TW201405627A - 具有同軸ｒｆ饋送及同軸遮罩之對稱的感應性耦合電漿源 - Google Patents

具有同軸ｒｆ饋送及同軸遮罩之對稱的感應性耦合電漿源 Download PDF

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TW201405627A
TW201405627A TW102118688A TW102118688A TW201405627A TW 201405627 A TW201405627 A TW 201405627A TW 102118688 A TW102118688 A TW 102118688A TW 102118688 A TW102118688 A TW 102118688A TW 201405627 A TW201405627 A TW 201405627A
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plasma reactor
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TW102118688A
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Jason A Kenney
James D Carducci
Kenneth S Collins
Richard Fovell
Kartik Ramaswamy
Shahid Rauf
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Applied Materials Inc
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/505—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
    • C23C16/509—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges using internal electrodes
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32623—Mechanical discharge control means
    • H01J37/32651—Shields, e.g. dark space shields, Faraday shields
    • H—ELECTRICITY
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    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H05H1/4645—Radiofrequency discharges
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Abstract

一種電漿反應器具有架空的多線圈感應電漿源，該電漿源具有對稱RF饋送及圍繞該對稱RF饋送的對稱RF遮罩。

Description

具有同軸RF饋送及同軸遮罩之對稱的感應性耦合電漿 源 相關專利申請案之交叉引用
本申請案主張由Jason A.Kenney等人於2013年5月20日申請之標題為「INDUCTIVELY COUPLED PLASMA SOURCE WITH SYMMETRICAL RF FEED」之美國專利申請案第13/897,592號之優先權；主張由Jason A.Kenney等人於2013年5月20日申請之標題為「INDUCTIVELY COUPLED PLASMA SOURCE WITH COAXIAL RF FEED AND COAXIAL SHIELDING」之美國專利申請案第13/897,585號之優先權；主張由Andrew Nguyen等人於2012年11月1日申請之標題為「SYMMETRICAL INDUCTIVELY COUPLED PLASMA SOURCE WITH SYMMETRICAL FLOW CHAMBER」之美國專利申請案第13/666,224號之優先權；主張由Andrew Nguyen等人於2012年11月1日申請之標題為「INDUCTIVELY COUPLED PLASMA SOURCE WITH PLURAL TOP COILS OVER A CEILING AND AN INDEPENDENT SIDE COIL」之美國專利申請案第13/666,245號之優先權；以及主張由Andrew Nguyen等人於2012年11月1日申請之標題為「INDUCTIVELY COUPLED PLASMA SOURCE WITH MULTIPLE DIELECTRIC WINDOWS AND WINDOW-SUPPORTING STRUCTURE」之美國專利申請案第13/666,280號之優先權。上述所有申請案主張由Andrew Nguyen等人於2012年7月20日申請之標題為「SYMMETRICAL MULTIPLE COAXIAL ICP SOURCE AND SYMMETRICAL FLOW CHAMBER」之美國臨時申請案第61/673,937號之權益。
