现均匀分布，导致工艺均匀性较差。
【发明内容】
[0008]本发明提供一种等离子体装置，从而在等离子工艺过程中，根据不同的工艺步骤使用不同的线圈结构激发等离子体，以提高等离子体分布强度的均匀性，从改善等离子工艺的工艺效果。
[0009]为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了一种等离子体装置，包括反应腔室、射频源、匹配器、位于所述反应腔室内的静电卡盘、以及位于所述反应腔室上方的电感耦合线圈，所述电感耦合线圈通过匹配器与射频源相连接，所述电感耦合线圈用于在工艺过程中激发等离子体，以对固定于所述静电卡盘上的工件进行等离子工艺，所述等离子体工艺包括分别采用不同工艺气体的N个工艺步骤，N为大于或等于2的整数，所述电感耦合线圈包括至少两组直径不同且相互嵌套的线圈；
[0010]通过至少两组线圈构成N种线圈组合；其中，每种线圈组合由至少两组线圈中的部分或全部构成，且所述N种线圈组合的构成各不相同；所述N种线圈组合与所述N个工艺步骤分别一一对应；
[0011]根据当前工艺步骤中采用的工艺气体的分布特点，射频源选择性地连接至所述N种线圈组合中的一种线圈组合，以进行与所述工艺气体相对应的工艺步骤。
[0012]优选地，在深硅刻蚀工艺中，N等于2，所述等离子体工艺包括刻蚀步骤和沉积步骤；所述线圈组合为第一线圈组合和第二线圈组合，所述刻蚀步骤采用第一线圈组合，所述沉积步骤采用第二线圈组合，
[0013]所述至少两组直径不同且相互嵌套的线圈为内线圈和外线圈；所述第一线圈组合为内线圈，所述第二线圈组合为串联连接的内线圈和外线圈。
[0014]优选地，所述等离子体装置，还包括选择开关，所述选择开关包括动触头、第一静触头以及第二静触头，所述射频源通过所述选择开关选择地连接至所述内线圈、或者连接至串联连接的内线圈和外线圈；其中，
[0015]所述内线圈的一端连接至所述匹配器的射频输出端，所述内线圈的另一端连接至所述选择开关的动触头；所述外线圈的一端连接至所述匹配器的射频返回端，所述外线圈的另一端连接至所述选择开关的第一静触头；所述第二静触头连接至所述匹配器的射频返回端；[0016]通过所述动触头选择性地连通所述第二静触头使得电流流过所述内线圈以进行所述刻蚀步骤，通过所述动触头选择性地连通所述第一静触头使得所述内线圈和外线圈位于串联使用的状态，以进行所述沉积步骤。
[0017]优选地，在深硅刻蚀工艺中，N等于2，所述等离子体工艺包括刻蚀步骤和沉积步骤；所述线圈组合为第一线圈组合和第二线圈组合，所述刻蚀步骤采用第一线圈组合，所述沉积步骤采用第二线圈组合，
[0018]所述至少两组直径不同且相互嵌套的线圈为内线圈和外线圈；所述第一线圈组合为内线圈，所述第二线圈组合为外线圈。
[0019]优选地，所述等离子体装置，还包括选择开关，所述选择开关包括动触头、第一静触头以及第二静触头，所述射频源通过所述选择开关选择地连接至所述内线圈、或者连接至外线圈；其中，所述内线圈的一端连接至所述匹配器的射频输出端，所述内线圈的另一端连接至所述选择开关的第一静触头；所述外线圈的一端连接至所述匹配器的射频输出端，所述外线圈的另一端连接至所述选择开关的第二静触头；所述动触头连接至所述匹配器的射频返回端；
[0020]通过所述动触头选择性地连通所述第一静触头使得电流流过所述内线圈以进行所述刻蚀步骤，通过所述动触头选择性地连通所述第二静触头使得电流流过所述外线圈以进行所述沉积步骤。
[0021]优选地，所述电感耦合线圈为直径不同的三个线圈，分别为内线圈、中线圈和外线圈，且三个线圈嵌套分布，设置第一线圈组合为内线圈或者并联连接的内线圈和中线圈，第二线圈组合为内线圈和中线圈并联连接之后与外线圈进行串联。
[0022]优选地，每个线圈包括至少两个线圈分支，且各个线圈分支相互嵌套且对称分布。
