太阳城集团

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用于等离子体处理的RF馈电结构.pdf

摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201010240683.X

申请日:

2010.07.28

公开号:

CN102056391B

公开日:

2015.01.07

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H05H 1/24申请日:20100728|||著录事项变更IPC(主分类):H05H 1/24变更事项:申请人变更前:应用材料股份有限公司变更后:应用材料公司变更事项:地址变更前:美国加利福尼亚州变更后:美国加利福尼亚州|||公开
IPC分类号: H05H1/24 主分类号: H05H1/24
申请人: 应用材料公司
发明人: 陈志刚; 沙希·拉夫; 肯尼思·S·柯林斯; 马丁·杰夫·萨利纳斯; 萨姆尔·班纳; 瓦伦丁·N·托多罗夫
地址: 美国加利福尼亚州
优先权: 2009.10.26 US 61/254,838; 2010.06.23 US 12/821,626
专利代理机构: 北京律诚同业知识产权代理有限公司 11006 代理人: 徐金国;赵静
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法律状态
申请(专利)号:

CN201010240683.X

授权太阳城集团号:

太阳城集团102056391B|||||||||

法律状态太阳城集团日:

太阳城集团2015.01.07|||2012.12.12|||2012.02.22|||2011.05.11

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||著录事项变更|||公开

摘要

本发明提供用于等离子体处理的设备。在一些实施方式中,RF馈电结构包括将RF功率耦合到多个对称布置的堆叠的第一RF线圈元件的第一RF馈电器;围绕所述第一RF馈电器同轴设置并与所述第一RF馈电器电绝缘的第二RF馈电器,所述第二RF馈电器将RF功率耦合到多个对称布置的堆叠的第二RF线圈元件,其中所述第二RF线圈元件与所述第一RF线圈元件同轴设置。在一些实施方式中,等离子体处理设备包括第一RF线圈;围绕所述第一RF线圈同轴设置的第二RF线圈;第一RF馈电器,所述第一RF馈电器耦接到所述第一RF线圈以将RF功率提供到所述第一RF线圈;以及围绕所述第一RF馈电器同轴设置并与所述第一RF馈电器电绝缘的第二RF馈电器,所述第二RF馈电器耦接到所述第二RF线圈以将RF功率提供到所述第二RF线圈。

