CN110603621A

CN110603621A - 对等离子体反应器的电极施加功率

Info

Publication number: CN110603621A
Application number: CN201880027286.9A
Authority: CN
Inventors: 肯尼思·S·柯林斯; 卡提克·雷马斯瓦米; 郭悦; 沙希德·劳夫; 卡罗尔·贝拉; 詹姆斯·D·卡达希; 迈克尔·R·赖斯
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2017-04-24
Filing date: 2018-04-23
Publication date: 2019-12-20
Also published as: TWI800505B; KR102501096B1; WO2018200409A1; JP2020521270A; JP7098654B2; TW201907045A; KR20190134810A

Abstract

等离子体反应器包括具有提供等离子体腔室的内部空间的腔室主体、将处理气体输送至等离子体腔室的气体分配器、耦接至等离子体腔室以将腔室抽空的泵、用于保持工件的工件支撑件及腔内电极组件，该腔内电极组件包括在等离子体腔室的顶板与工件支撑件之间横向延伸通过等离子体腔室的多个灯丝。每根灯丝包括由圆柱形绝缘外壳围绕的导体。多个灯丝包括第一多数个灯丝及与所述第一多数个灯丝以交替模式排列的第二多数个灯丝。RF电源经配置成将第一RF输入信号施加至第一多数个灯丝。

Description

对等离子体反应器的电极施加功率

技术领域

本公开内容涉及一种等离子体反应器，例如，用于在诸如半导体晶片的工件上沉积膜、蚀刻该工件或处理该工件。

背景技术

通常使用电容耦合等离子体(CCP)源或电感耦合等离子体(ICP)源来产生等离子体。基本的CCP源包含两个金属电极，所述两个金属电极在类似于平行板电容器的气体环境中以小距离分开。两个金属电极中的一个由固定频率的射频(RF)电源驱动，而另一个电极连接至RF接地，这样在两个电极之间产生RF电场。产生的电场使气体原子电离，释放了电子。气体中的电子被RF电场加速及通过碰撞来直接或间接地电离气体，产生了等离子体。

基本的ICP源通常包含螺旋形或线圈形的导体。当RF电流流过导体时，在导体周围形成RF磁场。RF磁场伴随着RF电场，该RF电场使气体原子电离并产生等离子体。

各种处理气体的等离子体广泛用于集成电路的制造。等离子体可用于例如薄膜沉积、蚀刻及表面处理。

原子层沉积(ALD)为基于气相化学处理的顺序使用的薄膜沉积技术。一些ALD工艺使用等离子体以为化学反应提供必要的活化能。等离子体增强ALD工艺可在比非等离子体增强(例如，“热”)ALD工艺更低的温度下进行。

发明内容

在一方面中，一种等离子体反应器包括：具有提供等离子体腔室的内部空间的腔室主体、将处理气体输送至该等离子体腔室的气体分配器、经耦接至该等离子体腔室以将该腔室抽空的泵、保持工件的工件支撑件及腔内电极组件，该腔内电极组件包括多个灯丝，所述多个灯丝在该等离子体腔室的顶板与该工件支撑件之间横向延伸通过该等离子体腔室。每个灯丝包括由圆柱形绝缘外壳围绕的导体。多个灯丝包括第一多数个灯丝及与所述第一多数个灯丝以交替模式排列的第二多数个灯丝。RF电源经配置成将第一RF输入信号施加至第一多数个灯丝，并且第二多数个灯丝接地或连接至来自该RF电源的第二RF输入信号。

实现方式可包括一或多个下列特征。

多个灯丝可具有多个第一端及多个第二端，及每个相应灯丝的第一端可比该相应灯丝的第二端更靠近等离子体腔室的第一侧壁。第一多数个灯丝的第一端可连接至第一公共母线，及第二多数个灯丝的第二端可连接至第二公共母线。RF电源可经配置成在第一公共母线与第二公共母线之间施加RF输入信号。第一多数个灯丝的第二端可为浮置的，及第二多数个灯丝的第一端可为浮置的。第一多数个灯丝的第二端可接地，及第二多数个灯丝的第一端可接地。第一多数个灯丝的第二端可连接至第三公共母线，及第二多数个灯丝的第一端可连接至第四公共母线。第一多数个灯丝的第二端可电连接至第二多数个灯丝的第一端。

RF电源可经配置成将RF输入信号施加至第一多数个灯丝的第一端，及第二多数个灯丝可接地。第二多数个灯丝可通过第二多数个灯丝的第二端接地。第二多数个灯丝的第一端可为浮置的。第二多数个灯丝可通过第二多数个灯丝的第一端接地。

RF电源可经配置成通过匹配网络及平衡─不平衡转换器(balun)来将RF功率差分地施加至第一多数个灯丝及第二多数个灯丝。RF电源可经配置成以单端不平衡方式向第一多数个灯丝施加RF功率。

多个灯丝可包括多个共面灯丝。多个共面灯丝可包括线性灯丝。多个共面灯丝可平行延伸通过等离子体腔室。多个共面灯丝可均匀地间隔开来。

可将第一RF信号施加在第一公共母线的中心处，及可将第二RF信号施加在第二公共母线的中心处。可将第一RF信号施加至第一公共母线的相对端，及可将第二RF信号施加至第二公共母线的相对端。

可在第三公共母线及第四公共母线的每一端处建立接地的连接。可在第三公用母线及第四公用母线中的每一公共母线的中心处建立接地的连接。第一多数个灯丝的第二端与第二多数个灯丝的第一端之间的电连接可在腔室外部。

另一方面中，一种等离子体反应器包括：具有提供等离子体腔室的内部空间的腔室主体、将处理气体输送至该等离子体腔室的气体分配器、耦接至该等离子体腔室以将该腔室抽空的泵、保持工件的工件支撑件、包括在该等离子体腔室的顶板与该工件支撑件之间横向延伸通过该等离子体腔室的多个灯丝的腔内电极组件及RF电源。每个灯丝包括由圆柱形绝缘外壳围绕的导体。多个灯丝包括第一多数个灯丝及与所述第一多数个灯丝以交替模式排列的第二多数个灯丝。多个灯丝具有多个第一端及多个第二端，及每个相应灯丝的第一端比该相应灯丝的第二端更靠近该等离子体腔室的第一侧壁。RF电源包括连接至第一多数个灯丝的第一端的第一母线、连接至第二多数个灯丝的第一端的第二母线、连接至第一多数个灯丝的第二端的第三母线，及连接至第二多数个灯丝的第二端的第四母线。

实现方式可包括一或多个以下特征。

RF电源可经配置成向第一母线、第二母线、第三母线及第四母线中的每一母线施加RF信号。RF电源可将RF信号施加至第一母线、第二母线、第三母线及第四母线中的每个母线的相对端。

在另一方面中，一种等离子体反应器包括：具有提供等离子体腔室的内部空间的腔室主体、将处理气体输送至该等离子体腔室的气体分配器、耦接至该等离子体腔室以将该腔室抽空的泵、保持工件的工件支撑件、腔内电极组件及RF电源，该腔内电极组件包括在该等离子体腔室的顶板与该工件支撑件之间横向延伸通过该等离子体腔室的多个灯丝，每个灯丝包括由圆柱形绝缘外壳围绕的导体，多个灯丝包括第一多数个灯丝及与所述第一多数个灯丝以交替模式排列的第二多数个灯丝；该RF电源经配置成将第一RF输入信号施加至所述第一多数个灯丝且将第二RF输入信号施加至该第二多数个灯丝，该第一RF输入信号及该第二RF输入信号具有相等频率及相位偏移

实现方式可包括一或多个以下特征。相位偏移可为180度。相位偏移可为可控制的。

在另一方面中，一种等离子体反应器包括：具有提供等离子体腔室的内部空间的腔室主体、将处理气体输送至该等离子体腔室的气体分配器、耦接至该等离子体腔室以将该腔室抽空的泵、保持工件的工件支撑件、包括在该等离子体腔室的顶板与该工件支撑件之间横向延伸通过该等离子体腔室的多个灯丝的腔内电极组件及RF电源。每个灯丝包括由圆柱形绝缘外壳围绕的导体。多个灯丝包括第一多数个灯丝及与所述第一多数个灯丝以交替模式排列的第二多数个灯丝。多个灯丝具有多个第一端及多个第二端，及每个相应灯丝的第一端比所述相应灯丝的第二端更靠近等离子体腔室的第一侧壁。RF电源包括连接至第一多数个灯丝的第一端的第一母线、连接至第二多数个灯丝的第一端的第二母线、连接至第一多数个灯丝的第二端的第三母线，及连接至第二多数个灯丝的第二端的第四母线。

在另一方面中，一种等离子体反应器包括：具有提供等离子体腔室的内部空间的腔室主体、将处理气体输送至该等离子体腔室的气体分配器、耦接至该等离子体腔室以将该腔室抽空的泵、保持工件的工件支撑件、包括在该等离子体腔室的顶板与该工件支撑件之间横向延伸通过该等离子体腔室的多个灯丝的腔内电极组件及RF电源。每个灯丝包括由圆柱形绝缘外壳围绕的导体。RF电源经配置成将第一RF信号施加至多个灯丝中的至少一些灯丝，将相同频率的第二RF信号施加至所述多个灯丝中的至少一些灯丝，及调变该第一RF信号及第二RF信号之间的相位偏移。