[0023]优选地，所述线圈分支为平面结构，且所述线圈分支均为平面螺旋线状，且各个线圈分支共面分布。
[0024]优选地，所述线圈分支为立体结构，且所述线圈分支均为立体螺旋线状，且各个线圈分支具有相同的中心轴线。
[0025]优选地，同一个线圈中包括的线圈分支为并联连接。
[0026]优选地，所述外线圈为平面结构，所述外线圈包括三个线圈分支，每个线圈分支均为平面渐开线，且各个线圈分支相互嵌套、对称分布、且相互共面；
[0027]所述内线圈为立体结构，所述内线圈为立体螺旋线。
[0028]优选地，所述外线圈为平面结构，所述外线圈包括三个线圈分支，每个线圈分支均为平面渐开线，且所述三个线圈分支相互嵌套、对称分布、且相互共面；
[0029]所述内线圈为平面结构，所述内线圈包括两个线圈分支，所述线圈分支均为平面渐开线，且所述两个线圈分支相互嵌套、对称分布、且相互共面。
[0030]优选地，所述选择开关具与射频源的射频电压或射频功率相匹配的阻抗。
[0031]优选地，所述选择开关为单刀双掷开关或单刀双掷继电器。
[0032]本发明的有益效果包括:
[0033]在本发明提供的等离子体装置中，电感耦合线圈包括至少两组直径不同且相互嵌套的线圈，通过对至少两组线圈进行选择性的使用，可以在不同的工艺步骤中使用不同的线圈结构激发等离子体，使得不同的工艺步骤中产生的等离子体均能得到较好的均匀分布，从而提高了整个工艺过程中等离子体分布强度的均匀性，并改善了等离子体刻蚀的工艺效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图la、图lb、图lc、图1cU图le、图1f、和图1g为现有技术中Bosch工艺的一个典型工艺过程示意图；
[0035]图2为现有技术中电感耦合等离子体装置的结构示意图；
[0036]图3为现有技术中电感耦合等离子体装置中采用的电感耦合线圈的结构图；
[0037]图4 Ca)为实验测量得到的刻蚀步骤中SF6等离子体的分布强度；
[0038]图4 (b)为实验测量得到的沉积步骤中CFx等离子体的分布强度；
[0039]图5为本发明实施例提供的一种等离子体装置的结构示意图；
[0040]图6为本发明实施例提供的另一种选择开关的连接示意图；
[0041]图7为本发明实施例提供的电感耦合线圈110的线圈结构示意图；
[0042]图8为本发明实施例提供的另一种电感耦合线圈110的线圈结构示意图。
【具体实施方式】
[0043]为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例提供的等离子体装置进行详细描述。
[0044]本发明实施例提供了一种等离子体装置，包括反应腔室、射频源、匹配器、位于所述反应腔室内的静电卡盘、以及位于所述反应腔室上方的电感耦合线圈，所述电感耦合线圈通过匹配器与射频源相连接，所述电感耦合线圈用于在工艺过程中激发等离子体，以对固定于所述静电卡盘上的工件进行等离子工艺，所述等离子工艺包括分别采用不同工艺气体的N个工艺步骤，N为大于或等于2的整数；所述电感耦合线圈包括至少两组直径不同且相互嵌套的线圈；通过至少两组线圈构成N种线圈组合；其中，每种线圈组合由至少两组线圈中的部分或全部构成，且所述N种线圈组合的构成各不相同；所述N种线圈组合与所述N个工艺步骤分别一一对应；根据当前工艺步骤中采用的工艺气体的分布特点，射频源选择性地连接至所述N种线圈组合中的一个线圈组合，以进行与所述一个线圈组合相对应的工艺步骤。
[0045]在上述等离子体装置中，电感耦合线圈包括至少两组直径不同且相互嵌套的线圈，通过对至少两组线圈进行选择性的使用，可以在不同的工艺步骤中使用不同的线圈结构激发等离子体，使得不同的工艺步骤中产生的等离子体均能得到较好的均匀分布，从而提高了整个工艺过程中等离子体分布强度的均匀性，并改善了等离子工艺的工艺效果。需要说明的是，线圈的数目需要与N的大小相匹配，也就是说能够通过该数目的线圈至少构成N种线圈组合。
