CN109417011A - 电感线圈结构和电感耦合等离子体生成系统 - Google Patents

电感线圈结构和电感耦合等离子体生成系统 Download PDF

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Abstract

本发明的电感耦合等离子体(ICP)生成系统包括：电介质管，沿长度方向延伸；第一电感线圈结构，所述第一电感线圈结构被设置成包围所述电介质管且在电介质管中产生ICP；RF电源，被配置成提供具有相反相位的正功率和负功率，以向第一电感线圈结构的两端分别供应RF功率的正功率和负功率，并且RF电源被配置成改变驱动频率；第一主电容器，所述第一主电容器被设置在所述RF电源的正输出端子与所述第一电感线圈结构的一端之间；以及第二主电容器，所述第二主电容器被设置在所述RF电源的负输出端子与所述第一电感线圈结构的另一端之间。所述第一电感线圈结构包括：电感线圈，所述电感线圈彼此串联连接且被放置在不同的层中，而且所述电感线圈在各层中具有至少一圈；和辅助电容器，所述辅助电容器被分别设置在所述电感线圈中的相邻电感线圈之间，以分配施加到所述电感线圈的电压。

Description

电感线圈结构和电感耦合等离子体生成系统
技术领域
本发明涉及一种电感耦合等离子体(ICP：inductively-coupled plasma)生成系统，且特别地，涉及一种包括插入在多个天线之间的电容器且具有分压结构的ICP生成系统。
背景技术
等离子体用于对基板(例如，半导体晶片)进行蚀刻的处理或在基板上沉积层的处理。而且，等离子体用于新材料的合成、表面处理和环境净化。此外，大气压等离子体用于等离子体洗涤器、清洗、杀菌和护肤。
为了生成传统的电感耦合等离子体(ICP)，使用被电感线圈缠绕的电介质放电管。然而，传统的电感线圈结构具有低的放电稳定性和低的等离子体密度。
本发明提供了一种新颖的电感线圈结构，该电感线圈结构被配置成能够在大气压或几托以上的高压下稳定地生成电感耦合等离子体。
发明内容
技术问题
本发明构思的一些实施例提供了一种电感线圈结构，该电感线圈结构用于在抑制电容耦合成分的同时产生具有改善的放电稳定性和效率的电感耦合等离子体。
本发明构思的一些实施例提供了电感线圈结构和包括该电感线圈结构的等离子体生成系统，该电感线圈结构被配置成防止由于电感线圈的匝数增加而引起的电压增大。
本发明构思的一些实施例提供了一种电感线圈结构，该电感线圈结构被配置成最大限度地增加每单位长度的匝数且抑制电容耦合。
技术方案
根据本发明构思的一些实施例，电感耦合等离子体(ICP)生成系统可以包括：电介质管，其沿长度方向延伸；第一电感线圈结构，其被设置成包围所述电介质管且在所述电介质管中产生ICP；RF(射频)电源，所述RF电源被配置成提供具有相反相位的正功率和负功率，以向所述第一电感线圈结构的两端分别供应RF功率的所述正功率和所述负功率，且所述RF电源被配置成改变驱动频率；第一主电容器，其被设置在所述RF电源的正输出端子与所述第一电感线圈结构的一端之间；以及第二主电容器，其被设置在所述RF电源的负输出端子与所述第一电感线圈结构的另一端之间。所述第一电感线圈结构可以包括电感线圈和辅助电容器，所述电感线圈彼此串联连接且被放置在不同的层中，而且所述电感线圈在各层中具有至少一圈，所述辅助电容器被分别设置在所述电感线圈中的相邻电感线圈之间以分配施加到所述电感线圈的电压。
在一些实施例中，所述电感线圈中的各电感线圈可以具有与第一电感L1相同的电感，所述辅助电容器中的各辅助电容器可以具有与第一电容C1相同的电容，并且所述RF电源的驱动频率可以被控制成与谐振频率一致，所述谐振频率是由彼此串联连接的所述第一电感L1和所述第一电容C1确定的。
在一些实施例中，所述第一主电容器和所述第二主电容器中的各者可以具有与第二电容C2相同的电容，并且所述第二电容C2可以是所述第一电容C1的两倍。
在一些实施例中，所述电感线圈中的各电感线圈可以是2圈至4圈的天线。
在一些实施例中，所述ICP生成系统还可以包括第二电感线圈结构，所述第二电感线圈结构被设置成包围所述电介质管、在所述电介质管中产生ICP、且具有与所述第一电感线圈结构相同的结构，并且所述第二电感线圈结构与所述第一电感线圈结构是间隔开的。所述第二电感线圈结构的一端可以被连接到所述第一电感线圈结构的一端，所述第二电感线圈结构的另一端可以被连接到所述第一电感线圈结构的另一端，并且所述第一电感线圈结构和所述第二电感线圈结构可以在所述第一主电容器与所述第二主电容器之间彼此并联连接。
在一些实施例中，构成所述第一电感线圈结构和所述第二电感线圈结构的所述电感线圈中的各电感线圈可以具有与第一电感L1相同的电感。构成所述第一电感线圈结构和所述第二电感线圈结构的所述辅助电容器中的各辅助电容器可以具有与第一电容C1相同的电容，并且所述所述RF电源的驱动频率可以被控制成与谐振频率一致，所述谐振频率是由彼此串联连接的所述第一电感L1和所述第一电容C1确定的。
在一些实施例中，所述第一主电容器和所述第二主电容器中的各者可以具有与第二电容C2相同的电容，且所述第二电容C2可以是所述第一电容C1的四倍。
在一些实施例中，所述第一电感线圈结构的所述一端和所述第二电感线圈结构的所述一端可以被放置成彼此相邻，并且所述第一电感线圈结构的所述一端和所述第二电感线圈结构的所述一端可以彼此连接且可以被连接到所述第一主电容器。
在一些实施例中，所述电感线圈中的各电感线圈可以包括：第一圆弧部，所述第一圆弧部在直角坐标系中具有在第一方向上开口的部分，并且所述第一圆弧部在布置平面上被设置成具有第一圆心角和恒定的第一半径；第二圆弧部，所述第二圆弧部在所述布置平面上被设置成具有小于所述第一圆心角的第二圆心角、具有大于所述第一半径的第二半径、且具有与所述第一圆弧部的中心轴相同的中心轴；第一连接部，其在所述布置平面上设置成连接到所述第一圆弧部的一端且沿所述第一方向延伸；“U”形第一圆弧连接部，其在所述布置平面上被设置成连接所述第一圆弧部的另一端和所述第二圆弧部的一端；以及第二连接部，其在所述布置平面上被设置成连接到所述第二圆弧部的另一端且沿所述第一方向延伸。
在一些实施例中，所述电感线圈中的各电感线圈可以包括：第一圆弧部，所述第一圆弧部在直角坐标系中具有在第一方向上开口的部分，并且所述第一圆弧部在布置平面上被设置成具有第一圆心角和恒定的第一半径；第二圆弧部，所述第二圆弧部在所述布置平面上被设置成具有小于所述第一圆心角的第二圆心角、具有大于所述第一半径的第二半径、且具有与所述第一圆弧部的中心轴相同的中心轴；第三圆弧部，其在所述布置平面上被设置成具有小于所述第二圆心角的第三圆心角、具有大于所述第二半径的第三半径、且具有与所述第一圆弧部的所述中心轴相同的中心轴；第一连接部，其在所述布置平面上被设置成连接到所述第一圆弧部的一端且沿所述第一方向延伸；“U”形第一圆弧连接部，其在所述布置平面上被设置成连接所述第一圆弧部的另一端和所述第二圆弧部的一端；“U”形第二圆弧连接部，其在所述布置平面上被设置成将所述第二圆弧部的另一端连接到所述第三圆弧部的一端；以及第二连接部，其在所述布置平面上被设置成连接到所述第三圆弧部的另一端且沿所述第一方向延伸。