本發明之實施例大體而言係關於一種用於處理工作件之電漿處理反應器腔室，在該腔室內藉由RF功率之感應性耦合產生電漿以處理腔室內部的氣體。
電子裝置(諸如積體電路、平板顯示器及類似者)係藉由一系列製程來製造，在該等製程內於基板上沉積薄膜層及將薄膜層蝕刻成所欲圖案。製程步驟可包括電漿增強反應式離子蝕刻(reactive ion etching；RIE)、電漿增強化學氣相沉積(chemical vapor deposition；CVD)、電漿增強物理氣相沉積(physical vapor deposition；PVD)。
跨越基板整個表面的蝕刻速率或沉積速率之均勻分佈對於成功的製造係必不可少的。由於基板尺寸不斷增加及裝置幾何形狀不斷縮小，此均勻性越來越難以達成。詳言之，感應耦合電漿源可在腔室頂板上方具有兩個同心排列 的線圈天線，以便可藉由調整傳遞至不同線圈天線的不同RF功率位準來最佳化蝕刻速率分佈之均勻性。隨著工作件直徑及腔室直徑增加，發明者已發現此方法並不夠用，因為較大尺寸增加了獲得所需製程均勻性之難度。諸如腔室設計不對稱性、溫度分佈不均勻性及氣體分佈控制之製程不均勻性的各種源頭變得更加重要。
一種電漿反應器包含與處理區域相鄰之視窗組件，與視窗組件相鄰之內層線圈天線、中間線圈天線及外層線圈天線，以及分別耦接至內層線圈天線、中間線圈天線及外層線圈天線之內部電流分配器、中間電流分配器及外部電流分配器。頂板覆蓋於視窗組件上。在頂板處安置第一RF功率端子、第二RF功率端子及第三RF功率端子。在第一RF功率端子、第二RF功率端子及第三RF功率端子之各別端子與內部電流分配器、中間電流分配器及外部電流分配器之間連接第一軸向RF功率饋送、第二軸向RF功率饋送及第三軸向RF功率饋送。第三軸向RF功率饋送包含中空軸向外部RF功率分配圓筒，該圓筒環繞第一軸向RF功率饋送及第二軸向RF功率饋送。
在具有同軸對稱性之一個實施例中，第二軸向RF功率饋送包含中空軸向中間RF功率分配圓筒，該圓筒環繞第一軸向RF功率饋送。在相關實施例中，第一軸向RF功率饋送包含中央RF連接桿，且中央RF連接桿、中空中間RF功率分配圓筒及外部RF分配圓筒係同軸的。在相關實施例 中，內層線圈天線、中間線圈天線及外層線圈天線係與中央RF連接桿同軸。
在一個實施例中，電漿反應器進一步包含與頂板隔開及在頂板下之氣室板，且該氣室板包含中央開口。在相關實施例中，外部RF分配圓筒延伸穿過中央開口，在氣室板與外部RF分配圓筒之間具有間隙，且徑向凸緣自外部RF分配圓筒延伸及覆蓋於間隙上。
在一個實施例中，電漿反應器進一步包含：(a)自中間RF分配圓筒向外延伸之複數個徑向中間臂及自該等複數個徑向中間臂延伸至中間電流分配器上的間隔分離位置之複數個軸向中間腳；以及(b)自外部RF分配圓筒向外延伸之複數個徑向外部臂及自該等複數個徑向臂延伸至外部電流分配器上的間隔分離位置之複數個軸向外部腳。
在相關實施例中，在氣室板下及在中間電流分配器上方提供接地板，複數個軸向中間腳延伸穿過該接地板。在一個實施例中，複數個軸向外部腳延伸穿過接地板。
在相關實施例中，內層線圈天線、中間線圈天線及外層線圈天線之各者包含具有RF供應端之複數個導體，且內部電流分配器、中間電流分配器及外部電流分配器之各者包含軸向對稱的中空主體，該中空主體包含面向內層線圈天線、中間線圈天線及外層線圈天線之相應者的複數個導體之供應端之底部。
在進一步實施例中，電漿反應器進一步包含連接於氣室板與外部RF功率分配圓筒之間的複數個間隔分離電 抗元件。在一個實施例中，電抗元件包含離散電容器。
在又一實施例中，提供RF遮罩，包含：(a)在中央RF連接桿與中間RF分配圓筒之間的中空圓柱形內部遮罩；以及(b)在中間RF分配圓筒與外部RF分配圓筒之間的中空圓柱形上部遮罩，該上部遮罩包含底部邊緣。
在一個實施例中，氣室板與頂板隔開且氣室板位於頂板下，且該氣室板包含中央開口，上部遮罩延伸穿過中央開口及在氣室板與上部遮罩之間界定內部間隙。在相關實施例中，裙部件自接近底部邊緣之上部遮罩向外徑向延伸及覆蓋於內部間隙上。