[0046]本发明实施例中，针对等离子工艺是深硅刻蚀工艺进行详细说明，其中N为2，深硅刻蚀工艺包括刻蚀步骤和沉积步骤；所述N种线圈组合为第一线圈组合和第二线圈组合。下面结合图5和图6进行具体说明。
[0047]请参阅图5，其示出了本发明实施例提供的一种等离子体装置的结构示意图，该等离子体装置包括反应腔室101、位于所述反应腔室101内的静电卡盘102、射频源106、以及位于所述反应腔室上方的电感耦合线圈110，所述电感耦合线圈110用于在工艺过程中激发等离子体，以对固定于所述静电卡盘102上的工件109进行等离子工艺，所述电感耦合线圈110包括至少两组直径不同且相互嵌套的线圈；所述等离子工艺包括采用不同工艺气体的刻蚀步骤和沉积步骤；至少两组线圈中的部分或全部构成第一线圈组合，至少两组线圈中的部分或全部作为第二线圈组合，其中，所述第一线圈组合和所述第二线圈组合具有不同的线圈构成；通过射频源106选择性地连接至所述第一线圈组合、或者连接至第二线圈组合，以在工艺过程中连接至所述第一线圈组合以进行刻蚀步骤、或连接至第二线圈组合以进行沉积步骤。
[0048]其中，电感耦合线圈110通过匹配器105与射频源106相连接，静电卡盘102通过匹配器103与射频源104相连接。
[0049]本发明实施例中，通过射频源106选择性地连接至所述第一线圈组合或第二线圈组合，能够方便对第一线圈组合和第二线圈组合的使用进行来回切换，当进行等离子工艺时，当开始刻蚀步骤时，通过选择开关切换至使用第一线圈组合，由于第一线圈组合是根据刻蚀步骤的工艺气体的分布特点所设置的，通过第一线圈组合的线圈结构来激发等离子体，其线圈结构能够满足刻蚀步骤中工艺气体产生的等离子体在晶片上方分布均匀性的要求；当开始沉积步骤时，通过选择开关切换至使用第二线圈组合，由于第二线圈组合是根据沉积步骤的工艺气体的分布特点所设置的，通过第二线圈组合的线圈结构来激发等离子体，其线圈结构能够满足沉积步骤中工艺气体产生的等离子体在晶片上方分布均匀性的要求；从而提高了整个深硅刻蚀工艺过程中等离子体分布强度的均匀性，改善了深硅刻蚀工艺的工艺效果。本发明实施例中，需要根据工艺步骤中采用的工艺气体的分布特点，对第一线圈组合和第二线圈组合的线圈结构进行设定，以使各个工艺步骤中所采用的工艺气体所激发的等离子体的分布均匀性能够分别满足要求，下面进行进一步的说明。
[0050]对于本发明实施例提供的等离子体装置，为了应用于深硅刻蚀并且能够改善深硅刻蚀的工艺均匀性，并满足深硅刻蚀工艺中强电负性SF6等离子体和弱电负性CFx等离子体在晶片上方分布均匀性的要求；本发明实施例中根据刻蚀步骤和沉积步骤中工艺气体的分布特点对电感耦合线圈110中第一线圈组合和第二线圈组合的构成进行了设置，下面进行详细说明。
[0051]本发明实施例中，电感耦合线圈110包括两组直径不同内外嵌套的线圈，分别为内线圈130和外线圈140 ;所述第一线圈组合为内线圈130，第二线圈组合为串联连接的内线圈130和外线圈140。所述射频源106选择性地连接至所述内线圈130、或者连接至串联连接的内线圈130和外线圈140，以在工艺过程中与所述内线圈130连接以进行所述刻蚀步骤、或连接至串联连接的内线圈130和外线圈140以进行所述沉积步骤。