在一些实施例中，所述电感线圈中的各电感线圈可以包括：第一圆弧部，所述第一圆弧部在直角坐标系中具有在第一方向上开口的部分，并且所述第一圆弧部在布置平面上被设置成具有第一圆心角和恒定的第一半径；第二圆弧部，其在所述布置平面上被设置成具有小于所述第一圆心角的第二圆心角、具有大于所述第一半径的第二半径、且具有与所述第一圆弧部的中心轴相同的中心轴；第三圆弧部，其在所述布置平面上被设置成具有小于所述第二圆心角的第三圆心角、具有大于所述第二半径的第三半径、且具有与所述第一圆弧部的所述中心轴相同的中心轴；第四圆弧部，其在所述布置平面上被设置成具有小于所述第三圆心角的第四圆心角、具有大于所述第三半径的第四半径、且具有与所述第一圆弧部的所述中心轴相同的中心轴；第一连接部，其在所述布置平面上被设置成连接到所述第一圆弧部的一端且沿所述第一方向延伸；“U”形第一圆弧连接部，其在所述布置平面上被设置成连接所述第一圆弧部的另一端和所述第二圆弧部的一端；“U”形第二圆弧连接部，其在所述布置平面上被设置成将所述第二圆弧部的另一端连接到所述第三圆弧部的一端；“U”形第三圆弧连接部，其在所述布置平面上被设置成将所述第三圆弧部的另一端连接到所述第四圆弧部的一端；以及第二连接部，其在所述布置平面上被设置成连接到所述第四圆弧部的另一端且沿所述第一方向延伸。
在一些实施例中，所述第一电感线圈结构和所述第二电感线圈结构可以被设置成关于所述电介质放电管的点而呈垂直镜像对称，且电流可以在中心处被垂直分割然后可以在两端处被收集。
在一些实施例中，所述电感线圈的功率输入端子可以被布置成在方位方向(azimuth direction)上保持均匀的角度。
在一些实施例中，所述电感线圈的至少一部分可以被陶瓷模具固定。
在一些实施例中，所述ICP生成系统还可以包括垫圈形绝缘隔离件，所述垫圈形绝缘隔离件被设置在所述电感线圈之间以将所述电感线圈彼此电气分离。
在一些实施例中，所述电感线圈可以包括顺序堆叠的第一电感线圈至第四电感线圈，并且所述辅助电容器可以包括第一辅助电容器至第三辅助电容器。当与所述第一电感线圈相比时，所述第二电感线圈可以逆时针旋转90°，且所述第二电感线圈可以被放置在所述第一电感线圈的下方且与所述第一电感线圈对准。当与所述第二电感线圈相比时，所述第三电感线圈可以逆时针旋转90°，且所述第三电感线圈可以被放置在所述第二电感线圈的下方且与所述第二电感线圈对准。当与所述第三电感线圈相比时，所述第四电感线圈可以逆时针旋转90°，且所述第四电感线圈可以被放置在所述第三电感线圈的下方且与所述第三电感线圈对准。所述第一电感线圈的一端可以通过所述第一主电容器而被连接到所述RF电源的正输出端子，所述第一电感线圈的另一端可以通过所述第一辅助电容器而被连接到所述第二电感线圈的一端，所述第二电感线圈的另一端可以通过所述第二辅助电容器而被连接到所述第三电感线圈的一端，所述第三电感线圈的另一端可以通过所述第三辅助电容器而被连接到所述第四电感线圈的一端，且所述第四电感线圈的另一端可以通过所述第二主电容器而被连接到所述RF电源的负输出端子。
根据本发明构思的一些实施例，基板处理系统可以包括处理室和ICP生成系统，所述处理室被配置成对半导体基板进行处理，所述ICP生成系统被配置成将由等离子体提供的活性物质提供到所述处理室中。所述ICP生成系统可以包括：电介质管，其沿长度方向延伸；第一电感线圈结构，其被设置成包围所述电介质管且在所述电介质管中产生ICP；RF电源，所述RF电源被配置成提供具有相反相位的正功率和负功率，以向所述第一电感线圈结构的两端分别供应RF功率的所述正功率和所述负功率，且所述RF电源被配置成改变驱动频率；第一主电容器，其被设置在所述RF电源的正输出端子与所述第一电感线圈结构的一端之间；以及第二主电容器，其被设置在所述RF电源的负输出端子与所述第一电感线圈结构的另一端之间。所述第一电感线圈结构可以包括电感线圈和辅助电容器，所述电感线圈彼此串联连接且被放置在不同的层中，而且所述电感线圈在各层中具有至少一圈，所述辅助电容器被分别设置在所述电感线圈中的相邻电感线圈之间以分配施加到所述电感线圈的电压。
根据本发明构思的一些实施例，电感线圈结构可以被设置成包围电介质管且在所述电介质管中产生ICP。所述电感线圈结构可以包括电感线圈和辅助电容器，所述电感线圈彼此串联连接且被放置在不同的层中，而且所述电感线圈在各层中具有至少一圈且具有相同结构，所述辅助电容器被分别设置在所述电感线圈中的相邻电感线圈之间以分配施加到所述电感线圈的电压。
在一些实施例中，所述电感线圈中的各电感线圈可以包括：第一圆弧部，所述第一圆弧部在直角坐标系中具有在第一方向上开口的部分，并且所述第一圆弧部在布置平面上被设置成具有第一圆心角和恒定的第一半径；第二圆弧部，其在所述布置平面上被设置成具有小于所述第一圆心角的第二圆心角、具有大于所述第一半径的第二半径、且具有与所述第一圆弧部的中心轴相同的中心轴；第三圆弧部，其在所述布置平面上被设置成具有小于所述第二圆心角的第三圆心角、具有大于所述第二半径的第三半径、且具有与所述第一圆弧部的所述中心轴相同的中心轴；第一连接部，其在所述布置平面上被设置成连接到所述第一圆弧部的一端且沿所述第一方向延伸；“U”形第一圆弧连接部，其在所述布置平面上被设置成连接所述第一圆弧部的另一端和所述第二圆弧部的一端；“U”形第二圆弧连接部，其在所述布置平面上被设置成将所述第二圆弧部的另一端连接到所述第三圆弧部的一端；以及第二连接部，其在所述布置平面上被设置成连接到所述第三圆弧部的另一端且沿所述第一方向延伸。
在一些实施例中，所述电感线圈中的各电感线圈可以包括：第一圆弧部，所述第一圆弧部在直角坐标系中具有在第一方向上开口的部分，并且所述第一圆弧部在布置平面上被设置成具有第一圆心角和恒定的第一半径；第二圆弧部，其在所述布置平面上被设置成具有小于所述第一圆心角的第二圆心角、具有大于所述第一半径的第二半径、且具有与所述第一圆弧部的中心轴相同的中心轴；第三圆弧部，其在所述布置平面上被设置成具有小于所述第二圆心角的第三圆心角、具有大于所述第二半径的第三半径、且具有与所述第一圆弧部的所述中心轴相同的中心轴；第四圆弧部，其在所述布置平面上被设置成具有小于所述第三圆心角的第四圆心角、具有大于所述第三半径的第四半径、且具有与所述第一圆弧部的所述中心轴相同的中心轴；第一连接部，其在所述布置平面上被设置成连接到所述第一圆弧部的一端且沿所述第一方向延伸；“U”形第一圆弧连接部，其在所述布置平面上被设置成连接所述第一圆弧部的另一端和所述第二圆弧部的一端；“U”形第二圆弧连接部，其在所述布置平面上被设置成将所述第二圆弧部的另一端连接到所述第三圆弧部的一端；“U”形第三圆弧连接部，其在所述布置平面上被设置成将所述第三圆弧部的另一端连接到所述第四圆弧部的一端；以及第二连接部，其在所述布置平面上被设置成连接到所述第四圆弧部的另一端且沿所述第一方向延伸。
技术效果
根据本发明构思的一些实施例，等离子体生成系统可以包括电感线圈结构，该电感线圈结构被配置成抑制电容耦合效应并且稳定且高效地生成ICP。
根据本发明构思的一些实施例，辅助电容器可以被设置成将构成等离子体生成系统的电感线圈结构的电感线圈彼此串联连接，并且这使得可以对电压进行分配且可以减小总体的最高电压。
根据本发明构思的一些实施例，等离子体生成系统被配置成在构成电感线圈结构的电感线圈中的各者与电介质管接触的位置处具有相同的电位，因此可以抑制寄生电容器的产生、可以改善放电稳定性、且可以抑制局部离子溅射。
附图说明
图1是图示了根据本发明构思的示例性实施例的半导体基板处理系统的概念图。
图2A是图示了根据本发明构思的一个示例性实施例的ICP生成系统的概念图。
图2B是图示了图2A中的ICP生成系统的电路图。
图2C是图示了图2A中的ICP生成系统中的分压的图。
图2D是图示了图2A中的ICP生成系统的平面图。
图2E是图示了图2A中的ICP生成系统的电感线圈的平面图。
图3A是图示了根据本发明构思的另一个示例性实施例的ICP生成系统的概念图。
图3B是图示了图3A中的ICP生成系统的电路图。