权利要求书

1: 一种 RF 馈电结构, 包括 : 第一 RF 馈电器, 所述第一 RF 馈电器具有配置成接收 RF 功率的第一端和配置成将 RF 功率耦合到多个对称布置的堆叠的第一 RF 线圈元件并与该第一端相对的第二端 ; 第二 RF 馈电器, 所述第二 RF 馈电器围绕所述第一 RF 馈电器同轴设置并与所述第一 RF 馈电器电绝缘, 所述第二 RF 馈电器具有配置成接收 RF 功率的第一端和配置成将 RF 功率耦 合到多个对称布置的堆叠的第二 RF 线圈元件并与该第一端相对的第二端, 其中所述第二 RF 线圈元件与所述第一 RF 线圈元件同轴设置。
2: 根据权利要求 1 所述的 RF 馈电结构, 其中所述第一和第二 RF 馈电器围绕中心轴同 轴地设置并为大致线性。
3: 根据权利要求 1 所述的 RF 馈电结构, 其中 : 所述第一 RF 馈电器进一步包括邻近所述第一 RF 馈电器的第一端并围绕所述第一 RF 馈电器对称设置的多个第一终端 ; 以及 所述第二 RF 馈电器进一步包括邻近所述第二 RF 馈电器的第二端并围绕所述第二 RF 馈电器对称设置的多个第二终端, 每个所述第二终端用于将所述第二 RF 馈电器耦接到第 二线圈元件。
4: 根据权利要求 3 所述的 RF 馈电结构, 其中所述第一 RF 馈电器进一步包括耦接到所 述第一 RF 馈电器的第一端的基座, 所述基座具有多个设置在其上的第一终端, 并且其中所 述第二 RF 馈电器进一步包括围绕所述第二 RF 馈电器并邻近所述第二 RF 馈电器的第二端 耦接到所述第二 RF 馈电器的环形凸缘, 所述环形凸缘具有设置在其上的所述多个第二终 端。
5: 根据权利要求 1 所述的 RF 馈电结构, 其中所述第二 RF 馈电器进一步包括 : 围绕所述第一 RF 馈电器同轴设置的导电管。
6: 根据权利要求 5 所述的 RF 馈电结构, 其中所述导电管具有约 2 英寸到约 8 英寸 ( 约 5cm 到约 20cm) 之间的长度。
7: 根据权利要求 1 所述的 RF 馈电结构, 其中所述第二 RF 馈电器进一步包括 : 围绕所述第二 RF 馈电器并邻近所述第二 RF 馈电器的第二端耦接到所述第二 RF 馈电 器的环形盘, 所述环形盘配置成将 RF 功率耦合到所述第二 RF 馈电器。
8: 根据权利要求 1 所述的 RF 馈电结构, 其中所述第一和第二 RF 馈电器具有一长度, 使 得通过 RF 电流在所述第一和第二 RF 馈电器中流动所形成的磁场对通过 RF 电流在所述第 一和第二 RF 线圈元件中流动所形成的电场的对称性基本上没有影响。
9: 一种等离子体处理设备, 包括 : 第一 RF 线圈 ; 第二 RF 线圈, 所述第二 RF 线圈围绕所述第一 RF 线圈同轴设置 ; 第一 RF 馈电器, 所述第一 RF 馈电器耦接到所述第一 RF 线圈以将 RF 功率提供给所述 第一 RF 线圈 ; 以及 第二 RF 馈电器, 所述第二 RF 馈电器围绕所述第一 RF 馈电器同轴设置并与所述第一 RF 馈电器电绝缘, 所述第二 RF 馈电器耦接到所述第二 RF 线圈以将 RF 功率提供给所述第二 RF 线圈。
10: 根据权利要求 9 所述的等离子体处理设备, 其中所述第二 RF 馈电器进一步包括 : 2 围绕所述第一 RF 馈电器同轴设置的导电管, 所述导电管具有邻近所述第二 RF 线圈的 第一端以及与所述第一端相对的第二端。
11: 根据权利要求 10 所述的等离子体处理设备, 其中所述第二 RF 馈电器进一步包括 : 围绕所述导电管并邻近所述导电管的第二端耦接到所述导电管的环形盘, 所述环形盘 配置成将 RF 功率耦合到所述第二 RF 馈电器。
12: 根据权利要求 9 所述的等离子体处理设备, 进一步包括 : 耦接到所述第一和第二 RF 馈电器的匹配网络, 所述匹配网络配置成将 RF 功率耦合到 所述第一和第二 RF 馈电器 ; 以及 用于在所述第一和第二 RF 馈电器之间以所需功率比率来分配功率的功率分配器, 所 述功率分配器为匹配网络的一部分或设置在匹配网络的输出端与 RF 馈电结构之间。
13: 根据权利要求 12 所述的等离子体处理设备, 进一步包括 : 耦接到所述匹配网络以将 RF 功率提供给所述第一和第二 RF 线圈的 RF 电源。
14: 根据权利要求 9 所述的等离子体处理设备, 其中所述第一 RF 线圈为内线圈, 并且所 述第二 RF 线圈为外线圈。
15: 根据权利要求 9 所述的等离子体处理设备 : 其中所述第一 RF 线圈进一步包括多个对称布置的堆叠的第一 RF 线圈元件, 而且其中 每个第一 RF 线圈元件进一步包括从其向内延伸并耦接到所述第一 RF 馈电器的腿 ; 以及 其中所述第二 RF 线圈进一步包括多个对称布置的堆叠的第二 RF 线圈元件, 其中每个 第二 RF 线圈元件进一步包括从其向内延伸并耦接到所述第二 RF 馈电器的腿。
16: 根据权利要求 15 所述的等离子体处理设备, 其中所述第一 RF 馈电元件的腿围绕所 述第一 RF 馈电器对称地布置, 而且其中所述第二 RF 馈电元件的腿围绕所述第二 RF 馈电器 对称地布置。
17: 根据权利要求 9 所述的等离子体处理设备, 其中所述第一 RF 线圈进一步包括两个 对称布置的堆叠的第一 RF 线圈元件, 每个所述第一 RF 线圈元件具有径向向内延伸并耦接 到所述第一 RF 馈电器的腿, 并且所述第二 RF 线圈进一步包括四个对称布置的堆叠的第二 RF 线圈元件, 每个所述第二 RF 线圈元件具有径向向内延伸并耦接到所述第二 RF 馈电器的 腿。
18: 根据权利要求 17 所述的等离子体处理设备, 其中所述第一 RF 线圈和所得第二 RF 线圈太阳城集团彼此旋转 45 度, 使得所述第一 RF 线圈的腿与相邻的所述第二 RF 线圈的腿等距地 隔开。
19: 根据权利要求 9 所述的等离子体处理设备, 其中所述第一 RF 线圈进一步包括四个 对称布置的堆叠的第一 RF 线圈元件, 每个所述第一 RF 线圈元件具有径向向内延伸并耦接 到所述第一 RF 馈电器的腿, 并且所述第二 RF 线圈进一步包括四个对称布置的堆叠的第二 RF 线圈元件, 每个所述第二 RF 线圈元件具有径向向内延伸并耦接到所述第二 RF 馈电器的 腿。
20: 根据权利要求 19 所述的等离子体处理设备, 其中所述第一 RF 线圈和所得第二 RF 线圈太阳城集团彼此旋转 45 度, 使得所述第一 RF 线圈的腿与相邻的所述第二 RF 线圈的腿等距地 隔开。