在上述设置中，在刻蚀步骤中，根据强电负性SF6I艺气体所激发等离子体在晶片上方的分布强度为中心区域强度较低、边缘区域比中心区域的分布强度高、再进一步远离中心时分布强度开始下降的特点，使用内线圈130来激发SF6I艺气体，其中内线圈130能够提高SF6等离子体分布在中心区域的强度，使得中心区域和边缘区域的强度分布更加均匀，因此使得SF6工艺气体所激发等离子体更加均匀，另外在沉积步骤中，通过串联连接的内线圈130和外线圈140来激发CFx工艺气体，能够使得CFx工艺气体所激发等离子体更加均匀，因此改善了整个深硅刻蚀工艺的均匀性。[0052]如图5所示，该等离子体装置包括选择开关112，所述选择开关112包括动触头114、第一静触头115以及第二静触头116，所述射频源106通过选择开关112可以连接至所述内线圈130、或者通过选择开关112的切换选择以连接至串联连接的内线圈130和外线圈140。图5示出了一种示例性的连接方式，其中内线圈130的一端连接至所述匹配器105的射频输出端1051，内线圈130的另一端连接至所述选择开关112的动触头114 ;所述外线圈140的一端连接至所述匹配器105的射频返回端1052，所述外线圈的另一端连接至所述选择开关112的第一静触头115 ;所述第二静触头116连接至所述射频源106的射频返回端1052。
[0053]通过所述动触头114连通所述第二静触头116，可以使得电流流过内线圈130以进行深硅刻蚀中的刻蚀步骤，通过动触头114连通第一静触头115，可以使得电流流过所述内线圈130和外线圈140，且内线圈130和外线圈140位于串联使用的状态，以进行深硅刻蚀中的沉积步骤。通过选择开关112的动触头114的交替切换，可以使得动触头114交替地连接至第二静触头116或者第一静触头115，从而交替地进行深硅刻蚀中的刻蚀步骤或者沉积步骤。
[0054]另外，在本发明实施例中，当电感耦合线圈110设置为包括内线圈130和外线圈140时，也可以将内线圈130作为第一线圈组合，将外线圈140作为第二线圈组合。所述射频源106选择性地连接至所述内线圈130、或者连接至外线圈140，以在工艺过程中连接至内线圈130以进行所述刻蚀步骤、或连接至外线圈140以进行所述沉积步骤。在上述设置中，根据强电负性SF6工艺气体所激发等离子体在晶片上方的分布强度为中心区域强度较低、边缘区域比中心区域的分布强度高的特点，使用内线圈130来激发SF6工艺气体，其中内线圈130能够提高SF6等离子体分布在中心区域的强度，使得中心区域和边缘区域的强度分布更加均匀，因此使得SF6工艺气体所激发等离子体更加均匀，另外在沉积步骤中通过外线圈140来激发CFx工艺气体，能够使得CFx工艺气体所激发等离子体更加均匀，因此改善了整个深硅刻蚀工艺的均匀性。
[0055]如图6所示，为另一种选择开关的连接示意图，等离子体装置中包括选择开关122，所述选择开关122包括动触头124、第一静触头125以及第二静触头126，所述射频源106通过选择开关122可以连接至所述内线圈130、或者通过选择开关122的切换选择以连接至外线圈140。其中，内线圈130的一端连接至所述匹配器105的射频输出端1051，内线圈130的另一端连接至所述选择开关122的第一静触头125 ;所述外线圈140的一端连接至匹配器105的射频输出端1051，所述外线圈140的另一端连接至所述选择开关的第二静触头126 ;所述动触头124连接至匹配器105的射频返回端1052。
[0056]通过所述动触头124连通所述第一静触头125，可以使得电流流过内线圈130以进行深硅刻蚀中的刻蚀步骤，通过动触头124连通所述第二静触头126，可以使得电流流过外线圈140，以进行深硅刻蚀中的沉积步骤。通过选择开关122的动触头124的交替切换，可以使得动触头124交替地连接至第一静触头125或者第二静触头126，从而交替地进行刻蚀步骤或者沉积步骤。