图3C是图示了图3A中的ICP生成系统的电感线圈结构中的分压的图。
图4A是图示了根据本发明构思的又一个示例性实施例的ICP生成系统的概念图。
图4B是图示了图4A中的ICP生成系统的电路图。
图4C是图示了图4A中的ICP生成系统的电感线圈结构中的分压的图。
图4D是图示了图4A中的ICP生成系统的电感线圈的平面图。
图5A是图示了根据本发明构思的再一个示例性实施例的ICP生成系统的概念图。
图5B是图示了图5A中的ICP生成系统的电感线圈的平面图。
具体实施方式
在被设置成环绕电介质放电管的天线中，在低压(在没有流体效应的情况下，低于几十托)条件下在电介质放电管中施加高电压电位(3kv或更高)。在这种情况下，电介质放电管中产生等离子体。电介质放电管的表面是通过离子碰撞而被加热的。因此，电介质放电管被加热到1000℃以上的温度。这可能导致电介质放电管的表面特性发生改变或电介质放电管发生穿孔。
施加到天线的高电位受到天线的电感、频率和电流的影响。在高功率的条件下，必然要向天线施加高电位。因此，有必要降低天线的高电位。
根据本发明构思的一些实施例，在施加几kW或更高的高功率的情况下，提出了一种降低所施加的高电压且使由于离子碰撞而产生的加热问题最小化的方法。
电感耦合等离子体(ICP)系统可以用于半导体处理装置、电感耦合光谱分析装置、离子束生成装置、清洗沉积室的装置、清洗沉积室的排气孔的装置、从半导体处理装置中去除废气的等离子体洗涤器、或清洗化学气相沉积系统的处理室的清洗装置。
在一些实施例中，ICP生成系统可以被用作用于将活性物质提供到半导体处理室中的远程等离子源。
生成ICP的电感线圈和等离子体可以被建模为变压器电路。因此，ICP被称为“变压器耦合等离子体”。电感线圈充当变压器电路的初级线圈，且等离子体充当变压器电路的次级线圈。诸如磁性材料等磁通约束材料可以用来增加电感线圈与等离子体之间的磁耦合。然而，将磁通约束材料应用到圆柱形电介质放电容器是困难的。用于增强电感线圈与等离子体之间的磁耦合的另一种方法是增加电感线圈的电感或匝数。然而，电感线圈的电感的增大会使阻抗增大，且会使有效地传输功率变得困难。此外，电感线圈的电感的增大可能会使施加到电感线圈的电压增大，从而造成寄生电弧放电。而且，施加到电感线圈的高电压可能会导致电容耦合放电以及由离子碰撞和热量而产生的电介质放电容器的损坏。
根据本发明构思的一些实施例，可以在串联连接的电感线圈之间设置电容器，这样就可以减小施加到电感线圈的电压且使总电压能够在电感线圈与电容器之间分配。详细地，电感线圈可以被分割为多个电感线圈，可以在分割后的电感线圈之间设置辅助电容器，且可以在电感线圈的两端处设置主电容器。在这种情况下，可以通过屏蔽效应来减小静电场，并且根据分压模型，可以减小施加到电感线圈的电压。分割后的电感线圈以及位于分割后的电感线圈之间的辅助电容器可以构成串联谐振电路，并且该谐振电路可以被配置成具有与AC(交流)电源的驱动频率相同的谐振频率。因此，即使当低电压被施加到电感线圈时，也可以稳定地执行阻抗匹配操作。
电感耦合等离子体通常是在几百毫托的压力下使用几MHz的驱动频率而被生成的。然而，因为感应电场较弱，所以难以在大气压或几托以上的高压下使用ICP以用于放电。因此，有必要充分地增大感应电场的强度，且有必要提供用于初始放电的附加部件。
在通过向环绕电介质管的电感线圈施加RF功率而执行ICP放电的情况下，电介质管可能会被ICP加热和损坏。即，ICP在几十千瓦或更高的高功率下可能具有结构限制。
在一些实施例中，为了改善传统ICP的效率或稳定性，1)以堆叠的形式设置天线(或线圈结构)，从而增大感应电场的强度；2)将电感线圈分割为多个电感线圈且在电感线圈之间设置用于减小阻抗的电容器；3)将主电容器连接到电感线圈的两端以满足总体谐振条件；以及4)设置变频AC电源部以改善电感线圈的等离子体稳定性。因此，可以在几托以上的高压下以每分钟几十至几百升的流速执行处理，而这是传统ICP生成系统无法实现的。此外，对于初始放电不需要额外的电极，且即使当AC电源部的驱动频率不满足谐振条件时，也可以执行初始放电。在不满足谐振条件的情况下，向电感线圈施加高电压，以执行初始放电，然后通过将AC电源部的驱动频率改变为谐振条件来执行主放电。
在下文中，术语“电感线圈”和“天线”可以互换使用。对于ICP天线，传输到等离子体的感应电场的强度与电感线圈的电流和频率成正比，且与匝数的平方成正比。因此，通过增加电感线圈或天线的匝数，可以向等离子体施加强电场。然而，如果螺线管线圈的匝数增加，则由于空间的约束，能量将在电介质放电管的长度方向上被分散。此外，电感线圈的高电感(阻抗)使得将来自RF功率发生器的功率传递到电感线圈或天线变得困难。
有必要增大在等离子体附近的电场的密度，因此，有必要在电介质放电管的长度方向上使每单位长度的匝数最大化。在向电感线圈施加高电压的情况下，电感线圈生成能够降低放电的稳定性的电容耦合等离子体。电容耦合等离子体对初始放电是有利的，但是因为电容耦合等离子体会造成离子加速，所以电介质管或电介质窗可能被损坏，感应电场是通过电介质管或电介质窗而被传输的。
在一些实施例中，为了解决由于施加到天线的高电压而引起的电介质放电管的损坏问题，可以在放置于各层中的天线之间插入电容器。因此，即使向天线施加更大的功率，也不会损坏电介质放电管。可以在单位天线之间使用电容器以减小施加到天线的电压。此外，可以抑制归因于天线与功率输入端子之间以及天线与功率输出端子之间的高电压的寄生放电。
如果向天线施加高电压，则可能导致离子的加速和碰撞，并且表面可能被加热到高温并可能被损坏。由于这些问题，将高功率条件应用于ICP是困难的，但是可替代地，可以使用减小电感或将天线与管间隔开的方法。
在一些实施例中，在电容器被串联地放置在构成天线的单位天线之间的情况下，最高电位可以以与单位天线的分割数量成反比的方式减小，并且即使在高功率下电介质放电管的损坏也可能会降低。
根据比较例，对具有相同电感的天线进行测试。没有将电容器应用到天线中的一个天线，但是在其他的天线中，电容器被串联地放置在构成天线的单位天线之间。对于传统天线，电介质放电管会在2kW的功率下被损坏。然而，对于根据本发明构思的情况，即使在8kW的功率下，电介质放电管也不会被损坏，并且电介质放电管可以提供改善的放电特性。详细地，对于传统天线，在4kW或更低的功率下不能注入N2气，但是对于改进的天线，从1.5kW的功率起就可以注入。
现在，将参照示出了示例性实施例的附图更全面地描述本发明构思的示例性实施例。然而，本发明构思的示例性实施例可以以许多不同的形式来实施，而不应被解释为限于本文中所阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了使本发明变得透彻和完整，且将示例性实施例的概念充分地传达给本领域的普通技术人员。在附图中，为了清楚，层和区域的厚度被放大。附图中相同的附图标记表示相同的元件，因此将省略这些元件的描述。
图1是图示了根据本发明构思的示例性实施例的半导体基板处理系统的概念图。
参照图1，半导体基板处理系统2可以包括处理室92和ICP生成系统100，处理室92用于对基板94进行处理，ICP生成系统100被配置成将由电感耦合等离子体产生的活性物质提供到处理室中。
处理室92可以被配置成在基板94上沉积薄膜(例如，钨层)。处理室92可以被配置成接收第一处理气体(例如，WF6)以及来自ICP生成系统100的活性物质(例如，氢活性物质)。活性物质可以由氢(H2)等离子体产生。处理室92可以包括气体分配部91。气体分配部91可以被配置成接收来自处理气体供应部96的第一处理气体和来自ICP生成系统100的活性物质。为了在基板上均匀地沉积薄膜，气体分配部91可以在空间上分配供应到气体分配部91的气体。
