CN1509493A - 用于感应式等离子体处理器的层叠rf激励线圈 - Google Patents

Abstract

一种适用于感应式等离子体处理器的射频激励线圈，该线圈包括与层叠在平面匝(103)上的部分(115)相串联的平面匝(103)。所述层叠段设置在由于腔室和/或激励线圈的水平方向上的非对称性所减弱射频耦合到等离子体的区域周围。在单个绕组的实施例中，层叠段接近于在两个相邻的平面匝之间的互连间隙，并且以偏离间隙的两个方向延伸，以补偿在间隙区域中的射频耦合到等离子体中。在一个实施例中，它包括了两个电性能并联空间上同心的绕组，层叠段的延伸超过了两个相邻匝数的互连间隙的一边，并且与平面匝相对准，使得层叠段的一个接头通过直接的短的插头直接与平面匝的一个接头相连接。线圈的端点(111)通过引线(128)与线圈上的外壳中的RF激励电路(28)的端点相连接，该引线平缓和逐渐地延伸，而在线圈的端点和激励电路地端点之间没有尖锐的弯曲。各个平面匝(113)和层叠段通过引线(116)相连接，而该引线平缓和逐渐地延伸而在其两接头之间没有尖锐的弯曲。

Description

用于感应式等离子体处理器的层叠RF激励线圈

发明背景

本发明主要涉及采用RF等离子体激励线圈的感应式等离子体处理器，尤其涉及采用包括与平面匝电连接的平面绕组段的线圈的处理器，其中，平面绕组段相对于平面匝而垂直层叠。本发明的另一方面涉及包括一个线圈的处理器，该线圈具有平面匝的绕组，其平面绕组在第一平面上有一接头，且连接着平面匝或者在第二平面上有一接头的部分匝，其中，线圈是由RF激励端子驱动的，该激励端与第一和第二平面隔开，且线圈匝的接头：(1)相互相互连接，和/或(2)通过连接结构连接到激励端，连接结构的两端之间平滑、逐渐延伸、没有尖锐的弯曲。

技术背景

一类用于在真空腔室中采用RF等离子体处理工件的处理器包括所连接着的线圈，该线圈通过设置在线圈上面的外壳的端点之间垂直延伸的引线来响应RF源。这个线圈通常具有平面形或球形或半球形的形状，它由RF源驱动，以产生在腔室中激励离化气体形成等离子体的电磁场。线圈连接着激励源的引线以角度与线圈的端点相交。通常，线圈是在介电窗口上或与之相邻，该窗口沿与被处理的工件的水平延伸表面平行的方向延伸。激励的等离子体在腔室中与工件相互作用，从而刻蚀工件或者在该工件上沉积材料。工件一般是具有平面圆形表面的半导体晶片或者是固体介质板，例如，用于纯平显示器的矩形玻璃基板，或金属平板。

Ogle在美国专利4,948,458中揭示了能获得上述结果的多匝螺旋平面线圈。该螺旋一般具有Archimedes(阿基米得)类型，它在通过阻抗匹配网路连接着RF源的内部和外部端点之间径向形和圆环形延伸。这类线圈产生振荡的RF场，该RF场具有磁场和电场分量，能够穿透介质窗口，以激励靠近窗口的等离子体腔室部分的电子和离子。在靠近窗口的等离子体部分中的磁场的螺旋形分布是由在线圈各点电流所产生的各个磁场分量之和的函数。电场的感性分量是由变化磁场的时间来产生的，同时，电场的容性分量是由线圈中的RF电压所产生的。所感应的电场是水平的，而容性的电场是垂直于工件的。在不同点上，电压和电流是不同的，这是因为在RF圆的频率下线圈的传输线效应。

对于由和根据Ogle在美国专利4,948,458所揭示的螺旋性设计，在螺旋性线圈中的电流分布，产生螺旋管形的电场。从而引起靠近窗口的螺旋管形等离子体，在靠近窗口的地方气体吸收了功率激励气体形成等离子体。螺旋管形磁场是由环形的电场来完成的，该电场刻产生环形等离子体的分布。在低压的条件下，例如，在1.0至10mTorr的范围内，从等离子体密度突出的螺旋管性区域的等离子体扩散趋向于非均匀性并且增加了正在工件正中上方中心的腔室内的等离子体的密度。然而，仅仅是等离子体的扩散是不足以补偿在腔室壁上的等离子体的损耗，以及在工件周围的等离子体也不能独立变化。在中间的压力范围时，例如，在10至100mTorr的范围内，等离子体中的电子、粒子和中子的气相碰撞基本上避免了等离子体电荷粒子从螺旋管性区域的扩散。因此，在工件的环形类区域中存在着相当高的等离子体密度，但是在中心和周围的工件中只存在着较低的等离子体密度。

