CN1662114A

CN1662114A - 等离子天线

Info

Publication number: CN1662114A
Application number: CN2005100087699A
Authority: CN
Inventors: 李龙炫
Original assignee: Jusung Engineering Co Ltd
Current assignee: Jusung Engineering Co Ltd
Priority date: 2004-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2025-02-25
Also published as: US7367281B2; KR101038204B1; TW200534533A; US20050183668A1; KR20050087137A; TWI362142B; CN1662114B

Abstract

等离子天线被设计成允许天线内的电子元件之间的连接在化学气相沉积处理期间在不改变天线结构的情况下发生变化，由此将清洗或沉积处理的效率最大化。所述等离子天线包括两个或两个以上分别从一RF电源向其提供RF电的线圈，和一个连接到所述线圈末端的开关。所述线圈构造成具有不同阻抗。可以根据一电感性耦合的等离子天线在不改变所述天线结构的情况下改变所述等离子天线的电路结构，以便根据处理类型(例如，清洗或沉积)产生并联类型等离子、串联类型等离子或电容性耦合等离子，使得可以有效地执行所述处理，由此通过归因于天线简单结构的生产成本的降低来提高生产力。

Description

等离子天线

技术领域

本发明涉及一种用于一等离子处理设备的等离子天线，而且更确切地说，涉及一种等离子天线，其被设计成允许天线的电子元件之间的连接在化学气相沉积处理期间在不改变天线结构的情况下发生变化，由此将清洗或沉积处理的效率最大化。

背景技术

在半导体装置的制造中，已经开发了各种等离子沉积和蚀刻。这归因于：与常用化学气相沉积处理相比，由于通过所述等离子激活反应气体，可以在更低的沉积温度和更高的沉积速度下执行等离子沉积处理。另外，可以通过适当地向等离子电极或基座施加相对偏压来更容易地执行等离子沉积或蚀刻处理。

对等离子处理设备来说，已经广泛使用电感性耦合的等离子处理设备和电容性耦合的等离子处理设备。另外，已经开发出一种新型等离子处理设备，其具有一耦合到所述典型等离子处理设备的基本组件的电场产生器。

常规电感性耦合等离子处理设备采用单个螺旋天线或者复数个独立的线圈天线。由于向所述天线施加RF电源，垂直于由所述天线构成的平面产生一随时间变化的磁场，并且所述磁场感应一腔室内的电场。接着，所述电场撞击电子以产生等离子。也就是说，随着电子碰撞周围的中性气态粒子，产生用于等离子蚀刻或沉积的离子和原子团。此外，可能通过使用独立高频率电源将电施加到晶片夹来控制入射到一个样品的离子光束的能量。

图1是一个示意图，其说明如所述常规等离子处理设备的一个实例的使用电感性耦合的等离子天线17的半导体处理设备的一整体结构。

参考附图1，为了执行沉积处理或为了在所述处理期间移除腔室内的一物体表面上的涂层膜，在一真空腔室11上装备等离子天线17以产生等离子。等离子天线17装备有一绝缘板(未图示)，其具有高导电性以通过由减少所述天线与所述等离子之间的电容性耦合而产生的电感性耦合将能量从RF电源转移到所述等离子。

同时，将等离子天线17连接到一连接到RF电源37的阻抗匹配装置35。此外，腔室11形成为具有一注气口27用于提供清洗气或沉积气，且其在一个下部分上装备有一晶片夹29，在所述晶片夹设置有待沉积的晶片。另外，真空腔室11进一步形成为具有一排气口(未图示)，气体通过所述排气口排到外面。由于电感性耦合的等离子处理设备10的这种结构，最初，通过使用一真空泵(未图示)将真空腔室11排空到预定真空水平以下，并向其提供反应气体以用于通过注气口27产生等离子，以便保持一预定压力。接着，从RF电源37向等离子天线17施加RF电源。同样，用等离子处理设备，可以通过将单一频带或多种频带的适当RF电源施加到一天线以产生电感应耦合等离子，例如等离子天线17，在所述真空腔室周围产生所述等离子。

同时，如图2a和图3a所示，用于半导体制造装备的清洗或沉积处理的等离子处理设备采用一螺旋天线，其中构成所述天线的单个线圈或复数个线圈分别串联和并联。

在图2a中，通过阻抗匹配电路40将RF电源41连接到一串联电路的螺旋天线。在这个结构中，由于所述天线的个别线圈为串联的，所以恒定电流流过个别线圈。然而，由于恒定电流流过个别线圈，因此难以控制电感性电场的分布。另外，由于构成所述天线的个别线圈为串联的，所述天线会引起压降增加)，因此增加因与等离子的电容性耦合所产生的影响。

