[发明专利]一种等离子密度可调的离子源装置

说明书

本发明涉及一种等离子密度可调的离子源装置，属于半导体设备领域。等离子密度可调的离子源装置的放电腔的外侧缠绕线圈；射频模块与线圈相连接；气管道导入离子源腔室与所述放电腔相连通；离子源腔室与放电腔的同向开放端面设有格栅；放电腔由两个非统一直径的大径段放电腔及小径段放电腔组成；大径段放电腔及小径段放电腔相通；大径段放电腔的一端面为开放端面，该开放端面面向格栅。本发明涉及等离子密度可调的离子源装置，采用不同位置的线圈可以对晶圆的中间区域及边缘区域进行独立与整体轰击，使得调整放电腔的等离子体密度分布，保证刻蚀均匀性。

技术领域

本发明涉及一种等离子密度可调的离子源装置，属于半导体设备领域。

背景技术

离子源是使中性原子或分子电离，并从中引出离子束流的装置，它是各种类型的离子加速器、质谱仪、电磁同位素分离器、离子注入机、离子束刻蚀装置、离子推进器以及受控聚变装置中的中性束注入器等设备的不可缺少的部件。

射频感应耦合等离子体(RFICP)源由于其结构简单，能产生高密度的纯净等离子体，使用寿命长、以及性能价格比好等优点，所以在近年发展很快，目前使用的射频ICP源主要是圆筒形的，射频ICP源的射频线圈绕在电绝缘的石英放电室外边，当通过匹配网络将射频功率加到线圈上时，线圈中就有射频电流通过，于是产生射频磁通，并且在放电室内部沿着轴向感应出射频电场，其中的电子被电场加速，从而产生等离子体，同时线圈的能量被耦合到等离子体中。

现有的离子源装置或离子源石英腔结构中的离子源腔室及放电腔成相互套装结构，且均是在放电腔的外周壁上布置线圈；该由于射频ICP源为圆筒形，当射频电源加载在射频线圈上时，由于电流的趋肤效应，电流主要在放电腔腔壁内流过，在趋肤层内逐渐衰减，故放电腔内的等离子体密度一般呈现两边高，中间低的趋势。受射频功率和工作压力的影响，放电腔内的等离子体密度分布也会出现马鞍形趋势，由于等离子体密度分布不均匀，导致刻蚀速率不均，影响刻蚀均匀性。

发明内容

本发明提出一种等离子密度可调的离子源装置，对等离子体密度进行多段调节，改善刻蚀均匀性。

本发明采用如下技术方案：

本发明所述的等离子密度可调的离子源装置，包括离子源腔室和射频模块；离子源腔室内设有放电腔；所述放电腔的外侧缠绕有线圈；所述射频模块与线圈相连接；进气管道穿过所述离子源腔室与所述放电腔相连通；所述离子源腔室与所述放电腔的同向开放端面设有格栅；

所述放电腔为大径段放电腔及小径段放电腔组合形成凸形腔体结构；所述大径段放电腔及所述小径段放电腔相通且中心轴线保持一致；所述大径段放电腔的一端面为开放端面，该开放端面面向格栅。

本发明所述的等离子密度可调的离子源装置，所述放电腔的外侧缠绕线圈包括线圈一及线圈二；所述线圈一盘绕于所述大径段放电腔的封闭底部端面；所述线圈二盘绕于小径段放电腔的外周壁。

本发明所述的等离子密度可调的离子源装置，所述线圈一的盘绕直径大于所述线圈二的盘绕直径。

本发明所述的等离子密度可调的离子源装置，所述的线圈一为双层平面线圈，所述线圈一与大径段放电腔的封闭底部端面之间具有轴向间隙L，其中轴向间隙L为2mm~20mm。

本发明所述的等离子密度可调的离子源装置，所述的线圈二为双层螺旋线圈，所述线圈二与小径段的放电腔的筒身外周壁之间具有径向间隙R，其中径向间隙R为2mm~20mm.

本发明所述的等离子密度可调的离子源装置，所述的小径段放电腔的内径为大径段放电腔的内径的1/4~1/2。