这些不同的工作条件在螺旋管的内部和螺线管的外部之间，以及以相对于工件固定架平面(即，腔室的轴线)的法线角度的腔室的中心线的不同水平角度产生较大的等离子体流量(即，等离子体密度)的变化。这些等离子体流量的变化会引起基本的标准偏差，即，入射在工件上的等离子体的流量会超过百分之六。入射在工件上的等离子体流量基本标准具有引起非均匀工件处理的可能，例如，工件的不同部分会经受不同程度的刻蚀和/或在工件上沉积不同数量的材料。

为了改进入射工件的等离子体密度均匀性的许多结构都考虑了几何原理，主要是涉及到线圈的几何尺寸。见，例如美国专利5,304,279；5,277,751；5,226,967；5,368,710；5,800,619；5,401,350；5,558,722；5,759,280；5,795,429；5,847,074和6,028,395。然而，这些线圈一般都设计成能改善径向等离子体流量的均匀性和具有较大的范围了忽略水平等离子体流量均匀性或水平对称性。

我们所共同申请的美国专利“适用于感应耦合的等离子体发生系统的多线圈天线”揭示了另一种线圈，该线圈包括两个各具有第一和第二端点的同心电并联的绕组，第一和第二端点可认为是各个绕组的输入和输出端点。各自的第一端点通过第一串联电容器与RF功率源所驱动的匹配网路的输出端点相连接。各自的第二端点通过第二串联电容器与匹配网路和RF源的共同接地端点相连接。各个绕组可以包括单个绕组，或以相对于两个绕组的共同轴的类螺旋性方式环形和径向延伸的多个绕组。各个绕组是平面的和三维的(即，球形和半球形的)或者单个绕组的分开绕组可以相互层叠，以增加由单个绕组耦合的电磁场的强度来产生等离子体。

Holland等人申请的美国专利6,028,395揭示了包括多个电并联的绕组的线圈。绕组的外围部分是相互垂直层叠的，以及介质窗口将线圈与真空腔室内部相分离。层叠的线圈部分设置成电流流动所产生的电磁场并联通过两个部分，相加的电磁场有助于保持在腔室中的相对均匀的电磁场和在工件上相对均匀的等离子体的密度。

层叠线圈部分的并联连接是通过基本垂直于两个并联层叠线圈部分延伸的支柱来建立的。引线垂直连接线圈端点会产生反面的影响。特别是，我们已经发现支柱和引线似乎会引起线圈和特别是在引线和连接线圈端点附近区域周围的层叠线圈部分所产生的电磁场的不安全。除了支柱和引线具有在线圈中产生相对较大的驻波的倾向以外，这还会引起不均匀的等离子体入射在工件上。

因此，本发明的一个目的是提供适用于等离子体处理器的新型的和改进的线圈。

本发明的另一个目的是提供适用于等离子体处理器的新型的和改进的线圈，其中入射在工件上的等离子体密度是相当高的水平和径向均匀性。

本发明的另一个目的是提供在驱动真空等离子体处理器的等离子体激励线圈的RF激励端点和线圈的端点之间新型的和改进的连接结构。

本发明的另一个目的是提供等离子体激励线圈在相对于处理器介质窗口的不同平面上的部分之间的新型的和改进的连接结构。

发明内容

根据本发明的一个发明，真空等离子体工件处理器多匝等离子体线圈设置定位在处理器的真空腔室的窗口上方，它至少具有一个基本平面的匝和与一部分平面匝层叠在一起的段。该层叠段与平面的匝数相分开，且所述分开的距离不同于在平面匝绕组和腔室内部的底板之间的间隔(典型的是窗口厚度)，层叠段串联连接着平面匝，使得相同的电流以相同的方向流过平面匝和层叠段。该层叠段主要用于增加感应RF耦合到等离子体的特殊区域，以改善水平方向的等离子体均匀性，以及校正由于腔室和线圈的对称性不是十分良好所引起的水平方向的非对称性。对各个腔室和/或线圈结构来说，要选择好层叠段的位置，层叠段的弧的长度，以及在层叠段和平面匝之间的间隔，以便于优化RF耦合到等离子体的特殊区域。

层叠段最好包括第一和第二端点，可用于串联连接着平面匝。层叠段形成了另一个延长的部分匝，它具有另一组连接着平面匝的第一和第二端点。在一个实施例中，建立在层叠段的第二端点和平面匝的第一端点之间连接的金属引线包括互连环路。环路的第一和第二接头分别连接着层叠段的第二端点和平面匝的第一接头。环路是逐渐和平缓弯曲的，没有任何尖锐的弯曲，使得它基本上不会干扰由层叠段和平面匝所产生的电磁场。