因此，邻近腔室的内壁出现离子和电子的损失，由此所述等离子在其中心处的密度增加，而邻近所述腔室内壁的部分的密度降低。

图2b为图2a的等效电路图，其中向个别线圈的阻抗Z1、Z2、Z3和Z4施加RF电源41。在此，在所述天线构成一个串联电路的情况下，由于个别线圈为串联的，个别线圈的阻抗总和大于构成并联电路的天线的阻抗总和，其中个别线圈为并联的。因此，由于所述等离子，可能会损坏装备在所述天线与所述真空腔室之间的绝缘板。

在图3a和3b中，将一用于谐振的可变电容器连接到天线52的最外线圈的g点，其中所述天线52具有并联的螺旋绕线，并且所述电容器用于控制天线52中的电流，由此提供具有均匀密度的等离子。因此，即使施加到所述天线的等离子的电频率增加，仍不发生阻抗匹配的问题。在此情形中，当采用低于若干m托的更高真空水平的天线时，其产生表现理想特征的等离子，而当采用低于若干托的更低真空水平的天线时，其通常部分地产生浓缩等离子，由此部分地损坏待处理的物体。其主要原因为导致RF电聚中到一特定线圈上的结构问题。

对于所述天线的另一结构而言，存在具有复数个侧线圈以及复数个串联线圈的天线，其中将独立电源施加到个别线圈，且其分别需要用于阻抗匹配的匹配箱，由此使天线的结构变复杂。

发明内容

本发明致力于解决上述问题，而且本发明的一个目标在于提供一种等离子天线，其被设计成允许所述天线的电子元件之间的连接进行改变，若需要，在不改变天线结构的情况下在一个等离子处理设备中产生串联类型等离子、并联类型等离子或电容性耦合的等离子，由此最大化处理(例如清洗或沉积)的效率。

根据本发明的一个方面，可以通过提供一包括两个或两个以上线圈和复数个连接到所述线圈末端的开关的等离子天线，来完成上述和其他目标。

所述线圈可以包括一具有内端的内部线圈，其中电通过内端从外部输入，和一外部线圈，其中所述内部线圈具有比外部线圈更高的阻抗。

所述开关可以包括：一个装备在所述内部线圈的内端与所述外部线圈的内端之间的第一开关；一个装备在所述内部线圈的外端与所述外部线圈的内端或所述地面之间的第二开关；及一个装备在所述内部线圈的内端与所述外部线圈的外端或所述地面之间的第三开关。

与此同时，所述第一开关可以将所述内部线圈的内端与所述外部线圈的内端连接，所述第二开关可以将所述内部线圈的外端与所述地面连接，及所述第三开关可以将所述外部线圈的外端与所述地面连接。另外，所述第一开关可以将所述内部线圈的内端与所述外部线圈的内端断开，所述第二开关可以将所述内部线圈的外端与所述外部线圈的内端连接，及所述第三开关可以将所述地面与所述外部线圈的外端连接。另外，所述第一开关可以将所述内部线圈的内端与外部线圈的内端连接，所述第二开关可以将所述内部线圈的外端和所述外部线圈的内端连接，及所述第三开关可以将所述内部线圈的内端与所述外部线圈的外端连接。

所述线圈中的每一个都可以绕成一螺旋形状。

附图说明

本发明的上述和其他目的、特征和优势将从结合附图而说明的优选实施例的下文描述中变得更显而易见，其中：

图1展示了一个说明一常规等离子处理设备的横截面图；

图2a到3b展示了一个常规等离子天线的结构；

图4a和4b分别展示了一个根据本发明的等离子天线的结构和其等效电路图；

图5a和5b为根据本发明的等离子天线的等效电路图；和

图6a和6b分别展示根据本发明的等离子天线的结构和其等效电路图。

具体实施方式

现在将参考附图来详细描述优选实施例。

本发明可以应用到高密度等离子设备、等离子增强化学气相沉积(PECVD)设备或等离子处理设备，例如用于蚀刻的设备。在下面实施例中，将详细描述本发明的高密度等离子处理设备。

用于产生等离子的情况在使用等离子的沉积处理和蚀刻处理中明显不同。当通过使用同样的电感性耦合等离子设备来产生高密度等离子时，难以实施达到适合沉积处理和蚀刻处理的两种情况的等离子处理设备。