[0057]由于射频源106具有高电压和大电流的特点，选择开关112或122需要满足在射频高压和大电流下正常使用的要求。并且由于射频源106具有很高的电压，选择开关112或122需要具有较小的触点电容，以使得第一静触头和第二静触头在断开时具与射频源106的射频电压或射频功率相匹配的阻抗，以防止由于阻抗太小而发生的漏电而导致刻蚀工艺的效果受到影响。选择开关112或122可以是单刀双掷开关或者单刀双掷继电器，也可以是其他具有电路切换功能的选择开关。
[0058]通过本发明实施例提供的选择开关，能够方便对第一线圈组合和第二线圈组合的使用进行切换，当进行深硅刻蚀时，对于交替进行的刻蚀步骤和沉积步骤，当开始刻蚀步骤时，通过选择开关切换至使用第一线圈组合，其线圈结构能够满足强电负性SF6等离子体在晶片上方分布均匀性的要求；当开始沉积步骤时，通过选择开关切换至使用第二线圈组合，其线圈结构能够满足弱电负性CFx等离子体在晶片上方分布均匀性的要求；从而提高了整个深硅刻蚀过程中等离子体分布强度的均匀性，改善了深硅刻蚀的工艺效果。
[0059]本发明实施例中，需要根据工艺步骤中采用的工艺气体的分布特点，对第一线圈组合和第二线圈组合的线圈结构进行设定，以使之针对刻蚀步骤和沉积步骤所采用的工艺气体所激发的等离子体的分布均匀性能够满足要求，以提高了整个工艺过程的均匀性，下面结合附图进行详细说明。
[0060]本发明实施例中，以电感耦合线圈110包括两个直径不同的线圈为例进行了说明，但本发明提供的电感耦合线圈110不限于此，也可以包括两个以上的直径均不相同的线圈，其中每个线圈可以设置为包括至少两个线圈分支，且各个线圈分支相互嵌套且对称分布。一个线圈中的线圈分支可以为平面结构，且各个线圈分支均为平面螺旋线状，且各个线圈分支共面分布，即线圈分支位于同一个平面上。一个线圈中的线圈分支也可以立体结构，且均为立体螺旋线状，且各个线圈分支具有相同的中心轴线。一个线圈中的线圈分支的连接关系为并联连接，另外，线圈组合中的两个或两个以上的线圈之间的连接关系可以是串联、并联或混连。另外，本发明实施例中的一个线圈不限于包括两个或两个以上的线圈分支，也可以是单个的平面螺旋线线圈或立体螺旋线线圈。当一个线圈接通射频源时，该线圈中的各个线圈分支中流过的电流的流向(顺时针或逆时针)相同。当多个线圈同时接通射频源时，不同的线圈中流过的电流的流向可以相同或不同，可以根据多个线圈在组合使用时所需要的效果设定各个线圈的电流流向。
[0061]本发明实施例中，为了对电感耦合线圈进行清楚说明，定义了线圈组合、线圈、和线圈分支的相关概念，其中，线圈分支是指包括一个输入端和一个输出端的线圈绕组；线圈可以包括一个或者多个线圈分支，通常一个线圈中的线圈分支是并联的、并且对称嵌套分布；而线圈组合可以是一个线圈、也可以是由多个线圈串联、并联或者混连组成的。
[0062]当电感耦合线圈110设置为包括内线圈130和外线圈140时，内线圈130和外线圈140可以均为立体结构，或者内线圈130为立体结构而外线圈140为平面结构，或者内线圈130为平面结构而外线圈140为立体结构，或者内线圈130和外线圈140均为平面结构。下面结合两个具体的示例进行说明。
[0063]如图7所示，为本发明实施例提供的电感耦合线圈110的线圈结构示意图。其中，所述外线圈140为平面结构,所述外线圈140包括三个线圈分支141、142和143，每个线圈分支均为平面渐开线，且各个线圈分支141、142和143相互嵌套、对称分布、且相互共面；所述内线圈130为立体结构，具体为立体螺旋线。
[0064]如图8所示，为本发明实施例提供的另一种电感耦合线圈110的线圈结构示意图。其中，所述外线圈140为平面结构，所述外线圈140包括三个线圈分支141、142和143，每个线圈分支均为平面渐开线，且各个线圈分支141、142和143相互嵌套、对称分布、且相互共面。内线圈130为平面结构，内线圈130包括两个线圈分支131和132，线圈分支131和132均为平面渐开线，且线圈分支131和132相互嵌套、对称分布、且相互共面。
