CN102056391B - 用于等离子体处理的rf馈电结构 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
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（feedstructure）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；第一RF馈电器，所述第一RF馈电器耦接到该第一RF线圈从而为所述第一RF线圈提供RF功率；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线圈从而为所述第二RF线圈提供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（或匹配网络114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（substantiallylinear），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，Teflon）、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，如下面关于图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耦接到所述凸缘上。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，例如上述关于终端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，也如下面关于图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所述堆叠线圈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），或可选地可通过在盘224和第二RF馈电器204二者间提供稳固的（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可进一步包括腿304A、304B，所述腿304A、304B从所述第一RF线圈元件302A、302B向内延伸且连接到第一RF馈电器202。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可进一步包括腿310A、310B、310C和310D，所述腿310A、310B、310C和310D从所述第二RF线圈元件308A、308B、308C和308D延伸且连接到第二RF馈电器204。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/接地端可关于第二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可进一步包括腿304C、304D，所述腿304C、304D从所述第一RF线圈元件302C、302D延伸且连接到第一RF馈电器202。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及所述第二RF线圈元件308A、308B、308C、308D的所有部件（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/接地端可关于第二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，每个线圈元件关于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CENTURA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DPS线（例如，DPSDPSⅡ、DPSAE、DPSG3聚乙烯蚀刻器、DPSG5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“INDUCTIVELY 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 WITHADJUSTABLE 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所述电极的位置。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(leadscrew)、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。关于该电极的更详细的描述以及所述电极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 EnhancedInductively Coupled Plasma(FE-ICP)Reactor”的美国专利申请序列号12/182，342，在此引入所述美国专利申请的全部内容作为参考。
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。
Claims (20)
1.一种RF馈电结构，所述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；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，每个所述第一终端用于将所述第一RF馈电器耦接到第一线圈元件；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所述基座上的第一终端，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所述环形凸缘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2英寸到8英寸之间的长度。
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，所述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：
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线圈的第一端和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，所述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
功率分配器，用于以所需功率比在所述第一和第二RF馈电器之间分配RF功率，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，所述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所述第一RF线圈元件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所述第二RF线圈元件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线圈关于彼此旋转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线圈关于彼此旋转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。
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