实现方式可包括一或多个以下特征。

多个灯丝可具有多个第一端及多个第二端，及每个相应灯丝的第一端比所述相应灯丝的第二端更靠近等离子体腔室的第一侧壁。可将第一RF信号施加至多个灯丝的第一端，及可将第二RF信号施加至多个灯丝的第二端。多个灯丝的第一端可连接至第一公共母线，及所述多个灯丝的第二端可连接至第二公共母线。

多个灯丝包括第一灯丝、多个中间灯丝及最终灯丝；可将第一RF信号施加至该第一灯丝且可将第二RF信号施加至该最终灯丝。每个中间灯丝可具有电连接至相邻灯丝的第二端的第一端，及第二端可电连接至另一相邻丝的第一端。连接可在腔室外部。

多个灯丝可包括第一多数个灯丝及第二多数个灯丝，所述第二多数个灯丝与所述第一多数个灯丝以交替模式排列，及可将第一RF信号施加至所述第一多数个灯丝且可将第二RF信号施加至该第二多数个灯丝。RF电源可经配置成将第一RF输入信号施加至第一多数个灯丝的第一端，并且将第二RF信号施加至第二多数个灯丝的第二端。第一多数个灯丝的第二端可为浮置的，及第二多数个灯丝的第一端可为浮置的。第一多数个灯丝的第二端可接地，及所述第二多数个灯丝的第一端可接地。第一多数个灯丝的第二端可电连接至第二多数个灯丝的第一端。

可包括保持顶部电极在腔室顶板中的支撑件。可包括在工件支撑件中的底部电极。

多个灯丝可包括第一多数个灯丝，及第一母线可连接至第一多数个灯丝的第一端。RF电源可经配置成将第一RF信号施加至第一母线上的第一位置且将第二RF信号施加至该母线上的不同的第二位置。第一位置及第二位置可位在母线的相对端上。可包括连接至第一多数个灯丝的相对第二端的第二母线。RF电源可经配置成将第一RF信号施加至第一母线上的第一位置且将第二RF信号施加至第二母线上的不同的第二位置。RF电源可经配置成将第一RF信号施加至第一母线上的不同的第三位置且将第二RF信号施加至第二母线上的不同的第四位置。

多个灯丝可包括第二多数个灯丝，及第三母线可连接至第二多数个灯丝的第一端。RF电源可经配置成将第一RF信号施加至第一母线上的第一位置及第三母线上的第二位置，并且将第二RF信号施加至第一母线上的不同的第三位置及第三母线上的不同的第四位置。第二母线可连接至第一多数个灯丝的相对的第二端，及第四母线可连接至第二多数个灯丝的相对的第二端。RF电源可经配置成将第一RF信号施加至第一母线上的第一位置及第二母线上的第二位置，并且将第二RF信号施加至第三母线上的第三位置及第四母线上的第四位置。RF电源可经配置成将第一RF信号施加至第一母线上的第一位置及不同的第二位置及第二母线上的第三位置及不同的第四位置，并且将第二RF信号施加至第三母线上的第五位置及不同的第六位置及第四母线上的第七位置及不同的第八位置。第一位置、第三位置、第五位置及第七位置可各自位于相应母线第二位置、第四位置、第六位置及第八位置的相对端上。

RF电源可经配置成调变相位偏移，以随着时间改变导体上的电压的驻波模式。多个灯丝可包括多个共面灯丝。多个共面灯丝可包括线性灯丝。多个共面灯丝可平行延伸通过等离子体腔室。多个共面灯丝可均匀地间隔开来

在另一方面中，一种处理工件的方法包括以下步骤：将工件定位在工件支撑件上，使得该工件的前表面面向多个灯丝，所述多个灯丝在等离子体腔室的顶板与该工件支撑件之间横向延伸通过该等离子体腔室；将处理气体输送至该等离子体腔室；将第一RF信号施加至所述多个灯丝中的至少一些灯丝，并且将相等频率的第二RF信号施加至所述多个灯丝中的至少一些灯丝，以致在该等离子体腔室中产生等离子体及使该工件暴露于来自该等离子体腔室的该等离子体；及调变该第一RF信号与该第二RF信号之间的相位偏移。

实现方式可包括一或多个以下特征。调变相位偏移可随着时间改变导体上的电压的驻波模式。可调变第一RF信号与第二RF信号之间的相位偏移，以增加等离子体密度均匀性。可调变第一RF信号与第二RF信号之间的相位偏移以诱发等离子体密度不均匀性，以补偿基板上层的不均匀性或层的处理不均匀的来源。施加第一RF信号及第二RF信号的步骤可包含以下步骤：通过匹配网络及平衡─不平衡转换器(balun)来将RF功率差分地施加至第一多数个灯丝及第二多数个灯丝。可在等离子体腔室中以交替模式来排列第一多数个灯丝及第二多数个灯丝。

在另一方面中，一种等离子体反应器包括:具有提供等离子体腔室的内部空间的腔室主体、将处理气体输送至该等离子体腔室的气体分配器、耦接至该等离子体腔室以将该腔室抽空的泵、保持工件的工件支撑件、腔内电极组件及RF电源，该腔内电极组件包括在该等离子体腔室的顶板与该工件支撑件之间横向延伸通过该等离子体腔室的多个灯丝的腔内电极组件，每个灯丝包括由绝缘外壳围绕的导体，至少一个母线电连接至每个灯丝的导体。RF电源经配置成在至少一个母线上的第一位置处向多个灯丝施加第一频率的第一RF信号，并且在所述至少一个母线上的不同的第二位置处向所述多个灯丝施加不同的第二频率的第二RF信号。

实现方式可包括一或多个以下特征。

第一匹配电路可将第一位置电耦合至第一环路器/隔离器。第二匹配电路可将第二位置电耦合至第二环路器/隔离器。可包含将第二位置直接电耦合至虚负载(dummyload)的第二匹配电路。第一环路器/隔离器可具有第一带宽，及第一频率及第二频率可在该第一带宽内。第一频率与第二频率之间的差值可不大于第一频率及第二频率的平均值的约5％。

多个灯丝可包括第一多数个灯丝。至少一个母线可包括连接至第一多数个灯丝的第一端的第一母线。RF电源可经配置成将第一RF信号施加至第一母线上的第一位置，并且将第二RF信号施加至母线上的不同的第二位置。第一位置与第二位置可位于母线的相对端。可包括连接至第一多数个灯丝的相对第二端的第二母线。RF电源可经配置成将第一RF信号施加至第一母线上的第一位置，并且将第二RF信号施加至第二母线上的不同的第二位置。RF电源可经配置成将第一RF信号施加至第一母线上的不同的第三位置，并且将第二RF信号施加至第二母线上的不同的第四位置。

多个灯丝可包括第二多数个灯丝，及可包括连接至所述第二多数个灯丝的第一端的第三母线。RF电源可经配置成将第一RF信号施加至第一母线上的第一位置及第三母线上的第二位置，并且将第二RF信号施加至第一母线上的不同的第三位置及第三母线上的不同的第四位置。

第二母线可连接至第一多数个灯丝的相对第二端，及第四母线可连接至第二多数个灯丝的相对第二端。RF电源可经配置成将第一RF信号施加至第一母线上的第一位置及第二母线上的第二位置，并且将第二RF信号施加至第三母线上的第三位置及第四母线上的第四位置。RF电源可经配置成将第一RF信号施加至第一母线上的第一位置及不同的第二位置及第二母线上的第三位置及不同的第四位置，并且将第二RF信号施加至第三母线上的第五位置及不同的第六位置及第四母线上的第七位置及不同的第八位置。第一位置、第三位置、第五位置及第七位置可各自位于相应母线的第二位置、第四位置、第六位置及第八位置的相对端。

在另一方面中，一种处理工件的方法，包括以下步骤：将工件定位在工件支撑件上，使得该工件的前表面面向多个导体，所述多个导体在等离子体腔室的顶板与该工件支撑件之间横向延伸通过该等离子体腔室；将处理气体输送至该等离子体腔室；在连接至所述数个导体的至少一个母线上的第一位置处将第一频率的第一RF信号施加至所述多个导体；及在所述至少一个母线上的不同的第二位置处将不同的第二频率的第二RF信号施加至所述多个导体。

实现方式可包括一或多个以下特征。可选择第一频率及第二频率间的差值以增加等离子体密度均匀性。可选择第一频率与第二频率之间的差值以诱发等离子体密度不均匀性，用以补偿基板上的层的不均匀性或层的处理不均匀的来源。施加第一RF信号及第二RF信号可包含以下步骤：通过匹配网络及平衡─不平衡转换器(balun)来将RF功率差分地施加至第一多数个灯丝及第二多数个灯丝。可在等离子体腔室中以交替模式来排列第一多数个灯丝及第二多数个灯丝。