说明书


用于等离子体处理的 RF 馈电结构

    【技术领域】
     本发明的实施方式主要涉及等离子体处理设备。背景技术 电感耦合等离子体 (ICP) 工艺反应器主要通过由设置在处理腔室外部的一个或 多个感应线圈在处理腔室内设置的工艺气体中感应电流来形成等离子体。 这些感应线圈可 设置在所述腔室外, 并通过例如介质盖 (dielectric lid) 而与所述腔室电性隔离。当射频 (RF) 电流经由来自 RF 电源的 RF 馈电结构 (feed structure) 馈送 (feed) 到这些感应线圈 时, 能由这些感应线圈所产生的电场而在腔室内部形成电感耦合等离子体。
     发明人发现了由于 RF 馈电结构的不对称形状而导致的磁场不对称, 因此感应线 圈产生的电场也不对称, 使得这些感应线圈所产生的等离子体具有不对称的分布。
     因此, 发明人设计出一种改进的 RF 馈电结构以克服磁场和电场的不对称。
     发明内容 本发明提供用于等离子体处理的设备。在一些实施方式中, RF 馈电结构包括 : 将 RF 功率耦合到多个对称布置的堆叠的第一 RF 线圈元件的第一 RF 馈电器 (feed) ; 与该第一 RF 馈电器同轴地设置并与该第一 RF 馈电器电绝缘的第二 RF 馈电器, 该第二 RF 馈电器将 RF 功率耦合到多个对称布置的堆叠的第二 RF 线圈元件, 该第二 RF 线圈元件与该第一 RF 线 圈元件同轴地设置。
     在一些实施方式中, 等离子体处理设备包括 : 第一 RF 线圈 ; 与该第一 RF 线圈同轴 设置的第二 RF 线圈 ; 耦接到该第一 RF 线圈从而为其提供 RF 功率的第一 RF 馈电器 ; 以及与 该第一 RF 馈电器同轴地设置并与该第一 RF 馈电器电绝缘的的第二 RF 馈电器, 该第二 RF 馈电器耦接到该第二 RF 线圈从而为其提供 RF 功率。本发明的其它以及进一步的实施方式 在下文中描述。
     附图说明 上面所简要概述的以及下面将要详细描述的本发明的实施方式可参考附图中描 述的本发明的示例性实施方式进行理解。 然而, 应当注意到, 附图仅示出本发明的典型实施 方式, 由于本发明还可允许其它等效实施方式, 因此附图并不被认为限制了本发明的范围。
     图 1 描述根据本发明的一些实施方式的电感耦合等离子体反应器的侧试示意图。
     图 2A-2B 描述根据本发明的一些实施方式的 RF 馈电结构。
     图 3A-3B 描述根据本发明的一些实施方式的电感耦合等离子体设备的俯视示意 图。
     图 4 描述了根据本发明的一些实施方式的电感耦合等离子体的侧视示意图。
     图 5A-5D 说明性地描述使用传统设备和本发明公开的一实施方式中的设备所产 生的电场的曲线图。
     为了便于理解, 在可能之处, 采用相同的参考标记表示附图中共有的相同元件。 附 图没有按比例绘制, 并且可能被简化以使其清楚。 除非不兼容或明确声明为相反, 否则一个 实施方式中的元件和特征可有效地并入其它的实施方式而不做进一步的叙述。 具体实施方式
     这里提供了一种用于等离子体处理的设备。在一些实施方式中, 本发明的设备包 括用于将 RF 功率耦合到感应 RF 线圈的 RF 馈电结构。本发明的 RF 馈电结构有利地减小了 邻近感应 RF 线圈的磁场的不对称, 这样由 RF 线圈产生的电场是对称的, 或者与使用传统的 RF 馈电器相比更对称, 因此促进了具有对称的或更对称的电场分布的等离子体的形成。
     图 1 描述了根据本发明的一些实施方式的电感耦合等离子体反应器 100 的示例性 和简化的侧视示意图。图 4 中示出了适用于本发明的实施方式的示例性等离子体反应器的 更详细的示图。等离子体反应器包括设置在处理腔室 104 顶上的电感耦合等离子体设备 102。电感耦合等离子体设备 102 包括 RF 馈电结构 106, 用于将 RF 电源 108 耦合到多个 RF 线圈, 如第一 RF 线圈 110 和第二 RF 线圈 112。该多个 RF 线圈邻近处理腔室 104( 例如, 在 处理腔室上方 ) 同轴地设置, 并被配置成将 RF 功率感应地耦合到处理腔室 104 中以由在处 理腔室 104 中提供的工艺气体形成等离子体。
     RF 电源 108 经由匹配网络 114 耦合到 RF 馈电结构 106。 可提供功率分配器 (power divider)116 以调节分别输送到第一和第二 RF 线圈 110、 112 的 RF 功率。 该功率分配器 116 可连接在匹配网络 114 和 RF 馈电结构 106 之间。可选地, 该功率分配器可以为该匹配网络 114 的一部分, 在该情形中, 该匹配网络将具有耦接到 RF 馈电结构 106 的两个输出端 - 每个 输出端对应 RF 线圈 110、 112 之一。下面根据图 4 中阐述的实施方式更详细地描述该功率 分配器。
