[发明专利]用于产生等离子体的线圈结构及半导体工艺设备

说明书

本发明提供一种用于产生等离子体的线圈结构及半导体工艺设备，该线圈结构中，每个线圈单元均包括M个线圈组，M为大于等于4的整数；M个线圈组的结构相同，且相互并联；M个线圈组中的各层所述平面线圈一一对应地同层设置，并且位于同一层的M个平面线圈沿平面线圈的圆周方向相互间隔，且均匀分布；线圈组包括相互平行的N层平面线圈，N为大于等于4的偶数；N层平面线圈沿垂直于平面线圈所在平面的方向间隔设置，且依次首尾串接；每相邻两层平面线圈在平面线圈所在平面上的正投影呈镜像对称。本发明的技术方案，既可以提高在线圈在其下方产生的耦合能量在径向、角向上的分布均匀性，又可以提高线圈的整体耐压能力，从而可以实现大功率馈入。

技术领域

本发明涉及半导体加工技术领域，具体地，涉及一种半导体工艺设备中用于产生等离子体的线圈结构及半导体工艺设备。

背景技术

电感耦合等离子体(Inductive Coupled Plasma，ICP)源是半导体领域中进行干法刻蚀和薄膜沉积常用的一种等离子体源。ICP源由高频电流通过线圈产生的高频电磁场激发气体产生等离子体，可以在较低腔室压力下工作，具有等离子体密度高、对工件损伤小等特点。随着特征尺度的日益缩小，在工艺加工过程中所面临的挑战也越来越严峻，其中一个很重要的要求是等离子体源的一致性，对于ICP源，线圈分布对刻蚀的形貌及其均匀性有关键性作用，需要不断优化线圈电流径向及角向分布的均匀对称性，以进一步提升等离子体加工设备制造高度集成器件工艺的能力。

图1为现有的一种线圈结构的示意图。图2A为图1中的线圈结构在其径向截面上的投影图。如图1和图2A所示，该线圈结构包括内线圈组 11和外线圈组12，二者均由两个平面线圈组成，且两个平面线圈相对于其轴向呈180°旋转对称分布，每个平面线圈在其径向截面上的正投影形状均为渐开线形，且线圈圈数为1.5匝。内线圈组11和外线圈组12各自的两个平面线圈的位于外圈的外端并联，并与匹配器13的输出端电连接，位于内圈的内端并联，并与匹配器13的输入端电连接。

如图2A所示，以单个平面线圈的形状为渐开线形，且该渐开线为 1.5匝为例，该渐开线位于图2A中示出的虚线两侧的左、右两个部分的几何分布是不均匀的，导致电磁场左、右分布不对称，从而导致线圈左、右电流不同，这在工艺过程中会造成等离子体中的自由基及离子密度分布的不对称，即导致等离子体分布不均匀，从而导致对晶圆刻蚀不均匀，对刻蚀质量或效率产生不良影响。

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，提出了一种半导体工艺设备中用于产生等离子体的线圈结构及半导体工艺设备，其既可以补偿线圈在径向上的电流分布差异，提高在线圈在其下方产生的耦合能量在径向、角向上的分布均匀性，从而提高等离子体中的自由基及离子密度在径向上的分布均匀性，又可以提高线圈的整体耐压能力，从而可以实现大功率馈入。

为实现上述目的，本发明提供了一种半导体工艺设备中用于产生等离子体的线圈结构，所述线圈结构包括至少一个线圈单元，每个所述线圈单元均包括M个线圈组，M为大于等于4的整数；M个所述线圈组的结构相同，且相互并联；M个所述线圈组中的各层所述平面线圈一一对应地同层设置，并且位于同一层的M个所述平面线圈沿所述平面线圈的圆周方向相互间隔，且均匀分布；

每个所述线圈组均包括相互平行的N层平面线圈，N为大于等于4 的偶数；N层所述平面线圈沿垂直于所述平面线圈所在平面的方向间隔设置，且依次首尾串接；每相邻两层所述平面线圈在所述平面线圈所在平面上的正投影呈镜像对称。

可选的，所述M为大于等于4的偶数；

M个所述线圈组的输入端同层设置，且在所述平面线圈的圆周方向上划分为M/2个输入端组，每个所述输入端组均包括相邻的两个所述线圈组的输入端，且相邻的两个所述线圈组的输入端之间连接有第一延长段，用以将二者并联；所述M/2个输入端组中的所述第一延长段之间并联；