在另一方面中，一种等离子体反应器包括：腔室主体，该腔室主体具有提供等离子体腔室的内部空间；气体分配器，该气体分配器将处理气体输送至该等离子体腔室；泵，该泵耦接至该等离子体腔室以将该腔室抽空；工件支撑件，该工件支撑件保持工件的工件支撑件；腔内电极组件，该腔内电极组件包括在该等离子体腔室的顶板与该工件支撑件之间横向延伸通过该等离子体腔室的多个灯丝，每个灯丝包括由绝缘外壳围绕的导体；至少一个母线，所述至少一个母线电连接至每个灯丝的该导体；及RF电源；第一匹配网络，该第一匹配网络连接至所述至少一个母线上的第一位置；及第二匹配网络，该第二匹配网络连接至所述至少一个母线上的第二位置；第一电阻性负载终端及第二电阻性负载终端；环路器/隔离器，该环路器/隔离器将该RF电源连接至该第一匹配网络，该环路器/隔离器进一步耦合至该第一电阻性负载终端，及该第二电阻性负载终端连接至该第二匹配网络。

某些实现方式可具有以下一或多个优势。等离子体均匀性可得到改善。等离子体处理的可重复性可得到改善。可减少金属污染。可减少微粒的生成。可降低等离子体充电损坏。可在不同的处理操作条件下保持等离子体的均匀性。等离子体功率耦合效率可得到改善。等离子体密度的不均匀性、例如是由驻波引起的不均匀性，可以被降低。可减轻由处理条件或工件的初始状态所引起的不均匀性。

在所附图式及以下描述中阐述了本发明的一或多个实施方式的细节。本发明的其他特征、目的及优势将从说明书、图式及从权利要求书显而易见。

附图说明

图1为等离子体反应器的实例的示意性侧视图。

图2A为包括等离子体反应器的处理工具的示意性俯视图。

图2B及图2C分别为图2A的等离子体反应器沿着线2B-2B及线2C-2C的示意性侧视图。

图3A至图3C为腔内电极组件的灯丝的各种实例的示意性横截面透视图。

图4A为腔内电极组件的一部分的示意性俯视图。

图4B至图4C是具有不同等离子体区域状态的腔室内电极组件的横截面的示意性侧视图。

图5A至图5E为电极组件配置的各种实例的示意性俯视图。

图6A至图6B为腔内电极组件的部分的示意性俯视图。

图7A为示例性电极组件配置的示意性俯视图。

图7B至图7D为示出作为时间函数的两个输入信号的相位调变的示意图。

图7E及图7F为额外的示例性电极组件配置的示意性俯视图。

图8A为示例性电极组件配置的示意性俯视图。

图8B为示出作为时间函数的两个输入信号的相位调变的示意图。

图8C为另一示例性电极组件配置的示意性俯视图。

图9A至图9B为用于产生作为时间函数来同相调变的多个输入信号的示例性电路示意图。

图10为用于产生不同频率的多个输入信号的示例性电路示意图。

图11为用于产生一个频率的单个输入信号的示例性电路示意图。

各个图式中的相同的附图标号表示相同的组件。

具体实施方式

常规的CCP源中的等离子体均匀性通常由(数个)电极尺寸及电极间距、气压、气体组成及所施加的RF功率来确定。在较高的射频下，附加效应可能变得显著或甚至主导由驻波或趋肤效应(skin effect)的存在所导致的非均匀性。在更高的频率及等离子体密度下，此种附加效应变得更加明显。

常规的ICP源中的等离子体均匀性通常由ICP(数个)线圈的配置、气体压力、气体组成及功率来确定，所述配置包括其尺寸、几何形状、与工件的距离及相关的RF窗口位置。在多个线圈或线圈段的情况下，电流或功率分布及其相对相位若以相同频率驱动亦可为重要因素。由于趋肤效应，功率沉积倾向于发生在ICP线圈下方或附近数厘米内；此种局部功率沉积通常导致反映线圈几何形状的处理不均匀性。此种等离子体不均匀性导致跨工件的电位差，这亦会导致等离子体充电损坏(例如，晶体管栅极介电质破裂)。

通常需要很大的扩散距离来提高ICP源的均匀性。然而，由于低功率耦合，具有厚RF窗口的传统ICP源在高气压下通常效率低，此造成高驱动电流而导致了高电阻功率损耗。与之相反，腔内电极组件不需具有RF窗口，而只需薄的圆柱形外壳。此可提供更好的功率耦合及效率。

在使用细长导体阵列的情况下，另一不均匀源为沿着导体的RF能量的驻波。来自各种电路的内部反射可产生RF能量的驻波；这会在电极中产生“热点”并因此产生不均匀性。

具有腔内电极组件的等离子体源可能够提供以下中的一或多项：在工件尺寸上有效产生具有期望性质(等离子体密度、电子温度、离子能量及离解等)的均匀等离子体；调节操作裕度(例如，压力、功率及气体成分)内的均匀性；即使在有移动工件的情况下也能保持稳定且可重复的电气性能；及避免过量的金属污染物或微粒。

图1为等离子体反应器的实例的示意性侧视图。等离子体反应器100具有包围将用作等离子体腔室的内部空间104的腔室主体102。腔室主体102可具有一或多个侧壁102a及顶板102b。内部空间104可为圆柱形，例如，用于处理圆形半导体晶片。腔室主体102具有位于等离子体反应器100的顶板附近的支撑件106，支撑件106支撑顶部电极108。顶部电极可悬挂在内部空间104内，并与顶板间隔开来、邻接顶板或形成一部分的顶板。腔室主体102的侧壁的一些部分可分别接地。

气体分配器110可位于等离子体反应器100的顶部附近。在一些实现方式中，气体分配器110与顶部电极108整合成单个部件。替代地，气体分配器110可包括在腔室的侧壁102a中的一或多个通口。气体分配器110连接至气体供应器112。气体供应器112将一或多种处理气体输送至气体分配器110，所述一或多种处理气体的组成可取决于待执行的工艺，例如，沉积或蚀刻。真空泵113耦接至内部空间104以将等离子体反应器抽空。对于一些工艺来说，在Torr范围内操作腔室，及气体分配器110供应氩气、氮气、氧气和/或其他气体。

取决于腔室配置及所供应的处理气体，等离子体反应器100可提供ALD设备、蚀刻设备、等离子体处理设备、等离子体增强化学气相沉积设备、等离子体掺杂设备或等离子体表面清洁设备。

用于支撑工件115的工件支撑基座114位于等离子体反应器100中。工件支撑基座114具有面向顶部电极108的工件支撑表面114a。在一些实现方式中，工件支撑基座114包括在基座114内部的工件支撑电极116，及工件偏置电压源118连接至工件支撑电极116。电压源118可施加电压以将工件115夹持至基座114和/或提供偏置电压以控制所产生等离子体的包括离子能量的性质。在一些实现方式中，RF偏置功率产生器142通过阻抗匹配144AC耦合至工件支撑基座114的工件支撑电极116。

另外，基座114可具有用于加热或冷却工件115的内部通道119，和/或嵌入式电阻加热器(119)。

腔内电极组件120位于顶部电极108与工件支撑基座114之间的内部空间104中。电极组件120包括一或多个灯丝，一或多个灯丝在基座114的支撑表面114a之上的腔室中横向延伸。在基座114之上的电极组件120的至少一部分灯丝平行于支撑表面114a延伸。顶部缝隙130在顶部电极108与腔内电极组件120之间形成。底部缝隙132在工件支撑基座114与腔内电极组件120之间形成。

电极组件120由RF电源122驱动。RF电源122可用1至300MHz或更高的频率向电极组件120的一或多个灯丝供电。对于一些工艺来说，RF电源120在60MHz的频率下提供约100W至大于2kW的总RF功率。

在一些实现方式中，可能期望选择底部缝隙132以使得等离子体产生的自由基、离子或电子与工件表面相互作用。缝隙的选择取决于应用及操作方案。对于期望将自由基通量(但非常低的离子/电子通量)传递至工件表面的一些应用来说，可选择在较大缝隙和/或较高压力下的操作。对于期望将自由基通量及基本的等离子体离子/电子通量传递至工件表面的其它应用来说，可选择在较小缝隙和/或较低压力下的操作。例如，在一些低温等离子体增强ALD工艺中，处理气体的自由基对于ALD膜的沉积或处理是必需的。自由基为具有不成对价电子的原子或分子。自由基通常对其他物质有高度的化学反应性。自由基与其他化学物质的反应通常在膜沉积中起重要作用。然而，自由基由于其高度的化学反应性而通常是短命的，因此在其使用寿命内不能被传输得很远。自由基源，即，用作等离子体源的腔内电极组件120，放置在工件115的表面附近可增加自由基向表面的供应，而改善了沉积过程。

自由基的使用寿命通常取决于周围环境的压力。因此，提供令人满意的自由基浓度的底部缝隙132的高度可取决于操作期间的预期腔室压力而改变。在一些实现方式中，若要在0.01-10Torr范围内的压力下操作腔室，则底部缝隙132小于1cm。在其他(更)低温等离子体增强ALD工艺中，对于ALD膜的沉积及处理来说，暴露于等离子体离子通量(及伴随的电子通量)以及自由基通量可为必需的。在一些实现方式中，若将在1-10Torr的范围内的压力下操作腔室，则底部缝隙132小于0.5cm。较低的操作压力可允许在较大的缝隙处的操作，这是由于相对于距离的较低的体积复合率。在诸如蚀刻的其他应用中，通常使用较低的操作压力(小于100mTorr)，缝隙可增加。

在底部缝隙132较小的此类应用中，由电极组件120产生的等离子体可在灯丝之间具有显著的不均匀性，这可对工件的处理均匀性有害。通过将工件移动通过具有空间非均匀性的等离子体，而可由时间平均效应来减轻等离子体空间不均匀性对过程的影响；即，在单次穿过等离子体后由工件的任何给定区域所接收的累积等离子体量实质上相似。