ICP生成系统100可以是远程等离子体源。ICP生成系统100可以被配置成在几托的高压下高效地产生氢等离子体。ICP生成系统100可以包括感应放电模块191和RF电源140，RF电源140被配置成向感应放电模块101供应电力。ICP生成系统100可以被配置成接收第二处理气体以使用ICP从第二处理气体产生活性物质，且ICP生成系统100可以被配置成将活性物质提供给处理室92。
基板支架93可以在处理室92中被设置成面向气体分配部分91且平行于气体分配部分91，并且基板94可以被设置在基板支架93上且被设置在处理室92中。基板支架93可以被加热，以用于化学气相沉积工艺。基板94可以是半导体基板。详细地，基板可以是硅晶片。真空泵95可以被设置成将气体从处理室92排出。
在某些实施例中，活性物质可以被直接供应到处理室92，而不通过气体分配部91。
在某些实施例中，半导体基板处理系统2不限于用于化学气相沉积工艺，且半导体基板处理系统2可以用于执行各种工艺。
在某些实施例中，ICP生成系统100不限于用于化学气相沉积工艺，并且可以用于清洗处理室92的处理。例如，半导体基板处理系统2可以包括附加的远程等离子体源，该远程等离子体源被配置成排出NF3且在处理室92上执行清洗处理。在这种情况下，因为氟会导致处理室92的处理环境发生改变，所以ICP生成系统100可以向处理室92提供氢活性物质。因此，吸附在处理室92的内表面上的氟可以与氢活性物质发生反应并且可以被除去。
图2A是图示了根据本发明构思的一个示例性实施例的ICP生成系统的概念图。
图2B是图示了图2A中的ICP生成系统的电路图。
图2C是图示了图2A中的ICP生成系统中的分压的图。
图2D是图示了图2A中的ICP生成系统的平面图。
图2E是图示了图2A中的ICP生成系统的电感线圈的平面图。
参照图2A至图2E，ICP生成系统100可以包括：电介质管130，其沿长度方向延伸；第一电感线圈结构110，其被设置成包围电介质管130且在电介质管130中产生ICP；RF电源140，其被配置成提供具有相反相位的正功率和负功率，以向第一电感线圈结构的两端分别供应RF功率的正功率和负功率，且RF电源140被配置成改变驱动频率；第一主电容器121，其被设置在RF电源的正输出端子与第一电感线圈结构的一端之间；以及第二主电容器122，其被设置在RF电源的负输出端子与第一电感线圈结构的另一端之间。
第一电感线圈结构110可以包括电感线圈112、114、116和118以及辅助电容器113、115和117，电感线圈112、114、116和118彼此串联连接且被放置在不同的层中，辅助电容器113、115和117被分别设置在电感线圈中的相邻电感线圈之间以分配施加到电感线圈的电压。电感线圈112、114、116和118可以被设置成在各层中具有至少一圈。
RF电源140的驱动频率可以在几百kHz到几MHz的范围内。RF电源140的输出功率可以在几十瓦到几十kW的范围内。RF电源140可以通过第一电感线圈结构向时变负载(ICP)供应电力。第一电感线圈结构110的电感线圈可以与ICP电磁耦合。因此，可能需要用于RF电源140与第一电感线圈结构110之间的阻抗匹配的装置。RF电源140可以被配置成输出相位彼此相反的第一输出功率和第二输出功率。在某一时刻，第一输出功率和第二输出功率可以具有相对于接地的相反相位。
传统的阻抗匹配网络可以包括两个用于阻抗匹配的可变电抗装置(例如，真空可变电容器)或变压器。在这种情况下，第一电感线圈结构110可能难以稳定地满足与驱动频率的谐振条件。因此，可以使用具有可变驱动频率的RF电源，以使第一电感线圈结构中的彼此相邻的成对的电感线圈和辅助电容器能够满足串联谐振条件。
电介质管130可以具有圆柱形形状并且可以沿长度方向延伸。电介质管130可以由具有良好的耐热性能的材料(例如，玻璃、石英、陶瓷、氧化铝或蓝宝石)形成。电介质管130的内径可以是几十毫米。电介质管130的长度可以是几十厘米。
圆柱形ICP生成系统可以包括圆柱形电介质放电管和被设置成环绕该放电管的天线。在圆柱形ICP中，感应电场可能不会垂直地入射到电介质放电管中，因此可以减少由离子碰撞造成的损坏。圆柱形ICP可以在圆柱形电介质放电管的中心轴的方向上产生感应电场。然而，如果天线被施加高电压，则天线可以产生电容耦合等离子体来加热电介质管。因此，需要新颖的电感线圈结构来防止高电压被施加给天线。
在第一电感线圈结构110中，感应电场可以取决于驱动频率和电流(或每单位长度的圈数)。而且，要施加到第一电感线圈结构110的最高电压可以根据第一电感线圈结构110的总阻抗和总电流而被确定。第一电感线圈结构110的阻抗可以取决于第一电感线圈结构110的电感和驱动频率。因此，如果为了降低要施加到第一电感线圈结构的最高电压而增大第一电感线圈结构的电感，则感应电场的强度可能会增大，但是电容耦合效应可能会由于最高电压而增加。因此，为了降低第一电感线圈结构的阻抗，第一电感线圈结构10可以包括多个电感线圈112、114、116和118以及多个辅助电容器113、115和117，辅助电容器113、115和117中的各者被插入在电感线圈中的相邻电感线圈之间。此外，电感线圈及其相邻的辅助电容器可以彼此串联连接以形成串联谐振电路。电感线圈和辅助电容器可以电气性地交替布置着并且可以彼此串联连接。因此，第一电感线圈结构可以提供总体的低阻抗。辅助电容器的数量可以比电感线圈的数量少一个。
此外，第一电感线圈结构110可以总体上构成完美的谐振电路。为此，第一主电容器121可以被连接到第一电感线圈结构110的一端，且第二主电容器122可以被连接到第一电感线圈结构110的另一端。为了实现完美的谐振电路，第一主电容器121的电容C2可以是辅助电容器的电容C1的两倍(即，C2＝2C1)。
如果这样的谐振电路被配置，则要施加到第一电感线圈结构110的最高电压可以与电感线圈的数量成反比。
第一电感线圈结构110可以包括彼此串联连接并且被放置在不同的层中的电感线圈112、114、116和118以及被分别设置在电感线圈中的相邻电感线圈之间以分配施加到电感线圈的电压的辅助电容器113和115。电感线圈112、114、116和118可以被设置成在各层中具有至少一圈。
电感线圈可以包括第一电感线圈至第四电感线圈112、114、116和118。辅助电容器可以包括第一辅助电容器至第三辅助电容器113、115和117。所有的第一电感线圈至第四电感线圈112、114、116和118可以具有与L1相同的电感。所有的第一辅助电容器至第三辅助电容器113、115和117可以具有与C1相同的电容。第一辅助电容器至第三辅助电容器113、115和117中的各者可以具有2C1，且因此第一辅助电容器至第三辅助电容器113、115和117中的各者可以被描绘为成对的串联连接的假想电容器。因此，第一主电容器121、第一电感线圈112和假想电容器可以构成谐振电路，从而总体上减小电压。
当与没有设置辅助电容器113、115和117的情况相比时，如果设置有辅助电容器，则电压可以以与电感线圈的数量成反比的方式减小。尽管如此，仍然可以保持电介质管中每单位长度的总圈数。为了满足这种谐振条件，可以将驱动频率控制成与谐振频率一致。
此外，为了增加电介质管中每单位长度的圈数并因此增大感应电场的强度，电感线圈112、114、116和118中的各者可以是3圈线圈或4圈线圈。电感线圈112、114、116和118可以以足够小的距离垂直堆叠着，并且可能需要用于电气连接的空间。为了满足这个要求，各电感线圈可以不具有跳过布置平面的部分，并且各电感线圈的输入端子和输出端子不应该被放置在相互堆叠的位置处。为此，提出了具有下列结构的电感线圈。
