TW201344738A - 具ｒｆ耦接接地電極之電容耦合電漿源 - Google Patents

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Abstract

一種頂置RF耦合腔室耦合RF功率至電漿反應器腔室之頂壁電極，該RF耦合腔室具有由同軸圓柱形導體界定之共振環狀容積，該同軸圓柱形導體中之一者耦接至RF電源，該腔室頂壁具有在該電極附近之環狀縫隙，以及該共振環狀容積對準該環狀縫隙，使得該共振環狀容積打開進入該主腔室之內部體積，從而增強該RF耦合腔室之電性長度。

Description

具RF耦接接地電極之電容耦合電漿源 相關申請案的交叉引用
本專利申請案主張於2012年10月1日由Kartik Ramaswamy等人提出申請、標題為「具RF耦接接地電極之電容耦合電漿源(CAPACITIVELY COUPLED PLASMA SOURCE WITH RF COUPLED GROUNDED ELECTRODE)」的美國專利申請案序號第13/632,322號的優先權權益，該專利申請案主張Ramaswamy等人於2012年4月26日提出申請、標題為「具RF耦接接地電極之電容耦合電漿源(CAPACITIVELY COUPLED PLASMA SOURCE WITH RF COUPLED GROUNDED ELECTRODE)」的美國臨時申請案序號第61/638,855號的優先權權益。
本發明係關於具RF耦接接地電極之電容耦合電漿源。
近來在積體電路製造中半導體晶圓尺寸的成長正使其更難以在處理的整個晶圓表面上獲得所需的均勻電漿製程速度，舉例來說，該製程速度可以是蝕刻速度或沈積速度。
為了要確保處理的均勻度或是整個工件表面上均勻的 蝕刻(或沈積)速度分佈，必須控制腔室內的電漿離子密度分佈。通常會架設真空腔室，以具有圓柱形的對稱。可在腔室中藉由耦合RF電源至腔室的頂壁電極來產生電漿。為了最佳化電漿離子分佈的均勻度，基本上可以均勻對稱的方式輸送RF功率到頂壁電極。
典型地，頂壁電極也是氣體分配板材，需要在頂壁電極內包含各種接地組件，諸如氣體供應導管、冷卻劑供應導管以及用於內部加熱器之交流(AC)功率管線。因為通常直接將RF電源施加於頂壁電極，故在頂壁電極與頂壁電極內的接地組件之間有大的電壓差，而導致重大的發弧風險。
另一個問題在於存在頂壁電極內的接地組件，諸如氣體供應導管、冷卻劑供應導管以及用於加熱器之AC功率接線，可能會產生不均勻的RF功率輸送到頂壁電極的底表面。
所需要的是以一種不受頂壁電極內存在的內部組件影響的方式來輸送RF功率到頂壁電極之方法，而且該方法不會在頂壁電極與頂壁電極內部的接地組件之間產生大的電壓差。
依據第一實施例，一種電漿反應器包括RF電源、包括頂壁及圓柱形側壁之真空腔室、於該腔室中之工件支撐 臺座以及頂壁電極，該頂壁具有圍繞該頂壁電極之環狀頂壁縫隙。該反應器進一步包括RF耦合腔室，該RF耦合腔室包括(a)中空的內部、中間及外部導電圓柱體，該等導電圓柱體與該頂壁電極同軸且界定外部環狀容積及內環狀容積，該外部環狀容積位於該環狀頂壁縫隙上方，該中空的內部導電圓柱體具有底部端，該底部端接觸該頂壁電極；(b)位於該內部導電圓柱體上方之導電頂部圓盤，該導電頂部圓盤具有位於該內部環狀容積上方之頂部圓盤周環，該頂壁包括環狀頂壁部分，該環狀頂壁部分從大約該內部導電圓柱體延伸至該環狀頂壁縫隙並位於該內部環狀容積下方，以及位於該頂部圓盤周環與該中間導電圓柱體之間的圓形縫隙；以及(c)同軸功率分配器，該同軸功率分配器耦合該RF電源至該中間導電圓柱體。
在一個態樣中，該同軸功率分配器包括：有頂部端及底部端之軸向中心導體，該頂部端與該RF電源連接；從該軸向中心導體之該底部端徑向延伸之導電構件；以及複數個軸向導電杆，該複數個軸向導電杆從該導電構件延伸通過圓形縫隙並到達該中間圓柱形導體上個別的位置，該複數個軸向導電杆係被分隔開。在相關的態樣中，該中間導電圓柱體軸向地從該頂壁往該頂部圓盤周環延伸並終止於頂部邊緣，該頂部邊緣與該頂部圓盤周環藉由該圓形縫隙分隔，該軸向導電杆連接該中間導電圓柱體之該頂部邊緣。
在進一步相關的態樣中，該導電構件包括圓盤狀板材。在另一個實施例中，該導電構件包括複數個徑向輻條。
