• / 16
  • 下載費用:30 金幣  

用于等離子體處理的RF饋電結構.pdf

摘要
申請專利號:

CN201010240683.X

申請日:

2010.07.28

公開號:

CN102056391B

公開日:

2015.01.07

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H05H 1/24申請日:20100728|||著錄事項變更IPC(主分類):H05H 1/24變更事項:申請人變更前:應用材料股份有限公司變更后:應用材料公司變更事項:地址變更前:美國加利福尼亞州變更后:美國加利福尼亞州|||公開
IPC分類號: H05H1/24 主分類號: H05H1/24
申請人: 應用材料公司
發明人: 陳志剛; 沙希·拉夫; 肯尼思·S·柯林斯; 馬丁·杰夫·薩利納斯; 薩姆爾·班納; 瓦倫丁·N·托多羅夫
地址: 美國加利福尼亞州
優先權: 2009.10.26 US 61/254,838; 2010.06.23 US 12/821,626
專利代理機構: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006 代理人: 徐金國;趙靜
PDF完整版下載: PDF下載
法律狀態
申請(專利)號:

CN201010240683.X

授權公告號:

102056391B|||||||||

法律狀態公告日:

2015.01.07|||2012.12.12|||2012.02.22|||2011.05.11

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||著錄事項變更|||公開

摘要

本發明提供用于等離子體處理的設備。在一些實施方式中,RF饋電結構包括將RF功率耦合到多個對稱布置的堆疊的第一RF線圈元件的第一RF饋電器;圍繞所述第一RF饋電器同軸設置并與所述第一RF饋電器電絕緣的第二RF饋電器,所述第二RF饋電器將RF功率耦合到多個對稱布置的堆疊的第二RF線圈元件,其中所述第二RF線圈元件與所述第一RF線圈元件同軸設置。在一些實施方式中,等離子體處理設備包括第一RF線圈;圍繞所述第一RF線圈同軸設置的第二RF線圈;第一RF饋電器,所述第一RF饋電器耦接到所述第一RF線圈以將RF功率提供到所述第一RF線圈;以及圍繞所述第一RF饋電器同軸設置并與所述第一RF饋電器電絕緣的第二RF饋電器,所述第二RF饋電器耦接到所述第二RF線圈以將RF功率提供到所述第二RF線圈。