可选择足够大的顶部缝隙，以用于在腔内电极组件与顶部电极(或腔室的顶部)之间形成的等离子体。在一些实现方式中，若将在1-10Torr的范围内的压力下操作腔室，则顶部缝隙130可在0.5-2cm之间，例如，1.25cm。

可用各种方式配置顶部电极108。在一些实现方式中，顶部电极连接至RF接地140。在一些实现方式中，顶部电极为电隔离的(“浮置(floating)”)。在一些实现方式中，顶部电极108经偏置为偏置电压。偏置电压可用于控制所产生等离子体的包括离子能量的性质。在一些实现方式中，顶部电极108用RF信号驱动。例如，相对于已接地的工件支撑电极116来驱动顶部电极108可增加工件115处的等离子体电位。所增加的等离子体电位可导致离子能量增加至期望值。

顶部电极108可由不同的处理兼容材料形成。处理可计算性的各种条件包括材料对处理气体的蚀刻的抵抗性及对来自离子轰击的溅射的抵抗性。此外，在材料确实被蚀刻的情况下，处理兼容材料较佳地形成挥发性或气态的化合物，该化合物可由真空泵113抽空且不会形成可能污染工件115的微粒。因此，在一些实现方式中，顶部电极由硅制成。在一些实现方式中，顶部电极由碳化硅制成。

在一些实现方式中，可省略顶部电极108。在此实现方式中，RF接地路径可由工件支撑电极或电极组件120的共面灯丝的子集来提供。

在一些实现方式中，流体供应器146使流体通过腔内电极组件120中的沟道循环。在一些实现方式中，热交换器148耦接至流体供应器146以去除热或向流体供应热。

图2A至图2C为等离子体反应器的另一个实例的示意图。在此实例中，多腔室处理工具200包括等离子体反应器100。此处，腔内电极组件120可为亦可包括顶部电极108的电极单元201的一部分。

处理工具200具有包围内部空间204的主体202。主体202可具有一或多个侧壁202a、顶部202b及底部202c。内部空间204可为圆柱形。

处理工具200包括工件支撑件214，例如基座，以用于支撑一或多个工件115，例如，多个工件。工件支撑件214具有工件支撑表面214a。工件支撑件214可包括工件支撑电极116，及工件偏置电压源118可连接至工件支撑电极116。

工件支撑件214的顶部与顶部202b之间的空间可由阻挡物270分成多个腔室204a至204d。阻挡物270可从工件支撑件214的中心径向延伸。虽然示出了四个腔室，但可有两个、三个或四个以上的腔室。

工件可由马达262来围绕轴260旋转。结果，工件支撑件214上的任何工件115将依次通过腔室204a至204d。

腔室204a至204d可由泵─净化系统280来至少部分地彼此隔离。泵─净化系统280可包括穿过阻挡物210形成的多个通道，所述多个通道使净化气体(例如，如氩气的惰性气体)流入相邻腔室之间的空间和/或将气体抽出相邻腔室之间的空间，净化气体，例如，诸如氩气的惰性气体。例如，泵─净化系统280可包括第一通道282，通过该第一通道282例如是由泵来将净化气体压入阻挡物270与工件支撑件214之间的空间202中。第一通道282可通过与泵连接以抽吸气体的第二通道284及第三通道286在任一侧上位于侧面(相对于工件支撑件214的运动方向)，该气体包括净化气体及来自相邻腔室(例如，腔室204a)的任何气体两者。每个通道可为大致上沿着径向方向延伸的细长槽。

腔室204a至204d中的至少一腔室提供等离子体反应器100的等离子体腔室。等离子体反应器包括顶部电极阵列组件120及RF电源122，且还可包括流体供应器146和/或热交换器。可通过沿着一或两个阻挡物270至腔室104定位的通口210来供应处理气体。在一些实现方式中，通口210仅被定位在腔室104的引导侧(相对于工件支撑件214的运动方向来说)。作为替代地或附加地，可通过工具主体202的侧壁202a的通口来供应处理气体。

关于图1或图2A至2C的任一图，电极组件120或220包括一或多个共面灯丝300，所述一或多个共面灯丝在工件支撑件的支撑表面上的腔室中横向延伸。工件支撑件上的电极组件的至少一部分共面灯丝平行于支撑表面延伸。灯丝300可相对于运动方向成非零角度，例如，实质上垂直于运动方向。每个灯丝可包括由处理兼容材料的圆柱形外壳围绕的导体。

电极单元201可包括围绕电极等离子体腔室区域的侧壁221。侧壁可由处理兼容材料形成，例如，由石英形成。在一些实现方式中，灯丝由侧壁221向外横向地突出。在一些实现方式中，灯丝300延伸、例如是垂直地延伸出电极单元201的顶部且水平转动，以提供用于工件的平行于支撑表面的部分(参见图2C)。

图3A至图3C为腔内电极组件的灯丝的各种实例的示意图。参考图3A，示出了腔内电极组件120的灯丝300。灯丝300包括导体310及围绕导体310及沿导体310延伸的环形外壳320，例如，圆柱形外壳。导管330由导体310与外壳320之间的缝隙形成。外壳320由与处理兼容的非金属材料形成。在一些实现方式中，外壳是半导的。在一些实现方式中，外壳是绝缘的。

导体310可由各种材料形成。在一些实现方式中，导体310为实心线，例如直径为0.063”的单根实心线。作为替代地，可由多股绞合线来提供导体310。在一些实现方式中，导体包含3根平行的0.032”的绞合线。多股绞合线可通过趋肤效应来减少RF功率损耗。

使用具有高导电率(例如，高于10⁷西门子/m)的材料，这可降低电阻功率损耗。在一些实现方式中，导体310由铜或铜合金制成。在一些实现方式中，导体由铝制成。

非期望的材料溅射或蚀刻会导致处理污染或微粒形成。无论腔内电极组件120用作为CCP源或是ICP源，都可发生非期望的溅射或蚀刻。可由电极表面处的过量离子能量而引起非期望的溅射或蚀刻。当作为CCP源来操作时，电极壳周围的振荡电场对于驱动等离子体放电是必需的。此种振荡导致材料的溅射或蚀刻，因所有已知材料的溅射能量阈值皆低于CCP源的相应的最小工作电压。当作为ICP源来操作时，灯丝300与等离子体的电容耦合在附近表面处产生振荡电场，此亦导致材料的溅射。可通过使用用于暴露于内部空间104的灯丝300的外表面(例如，外壳320)的处理兼容材料来减轻由非期望的材料溅射或蚀刻所导致的问题。

在一些实现方式中，外壳320由诸如硅的处理兼容材料形成，例如，由高电阻率硅、氧化物材料、氮化物材料、碳化物材料、陶瓷材料或上述组合形成。氧化物材料的实例包括二氧化硅(例如，二氧化硅、石英)及氧化铝(例如，蓝宝石)。碳化物材料的实例包括碳化硅。对于某些包括含氟环境或含氟碳环境的化学环境来说，陶瓷材料或蓝宝石可为期望的。在含有氨、二氯硅烷、氮及氧的化学环境中，使用硅、碳化硅或石英可为期望的。

在一些实现方式中，外壳320具有0.1至3mm的厚度，例如，1mm的厚度。

在一些实现方式中，在导管330中提供流体。在一些实现方式中，流体是净化氧气的非氧化性气体，以减轻导体310的氧化。非氧化性气体的实例为氮气及氩气。在一些实现方式中，非氧化性气体，例如由流体供应器146，连续地流过导管330，以去除残余的氧。

导体310的加热可使导体更易于氧化。流体可提供对导体310的冷却，这样可由所供应的RF功率加热导体310。在一些实现方式中，流体，例如由流体供应器146，通过导管330循环，以提供强制对流温度控制，例如，冷却或加热。

在一些实现方式中，流体可处于或高于大气压以防止流体迸裂。

参考图3B，在灯丝300的一些实施方式中，导体310具有涂层320。在一些实施方式中，涂层320为形成导体的材料的氧化物(例如，铝导体上的氧化铝)。在一些实现方式中，涂层320为二氧化硅。在一些实现方式中，例如，通过硅烷、氢及氧的反应形成二氧化硅涂层的方式，在等离子体反应器100中原位形成涂层320。因为可在蚀刻或溅射时补充原位涂覆，原位涂覆可为有益的。

参考图3C，在灯丝300的一些实现方式中，导体310为中空的，及中空导管340形成在导体310内。在一些实现方式中，中空导管340可运载如图3A所述的流体。处理兼容材料的涂层320可覆盖导体310以提供圆柱形外壳。在一些实现方式中，涂层320为形成导体的材料的氧化物(例如，铝导体上的氧化铝)。

图4A为腔内电极组件的一部分的示意图。腔内电极组件400包括多个共面灯丝300，多个共面灯丝300附接在支撑件402处。电极组件400可提供电极组件120。在一些实现方式中，灯丝300至少在对应于处理工件所处的区域上相互平行延伸。