該耦合腔室可進一步包括徑向導管，該徑向導管係形成為淺圓柱形容積，該淺圓柱形容積部分包圍該導電構件。該同軸功率分配器可進一步包括RF饋送器外部導體，該RF饋送器外部導體圍繞該軸向中心導體並耦接至該RF電源之回傳電位。該徑向導管可包括：導管頂壁，該導管頂壁位於該同軸功率分配器之該導電構件上方之一徑向平面中，並具有中心開口，該軸向中心導體延伸通過該導管頂壁之該中心開口，該RF饋送器外部導體終止於該導管頂壁之該中心開口；以及導管底板，該導管底板包括該頂部圓盤，該頂部圓盤包括頂部圓盤孔，該軸向中心導體延伸通過該頂部圓盤孔。
該RF耦合腔室可進一步包括環形鐵氧體環，該環形鐵氧體環與該內部及中間中空圓柱形導體同軸且位於該內部及中間中空圓柱形導體之間。
依據第二實施例，一種電漿反應器包括RF電源、包括頂壁、位於該腔室中之工件支撐臺座之真空腔室以及頂壁電極，該頂壁包含圍繞該頂壁電極之環狀頂壁縫隙。該電漿反應器進一步包括RF耦合腔室，該RF耦合腔室包括：(a)中空的內部及外部導電圓柱體，該等圓柱體與該頂壁電極同軸且於該內部及外部導電圓柱體之間界定環狀耦合腔室容積，該環狀耦合腔室容積位於該環狀頂 壁縫隙上方，該中空的內部導電圓柱體具有底部端，該底部端圍繞該頂壁電極；(b)導電環狀帽，該導電環狀帽延伸於該內部與外部導電圓柱體之個別頂部邊緣之間並電性接觸該內部與外部導電圓柱體之個別頂部邊緣；以及(c)同軸功率分配器，該同軸功率分配器連接於該RF電源與該中空外部導電圓柱體之間。
在一個態樣中，該同軸功率分配器包括軸向中心導體，該軸向中心導體具有頂部端及底部端，該頂部端與該RF電源連接；以及複數個個別的輻條導體，該複數個個別的輻條導體與該內部導電圓柱體電性分離並從該軸向中心導體之該底部端徑向延伸通過該內部導電圓柱體而到達該外部導電圓柱體上個別的觸點，該複數個個別的輻條導體係被分隔開。
在第一態樣中，在該內部導電圓柱體中有狹縫開口，該複數個個別的輻條導體延伸通過該狹縫開口。在第二態樣中，在該內部導電圓柱體中有個別的孔洞，該複數個個別的輻條導體延伸通過該個別的孔洞。
該RF耦合腔室可進一步包括徑向導管，該徑向導管係形成為淺圓柱形容積，該淺圓柱形容積部分包圍該複數個個別的輻條。該同軸功率分配器進一步包括RF饋送器外部導體，該RF饋送器外部導體圍繞該軸向中心導體之一部分並耦接至該RF電源之回傳電位。該徑向導管包括導管頂壁，該導管頂壁位於該複數個個別的輻條上方之徑向平面中並具有中心開口，該軸向中心導體延伸通過 該中心開口，該RF饋送器外部導體終止於該中心開口；以及導管底板，該導管底板位於該複數個個別的輻條下方之徑向平面中，該導管頂壁與導管底板終止於該內部導電圓柱體，該底板包括底板開口，該軸向中心導體延伸通過該底板開口。
在進一步的態樣中，該RF耦合腔室進一步包括環形鐵氧體環，該環形鐵氧體環與該內部及外部中空圓柱形導體同軸且位於該內部及外部中空圓柱形導體之間，而且位於該環狀帽與該同軸功率分配器之間。
參照第1、1A、2及3圖，電漿反應器包括由圓柱形側壁105、頂壁110以及底板115包圍的真空腔室100。側壁105與底板115可由金屬形成並電性地接地。底板115具有開口或泵送口117，真空幫浦119係經由泵送口117耦接至腔室100的內部體積。頂壁110包括功能既為氣體分配器亦為頂壁電極之氣體分配板材或噴灑頭120，且在此指稱為頂壁電極120。頂壁110延伸至側壁105，並且包括環狀的絕緣部分110a，絕緣部分110a圍繞頂壁電極。頂壁電極120是由導電材料所形成，頂壁電極120包括內部體積氣體歧管121以及下面的氣體分配層122，氣體分配層122具有一系列的氣體注射孔123。工件支撐臺座130位於腔室100內的中心處，以支撐工件 135，工件135如半導體晶圓，且工件135與噴灑頭120處於相對的關係。臺座130包括延伸穿過底板115的中心杆140。電性接地的外層145可包圍包括杆140的臺座130。被絕緣的陰極電極150係由頂部絕緣層155與下方絕緣床160覆蓋。RF偏壓功率係經由中心導體165供應至陰極電極150。中心導體165可藉由同軸絕緣層170與接地的外層145分離。中心導體165可經由RF阻抗匹配電路185耦接至RF偏壓功率產生器175。