根据本发明的另一方面，第一金属连接结构具有第一和第二接头，它们分别连接线圈的输入端点和匹配网络的输出。第二金属连接结构具有连接着线圈输出端点的第一接头和连接着端点电容器的第二接头。第一和第二金属连接结构逐渐和平缓地延伸，没有尖锐的弯曲，使得由它们所产生的电磁场在结构上叠加在由线圈(以及层叠段，如果应用了)所产生的主场上。

根据本发明的另一方面，金属连接结构具有第一和第二接头，它们分别设置成连接着平面匝的第一部分和层叠段的一端，使得它可逐渐和平缓地延伸，而在其第一和第二接头之间没有弯曲。

层叠段最好位于在平面绕组的接头之间的互连间隙附近。该层叠段从间隙开始以两个方向延伸，以补偿从间隙到对等离子体的较低RF耦合。

在一个实施例中，金属连接结构包括(1)从远离间隙的平面匝的第一接头以远离间隙的方向朝比层叠段的第一接头的间隙更远的点延伸的环路第一部分，它，以及(2)从该点向后到层叠段的第一接头的环路第二部分。金属连接结构的第一接头最好是其延伸方向与层叠段的第一接头正交。层叠段包括第二接头，它限定了一个连接着响应来自RF源的电流的线圈端点。

根据本发明的另一方面，平面匝包括第一和第二接头部分，它们在空间上是相互靠近并且相互间有一个间隙隔开，使得电流环绕着在第一和第二接头部分之间的平面匝的其余部分流动。一个接头部分采用径向和圆形延伸的导电带连接着绕组的相邻匝数。层叠段延伸着间隙的两端，使得层叠段的第一和第二接头在间隙相反的面上。

根据第一实施例，层叠段的第一和第二接头以和相邻平面线圈之间的互连间隙的近似相等的角度的设置。连接的结构设置成电流以相对在平面匝中流动的电流方向相反的方向流回，随后，转向逐渐弯曲连接的结构的逐渐变化方向，接着以在平面匝的初始电流流动的相同方向流动。

根据第二实施例，层叠段的第一和第二接头可设置成第二接头圆形放置在互连相连匝数的间隙两端，并以基本大于间隙的角度放置来延伸，以补偿间隙区域对等离子体的较低RF耦合。层叠段最好具有垂直重叠平面匝的第一接头的层叠段的第二接头。层叠段的第二接头可以通过短线直接连接着平面匝的第一接头，使得电流能继续以平面匝的相同方向流动。

一旦考虑了以下几个实施例的详细讨论，特别是结合附图的详细讨论时，本发明的上述以及其它目的、性能和优点将变得更加清晰。

附图简要说明

图1是本发明所采用的真空等离子体处理器的示意图；

图2是在图1所示的处理器中使用的RF激励线圈的一个实施例的俯视图；

图3是沿图2中线3-3的截面图；

图4是沿着图2标记的侧视图；

图5是沿着图2上的标记的侧视图；

图6是在图2-5中所说明的线圈部分的透视图；

图7是图2所示线圈的侧视图，它与连接在线圈端子和包括用于线圈的RF源的外壳的端点之间的金属带的组合；

图8是在图1所示处理器中使用的RF激励线圈的第二实施例的俯视图；

图9是图8所示线圈部分的侧视图；

图10是图8所示线圈改进形式的线圈部分的侧视图。

附图的详细描述

附图中图1所示的真空等离子体工件处理器包括：真空腔室10，腔室的形状为具有接地金属壁12的圆柱形，金属底板14，以及圆形上平板结构18，该结构上还包括从中心到其边缘都具有相同厚度的介质窗口19。真空腔室10的密封采用常规的垫圈(未示出)。

图1的处理器可以用于刻蚀半导体、介质或金属基板或者用于在上述基板上沉积材料。

能够激励进入等离子体状态的适合的气体可通过在侧壁12上的端口20从气源(未示出)释放到腔室10的内部，并且通过气体扩散机构(未示出)进一步均匀扩散。利用连接在底板14上的端口22的真空泵，腔室的内部保持在真空条件下，压力可以在1-1000mToor的范围中变化。

在腔室10中的气体可以由适当的电子源激励，使之称为具有可控性空间密度的等离子体。电子源包括平面的或球形或类似半球形的线圈24，直接安装窗口19上，并且由可变功率的RF发生器26来激励，RF发生器一般具有的固定频率为13.56MHz。