權利要求書

1: 一種 RF 饋電結構, 包括 : 第一 RF 饋電器, 所述第一 RF 饋電器具有配置成接收 RF 功率的第一端和配置成將 RF 功率耦合到多個對稱布置的堆疊的第一 RF 線圈元件并與該第一端相對的第二端 ; 第二 RF 饋電器, 所述第二 RF 饋電器圍繞所述第一 RF 饋電器同軸設置并與所述第一 RF 饋電器電絕緣, 所述第二 RF 饋電器具有配置成接收 RF 功率的第一端和配置成將 RF 功率耦 合到多個對稱布置的堆疊的第二 RF 線圈元件并與該第一端相對的第二端, 其中所述第二 RF 線圈元件與所述第一 RF 線圈元件同軸設置。
2: 根據權利要求 1 所述的 RF 饋電結構, 其中所述第一和第二 RF 饋電器圍繞中心軸同 軸地設置并為大致線性。
3: 根據權利要求 1 所述的 RF 饋電結構, 其中 : 所述第一 RF 饋電器進一步包括鄰近所述第一 RF 饋電器的第一端并圍繞所述第一 RF 饋電器對稱設置的多個第一終端 ; 以及 所述第二 RF 饋電器進一步包括鄰近所述第二 RF 饋電器的第二端并圍繞所述第二 RF 饋電器對稱設置的多個第二終端, 每個所述第二終端用于將所述第二 RF 饋電器耦接到第 二線圈元件。
4: 根據權利要求 3 所述的 RF 饋電結構, 其中所述第一 RF 饋電器進一步包括耦接到所 述第一 RF 饋電器的第一端的基座, 所述基座具有多個設置在其上的第一終端, 并且其中所 述第二 RF 饋電器進一步包括圍繞所述第二 RF 饋電器并鄰近所述第二 RF 饋電器的第二端 耦接到所述第二 RF 饋電器的環形凸緣, 所述環形凸緣具有設置在其上的所述多個第二終 端。
5: 根據權利要求 1 所述的 RF 饋電結構, 其中所述第二 RF 饋電器進一步包括 : 圍繞所述第一 RF 饋電器同軸設置的導電管。
6: 根據權利要求 5 所述的 RF 饋電結構, 其中所述導電管具有約 2 英寸到約 8 英寸 ( 約 5cm 到約 20cm) 之間的長度。
7: 根據權利要求 1 所述的 RF 饋電結構, 其中所述第二 RF 饋電器進一步包括 : 圍繞所述第二 RF 饋電器并鄰近所述第二 RF 饋電器的第二端耦接到所述第二 RF 饋電 器的環形盤, 所述環形盤配置成將 RF 功率耦合到所述第二 RF 饋電器。
8: 根據權利要求 1 所述的 RF 饋電結構, 其中所述第一和第二 RF 饋電器具有一長度, 使 得通過 RF 電流在所述第一和第二 RF 饋電器中流動所形成的磁場對通過 RF 電流在所述第 一和第二 RF 線圈元件中流動所形成的電場的對稱性基本上沒有影響。
9: 一種等離子體處理設備, 包括 : 第一 RF 線圈 ; 第二 RF 線圈, 所述第二 RF 線圈圍繞所述第一 RF 線圈同軸設置 ; 第一 RF 饋電器, 所述第一 RF 饋電器耦接到所述第一 RF 線圈以將 RF 功率提供給所述 第一 RF 線圈 ; 以及 第二 RF 饋電器, 所述第二 RF 饋電器圍繞所述第一 RF 饋電器同軸設置并與所述第一 RF 饋電器電絕緣, 所述第二 RF 饋電器耦接到所述第二 RF 線圈以將 RF 功率提供給所述第二 RF 線圈。
10: 根據權利要求 9 所述的等離子體處理設備, 其中所述第二 RF 饋電器進一步包括 : 2 圍繞所述第一 RF 饋電器同軸設置的導電管, 所述導電管具有鄰近所述第二 RF 線圈的 第一端以及與所述第一端相對的第二端。
11: 根據權利要求 10 所述的等離子體處理設備, 其中所述第二 RF 饋電器進一步包括 : 圍繞所述導電管并鄰近所述導電管的第二端耦接到所述導電管的環形盤, 所述環形盤 配置成將 RF 功率耦合到所述第二 RF 饋電器。
12: 根據權利要求 9 所述的等離子體處理設備, 進一步包括 : 耦接到所述第一和第二 RF 饋電器的匹配網絡, 所述匹配網絡配置成將 RF 功率耦合到 所述第一和第二 RF 饋電器 ; 以及 用于在所述第一和第二 RF 饋電器之間以所需功率比率來分配功率的功率分配器, 所 述功率分配器為匹配網絡的一部分或設置在匹配網絡的輸出端與 RF 饋電結構之間。
13: 根據權利要求 12 所述的等離子體處理設備, 進一步包括 : 耦接到所述匹配網絡以將 RF 功率提供給所述第一和第二 RF 線圈的 RF 電源。
14: 根據權利要求 9 所述的等離子體處理設備, 其中所述第一 RF 線圈為內線圈, 并且所 述第二 RF 線圈為外線圈。
15: 根據權利要求 9 所述的等離子體處理設備 : 其中所述第一 RF 線圈進一步包括多個對稱布置的堆疊的第一 RF 線圈元件, 而且其中 每個第一 RF 線圈元件進一步包括從其向內延伸并耦接到所述第一 RF 饋電器的腿 ; 以及 其中所述第二 RF 線圈進一步包括多個對稱布置的堆疊的第二 RF 線圈元件, 其中每個 第二 RF 線圈元件進一步包括從其向內延伸并耦接到所述第二 RF 饋電器的腿。
16: 根據權利要求 15 所述的等離子體處理設備, 其中所述第一 RF 饋電元件的腿圍繞所 述第一 RF 饋電器對稱地布置, 而且其中所述第二 RF 饋電元件的腿圍繞所述第二 RF 饋電器 對稱地布置。
17: 根據權利要求 9 所述的等離子體處理設備, 其中所述第一 RF 線圈進一步包括兩個 對稱布置的堆疊的第一 RF 線圈元件, 每個所述第一 RF 線圈元件具有徑向向內延伸并耦接 到所述第一 RF 饋電器的腿, 并且所述第二 RF 線圈進一步包括四個對稱布置的堆疊的第二 RF 線圈元件, 每個所述第二 RF 線圈元件具有徑向向內延伸并耦接到所述第二 RF 饋電器的 腿。
18: 根據權利要求 17 所述的等離子體處理設備, 其中所述第一 RF 線圈和所得第二 RF 線圈關于彼此旋轉 45 度, 使得所述第一 RF 線圈的腿與相鄰的所述第二 RF 線圈的腿等距地 隔開。
19: 根據權利要求 9 所述的等離子體處理設備, 其中所述第一 RF 線圈進一步包括四個 對稱布置的堆疊的第一 RF 線圈元件, 每個所述第一 RF 線圈元件具有徑向向內延伸并耦接 到所述第一 RF 饋電器的腿, 并且所述第二 RF 線圈進一步包括四個對稱布置的堆疊的第二 RF 線圈元件, 每個所述第二 RF 線圈元件具有徑向向內延伸并耦接到所述第二 RF 饋電器的 腿。
20: 根據權利要求 19 所述的等離子體處理設備, 其中所述第一 RF 線圈和所得第二 RF 線圈關于彼此旋轉 45 度, 使得所述第一 RF 線圈的腿與相鄰的所述第二 RF 線圈的腿等距地 隔開。