同軸RF饋送器200具有中空的中心導體205與接地的外部導體210。通用導管206可同軸地延伸通過中空的中心導體205，同時與中心導體205絕緣。如第1圖中所圖示，通用導管206在接地的外部導體210頂部藉由導電環狀帽210’與接地的外部導體210物理性連接，以提供供通用供應管線進入導管206的無場區。供應電漿電源的RF產生器220耦接至中心導體205。可選擇地，RF產生器可經由RF阻抗匹配電路225耦接至中心導體205。RF阻抗匹配電路225(或無阻抗匹配電路225時為RF產生器220)之機箱接地係連接至外部導體210。來自中心導體205的RF功率係以將於下文中描述的方式耦接至頂壁電極120。
中心導體205內的通用導管206可含有一或多個通用供應管線。舉例來說，氣體供應器247的出口係連接至氣流管線，該等氣流管線位於通用導管206內部且延伸通過通用導管206。通用導管206也可含有其他的通用 供應管線，如電性功率導體，以供應頂壁電極120內部的AC加熱器(未圖示)。可選擇地，所有的這些通用供應管線都可在沒有通用導管206之下被饋送通過中心導體205的中空內部體積。
第4圖為同軸RF饋送器200之放大圖，該放大圖詳細繪示阻抗匹配225的RF輸出終端與中空的中心導體205之連接、通用導管206在中心導體205的中空內部體積內部之配置以及通用供應管線(包括製程氣體供應管線)在中空的通用導管206內部之配置。另外，第4圖繪示替代的模式，其中徑向輻條270延伸通過內部同軸壁252中各別的孔洞253，同時不與內部同軸壁252電性接觸。
再次參照第1、1A、2及3圖，RF耦合腔室250將來自中心導體205的RF功率耦合至頂壁電極120。RF耦合腔室250包括包圍耦合腔室環狀容積257的內部與外部同軸壁252、254以及環狀頂部256。RF耦合腔室250之底部由頂壁110的環狀絕緣部分110a封閉。除非以其他方式註明，否則除了環狀絕緣部分110a之外，RF耦合腔室250的元件係由金屬(如鋁)所形成。RF耦合腔室250與同軸RF饋送器200同軸。耦合腔室環狀容積257通常是在頂壁電極120的周圍邊緣120-1之徑向外部。耦合腔室環狀容積257延伸於頂壁110上方，內部同軸壁252的底部圍繞或包圍頂壁電極120。
淺圓柱形中空容積260(此後指稱為徑向導管260)係由圓盤狀導管頂壁262與圓盤狀導管底板264所包圍。 導管頂壁262具有中央開口262a，中央開口262a連接並終止於同軸RF饋送器200的接地外部導體210。一般來說，中央開口的直徑與外部導體210相同。同軸RF饋送器200的中心導體205軸向地延伸並終止於徑向導管260的中心點260a。在徑向導管260之內部體積內的複數個輻條270位於中心點260a的平面，並徑向地從中心導體205經由內部同軸壁252中的個別開口253向外延伸至外部同軸壁254。複數個輻條270係以均勻的間隔角度分隔開，並在均勻分隔的觸點與外部同軸壁254電性接觸。可將包括複數個輻條270與中心導體205之部件指稱為同軸功率分配器。
通用導管206從中空中心導體205的底部端伸出並延伸於徑向導管260下方而通過導管底板264中的孔264a，並且到達氣體分配板材120的氣體歧管121。通用導管206中包含的各種通用供應管線，諸如製程氣體供應管線、冷卻劑供應管線以及電力供應接線，與氣體分配板材120上或中的適當連接口連接。通用管線從中心導體205的底部端延伸至頂壁電極110所通過的區域是由內部同軸壁252包圍，而且沒有電場或RF場。
可將RF耦合腔室250位於徑向輻條270上方的區域指稱為主次腔室250-1。主次腔室250-1是由內部壁252的上部252a、外部壁254的上部254a、環狀頂部256以及徑向輻條270所包圍的容積。
來自中心導體205的RF功率至頂壁電極120之耦合發 生如下：來自中心導體205的RF功率產生第一RF環形電流迴路400，第一RF環形電流迴路400在主次腔室250-1的內部體積表面(即內部壁上部252a、外部壁上部254a、環狀頂部256以及徑向輻條270的內部體積表面)上流動。第一RF環形電流迴路400的功能是作為主變壓器繞線，第一RF環形電流迴路引發第二RF環形電流迴路410在RF耦合腔室250的整個長度(高度)之內部體積表面上流動。第二RF環形電流迴路410的功能是作為第二變壓器繞線。因此，可將整個RF耦合腔室250指稱為含有第二繞線或第二RF電流迴路410的第二腔室。