     RF 馈电结构 106 将来自功率分配器 116( 或其中结合有该功率分配器的匹配网络 114) 的 RF 电流耦合到各个 RF 线圈。RF 馈电结构 106 被配置成以对称的方式为 RF 线圈提 供 RF 电流, 这样 RF 电流以围绕这些 RF 线圈的中心轴呈几何对称的构造耦合到各个线圈。
     例如, 如 2A-B 描述根据本发明的一些实施方式的 RF 馈电结构 106。如图 2A 所示, RF 馈电结构 106 可包括第一 RF 馈电器 202 和与该第一 RF 馈电器 202 同轴设置的第二 RF 馈电器 204。该第一 RF 馈电器 202 与该第二 RF 馈电器 204 电绝缘。在一些实施方式中, RF 馈电结构 106 可以为大致线性 (substantially linear), 具有中心轴 201。 这里所述的大致 线性指的是沿 RF 馈电结构的轴向长度的几何形状, 且排除了可形成在 RF 馈电结构元件的 端部附近的任何凸缘 (flange) 或其它特征 (feature), 例如, 它们用以帮助与匹配网络的 输出端或功率分配器的输出端的耦合或与这些 RF 线圈输入端的耦合。在一些实施方式中, 如所阐述的, 第一和第二 RF 馈电器 202、 204 可以为大致线性, 且该第二 RF 馈电器 204 围绕 该第一 RF 馈电器 202 同轴地设置。该第一和第二 RF 馈电器 202、 204 可由用于将 RF 功率 耦合到 RF 线圈的任意合适的导电材料形成。示例性的导电材料可包括铜、 铝或类似物。第 一和第二 RF 馈电器 202、 204 可通过诸如空气、 含氟聚合物 ( 例如, )、 聚乙烯或类 似物的一种或多种绝缘材料所电绝缘。
     第一 RF 馈电器 202 和第二馈电器 204 各自耦接到第一或第二 RF 线圈 110、 112 中 不同的一个线圈。在一些实施方式中, 第一 RF 馈电器 202 可耦接到第一 RF 线圈 110。该第一 RF 馈电器 202 可包括导线、 缆线、 杆、 管或其它用于耦合 RF 功率的合适的导电元件中的 一种或多种。在一些实施方式中, 第一 RF 馈电器 202 的横截面可以是大致圆形的。该第一 RF 馈电器 202 可包括第一端 206 和第二端 207。该第二端 207 可耦接到匹配网络 114( 已 示出 ) 或功率分配器 ( 图 1 中示出 )。例如, 如图 2A 所示, 匹配网络 114 可包括功率分配器 230, 该功率分配器 230 具有用于将经分配的 RF 电流经由 RF 馈电结构提供给 RF 线圈的两 个输出端 232、 234。第一 RF 馈电器 202 的第二端 207 耦接到匹配网络 114 的两个输出端之 一 ( 例如, 图 2A 中示出的输出端 232)。
     第一 RF 馈电器 202 的第一端 206 可耦接到第一 RF 线圈 110。第一 RF 馈电器 202 的第一端 206 可直接或经由某些中间支撑结构 ( 图 2A 中示出了基座 208) 耦接到第一 RF 线圈 110。基座 208 可为圆形的或其它形状, 并可包括用于将第一 RF 线圈耦接到该基座的 对称布置的耦接点。例如, 在图 2A 中, 两个终端 228 示出为设置在基座 208 的相对侧上, 用 于通过例如螺丝钉 229( 当然可提供其它合适的耦接, 例如夹具、 焊接或类似物 ) 耦接到第 一 RF 线圈的两个部分。
     在一些实施方式中, 如下面太阳城集团图 3A-B 所进一步讨论的, 第一 RF 线圈 110( 和 / 或第二 RF 线圈 112) 可包括多个 ( 例如, 两个或更多个 ) 间隔的 (interlineated) 且对称 布置的堆叠线圈。例如, 第一 RF 线圈 110 可包括可绕入一个线圈的多个导体, 每个导体占 有相同的圆柱平面。 每个间隔的堆叠线圈可还具有朝向该线圈的中心轴向内延伸的腿 210。 在一些实施方式中, 每条腿可围绕基座 208 和 / 或第一 RF 馈电器 202 彼此对称地布置 ( 例 如, 两条腿以 180 度分开, 三条腿以 120 度分开, 四条腿以 90 度分开, 和类似布置 )。在一些 实施方式中, 每条腿 210 可为各个 RF 线圈导体的一部分, 该部分向内延伸以与第一 RF 馈电 器 202 电接触。在一些实施方式中, 第一 RF 线圈 110 可包括多个导体, 每个导体具有从该 线圈向内延伸的腿 210 以在各个对称布置的耦接点 ( 如, 终端 228) 处耦接到基座 208。
     第二 RF 馈电器 204 可为围绕第一 RF 馈电器 202 同轴设置的导电管 203。第二 RF 馈电器 204 可进一步包括邻近第一和第二 RF 线圈 110、 112 的第一端 212 和与该第一端 212 相对的第二端 214。在一些实施方式中, 第二 RF 线圈 112 可经由凸缘 (flange)216 在第一 端 212 处耦接到第二 RF 馈电器 204, 或可选地直接耦接到第二 RF 馈电器 204( 未示出 )。 凸 缘 216 可为圆形或其它形状, 并围绕第二 RF 馈电器 204 同轴设置。凸缘 216 可进一步包括 对称布置的耦接点以将第二 RF 线圈 112 耦接到其上。例如, 在图 2A 中, 示出了设置在第二 RF 馈电器 204 的相对侧上用于经由, 例如螺丝钉 227( 尽管可具有其它合适的耦接, 例如上 述太阳城集团终端 228 的描述 ) 耦接到第二 RF 线圈 112 的两个部分的两个终端 226。