說明書


用于等離子體處理的 RF 饋電結構

    【技術領域】
     本發明的實施方式主要涉及等離子體處理設備。背景技術 電感耦合等離子體 (ICP) 工藝反應器主要通過由設置在處理腔室外部的一個或 多個感應線圈在處理腔室內設置的工藝氣體中感應電流來形成等離子體。 這些感應線圈可 設置在所述腔室外, 并通過例如介質蓋 (dielectric lid) 而與所述腔室電性隔離。當射頻 (RF) 電流經由來自 RF 電源的 RF 饋電結構 (feed structure) 饋送 (feed) 到這些感應線圈 時, 能由這些感應線圈所產生的電場而在腔室內部形成電感耦合等離子體。
     發明人發現了由于 RF 饋電結構的不對稱形狀而導致的磁場不對稱, 因此感應線 圈產生的電場也不對稱, 使得這些感應線圈所產生的等離子體具有不對稱的分布。
     因此, 發明人設計出一種改進的 RF 饋電結構以克服磁場和電場的不對稱。
     發明內容 本發明提供用于等離子體處理的設備。在一些實施方式中, RF 饋電結構包括 : 將 RF 功率耦合到多個對稱布置的堆疊的第一 RF 線圈元件的第一 RF 饋電器 (feed) ; 與該第一 RF 饋電器同軸地設置并與該第一 RF 饋電器電絕緣的第二 RF 饋電器, 該第二 RF 饋電器將 RF 功率耦合到多個對稱布置的堆疊的第二 RF 線圈元件, 該第二 RF 線圈元件與該第一 RF 線 圈元件同軸地設置。
     在一些實施方式中, 等離子體處理設備包括 : 第一 RF 線圈 ; 與該第一 RF 線圈同軸 設置的第二 RF 線圈 ; 耦接到該第一 RF 線圈從而為其提供 RF 功率的第一 RF 饋電器 ; 以及與 該第一 RF 饋電器同軸地設置并與該第一 RF 饋電器電絕緣的的第二 RF 饋電器, 該第二 RF 饋電器耦接到該第二 RF 線圈從而為其提供 RF 功率。本發明的其它以及進一步的實施方式 在下文中描述。
     附圖說明 上面所簡要概述的以及下面將要詳細描述的本發明的實施方式可參考附圖中描 述的本發明的示例性實施方式進行理解。 然而, 應當注意到, 附圖僅示出本發明的典型實施 方式, 由于本發明還可允許其它等效實施方式, 因此附圖并不被認為限制了本發明的范圍。
     圖 1 描述根據本發明的一些實施方式的電感耦合等離子體反應器的側試示意圖。
     圖 2A-2B 描述根據本發明的一些實施方式的 RF 饋電結構。
     圖 3A-3B 描述根據本發明的一些實施方式的電感耦合等離子體設備的俯視示意 圖。
     圖 4 描述了根據本發明的一些實施方式的電感耦合等離子體的側視示意圖。
     圖 5A-5D 說明性地描述使用傳統設備和本發明公開的一實施方式中的設備所產 生的電場的曲線圖。
     為了便于理解, 在可能之處, 采用相同的參考標記表示附圖中共有的相同元件。 附 圖沒有按比例繪制, 并且可能被簡化以使其清楚。 除非不兼容或明確聲明為相反, 否則一個 實施方式中的元件和特征可有效地并入其它的實施方式而不做進一步的敘述。 具體實施方式
     這里提供了一種用于等離子體處理的設備。在一些實施方式中, 本發明的設備包 括用于將 RF 功率耦合到感應 RF 線圈的 RF 饋電結構。本發明的 RF 饋電結構有利地減小了 鄰近感應 RF 線圈的磁場的不對稱, 這樣由 RF 線圈產生的電場是對稱的, 或者與使用傳統的 RF 饋電器相比更對稱, 因此促進了具有對稱的或更對稱的電場分布的等離子體的形成。
     圖 1 描述了根據本發明的一些實施方式的電感耦合等離子體反應器 100 的示例性 和簡化的側視示意圖。圖 4 中示出了適用于本發明的實施方式的示例性等離子體反應器的 更詳細的示圖。等離子體反應器包括設置在處理腔室 104 頂上的電感耦合等離子體設備 102。電感耦合等離子體設備 102 包括 RF 饋電結構 106, 用于將 RF 電源 108 耦合到多個 RF 線圈, 如第一 RF 線圈 110 和第二 RF 線圈 112。該多個 RF 線圈鄰近處理腔室 104( 例如, 在 處理腔室上方 ) 同軸地設置, 并被配置成將 RF 功率感應地耦合到處理腔室 104 中以由在處 理腔室 104 中提供的工藝氣體形成等離子體。
     RF 電源 108 經由匹配網絡 114 耦合到 RF 饋電結構 106。 可提供功率分配器 (power divider)116 以調節分別輸送到第一和第二 RF 線圈 110、 112 的 RF 功率。 該功率分配器 116 可連接在匹配網絡 114 和 RF 饋電結構 106 之間。可選地, 該功率分配器可以為該匹配網絡 114 的一部分, 在該情形中, 該匹配網絡將具有耦接到 RF 饋電結構 106 的兩個輸出端 - 每個 輸出端對應 RF 線圈 110、 112 之一。下面根據圖 4 中闡述的實施方式更詳細地描述該功率 分配器。
     RF 饋電結構 106 將來自功率分配器 116( 或其中結合有該功率分配器的匹配網絡 114) 的 RF 電流耦合到各個 RF 線圈。RF 饋電結構 106 被配置成以對稱的方式為 RF 線圈提 供 RF 電流, 這樣 RF 電流以圍繞這些 RF 線圈的中心軸呈幾何對稱的構造耦合到各個線圈。
