[发明专利]一种电感线圈及电感耦合等离子体处理装置

说明书

技术领域

本发明涉及等离子处理设备，特别涉及一种等离子体处理装置的电感耦合线圈。

背景技术

近年来，随着半导体制造工艺的发展，对元件的集成度和性能要求越来越高，等离子体技术(Plasma Technology)得到了极为广泛的应用。等离子体技术通过在等离子体处理装置的反应腔室内通入反应气体并引入电子流，利用射频电场使电子加速，与反应气体发生碰撞使反应气体发生电离而等离子体，产生的等离子体可被用于各种半导体制造工艺，例如沉积工艺(如化学气相沉积)、刻蚀工艺(如干法刻蚀)等。

等离子体处理设备包括常见的电容耦合型和电感耦合型等离子体处理装置。在需要较高等离子浓度的应用场合，电感耦合型等离子处理装置是主流，现有技术CN2907173Y和JP2008251830中传统的电感耦合等离子反应腔包括一个腔体，腔体内下部设置有基座，基座上可以放置待处理的晶元。反应腔顶部为绝缘材料窗，通常绝缘材料窗是由石英等陶瓷材料制成。绝缘材料窗上方设置有连接到射频电源的射频线圈，射频线圈和绝缘材料窗之间通常还设置有法拉第屏蔽板。这些线圈作为天线产生射频电磁场，其中电磁场中只有部分磁场能够穿过法拉第屏蔽板进入反应腔内电离反应气体形成高浓度等离子体，大部分电场均被法拉第屏蔽板屏蔽在反应腔外。如CN2907173Y说明书第五页第二段所述，法拉第屏蔽板能够屏蔽电感线圈向反应腔内的电容耦合，进而减少等离子对绝缘材料层的轰击，也就减少轰击产生的颗粒物对待处理基片的污染也提高了绝缘窗的使用寿命和可靠性。

但是这样的反应腔结构也会带来严重的问题：由于法拉第屏蔽板的存在，感应线圈上产生的电场无法进入反应腔，只有部分磁场能进入，在点燃等离子体时会造成等离子体无法可靠点燃，需要额外的装置或者更高能功率输入射频线圈才能保证等离子点燃。等离子在点燃前后阻抗是会急剧变化的，从一个高阻抗的物质瞬间变成导体，而调节输入射频功率的匹配器需要机械结构来调节阻抗匹配，只能达到秒级，所以匹配器的反应速度远远赶不是点燃瞬间的阻抗变化情况，因此为了点燃等离子而施加的额外功率会错误的施加到反应腔中一段时间，在这段时间中过高的功率会对反应腔内的部件或者待加工的晶元造成不利的影响。同时由于法拉第屏蔽板的存在造成只有部分射频磁场能够进入反应腔中激励反应气体形成等离子体，部分射频能量被浪费了，大幅度降低了电能的使用效率。所以业界需要一种既能够减小感应线圈对反应腔的电容耦合同时又不会降低感应线圈中磁场能量馈入反应腔的效率，还能实现稳定的点燃等离子的技术方案。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种能够减小感应线圈对反应腔的电容耦合,同时又不会降低感应线圈中磁场能量馈入反应腔的效率的技术方案。

本发明提供一种电感耦合等离子体处理装置，包括：一个气密的反应腔，反应腔包括反应腔侧壁和顶部的绝缘材料窗，反应腔内其包括一个用于支撑待处理基片的基座；绝缘材料窗上方固定有一个电感线圈，所述电感线圈连接到一个射频电源；其特征在于：所述电感线圈包括第一线圈、第三线圈和一个中间线圈，所述第一线圈包括一个第一端连接到所述射频电源，还包括一个第二端连接到中间线圈第一端；中间线圈还包括一个第二端连接到所述第三线圈第一端；第三线圈还包括一个第二端连接到接地端，其中第一和第三线圈互相平行且位于中间线圈上方，第一和第三线圈的投影在中间线圈上。绝缘材料窗上方还可以包括第二电感线圈围绕在所述电感线圈外或者在所述电感线圈内。

优选的，所述第三线圈的第二端通过一个调平衡电路连接到所述接地端。所述调节所述调平衡电路使所述线圈上形成驻波，所述驻波的电压分布是第一线圈上任意一点的与第三线圈上相对应位置点的电压极性相反幅度相同而且所述中间线圈的电压幅度小于第一和第三线圈的电压幅度。

其中第一线圈的第二端通过第一连接部（12）连接到下方的中间线圈，中间线圈第二端通过通过第二连接部（23）连接到上方的第三线圈，中间线圈上的第一连接部和第二连接部之间还包括一个开口使第一连接部和第二连接部互相隔离。本发明所述第一线圈、中间线圈或第三线圈的长度和小于射频电源信号3倍半波长，优选的小于等于于射频电源信号半波长。