第二RF環形電流迴路410的方位角分佈之均勻度決定頂壁電極120上RF功率分配之均勻度。此均勻度取決於RF耦合腔室250的形狀之均勻度或對稱性。RF耦合腔室較佳為相對於第1圖的反應器之圓柱對稱軸對稱，以使頂壁電極120上的RF功率分配為至少接近完美對稱的。
通用導管206(以及中心導體205內的各種通用供應管線)是接地的，而且通用導管206對頂壁電極120的附接將頂壁電極120的直流(DC)電位保持在接地。然而，第二RF電流迴路410依據RF產生器220的輸出功率等級在頂壁電極120上產生高RF電壓的RF電位，同時容許頂壁電極120仍保持在DC接地。
RF耦合腔室250的電性長度(沿著圓柱對稱軸)不必 需足以為共振長度。然而，在一個實施中，RF耦合腔室250的電性長度係共振或接近共振於RF產生器220的頻率。對於共振，RF耦合腔室250的電性長度可以是RF產生器220供應的RF電壓之選擇的小部分波長，例如四分之一波長或半波長。若需要的話，RF耦合腔室250在頂壁上方的物理高度H1可小於這個長度。
雖然RF耦合腔室250的物理長度應為RF產生器220的小部分波長，如四分之一波長，但是這樣的大小佔據了大量的空間，該空間在擁擠的生產環境中可能是不足的。第5圖描繪第1圖的實施例之變形，其中RF耦合腔室250的電性長度增加而不提高RF耦合腔室250在頂壁110上方的高度H1。如第5圖中所圖示，藉由在主次腔室250-1的中心添置與腔室100的圓柱對稱軸同心的環形鐵氧體450(或等同的導磁元件)而增加電性長度。因為添置的環形鐵氧體450對於既定的物理長度提供較長的RF耦合腔室250之電性長度，故可減少該物理長度(以及因而該高度H1)到小於所需的電性長度(例如四分之一或半波長或全波長)，同時電性長度亦符合所需的小部分波長。舉例來說，假使RF產生器的頻率為約220MHz，則波長為約1.25公尺。假使需要RF耦合腔室250的長度為半波長(舉例來說)，則其物理長度(高度H1)會必須是1.25公尺的一倍半。然而，藉由添置如第5圖中圖示的環形鐵氧體450，則物理高度H1可減少為明顯較短的長度，同時符合半波長的有效長度之需求。視環 形鐵氧體450的磁性性質而定，長度的縮減可以在5%-20%的範圍中。
頂壁電極120與內部同軸壁252的直徑相同。由內部同軸壁252包圍、在環狀帽256與頂壁電極之間的內部體積容積以及頂壁電極120的內部體積沒有磁場。同時，頂壁電極120是處於DC接地電位。通用導管206及/或具有通用導管的通用供應管線係為接地而且電性連接至頂壁電極120，將頂壁電極保持在DC接地電位。在頂壁電極120上的RF電流流動只出現在頂壁電極120外部表面上。前述特徵防止RF場與通用導管206或其他通用供應管線之間不良的交互作用(例如在電場分配起弧中產生不均勻及類似者)。
第6圖描繪具有摺疊RF耦合腔室500的電漿反應器，第6圖為第1圖的RF耦合腔室250之摺疊形式。摺疊RF耦合腔室500可以具有與第1圖的RF耦合腔室250相同的電性長度，但只有約一半的高度。除非以其他方式註明，否則摺疊RF耦合腔室500的元件是由適當的金屬(如鋁)所形成。
在第6圖的實施例中，如同在第1圖的實施例，電漿反應器包括由圓柱形側壁105圍繞的真空腔室100、頂壁110以及底板115。側壁105與底板115可由金屬形成並電性接地。底板115具有開口或泵送口117，真空幫浦119係經由泵送口117耦接至腔室100的內部體積。頂壁110包括功能既為氣體分配器亦為頂壁電極之氣體分配 板材或噴灑頭120，且在此指稱為頂壁電極120。頂壁電極或噴灑頭120是由導電材料所形成。頂壁電極120包括內部體積氣體歧管121以及下面的氣體分配層122，氣體分配層122具有一系列的氣體注射孔123。工件支撐臺座130位於腔室100內的中心處，以支撐工件135，工件135如半導體晶圓，且工件135與噴灑頭120處於相對的關係。臺座130包括延伸穿過底板115的中心杆140。電性接地的外層145可包圍包括杆140的臺座130。被絕緣的陰極電極150係由頂部絕緣層155與下方絕緣床160覆蓋。RF偏壓功率係經由中心導體165供應至陰極電極150。中心導體165可藉由同軸絕緣層170與接地的外層145分離。中心導體165可經由RF阻抗匹配電路185耦接至RF偏壓功率產生器175。