     例如, 如 2A-B 描述根據本發明的一些實施方式的 RF 饋電結構 106。如圖 2A 所示, RF 饋電結構 106 可包括第一 RF 饋電器 202 和與該第一 RF 饋電器 202 同軸設置的第二 RF 饋電器 204。該第一 RF 饋電器 202 與該第二 RF 饋電器 204 電絕緣。在一些實施方式中, RF 饋電結構 106 可以為大致線性 (substantially linear), 具有中心軸 201。 這里所述的大致 線性指的是沿 RF 饋電結構的軸向長度的幾何形狀, 且排除了可形成在 RF 饋電結構元件的 端部附近的任何凸緣 (flange) 或其它特征 (feature), 例如, 它們用以幫助與匹配網絡的 輸出端或功率分配器的輸出端的耦合或與這些 RF 線圈輸入端的耦合。在一些實施方式中, 如所闡述的, 第一和第二 RF 饋電器 202、 204 可以為大致線性, 且該第二 RF 饋電器 204 圍繞 該第一 RF 饋電器 202 同軸地設置。該第一和第二 RF 饋電器 202、 204 可由用于將 RF 功率 耦合到 RF 線圈的任意合適的導電材料形成。示例性的導電材料可包括銅、 鋁或類似物。第 一和第二 RF 饋電器 202、 204 可通過諸如空氣、 含氟聚合物 ( 例如, )、 聚乙烯或類 似物的一種或多種絕緣材料所電絕緣。
     第一 RF 饋電器 202 和第二饋電器 204 各自耦接到第一或第二 RF 線圈 110、 112 中 不同的一個線圈。在一些實施方式中, 第一 RF 饋電器 202 可耦接到第一 RF 線圈 110。該第一 RF 饋電器 202 可包括導線、 纜線、 桿、 管或其它用于耦合 RF 功率的合適的導電元件中的 一種或多種。在一些實施方式中, 第一 RF 饋電器 202 的橫截面可以是大致圓形的。該第一 RF 饋電器 202 可包括第一端 206 和第二端 207。該第二端 207 可耦接到匹配網絡 114( 已 示出 ) 或功率分配器 ( 圖 1 中示出 )。例如, 如圖 2A 所示, 匹配網絡 114 可包括功率分配器 230, 該功率分配器 230 具有用于將經分配的 RF 電流經由 RF 饋電結構提供給 RF 線圈的兩 個輸出端 232、 234。第一 RF 饋電器 202 的第二端 207 耦接到匹配網絡 114 的兩個輸出端之 一 ( 例如, 圖 2A 中示出的輸出端 232)。
     第一 RF 饋電器 202 的第一端 206 可耦接到第一 RF 線圈 110。第一 RF 饋電器 202 的第一端 206 可直接或經由某些中間支撐結構 ( 圖 2A 中示出了基座 208) 耦接到第一 RF 線圈 110。基座 208 可為圓形的或其它形狀, 并可包括用于將第一 RF 線圈耦接到該基座的 對稱布置的耦接點。例如, 在圖 2A 中, 兩個終端 228 示出為設置在基座 208 的相對側上, 用 于通過例如螺絲釘 229( 當然可提供其它合適的耦接, 例如夾具、 焊接或類似物 ) 耦接到第 一 RF 線圈的兩個部分。
     在一些實施方式中, 如下面關于圖 3A-B 所進一步討論的, 第一 RF 線圈 110( 和 / 或第二 RF 線圈 112) 可包括多個 ( 例如, 兩個或更多個 ) 間隔的 (interlineated) 且對稱 布置的堆疊線圈。例如, 第一 RF 線圈 110 可包括可繞入一個線圈的多個導體, 每個導體占 有相同的圓柱平面。 每個間隔的堆疊線圈可還具有朝向該線圈的中心軸向內延伸的腿 210。 在一些實施方式中, 每條腿可圍繞基座 208 和 / 或第一 RF 饋電器 202 彼此對稱地布置 ( 例 如, 兩條腿以 180 度分開, 三條腿以 120 度分開, 四條腿以 90 度分開, 和類似布置 )。在一些 實施方式中, 每條腿 210 可為各個 RF 線圈導體的一部分, 該部分向內延伸以與第一 RF 饋電 器 202 電接觸。在一些實施方式中, 第一 RF 線圈 110 可包括多個導體, 每個導體具有從該 線圈向內延伸的腿 210 以在各個對稱布置的耦接點 ( 如, 終端 228) 處耦接到基座 208。
     第二 RF 饋電器 204 可為圍繞第一 RF 饋電器 202 同軸設置的導電管 203。第二 RF 饋電器 204 可進一步包括鄰近第一和第二 RF 線圈 110、 112 的第一端 212 和與該第一端 212 相對的第二端 214。在一些實施方式中, 第二 RF 線圈 112 可經由凸緣 (flange)216 在第一 端 212 處耦接到第二 RF 饋電器 204, 或可選地直接耦接到第二 RF 饋電器 204( 未示出 )。 凸 緣 216 可為圓形或其它形狀, 并圍繞第二 RF 饋電器 204 同軸設置。凸緣 216 可進一步包括 對稱布置的耦接點以將第二 RF 線圈 112 耦接到其上。例如, 在圖 2A 中, 示出了設置在第二 RF 饋電器 204 的相對側上用于經由, 例如螺絲釘 227( 盡管可具有其它合適的耦接, 例如上 述關于終端 228 的描述 ) 耦接到第二 RF 線圈 112 的兩個部分的兩個終端 226。