     与第一线圈 110 相似, 也如下面太阳城集团图 3A-B 所进一步讨论的, 第二 RF 线圈 112 可 包括多个间隔的 (interlineated) 且对称地布置的堆叠线圈。每个堆叠线圈可具有从其延 伸用于在各个对称布置的耦接点处耦接到凸缘 216 的腿 218。 因此, 每条腿 218 可围绕凸缘 216 和 / 或第二 RF 馈电器 204 对称地布置。
     第二 RF 馈电器 204 的第二端 214 可耦接到匹配网络 114( 已示出 ) 或功率分配器 ( 图 1 中示出 )。例如, 如图 2A 所示, 匹配网络 114 可包括具有两个输出端 232、 234 的功率 分配器 230。第二 RF 馈电器 204 的第二端 214 可耦接到匹配网络 114 的两个输出端之一 ( 例如, 234)。第二 RF 馈电器 204 的第二端 214 可经由导电元件 220( 例如, 导电带 ) 耦接 到匹配网络 114。在一些实施方式中, 第二 RF 馈电器 204 的第一和第二端 212、 214 可由长度 222 隔开, 该长度 222 足够限制可能由导电元件 220 所产生的任意磁场不对称的影响。 所 需的长度可根据意欲用于处理腔室 104 中的 RF 功率来确定, 提供的功率越高, 则所需的长 度越长。在一些实施方式中, 长度 222 可在约 2 英寸到约 8 英寸之间 ( 约 5cm 到约 20cm)。 在一些实施方式中, 这样的长度使得通过 RF 电流在第一和第二 RF 馈电器中流动所形成的 磁场对通过 RF 电流在第一和第二 RF 线圈 110、 112 中流动所形成的电场的对称性基本上没 有影响。
     在一些实施方式中, 如图 2B 所示, 盘 224 可邻近第二 RF 馈电器 204 的第二端 214 耦接到该第二 RF 馈电器 204。可使用导电元件 220 或其它合适的连接器将盘 224 耦接到 匹配网络 ( 或功率分配器 ) 的输出端。盘 224 可由与第二 RF 馈电器 204 相同类型的材料 制造, 并可由与第二 RF 馈电器 204 为相同或不同的材料。盘 224 可为第二 RF 馈电器 204 的一集成部件 ( 已示出 ), 或可选地可通过在其二者间提供稳固的 (robust) 电气连接的任 何适当手段而耦接至第二 RF 馈电器 204, 这些手段包括但不限于螺栓连接 (bolting)、 焊 接 (welding)、 对围绕第二 RF 馈电器 204 的盘的延伸部或唇沿 (lip) 压合或类似手段。盘 224 可围绕第二 RF 馈电器 204 同轴设置。盘 224 可以任意合适的方式, 例如经由导电带 (conductive trap) 或类似方式耦接到匹配网络 114 或功率分配器。盘 224 有利地提供电 屏蔽, 该电屏蔽减轻或消除由于来自匹配网络 114( 或来自功率分配器 ) 的偏移输出而导 致的任意磁场不对称。因此, 当盘 224 用于耦合 RF 功率时, 第二 RF 馈电器 204 的长度 222 可以比当导电元件 220 直接耦接到第二 RF 馈电器 204 时要短。在这样的实施方式中, 长度 222 可在约 1 英寸到约 6 英寸之间 ( 约 2cm 到约 15cm)。 图 3A-3B 描述根据本发明的一些实施方式的电感耦合等离子体设备 102 的俯视示 意图。 如上所述, 第一和第二 RF 线圈 110、 112 不需要为单一的连续线圈, 可各自为多个 ( 例 如, 两个或更多个 ) 间隔的且对称布置的堆叠线圈元件。此外, 第二 RF 线圈 112 可围绕第 一 RF 线圈 110 同轴地设置。在一些实施方式中, 如图 3A-B 所示, 第二 RF 线圈 112 围绕第 一 RF 线圈 110 同轴设置。
     在一些实施方式中, 如图 3A 所示, 第一 RF 线圈 110 可包括两个间隔的且对称布置 的堆叠的第一 RF 线圈元件 302A、 302B, 且第二 RF 线圈 112 包括四个间隔的且对称布置的堆 叠的第二 RF 线圈元件 308A、 308B、 308C 和 308D。第一 RF 线圈元件 302A、 302B 可进一步包 括从其向内延伸且连接到第一 RF 馈电器 202 的腿 304A、 304B。腿 304A、 304B 基本上等同于 上面描述的腿 210。腿 304A、 304B 围绕第一 RF 馈电器 202 对称地布置 ( 例如, 彼此相对 )。 典型地, RF 电流可从第一 RF 馈电器 202 通过腿 304A、 304B 流入第一 RF 线圈元件 302A、 302B, 并最终流入分别耦接到第一 RF 线圈元件 302A、 302B 的终端的接地端 306A、 306B。为 了保持对称, 例如, 第一和第二 RF 线圈 110、 112 中的电场对称, 接地端 306A、 306B 可围绕第 一 RF 馈电结构 202 以与腿 304A、 304B 基本相似的对称方向设置。例如, 如图 3A 中所示, 接 地端 306A、 306B 与腿 304A、 304B 同轴设置。