在构成并联电路(其中电子元件为并联的)的天线的情形中，由于其具有低阻抗，因此高电流在天线中流动，且高密度等离子由所述天线感应，由此允许在晶片表面上容易地产生均匀的等离子。可以通过根据所述天线的内部线圈与外部线圈间的阻抗差异来控制所述天线的个别线圈的电流从而实现等离子的均匀性。在沉积处理中，由于一晶片表面上的等离子的均匀性对晶片表面上的均匀沉积至关重要，所以较佳地在真空腔室具有若干m托压力的条件下操作所述并联电路的天线。

在构成串联电路(其中电子元件为并联的)的天线的情形中，由于其具有比并联电路的天线更高的阻抗，所以更低电流在天线中流动而向天线施加更高电压。在清洗处理中，由于真空腔室内的清洁非常重要，并且在真空腔室内的整个反应空间中产生的等离子的均匀性对保持清洁至关重要，所以较佳地在真空腔室具有若干托压力的情况下使用串联电路的天线。

如上所述的电感性耦合的等离子(ICP)需要高电流作为用于产生等离子的主要因素，且其主要用于具有比电容性耦合等离子(CCP)更高真空水平的真空腔室中。同时，电容性耦合的等离子需要高电压作为产生等离子的主要因素，且其主要用于具有相对较低真空水平(例如，几十m托到几十m托)的真空腔室中。因此，在清洗处理期间使用电容性耦合的等离子更有效。

现在将参考附图详细描述根据本发明的等离子天线。

参考附图4a，说明了根据本发明的等离子天线的概念图，且图4b为图4a的等效电路图。本发明的天线62为在一真空腔室的外壁上装备的螺旋天线，且将一驱动单元合其电子电路形成到单个匹配箱60中，单一匹配箱与真空腔室分离。

在图4a中，天线62包括一个构成内部绕线的线圈1(从a点到b点)，和一个构成外部绕线的线圈2(从c点到d点)，其中每一个线圈1和2都螺旋地卷绕一次或多次，并构成串联电路。此时，每一个线圈1或2的绕线次数最好为2到100。

线圈1和2中的每一个可以组成单个绕线或双绕线。

线圈1和2构造成具有如下的阻抗差。也就是说，当线圈具有Z₁及线圈2具有Z₂时，线圈1与2之间的关系可以表示为Z₁＞Z₂。如需要，也就是说根据处理类型，在天线62与电源61之间装备匹配箱60以执行阻抗匹配。所述匹配箱可以提供为一个具有一可变电容器、一匹配网络、一马达和所述嵌入其中的电路的外壳。

在图4a中，由于从a点到b点的内部线圈(线圈1)的阻抗与从c点到d点的外部线圈(线圈2)的阻抗之间的差异，产生输入到两个线圈的RF电之间的差异，由此导致不同电流在所述两个线圈中流动。也就是说，更高电流在具有更低阻抗的线圈2中而非在具有更高阻抗的线圈1中流动。因此，在邻近外部线圈(线圈2)的部分产生比在内部线圈(线圈1)处更多等离子。考虑到晶片的表面，等离子不集中在其中心上，且保持了所述等离子的整体均匀性。也就是说，当使用构成所述并联电路的天线时，更大电流在所述天线的外部线圈中流动以用于确保所述晶片表面上的等离子的均匀性。

同时，线圈的阻抗与绕线次数和线圈的旋转圈半径有关。即，线圈的阻抗可以被定义如下：

Z＝ωL(ω＝2πf)

其中Z为阻抗，f为频率而L为电感。

根据上述关系，可以了解阻抗与电感成比例。因此，天线线圈的旋转圈半径越小，则线圈的阻抗越低，所以在现有技术的典型天线中内部线圈具有比外部线圈更低的阻抗。

在图4b中，说明根据本发明的实施例的天线的电路图。在所述内部线圈和所述外部线圈的末端处(即，向线圈1和线圈2)提供开关S1、S2和S3。关于开关，使用真空继电器或其类似物。开关S1可以连接所述内部线圈的内端a和所述外部线圈的内端c，而所述内部线圈的外端和所述外部线圈(即，线圈2)的外端分别连接到开关S2和S3，每一个开关都在其一端接地。对于选择器开关而言，每一个开关S2和S3可以在接地与连接到e或f点之间选择。更详细地说，开关S2可以连接所述内部线圈的外端b与所述外部线圈的内端c或e，且还可以接地。开关S3可以连接所述内部线圈的内端a或f与外部线圈的外端d或e，而且还可以接地。