在第6圖的實施例中，如同在第1圖的實施例，同軸RF饋送器200具有中空的中心導體205與接地的外部導體210。通用導管206可同軸地延伸通過中空的中心導體205，同時與中心導體205絕緣。供應電漿電源的RF產生器220經由可選擇的RF阻抗匹配電路225耦接至中心導體205。RF阻抗匹配電路225(或RF產生器220)之機箱接地係連接至外部導體210。來自中心導體205底部端的RF功率係以將於下文中描述的方式耦接至頂壁電極120。氣體供應器247的出口係連接至氣流管線，該等氣流管線位於通用導管206內部且延伸通過通用導管206。通用導管也可含有其他的通用管線，如電性功 率導體，以供應頂壁電極120內部的AC加熱器(未圖示)。
第6圖的摺疊RF耦合腔室500係由內部環狀腔室505與外部環狀腔室510所組成，且在內部環狀腔室505與外部環狀腔室510之間具有開口515。內部環狀腔室505係由內部與中間同軸壁520、522、頂部圓盤524以及頂壁110的環狀部分110-1包圍。外部環狀腔室510係由中間同軸壁522、外部同軸側壁526以及頂部圓盤524包圍。外部環狀腔室510在底部由頂壁110的環狀絕緣部分110-2包圍。內部同軸壁520圍繞或包圍頂壁電極120，因此，內部環狀腔室505與外部環狀腔室510係位於頂壁電極120的徑向外側。
徑向導管530為與內部及外部腔室505及510同軸的淺圓柱形容積，且係由圓盤狀導管頂壁532及由圓盤狀頂部524所形成的底板所包圍。導管頂壁532具有中央開口532a，中央開口532a連接並終止於同軸RF饋送器200的接地外部導體210。中央開口532a與外部導體210的直徑通常是相同的。圓盤狀RF分配板材535位於徑向導管530的內部體積內並且具有周圍邊緣535a。同軸RF饋送器200的中心導體205延伸通過導管頂壁532的中央開口532a並連接至RF分配板材535的中心。中心導體205與導管頂壁532電性分離。複數個軸向杆540從RF分配板材535延伸至中間壁522的頂部環狀邊緣522a，且通過圓盤狀頂部524中個別的開口524-2，每個 開口524-2容置個別的一個軸向杆540。每個開口524-2具有足夠的直徑，使得相關的軸向杆540不會電性接觸圓盤狀頂部524。複數個杆540係以均勻的間隔角度分隔開，並在均勻分隔的觸點與中間壁522電性接觸。
將包括RF分配板材535、中心導體205以及複數個軸向杆540之部件指稱為同軸功率分配器。
通用導管206從中空中心導體205的底部端伸出、延伸通過RF分配板材535中的中央開口535-1，以及通過圓盤狀頂部524中的開口524a、並且繼續前往氣體分配板材120。通用導管206中包含的各種通用供應管線，諸如製程氣體供應管線、冷卻劑供應管線以及電力供應接線，與氣體分配板材120上或中的適當連接口連接。通用管線延伸通過或中心導體205底部端下方的區域是由內部同軸壁520包圍，而且沒有電場或RF場。
頂壁電極120與內部同軸壁520的直徑相同。由內部同軸壁520包圍的內部體積容積以及頂壁電極120的內部體積沒有磁場。同時，頂壁電極120是處於DC接地電位。通用導管206及/或具有通用導管的通用供應管線係為接地而且電性連接至頂壁電極120，將頂壁電極保持在DC接地電位。在頂壁電極120上的RF電流流動只出現在頂壁電極120外部表面上。前述特徵防止RF場與通用導管206或任何其他通用供應管線之間不良的交互作用(例如在電場分配起弧中產生不均勻及類似者)。
以第6圖的摺疊RF耦合腔是500，來自中心導體205 的RF功率至頂壁電極120之耦合發生如下：來自中心導體205的RF功率產生第一RF環形電流迴路600，第一RF環形電流迴路600在內部環狀腔室505的內部體積表面上流動。第一RF環形電流迴路600的功能是作為主變壓器繞線。第一RF環形電流迴路600引發第二RF環形電流迴路610在內部與外部環狀腔室505與510之內部體積表面上流動。第二RF環形電流迴路610的功能是作為第二變壓器繞線。如第6圖中所指明的，第二RF環形電流迴路610開始於內部環狀腔室505並以圖中指示的螺旋路徑延伸通過開口515而進入外部環狀腔室510。
