[发明专利]一种线圈、介质筒和等离子体腔室

说明书

本发明提供一种线圈、介质筒和等离子体腔室。该线圈包括螺线管和设置在螺线管上的子线圈；子线圈的轴线与螺线管的轴线夹角大于0°且小于180°，使子线圈产生的磁场与螺线管产生的磁场具有不同的方向，以增加螺线管内的磁力线的水平分量。本发明等离子体腔室，包括腔体和主等离子体产生装置；主等离子体产生装置包括：射频电源、匹配器和主线圈，射频电源通过匹配器与主线圈电连接,以产生等离子体；等离子体腔室还包括设置在腔体侧壁的辅助等离子体产生装置；辅助等离子体产生装置包括激励电源和本发明的线圈；该线圈套置于腔体侧壁的内侧。采用本发明线圈的等离子体腔室，提高腔室内磁力线水平分量，减小晶圆表面损伤，且提高其处理速率。

技术领域

本发明涉及等离子体处理技术领域，具体地，涉及一种线圈、介质筒和等离子体腔室。

背景技术

随着半导体工艺技术的发展，多种半导体设备广泛应用于半导体制程。等离子体刻蚀或沉积是半导体制程中的关键一步，等离子体刻蚀或沉积的工作原理为将工艺气体(如氩气Ar、氦气He、氮气N₂、氢气H₂、氯气Cl₂、三氯化硼BCl₃、八氟环丁烷C₄F₈、四氟甲烷CF₄、六氟化硫SF₆等)通入真空腔室内，通过电激励或光激励方式将工艺气体进行解离、激发、电离等，被离化的自由基或离子通过自由扩散或场加速至晶圆表面并与晶圆材料相互作用，进行相应的刻蚀和沉积。

复杂的半导体工艺，往往伴随不同的半导体材料刻蚀和沉积，物理和化学性质因不同材料而各异，故对等离子体物理和化学性能有不同的需求。为解决不同需求，多种等离子体刻蚀系统被开发应用，主要有电感耦合ICP结构。

现有技术一中，图1所示为典型的ICP(电感耦合)等离子体产生系统，该系统主要通过主线圈5将射频电源7产生的射频功率经匹配器8后透过介质层6耦合至真空腔室17内。射频功率将经过进气管道15后进入腔室17内的气体解离激发后形成等离子体16，等离子体16经扩散至晶圆9表面并与之相互作用，形成刻蚀形貌。

现有技术一中的等离子体产生系统中等离子体产生源只有一个，比较单一，等离子体的密度和能量的可调节性小，对于复杂等离子体刻蚀应用有一定困难。

现有技术二如图2所示，通过在现有技术一的等离子体产生系统中添加磁场产生结构，即通过控制第一螺线管18透过其介质筒11在腔室17内产生外加磁场，通过外加磁场，控制腔室17内不同区域的等离子体特性；主要表现为通过对等离子体辉光区进行电子约束，脱离平面主线圈5激发区的电子通过外加磁场约束回旋碰撞，将电子能量进一步消耗，电子温度可有效降低，同时等离子体密度增加。

但现有技术二中第一螺线管18产生的磁场如图3所示，该磁场在沿第一螺线管18轴向的截面上的磁场不均匀，腔室中心部分磁场较弱，且该磁场方向沿第一螺线管18的轴向，在垂直于第一螺线管18轴向的水平方向上几乎没有磁场；这导致第一螺线管18内在垂直于第一螺线管18轴向的水平方向上电子约束不够充分，使得脱离平面电感线圈激发区的电子在外加磁场约束下回旋碰撞不够充分，电子能量依然较高，容易对晶圆表面造成损伤；同时，等离子体密度不够高，刻蚀速率仍然较慢。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述技术问题，提供一种线圈、介质筒和等离子体腔室。