阻抗匹配网路28连接在RF发生器26的输出端和线圈24的激励端之间，将来自发生器的RF功率耦合到线圈。阻抗匹配网路28包括可变的感抗，它可以根据反映匹配网路输入端的电压幅度和相位角度采用众所周知的方式来变化控制器，正如监测器43所监测的那样。控制器29改变网路28的阻抗数值，以获得在源26和包括线圈24以及线圈所驱动的等离子体的负载之间的阻抗匹配。

控制器29也根据输入器件41来控制耦合到线圈24的可变阻抗。输入器件41可以是手动的器件，例如，调压器或键盘的控制键，或者是微处理器，它可以响应存储于计算机存储器中的适用于工件32的不同处理方法的信号。方法和变化可以包括(1)通过断口20进入到腔室10中的气体种类，(2)由连接着断口22的真空泵所控制的腔室中的压力，(3)RF源26的总的输出功率，它可以基本等同于施加在线圈24上的功率，以及(4)连接着线圈24的电容的数值。

工件32固定安装在腔室10中的工件固定架30(例如，平面式或卡盘式)的表面；固定架30的表面上承载着工件32且并联于窗口19的表面。通常将DC电源(未示出)施加在架子30的卡盘电极上，使工件32以静电的方式夹住在架子30的表面上。RF源45向包括可变阻抗(未示出)的阻抗匹配网路提供射频电磁波。匹配网路47将源45的输出耦合到架子30。控制器29响应幅度和相位检测器49所产生的信号，来控制匹配网路47的可变阻抗，使得源45的阻抗与架子30的电极(未示出)的阻抗相匹配。与架子30电极相耦合的负载主要是腔室10中的等离子体。正如众所周知的，施加在架子30的电极上的源45的RF电压与等离子体中的电荷相互作用，以产生工件32的DC偏置。

环绕线圈24和在上端平面18上延伸的是金属管或类似罐的屏蔽34，它的内直径稍稍大于壁12的内直径。屏蔽34使得线圈24所引发的电磁场不耦合到周围的环境中。圆环形的腔室10的直径定义了线圈24所产生的电磁场的边界。介质窗口结构19的直径大于腔室10的直径，这样腔室10的整个上表面的范围都由介质窗口结构19来构成。

在工件32的处理表面和介质窗口结构19的底表面之间底距离是可选择的，从而在工件所暴露和处理的表面上提供了最均匀的等离子体流量。在本发明的一个推荐实施例中，工件处理表面和介质窗口的底面之间的距离约为腔室直径的0.2至0.4倍。

线圈24可以包括一个绕组或多个并联的绕组。在另一种结构中，在13.35MHz频率源26时，各个绕组是电性能充足的长，具有总的电性能长度大约30°至45°的传输线的函数，可沿着绕组的长度产生驻波图形。驻波在沿着绕组的长度方向引起驻波RF电压和电流的幅度变化。绕组所产生的磁通量对这些RF电流幅度的依赖使得线圈24不同绕组下面的腔室10不同部分中产生不同的等离子体密度。

在线圈24的不同部分中所流过的RF电流幅度的变化在空间上取平均，这以帮助控制等离子体密度的空间分布。空间上平均这些不同的电流数值能够基本防止在等离子体密度中的非对称性，特别是在绕组的低RF电流的区域中。另外，发生器26的频率是4.0MHz，在这种情况下，线圈的绕组24电性能较短，大约10°至15°，使得在绕组中的驻波电流和电压是基本恒定的。

现在参考附图中的图2，图1所示结构的俯视图。线圈24包括具有三个同心匝数101、102和103的单个绕组，这些绕组都是圆周的一部分且以统一平面来放置。匝数101-103是与线圈的中心轴105同心的，且匝数还具有逐渐增加的半径。匝数101-103中的每一个都具有一个大约340°的角度长度，即，比完整的圆周稍微小一些。匝数101、102和103的相邻接头各自通过整齐的径向和圆周状延伸的绕组部分107和109相互连接着，使得该部分107的内部和外部接头各自都连接着内部匝数101和中间匝数102的相邻接头上，而部分109的内部和外部接头各自都连接着中间匝数102和外部匝数103的相邻接头。内部匝数101的另一接头包括端点111，它通过适当的线缆或带180连接着匹配网路28的RF电压输出端点。

外部匝数103的另一端点113通过薄的镀银的铜所制成的金属带117与层叠的线圈段115相串联。层叠段115(1)具有大约120°的弧度长度，(2)形状是半径等于匝数103的半径的圆周的一部分，和(3)重叠并且与匝数103的120°的部分相对准。段115在线圈24的Y轴120的各个方向上延伸约60°；其中，Y轴120可定义成通过线圈中心轴105延伸的线并且与匝数103的第一和第二接头部分之间的匝数103中的20°间隙的接头是等距离的，从而在空间上是相互接近的。层叠段115定位在平面上，并且并联于匝数101-103的平面。