     與第一線圈 110 相似, 也如下面關于圖 3A-B 所進一步討論的, 第二 RF 線圈 112 可 包括多個間隔的 (interlineated) 且對稱地布置的堆疊線圈。每個堆疊線圈可具有從其延 伸用于在各個對稱布置的耦接點處耦接到凸緣 216 的腿 218。 因此, 每條腿 218 可圍繞凸緣 216 和 / 或第二 RF 饋電器 204 對稱地布置。
     第二 RF 饋電器 204 的第二端 214 可耦接到匹配網絡 114( 已示出 ) 或功率分配器 ( 圖 1 中示出 )。例如, 如圖 2A 所示, 匹配網絡 114 可包括具有兩個輸出端 232、 234 的功率 分配器 230。第二 RF 饋電器 204 的第二端 214 可耦接到匹配網絡 114 的兩個輸出端之一 ( 例如, 234)。第二 RF 饋電器 204 的第二端 214 可經由導電元件 220( 例如, 導電帶 ) 耦接 到匹配網絡 114。在一些實施方式中, 第二 RF 饋電器 204 的第一和第二端 212、 214 可由長度 222 隔開, 該長度 222 足夠限制可能由導電元件 220 所產生的任意磁場不對稱的影響。 所 需的長度可根據意欲用于處理腔室 104 中的 RF 功率來確定, 提供的功率越高, 則所需的長 度越長。在一些實施方式中, 長度 222 可在約 2 英寸到約 8 英寸之間 ( 約 5cm 到約 20cm)。 在一些實施方式中, 這樣的長度使得通過 RF 電流在第一和第二 RF 饋電器中流動所形成的 磁場對通過 RF 電流在第一和第二 RF 線圈 110、 112 中流動所形成的電場的對稱性基本上沒 有影響。
     在一些實施方式中, 如圖 2B 所示, 盤 224 可鄰近第二 RF 饋電器 204 的第二端 214 耦接到該第二 RF 饋電器 204。可使用導電元件 220 或其它合適的連接器將盤 224 耦接到 匹配網絡 ( 或功率分配器 ) 的輸出端。盤 224 可由與第二 RF 饋電器 204 相同類型的材料 制造, 并可由與第二 RF 饋電器 204 為相同或不同的材料。盤 224 可為第二 RF 饋電器 204 的一集成部件 ( 已示出 ), 或可選地可通過在其二者間提供穩固的 (robust) 電氣連接的任 何適當手段而耦接至第二 RF 饋電器 204, 這些手段包括但不限于螺栓連接 (bolting)、 焊 接 (welding)、 對圍繞第二 RF 饋電器 204 的盤的延伸部或唇沿 (lip) 壓合或類似手段。盤 224 可圍繞第二 RF 饋電器 204 同軸設置。盤 224 可以任意合適的方式, 例如經由導電帶 (conductive trap) 或類似方式耦接到匹配網絡 114 或功率分配器。盤 224 有利地提供電 屏蔽, 該電屏蔽減輕或消除由于來自匹配網絡 114( 或來自功率分配器 ) 的偏移輸出而導 致的任意磁場不對稱。因此, 當盤 224 用于耦合 RF 功率時, 第二 RF 饋電器 204 的長度 222 可以比當導電元件 220 直接耦接到第二 RF 饋電器 204 時要短。在這樣的實施方式中, 長度 222 可在約 1 英寸到約 6 英寸之間 ( 約 2cm 到約 15cm)。 圖 3A-3B 描述根據本發明的一些實施方式的電感耦合等離子體設備 102 的俯視示 意圖。 如上所述, 第一和第二 RF 線圈 110、 112 不需要為單一的連續線圈, 可各自為多個 ( 例 如, 兩個或更多個 ) 間隔的且對稱布置的堆疊線圈元件。此外, 第二 RF 線圈 112 可圍繞第 一 RF 線圈 110 同軸地設置。在一些實施方式中, 如圖 3A-B 所示, 第二 RF 線圈 112 圍繞第 一 RF 線圈 110 同軸設置。
     在一些實施方式中, 如圖 3A 所示, 第一 RF 線圈 110 可包括兩個間隔的且對稱布置 的堆疊的第一 RF 線圈元件 302A、 302B, 且第二 RF 線圈 112 包括四個間隔的且對稱布置的堆 疊的第二 RF 線圈元件 308A、 308B、 308C 和 308D。第一 RF 線圈元件 302A、 302B 可進一步包 括從其向內延伸且連接到第一 RF 饋電器 202 的腿 304A、 304B。腿 304A、 304B 基本上等同于 上面描述的腿 210。腿 304A、 304B 圍繞第一 RF 饋電器 202 對稱地布置 ( 例如, 彼此相對 )。 典型地, RF 電流可從第一 RF 饋電器 202 通過腿 304A、 304B 流入第一 RF 線圈元件 302A、 302B, 并最終流入分別耦接到第一 RF 線圈元件 302A、 302B 的終端的接地端 306A、 306B。為 了保持對稱, 例如, 第一和第二 RF 線圈 110、 112 中的電場對稱, 接地端 306A、 306B 可圍繞第 一 RF 饋電結構 202 以與腿 304A、 304B 基本相似的對稱方向設置。例如, 如圖 3A 中所示, 接 地端 306A、 306B 與腿 304A、 304B 同軸設置。
