[发明专利]电感耦合线圈及等离子体加工设备

说明书

技术领域

本发明涉及微电子加工技术领域，具体地，涉及一种电感耦合线圈及等离子体加工设备。

背景技术

目前，电感耦合等离子体（Inductively Coupled Plasma，以下简称为ICP）设备因其可以在较低的工作气压下获得高密度和高均匀性的等离子体，且结构简单、制造成本较低，而被广泛应用在刻蚀蓝宝石衬底等基片的工艺中。

图1为现有的ICP设备的结构示意图。如图1所示，ICP设备包括反应腔室4和电感耦合线圈3。其中，在反应腔室4内设置有静电卡盘5，用以采用静电吸附的方式承载被加工工件6，并且，静电卡盘5依次与第一匹配器7和第一射频电源8电连接；电感耦合线圈3设置于反应腔室4的顶壁上方，其依次与第二匹配器2和第二射频电源1电连接。在进行工艺的过程中，第二射频电源1向电感耦合线圈3通入射频电流，以在反应腔室内产生交变磁场，该交变磁场又感应出涡旋电场，从而使反应腔室内的工艺气体在电磁场中获取能量并电离，进而产生高密度的等离子体。

在上述工艺过程中，电感耦合线圈3内的射频电流可以通过感性耦合的方式产生可加速等离子体中电子的运动行程的涡旋电场，该涡旋电场的强度和电场分布能够影响等离子体的密度高低和分布均匀性。而且，在电感耦合线圈3上产生的射频电压通过容性耦合的方式可以产生影响等离子体的辉光放电的静电场，该静电场的强度能够影响等离子体的启辉条件的严苛度。

另外，电感耦合线圈3的几何结构也可以影响由感性耦合产生的涡旋电场和由容性耦合产生的静电场的强度。在实际应用中，由于上述容性耦合的方式会产生电流驻波效应，并且由容性耦合产生的静电场的强度越高，电流驻波效应越严重，导致对反应腔室中的等离子体的密度及分布均匀性产生不良影响。为此，人们通常会将电感耦合线圈的径向截面设计为“竖立”的矩形或椭圆形等的高窄式形状，如图2所示，在这种情况下，可以提高由感性耦合产生的涡旋电场的强度，降低由容性耦合产生的静电场的强度。

采用上述降低或消除由容性耦合产生的静电场的强度的方法，可以减小容性耦合在工艺过程中所带来的不利影响，但这又会存在下述问题，即：

若降低或消除由容性耦合产生的静电场，则会提高等离子体的启辉条件的严苛度，导致必须提高射频电源的输入功率才能实现等离子体的辉光放电，这不仅增加了反应气体的离化的难度，减小了工艺窗口，而且还增加了射频电源的能量消耗，从而增加了生产成本。

发明内容

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及等离子体加工设备，其可以在保证等离子体的密度及分布均匀性满足工艺要求的前提下，降低等离子体的启辉条件的严苛度，从而不仅可以增大工艺窗口，而且可以降低激励电源的能量消耗。

为实现本发明的目的而提供一种电感耦合线圈，其包括径向截面不同的中心部和边缘部。

其中，所述中心部由纵向长度与横向长度比不小于1的第一线圈组成；所述边缘部由纵向长度与横向长度比不大于1的第二线圈组成。

其中，所述第一线圈相对于所述反应腔室的中心区域螺旋且水平或竖直缠绕至少一匝；所述第二线圈相对于所述反应腔室的边缘区域螺旋且水平或竖直缠绕的至少一匝。

其中，所述第一线圈与所述第二线圈并联；或者所述第一线圈与所述第二线圈串联。

其中，所述中心部包括多个第一线圈，每个所述第一线圈纵向长度与横向长度比不小于1；所述边缘部包括多个第二线圈，每个所述第二线圈纵向长度与横向长度比不大于1。

其中，每个所述第一线圈螺旋且水平或竖直缠绕至少一匝，并且所述多个第一线圈彼此并联，且相互嵌套；每个所述第二线圈螺旋且水平或竖直缠绕至少一匝，并且所述多个第二线圈彼此并联，且相互嵌套。

其中，所述多个第一线圈与所述多个第二线圈并联；或者所述多个第一线圈与所述多个第二线圈串联。

其中，所述中心部由纵向长度与横向长度比不小于1的第一线圈组成，所述第一线圈相对于所述反应腔室的中心区域螺旋且水平或竖直缠绕至少一匝；所述边缘部包括多个第二线圈，每个所述第二线圈纵向长度与横向长度比不大于1，每个所述第二线圈螺旋且水平或竖直缠绕至少一匝，并且所述多个第二线圈彼此并联，且相互嵌套。