最好各个匝数101-103都具有矩形剖面部分，使得各个剖面部分的宽度近似为1.0cm，以及各个剖面的高度近似为1.6cm。各个匝数101-103最好是采用镀银的铜来制成并且具有凹中心124，冷却液可以通过该凹中心流动，正如图3所说明的。层叠段115最好是采用镀银的铜来制成并且具有固体举行剖面，它的宽度为1.0cm以及它的高度为0.6cm。

介质支撑块119可以在并联于和在匝数101和103上面的平面上灵活的固定层叠段115。介质支撑块119一般都具有矩形形状并包括槽口121和123，匝数103和段115的上端和底部分别可插入该槽口。

段115包括端点125和127，各个定位在Y轴120的左右相等角度的位置上，正如图2所示。其中，端点125是在匝103的一部分上面，与匝103的接头端点113间隔50°，而端点127是在匝103的一部分上面，与采用部分109连接着匝102的匝数103的部分间隔50°。镀银的一个接头，铜的薄金属带(即，引线)128连接着端点127，并且其延伸方向与段115正交，端点127的位置有助于电磁场的分布。带128的另一端点通过端点电容器129连接着接地点。

作为引线117的带可以包括具有第一接头的部分116，该部分开始从远离线圈x和y轴120和122的方向延伸，即，向端点113的外面延伸。随后，该部分116沿着垂直和基本并联于匝103的方向延伸，并且层叠段115大于端点125。带117也可以包括环路向后的匝103、段115和端点125的部分118。部分118或128沿着与端点125或127所处的段115正切的线延伸，正如图4和图5所示。带127的第二接头，在部分128的接头处，与端点125机械和电性能相连接，以及带的第一接头机械和电性能连接着端点113。正如图6所说明的，形成引线117的带编织起来，并重新装配成不是完全封闭的麦比乌斯环路(Mobius Loop)。

层叠段113增加了对与层叠段向对准的等离子体区域的RF耦合，从而提供水平方向的等离子体的均匀性，以及校正由于腔室和线圈不是十分的对称(例如，在匝103的两个接头之间的间隙中)所引起的水平方向的非对称性。最好对各个腔室结构来说，层叠段115、在端点125和127之间的层叠段115的弧长，以及在层叠段115和平面匝103之间的空间是可选择的，从而优化RF对等离子体特殊区域的耦合。

因为场会在垂直弯曲匝数103且该部分稍稍突出由层叠段和匝103所产生场的部分116中产生电流以及场也会在附加线圈产生的其它成上的部分118中产生电流，所以希望采用层叠段115和形成引线117的带的结构。形成引线117的带的结构使得从端点113流到端点125的电流所产生的电磁场基本上不会产生抵消在匝数的叠加部分中流动电流的组合效应所产生的电磁场，即使在流过带117的部分116的电流反过来流过在端点125和113之间的匝103和层叠段115的部分，带117的部分118是在层叠段115的上面，它基本上与段115相对准，使得带117的部分118产生的磁通叠加在由段115下面的匝103的段115和重叠部分所产生的磁通上。

源26的频率和线圈24的长度最好是，相比于RF源26的波长(例如，20°至30°，不超过45°)，线圈能具有电性能短路。因此，电流始终在整个线圈24，在端点111和端点127之间中以相同的方向流动。通过适当的选择电容器129的数值，在端点111和127上的驻波电流的幅度近似相等，并且在线圈24的中间，在离开端点111和127的等距离的位置上，存在着一个驻波电流峰值幅度。

带117的形状，包括从匝103到段115在高度上平缓和逐渐过渡的部分并且该部分在带的两个接头之间没有任何尖锐的弯曲，使得在匝103和段115之间的感应耦合逐渐的变化并且不会影响线圈电磁场的分布。如果匝103和段115是由在绕组和部分之间直接垂直延伸(即，以匝数101-103的平面的法线角度)的带或者其它连接器相连接的，则会影响感应的耦合变化以及线圈电磁场分布的基本分布。因为匝103和段115具有相同的RF电流流过并且连接着匝和部分的带(以匝101-103的平面的法线角度)会产生磁场且该磁场正好阻碍着匝101-103和段115所产生的场，所以就会发生这些不利的效应。