     与第一 RF 线圈元件类似, 第二 RF 线圈元件 308A、 308B、 308C 和 308D 可进一步包括 从其延伸且连接到第二 RF 馈电器 204 的腿 310A、 310B、 310C 和 310D。腿 310A、 310B、 310C 和 310D 基本上等同于上面描述的腿 218。腿 310A、 310B、 310C 和 310D 围绕第二 RF 馈电器 204 对称地布置。典型地, RF 电流可从第二 RF 馈电器 204 通过腿 310A、 310B、 310C 和 310D 分别流入第二 RF 线圈元件 308A、 308B、 308C 和 308D, 并最终流入分别耦接到第二 RF 线圈
     元件 308A、 308B、 308C 和 308D 的终端的接地端 312A、 312B、 312C 和 312D。为了保持对称, 例如, 第一和第二 RF 线圈 110、 112 中的电场对称, 接地端 312A、 312B、 312C 和 312D 可围绕 第二 RF 馈电结构 204 以与腿 310A、 310B、 310C 和 310D 基本相似的对称方向设置。例如, 如 图 3A 中所示, 接地端 312A、 312B、 312C 和 312D 分别与腿 310A、 310B、 310C 和 310D 成一直线 (in-line) 设置。
     在一些实施方式中, 如图 3A 中所示, 第一 RF 线圈 110 的腿 / 接地端可太阳城集团第二 RF 线圈 112 的腿 / 接地端以一角度定向。但是, 这只是示例性的, 应理解可使用任意对称的定 向, 例如第一 RF 线圈 110 的腿 / 接地端与第二 RF 线圈 112 的腿 / 接地端成一直线设置。
     在一些实施方式中, 如图 3B 所示, 第一 RF 线圈 110 可包括四个间隔的且对称布置 的堆叠的第一 RF 线圈元件 302A、 302B、 302C 和 302D。与第一 RF 线圈元件 302A、 302B 类似, 附加的第一 RF 线圈元件 302C、 302D 可进一步包括从其延伸且连接到第一 RF 馈电器 202 的 腿 304C、 304D。腿 304C、 304D 基本上等同于上面描述的腿 210。腿 304A、 304B、 304C、 304D 围绕第一 RF 馈电器 202 对称地布置。与第一 RF 线圈元件 302A、 302B 类似, 第一 RF 线圈 302C、 302D 在与腿 304C、 304D 同轴设置的接地端 306C、 306D 终止。为了保持对称, 例如, 第 一和第二 RF 线圈 110、 112 中的电场对称, 接地端 306A、 306B、 306C、 306D 可围绕第一 RF 馈电 结构 202 以与腿 304A、 304B、 304C、 304D 基本相似的对称方向设置。例如, 如图 3B 中所示, 接地端 306A、 306B、 306C、 306D 分别与腿 304A、 304B、 304C、 304D 成一直线设置。图 3B 中的 第二 RF 线圈元件 308A、 308B、 308C、 308D 及其所有部件 ( 例如, 腿 / 接地端 ) 与上面描述的 图 3A 中的一样。
     在一些实施方式中, 如图 3B 中所示, 第一 RF 线圈 110 的腿 / 接地端可太阳城集团第二 RF 线圈 112 的腿 / 接地端以一角度定向。但是, 这只是示例性的, 应理解可使用任意对称的定 向, 例如第一 RF 线圈 110 的腿 / 接地端与第二 RF 线圈 112 的腿 / 接地端成一直线设置。
     尽管上述描述使用各个线圈具有两个或四个堆叠元件的情况作为例子, 但应考虑 第一和第二 RF 线圈 110、 112 中的任一个或两个可使用任意数量的线圈元件, 例如, 三个、 六 个、 或保持围绕第一和第二 RF 馈电器 202、 204 的对称性的任意合适的数量和布置。例如, 一个线圈中可具有三个线圈元件, 每个线圈元件太阳城集团相邻的线圈元件旋转 120 度。
