[發明專利]電感耦合裝置和半導體處理設備

有效

• 申請號: 202010012890.3
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111192812B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 李興存
• 申請（專利權）人: 北京北方華創微電子裝備有限公司
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司 11315
• 代理人: 馬瑞

本發明公開了一種電感耦合裝置和半導體處理設備。所述電感耦合裝置包括射頻電源、介質筒以及環繞在所述介質筒的周向側壁且沿其軸向依次并列設置的至少兩組射頻線圈及直流電源，每組所述射頻線圈的輸入端均與所述射頻電源和所述直流電源的第一極電連接，每組所述射頻線圈的輸出端均與所述直流電源的第二極電連接并接地設置，以在介質筒內形成對應每組所述射頻線圈的電離區。借助所設計的多組射頻線圈的結構，在同樣射頻功率條件下，通過每組射頻線圈的電流降低，從而有效減小了高功率密度導致的趨膚效應問題，并且，工藝氣體可以依次經過兩個電離區，實現多次電離，可以有效提高感應耦合功率利用效率，最終可以提高等離子體密度。

技術領域

本發明涉及半導體制造技術領域，具體涉及一種電感耦合裝置和一種包括該電感耦合裝置的半導體處理設備。

背景技術

隨著三維疊層封裝、微機電系統(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)封裝、垂直集成傳感器陣列以及臺面金屬氧化物半導體(Metal Oxide Semiconductor，MOS)功率器件倒裝焊接技術的開發，硅通孔(Through Silicon Via，TSV)互連技術正在受到越來越廣泛的重視和研究。為了實現較高的刻蝕選擇比及刻蝕速率，往往采用遠程高密度等離子體(Remote High Density Plasma，Remote HDP)，此時基片位于等離子體下游，自由基濃度高，離子密度低，可以減少離子轟擊導致的掩膜層的損失，因此可以兼顧實現高刻蝕速率及選擇比。

在遠程等離子體中，通常采用螺線管線圈感應耦合等離子體源，其中，等離子體通過螺線管天線產生，并在下電極偏壓的作用下，實現等離子體密度與能量的獨立控制。

對螺線管感應耦合等離子體源，線圈與等離子體之間存在容性耦合和感性耦合，其中容性耦合部分所占的功率約為感性耦合功率的50％，因此為了獲得電感耦合等離子體(Inductively Coupled Plasma，ICP)模式下較高的等離子體密度，往往需要對等離子體源施加高功率密度。對電感耦合等離子體，功率密度的提高會導致兩個方面的問題：一是趨膚效應產生的感應電流方向與線圈電流方向相反，限制了有效功率的吸收；二是高功率密度導致介質窗產生熱效應，發生破裂現象，對平面感應耦合等離子體源，介質窗承受的最大功率密度約為1.5W/cm²；對螺線管感應耦合等離子體源，介質窗承受的最大功率密度約為4W/cm²。此外，隨著功率密度的提高，活性粒子表面附合、離子轟擊、光輻射等作用增強，導致介質窗材料的熱效應更加嚴重。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提出了一種電感耦合裝置和一種半導體處理設備。

為了實現上述目的，本發明的第一方面，提供了一種電感耦合裝置，用于半導體設備中電離工藝氣體形成等離子體，所述電感耦合裝置包括射頻電源以及介質筒，所述電感耦合裝置還包括環繞在所述介質筒的周向側壁且沿其軸向依次并列設置的至少兩組射頻線圈以及直流電源；其中，

每組所述射頻線圈的輸入端均與所述射頻電源和所述直流電源的第一極電連接，每組所述射頻線圈的輸出端均與所述直流電源的第二極電連接并接地設置，以在所述介質筒內形成對應每組所述射頻線圈的電離區。

可選地，所述電感耦合裝置還包括第一濾波器和第二濾波器，其中，

各所述射頻線圈的輸入端經由所述第一濾波器與所述直流電源的第一極電連接，各所述射頻線圈的輸出端經由所述第二濾波器與所述直流電源的第二極電連接。

可選地，所述第一濾波器和所述第二濾波器均為低通濾波器。

可選地，所述第一濾波器包括第一電感和第一電容，所述第二濾波器包括第二電感和第二電容；其中，

所述第一電感的第一端分別與所述直流電源的第一極以及所述第一電容的第一端電連接，所述第一電感的第二端分別與各所述射頻線圈的輸入端電連接，所述第一電容的第二端接地；