正如图7所说明的，线圈端点111和127分别由金属带128和180通过电容器129连接着接地点和匹配网路28的输出端点，两者都位于线圈24上的外壳中。由平缓和逐渐变化(没有尖锐的弯曲)的带128连接在端点127和电容器129之间可提供了许多相同的优点。采用和带128和端点127连接的相同方法，将带180的两个接头连接在端点111和匹配网路28的输出端点，以提供相同的结果。

类似于图2-6所示线圈结构的层叠线圈结构也可以应用于包括采用匹配网路28的RF输出并联驱动的两个并联和同心的绕组的线圈。图8说明了这类线圈，它包括了内部和外部多匝数以及近似相等长度且同心于线圈轴140的绕组130和132。在陈(Chen)等人申请的美国专利6,164,241中讨论了多线圈(或多绕组)的工作原理。图8显示了没有层叠段164的线圈的工作细节，也可以在我们共同申请的专利“具有多个绕组线圈的感应式等离子体处理器和控制等离子体密度的方法”(与本申请同时申请LHGB文件2328-050)中发现，它包括了类似于或相同于匹配网路28的匹配网路的细节以及调节和控制的结构，并且该调节和控制结构适用于图8中的线圈。

绕组130包括三个线圈匝134、136和138，各个绕组沿着与轴140同心的各圆环部分来设置，这些圆环具有不同的半径。内部线圈匝134和外部线圈匝138分别包括输入激励端点142和输出激励端点144。端点142通过带143与匹配网路28的功率输出端点相连接，而端点144采用带145通过端点电容器146连接接地。应该理解的是，这些连接也可以反过来连接，使得端点142通过端点电容器146连接接地，以及端点144连接着匹配网路28。带143和145具有与带128相同的结构。线圈匝134和138的接头各自通过绕组130的整齐径向和圆周状延伸的部分148和150相互连接着。

绕组132包括外部匝152和内部匝154，它们各自包括输入激励端点156和外部激励端点158。端点156通过带157连接着匹配网路28的功率输出端点，而端点158采用带159通过端点电容器160连接接地，或者，反之如此。带157和159具有与带128相同的结构。匝152和154采用整齐圆周状和径向延伸的线圈部分162来相互连接。匝152和154与线圈的轴140同心，并且由不同半径与轴140相隔开。图8所示线圈的所有的匝134、136、138、152和154基本上都是平面的，并且具有与匝101-103的剖面相同的剖面，正如图3所说明的那样。在内部绕组130中的互连部分148最好能在半径方向上与外部匝152的部分162相对准，以减小RF对等离子体耦合的半径非对称的效应。

图8所示的线圈包括弓形部分164，它是层叠在匝152的平面上，并且在近似150°的弓形长度的范围中延伸。层叠段164最好是具有固体的剖面部分，并且其结构相同于层叠段115，正如图3所示。可采用类同于图3-5所示结构19的结构，将段164保持在匝数152的部分上面。层叠段164是圆环的一部分，该圆环具有与匝152相同的半径，且同心于轴140使得它与匝152相对准。段164的一个接头包括通过金属带157与匹配网路28的功率输出端点相连接的端点156。带157的第一接头连接着端点156的，它延伸(1)与端点156所处的段164的部分相正交，以及(2)基本上在相同的平面上，作为该部分的上面。因此，带157以逐渐和平缓的方式延伸；(1)绕组312的内部，以及(2)向上，类似于在高度方向上的螺旋型梯形增加的方法。带157的第二、另一接头连接着阻抗匹配网路28的RF输出端点。带143也以平缓和逐渐的方式，类似于螺旋型梯形，在端点142和阻抗匹配网路28的RF输出端点之间延伸。

端点156的另一个层叠段164的接头与匝数152的接头相对准，并且采用在匝152的接头上的垂直延伸的金属螺丝钉166和金属垫片168机械和电性能连接着匝152，在匝152的接头处没有凹的剖面部分并且可以在匝152中制成完全穿过或者只要足够深度的螺丝孔，正如图9所说明的。垫片168最好是采用镀银的铜制成，而螺丝钉是由镀银的不锈钢和青铜材料制成，以提供良好的机械强度。通过紧固螺丝钉166，电流可以继续从部分164通过螺丝钉166和垫片168流到匝152。

作为另一种替换，正如图10所说明，段164包括金属带170和固体金属部分172。带170的另一个接头各自连接着匝数152的接头和固体金属部分172的第一接头，其中固体金属部分沿着并联于匝152的平面延伸并且叠加成块119。金属带170在匝152的接头和固体金属部分172的第一接头之间平缓和逐渐地延伸。