     图 4 描述根据本发明的一些实施方式的电感耦合等离子体反应器 400 的侧视示意 图。反应器 400 可单独使用, 或作为集成半导体衬底处理系统的处理模块, 或集群工具, 例 如可从 California 的 Santa Clara 的 Applied Materials, Inc. 获得的 集成半 导体晶片处理系统。 可有利地受益于根据本发明的实施方式的变型的合适的等离子体反应 器的例子包括电感耦合等离子体蚀刻反应器, 例如, 同样可从 Applied Materials, Inc. 获 得的半导体设备的 线 ( 例如, II、 AE、 G3 聚乙烯蚀刻器、 G5 等 )。上述半导体设备的名单仅为示例性的, 其它蚀刻反应器和非蚀刻设备 ( 例如, CVD 反应器或其它半导体处理设备 ) 也可根据本教导进行修改。其它根据本发明可使用的合 适的电感耦合等离子体反应器包括由 V.N.Todorow 等人于 2009 年 10 月 26 日提交的名称 为 “INDUCT IVELY COUPLED PLASMA APPARATUS WITH PHASE CONTROL” 的美国专利申请序 列号 61/254,833, 以及由 S.Banna 等人于 2009 年 10 月 26 日提交的名称为 “DUAL MODE INDUCTIVELY COUPLED PLASMA REACTOR WITH ADJUSTABLE PHASE COIL ASSEMBLY” 的美国 专利申请 61/254,837, 在此引入每个专利申请的全部内容作为参考。反应器 400 主要包括具有导电主体 ( 壁 )430 和介质盖 (dielectric lid)420( 一 起限定处理空间 (processing volume)) 的处理腔室 404、 设置在处理空间内的基板支撑基 座 416、 电感耦合等离子体设备 102 和控制器 440。壁 430 典型地耦接到电气接地 434。在 一些实施方式中, 支撑基座 ( 阴极 )416 可通过匹配网络 424 耦接到偏置电源 422。尽管 对于特定的应用可按照需要来提供其它的频率和功率, 但偏置电源 422 可说明性地为在约 13.56MHz 的频率下产生高达 1000W 的功率的一电源, 该电源能产生连续或脉冲功率任一 者。在一些实施方式中, 电源 422 可为 DC 或脉冲 DC 电源。
     在一些实施方式中, 介质盖 420 可基本上平坦。腔室 104 的其它修改例可具有其 它类型的盖, 例如圆顶型盖或其它形状的盖。电感耦合等离子体设备 102 典型地设置在盖 420 上方, 并配置成将 RF 功率感应地耦合到处理腔室 404。电感耦合等离子体设备 102 包 括如上所讨论的设置在介质盖 420 上方的第一和第二 RF 线圈 110、 112。 可根据需要来调节 每个线圈的相对位置、 直径比以及每个线圈的匝数中每一个以控制, 例如形成的等离子体 的分布曲线 (profile) 或密度。第一和第二 RF 线圈 110、 110 中每一个通过经由 RF 馈电结 构的匹配网络 114 耦接到 RF 电源 108。尽管对于特定的应用, 可以按照需要提供其它频率 和功率, 但 RF 电源 108 可说明性地能在从 50KHz 到 13.56MHz 的范围内的可调频率下产生 高达 4000W 的功率。
     在一些实施方式中, 诸如分路电容器 (dividing capacitor) 的功率分配器可设置 在 RF 馈电结构 106 和 RF 电源 108 之间, RF 馈电结构 106 用于控制由 RF 电源 108 提供给 各第一和第二 RF 线圈的 RF 功率的相对量。例如, 如图 4 所示, 功率分配器 404 可设置在将 RF 馈电结构 106 耦接到 RF 电源的线路上, 以控制提供给各个线圈的 RF 功率的量 ( 从而帮 助对与第一和第二 RF 线圈对应的区域中的等离子体特性的控制 )。
     任选地, 一个或多个电极 ( 未示出 ) 可电耦接到第一或第二 RF 线圈 110、 112 中一 个线圈, 例如, 诸如第一 RF 线圈 110 的内线圈。该一个或多个电极可为设置在第一 RF 线圈 110 和第二 RF 线圈 112 之间并邻近介质盖 420 的两个电极。每个电极可电耦接到第一 RF 线圈 110 或第二 RF 线圈 112, 且 RF 功率可通过 RF 电源 108 经由与这些电极耦接的感应线 圈 ( 例如, 第一 RF 线圈 110 或第二 RF 线圈 112) 提供给该一个或多个电极。
     在一些实施方式中, 该一个或多个电极可以可移动地耦接到该一个或多个感应线 圈之一以帮助该一个或多个电极相对于介质盖 420 和 / 或相对于彼此的相对定位。例如, 一个或多个定位机构 (positioning mechanism) 可耦接到一个或多个电极以控制其位置。 该定位装置可为能帮助所需的一个或多个电极的定位的任意手动的或自动的适当装置, 例 如, 包括导螺杆 (lead screw)、 线性轴承 (linear bearing)、 步进电机、 楔形物 (wedge) 或 类似物的装置。 将该一个或多个电极耦接到特定的感应线圈的电连接器可为柔性的以帮助 这样的相对移动。例如, 在一些实施方式中, 电连接器可包括一个或多个柔性机构, 如编织 线 (braided wire) 或其它导体。太阳城集团该电极的更详细的描述以及其在等离子体处理设备 中的应用参见于 2008 年 7 月 30 日递交的名称为 “Field Enhanced Inductively Coupled Plasma(FE-ICP)Reactor” 的美国专利申请序列号 12/182,342, 在此引入其全部内容作为参 考。
