TWI578368B - The heating element in the inductively coupled plasma etch element and the heating assembly set law - Google Patents
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Description
本發明涉及半導體製造領域，尤其涉及一種電感耦合電漿(ICP)蝕刻元件中的加熱組件及加熱組件設置方法。
如第1圖所示，是電感耦合電漿(ICP)蝕刻元件1的結構示意圖，該電感耦合電漿蝕刻元件中包含平面螺旋感應線圈2，感應線圈2的兩端藉由引線201連接射頻源3，感應線圈2在射頻源3的激發下，產生感應磁場(磁感線7如第1圖中虛線所示)。陶瓷射頻窗103將平面螺旋感應線圈2和真空腔101隔離開來，真空腔101內充滿反應氣體，在電磁場的作用下，氣體放電產生電漿102，對半導體基片5進行蝕刻。加熱組件4包含電阻絲401(如第2圖所示)，電阻絲401設置在陶瓷射頻窗103上方，位於平面螺旋感應線圈2下方，該電阻絲401的兩端連接電源6。如第2圖所示，輸入電流Iin從電源6流入電阻絲401的一端，輸出電流Iout從電阻絲的另一端流出回到電源6，形成完整的閉合回路。電流藉由電阻絲401產生熱量，對陶瓷射頻窗103進行加熱，從而使真空腔101維持恆定的溫度來提供蝕刻速率的一致性和均一性。
根據冷次定律，閉合線圈內產生的感應電動勢是正比於磁場強度(磁通量)和線圈內閉合區域面積的變化率。電感耦合電漿蝕刻元件1的加熱組件4中的電阻絲401和電源6組成閉合回路，在進行蝕刻的過程中，雖然電阻絲401形成的閉合線圈的面積固定，不會發生變化，但是由於射頻源3採用交流射頻
源，因此感應線圈2產生的感應磁場的方向會隨著電流方向的改變而改變，這就引起穿過電阻絲401形成的閉合回路內的磁通量發生變化，從而產生感應電動勢和感應電流，這些感應電流又進一步產生感應磁場，產生的感應磁場的方向與感應線圈2產生的電磁場方向相反，就抵消了一部分感應線圈2產生的本來會向下穿過陶瓷射頻窗103進入真空腔101的電磁場，這會導致耦合效率的大幅降低。這些感應電流流過電阻絲401也會發熱，形成的熱量受感應電流大小影響，最終使得加熱組件4上產生的熱量既要受外部加熱源6的控制，也受感應線圈2產生的電磁場強度的影響。感應線圈2產生的電磁場強度是需要根據電漿處理製程的需要隨意設置的，但是陶瓷射頻窗103上的溫度分佈確需要相對較穩定的控制，不能快速突變，否則會因為頻繁的熱膨脹收縮而開裂。所以業界需要能夠避免感應線圈2產生的電磁場對加熱組件的干擾的技術，以實現對陶瓷射頻窗上溫度的精確控制。
本發明提供一種電感耦合電漿(ICP)蝕刻元件中的加熱組件及加熱組件設置方法，可避免在加熱組件形成的閉合回路內產生感應電動勢，大大降低了對感應線圈形成的感應磁場的影響，提高了加熱的能力和均勻性。
為了達到上述目的，本發明提供一種電感耦合電漿蝕刻元件中的加熱組件，該加熱組件設置在電感耦合電漿蝕刻元件中，所述的電感耦合電漿蝕刻元件包含：感應線圈，感應線圈的兩端藉由引線連接射頻源，在射頻源的激發下，感應線圈產生感應磁場；真空腔，真空腔內的反應氣體在感應線圈產生的感應磁場的作用下產生電漿，對半導體基片進行蝕刻；陶瓷射頻窗，其將感應線圈和真空腔隔離開來；加熱組件包含電阻絲組件和隔離組件，電阻絲組
件和隔離組件設置在陶瓷射頻窗上表面，位於感應線圈下方；電阻絲組件包含：多層上下相疊設置的電阻絲部分，每一層電阻絲部分形成電阻絲層；連接位於相鄰電阻絲層內的至少兩個電阻絲部分的電阻絲連接部分；隔離組件包含多個設置在相鄰電阻絲層之間的絕緣材料層；所有電阻絲層上的電阻絲部分形狀相同且位置上下重合。