电感线圈112、114、116和118可以包括顺序堆叠的第一电感线圈至第四电感线圈112、114、116和118。辅助电容器113、115和117可以包括第一辅助电容器至第三辅助电容器113、115和117。
每一对电感线圈之间的辅助电容器可以被配置成使电位反转。换言之，在相同的布置平面上，可以诱使靠近电介质管的圈(或第四圆弧部)和最远圈(或第一圆弧部)具有彼此相反的电位。在电介质管中，电感线圈的电位可以被抵消，因此可能不会出现由于电容耦合产生的朝向电介质管的静电电场。静电电场的这种减小可以降低电容耦合效应。
在传统结构中，电感可能会在天线的两端处产生大的电位差，且这个大的电位差可能会导致离子加速、能量损失、以及电介质管的加热和损坏。相反，在电感线圈之间设置辅助电容器的情况下，电位差可以减小，并且电位在各电感线圈的内部区域和外部区域处可以具有相反的符号。具有相反符号的电位可以用作电介质管中的偶极场，从而减小静电电场。电感线圈112、114、116和118中的各者可以包括在同一平面上向外缠绕的多个绕组线。
第一电感线圈112可以被设置成环绕电介质管。当与第一电感线圈112相比时，第二电感线圈114可以逆时针旋转90°，并且第二电感线圈114可以被放置在第一电感线圈112的下方且与第一电感线圈112对准。当与第二电感线圈114相比时，第三电感线圈116可以逆时针旋转90°，并且第三电感线圈116可以被放置在第二电感线圈114的下方且与第二电感线圈114对准。当与第三电感线圈116相比时，第四电感线圈118可以逆时针旋转90°，并且第四电感线圈118可以被放置在第三电感线圈116的下方且与第三电感线圈116对准。第一电感线圈112的一端可以通过第一主电容器121而被连接到RF电源140的正输出端子。第一电感线圈112的另一端可以通过第一辅助电容器113而被连接到第二电感线圈114的一端。第二电感线圈114的另一端可以通过第二辅助电容器115而被连接到第三电感线圈116的一端。第三电感线圈116的另一端可以通过第三辅助电容器117而被连接到第四电感线圈118的一端。第四电感线圈118的另一端可以通过第二主电容器122而被连接到RF电源140的负输出端子。为了保持方位对称，当第一电感线圈至第四电感线圈中的各者彼此堆叠时，第一电感线圈至第四电感线圈中的各者可以旋转90°。
各电感线圈的最内绕组线的电压(例如，2V)可以具有与最外绕组线的电压(例如，-2V)相反的相位。此外，所有电感线圈的最内绕组线可以具有相同的电压。因此，可以减小电感线圈中的相邻电感线圈之间的寄生电容，并且可以改善放电性能。此外，因为电介质管中的等离子体受到内部绕组线的相同电压的影响，所以局部离子溅射可能会减少。
电感线圈可以被分割为多个电感线圈，且可以在分割后的电感线圈之间插入辅助电容器以减小最高电压。然而，为了提供足够高的感应电场，有必要增加每单位长度的圈数。为了增加每单位长度的圈数，可以增加电感线圈112、114、116和118中的各者的圈数。然而，有必要将各电感线圈设置在相同的布置平面上。如果各电感线圈具有没有设置在布置平面上的配线部分，则可能导致难以使设置在相邻层上的其他电感线圈密集地堆叠。各电感线圈可以在相同的布置平面上具有3圈或4圈。
在某些实施例中，各电感线圈的匝数可以被配置成具有五圈或更多圈。
电感线圈112、114、116和118中的各者可以包括：第一圆弧部22a，第一圆弧部22a在直角坐标系中具有在第一或x轴方向上开口的部分，并且第一圆弧部22a在布置平面上被设置成具有第一圆心角和恒定的第一半径；第二圆弧部22b，其在布置平面上被设置成具有小于第一圆心角的第二圆心角、具有比第一半径大的第二半径、且具有与第一圆弧部的中心轴相同的中心轴；第三圆弧部22c，其在布置平面上被设置成具有小于第二圆心角的第三圆心角、具有大于第二半径的第三半径、且具有与第一圆弧部的中心轴相同的中心轴；第四圆弧部22d，其在布置平面上被设置成具有小于第三圆心角的第四圆心角、具有比第三半径大的第四半径、且具有与第一圆弧部的中心轴相同的中心轴；第一连接部23a，其在布置平面上被设置成连接到第一圆弧部22a的一端且沿第一或x轴方向延伸；“U”形第一圆弧连接部24a，其在布置平面上被设置连接第一圆弧部22a的另一端和第二圆弧部22b的一端；“U”形第二圆弧连接部24b，其在布置平面上被设置成将第二圆弧部的另一端连接到第三圆弧部的一端；“U”形第三圆弧连接部24c，其在布置平面上被设置成将第三圆弧部的另一端连接到第四圆弧部的一端；以及第二连接部23b，其在布置平面上被设置成连接到第四圆弧部22d的另一端并且沿第一方向延伸。第四圆心角可以等于或大于270°。第一圆弧连接部24a、第二圆弧连接部24b和第三圆弧连接部24c可以以彼此不重叠的方式被设置。第一圆弧连接部24a可以被设置在由第二圆弧连接部24b限定的区域中。
在电感线圈112、114、116和118中的各者中，绕组线(例如，第一至第四圆弧部)之间的空间可以是均匀的。例如，该空间可以是在从1mm到3mm的范围内。为了使电感线圈能够具有足够的方位对称性，第一圆心角至第四圆心角可以等于或大于270°。为了抑制在大气压下由于电压差而发生电弧放电，第一圆弧部至第四圆弧部可以彼此间隔开几mm以上的足够大的距离。
设置在相邻层中的电感线圈可以通过绝缘隔离件150而彼此电气分离。绝缘隔离件150可以以垫圈的形式(例如，具有中心穿透孔的薄圆板)被提供，并且绝缘隔离件150可以被插入以包围电介质管130的外侧表面。绝缘隔离件150可以是玻璃、塑料或特氟隆(Teflon)。绝缘隔离件150的厚度可以是几mm的量级。绝缘隔离件150的内半径可以与电介质管130的外半径基本相等，并且绝缘隔离件150的外半径可以与电感线圈的最外半径基本相等。绝缘隔离件150的内半径与外半径之间的距离可以在几cm至几十cm的范围内。
在一些实施例中，电感线圈112、114、116和118中的至少一部分可以由陶瓷膏模制而成。封装电感线圈的至少一部分的陶瓷模具152可以与电介质管130热接触。因此，在制冷剂于电感线圈112、114、116和118中流动的情况下，电感线圈可以冷却陶瓷模具152，并且陶瓷模具152可以间接地冷却电介质管130。
电感线圈112、114、116和118中的各者可以被设置成在各层中向外缠绕电介质管四次。放置在相邻层中的成对的电感线圈可以通过位于该成对的电感线圈之间的辅助电容器而彼此串联连接。辅助电容器可以被设置成具有能够抵消电感线圈的电感的电容。四个电感线圈可以构成一组。这四个电感线圈可以以它们中的各者相对于前一者逆时针旋转90°的方式被布置。
电介质管的两端可以用凸缘密封。上凸缘132可以紧固电介质管的一端，并且上凸缘132可以包括用于供应氢气和氮气的混合气体的喷嘴131。包围电介质管的中心部分的电感线圈112、114、116和118可以在电介质管中生成ICP。下凸缘134可以紧固电介质管的另一端，并且能够由ICP额外分解的气体可以被提供到电介质管的所述另一端。
图3A是图示了根据本发明构思的另一个示例性实施例的ICP生成系统的概念图。
图3B是图示了图3A中的ICP生成系统的电路图。
图3C是图示了图3A中的ICP生成系统的电感线圈结构中的分压的图。