灯丝300由灯丝间距410彼此分开。灯丝间距410为节距；对于平行灯丝来说，可垂直于灯丝的纵轴来量测间距。间距410可影响等离子体均匀性。若间距太大，则灯丝可产生阴影及不均匀性。另一方面，若间隔太小，则等离子体不能在顶部缝隙130与底部缝隙132之间迁移，且不均匀性将增加和/或自由基密度将降低。在一些实现方式中，灯丝间距410跨组件400是均匀的。

灯丝间距410可为3至20mm，例如，8mm。在N2压力为2至10Torr的高压下，间隔范围可为20mm至3mm。压力范围内的折中办法可为5至10mm。在较低压力及较大的工件距离下，可有效地使用较大的间距。

图4B至图4C为具有不同等离子体区域状态的腔内电极组件的横截面示意图。参考图4B，等离子体区域412围绕灯丝300。等离子体区域412具有上部等离子体区域414及下部等离子体区域416。上部等离子体区域414可位于顶部缝隙130处及下部等离子体区域416可位于底部缝隙132处。如图4B所示，上部等离子体区域414与下部等离子体区域416通过灯丝300之间的缝隙连接，形成了连续的等离子体区域412。等离子体区域412的此种连续性是期望的，因区域414及区域416通过等离子体交换而彼此“连通”。等离子体的交换有助于保持两个区域的电平衡，而助于等离子体的稳定性及可重复性。

参考图4C，在此状态下，上部等离子体区域414及下部等离子体区域416不相互连接。等离子体区域412的此种“收缩(pinching)”对于等离子体稳定性而言不是期望的。等离子体区域412的形状可由各种因素来调整，以去除等离子体区域不连续性或改善等离子体均匀性。

一般来说，区域412、区域414及区域416可具有宽范围的等离子体密度，且不一定是均匀的。此外，图4C中所示的上部等离子体区域414与下部等离子体区域416之间的不连续性表示相对于两个区域的相当低的等离子体密度及不必要地缝隙中等离子体的完全空缺。

顶部缝隙130为影响等离子体区域的形状的因素。取决于压力，当顶部电极108接地时，减小顶部缝隙130通常会导致上部等离子体区域414中的等离子体密度的减少。可基于等离子体腔室的计算机建模来确定顶部缝隙130的具体值。例如，顶部缝隙130可为3至8mm，例如，4.5mm。

底部缝隙132为影响等离子体区域的形状的因素。取决于压力，当工件支撑电极116接地时，减小底部缝隙132通常会导致下部等离子体区域416中的等离子体密度的减少。可基于等离子体腔室的计算机建模来确定底部缝隙132的具体值。例如，底部缝隙132可为3至9mm，例如，4.5mm。底部缝隙132可等于或小于顶部缝隙130。

在一些实现方式中，腔内电极组件400可包括第一组灯丝及第二组灯丝300。可在空间上排列第一组及第二组，使得灯丝在第一组与第二组之间交替。例如，第一组可包括灯丝302，第二组可包括灯丝304。第一组可由RF电源422的第一端子422a驱动，及第二组可由RF电源422的第二端子422b驱动。

RF电源422可经配置成在端子422a处提供第一RF信号，及在端子422b处提供第二RF信号。第一RF信号及第二RF信号可具有彼此相同的频率及稳定的相位关系。例如，相位差可为0度或180度。在一些实现方式中，可在0度与360度之间调节由RF电源422提供的第一RF信号与第二RF信号之间的相位差。

为了产生信号，可将来自RF电源的不平衡输出信号耦合至平衡─不平衡转换器(balun，未示出)，以在端子422a及端子422b上输出平衡(“差分”)信号。作为替代地，RF电源422可包括彼此锁相的两个单独的RF电源。

驱动相邻灯丝302及304的RF信号的相位是影响等离子体区域的形状的因素。当驱动相邻灯丝422a及422b的两个RF信号的相位差被设置为0度(“单极”或“单端”)时，等离子体区域被从灯丝300之间的缝隙中推出，导致了如图4C所示的不连续性或不均匀性。当驱动相邻灯丝的RF信号的相位差被设置为180度(“差分”)时，等离子体区域被更强烈地限制在灯丝300之间。0度与360度之间的任何相位差可用于影响等离子体区域412的形状。

工件支撑电极116的接地是影响等离子体区域的形状的因素。电极116的不完美RF接地与驱动相邻灯丝的RF信号之间的0度相位差结合推动了等离子体区域朝向顶部缝隙。然而，若用具有180度相位差的RF信号来驱动相邻灯丝，例如，灯丝302及灯丝304，则所得到的等离子体分布对电极116的不完美RF接地较不敏感。不受任何特定理论的限制，此可能是因为RF电流由驱动信号的差分性质而导致的通过相邻电极返回。

图5A至图5E为腔内电极组件配置的各种实例的示意图。电极组件500、电极组件504、电极组件506、电极组件508及电极组件509可提供电极组件120，及灯丝300可提供电极组件120的灯丝。参考图5A，腔内电极组件500包括第一电极子组件520及第二电极子组件530，第一电极子组件520包括第一组灯丝，第二电极子组件530包括第二组灯丝。第一电极子组件520的灯丝与第二电极子组件530的灯丝相互交叉。

每个子组件520及530各自具有多个平行灯丝300，多个平行灯丝300延伸穿过腔室104。每个其他灯丝302连接至腔室104一侧上的第一母线540。其余(交替)灯丝302各自连接至在腔室104的另一侧上的第二母线550。未连接至RF电源母线的每个导体120的端部可保持不连接(例如，浮置)。

在一些实现方式中，连接灯丝300的母线540、550位于内部空间104的外部。在一些实现方式中，连接灯丝300的母线540、550位于内部空间104中。第一电极子组件520及第二电极子组件530彼此平行取向，使得子组件520及530的灯丝彼此平行。

可用RF信号以各种方式驱动腔内电极组件500。在一些实现方式中，子组件520由输入570驱动，及子组件530由输入580驱动。在一些组件中，用相对于RF接地的相同RF信号来驱动输入570及输入580。在一些实现方式中，用差分RF信号驱动子组件520及子组件530。在一些实现方式中，由具有相同频率但相位差在0与360度之间的两个RF信号、例如是相位差在0或180度的两个RF信号，来驱动子组件520及子组件530。在一些实现方式中，随时间调变相位差。在一些实现方式中，子组件520用RF信号驱动，及子组件530连接至RF接地。

参考图5B，腔内电极组件504包括第一电极子组件524及第二电极子组件534。第一电极子组件524及第二电极子组件534各自具有跨腔室104延伸的多根灯丝300。每个子组件的灯丝300的集合分别由母线560及562在两端连接。第一电极子组件524及第二电极子组件534经配置以使得子组件524及534的灯丝为交替模式。灯丝300可彼此平行。

在一些实现方式中，连接灯丝300的母线560、562位于内部空间104的外部。在一些实现方式中，连接灯丝300的母线560、562位于内部空间104中。

可用RF信号以各种方式驱动腔内电极组件504。在一些实现方式中，子组件520由输入570驱动，及子组件530由输入580驱动。在一些组件中，用相对于RF接地的相同RF信号来驱动输入570及输入580。在一些实现方式中，用差分RF信号驱动子组件520及子组件530。在一些实现方式中，由具有相同频率及相位差在0与360度之间的两个RF信号、例如是相位差在0或180度的两个RF信号，来驱动子组件520及子组件530。在一些实现方式中，随时间调变相位差。在一些实现方式中，子组件520用RF信号驱动，及子组件530连接至RF接地。

参考图5C，腔内电极组件506包括第一电极子组件520及第二电极子组件530。第一电极子组件520及第二电极子组件530各自具有多个平行灯丝300，所述多个平行灯丝由相应的母线540、550在一端连接。在一些实现方式中，第一电极子组件的灯丝300在灯丝的近端处连接至母线540，及第二电极子组合的灯丝300在灯丝的相对远端处连接至母线550。

未连接至母线540的第一电极子组件520的端部电连接至公共母线511，及未连接至母线550的第二电极子组件530的端部电连接至公共母线511。例如，第一电极组件的灯丝的远端可电连接至公共母线511，及第二电极组件的灯丝的近端可电连接至公共母线511。

在一些实现方式中，例如在远端处，将第一电极子组件的灯丝连接至与共享接地511连接的另一母线，及例如在近端处，将第二电极子组件的灯丝连接至与共享接地511连接的另一母线。

第一电极子组件520及第二电极子组件530经配置以使得子组件520及530的灯丝以交替模式排列。灯丝300可彼此平行。

可用RF信号以各种方式驱动腔内电极组件506。在一些实现方式中，子组件520由输入570驱动至例如母线540，及子组件530由输入580驱动例如至母线550。在一些组件中，用相对于RF接地的相同RF信号来驱动输入570及输入580。在一些实现方式中，用差分RF信号驱动子组件520及子组件530。在一些实现方式中，用具有相同频率及相位差在0与360度之间的两个RF信号来驱动子组件520及子组件530。在一些实现方式中，随时间调变相位差。

参考图5D，腔内电极组件508包括第一电极子组件520及第二电极子组件530。第一电极子组件520及第二电极子组件530各自具有多个平行灯丝300。第一电极子组件520及第二电极子组件530经配置以使得子组件520及子组件533的灯丝以交替模式排列。灯丝300可彼此平行。在一些实现方式中，交替灯丝对的相邻端串联电连接，其中连接510交替放置在灯丝对的远端与近端之间。在一些实现方式中，灯丝300的端部之间的连接510可位于内部空间104的外部。