較佳地，電阻絲層的數量M為偶數，電阻絲連接部分的數量N=M-1，絕緣材料層的數量L=N=M-1。
較佳地，電阻絲組件的電流入口端位於第一層電阻絲層，電阻絲組件的電流出口端位於最後一層電阻絲層；或者，電阻絲組件的電流入口端位於最後一層電阻絲層，電阻絲組件的電流出口端位於第一層電阻絲層。
較佳地，加熱組件更包含連接電阻絲組件的電流入口端和電流出口端的電源。
本發明更提供一種設置電感耦合電漿蝕刻元件中的加熱組件的方法，該方法將一根完整的電阻絲組件分層設置，電阻絲組件分為電阻絲部分和電阻絲連接部分，電阻絲部分多層上下相疊設置，每一層電阻絲部分形成電阻絲層，電阻絲連接部分連接位於相鄰電阻絲層內的至少兩個電阻絲部分，該方法更設置隔離組件，隔離組件包含多個設置在相鄰電阻絲層之間的絕緣材料層；分層設置的電阻絲組件滿足以下條件：所有電阻絲層上的電阻絲部分形狀相同且位置上下重合，將電阻絲組件的閉合回路的面積減小到趨近為0。
較佳地，電阻絲層的數量M為偶數，電阻絲連接部分的數量N=M-1，絕緣材料層的數量L=N=M-1。
較佳地，電阻絲組件的電流入口端位於第一層電阻絲層，電阻絲組件的電流出口端位於最後一層電阻絲層；或者，電阻絲組件的電流入口端位於最後一層電阻絲層，電阻絲組件的電流出口端位於第一層電阻絲層。
本發明又提供一種電感耦合電漿蝕刻元件，電感耦合電漿蝕刻元件包含：感應線圈，感應線圈的兩端藉由引線連接射頻源，在射頻源的激發下，感應線圈產生感應磁場；真空腔，真空腔內的反應氣體在感應線圈產生的感應磁場的作用下產生電漿，對半導體基片進行蝕刻；陶瓷射頻窗，其將感應線圈和真空腔隔離開來；加熱組件，其設置在電感耦合電漿蝕刻元件中；加熱組件包含電阻絲組件和隔離組件，電阻絲組件和隔離組件設置在陶瓷射頻窗上表面，位於感應線圈下方；電阻絲組件包含：多層上下相疊設置的電阻絲部分，每一層電阻絲部分形成電阻絲層；連接位於相鄰電阻絲層內的至少兩個電阻絲部分的電阻絲連接部分；隔離組件包含多個設置在相鄰電阻絲層之間的絕緣材料層；所有電阻絲層上的電阻絲部分形狀相同且位置上下重合。
較佳地，電阻絲層的數量M為偶數，電阻絲連接部分的數量N=M-1，絕緣材料層的數量L=N=M-1。
較佳地，電阻絲組件的電流入口端位於第一層電阻絲層，電阻絲組件的電流出口端位於最後一層電阻絲層；或者，電阻絲組件的電流入口端位於最後一層電阻絲層，電阻絲組件的電流出口端位於第一層電阻絲層。
較佳地，加熱組件更包含連接電阻絲組件的電流入口端和電流出口端的電源。
本發明可避免在加熱組件形成的閉合回路內產生感應電動勢，大大降低了對感應線圈形成的感應磁場的影響，提高了加熱的能力和均勻性。
1‧‧‧電感耦合電漿蝕刻元件
101‧‧‧真空腔
102‧‧‧電漿
103‧‧‧陶瓷射頻窗
2‧‧‧感應線圈
201‧‧‧引線
3‧‧‧射頻源
4、8‧‧‧加熱組件
401‧‧‧電阻絲
5‧‧‧半導體基片
6、9‧‧‧電源
7‧‧‧磁感線
801‧‧‧電阻絲組件
81‧‧‧電阻絲部分
82‧‧‧電阻絲連接部分
83‧‧‧電流入口端
84‧‧‧電流出口端
第1圖是習知技術中電感耦合電漿蝕刻元件的結構示意圖。
第2圖是習知技術中加熱組件中電阻絲的佈置形式示意圖。
第3圖是包含本發明提供的加熱組件的電感耦合電漿蝕刻元件的結構示意圖。
第4圖是本發明提供的加熱組件中的電阻絲組件的剖面圖。
第5圖是本發明提供的加熱組件中的電阻絲組件的俯視圖。
以下根據第3至5圖，具體說明本發明的較佳實施例。