[0065]本发明实施例提供的平面螺旋线可以是阿基米德螺旋线，或者渐开线，或者涡状线。
[0066]本发明实施例提供中，以第一线圈组合为内线圈，以第二线圈组合为外线圈或者串联连接的内线圈和外线圈为例进行了说明，但是本发明不限于此，例如，电感耦合线圈可以包括直径不同的三个线圈，分别为内线圈、中线圈和外线圈，且三个线圈嵌套分布，可设置第一线圈组合为内线圈为或者并联连接的内线圈和中线圈，第二线圈组合为内线圈和中线圈并联连接之后与外线圈进行串联。在实际的工艺过程中，可以根据各个工艺步骤的工艺要求，对各个线圈组合所激发的等离子体进行测量，并根据实验结果对线圈结构以及线圈组合的方式进行确定。
[0067]需要说明的是，本发明实施例提供的等离子体装置不限于应用于深硅刻蚀工艺，也可以用于其他包括多个不同工艺步骤的等离子工艺过程中，在各个工艺步骤中，根据各个工艺步骤中工艺气体所激发的等离子体的分布特点，对相应的线圈组合进行设置，以分别改善各个工艺步骤中工艺气体所激发的等离子体的均匀性。另外，本发明实施例中以等离子工艺过程中包括两个不同的工艺步骤为例进行了说明，但是本发明不限于此，本发明实施例提供的等离子体装置所进行的工艺过程也可以包括三个或三个以上不同的工艺步骤，当工艺过程包括三个或三个以上不同的工艺步骤时，可以设置电感耦合线圈包括多个直径不同并内外嵌套的线圈，通过在不同的工艺步骤中使用不同的线圈组合激发等离子体，可以保证在各个不同的工艺步骤中满足激发的等离子体的均匀性要求，另外，根据设置的不同的线圈组合，需要对选择开关的连接进行设置，以满足对线圈组合的切换要求。
[0068]在本发明提供的等离子体装置中，电感耦合线圈包括至少两组直径不同且相互嵌套的线圈，通过对至少两组线圈进行选择性的使用，可以在不同的工艺步骤中使用不同的线圈结构激发等离子体，使得不同的工艺步骤中产生的等离子体均能得到较好的均匀分布，从而提高了整个工艺过程中等离子体分布强度的均匀性，并改善了等离子工艺的工艺效果。
[0069]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。
【权利要求】
1.一种等离子体装置，包括反应腔室、射频源、匹配器、位于所述反应腔室内的静电卡盘、以及位于所述反应腔室上方的电感耦合线圈，所述电感耦合线圈通过匹配器与射频源相连接，所述电感耦合线圈用于在工艺过程中激发等离子体，以对固定于所述静电卡盘上的工件进行等离子工艺，其特征在于， 所述等离子体工艺包括分别采用不同工艺气体的N个工艺步骤，N为大于或等于2的整数，所述电感耦合线圈包括至少两组直径不同且相互嵌套的线圈； 通过至少两组线圈构成N种线圈组合；其中，每种线圈组合由至少两组线圈中的部分或全部构成，且所述N种线圈组合的构成各不相同；所述N种线圈组合与所述N个工艺步骤分别对应； 根据当前工艺步骤中采用的工艺气体的分布特点，射频源选择性地连接至所述N种线圈组合中的一种线圈组合，以进行与所述工艺气体相对应的工艺步骤。
2.如权利要求1所述的等离子体装置，其特征在于，在深硅刻蚀工艺中，N等于2，所述等离子体工艺包括刻蚀步骤和沉积步骤；所述线圈组合为第一线圈组合和第二线圈组合，所述刻蚀步骤采用第一线圈组合，所述沉积步骤采用第二线圈组合， 所述至少两组直径不同且相互嵌套的线圈为内线圈和外线圈；所述第一线圈组合为内线圈，所述第二线圈组合为串联连接的内线圈和外线圈。