可用RF信号以各种方式来驱动腔内电极组件508。在一些实现方式中，子组件520及子组件530用相同的RF信号570自灯丝结构的一角驱动至相对角。在一些实现方式中，相对于RF接地来驱动RF信号。

参考图5E，腔内电极组件509包括第一电极子组件520及第二电极子组件530。第一电极子组件520及第二电极子组件530各自具有多个平行灯丝300，所述多个平行灯丝300分别由母线540及550在一端连接。在一些实现方式中，第一电极子组件的灯丝300在灯丝的近端处连接至母线540，及第二电极子组合件的灯丝300在灯丝的相对远端处连接至母线550。

来自子组件520及530的至少一些相邻的灯丝对并联电连接。特别地，未连接至母线540的第一子组件520的灯丝端部替代连接到未连接至母线550的第二子组件530的灯丝端部。例如，电连接510可形成在子组件520的灯丝的远端与子组件530的灯丝的近端之间

在一些实现方式中，第一组件520的每个灯丝以此方式与第二子组件530的单个灯丝电连接。灯丝300的端部之间的连接510可位于内部空间104的外部。

可用RF信号以各种方式来驱动腔内电极组件509。在一些实现方式中，由输入570驱动子组件520例如至母线540，及由输入580驱动子组件530例如至母线550。在一些组件中，用相对于RF接地的相同RF信号来驱动输入570及输入580。在一些实现方式中，用差分RF信号驱动子组件520及子组件530。在一些实现方式中，用具有相位差在0与360度之间的两个不同的RF信号、相同的RF信号来驱动子组件520及子组件530。在一些实现方式中，随时间调变相位差。

通常，当不能提供足够的RF接地(例如，通过旋转水银耦合器、电刷或滑环的RF接地)时，子组件520、524及相应子组件530、534的差动驱动可改善等离子体均匀性或处理可重复性。

在一些实现方式中，等离子体源可由两个或更多个射频产生器供电，所述两个或更多个射频产生器可用不同频率操作。图6A至图6B是腔内电极组件的一部分的示意图。参考图6A，腔内电极组件600包括多个灯丝300。电极组件600可提供电极组件120，及灯丝300可提供电极组件120的灯丝。

电极组件600由两个或更多个射频产生器622a及622b供电。在一些实现方式中，第一RF产生器662a经配置成产生频率在12MHz至14MHz的RF功率，例如频率为13.56MHz的RF功率，及第二RF产生器662b经配置成产生频率在57MHz至63MHz的RF功率，例如频率为60MHz的RF功率。不受任何特定理论的限制，若在半导体等离子体处理中使用多频率产生，则可主要使用更高频率的产生器来产生等离子体，且可主要使用更低频率来增加离子能量或改变离子能量分布函数；例如，通过调节等离子体对工件的电位来扩大功能并将其扩展到更高的能量。

在一些实现方式中，如图6A所示，两个频率产生器622a及622b提供输入至包括双频RF阻抗匹配电路及集成滤波器的电路624。将单个输出625并联地施加至所有灯丝300上。不受任何特定理论的限制，阻抗匹配提供了从产生器至负载的经增加的功率传输而没有干扰或损坏。频率产生器622a及622b及电路624可用于供应图5A至图5E所示的任何组件中的输入之一。

在一些实现方式中，如图6B所示，腔内电极组件601可包括第一组及第二组灯丝300。可在空间上排列第一组及第二组使得灯丝在第一组与第二组之间交替。例如，第一组可包括灯丝302，第二组可包括灯丝304。在一些实现方式中，两个频率产生器622a及622b提供输入至包括双频RF阻抗匹配电路、集成滤波器及平衡─不平衡转换器(balun)的电路626中。电路626可以可选地利用具有虚电阻负载的环路器来为任何返回至同一端口的反射信号提供接地路径。输出627及输出628分别被施加至第一灯丝组及第二灯丝组。输出频率是相同的且相位相差180度。不受限于任何特定理论，阻抗匹配提供了从产生器到负载的最大功率传输而没有干扰或损坏。频率产生器622及电路626可用于在图5A至图5E所示的任何组件中供应差分输入。

在一些实施方式中，施加于电极组件的多个RF输入之间的相位差可随时间调变。

参考图7A，腔内电极组件700包括电极子组件724。电极子组件724具有多个灯丝300，多个灯丝300在相对端由母线760及765连接。两个RF输入710及720分别连接至母线760及765。

在一些实现方式中，RF输入以相同频率操作，但输入之间的相位差φ随时间调变。例如，可将相位差作为简单的锯齿波函数进行驱动，但亦可能使用诸如三角波函数或正弦函数之类的其他函数。相位差可在整个360度范围内或跨较小范围被驱动，例如跨+/-180度，或者被驱动为较小非均匀性调整范围+/-90度。范围不需要0度对称。

在一些实现方式中，一或多个RF输入被施加在母线上的多个位置。在一些实现方式中，每个RF输入被施加至同一母线上的多个点，但两个RF输入被施加至经连接至灯丝的相对端的母线。例如，如图7E所示，第一输入710可被施加至母线760的相对端，及第二输入720可被施加至母线765的相对端。在一些实现方式中，每个RF输入被施加至两个母线。例如，如图7F所示，第一RF输入710被施加至每个母线760、765的第一端，及第二RF输入720被施加至每个母线760、765的相对第二端。此外，不是两个输入皆在同一侧(左侧或右侧)，每个RF输入可连接至为电极阵列上的拐角(catty-corner)的位置。

参考图8A，腔内电极组件800包括第一电极子组件824及第二电极子组件834。电极组件800可为参照图5B及图5E所讨论的电极组件或子组件中的一组件。第一电极子组件824及第二电极子组件834各自具有多个灯丝300，多个灯丝300在一端分别由母线860及865连接，及在另一端分别由母线861及866连接。第一电极子组件824及第二电极子组件834经配置以使得子组件824及834的灯丝以交替模式排列。灯丝300可彼此平行。

在一些实现方式中，连接灯丝300的母线860、861、865及866位于内部空间104的外部。在一些实现方式中，连接灯丝300的母线860、861、865及866位于内部空间104中。

在一些实现方式中，RF输入810被平衡─不平衡转换器(balun)分成差分信号，差分信号包括偏移180度的两个相同频率的RF信号。平衡─不平衡转换器(balun)870的输出可连接至母线861及865的同一侧上的两个电极子组件。RF输入820被平衡─不平衡转换器(balun)870分成差分信号，差分信号包括偏移180度的两个相同频率的RF信号。平衡─不平衡转换器(balun)870的输出连接至母线860及866的相对侧处的两个电极子组件。

将来自RF输入810及820的差分信号施加至两个电极子组件824及834的众多其他变型是可能的。并非将不同的差分RF信号分别施加至两个电极子组件824、834的左侧及右侧，而是可将不同的差分RF信号施加至腔室的相应相对侧上的母线。例如，参照图8C，第一差分RF信号820可被施加至腔室104的一侧上的母线860、861，及第二差分RF信号820可被施加至腔室104的相对侧上的母线865、866。此外，RF信号可被施加在每个母线上的多个位置处，例如，在每个母线的相对端处，而不是连接至每个母线上的单个位置处。

在一些实现方式中，RF输入710及720或RF输入810及820以相同频率操作，但输入之间的相位差φ随时间调变。例如，可将相位差作为简单的锯齿波函数进行驱动，但亦可能使用诸如三角波函数或正弦函数的其他函数。相位差可在整个360度范围内或跨较小范围被驱动，例如+/-180度的范围，或者被驱动为较小非均匀性调整范围+/-90度。范围不需要0度对称。

可在很宽的范围内选择相位调变的频率。例如，若仅时间平均均匀性很重要，则可使用受限于高端处的产生器的调变能力、相位转换速率或带宽的低调变频率，例如，1Hz、高达10kHz或100kHz。当瞬时等离子体均匀性很重要时(对于装置损伤最小化)，可使用更高的调变频率，例如100Hz至10KHz或100KHz或更高，例如1kHz至10KHz或100KHz或更高。

关于各种相位调变方案，此调变可改善等离子体密度的均匀性。不受任何特定理论的限制，相位调变可使整个电极阵列上的电压不均匀性或电压驻波比最小化，从而使等离子体不均匀性最小化。例如，调变输入信号的相位差可引起灯丝上的RF能量的驻波随时间移位，使得时间平均(time averaged)电压(及因此等离子体密度)更均匀。

再次，不受任何特定理论的束缚，图7B至图7D详细示出了用于图7A所示组件中的相位调变的一种可能机制。图7B(1)及图7C示出了具有相同频率及相位差φ的两个来自输入710及720的信号，所述两个信号被施加至组件的相对端。如图7B(2)及图7C所示，两个信号相加形成驻波730。由于如图7D及图7B(3)所示，两个输入的相位差φ随时间调变，故在电极组件灯丝之上空间地调变驻波730。

类似地，不受任何特定理论的束缚，图8B详细示出了用于图8A所示组件中的相位调变的一种可能机制。图8B示出了具有相同频率及相位差φ的来自输入810及820的两个信号，所述两个信号系被施加至组件的相对端。如图8B(2)所示，两个信号相加形成驻波830。由于如图8B(3)所示，两个输入的相位差φ随时间调变，故在电极组件灯丝之上空间地调变驻波830。