環形RF電流迴路600與610的方位角分佈之均勻度決定頂壁電極120上RF功率分配之均勻度。此均勻度取決於摺疊RF耦合腔室500的形狀之均勻度或對稱性。摺疊RF耦合腔室500較佳為相對於第1圖的反應器之圓柱對稱軸對稱，以使頂壁電極120上的RF功率分配為至少接近完美對稱的。
第7圖描繪第6圖的實施例之變形，其中通用供應管線或導管(氣體供應導管、冷卻劑供應導管、用於加熱器之電性供應接線，作為一些實例)通過耦合腔室的側邊進入。為此目的，將第6圖的圓盤狀頂部524分割成為個別的頂部與底部平面圓盤524c與524b。頂部與底部平面圓盤由孔隙527分隔。個別的中空導管525延伸於個別的孔洞524-2a與524-2b之間，孔洞524-2a與524-2b分別形成於頂部與底部平面圓盤524c、524b。個 別的軸向杆540延伸通過個別的中空導管525。通用供應導管或管線經由孔隙527沿著徑向路徑接入氣體分配板材120，如第7圖中所繪示。
第8圖描繪可應用於第6圖或第7圖的任一個實施例之變形，其中RF功率分配板材535係由複數個徑向輻條536取代，所有的輻條536皆連接至中心導體205的末端並向各方向伸展而到達個別的杆540之頂端。輻條536以均勻的角度分隔開。
第9圖描繪一實施例，其中可將摺疊RF耦合腔室500的軸向長度(高度)進一步縮短而不會縮短摺疊RF耦合腔室500的電性長度。對於共振，摺疊RF耦合腔室500的電性長度應為RF產生器220的小部分波長，如四分之一波長或半波長，甚至是全波長。然而，這樣的大小佔據了大量的空間，該空間在擁擠的生產環境中可能是不足的。藉由在內部環狀腔室505的中心添置與腔室100的圓柱對稱軸同心的環形鐵氧體650(或等同的磁性元件)，可縮減摺疊RF耦合腔室500的高度而不會改變摺疊RF耦合腔室500的電特性。因為添置的環形鐵氧體650對於既定的物理長度H3提供較長的摺疊RF耦合腔室500之電性長度，故可減少該物理長度(高度)H3到小於所需的電性長度，同時電性長度亦符合所需的小部分波長。視環形鐵氧體650的磁性性質而定，長度的縮減可以在5%-20%的範圍中。
雖然前述係針對本發明之實施例，但可在不偏離本發 明的基本範圍之下構想出本發明的其他與進一步的實施例，且本發明的範圍係由以下之申請專利範圍所決定。
100‧‧‧真空腔室
105‧‧‧側壁
110‧‧‧頂壁
110a‧‧‧環狀絕緣部分
110-1‧‧‧環狀部分
110-2‧‧‧環狀絕緣部分
115‧‧‧底板
117‧‧‧泵送口
119‧‧‧真空幫浦
120‧‧‧頂壁電極
120-1‧‧‧周圍邊緣
121‧‧‧氣體歧管
122‧‧‧氣體分配層
123‧‧‧氣體注射孔
130‧‧‧臺座
135‧‧‧工件
140‧‧‧杆
145‧‧‧外層
150‧‧‧陰極電極
155‧‧‧頂部絕緣層
160‧‧‧下方絕緣床
165‧‧‧中心導體
170‧‧‧同軸絕緣層
175‧‧‧RF偏壓功率產生器
185‧‧‧RF阻抗匹配電路
200‧‧‧同軸RF饋送器
205‧‧‧中心導體
206‧‧‧通用導管
210‧‧‧外部導體
210’‧‧‧導電環狀帽
220‧‧‧RF產生器
225‧‧‧阻抗匹配電路
247‧‧‧氣體供應器
250‧‧‧RF耦合腔室
250-1‧‧‧主次腔室
252‧‧‧內部同軸壁
252a‧‧‧上部
253‧‧‧孔洞
254‧‧‧外部同軸壁
254a‧‧‧上部
256‧‧‧環狀頂部
257‧‧‧耦合腔室環狀容積
260‧‧‧徑向導管
260a‧‧‧中心點
262‧‧‧導管頂壁
262a‧‧‧中央開口
264‧‧‧導管底板
264a‧‧‧孔
270‧‧‧輪條
400‧‧‧第一RF環形電流迴路
410‧‧‧第二RF環形電流迴路
450‧‧‧環形鐵氧體
500‧‧‧摺疊RF耦合腔室
505‧‧‧內部環狀腔室
510‧‧‧外部環狀腔室
515‧‧‧開口
520‧‧‧同軸壁
522‧‧‧同軸壁
522a‧‧‧頂部環狀邊緣
524‧‧‧頂部圓盤
524a‧‧‧開口
524b‧‧‧底部平面圓盤
524c‧‧‧頂部平面圓盤
524-2‧‧‧開口
524-2a‧‧‧孔洞
524-2b‧‧‧孔洞
525‧‧‧中空導管
526‧‧‧同軸側壁
527‧‧‧孔隙
530‧‧‧徑向導管
532‧‧‧導管頂壁