在工作中，图8所示的线圈具有相对短的电性能长度，即，源26的频率(例如，4MHz)和绕组13和132的长度使得在绕组130和132中的驻波电流在电性能长度上近似为20°至30°。因此，沿着绕组130和132的长度基本上不存在驻波电流和电压波形的变化。输入端点142和156由网路28的RF输出端点并联驱动，其输入端点142和156的位置和绕组的短电性能长度都使得沿着匝134、136、138、152和154的相同水平方向的角度所流动的RF电流以基本相同的方向来流动。可分别选择端点电容器146和160的数值，来调节绕组130和132的整体阻抗，以控制在各绕组中的电流，即，阻抗越低，则电流越大。

因为在层叠段164下的匝152的部分中流过的电流的幅度和方向基本上相同于在层叠段的电流，流过层叠段164的电流所产生的磁场有助于流过对准层叠段164的匝152部分的电流所产生的磁场。总而言之，线圈所产生的电磁场分布，能够在水平方向上改变，以在基本范围上校正和补偿等离子体的水平方向的非均匀性。

尽管上文中已经讨论和解释本发明的特殊实施例，但是很清楚，可以在不脱离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的条件下，对所特定的说明和讨论的实施例的细节作出变化。例如，本发明的许多原理并不局限于具有一个或两个绕组的线圈，并且可以应用于具有三个或多绕组的线圈。

Claims (25)

1.一种用于真空等离子体处理器的射频等离子体激励线圈，所述线圈位于所述处理器的真空腔室的窗口上方，所述线圈包括至少一个多匝数的绕组，至少一匝基本是平面的，一段与一个匝的一部分相层叠，从而与一个匝的平面相隔开，所述层叠段与一个匝串联连接，使得相同的电流以相同的方向流过所述一个匝和所述层叠段。

2.如权利要求1所述的线圈，其特征在于，所述段包括用于连接一个激励源的一个端点或通过端点电容器连接接地的第一端点以及连接着一个绕组的第二端点。

3.如权利要求2所述的线圈，其特征在于，所述第二端点连接着基本与所述第二端点对齐的一个匝的一部分。

4.如权利要求2所述的线圈，其特征在于，所述第二端点连接着由在层叠段的第一和第二端点之间的层叠段的一部分所覆盖的一个匝的一部分。

5.如权利要求4所述的线圈，其特征在于，还包括建立在层叠段和一个匝的一部分之间的连接的金属引线，所述金属引线包括具有分别连接着第二端点和一个匝的一部分的第一和第二部分的环路，所述环路的第一部分一般与一个匝中的某些对齐并且从所述第二端点开始延伸，所述环路的第二部分一般不与所述一个匝对齐。

6.如权利要求1-5中任一权利要求所述的线圈，其特征在于，所述线圈和腔室中的至少一个的几何尺寸趋于使所述等离子体密度具有方位非对称分布，所述层叠段的定位提高了线圈与所述等离子体特定区域的感应耦合，以减小方位非对称分布。

7.一种用于真空等离子体工件处理器的射频激励线圈结构，其特征在于，所采用的线圈结构定位在所述处理器的真空腔室的平面窗口的外面，并且充分充分接近所述窗口，从而通过所述窗口将电磁能量耦合到所述腔室中，所述线圈结构包括至少一个绕组，所述绕组的相对的第一和第二接头为平面，当绕组位于所述窗口外面时将电磁能量耦合到所定位的腔室内时，所述绕组的两个相对的接头沿着基本并联于所述平面窗口而延伸，第一和第二激励端点提供用于在RF等离子体激励源和所述绕组的相对接头之间的连接，所述第一金属连接结构具有连接着所述第一激励端点的第一接头和连接着所述绕组的第一接头的第二接头，第二金属连接结构具有连接着所述第二激励端点的第一接头和连接着所述绕组的第二接头的第二接头，所述第一和第二金属连接结构逐渐平缓延伸而在其接头之间没有尖锐的接头。

8.如权利要求7所述的射频激励线圈结构，其特征在于，所述连接着绕组的接头的连接结构的接头是与绕组的接头共面的。

9.如权利要求7和8所述的射频激励线圈结构，其特征在于，所述绕组包括至少一个平面匝，当所述绕组定位在所述窗口外面而将电磁能量耦合到所定位的腔室内时，所述平面匝沿着基本并联于所述平面窗口而延伸，所述绕组包括相对于所述平面匝的一部分而层叠的一段，所述层叠的一段与所述平面匝的平面隔开，所述层叠段具有第一接头，所述平面匝具有第一接头，所述第三金属结构具有分别连接着所述层叠段以及连接着所述平面匝的第一接头的第一和第二接头，所述第三金属连接结构逐渐平缓地延伸而在其接头之间没有任何尖锐弯曲。