参照图3A至图3C，ICP生成系统200可以包括：电介质管130，其沿长度方向延伸；第一电感线圈结构110，其被设置成包围电介质管130且在电介质管130中产生ICP；RF电源140，RF电源140被配置成提供具有相反相位的正功率和负功率，以向第一电感线圈结构的两端分别供应RF功率的正功率和负功率，并且RF电源140被配置成改变驱动频率；第一主电容器121，其被设置在RF电源的正输出端子与第一电感线圈结构的一端之间；以及第二主电容器122，其被设置在RF电源的负输出端子与第一电感线圈结构的另一端之间。
第二电感线圈结构210可以被设置成环绕电介质管130，并且第二电感线圈结构210可以在长度方向上与第一电感线圈结构110间隔开。第二电感线圈结构210可以具有与第一电感线圈结构110相同的结构，并且第二电感线圈结构210可以用于在电介质管130中生成ICP。
第二电感线圈结构210的一端可以被连接到第一电感线圈结构110的一端，并且第二电感线圈结构210的另一端可以被连接到第一电感线圈的另一端。第一电感线圈结构110和第二电感线圈结构210可以在第一主电容器121与第二主电容器122之间彼此并联连接。
构成第一电感线圈结构110和第二电感线圈结构210的电感线圈112、114、116和118中的各者可以具有相同的电感(例如，与第一电感L1相同的电感)。构成第一电感线圈结构110和第二电感线圈结构210的辅助电容器113、115和117中的各者可以具有与第一电容C1相同的电容。RF电源140的驱动频率可以被控制成与谐振频率一致，该谐振频率是由彼此串联连接的第一电感L1和第一电容C1确定的。
第一主电容器和第二主电容器可以具有相同的电容(例如，与第二电容C2相同的电容)，并且第二电容C2可以是第一电容C1的四倍。
第一电感线圈结构110的所述一端可以被设置成与第二电感线圈结构210的所述一端相邻。第一电感线圈结构的所述一端和第二电感线圈结构的所述一端可以彼此连接并且可以被连接到第一主电容器121。第一电感线圈结构110的所述另一端和第二电感线圈结构210的所述另一端可以彼此连接并且可以被连接到第二主电容器。
第一电感线圈结构110和第二电感线圈结构210可以被设置成关于电介质放电管130的点而呈垂直镜像对称。电流可以在中心处被垂直分割，然后可以在两端处被收集。
此外，第一电感线圈结构110和第二电感线圈结构210可以总体上构成完美的谐振电路。为此，第一主电容器121可以被连接到第一电感线圈结构110的所述一端和第二电感线圈结构210的所述一端。第二主电容器122可以被连接到第一电感线圈结构110的所述另一端和第二电感线圈结构210的所述另一端。为了实现完美的谐振电路，第一主电容器121的电容C2可以是辅助电容器的电容C1的四倍(即，C2＝4C1)。第一主电容器可以被描绘为并联连接的电容器并且可以具有2C1。
电感线圈可以包括第一电感线圈至第四电感线圈112、114、116和118。辅助电容器可以包括第一辅助电容器至第三辅助电容器113、115和117。所有的第一电感线圈至第四电感线圈112、114、116和118可以具有与L1相同的电感。所有的第一辅助电容器至第三辅助电容器113、115和117可以具有与C1相同的电容。第一辅助电容器至第三辅助电容器113、115和117中的各者可以被描绘为成对的串联连接的假想电容器并且可以具有2C1。因此，第一主电容器121的一部分(2C1)、第一电感线圈112以及假想电容器(2C1)可以构成谐振电路，从而能够总体上减小电压。
第一电感线圈结构110和第二电感线圈结构210可以彼此并联连接，因此ICP生成系统200可以包括八个电感线圈。第一电感线圈结构的电感线圈可以以它们中的各者相对于前一者逆时针旋转90°的方式被顺序地布置。第二电感线圈结构的电感线圈可以以它们中的各者相对于前一者顺时针旋转90°的方式被顺序地布置。
辅助电容器可以被设置成抵消电感线圈之间的阻抗的虚部。分别包括四个串联连接的电感线圈的两组(即，第一和第二电感线圈结构)的两端可以彼此并联连接，然后可以与外部端子电气连接。
每一对电感线圈之间的辅助电容器可以被配置成使电位反转。换言之，在相同的布置平面上，可以诱使靠近电介质管的最内圈(或第一圆弧部)和最远圈(或第四圆弧部)具有彼此相反的电位。在电介质管中，电感线圈的电位可以被抵消，因此可能不会出现由于电容耦合而产生的朝向电介质管的静电电场。静电电场的这种减小可以降低电容耦合效应。
在传统结构中，电感可能会在天线的两端处产生大的电位差，且这个大的电位差可能会导致离子加速、能量损失、以及电介质管的加热和损坏。相反，在电感线圈之间设置辅助电容器的情况下，电位差可以减小，并且电位在各电感线圈的内部区域和外部区域处可以具有相反的符号。具有相反符号的电位可以用作电介质管中的偶极场，从而减小静电电场。
图4A是图示了根据本发明构思的又一个示例性实施例的ICP生成系统的概念图。
图4B是图示了图4A中的ICP生成系统的电路图。
图4C是图示了图4A中的ICP生成系统的电感线圈结构中的分压的图。
图4D是图示了图4A中的ICP生成系统的电感线圈的平面图。
参照图4A至图4D，ICP生成系统300可以包括：电介质管130，其沿长度方向延伸；第一电感线圈结构310，其被设置成包围电介质管130且在电介质管130中产生ICP；RF电源140，RF电源140被配置成提供具有相反相位的正功率和负功率，以向第一电感线圈结构的两端分别供应RF功率的正功率和负功率，并且RF电源140被配置成改变驱动频率；第一主电容器121，其被设置在RF电源的正输出端子与第一电感线圈结构的一端之间；以及第二主电容器122，其被设置在RF电源的负输出端子与第一电感线圈结构的另一端之间。
第一主电容器121和第二主电容器122可以具有相同的电容(例如，与第二电容C2相同的电容)，并且第二电容C2可以是辅助电容器的第一电容C1的两倍。
电感线圈可以包括第一电感线圈至第四电感线圈312、314、316和318。辅助电容器可以包括第一辅助电容器至第三辅助电容器113、115和117。所有的第一电感线圈至第四电感线圈312、314、316和318可以具有与L1相同的电感。所有的第一辅助电容器至第三辅助电容器113、115和117可以具有与C1相同的电容。第一辅助电容器至第三辅助电容器113、115和117中的各者可以被描绘为成对的串联连接的假想电容器并且可以具有2C1。因此，第一主电容器121的一部分(2C1)、第一电感线圈312以及假想电容器(2C1)可以构成谐振电路，从而总体上减小电压。
电感线圈312、314、316和318中的各者可以包括：第一圆弧部32a，第一圆弧部32a在直角坐标系中具有在第一或x轴方向上开口的部分，并且第一圆弧部32a在布置平面上被设置成具有第一圆心角和恒定的第一半径；第二圆弧部32b，其在布置平面上被设置成具有小于第一圆心角的第二圆心角、具有比第一半径大的第二半径、且具有与第一圆弧部的中心轴相同的中心轴；第三圆弧部32c，其在布置平面上被设置成具有小于第二圆心角的第三圆心角、具有大于第二半径的第三半径、且具有与第一圆弧部的中心轴相同的中心轴；第一连接部33a，其在布置平面上被设置成连接到第一圆弧部的一端且沿第一方向延伸；“U”形第一圆弧连接部34a，其在布置平面上被设置成将第一圆弧部的另一端连接到第二圆弧部的一端；“U”形第二圆弧连接部34b，其在布置平面上被设置成将第二圆弧部的另一端连接到第三圆弧部的一端；以及第二连接部33b，其在布置平面上被设置成连接到第三圆弧部的另一端并且沿第一方向延伸。第三圆心角可以等于或大于270°。
图5A是图示了根据本发明构思的再一个示例性实施例的ICP生成系统的概念图。
图5B是图示了图5A中的ICP生成系统的电感线圈的平面图。