在相關實施例中，遮罩進一步包含：(a)自氣室板向接地板軸向延伸及環繞複數個軸向中間腳之中間圓柱形遮罩；(b)自接地板向下延伸之下部圓柱形遮罩；以及(c)自下部圓柱形遮罩之底部邊緣向下延伸之底部遮罩。在相關實施例中，圓柱形基座自底部遮罩軸向延伸，該圓柱形基座環繞中間線圈。在一個實施例中，底部遮罩包含中空截圓錐。在一個實施例中，遮罩進一步包含由圓柱形基座圍繞之底板。
10‧‧‧電漿反應器
20‧‧‧反應器上部分
30‧‧‧反應器下部分
100‧‧‧處理腔室
101‧‧‧處理區域
105‧‧‧側壁
106‧‧‧介電側窗/圓柱形介電窗口
106'‧‧‧溫度感測器
107‧‧‧腔室襯墊
107-1‧‧‧上圓柱段
107-2‧‧‧下環形柵格
110‧‧‧蓋組件
112‧‧‧碟形介電窗口
112'‧‧‧溫度感測器
112a‧‧‧碟形介電窗口外緣
115‧‧‧工作件支座
120‧‧‧基座
121‧‧‧工作件支座表面
122‧‧‧工作件
125‧‧‧柱
130‧‧‧電極
132‧‧‧電纜
140‧‧‧內層線圈天線
140-1‧‧‧導體線
140-2‧‧‧導體線
140-3‧‧‧導體線
140-4‧‧‧導體線
142‧‧‧倒置金屬碗
144‧‧‧圓形底部邊緣
146‧‧‧蓋
148‧‧‧RF饋送桿
149‧‧‧內部接地遮罩
150‧‧‧中間線圈天線
150-1‧‧‧導體線
150-2‧‧‧導體線
150-3‧‧‧導體線
150-4‧‧‧導體線
152‧‧‧圓柱形金屬套管
154‧‧‧圓形底部邊緣
156‧‧‧圓形頂部邊緣
158‧‧‧軸向RF饋送桿
159‧‧‧中間接地遮罩
159-1‧‧‧環
159a‧‧‧導電腳
159c‧‧‧導電腳
160‧‧‧外層/側面線圈天線
160-1‧‧‧導體線
160-2‧‧‧導體線
160-3‧‧‧導體線
160-4‧‧‧導體線
160-5‧‧‧導體線
160-6‧‧‧導體線
160-7‧‧‧導體線
160-8‧‧‧導體線
161-1‧‧‧軸向導體
161-5‧‧‧軸向導體
162‧‧‧倒置金屬碗
164‧‧‧圓形底部邊緣
166‧‧‧圓形頂部邊緣
168‧‧‧軸向RF饋送桿
170‧‧‧外部腔室壁
171‧‧‧絕緣體
172‧‧‧徑向RF饋送桿
174‧‧‧軸向饋送桿
176‧‧‧徑向RF饋送桿
178‧‧‧軸向饋送桿
180‧‧‧RF匹配
182‧‧‧RF匹配
184‧‧‧接地板
200‧‧‧氣體板
202‧‧‧環形物
202a‧‧‧頂部內緣
202b‧‧‧底部外緣
204‧‧‧開口
220‧‧‧加熱器層
222‧‧‧外部環形物
224‧‧‧徑向指
226‧‧‧孔
229‧‧‧電加熱器/電阻元件
230‧‧‧法拉第遮罩層
231‧‧‧電加熱器/加熱器層
232‧‧‧上圓柱形環
234‧‧‧下圓柱形環
236‧‧‧軸向腳
238‧‧‧間隙
300‧‧‧頂板氣體注射器
302‧‧‧中央氣體施配器
302-1‧‧‧軸向內部環形通道
304‧‧‧中間氣體施配
304-1‧‧‧中間環形通道
310‧‧‧周邊/側面氣體注射器
312‧‧‧氣體埠
320‧‧‧環形氣流板
321a‧‧‧氣體輸入埠
321b‧‧‧氣體輸入埠
321c‧‧‧氣體輸入埠
322‧‧‧彈簧板
330‧‧‧遞迴氣流路徑
331‧‧‧半圓形氣流路徑/通道
332‧‧‧弓狀氣流路徑
334‧‧‧弓狀氣流路徑
336‧‧‧弓狀氣流路徑
340‧‧‧徑向氣流接線
342‧‧‧徑向氣流接線
344‧‧‧徑向氣流接線
346‧‧‧徑向氣流接線
350‧‧‧氣流轂
352‧‧‧進氣埠
353‧‧‧半圓形氣流通道
354‧‧‧進氣埠
355‧‧‧半圓形氣流通道
356‧‧‧進氣埠
357‧‧‧半圓形氣流通道
358‧‧‧進氣埠
360‧‧‧分流氣體分佈接線
362‧‧‧分流氣體分佈接線
366‧‧‧內部分佈通道
370‧‧‧分流氣體分佈接線
372‧‧‧分流氣體分佈接線
374‧‧‧中間分佈通道
390‧‧‧冷卻通道
390a‧‧‧圓形供應通道
390b‧‧‧圓形返回通道
392a‧‧‧外部冷卻劑埠
392b‧‧‧外部冷卻劑埠
400‧‧‧下腔室主體
405‧‧‧下腔室主體側壁
406‧‧‧上腔室主體側壁
410‧‧‧下腔室主體底板
410a‧‧‧真空泵開口
411‧‧‧抽空區域
415‧‧‧安全殼壁
417‧‧‧可撓性波紋管
419‧‧‧中央空間
420‧‧‧徑向支柱
421‧‧‧徑向出入通道
430‧‧‧軸向排氣通道
440‧‧‧真空泵
450‧‧‧提升致動器
500‧‧‧下氣室壁
502‧‧‧下氣室
504‧‧‧排氣風扇
506‧‧‧開口
600‧‧‧開口
606‧‧‧中央壁
608‧‧‧返回腔室側壁
609‧‧‧篩管段
610‧‧‧氣室板
610a‧‧‧開口
611‧‧‧間隙
612‧‧‧返回腔室
614‧‧‧開口
650‧‧‧上氣室
655‧‧‧頂板/頂部板/接地板
655a‧‧‧開口
656‧‧‧間隙
660‧‧‧上氣室側壁