如第3圖所示，電感耦合電漿(ICP)蝕刻元件1包含：感應線圈2，感應線圈2的兩端藉由引線201連接射頻源3，在射頻源3的激發下，感應線圈2產生感應磁場；真空腔101，真空腔101內的反應氣體在感應線圈2產生的感應磁場的作用下產生電漿102，對半導體基片5進行蝕刻；陶瓷射頻窗103，其將感應線圈2和真空腔101隔離開來，陶瓷射頻窗103是平板狀的，或者是穹頂形的；加熱組件8包含電阻絲組件801和連接電阻絲組件801兩端的電源9，電阻絲組件801設置在陶瓷射頻窗103上，位於感應線圈2下方。
根據冷次定律，閉合線圈內產生的感應電動勢是正比於磁場強度(磁通量)和線圈內閉合區域面積的變化率。在電感耦合電漿蝕刻元件1中，難以控制穿過電阻絲組件801組成的閉合回路內的磁通量發生變化，那麼如果能夠儘量減小電阻絲組件801的閉合回路的面積，就能減少產生的感應電動勢和感應電流的影響，如果能將電阻絲組件801的閉合回路的面積減小到趨近為0，就完全沒有感應電動勢和感應電流產生，也就不會對感應線圈2產生的感應磁場帶來任何影響。
按此思路，本發明提供一種電感耦合電漿蝕刻元件中的加熱組件8，加熱組件8設置在電感耦合電漿蝕刻元件中，加熱組件8包含電阻絲組件801和隔離組件，更包含連接電阻絲組件801的電流入口端83和電流出口端84的電源9，電阻絲組件801和隔離組件設置在陶瓷射頻窗103上，位於感應線圈2下方。
如第4圖所示，電阻絲組件801是分層設置的一根完整電阻絲，電阻絲組件801包含：多層上下相疊置的電阻絲部分81，每一層電阻絲部分81形成電阻絲層；連接位於相鄰電阻絲層內的至少兩個電阻絲部分81的電阻絲連接部分82。
隔離組件包含多個設置在相鄰電阻絲層之間的絕緣材料層。
如第5圖所示，所有電阻絲層上的電阻絲部分81形狀相同且位置上下重合，將電阻絲組件801的閉合回路的面積減小到趨近為0。
電阻絲組件801的電流入口端83位於第一層電阻絲層，電阻絲組件801的電流出口端84位於最後一層電阻絲層；或者，電阻絲組件801的電流入口端83位於最後一層電阻絲層，電阻絲組件801的電流出口端84位於第一層電阻絲層。
電阻絲層的數量M為偶數，電阻絲連接部分82的數量N=M-1，絕緣材料層的數量L=N=M-1。
如第4圖所示，是本發明的一個實施例，電阻絲組件801設置在兩個電阻絲層上，兩個電阻絲層上的電阻絲部分81形狀相同且位置上下重合(如第5圖所示)，電阻絲組件801的電流入口端83位於第一層電阻絲層，電阻絲組件801的電流出口端84位於第二層電阻絲層，輸入電流Iin從電流入口端83流入電阻絲組件801，輸出電流Iout從電流出口端84回到電源9。
利用本發明提供的電阻絲組件801，可以使得閉合回路的面積無限趨近於0，避免了感應電動勢和感應電流產生，也就不會對感應線圈2產生的感應磁場帶來任何影響。
本發明更提供一種電感耦合電漿蝕刻元件中的加熱組件設置方法，將一根完整的電阻絲組件801分層設置，形成電阻絲部分81和電阻絲連接部分82，電阻絲部分81分層上下相疊設置，每一層電阻絲部分81形成電阻絲層，電阻絲連接部分82連接位於相鄰之電阻絲層內的至少兩個電阻絲部分81，更設置隔離組件，隔離組件包含多個設置在相鄰電阻絲層之間的絕緣材料層。
需保證分層設置的電阻絲組件801滿足以下條件：所有電阻絲層上的電阻絲部分81形狀相同且位置上下重合，將電阻絲組件801的閉合回路的面積減小到趨近為0。電阻絲組件801的電流入口端83位於第一層電阻絲層，電阻絲組件801的電流出口端84位於最後一層電阻絲層；或者，電阻絲組件801的電流入口端83位於最後一層電阻絲層，電阻絲組件801的電流出口端84位於第一層電阻絲層。