     與第一 RF 線圈元件類似, 第二 RF 線圈元件 308A、 308B、 308C 和 308D 可進一步包括 從其延伸且連接到第二 RF 饋電器 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 圍繞第二 RF 饋電器 204 對稱地布置。典型地, RF 電流可從第二 RF 饋電器 204 通過腿 310A、 310B、 310C 和 310D 分別流入第二 RF 線圈元件 308A、 308B、 308C 和 308D, 并最終流入分別耦接到第二 RF 線圈
     元件 308A、 308B、 308C 和 308D 的終端的接地端 312A、 312B、 312C 和 312D。為了保持對稱, 例如, 第一和第二 RF 線圈 110、 112 中的電場對稱, 接地端 312A、 312B、 312C 和 312D 可圍繞 第二 RF 饋電結構 204 以與腿 310A、 310B、 310C 和 310D 基本相似的對稱方向設置。例如, 如 圖 3A 中所示, 接地端 312A、 312B、 312C 和 312D 分別與腿 310A、 310B、 310C 和 310D 成一直線 (in-line) 設置。
     在一些實施方式中, 如圖 3A 中所示, 第一 RF 線圈 110 的腿 / 接地端可關于第二 RF 線圈 112 的腿 / 接地端以一角度定向。但是, 這只是示例性的, 應理解可使用任意對稱的定 向, 例如第一 RF 線圈 110 的腿 / 接地端與第二 RF 線圈 112 的腿 / 接地端成一直線設置。
     在一些實施方式中, 如圖 3B 所示, 第一 RF 線圈 110 可包括四個間隔的且對稱布置 的堆疊的第一 RF 線圈元件 302A、 302B、 302C 和 302D。與第一 RF 線圈元件 302A、 302B 類似, 附加的第一 RF 線圈元件 302C、 302D 可進一步包括從其延伸且連接到第一 RF 饋電器 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 圍繞第一 RF 饋電器 202 對稱地布置。與第一 RF 線圈元件 302A、 302B 類似, 第一 RF 線圈 302C、 302D 在與腿 304C、 304D 同軸設置的接地端 306C、 306D 終止。為了保持對稱, 例如, 第 一和第二 RF 線圈 110、 112 中的電場對稱, 接地端 306A、 306B、 306C、 306D 可圍繞第一 RF 饋電 結構 202 以與腿 304A、 304B、 304C、 304D 基本相似的對稱方向設置。例如, 如圖 3B 中所示, 接地端 306A、 306B、 306C、 306D 分別與腿 304A、 304B、 304C、 304D 成一直線設置。圖 3B 中的 第二 RF 線圈元件 308A、 308B、 308C、 308D 及其所有部件 ( 例如, 腿 / 接地端 ) 與上面描述的 圖 3A 中的一樣。
     在一些實施方式中, 如圖 3B 中所示, 第一 RF 線圈 110 的腿 / 接地端可關于第二 RF 線圈 112 的腿 / 接地端以一角度定向。但是, 這只是示例性的, 應理解可使用任意對稱的定 向, 例如第一 RF 線圈 110 的腿 / 接地端與第二 RF 線圈 112 的腿 / 接地端成一直線設置。
     盡管上述描述使用各個線圈具有兩個或四個堆疊元件的情況作為例子, 但應考慮 第一和第二 RF 線圈 110、 112 中的任一個或兩個可使用任意數量的線圈元件, 例如, 三個、 六 個、 或保持圍繞第一和第二 RF 饋電器 202、 204 的對稱性的任意合適的數量和布置。例如, 一個線圈中可具有三個線圈元件, 每個線圈元件關于相鄰的線圈元件旋轉 120 度。
     圖 4 描述根據本發明的一些實施方式的電感耦合等離子體反應器 400 的側視示意 圖。反應器 400 可單獨使用, 或作為集成半導體襯底處理系統的處理模塊, 或集群工具, 例 如可從 California 的 Santa Clara 的 Applied Materials, Inc. 獲得的 集成半 導體晶片處理系統。 可有利地受益于根據本發明的實施方式的變型的合適的等離子體反應 器的例子包括電感耦合等離子體蝕刻反應器, 例如, 同樣可從 Applied Materials, Inc. 獲 得的半導體設備的 線 ( 例如, II、 AE、 G3 聚乙烯蝕刻器、 G5 等 )。上述半導體設備的名單僅為示例性的, 其它蝕刻反應器和非蝕刻設備 ( 例如, CVD 反應器或其它半導體處理設備 ) 也可根據本教導進行修改。