665‧‧‧進氣風扇
667‧‧‧開口
670‧‧‧氣流板
680‧‧‧進氣埠
740-1‧‧‧RF產生器
740-2‧‧‧RF產生器
740-3‧‧‧RF產生器
742-1‧‧‧RF阻抗匹配網路
742-2‧‧‧RF阻抗匹配網路
742-3‧‧‧RF阻抗匹配網路
750-1‧‧‧RF產生器
750-2‧‧‧RF產生器
800‧‧‧可程式化控制器
802‧‧‧控制器輸入
804‧‧‧控制器輸入
806‧‧‧控制器輸出
808‧‧‧控制器輸出
810‧‧‧控制器輸出
812‧‧‧控制器輸出
814‧‧‧控制器輸出
816‧‧‧使用者輸入
818‧‧‧使用者輸入
900‧‧‧頂板
902‧‧‧圓柱形側壁
904‧‧‧連接模組
904a‧‧‧RF功率端子
904b‧‧‧RF功率端子
904c‧‧‧RF功率端子
906‧‧‧中央RF連接桿
906a‧‧‧徑向過渡段
907‧‧‧點
908‧‧‧中間RF分配環
910a‧‧‧徑向臂
910b‧‧‧徑向臂
910c‧‧‧徑向臂
910d‧‧‧徑向臂
912‧‧‧中間RF連接桿
912a‧‧‧徑向過渡段
913‧‧‧點
914‧‧‧外部分配圓筒
914a‧‧‧外部分配圓筒頂部部分
914b‧‧‧外部分配圓筒底部部分
915a‧‧‧徑向臂
915b‧‧‧徑向臂
915c‧‧‧徑向臂
915d‧‧‧徑向臂
915e‧‧‧徑向臂
915f‧‧‧徑向臂
915g‧‧‧徑向臂
915h‧‧‧徑向臂
916‧‧‧外部RF連接桿
916a‧‧‧徑向過渡段
917‧‧‧點
920‧‧‧中央RF連接桿
921‧‧‧間隙
922‧‧‧中間RF分配管
922a‧‧‧中間RF分配管頂部部分
922b‧‧‧中間RF分配管底部部分
922c‧‧‧中間RF分配管環形凸緣
923‧‧‧間隙
924a‧‧‧徑向臂
924b‧‧‧徑向臂
924c‧‧‧徑向臂
924d‧‧‧徑向臂
925‧‧‧軸向中間RF連接桿
930‧‧‧外部分配圓筒
930a‧‧‧外部分配圓筒頂部部分
930b‧‧‧外部分配圓筒底部部分
930c‧‧‧外部分配圓筒環形凸緣
930d‧‧‧外部分配圓筒軸向唇
931a‧‧‧徑向臂
931g‧‧‧徑向臂
931h‧‧‧徑向臂
932‧‧‧外部連接桿
934‧‧‧電容器
936‧‧‧托架
940‧‧‧縮短的外部分配圓筒
940a‧‧‧縮短的外部分配圓筒頂端
940b‧‧‧縮短的外部分配圓筒底端
940c‧‧‧縮短的外部分配圓筒徑向凸緣
942‧‧‧裙部件
944‧‧‧RF饋送桿
950‧‧‧內部遮罩
950-1‧‧‧徑向凸緣
955‧‧‧上部遮罩
955-1‧‧‧徑向凸緣
955a‧‧‧上部遮罩底部邊緣
957‧‧‧裙部件
960‧‧‧中間圓柱形遮罩
965‧‧‧下部圓柱形遮罩
965a‧‧‧下部圓柱形遮罩底部邊緣
970‧‧‧導電格柵
971‧‧‧底部遮罩
972‧‧‧圓柱形基座
974‧‧‧底板
因此，為使用可詳細理解所獲得的本發明之示範性實施例之方式，可參照實施例獲得上文簡要概述之本發明之更特定描述，一些實施例圖示於隨附圖式中。應將瞭解，為了不模糊本發明，本文並未論述某些熟知的製程。
第1圖係本發明實施例之電漿反應器之剖視圖。
第1A圖係第1圖中反應器之上截段之放大視圖。
第1B圖係第1圖中反應器之下截段之放大視圖。
第2圖圖示第1圖中反應器之內部區域感應RF功率施用器。
第3圖圖示第1圖中反應器之中間或中部區感應RF功率施用器。
第4圖圖示第1圖中反應器之外部區域感應RF功率施用器。
第5圖圖示用於第3圖中RF功率施用器之導電RF功率饋線。
第6圖圖示用於第4圖中RF功率施用器之導電RF功率饋線。
第7圖係第1圖中反應器之蓋組件的一部分之橫剖面視圖。
第8圖係覆蓋第7圖中蓋組件之碟形介電視窗的加熱器層之平面圖。
第9圖係與第7圖中蓋組件一起描述之覆蓋圓柱形介電視窗的加熱器層之正投影圖。
第10圖係第7圖中蓋組件之平面圖。
第11A圖係對應於第10圖描述在蓋組件之氣流板內的氣流通道之平面圖。
第11B圖係第7圖及第11A圖中氣流板反面之視圖。
第12圖係對應於第10圖及描述至中心轂的氣流路徑之平面圖。
第12A圖係對應於第12圖中一部分描述第8圖中加熱器層一部分內的氣流導管之外殼之正投影圖。
第12B圖係對應於第12A圖之剖面正視圖。
第13圖係第1圖中反應器之中央氣體施配器之放大剖視圖。
第14圖係第13圖中中央氣體施配器之平面圖。
第15圖係第14圖中沿接線15-15獲取之橫剖面圖。
第16圖係第14圖中沿接線16-16獲取之橫剖面圖。
第17圖係第1B圖中沿接線17-17獲取之橫剖面圖。
第18圖係第1B圖中沿接線18-18獲取之橫剖面圖。
第19圖係對應於第1A圖及描述冷卻氣流路徑之視圖。
第20A圖及第20B圖係用於第1A圖中RF功率施用器之RF電源的替代實施例之方塊圖。