電阻絲層的數量M為偶數，電阻絲連接部分82的數量N=M-1，絕緣材料層的數量L=N=M-1。
本發明又提供一種電感耦合電漿蝕刻元件，電感耦合電漿蝕刻元件包含：感應線圈2，感應線圈2的兩端藉由引線201連接射頻源3，在射頻源3的激發下，感應線圈2產生感應磁場；真空腔101，真空腔101內的反應氣體在感應線圈2產生的感應磁場的作用下產生電漿102，對半導體基片5進行蝕刻；陶瓷射頻窗103，其將感應線圈2和真空腔101隔離開來；加熱組件8，其設置在電感耦合電漿蝕刻元件中；加熱組件8包含電阻絲組件801和隔離組件，更包含連接電
阻絲組件801的電流入口端83和電流出口端84的電源9，電阻絲組件801和隔離組件設置在陶瓷射頻窗103上，位於感應線圈2下方。
電阻絲組件801是分層設置的一根完整電阻絲，電阻絲組件801包含：多層上下相疊設置的電阻絲部分81，每一層電阻絲部分81形成電阻絲層；連接位於相鄰電阻絲層內的至少兩個電阻絲部分81的電阻絲連接部分82。
隔離組件包含多個設置在相鄰電阻絲層之間的絕緣材料層。
所有電阻絲層上的電阻絲部分81形狀相同且位置上下重合，將電阻絲組件801的閉合回路的面積減小到趨近為0。
電阻絲組件801的電流入口端83位於第一層電阻絲層，電阻絲組件801的電流出口端84位於最後一層電阻絲層；或者，電阻絲組件801的電流入口端83位於最後一層電阻絲層，電阻絲組件801的電流出口端84位於第一層電阻絲層。
電阻絲層的數量M為偶數，所述的電阻絲連接部分82的數量N=M-1，所述的絕緣材料層的數量L=N=M-1。
儘管本發明的內容已經藉由上述實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域具通常知識者閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的申請專利範圍來限定。
81‧‧‧電阻絲部分
82‧‧‧電阻絲連接部分
83‧‧‧電流入口端
84‧‧‧電流出口端
Claims (11)
- 一種電感耦合電漿蝕刻元件中的加熱組件，該加熱組件(8)設置在該電感耦合電漿蝕刻元件(1)中，該電感耦合電漿蝕刻元件(1)包含：感應線圈(2)，該感應線圈(2)的兩端藉由引線(201)連接射頻源(3)，在該射頻源(3)的激發下，該感應線圈(2)產生感應磁場；真空腔(101)，該真空腔(101)內的反應氣體在該感應線圈(2)產生的感應磁場的作用下產生電漿(102)，對半導體基片(5)進行蝕刻；陶瓷射頻窗(103)，其將該感應線圈(2)和該真空腔(101)隔離開來；其特徵在於，該加熱組件(8)包含電阻絲組件(801)和隔離組件，該電阻絲組件(801)和該隔離組件設置在該陶瓷射頻窗(103)上表面，位於該感應線圈(2)下方；該電阻絲組件(801)包含：多層上下相疊設置的電阻絲部分(81)，每一層該電阻絲部分(81)形成電阻絲層；連接位於相鄰之該電阻絲層內的至少二該電阻絲部分(81)的電阻絲連接部分(82)；該隔離組件包含多個設置在相鄰之該電阻絲層之間的絕緣材料層；複數個該電阻絲層上的該電阻絲部分(81)形狀相同且位置上下重合。
- 如申請專利範圍第1項所述之電感耦合電漿蝕刻元件中的加熱組件，其中該電阻絲層的數量M為偶數，該電阻絲連接部分(82)的數量N=M-1，該絕緣材料層的數量L=N=M-1。
- 如申請專利範圍第2項所述之電感耦合電漿蝕刻元件中的加熱組件，其中該電阻絲組件(801)的電流入口端(83)位於第一層的該電阻絲層，該電阻絲組件(801)的電流出口端(84)位於最後一層的該電阻絲層；或者，該電阻絲組件(801)的該電流入口端(83)位於最後一層的該電阻絲層，該電阻絲組件(801)的該電流出口端(84)位於第一層的該電阻絲層。