3.如权利要求2所述的等离子体装置，其特征在于，所述等离子体装置，还包括选择开关，所述选择开关包括动触头、第一静触头以及第二静触头，所述射频源通过所述选择开关选择地连接至所述内线圈、或者连接至串联连接的内线圈和外线圈；其中， 所述内线圈的一端连接至所述匹配器的射频输出端，所述内线圈的另一端连接至所述选择开关的动触头； 所述外线圈的一端连接至所述匹配器的射频返回端，所述外线圈的另一端连接至所述选择开关的第一静触头； 所述第二静触头连接至所述匹配器的射频返回端； 通过所述动触头选择性地连通所述第二静触头使得电流流过所述内线圈以进行所述刻蚀步骤，通过所述动触头选择性地连通所述第一静触头使得所述内线圈和外线圈位于串联使用的状态，以进行所述沉积步骤。
4.如权利要求1所述的等离子体装置，其特征在于，在深硅刻蚀工艺中，N等于2，所述等离子体工艺包括刻蚀步骤和沉积步骤；所述线圈组合为第一线圈组合和第二线圈组合，所述刻蚀步骤采用第一线圈组合，所述沉积步骤采用第二线圈组合， 所述至少两组直径不同且相互嵌套的线圈为内线圈和外线圈；所述第一线圈组合为内线圈，所述第二线圈组合为外线圈。
5.如权利要求4所述的等离子体装置，其特征在于，所述等离子体装置，还包括选择开关，所述选择开关包括动触头、第一静触头以及第二静触头，所述射频源通过所述选择开关选择地连接至所述内线圈、或者连接至外线圈；其中， 所述内线圈的一端连接至所述匹配器的射频输出端，所述内线圈的另一端连接至所述选择开关的第一静触头； 所述外线圈的一端连接至所述匹配器的射频输出端，所述外线圈的另一端连接至所述选择开关的第二静触头；所述动触头连接至所述匹配器的射频返回端； 通过所述动触头选择性地连通所述第一静触头使得电流流过所述内线圈以进行所述刻蚀步骤，通过所述动触头选择性地连通所述第二静触头使得电流流过所述外线圈以进行所述沉积步骤。
6.如权利要求1所述的等离子体装置，其特征在于，所述电感耦合线圈为直径不同的三个线圈，分别为内线圈、中线圈和外线圈，且三个线圈嵌套分布，设置第一线圈组合为内线圈或者并联连接的内线圈和中线圈，第二线圈组合为内线圈和中线圈并联连接之后与外线圈进行串联。
7.如权利要求1所述的等离子体装置，其特征在于，每个线圈包括至少两个线圈分支，且各个线圈分支相互嵌套且对称分布。
8.如权利要求7所述的等离子体装置，其特征在于，所述线圈分支为平面结构，且所述线圈分支均为平面螺旋线状，且各个线圈分支共面分布。
9.如权利要求7所述的等离子体装置，其特征在于，所述线圈分支为立体结构，且所述线圈分支均为立体螺旋线状，且各个线圈分支具有相同的中心轴线。
10.如权利要求7所述的等离子体装置，其特征在于，同一个线圈中包括的线圈分支为并联连接。
11.如权利要求2或4所述的等离子体装置，其特征在于，所述外线圈为平面结构，所述外线圈包括三个线圈分支，每个线圈分支均为平面渐开线，且各个线圈分支相互嵌套、对称分布、且相互共面； 所述内线圈为立体结构，所述内线圈为立体螺旋线。
12.如权利要求2或4所述的等离子体装置，其特征在于，所述外线圈为平面结构，所述外线圈包括三个线圈分支，每个线圈分支均为平面渐开线，且所述三个线圈分支相互嵌套、对称分布、且相互共面； 所述内线圈为平面结构，所述内线圈包括两个线圈分支，所述线圈分支均为平面渐开线，且所述两个线圈分支相互嵌套、对称分布、且相互共面。
13.如权利要求3或5所述的等离子体装置，其特征在于，所述选择开关具与射频源的射频电压或射频功率相匹配的阻抗。
14.如权利要求3或5所述的等离子体装置，其特征在于，所述选择开关为单刀双掷开关或单刀双掷继电器。
【文档编号】H05H1/46GK103906338SQ201210590619
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年12月31日 优先权日:2012年12月31日
【发明者】韦刚, 王东 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