参照图5A和图5B，ICP生成系统400可以包括：电介质管130，其沿长度方向延伸；第一电感线圈结构410，其被设置成包围电介质管130且在电介质管130中产生ICP；RF电源140，RF电源140被配置成提供具有相反相位的正功率和负功率，以向第一电感线圈结构的两端分别供应RF功率的正功率和负功率，并且RF电源140被配置成改变驱动频率；第一主电容器121，其被设置在RF电源的正输出端子与第一电感线圈结构的一端之间；以及第二主电容器122，其被设置在RF电源的负输出端子与第一电感线圈结构的另一端之间。
第一主电容器121和第二主电容器122可以具有相同的电容(例如，与第二电容C2相同的电容)，并且第二电容C2可以是辅助电容器的第一电容C1的两倍。
电感线圈可以包括第一电感线圈至第四电感线圈412、414、416和418。辅助电容器可以包括第一辅助电容器至第三辅助电容器113、115和117。所有的第一电感线圈至第四电感线圈412、414、416和418可以具有与L1相同的电感。所有的第一辅助电容器至第三辅助电容器113、115和117可以具有与C1相同的电容。第一辅助电容器至第三辅助电容器113、115和117中的各者可以被描绘为成对的串联连接的假想电容器并且可以具有2C1。因此，第一主电容器121的一部分(2C1)、第一电感线圈412和假想电容器(2C1)可以构成谐振电路，从而总体上减小电压。
电感线圈412、414、416和418中的各者可以包括：第一圆弧部42a，第一圆弧部42a在直角坐标系中具有在第一方向上开口的部分，并且第一圆弧部42a在布置平面上被设置成具有第一圆心角和恒定的第一半径；第二圆弧部42b，其在布置平面上被设置成具有小于第一圆心角的第二圆心角、具有大于第一半径的第二半径、且具有与第一圆弧部的中心轴相同的中心轴；第一连接部43a，其在布置平面上被设置成连接到第一圆弧部的一端且沿第一方向延伸；“U”形第一圆弧连接部44a，其在布置平面上被设置成将第一圆弧部的另一端连接到第二圆弧部的一端；以及第二连接部43b，其在布置平面上被设置成连接到第二圆弧部的另一端并且沿第一方向延伸。第二圆心角可以等于或大于270°。
尽管已经具体地示出和说明了本发明构思的示例性实施例，但是本领域普通技术人员应当理解的是，在不脱离随附权利要求的主旨和范围的情况下，可以在本文中进行形式和细节的变化。

Claims (20)

1.一种电感耦合等离子体(ICP)生成系统，其包括：
电介质管，所述电介质管沿长度方向延伸；
第一电感线圈结构，所述第一电感线圈结构被设置成包围所述电介质管且在所述电介质管中产生ICP；
RF电源，所述RF电源被配置成提供具有相反相位的正功率和负功率，以向所述第一电感线圈结构的两端分别供应RF功率的所述正功率和所述负功率，并且所述RF电源被配置成改变驱动频率；
第一主电容器，所述第一主电容器被设置在所述RF电源的正输出端子与所述第一电感线圈结构的一端之间；以及
第二主电容器，所述第二主电容器被设置在所述RF电源的负输出端子与所述第一电感线圈结构的另一端之间，
其中，所述第一电感线圈结构包括：
电感线圈，所述电感线圈彼此串联连接且被放置在不同的层中，而且所述电感线圈在各层中具有至少一圈；和
辅助电容器，所述辅助电容器被分别设置在所述电感线圈中的相邻电感线圈之间，以分配施加到所述电感线圈的电压。
2.根据权利要求1所述的ICP生成系统，其中，
所述电感线圈中的各电感线圈具有与第一电感L1相同的电感，
所述辅助电容器中的各辅助电容器具有与第一电容C1相同的电容，并且
所述RF功率的驱动频率被控制成与谐振频率一致，所述谐振频率是由彼此串联连接的所述第一电感L1和所述第一电容C1确定的。
3.根据权利要求2所述的ICP生成系统，其中，
所述第一主电容器和所述第二主电容器中的各者具有与第二电容C2相同的电容，并且
所述第二电容C2是所述第一电容C1的两倍。
4.根据权利要求1所述的ICP生成系统，其中，所述电感线圈中的各电感线圈是2圈至4圈的天线。
5.根据权利要求1所述的ICP生成系统，其还包括第二电感线圈结构，所述第二电感线圈结构被设置成包围所述电介质管、在所述电介质管中产生ICP、且具有与所述第一电感线圈结构相同的结构，并且所述第二电感线圈结构与所述第一电感线圈结构是间隔开的，
其中，所述第二电感线圈结构的一端被连接到所述第一电感线圈结构的一端，
所述第二电感线圈结构的另一端被连接到所述第一电感线圈结构的另一端，并且
所述第一电感线圈结构和所述第二电感线圈结构在所述第一主电容器与所述第二主电容器之间彼此并联连接。
6.根据权利要求5所述的ICP生成系统，其中，
构成所述第一电感线圈结构和所述第二电感线圈结构的所述电感线圈中的各电感线圈具有与第一电感L1相同的电感，
构成所述第一电感线圈结构和所述第二电感线圈结构的所述辅助电容器中的各辅助电容器具有与第一电容C1相同的电容，并且
所述RF功率的驱动频率被控制成与谐振频率一致，所述谐振频率是由彼此串联连接的所述第一电感L1和所述第一电容C1确定的。
7.根据权利要求6所述的ICP生成系统，其中，
所述第一主电容器和所述第二主电容器中的各者具有与第二电容C2相同的电容，并且
所述第二电容C2是所述第一电容C1的四倍。
8.根据权利要求6所述的ICP生成系统，其中，
所述第一电感线圈结构的所述一端和所述第二电感线圈结构的所述一端被放置成彼此相邻，并且
所述第一电感线圈结构的所述一端和所述第二电感线圈结构的所述一端彼此连接且被连接到所述第一主电容器。
9.根据权利要求1所述的ICP生成系统，其中，所述电感线圈中的各电感线圈包括：
第一圆弧部，所述第一圆弧部在直角坐标系中具有在第一方向上开口的部分，并且所述第一圆弧部在布置平面上被设置成具有第一圆心角和恒定的第一半径；
第二圆弧部，所述第二圆弧部在所述布置平面上被设置成具有小于所述第一圆心角的第二圆心角、具有大于所述第一半径的第二半径、且具有与所述第一圆弧部的中心轴相同的中心轴；
第一连接部，所述第一连接部在所述布置平面上被设置成连接到所述第一圆弧部的一端且沿所述第一方向延伸；
“U”形第一圆弧连接部，所述“U”形第一圆弧连接部在所述布置平面上被设置成连接所述第一圆弧部的另一端和所述第二圆弧部的一端；以及
第二连接部，所述第二连接部在所述布置平面上被设置成连接到所述第二圆弧部的另一端且沿所述第一方向延伸。
10.根据权利要求1所述的ICP生成系统，其中，所述电感线圈中的各电感线圈包括：
第一圆弧部，所述第一圆弧部在直角坐标系中具有在第一方向上开口的部分，并且所述第一圆弧部在布置平面上被设置成具有第一圆心角和恒定的第一半径；
第二圆弧部，所述第二圆弧部在所述布置平面上被设置成具有小于所述第一圆心角的第二圆心角、具有大于所述第一半径的第二半径、且具有与所述第一圆弧部的中心轴相同的中心轴；
第三圆弧部，所述第三圆弧部在所述布置平面上被设置成具有小于所述第二圆心角的第三圆心角、具有大于所述第二半径的第三半径、且具有与所述第一圆弧部的所述中心轴相同的中心轴；
第一连接部，所述第一连接部在所述布置平面上被设置成连接到所述第一圆弧部的一端且沿所述第一方向延伸；
“U”形第一圆弧连接部，所述“U”形第一圆弧连接部在所述布置平面上被设置成连接所述第一圆弧部的另一端和所述第二圆弧部的一端；
“U”形第二圆弧连接部，所述“U”形第二圆弧连接部在所述布置平面上被设置成将所述第二圆弧部的另一端连接到所述第三圆弧部的一端；以及
第二连接部，所述第二连接部在所述布置平面上被设置成连接到所述第三圆弧部的另一端且沿所述第一方向延伸。
11.根据权利要求1所述的ICP生成系统，其中，所述电感线圈中的各电感线圈包括：