532a‧‧‧中央開口
535‧‧‧RF分配板材
535a‧‧‧周圍邊緣
535-1‧‧‧中央開口
536‧‧‧輻條
540‧‧‧軸向杆
600‧‧‧第一RF環形電流迴路
610‧‧‧第二RF環形電流迴路
650‧‧‧環形鐵氧體
H1‧‧‧高度
H3‧‧‧長度
因此，可以藉由參照圖示於附圖中的本發明實施例來得到以上簡要概括的本發明之更特定描述，從而實現本發明的例示性實施例之方式，並且可以詳細地瞭解本發明的例示性實施例。理解到，為了不混淆本發明，並未在本文中討論某些眾所周知的處理。
第1圖為依據第一實施例的電漿反應器之剖視圖。
第1A圖為沿著第1圖的線1A-1A之剖視平面圖。
第2圖為對應於第1圖之立體圖。
第3圖為沿著第1圖的線3-3之剖視平面圖。
第4圖為對應於第1圖之放大圖。
第5圖為依據第1圖的實施例之變形的電漿反應器之剖視圖。
第6圖為依據第二實施例的電漿反應器之剖視圖。
第7圖繪示第6圖的實施例之變形，其中通用供應管線或導管從側邊位置進入。
第8圖繪示採用複數個徑向導電臂取代RF功率分配板材之變形。
第9圖為依據第6圖的實施例之進一步變形的電漿反應器之剖視圖。
為了便於瞭解，已在可能之處使用相同的參照符號來指稱該等圖式中共同的相同元件。考量到可以在另一個實施例中將一個實施例的元件與特徵有益地整合而不需進一步詳述。然而注意到，附圖僅圖示本發明的例示性實施例，因此不將附圖視為對本發明的限制，因為本發明可以認可其他同等有效的實施例。
100‧‧‧真空腔室
105‧‧‧側壁
110‧‧‧頂壁
110-1‧‧‧環狀部分
110-2‧‧‧環狀絕緣部分
115‧‧‧底板
117‧‧‧泵送口
119‧‧‧真空幫浦
120‧‧‧頂壁電極
121‧‧‧氣體歧管
122‧‧‧氣體分配層
123‧‧‧氣體注射孔
130‧‧‧臺座
135‧‧‧工件
140‧‧‧杆
145‧‧‧外層
150‧‧‧陰極電極
155‧‧‧頂部絕緣層
160‧‧‧下方絕緣床
165‧‧‧中心導體
170‧‧‧同軸絕緣層
175‧‧‧RF偏壓功率產生器
185‧‧‧RF阻抗匹配電路
200‧‧‧同軸RF饋送器
205‧‧‧中心導體
206‧‧‧通用導管
210‧‧‧外部導體
210’‧‧‧導電環狀帽
220‧‧‧RF產生器
225‧‧‧阻抗匹配電路
247‧‧‧氣體供應器
500‧‧‧摺疊RF耦合腔室
505‧‧‧內部環狀腔室
510‧‧‧外部環狀腔室
515‧‧‧開口
520‧‧‧同軸壁
522‧‧‧同軸壁
522a‧‧‧頂部環狀邊緣
524‧‧‧頂部圓盤
524a‧‧‧開口
524-2‧‧‧開口
526‧‧‧同軸側壁
530‧‧‧徑向導管
532‧‧‧導管頂壁
532a‧‧‧中央開口
535‧‧‧RF分配板材
535a‧‧‧周圍邊緣
535-1‧‧‧中央開口
540‧‧‧軸向杆
600‧‧‧第一RF環形電流迴路
610‧‧‧第二RF環形電流迴路

Claims (20)

  1. 一種電漿反應器，包含：一真空腔室，該真空腔室包括一頂壁及一圓柱形側壁、一於該腔室中之工件支撐臺座以及一頂壁電極；一RF電源；一摺疊RF耦合腔室，包含：(a)中空的內部、中間及外部導電圓柱體，該等導電圓柱體與該頂壁電極同軸且界定一外部環狀容積及一內環狀容積，該中空的內部導電圓柱體具有一底部端，該底部端接觸該頂壁電極；(b)一導電頂部圓盤，該導電頂部圓盤位於該內部與外部導電圓柱體上方，該頂壁包含一環狀頂壁部分以及一絕緣環狀部分，該環狀頂壁部分位於該內部環狀容積下方，該絕緣環狀部分位於該外部環狀容積下方；(c)一同軸功率分配器，該同軸功率分配器耦合該RF電源至該中間導電圓柱體。
  2. 如請求項1所述之電漿反應器，其中該頂部圓盤包含複數個開口，以及其中該同軸功率分配器包含：一軸向中心導體，該軸向中心導體具有一頂部端及一底部端，該頂部端與該RF電源連接；一導電構件，該導電構件從該軸向中心導體之該底部端徑向延伸； 複數個軸向導電杆，該複數個軸向導電杆從該導電構件延伸通過個別的該複數個開口並到達該中間圓柱形導體上個別的位置，該複數個軸向導電杆係被分隔開。
  3. 如請求項2所述之電漿反應器，其中該中間導電圓柱體軸向地從該頂壁往該頂部圓盤延伸並終止於一頂部邊緣，該軸向導電杆連接該中間導電圓柱體之該頂部邊緣。