- 如申請專利範圍第3項所述之電感耦合電漿蝕刻元件中的加熱組件，其中該加熱組件(8)更包含連接該電阻絲組件(801)的該電流入口端(83)和該電流出口端(84)的電源(9)。
- 一種設置如申請專利範圍第1至4項中之任意一項所述之電感耦合電漿蝕刻元件中的加熱組件的方法，該方法將一根完整的電阻絲組件(801)分層設置，該電阻絲組件(801)分為電阻絲部分(81)和電阻絲連接部分(82)，該電阻絲部分(81)為多層上下相疊設置，每一層該電阻絲部分(81)形成電阻絲層，該電阻絲連接部分(82)連接位於相鄰之該電阻絲層內的至少二該電阻絲部分(81)，該方法更設置隔離組件，該隔離組件包含多個設置在相鄰之該電阻絲層之間的絕緣材料層；分層設置的該電阻絲組件(801)滿足以下條件：該複數個電阻絲層上的該電阻絲部分(81)形狀相同且位置上下重合，將該電阻絲組件(801)的閉合回路的面積減小到趨近為0。
- 如申請專利範圍第5項所述之設置電感耦合電漿蝕刻元件中的加熱 組件的方法，其中該電阻絲層的數量M為偶數，該電阻絲連接部分(82)的數量N=M-1，該絕緣材料層的數量L=N=M-1。
- 如申請專利範圍第6項所述之設置電感耦合電漿蝕刻元件中的加熱組件的方法，其中該電阻絲組件(801)的電流入口端(83)位於第一層的該電阻絲層，該電阻絲組件(801)的電流出口端(84)位於最後一層的該電阻絲層；或者，該電阻絲組件(801)的該電流入口端(83)位於最後一層的該電阻絲層，該電阻絲組件(801)的該電流出口端(84)位於第一層的該電阻絲層。
- 一種電感耦合電漿蝕刻元件，該電感耦合電漿蝕刻元件(1)包含：感應線圈(2)，該感應線圈(2)的兩端藉由引線(201)連接射頻源(3)，在該射頻源(3)的激發下，該感應線圈(2)產生感應磁場；真空腔(101)，該真空腔(101)內的反應氣體在該感應線圈(2)產生的感應磁場的作用下產生電漿(102)，對半導體基片(5)進行蝕刻；陶瓷射頻窗(103)，其將該感應線圈(2)和該真空腔(101)隔離開來；加熱組件(8)，其設置在該電感耦合電漿蝕刻元件中，該加熱組件(8)包含電阻絲組件(801)和隔離組件，該電阻絲組件(801)和該隔離組件設置在該陶瓷射頻窗(103)上表面，位於該感應線圈(2)下方；該電阻絲組件(801)包含：多層上下相疊設置的電阻絲部分(81)，每一層該電阻絲部分(81)形成電阻絲層； 連接位於相鄰之該電阻絲層內的至少二該電阻絲部分(81)的電阻絲連接部分(82)；該隔離組件包含多個設置在相鄰的該電阻絲層之間的絕緣材料層；複數個該電阻絲層上的該電阻絲部分(81)形狀相同且位置上下重合。
- 如申請專利範圍第8項所述之電感耦合電漿蝕刻元件，其中該電阻絲層的數量M為偶數，該電阻絲連接部分(82)的數量N=M-1，該絕緣材料層的數量L=N=M-1。
- 如申請專利範圍第9項所述之電感耦合電漿蝕刻元件，其中該電阻絲組件(801)的電流入口端(83)位於第一層的該電阻絲層，該電阻絲組件(801)的電流出口端(84)位於最後一層的該電阻絲層；或者，該電阻絲組件(801)的該電流入口端(83)位於最後一層的該電阻絲層，該電阻絲組件(801)的該電流出口端(84)位於第一層的該電阻絲層。
- 如申請專利範圍第10項所述之電感耦合電漿蝕刻元件，其中該加熱組件(8)更包含連接該電阻絲組件(801)的該電流入口端(83)和該電流出口端(84)的電源(9)。
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