根据此等开关的操作，由内部线圈和外部线圈组成的天线可以构成串联电路或并联电路。

如果为了沉积处理的效率而在并联电路中操作天线，如图5a中所示，将S2和S3闭合以允许点b和d接地，同时将S1闭合，由此构成天线的并联电路。接着，通过分别感应线圈1和2的阻抗Z₁与Z₂之间的阻抗差异来感应比放置在线圈1的内部部分处的线圈1中更大的电流在线圈2中流动，由此感应天线来产生更均匀的等离子。因此，可以在所述晶片表面上均匀保持等离子密度，由此允许有效沉积。

在清洗期间，与并联类型等离子相比，串联类型等离子对清洗更有效，而且电容性耦合的等离子比串联类型等离子更有效。如果在串联电路中操作天线，将开关S2连接到线圈2的e点，而且将开关S3连接以允许点d接地，同时将开关S1断开，由此构成如图5b所示的并联电路。接着，在真空腔室的整个空间中均匀保持等离子密度，由此允许有效地执行整个清洗处理。

如图6a和6b中所示，为了构成用于产生电容性耦合的等离子的天线，将开关S2连接到线圈2的e点，而且将开关S3连接到f点，从f点提供RF电，而开关S1为短路的。也就是说，天线的电输入或输出部分为短路的，而且天线从地面上浮动。因此，当短路天线的电输入或输出部分时，可以操作天线以经由电容性耦合的等离子的效果来产生等离子。

可以如任何结构一样操作处理本发明的设备的等离子以用于在不改变天线结构的情况下通过开关的断开和闭合操作来产生串联类型等离子、并联类型等离子和电容性耦合的等离子。因此，根据处理类型(例如沉积或清洗)，可能选择性地构成作为串联电路类型天线、并联电路类型天线或电容性耦合的等离子天线的天线以用于最大化处理效率。

从上文描述可以了解，根据等离子天线，可以根据处理类型通过嵌入等离子天线中的开关的闭合或断开操作来适当控制真空腔室内的等离子。也就是说，可以改变天线线圈的排列以根据沉积处理或清洗处理来提供并联或串联，使得可控制地馈入真空腔室内的等离子以允许最有效地执行沉积或清洗处理，由此确保建立稳固系统，同时通过降低制造成本来提高生产力。进一步，本发明的天线具有简单电路结构，由此允许天线以所述结构进行操作以根据处理(例如沉积或清洗)类型通过开关的断开或闭合操作用于并联类型等离子、串联类型等离子或电容性耦合的等离子。

应理解已经为说明目的而描述了如上所述的实施例和附图而且本发明由下文申请专利范围限制。进一步，所属领域的技术人员将了解允许在不偏离由附属申请专利范围所陈述的本发明的范畴和精神的情况下作出各种修正、添加和替代。

Claims

1.一种等离子天线，其包括：

两个或两个以上线圈；和

连接到所述线圈末端的开关。

2.根据权利要求1所述的天线，其中所述线圈包括一个具有一内端的内部线圈，通过所述内部线圈从外部输入电，和一个外部线圈，所述内部线圈具有比所述外部线圈更高的阻抗。

3.根据权利要求2所述的天线，其中所述开关包括：

一个第一开关，其装备在所述内部线圈的所述内端与所述外部线圈的所述内端之间；

一个第二开关，其装备在所述内部线圈的一外端与所述外部线圈的所述内端或地面之间；和

一个第三开关，其装备在所述内部线圈的所述内端与所述外部线圈的一外端或地面之间。

4.根据权利要求3所述的天线，其中所述第一开关将所述内部线圈的所述内端与所述外部线圈的所述内端连接，

所述第二开关将所述内部线圈的所述外端与所述地面连接，和

所述第三开关将所述外部线圈的所述外端与所述地面连接。

5.根据权利要求3所述的天线，其中所述第一开关将所述内部线圈的所述内端与所述外部线圈的所述内端断开，

所述第二开关将所述内部线圈的所述外端与所述外部线圈的所述内端连接，和

所述第三开关将所述地面与所述外部线圈的所述外端连接。

6.根据权利要求3所述的天线，其中所述第一开关将所述内部线圈的所述内端与所述外部线圈的所述内端连接，

所述第三开关将所述内部线圈的所述内端与所述外部线圈的所述外端连接。

7.根据权利要求2所述的天线，其中所述线圈中的每一个均绕成一螺旋形状。