第一圆弧部，所述第一圆弧部在直角坐标系中具有在第一方向上开口的部分，并且所述第一圆弧部在布置平面上被设置成具有第一圆心角和恒定的第一半径；
第二圆弧部，所述第二圆弧部在所述布置平面上被设置成具有小于所述第一圆心角的第二圆心角、具有大于所述第一半径的第二半径、且具有与所述第一圆弧部的中心轴相同的中心轴；
第三圆弧部，所述第三圆弧部在所述布置平面上被设置成具有小于所述第二圆心角的第三圆心角、具有大于所述第二半径的第三半径、且具有与所述第一圆弧部的所述中心轴相同的中心轴；
第四圆弧部，所述第四圆弧部在所述布置平面上被设置成具有小于所述第三圆心角的第四圆心角、具有大于所述第三半径的第四半径、且具有与所述第一圆弧部的所述中心轴相同的中心轴；
第一连接部，所述第一连接部在所述布置平面上被设置成连接到所述第一圆弧部的一端且沿所述第一方向延伸；
“U”形第一圆弧连接部，所述“U”形第一圆弧连接部在所述布置平面上被设置成连接所述第一圆弧部的另一端和所述第二圆弧部的一端；
“U”形第二圆弧连接部，所述“U”形第二圆弧连接部在所述布置平面上被设置成将所述第二圆弧部的另一端连接到所述第三圆弧部的一端；
“U”形第三圆弧连接部，所述“U”形第三圆弧连接部在所述布置平面上被设置成将所述第三圆弧部的另一端连接到所述第四圆弧部的一端；以及
第二连接部，所述第二连接部在所述布置平面上被设置成连接到所述第四圆弧部的另一端且沿所述第一方向延伸。
12.根据权利要求6所述的ICP生成系统，其中，
所述第一电感线圈结构和所述第二电感线圈结构被设置成关于所述电介质放电管的点而呈垂直镜像对称，并且
电流在中心处被垂直分割，然后在两端处被收集。
13.根据权利要求6所述的ICP生成系统，其中，所述电感线圈的功率输入端子被布置成在方位方向上保持均匀的角度。
14.根据权利要求1所述的ICP生成系统，其中，所述电感线圈的至少一部分被陶瓷模具固定。
15.根据权利要求1所述的ICP生成系统，其还包括垫圈形绝缘隔离件，所述垫圈形绝缘隔离件被设置在所述电感线圈之间以将所述电感线圈彼此电气分离。
16.根据权利要求1所述的ICP生成系统，其中，
所述电感线圈包括顺序堆叠的第一电感线圈至第四电感线圈，
所述辅助电容器包括第一辅助电容器至第三辅助电容器，
当与所述第一电感线圈相比时，所述第二电感线圈逆时针旋转90°，并且所述第二电感线圈被放置在所述第一电感线圈的下方且与所述第一电感线圈对准，
当与所述第二电感线圈相比时，所述第三电感线圈逆时针旋转90°，并且所述第二电感线圈被放置在所述第二电感线圈的下方且与所述第二电感线圈对准，
当与所述第三电感线圈相比时，所述第四电感线圈逆时针旋转90°，并且所述第四电感线圈被放置在所述第三电感线圈的下方且与所述第三电感线圈对准，
所述第一电感线圈的一端通过所述第一主电容器而被连接到所述RF电源的正输出端子，
所述第一电感线圈的另一端通过所述第一辅助电容器而被连接到所述第二电感线圈的一端，
所述第二电感线圈的另一端通过所述第二辅助电容器而被连接到所述第三电感线圈的一端，
所述第三电感线圈的另一端通过所述第三辅助电容器而被连接到所述第四电感线圈的一端，并且
所述第四电感线圈的另一端通过所述第二主电容器而被连接到所述RF电源的负输出端子。
17.一种基板处理系统，其包括：
处理室，所述处理室被配置成对半导体基板进行处理；和
ICP生成系统，所述ICP生成系统被配置成将由等离子体提供的活性物质提供到所述处理室中，
其中，所述ICP生成系统包括：
电介质管，所述电介质管沿长度方向延伸；
第一电感线圈结构，所述第一电感线圈结构被设置成包围所述电介质管且在所述电介质管中产生ICP；
RF电源，所述RF电源被配置成提供具有相反相位的正功率和负功率，以向所述第一电感线圈结构的两端分别供应RF功率的所述正功率和所述负功率，并且所述RF电源被配置成改变驱动频率；
第一主电容器，所述第一主电容器被设置在所述RF电源的正输出端子与所述第一电感线圈结构的一端之间；以及
第二主电容器，所述第二主电容器被设置在所述RF电源的负输出端子与所述第一电感线圈结构的另一端之间，
其中，所述第一电感线圈结构包括：
电感线圈，所述电感线圈彼此串联连接且被放置在不同的层中，而且所述电感线圈在各层中具有至少一圈；和
辅助电容器，所述辅助电容器被分别设置在所述电感线圈中的相邻电感线圈之间，以分配施加到所述电感线圈的电压。
18.一种电感线圈结构，所述电感线圈结构被设置成包围电介质管且在所述电介质管中产生ICP，其中所述电感线圈结构包括：
电感线圈，所述电感线圈彼此串联连接且被放置在不同的层中，而且所述电感线圈在各层中具有至少一圈且具有相同结构；以及
辅助电容器，所述辅助电容器被分别设置在所述电感线圈中的相邻电感线圈之间，以分配施加到所述电感线圈的电压。
19.根据权利要求18所述的电感线圈结构，其中，所述电感线圈中的各电感线圈包括：
第一圆弧部，所述第一圆弧部在直角坐标系中具有在第一方向上开口的部分，并且所述第一圆弧部在布置平面上被设置成具有第一圆心角和恒定的第一半径；
第二圆弧部，所述第二圆弧部在所述布置平面上被设置成具有小于所述第一圆心角的第二圆心角、具有大于所述第一半径的第二半径、且具有与所述第一圆弧部的中心轴相同的中心轴；
第三圆弧部，所述第三圆弧部在所述布置平面上被设置成具有小于所述第二圆心角的第三圆心角、具有大于所述第二半径的第三半径、且具有与所述第一圆弧部的所述中心轴相同的中心轴；
第一连接部，所述第一连接部在所述布置平面上被设置成连接到所述第一圆弧部的一端且沿所述第一方向延伸；
“U”形第一圆弧连接部，所述“U”形第一圆弧连接部在所述布置平面上被设置成连接所述第一圆弧部的另一端和所述第二圆弧部的一端；
“U”形第二圆弧连接部，所述“U”形第二圆弧连接部在所述布置平面上被设置成将所述第二圆弧部的另一端连接到所述第三圆弧部的一端；以及
第二连接部，所述第二连接部在所述布置平面上被设置成连接到所述第三圆弧部的另一端且沿所述第一方向延伸。
20.根据权利要求18所述的电感线圈结构，其中，所述电感线圈中的各电感线圈包括：
第一圆弧部，所述第一圆弧部在直角坐标系中具有在第一方向上开口的部分，并且所述第一圆弧部在布置平面上被设置成具有第一圆心角和恒定的第一半径；
第二圆弧部，所述第二圆弧部在所述布置平面上被设置成具有小于所述第一圆心角的第二圆心角、具有大于所述第一半径的第二半径、且具有与所述第一圆弧部的中心轴相同的中心轴；
第三圆弧部，所述第三圆弧部在所述布置平面上被设置成具有小于所述第二圆心角的第三圆心角、具有大于所述第二半径的第三半径、且具有与所述第一圆弧部的所述中心轴相同的中心轴；
第四圆弧部，所述第四圆弧部在所述布置平面上被设置成具有小于所述第三圆心角的第四圆心角、具有大于所述第三半径的第四半径、且具有与所述第一圆弧部的所述中心轴相同的中心轴；
第一连接部，所述第一连接部在所述布置平面上被设置成连接到所述第一圆弧部的一端且沿所述第一方向延伸；
“U”形第一圆弧连接部，所述“U”形第一圆弧连接部在所述布置平面上被设置成连接所述第一圆弧部的另一端和所述第二圆弧部的一端；
“U”形第二圆弧连接部，所述“U”形第二圆弧连接部在所述布置平面上被设置成将所述第二圆弧部的另一端连接到所述第三圆弧部的一端；
“U”形第三圆弧连接部，所述“U”形第三圆弧连接部在所述布置平面上被设置成将所述第三圆弧部的另一端连接到所述第四圆弧部的一端；以及
第二连接部，所述第二连接部在所述布置平面上被设置成连接到所述第四圆弧部的另一端且沿所述第一方向延伸。
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