其它根據本發明可使用的合 適的電感耦合等離子體反應器包括由 V.N.Todorow 等人于 2009 年 10 月 26 日提交的名稱 為 “INDUCT IVELY COUPLED PLASMA APPARATUS WITH PHASE CONTROL” 的美國專利申請序 列號 61/254,833, 以及由 S.Banna 等人于 2009 年 10 月 26 日提交的名稱為 “DUAL MODE INDUCTIVELY COUPLED PLASMA REACTOR WITH ADJUSTABLE PHASE COIL ASSEMBLY” 的美國 專利申請 61/254,837, 在此引入每個專利申請的全部內容作為參考。反應器 400 主要包括具有導電主體 ( 壁 )430 和介質蓋 (dielectric lid)420( 一 起限定處理空間 (processing volume)) 的處理腔室 404、 設置在處理空間內的基板支撐基 座 416、 電感耦合等離子體設備 102 和控制器 440。壁 430 典型地耦接到電氣接地 434。在 一些實施方式中, 支撐基座 ( 陰極 )416 可通過匹配網絡 424 耦接到偏置電源 422。盡管 對于特定的應用可按照需要來提供其它的頻率和功率, 但偏置電源 422 可說明性地為在約 13.56MHz 的頻率下產生高達 1000W 的功率的一電源, 該電源能產生連續或脈沖功率任一 者。在一些實施方式中, 電源 422 可為 DC 或脈沖 DC 電源。
     在一些實施方式中, 介質蓋 420 可基本上平坦。腔室 104 的其它修改例可具有其 它類型的蓋, 例如圓頂型蓋或其它形狀的蓋。電感耦合等離子體設備 102 典型地設置在蓋 420 上方, 并配置成將 RF 功率感應地耦合到處理腔室 404。電感耦合等離子體設備 102 包 括如上所討論的設置在介質蓋 420 上方的第一和第二 RF 線圈 110、 112。 可根據需要來調節 每個線圈的相對位置、 直徑比以及每個線圈的匝數中每一個以控制, 例如形成的等離子體 的分布曲線 (profile) 或密度。第一和第二 RF 線圈 110、 110 中每一個通過經由 RF 饋電結 構的匹配網絡 114 耦接到 RF 電源 108。盡管對于特定的應用, 可以按照需要提供其它頻率 和功率, 但 RF 電源 108 可說明性地能在從 50KHz 到 13.56MHz 的范圍內的可調頻率下產生 高達 4000W 的功率。
     在一些實施方式中, 諸如分路電容器 (dividing capacitor) 的功率分配器可設置 在 RF 饋電結構 106 和 RF 電源 108 之間, RF 饋電結構 106 用于控制由 RF 電源 108 提供給 各第一和第二 RF 線圈的 RF 功率的相對量。例如, 如圖 4 所示, 功率分配器 404 可設置在將 RF 饋電結構 106 耦接到 RF 電源的線路上, 以控制提供給各個線圈的 RF 功率的量 ( 從而幫 助對與第一和第二 RF 線圈對應的區域中的等離子體特性的控制 )。
     任選地, 一個或多個電極 ( 未示出 ) 可電耦接到第一或第二 RF 線圈 110、 112 中一 個線圈, 例如, 諸如第一 RF 線圈 110 的內線圈。該一個或多個電極可為設置在第一 RF 線圈 110 和第二 RF 線圈 112 之間并鄰近介質蓋 420 的兩個電極。每個電極可電耦接到第一 RF 線圈 110 或第二 RF 線圈 112, 且 RF 功率可通過 RF 電源 108 經由與這些電極耦接的感應線 圈 ( 例如, 第一 RF 線圈 110 或第二 RF 線圈 112) 提供給該一個或多個電極。
     在一些實施方式中, 該一個或多個電極可以可移動地耦接到該一個或多個感應線 圈之一以幫助該一個或多個電極相對于介質蓋 420 和 / 或相對于彼此的相對定位。例如, 一個或多個定位機構 (positioning mechanism) 可耦接到一個或多個電極以控制其位置。 該定位裝置可為能幫助所需的一個或多個電極的定位的任意手動的或自動的適當裝置, 例 如, 包括導螺桿 (lead screw)、 線性軸承 (linear bearing)、 步進電機、 楔形物 (wedge) 或 類似物的裝置。 將該一個或多個電極耦接到特定的感應線圈的電連接器可為柔性的以幫助 這樣的相對移動。例如, 在一些實施方式中, 電連接器可包括一個或多個柔性機構, 如編織 線 (braided wire) 或其它導體。關于該電極的更詳細的描述以及其在等離子體處理設備 中的應用參見于 2008 年 7 月 30 日遞交的名稱為 “Field Enhanced Inductively Coupled Plasma(FE-ICP)Reactor” 的美國專利申請序列號 12/182,342, 在此引入其全部內容作為參 考。
     加熱器元件 421 可設置在介質蓋 420 頂上, 以幫助加熱處理腔室 104 的內部。加 熱器元件 421 可設置在介質蓋 420 和第一和第二 RF 線圈 110、 112 之間。在一些實施方式中, 加熱器元件 421 可包括電阻加熱元件并可耦接到諸如 AC 電源這樣的電源 423, 該電源 423 被配置成提供足夠的能量以控制加熱器元件 421 的溫度在約 50 攝氏度到約 100 攝氏度 之間。在一些實施方式中, 加熱器元件 421 可為開放式中斷加熱器 (open break heater)。 在一些實施方式中, 加熱器元件 421 可包括諸如環形元件之類的非中斷加熱器 (no break heater), 從而幫助處理腔室 104 內均勻等離子體的形成。