可以多种方式产生用于相位调变的相同频率的信号。图9A至图9B示出了用于产生可提供图7A中的输入710和720或图8A中的输入810及820的输出910及920的两个示例性电路900及902。电路900及电路902的信号输入始于RF参考信号产生器930。来自产生器930的信号由主RF放大器935放大，以产生第一输出910。来自产生器930的信号亦被发送至移相器939。移相器939产生移相输出，该移相输出由副(slave)RF放大器936放大以产生第二输出920。主RF放大器935及副RF放大器的输出被馈送至相位检测器937，相位检测器937输出代表相位差的信号。来自相位检测器937的信号被馈送至控制移相器939的相位控制器938，由此提供反馈回路。如上所详述地，相位控制器938及移位器937可根据时间调变来自主设备920与副设备910的输出之间的相位差。

在图9A中，阻抗匹配电路940及942分别放置在主产生器935及副产生器936的输出与相位检测器937之间。阻抗匹配电路940及942防止来自在输出910或920处连接的电极组件的、例如来自电极组件700或800的进入电路900的信号的反射。不受限于特定理论，来自电路900的反射可导致在电极组件上形成非期望的驻波或其他干扰。

在图9B中，连接至虚负载950及952的环路器分别放置在主产生器935及副产生器936的输出与相位检测器937之间。环路器及负载电路950和952允许来自在输出910或920处连接的电极组件的、(例如是来自电极组件700或800的进入电路902的信号被虚负载终端吸收，而不是传播至信号产生器930或反射回等离子体源区域。作为替代地，隔离器可替代连接至虚负载950及952的环路器。隔离器同样可防止信号从组件传回信号产生器930。第一匹配网络可连接在点910与电极阵列上的第一输入抽头之间，及第二匹配网络可连接在点920与电极阵列上的第二输入抽头之间。不受限于特定理论，此机制可防止损坏产生器及信号干扰。

在一些实现方式中，相位调变可用于故意将不均匀性引入等离子体密度。例如，可以如期望的引起等离子体密度不均匀性以补偿基板上的层的不均匀性或层的处理不均匀性的来源。对于此种实现方式，可应用倾斜的波函数来驱动相位差，使得节点在等离子体密度过高的区域处具有较长的停留时间，及反向节点在等离子体密度过低的区域处具有较长的停留时间。

在一些实现方式中，经调变相位的信号910及920可被施加至未电连接的电极组件，例如图5A至图5C中的输入570和580。在此种情况下，可使用两个输入信号之间的相位调变来控制腔室104中的等离子体相对于时间的位置。因此，可暂时控制处理条件。

不受任何特定理论的限制，可使用相位调变来控制例如由系统的阻抗失配或物理限制而导致的反射造成工件上的等离子体固有的不均匀性。例如，电压模式的时域调变可导致被施加至工件上的等离子体的时间平均均匀性的改善，而潜在地降低了固有的等离子体不均匀性的影响。

在一些实现方式中，并非将相位调变的驻波信号施加至实施方式，而是可将行波输入施加至电极组件。不受任何特定理论的束缚，若将多个输入施加至被终止以产生行波的电极阵列的不同部分，则输入之间的频率必须不同以防止两个输入干扰及形成驻波。

图10示出了用于产生输出1010及1020的示例性电路1000，输出1010及1020可提供图7A、图7E或图7F中的输入710及720或图8A或图8C中的输入810及820。两个频率产生器1030及1031提供两个不同频率的信号。来自第一产生器1030的信号通过具有第一虚负载1050及第一阻抗匹配1040的环路器以产生第一输出1010。类似地，来自第二产生器1031的信号通过具有第二虚负载1052及第二阻抗匹配1042的第二环路器以产生第二输出1020。环路器及负载电路1050及1052允许来自在输出1010或1020处连接的电极组件、例如是来自组件700或800的进入电路1000的任何信号在虚负载终端中被吸收，而不是传播至信号产生器1030或1031或反射回等离子体源区域。

作为替代地，隔离器可替代连接至虚负载1050及1052的环路器。隔离器将同样防止信号自组件传回信号产生器1030及1031。不受限于特定理论，环路器及负载1050和1052或替代的隔离器防止了产生器损坏及信号干扰。

阻抗匹配电路1040及1042防止来自在输出1010或1020处连接的电极组件的、例如是来自电极组件700或800的进入电路1000的信号的反射。不受限于特定理论，来自电路1000的反射可导致在电极组件处形成非期望的驻波或其他干扰。

在一些实现方式中，可选择产生器1030及1031的输出之间的频率差，使得两个频率在环路器(或隔离器)单元1050、1052的带宽内及匹配电路1040及1042的带宽内。在一些实现方式中，频率差为1Hz至几MHz，较佳地为1kHz至数十kHz或数百kHz。例如，频率可为59.9GHz及60.1GHz。在一些实施方式中，选择频率差以避免形成拍频波形图(beatpattern)，该拍频波形图可能在行波中产生非期望的不均匀性。

若多个频率产生器为不可得的，则可用单个输入产生行波，如图11所示。

图11示出了具有两个输出端口1110及1120的示例性电路1100。这些端口可连接至图7A、图7E或图7F中的输入710及720或图8A或图8C中的输入810及820。一个频率产生器1130提供单个RF频率信号。来自产生器1130的信号通过具有第一虚负载1150及第一阻抗匹配1140的环路器，以在端口1010处产生输出。来自此端口的信号穿过被连接的电极组件，例如700或800，及进入在电极组件的另一侧处的端口1120，该信号在该另一侧处遇到第二阻抗匹配1142及第二虚负载1152。环路器及负载电路1150及1152允许来自在端口1110或1120处连接的电极组件、例如是来自组件700或800的进入电路1100的任何信号在虚负载终端中被吸收，而不是传播至信号产生器1130或反射回等离子体源区域。

作为替代地，隔离器可替代连接至虚负载1150及1152的环路器。隔离器将同样防止信号自组件传回信号产生器1130。不受限于特定理论，环路器及负载1150及1152或替代隔离器防止产生器损坏及信号干扰。

阻抗匹配电路1140及1142防止来自在输出1110或1120处连接的电极组件的、例如是来自电极组件700或800的进入电路1100的信号的反射。不受限于特定理论，来自电路1100的反射可导致在电极组件上形成非期望的驻波或其他干扰。

不受任何特定理论的限制，使用单个或多个输入来产生穿过电极组件的行波有助于减轻例如是由阻抗失配或系统的物理限制而导致的反射造成的等离子体固有的不均匀性对工件的影响。例如，行波导致电极上电压的时域及空间变化，导致了改善的被施加至工件上的等离子体的时间平均均匀性，而潜在地降低固有等离子体不均匀性的影响。多个输入可允许因多个行波可产生比单个行波更均匀的时间平均电压分布而改善的性能。

不受限于任何特定理论，相位调变允许用户在调节电极组件上的电压分布图方面有更大的控制，因相位差可由作为时间函数的任何模式驱动。设置相位调变是更耗时且成本更高的，因相位调变需要锁相反馈机制。与之相反，产生行波不需要反馈机制，因此产生行波更简单且更便宜。然而，行波设置不允许对信号进行时域控制。

已描述了特定实施方式，但其他实施方式亦为可能的。例如：

·虽然示出某些实现方式为具有被施加至母线中间的RF功率，但RF功率可被施加至母线上的一端或两端或其他位置。

·可与相位调变一起使用多个频率。例如，具有两个不同频率的第一对RF信号可被施加至第一电极子组件，及具有两个相同频率的第二对RF信号可被施加至另一电极子组件或第一电极子组件的不同位置。接着，来自第二RF对的一或两个RF信号可相对于第一RF对中的相应RF信号来进行相位调变。其他实施方式在以下权利要求的范围内。

Claims

1.一种等离子体反应器，包括：

腔室主体，所述腔室主体具有提供等离子体腔室的内部空间；

气体分配器，以将处理气体输送至所述等离子体腔室；

泵，所述泵耦接至所述等离子体腔室以将所述腔室抽空；

工件支撑件，以保持工件；

腔内电极组件，所述腔内电极组件包括多个灯丝，所述多个灯丝在所述等离子体腔室的顶板与所述工件支撑件之间横向延伸通过所述等离子体腔室，每个灯丝包括由圆柱形绝缘外壳围绕的导体，其中所述多个灯丝包括第一多数个灯丝及与所述第一多数个灯丝以交替模式排列的第二多数个灯丝，及

RF电源，所述RF电源经配置成将第一RF输入信号施加至所述第一多数个灯丝，及其中所述第二多数个灯丝接地或连接至来自所述RF电源的第二RF输入信号。

2.如权利要求1所述的等离子体反应器，其中所述多个灯丝具有多个第一端及多个第二端，及其中每个相应灯丝的第一端比所述相应灯丝的第二端更靠近所述等离子体腔室的第一侧壁，及其中所述第一多数个灯丝的所述第一端连接至第一公共母线，及所述第二多数个灯丝的所述第二端连接至第二公共母线。