第21圖係控制第1圖中反應器的控制系統之方塊圖。
第22圖係進一步實施例之橫剖面正視圖，該實施例中RF饋送至具有三角對稱性的線圈天線。
第23圖描述包括第22圖中外層線圈RF饋送之組件。
第24圖描述包括第22圖中中間線圈RF饋送及外層線圈RF饋送之組件。
第24A圖係第23圖中沿接線24A-24A獲取之橫剖面圖。
第25圖描述第22圖之外層線圈RF饋送。
第26圖描述第22圖之中間線圈RF饋送。
第27圖描述第22圖之內層線圈RF饋送。
第28圖係進一步實施例之橫剖面正視圖，該實施例中RF饋送至具有同軸對稱性的線圈天線。
第29圖描述包括第28圖中中間線圈RF饋送及外層線圈RF饋送之組件。
第30圖描述包括第28圖中外層線圈RF饋送之組件。
第31圖描述包括第28圖中中間線圈RF饋送之組件。
第32圖係進一步實施例之橫剖面正視圖，該實施例中同軸RF饋送至具有與外層線圈RF饋送並聯連接的電容器之對稱陣列的線圈天線。
第33圖描述包括第32圖中外層線圈RF饋送之組件。
第34圖描述進一步描述第32圖中電容器之陣列的第33圖之組件。
第35圖係在RF饋送之間具有同軸遮罩之另一實施例之橫剖面正視圖。
第36圖係第35圖中同軸遮罩之正投影圖。
為了促進理解，在可能的情況下，相同元件符號已用於代表諸圖共用之相同元件。應涵蓋，一個實施例之元件及特徵結構可有利地併入其他實施例而無需贅述。然而，應注意，隨附圖式僅圖示出本發明之示範性實施例，且因此該等圖式不欲視為本發明範疇之限制，因為本發明可允許其他同等有效之實施例。
在第1圖中描述之電漿反應器10包括在第1A圖之放大視圖中描述之上部分20及在第1B圖之放大視圖中描述之下部分30。參看第1圖、第1A圖及第1B圖，電漿反應器10包括具有側壁105及蓋組件110之電漿處理腔室100。側壁105具有諸如圓筒之軸向對稱形狀。側壁105包括軸向對稱(例如，圓柱形)介電側窗106及可由金屬形成之腔室襯墊107。腔室100內部的工作件支座115包括：具有工作件支座表面121之基座120，該工作件支座表面面向用於固持工作件122的蓋組件110；及支撐基座120之柱125。由蓋組件110、基座120及側壁105來圍束腔室100之處理區域101。基座120可包括絕緣內部電極130。可視情況經由延伸穿過柱125的電纜132供應靜電卡盤(electrostatic chucking；ESC)電壓及/或RF電漿偏壓功率至內部電極130。可耦接電纜132至RF偏壓電源(諸如RF阻抗匹配網路及/或RF功率產生器)，作為至電極130之RF偏壓饋送。可作為可係剛性(或可撓性)之同軸傳輸線或作為可撓性同軸電纜提供電纜132。
藉由一組線圈天線將電漿源功率感應性耦合入處理區域101，該組線圈天線包括內層線圈天線140、中間線圈天線150及外層或側面線圈天線160，相對於彼此同心地安置所有線圈天線且該等線圈天線與側壁105之對稱軸同軸。蓋組件110包括碟形介電視窗112，內部線圈天線140及中間線圈天線150經由該介電窗口將RF電漿源功率感應性耦合入處理區域101內。碟形介電視窗112與側壁105同軸且具有平行於工作件支座表面121之平面的圓碟平面。側面線圈天線160經由圓柱形介電側窗106將RF電漿源功率感應性耦合入處理區域101內。介電視窗106及介電視窗112可統稱為視窗組件。
參看第1A圖及第2圖，在一個實施例中，內層線圈天線140包括四個導體線140-1至140-4，每一者沿180度弧長繞恆定半徑螺旋纏繞，該等內層線圈天線的末端以均勻隔開90度的間隔交錯(亦即，沿圓周方向偏移)，如第2圖所描述。藉由以倒置金屬碗142形式呈現的RF電流分配器提供RF功率到導體線140-1至140-4之均勻及對稱分佈，該倒置金屬碗具有接觸每一導體線140-1至140-4之頂端的圓形底部邊緣144及連接至內層RF饋送桿148的蓋146。藉由至內部接地遮罩149(第1A圖)的連接將四個導體線140-1至140-4之底端接地，該內部接地遮罩以與線圈天線140同軸的圓柱形金屬套管形式呈現且位於內層線圈天線140與中間線圈天線150之間。內部接地遮罩149提供自四個導體線140-1至140-4的接地電流之均勻及對稱分佈，且藉由抑制內層線圈 天線140與中間線圈天線150之間的互感進一步提供內層線圈天線140與中間線圈天線150之間的RF遮罩或隔絕。此舉增強了內層線圈天線140及中間線圈天線150的獨立控制。
參看第1A圖及第3圖，在一個實施例中，中間線圈天線150包括四個導體線150-1至150-4，每一者沿180度弧長繞恆定半徑螺旋纏繞，該等導體線的末端以均勻隔開90度的間隔交錯，如第3圖所描述。藉由以圓柱形金屬套管152形式呈現的RF電流分配器提供RF功率到線導體150-1至150-4之均勻及對稱分佈，該圓柱形金屬套管具有接觸每一導體線150-1至150-4之頂端的圓形底部邊緣154及連接至四個軸向RF饋送桿158之環形陣列的圓形頂部邊緣156。藉由第5圖中描述之導體結構將RF功率饋送至RF饋送桿158，隨後將在此說明書中描述該操作。