     在操作期間, 襯底 414( 諸如半導體晶片或適合用于等離子體處理的其它襯底 ) 可 被放置在基座 416 上, 并可通過進氣口 426 從氣體面板 438 提供工藝氣體以在處理腔室 104 內形成氣態混合物 450。通過從等離子體源 418 施加功率到第一和第二 RF 線圈 110、 112 以 及任選地該一個或多個電極 ( 未示出 ), 氣態混合物 450 可在處理腔室 104 內被激發成等離 子體 455。在一些實施方式中, 來自偏置電源 422 的功率也可提供給基座 416。可利用節流 閥 427 和真空泵 436 來控制腔室 104 內部的壓力。可利用貫穿壁 430 的含液體管道 ( 未示 出 ) 控制腔室壁 430 的溫度。
     可通過穩定處理支撐基座 416 的溫度來控制晶片 414 的溫度。 在一個實施方式中, 來自氣體源 448 的氦氣可經由氣體管道 (gas conduit))449 提供給限定在晶片 414 背部與 設置在基座表面中的凹槽 ( 未示出 ) 之間的通路 (channel)。使用氦氣來幫助基座 416 與 晶片 414 之間的熱傳遞。在處理過程中, 基座 416 可由該基座內的電阻加熱器 ( 未示出 ) 而加熱到恒定的溫度, 且氦氣可促進晶片 414 的均勻加熱。使用這樣的熱控制, 晶片 414 可 說明性地維持在 0 到 500 攝氏度之間的溫度。 控制器 440 包括中央處理器 (CPU)444、 存儲器 442、 以及 CPU 444 的輔助電路 446, 以幫助對反應器 400 的部件的控制以及如此對形成等離子體的方法的控制。控制器 440 可 為能用于工業設置來控制各種腔室和子處理器的任意形式的通用計算機處理器之一, CPU 444 的存儲器或計算機可讀介質 442 可為一種或多種易獲得的本地或遠程存儲器 (readily available memory), 諸如隨機存儲存儲器 (RAM)、 只讀存儲器 (ROM)、 軟盤、 硬盤或任何其它 形式的數字存儲裝置。輔助電路 446 耦接到 CPU 444 以傳統方式輔助處理器。這些電路包 括高速緩沖存儲器、 電源、 時鐘電路、 輸入 / 輸出電路和子系統和類似物。本發明的方法可 以作為軟件例程 (routine) 存儲在存儲器 442 中, 可以上述方式來執行或調用該軟件例程 以控制反應器 400 的操作。軟件例程也可由第二 CPU( 未示出 ) 來存儲和 / 或執行, 該第二 CPU 位于距受到 CPU 444 控制的硬件的遠距離的地方。
     圖 5A-5D 說明性地描述利用傳統設備以及這里公開的本發明的設備的一實施方 式所產生的電場的曲線圖。 這些曲線圖說明性地描述來自實際試驗的數據和本發明人所進 行的觀察。圖 5A 和 5B 分別描述利用傳統 RF 饋電器而在等離子體中電場分布的徑向分量 和方位角分量。圖 5A 描述處理腔室 510 中的電場的徑向分量的曲線 502A。提供襯底 512 的概圖作為參考。圖 5B 描述處理腔室 510 中的電場的方位角分量的曲線 504A。從這些曲 線圖可知, 由于線圈電流和不對稱 RF 饋電線電流所產生的磁場的不對稱干涉, 導致等離子 體中的電場分布不對稱。
     相反地, 圖 5C 和 5D 分別描述利用這里公開的本發明的 RF 饋電裝置而在等離子體 中電場分布的徑向分量和方位角分量。圖 5C 描述處理腔室 510 中的電場的徑向分量的曲 線 502B。圖 5D 描述處理腔室 510 中的電場的方位角分量的曲線 504B。從曲線圖可知, 等離 子體中的電場分布得到了很大的改善, 且基本上或幾乎為對稱的。
     因此, 這里提供了用于等離子體處理的設備。 在一些實施方式中, 本發明的設備包 括用于將 RF 功率耦合到感應 RF 線圈的 RF 饋電結構。本發明的 RF 饋電結構有利地減小鄰 近感應 RF 線圈的磁場不對稱, 這樣使得由 RF 線圈所產生的電場是對稱的, 并因此促使具有 對稱的電場分布的等離子體的形成。
     雖然前面的描述涉及本發明的實施方式, 但在不違背本發明的基本范圍的情況下 也可設計出本發明的其它和進一步的實施方式。

關 鍵 詞:
用于 等離子體 處理 RF 饋電 結構
  專利查詢網所有資源均是用戶自行上傳分享,僅供網友學習交流,未經上傳用戶書面授權,請勿作他用。
關于本文
本文標題:用于等離子體處理的RF饋電結構.pdf
鏈接地址:http://www.rgyfuv.icu/p-6420488.html
關于我們 - 網站聲明 - 網站地圖 - 資源地圖 - 友情鏈接 - 網站客服客服 - 聯系我們

[email protected] 2017-2018 zhuanlichaxun.net網站版權所有
經營許可證編號:粵ICP備17046363號-1 
 


收起
展開
山东11选5中奖结果走势图