3.如权利要求2所述的等离子体反应器，其中所述RF电源经配置成在所述第一公共母线与所述第二公共母线之间施加所述RF输入信号。

4.如权利要求3所述的等离子体反应器，其中所述第一多数个灯丝的第二端是浮置的及所述第二多数个灯丝的第一端是浮置的，或其中所述第一多数个灯丝的所述第二端接地及所述第二多数个灯丝的所述第一端接地，或其中第一多数个灯丝的所述第二端电连接至所述第二多数个灯丝的所述第一端。

5.如权利要求2所述的等离子体反应器，其中所述RF电源经配置成将所述RF输入信号施加至所述第一多数个灯丝的所述第一端，及所述第二多数个灯丝接地。

6.如权利要求2所述的等离子体反应器，其中所述第二多数个灯丝通过所述第二多数个灯丝的所述第一端接地。

7.一种等离子体反应器，包括：

气体分配器，以将处理气体输送至所述等离子体腔室；

泵，所述泵耦接至所述等离子体腔室以将所述腔室抽空；

工件支撑件，以保持工件；

RF电源，

其中所述多个灯丝具有多个第一端及多个第二端，及每个相应灯丝的第一端比所述相应灯丝的第二端更靠近所述等离子体腔室的第一侧壁，及

其中所述RF电源包括连接至所述第一多数个灯丝的第一端的第一母线、连接至所述第二多数个灯丝的第一端的第二母线、连接至所述第一多数个灯丝的第二端的第三母线，及连接至所述第二多数个灯丝的第二端的第四母线。

8.一种等离子体反应器，包括：

气体分配器，以将处理气体输送至所述等离子体腔室；

泵，所述泵耦接至所述等离子体腔室以将所述腔室抽空；

工件支撑件，以保持工件；

腔内电极组件，所述腔内电极组件包括多个灯丝，所述多个灯丝在所述等离子体腔室的顶板与所述工件支撑件之间横向延伸通过所述等离子体腔室，每个灯丝包括由圆柱形绝缘外壳围绕的导体，其中所述多个灯丝包括第一多数个灯丝及与所述第一多数个灯丝以交替图案排列的第二多数个灯丝，及

RF电源，所述RF电源经配置成将第一RF输入信号施加至所述第一多数个灯丝并将第二RF输入信号施加至所述第二多数个灯丝，所述第一RF输入信号及所述第二RF输入信号具有相等频率及相位偏移。

9.一种等离子体反应器，包括：

气体分配器，以将处理气体输送至所述等离子体腔室；

泵，所述泵耦接至所述等离子体腔室以将所述腔室抽空；

工件支撑件，以保持工件；

RF电源，

10.一种等离子体反应器，包括：

气体分配器，以将处理气体输送至所述等离子体腔室；

泵，所述泵耦接至所述等离子体腔室以将所述腔室抽空；

工件支撑件，以保持工件；

腔内电极组件，所述腔内电极组件包括多个灯丝，所述多个灯丝在所述等离子体腔室的顶板与所述工件支撑件之间横向延伸通过所述等离子体腔室，每个灯丝包括由圆柱形绝缘外壳围绕的导体，及

RF电源，所述RF电源经配置成将第一RF信号施加至所述多个灯丝中的至少一些灯丝，将相同频率的第二RF信号施加至所述多个灯丝中的至少一些灯丝，及调变所述第一RF信号与第二RF信号之间的相位偏移。

11.如权利要求10所述的等离子体反应器，其中所述多个灯丝具有多个第一端及多个第二端，及其中每个相应灯丝的第一端比所述相应灯丝的第二端更靠近所述等离子体腔室的第一侧壁。

12.如权利要求11所述的等离子体反应器，其中所述第一RF信号被施加至所述多个灯丝的所述第一端，及所述第二RF信号被施加至所述多个灯丝的所述第二端。

13.如权利要求12所述的等离子体反应器，其中所述多个灯丝的所述第一端连接至第一公共母线，及所述多个灯丝的所述第二端连接至第二公共母线。

14.如权利要求11所述的等离子体反应器，其中所述多个灯丝包括第一灯丝、多个中间灯丝及最终灯丝，其中所述第一RF信号被施加至所述第一灯丝，及所述第二RF信号被施加至所述最终灯丝，及每个中间灯丝具有电连接至相邻灯丝的第二端的第一端及电连接至另一相邻丝的第一端的第二端。

15.如权利要求11所述的等离子体反应器，其中所述多个灯丝包括第一多数个灯丝及第二多数个灯丝，所述第二多数个灯丝与所述第一多数个灯丝以交替模式排列，及其中所述第一RF信号被施加至所述第一多数个灯丝及所述第二RF信号被施加至所述第二多数个灯丝。

16.如权利要求10所述的等离子体反应器，进一步包括所述工件支撑件中的底部电极。

17.如权利要求10所述的等离子体反应器，其中所述多个灯丝包括第一多数个灯丝，及包括连接至所述第一多数个灯丝的第一端的第一母线。

18.如权利要求10所述的等离子体反应器，其中所述RF电源经配置成调变所述相位偏移，以随着时间改变所述导体上的电压的驻波模式。

19.一种处理工件的方法，包括以下步骤：

将工件定位在工件支撑件上，使得所述工件的前表面面向多个灯丝，所述多个灯丝在等离子体腔室的顶板与所述工件支撑件之间横向延伸通过所述等离子体腔室；

将处理气体输送至所述等离子体腔室；

将第一RF信号施加至所述多个灯丝中的至少一些灯丝，及将相等频率的第二RF信号施加至所述多个灯丝中的至少一些灯丝，以致在所述等离子体腔室中产生等离子体及使所述工件暴露于来自所述等离子体腔室的所述等离子体；及

调变所述第一RF信号及所述第二RF信号之间的相位偏移。

20.如权利要求19所述的方法，包括以下步骤：调变所述第一RF信号及所述第二RF信号之间的所述相位偏移，以诱发等离子体密度不均匀性用以补偿所述基板上的层的不均匀性或所述层的处理不均匀的来源。

21.一种等离子体反应器，包括：

气体分配器，以将处理气体输送至所述等离子体腔室；

泵，所述泵耦接至所述等离子体腔室以将所述腔室抽空；

工件支撑件，以保持工件；

腔内电极组件，所述腔内电极组件包括多个灯丝，所述多个灯丝在所述等离子体腔室的顶板与所述工件支撑件之间横向延伸通过所述等离子体腔室，每个灯丝包括由绝缘外壳围绕的导体，

至少一个母线，所述至少一个母线电连接至每个灯丝的所述导体；及

RF电源，所述RF电源经配置成在至少一个母线上的第一位置处向所述多个灯丝施加第一频率的第一RF信号，及在所述至少一个母线上的不同的第二位置处向所述多个灯丝施加不同的第二频率的第二RF信号。

22.如权利要求21所述的等离子体反应器，包括第一环路器/隔离器及第一匹配电路，所述第一匹配电路将所述第一位置电耦接至所述第一环路器/隔离器。

23.如权利要求21所述的等离子体反应器，其中所述第一频率与所述第二频率之间的差值不大于所述第一频率与所述第二频率的平均值的约5％。

24.如权利要求21所述的等离子体反应器，其中所述多个灯丝包括第一多数个灯丝，及所述至少一个母线包括连接至所述第一多数个灯丝的第一端的第一母线。

25.如权利要求24所述的等离子体反应器，其中所述RF电源被配置为将所述第一RF信号施加至所述第一母线上的第一位置，并且将所述第二RF信号施加至所述母线上的不同的第二位置。

26.如权利要求24所述的等离子体反应器，包括连接至所述第一多数个灯丝的相对第二端的第二母线。

27.如权利要求24所述的等离子体反应器，其中所述多个灯丝包括第二多数个灯丝，及包括连接至所述第二多数个灯丝的第一端的第三母线。

28.如权利要求27所述的等离子体反应器，包括连接至所述第一多数灯丝的相对第二端的第二母线及连接至所述第二多数灯丝的相对第二端的第四母线。

29.一种处理工件的方法，包括以下步骤：

将工件定位在工件支撑件上，使得所述工件的前表面面向多个导体，所述多个导体在等离子体腔室的顶板与所述工件支撑件之间横向延伸通过所述等离子体腔室；

将处理气体输送至所述等离子体腔室；

在连接至所述导体的至少一个母线上的第一位置处将第一频率的第一RF信号施加至所述多个导体；及

在所述至少一个母线上的不同的第二位置处将不同的第二频率的第二RF信号施加至所述多个导体。

30.一种等离子体反应器，包括：

气体分配器，以将处理气体输送至所述等离子体腔室；

泵，所述泵耦接至所述等离子体腔室以将所述腔室抽空；

工件支撑件，以保持工件；

腔内电极组件，所述腔内电极组件包括多个灯丝，所述多个灯丝在所述等离子体腔室的顶板与所述工件支撑件之间横向延伸通过所述等离子体腔室，每个灯丝包括由绝缘外壳围绕的导体；

RF电源；

第一匹配网络，所述第一匹配网络连接至所述至少一个母线上的第一位置，及第二匹配网络，所述第二匹配网络连接至所述至少一个母线上的第二位置；

第一电阻性负载终端及第二电阻性负载终端；

环路器/隔离器，所述环路器/隔离器将所述RF电源连接至所述第一匹配网络，所述环路器/隔离器进一步耦合至所述第一电阻性负载终端，及其中所述第二电阻性负载终端连接至所述第二匹配网络。