  4. 如請求項2所述之電漿反應器，其中該導電構件包含一圓盤狀板材。
  5. 如請求項2所述之電漿反應器，其中該導電構件包含複數個徑向輻條。
  6. 如請求項2所述之電漿反應器，該電漿反應器進一步包含一徑向導管，該徑向導管係形成為一淺圓柱形容積，該淺圓柱形容積部分包圍該導電構件。
  7. 如請求項6所述之電漿反應器，其中該同軸功率分配器進一步包含：一RF饋送器外部導體，該RF饋送器外部導體圍繞該軸向中心導體並耦接至該RF電源之一回傳電位。
  8. 如請求項7所述之電漿反應器，其中該徑向導管包含： 一導管頂壁，該導管頂壁位於該同軸功率分配器之該導電構件上方之一徑向平面，並具有一中心開口，該軸向中心導體延伸通過該導管頂壁之該中心開口，該RF饋送器外部導體終止於該導管頂壁之該中心開口；一導管底板，該導管底板包含該頂部圓盤，該頂部圓盤包含一頂部圓盤孔，該軸向中心導體延伸通過該頂部圓盤孔。
  9. 如請求項8所述之電漿反應器，其中該RF電源包含一RF功率產生器。
  10. 如請求項9所述之電漿反應器，其中該RF電源進一步包含一RF阻抗匹配。
  11. 如請求項8所述之電漿反應器，其中該頂壁電極包含一氣體分配板材，該電漿反應器進一步包含複數個通用供應管線，該複數個通用供應管線延伸通過該同軸RF饋送器，且通過該內部導電圓柱體之內部體積並到達該氣體分配板材。
  12. 如請求項1所述之電漿反應器，該電漿反應器進一步包含一環形鐵氧體環，該環形鐵氧體環與該內部及中間中空圓柱形導體同軸且位於該內部及中間中空圓柱形導體之間。
  13. 如請求項2所述之電漿反應器，其中該導電頂部圓盤包含由一縫隙分隔之上部及下部同軸圓盤、及於該縫隙中的複數個導管以及至少一通用供應管線，該複數個導管分別包圍該軸向導電杆，該通用供應管線徑向延伸通過該縫隙到達該氣體分配板材。
  14. 一種電漿反應器，包含：一真空腔室，該真空腔室包括一頂壁及一側壁、一於該腔室中之工件支撐臺座以及一頂壁，該頂壁包含一頂壁電極；一RF電源；一RF耦合腔室，包含：(a)中空的內部及外部導電圓柱體，該等圓柱體與該頂壁電極同軸且於該內部及外部導電圓柱體之間界定一環狀耦合腔室容積，該中空的內部導電圓柱體具有一底部端，該底部端圍繞該頂壁電極，該頂壁包含一絕緣環，該絕緣環位於該環狀耦合腔室容積下方；(b)一導電環狀帽，該導電環狀帽延伸於該內部與外部導電圓柱體之個別頂部邊緣之間並電性接觸該內部與外部導電圓柱體之個別頂部邊緣；(c)一同軸功率分配器，該同軸功率分配器連接於該RF電源與該中空外部導電圓柱體之間。
  15. 如請求項14所述之電漿反應器，其中該同軸功率分配器包含：一軸向中心導體，該軸向中心導體具有一頂部端及一底部端，該頂部端與該RF電源連接；複數個個別的輻條導體，該複數個個別的輻條導體與該內部導電圓柱體電性分離並從該軸向中心導體之該底部端徑向延伸通過該內部導電圓柱體而到達該外部導電圓柱體上個別的觸點，該複數個個別的輻條導體係被分隔開。
  16. 如請求項15所述之電漿反應器，該電漿反應器進一步於該內部導電圓柱體中包含個別的孔洞，該複數個個別的輻條導體延伸通過該個別的孔洞。
  17. 如請求項15所述之電漿反應器，該電漿反應器進一步於該內部導電圓柱體中包含一狹縫開口，該複數個個別的輻條導體延伸通過該內部導電圓柱體中之該狹縫開口。
  18. 如請求項15所述之電漿反應器，該電漿反應器進一步包含一徑向導管，該徑向導管係形成為一淺圓柱形容積，該淺圓柱形容積部分包圍該複數個個別的輻條。
  19. 如請求項18所述之電漿反應器，其中該同軸功率分 配器進一步包含：一RF饋送器外部導體，該RF饋送器外部導體圍繞該軸向中心導體之一部分並耦接至該RF電源之一回傳電位。
  20. 如請求項19所述之電漿反應器，其中該徑向導管包含：一導管頂壁，該導管頂壁位於該複數個個別的輻條上方之一徑向平面中並具有一中心開口，該軸向中心導體延伸通過該中心開口，該RF饋送器外部導體終止於該中心開口；一導管底板，該導管底板位於該複數個個別的輻條下方之一徑向平面中，該導管頂壁與導管底板終止於該內部導電圓柱體，該底板包含一底板開口，該軸向中心導體延伸通過該底板開口。
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