再參看第1A圖，藉由至中間接地遮罩159的連接將四個導體線150-1至150-4之底端接地。中間接地遮罩159可以圓筒形式呈現。然而，在第1A圖虛線所描述之一個實施例中，中間接地遮罩159之頂部係與線圈天線150同軸的金屬環159-1。四個導電腳159a至159d(在第1A圖中僅可見四個導電腳中的腳159a及腳159c)自環159-1向下軸向延伸且具有接觸四個導體150-1至150-4之底端的底端。中間接地遮罩159提供自四個導體線150-1至150-4的接地電流之均勻及對稱分佈。
參看第1A圖及第4圖，在碟形介電窗口112之平面下安置側面線圈天線160且該側面線圈天線環繞圓柱形 介電側窗106。在一個實施例中，側面線圈天線160包括八個導體線160-1至160-8，每一者沿90度之弧長繞恆定半徑螺旋纏繞，該等側面線圈天線的末端以均勻隔開45度的間隔交錯，如第4圖所描述。藉由以倒置金屬碗162(第1A圖)形式呈現的RF電流分配器提供RF功率到導體線160-1至160-8之均勻及對稱分佈，該倒置金屬碗具有附接於各別軸向導體161-1至161-8(在第1A圖中僅可見軸向導體161-1及軸向導體161-5)的圓形底部邊緣164，該等軸向導體分別接觸導體線160-1至160-8之頂端。倒置金屬碗162進一步具有連接至八個均勻隔開的軸向RF饋送桿168之環形陣列的圓形頂部邊緣166。圓柱形外層腔室壁170環繞側面線圈天線160且接地。藉由至外部腔室壁170的連接將八個導體線160-1至160-8之底端接地。儘管所描述之實施例包括分別藉由接地遮罩149、接地遮罩159及外部腔室壁170將線圈天線140、線圈天線150及線圈天線160直接連接至接地，但是至接地的該連接可能不需要直接連接，且取而代之的是，至接地的該連接例如可經由諸如電容器之元件達成。
參看第5圖，與中間線圈天線150相關聯的四個軸向RF饋送桿158延伸到連接至共用軸向饋送桿174的四個徑向RF饋送桿172。參看第6圖，與側面線圈天線160相關聯的八個軸向RF饋送桿168延伸到連接至共用軸向饋送桿178的八個徑向RF饋送桿176。軸向RF饋送桿148、共用軸向饋送桿174及共用軸向饋送桿178耦接RF功率至各別線圈天線140、線圈天線150及線圈天線160。可自共用RF源或 自諸如RF匹配(RF阻抗匹配網路)180及182之不同RF源供應電力。如以下參考第20B圖將描述，可使用具有雙輸出的RF阻抗匹配網路以便利用第一RF產生器驅動線圈天線中之兩者，而第二RF產生器及第二RF阻抗匹配網路驅動第三線圈天線。或者，如以下參考第20A圖將描述，三個RF產生器可經由三個各別RF阻抗匹配網路個別地驅動三個線圈天線。在又一實施例中，單一RF功率產生器可經由具有三個輸出的RF阻抗匹配網路驅動全部三個線圈天線。在前述實施例之一些實施中，可個別地調整應用於不同線圈天線的RF功率位準以便控制電漿離子密度之徑向分佈。儘管所描述之實施例包括三個線圈天線140、線圈天線150及線圈天線160，但是其他實施例可僅包括三個所描述線圈天線140、線圈天線150及線圈天線160中的一或兩者。
如第1A圖、第5圖及第6圖所描述，僅軸向RF饋送桿148對稱位於側壁105之對稱軸處，而軸向饋送桿174及軸向饋送桿178位於偏離中心處。此特徵係不對稱的。相對於側壁105之對稱軸對稱地排列軸向RF饋送桿148、軸向RF饋送桿158及軸向RF饋送桿168。大體平行於工作件支座面121的大體碟形導電接地板184含有開口，軸向RF饋送桿148、軸向RF饋送桿158及軸向RF饋送桿168延伸穿過該等開口。接地板184在上部區域與下部區域之間提供分隔，該上部區域含有非對稱排列的軸向饋送桿174及軸向饋送桿178(及對稱定位的RF饋送桿148之上部分)，該下部區域僅含有諸如軸向RF饋送桿148、軸向RF饋送桿158及軸向 RF饋送桿168之對稱特徵。RF饋送桿148、RF饋送桿158及RF饋送桿168與接地板184電氣絕緣。接地板184電磁遮罩處理區域101，避免接地板184上方不對稱特徵之效應及亦防止在工作件122之電漿處理中的歪斜效應。
參看第1圖及第7圖，碟形介電窗口112之直徑小於外層腔室壁170之直徑。藉由環形頂部氣體板200(隨後在此說明書中描述)在視窗緣周處支撐視窗112，該環形頂部氣體板跨越外部腔室壁170與視窗112之間的間隙，同時維持視窗112下方的空間不含原本抑制RF功率電感耦合入處理區域101內之結構。碟形介電視窗112之直徑不會因此限制腔室直徑。內層線圈天線140及中間線圈天線150(與碟形介電視窗112共同延伸)可控制在直徑小於工作件或晶圓122之彼直徑的中間區域內的電漿離子密度分佈。藉由側面線圈天線160經由圓柱形介電視窗106來調控外部區域內的電漿密度。此舉提供對跨越整個晶圓的電漿離子密度分佈之控制，且不需要碟形介電視窗112之直徑伴隨的增大。