     加热器元件 421 可设置在介质盖 420 顶上, 以帮助加热处理腔室 104 的内部。加 热器元件 421 可设置在介质盖 420 和第一和第二 RF 线圈 110、 112 之间。在一些实施方式中, 加热器元件 421 可包括电阻加热元件并可耦接到诸如 AC 电源这样的电源 423, 该电源 423 被配置成提供足够的能量以控制加热器元件 421 的温度在约 50 摄氏度到约 100 摄氏度 之间。在一些实施方式中, 加热器元件 421 可为开放式中断加热器 (open break heater)。 在一些实施方式中, 加热器元件 421 可包括诸如环形元件之类的非中断加热器 (no break heater), 从而帮助处理腔室 104 内均匀等离子体的形成。
     在操作期间, 衬底 414( 诸如半导体晶片或适合用于等离子体处理的其它衬底 ) 可 被放置在基座 416 上, 并可通过进气口 426 从气体面板 438 提供工艺气体以在处理腔室 104 内形成气态混合物 450。通过从等离子体源 418 施加功率到第一和第二 RF 线圈 110、 112 以 及任选地该一个或多个电极 ( 未示出 ), 气态混合物 450 可在处理腔室 104 内被激发成等离 子体 455。在一些实施方式中, 来自偏置电源 422 的功率也可提供给基座 416。可利用节流 阀 427 和真空泵 436 来控制腔室 104 内部的压力。可利用贯穿壁 430 的含液体管道 ( 未示 出 ) 控制腔室壁 430 的温度。
     可通过稳定处理支撑基座 416 的温度来控制晶片 414 的温度。 在一个实施方式中, 来自气体源 448 的氦气可经由气体管道 (gas conduit))449 提供给限定在晶片 414 背部与 设置在基座表面中的凹槽 ( 未示出 ) 之间的通路 (channel)。使用氦气来帮助基座 416 与 晶片 414 之间的热传递。在处理过程中, 基座 416 可由该基座内的电阻加热器 ( 未示出 ) 而加热到恒定的温度, 且氦气可促进晶片 414 的均匀加热。使用这样的热控制, 晶片 414 可 说明性地维持在 0 到 500 摄氏度之间的温度。 控制器 440 包括中央处理器 (CPU)444、 存储器 442、 以及 CPU 444 的辅助电路 446, 以帮助对反应器 400 的部件的控制以及如此对形成等离子体的方法的控制。控制器 440 可 为能用于工业设置来控制各种腔室和子处理器的任意形式的通用计算机处理器之一, CPU 444 的存储器或计算机可读介质 442 可为一种或多种易获得的本地或远程存储器 (readily available memory), 诸如随机存储存储器 (RAM)、 只读存储器 (ROM)、 软盘、 硬盘或任何其它 形式的数字存储装置。辅助电路 446 耦接到 CPU 444 以传统方式辅助处理器。这些电路包 括高速缓冲存储器、 电源、 时钟电路、 输入 / 输出电路和子系统和类似物。本发明的方法可 以作为软件例程 (routine) 存储在存储器 442 中, 可以上述方式来执行或调用该软件例程 以控制反应器 400 的操作。软件例程也可由第二 CPU( 未示出 ) 来存储和 / 或执行, 该第二 CPU 位于距受到 CPU 444 控制的硬件的远距离的地方。
     图 5A-5D 说明性地描述利用传统设备以及这里公开的本发明的设备的一实施方 式所产生的电场的曲线图。 这些曲线图说明性地描述来自实际试验的数据和本发明人所进 行的观察。图 5A 和 5B 分别描述利用传统 RF 馈电器而在等离子体中电场分布的径向分量 和方位角分量。图 5A 描述处理腔室 510 中的电场的径向分量的曲线 502A。提供衬底 512 的概图作为参考。图 5B 描述处理腔室 510 中的电场的方位角分量的曲线 504A。从这些曲 线图可知, 由于线圈电流和不对称 RF 馈电线电流所产生的磁场的不对称干涉, 导致等离子 体中的电场分布不对称。
     相反地, 图 5C 和 5D 分别描述利用这里公开的本发明的 RF 馈电装置而在等离子体 中电场分布的径向分量和方位角分量。图 5C 描述处理腔室 510 中的电场的径向分量的曲 线 502B。图 5D 描述处理腔室 510 中的电场的方位角分量的曲线 504B。从曲线图可知, 等离 子体中的电场分布得到了很大的改善, 且基本上或几乎为对称的。
     因此, 这里提供了用于等离子体处理的设备。 在一些实施方式中, 本发明的设备包 括用于将 RF 功率耦合到感应 RF 线圈的 RF 馈电结构。本发明的 RF 馈电结构有利地减小邻 近感应 RF 线圈的磁场不对称, 这样使得由 RF 线圈所产生的电场是对称的, 并因此促使具有 对称的电场分布的等离子体的形成。
     虽然前面的描述涉及本发明的实施方式, 但在不违背本发明的基本范围的情况下 也可设计出本发明的其它和进一步的实施方式。

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