10.一种用于真空等离子体工件处理器的射频激励线圈，其特征在于，所述线圈设置在所述处理器的真空腔室的窗口上方，所述线圈包括至少一个具有多个匝的绕组，至少一个匝基本上是平面的，一段与所述平面匝的一部分相层叠，从而所述段与所述平面匝的平面隔开，所述层叠段与所述平面匝相连接，金属连接结构具有分别连接着所述平面匝的第一部分和所述层叠段的接头的第一和第二接头，所述构成的连接结构逐渐平缓地延伸而在其第一和第二接头之间没有任何尖锐的弯曲。

11.如权利要求10所述的线圈，其特征在于，所述平面匝的第一部分是在所述平面匝的第一接头处。

12.如权利要求10或11所述的线圈，其特征在于，所述层叠段在所述绕组的两个平面匝之间的互连间隙上并以离开间隙的方向延伸。

13.如权利要求10-12中任一权利要求所述的线圈，其特征在于，所述来自所述平面匝的第一接头的金属连接结构环路远离所述间隙。

14.如权利要求10-12中任一权利要求所述的线圈，其特征在于，所述来自所述平面匝的第一接头的金属连接结构环路远离所述间隙，使得它以远离所述间隙的方向延伸至与所述层叠段的接头相比而更远离所述间隙的点处。

15.如权利要求10-14中任一权利要求所述的线圈，其特征在于，所述金属连接结构的第二接头沿着相对于所述层叠段的接头正切的方向延伸。

16.一种用于真空等离子体工件处理器的射频激励线圈，其特征在于，所述线圈设置在位于所述处理器的真空腔室的窗口上方，所述线圈包括至少一个具有多匝的绕组，至少一个匝基本是平面的，一段与所述平面匝的一部分相层叠，从而与所述平面匝的平面隔开，所述层叠段与所述平面匝相连接，所述平面匝包括第一和第二接头部分，所述第一和第二接头部分在空间上相互靠近并且相互间隔开一个间隙，所述层叠段延伸跨越所述间隙，使得所述层叠段的第一和第二接头分别在所述间隙的两边。

17.如权利要求16所述的线圈，其特征在于，所述层叠段的第一和第二接头与所述间隙相隔相等的角度。

18.如权利要求16所述的线圈，其特征在于，所述层叠段的第一和第二接头设置成使所述第二接头与所述间隙所成的角度大于与所述第一接头的间隙所成的角度。

19.如权利要求16-18中任一权利要求所述的线圈，其特征在于，排列所述层叠段，使其所述第一接头连接着所述平面匝的第一接头而产生在所述层叠段的第一接头和覆盖在所述间隙上的层叠段的一部分之间流动的电流，其电流流动的方向相同于在由所述层叠段的第一接头所覆盖的平面匝的一部分和所述平面匝的第一接头之间的平面匝之间流动的电流方向。

20.如权利要求19所述的线圈，其特征在于，所述平面匝的第一接头和所述层叠段的第一接头之间的连接是由逐渐平缓地延伸而在所述平面匝的第一接头和所述层叠段的第一接头之间没有任何尖锐弯曲的连接结构来提供的。

21.如权利要求20所述的线圈，其特征在于，排列所述连接结构，使得在所述平面匝的第一接头和在与所述层叠段的第一接头对齐的平面匝的平面上方的区域之间空间延伸的第一部分中的电流以沿与由所述层叠段的第一接头所覆盖的平面匝的部分和所述平面匝的第一接头之间的平面匝中流动的电流方向流动。

22.如权利要求20所述的线圈，其特征在于，所述连接结构和所述层叠段设置成使得其中所流动的电流是以与由所述连接结构和所述间隙两侧的所述层叠段所覆盖的平面匝部分中所流动的电流的相同方向流动。

23.如权利要求19所述的线圈，其特征在于，所述平面匝的第一接头和所述层叠段的第一接头之间的连接是由一连接结构所提供的，所述连接结构设置成使得在所述平面匝的第一接头和在与所述层叠段的第一接头对齐的平面匝的平面上的区域之间空间延伸的第一部分中的电流，以在由所述层叠段的第一接头所覆盖的平面匝部分和所述平面匝的第一接头之间的平面匝中流动的电流的相反方向而流动。

24.如权利要求19所述的线圈，其特征在于，所述层叠段连接着所述平面匝的第一接头，使得在所述层叠段中流动的电流以与在由所述连接结构和在所述间隙两边的层叠段所覆盖的平面匝的部分中所流动电流的相同方向来流动。

25.一种真空等离子体工件处理器，它包括如权利要求1-24中任一权利要求所述的线圈，所述线圈位于所述腔室的外面并且接近于所述窗口。

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