參考以上所述，環形頂部氣體板200支撐碟形介電視窗112及跨越外部腔室壁170與碟形介電視窗112之緣周之間的間隙或距離。頂部氣體板200包括環繞開口204的環形物202。環形物202之頂部內緣202a位於介電視窗112之外緣112a下且支撐外緣112a，以及環繞開口204。環形物202之底部外緣202b靜置於外部腔室壁170上。開口204面向碟形介電視窗112。(外層線圈天線160之)軸向導體161-1至161-8延伸穿過頂部氣體板200中的各別絕緣體171。
加熱碟形介電視窗112及圓柱形介電側窗106且獨立於彼此控制該兩者的各別溫度。藉由此說明書中隨後將描述之風扇系統冷卻及藉由現所描述之獨立加熱器元件加熱，而獨立加熱及冷卻碟形介電視窗112及圓柱形側窗106。第1A圖、第7圖及第8圖中描述之平面加熱器層220覆蓋於碟形介電視窗112上。加熱器層220係碟形法拉第遮罩形式，具有外部環形物222及自外部環形物222向內部徑向延伸的複數個徑向指224，藉由均勻隔開的孔226使得徑向指224彼此分隔。徑向指224之間隔(界定孔226之寬度)足以容許RF功率經由加熱器層220之電感耦合。加熱器層220係相對於側壁105之軸對稱。儘管可使用任何適宜數目的徑向指，在圖示實例中有24個徑向指224。藉由加熱器層220內的內部電阻元件229(第7圖)電加熱加熱器層220。
在圓柱形介電窗口106與外層線圈天線160之間安置第1A圖及第9圖中描述之圓柱形法拉第遮罩層230，且圓柱形法拉第遮罩層230環繞圓柱形介電側窗106。圓柱形法拉第遮罩層230具有上圓柱形環232與下圓柱形環234及複數個軸向腳236，該等軸向腳在上圓柱形環232與下圓柱形環234之間軸向延伸且藉由均勻隔開的間隙238分隔。可藉由在法拉第遮罩層230內或與法拉第遮罩層230接觸的內部元件(諸如第1A圖及第7圖所示之加熱器層231)電加熱圓柱形法拉第遮罩層230。
藉由中央雙區域頂板氣體注射器300(第1A圖)及周邊(側面)氣體注射器310(第7圖)之環形陣列將製程 氣體注入處理區域101。頂板氣體注射器300位於碟形介電窗口112之中央。在接近側壁106的頂部氣體板200上支撐周邊氣體注射器310。
參看第7圖、第10圖及第11A圖，蓋組件110包括環形氣流板320。藉由如第7圖所示之彈簧板322在氣流板320上固持加熱器層或法拉第遮罩220。氣流板320具有三個氣體輸入埠321a、321b、321c(第10圖)。氣流板320提供自輸入埠321a至雙區域頂板氣體注射器300之第一區域的遞迴氣流路徑、自輸入埠321b至雙區域氣體注射器300之其他區域的遞迴氣流路徑以及自氣體輸入埠321c至側面氣體注射器310的遞迴氣流路徑。經由第11B圖之仰視圖中可見的氣流板320之底表面內的各別氣體埠312饋送側面氣體注射器310。遞迴氣流路徑提供均勻分佈的氣流路徑長度至不同的氣體注射區域。亦可藉由遞迴氣流路徑增強氣體分佈之均勻性控制。
參看第11A圖，氣流板320內的第一組或第一級遞迴氣流路徑330經由氣體埠312將氣體饋送至側面氣體注射器310。第一組遞迴氣流路徑330包括半圓形氣流路徑或通道331。耦接氣體注射埠321c至半圓形氣流通道331之中點。氣流路徑331延伸約半圓及在路徑331末端處供給一對弓狀氣流路徑332之中點，弓狀氣流路徑332之每一者延伸四分之一圓，接著弓狀氣流路徑332在路徑332的各別末端處供給四個弓狀氣流路徑334之中點，四個弓狀氣流路徑334之每一者延伸約八分之一圓。四個弓狀氣流路徑334在路徑334 末端處供給八個弓狀氣流路徑336之中點，八個弓狀氣流路徑336之每一者延伸約十六分之一圓。氣流路徑336之末端供給用於氣流的氣體埠312至側面氣體注射器310。
參看第12圖，在覆蓋於碟形介電窗口112上的一對相對的徑向氣流接線340、徑向氣流接線342中向雙區域氣體注射器300之一個區域輸送氣流。在覆蓋於碟形介電視窗112上的第二對相對的徑向氣流接線344、徑向氣流接線346中向雙區域氣體注射器300之其他區域輸送氣流，且與第一對徑向氣流接線340、徑向氣流接線342成直角安置第二對相對的徑向氣流接線344、徑向氣流接線346。藉由軸向耦接至雙區域氣體注射器300的氣流轂提供自四個徑向氣流接線340、342、344、346至雙區域氣體注射器300的連接。
再參看第11A圖，半圓形氣流通道353提供自氣體輸入埠321b至第一對徑向氣流接線340、徑向氣流接線342之外部末端的氣流之均勻分佈。四分之一圓形氣流通道357自輸入埠321b至半圓形氣流通道353之中點提供氣流。半圓形氣流通道355自氣體輸入埠321a至第二對徑向氣流接線344、徑向氣流接線346之外部末端提供均勻氣流。
如第12圖、第12A圖及第12B圖所描述，可將覆蓋於碟形介電窗口112上的四個徑向氣流接線340、342、344、346之各者圍入加熱器層220的徑向指224之各別徑向指中。
如以上參看第1圖及第12圖之所述，氣流轂350提供四個徑向氣流接線340、342、344、346與雙區域氣體注 射器300之間的耦合。第13圖中描述雙區域氣體注射器300之一個實例。第13圖之雙區域氣體注射器300包括具有軸向內部環形通道302-1之中央氣體施配器302及具有傾斜中間環形通道304-1之中間氣體施配器304，軸向內部環形通道302-1軸向地延伸且將氣體擴散至徑向內部區域A，傾斜中間環形通道304-1將氣體擴散至徑向外部區域B。現將參看第13圖、第14A圖、第14B圖、第15圖及第16圖描述氣流轂350。轂350具有四個進氣埠352、354、356及358，該等進氣埠經定向彼此成直角及可連接至如虛線所示的四個徑向氣流接線340、342、344、346。進氣埠352及進氣埠354分別供給各別的分流氣體分佈接線對360、362，該等接線對360、362終止於沿圓形內部分佈通道366的四個等間隔點，通道366與雙區域氣體注射器300之軸向內部環形通道302-1對準。進氣埠356及進氣埠358分別供給各別的分流氣體分佈接線對370、372，該等接線對370、372終止於沿圓形中間分佈通道374的四個等間隔點，通道374與雙區域氣體注射器300之軸向中間環形通道304-1對準。
再參看第11B圖之底視圖，在一個實施例中，可在氣流板320內提供可選冷卻通道390，該冷卻通道以形成連續路徑的圓形供應通道390a及圓形返回通道390b的形式呈現。外部冷卻劑埠392a及外部冷卻劑埠392b提供供應通道390a及返回通道390b之連接至外部冷卻劑源(第11B圖中未圖示)。可視情況在外部腔室主體壁170內提供內部冷卻劑通道及經由冷卻劑輸入埠供給該內部冷卻劑通道。
參看第1圖及第1B圖，在包括圓柱形下腔室主體側壁405及下腔室主體底板410之下腔室主體400內圍起腔室襯墊107。下腔室主體側壁405及下腔室主體底板410圍起抽空區域411。腔室襯墊107包括以倒置截圓錐形式呈現的上圓柱段107-1及下環形柵格107-2。在底板410中的真空泵開口410a內安置真空泵440且相對於側壁105之對稱軸居中放置該真空泵。與工作件支座115同軸的安全殼壁415及在基座120與安全殼壁415之間延伸的可撓性波紋管417將工作件支座115圍入內部中央空間419。中央空間419與真空泵440抽空的體積隔絕，該體積包括抽空區域411及處理區域101。參看第1B圖、第17圖及第18圖，存在界定徑向出入通道421的三個中空徑向支柱420，該等中空徑向支柱隔開120度間隔，延伸穿過腔室主體側壁405及提供出入口至中央空間419。在三個徑向支柱420之間界定三個軸向排氣通道430。經由徑向出入通道421中不同的通道可提供不同的實用性，例如包括連接至電極130的射頻功率電纜132、在工作件支座115內連接至加熱器元件的加熱器電壓供應線、連接至電極130的靜電卡盤電壓供應線、冷卻劑供應線及在工作件支座表面121內用於背面氦氣通道的氦供應線。相對於腔室主體固定工作件支座提升致動器450及該提升致動器軸向地移動工作件支座115。可使用工作件支座提升致動器450以改變工作件122與蓋組件110之間的距離。改變此距離改變了電漿離子密度之分佈。可使用提升致動器之移動以改良跨越工作件122之表面的製程(例如，蝕刻)速率分佈之均勻性。 可藉由使用者(例如)經由可程式化控制器控制提升致動器450。
包括真空泵開口410a及軸向排氣通道430的軸向居中排氣組件在處理跨越工作件122的分佈中避免不對稱性或歪斜。環形柵格107-2遮蔽處理區域101，避免徑向支柱420之不連續性或影響。具有接地板184下射頻電流流動之對稱分佈的軸向居中排氣組件之組合最小化處理區域101內的歪斜影響及增強處理區域101內的製程均勻性。
第19圖描述穿過第1A圖之上截段20的冷卻氣流。參看第1A圖及第19圖，腔室主體側壁406環繞蓋組件110。在腔室主體側壁406之頂部邊緣與接地板184之周圍邊緣之間安裝例如以截圓錐形式呈現的下氣室壁500以圍起下氣室502。在下氣室壁500中的各別開口506內安裝排氣風扇504之環形陣列。
接地板184具有中央開口600，該中央開口與內部接地遮罩149共同延伸。圓柱形氣室中央壁606與中央開口600共同延伸。氣室板610覆蓋於氣室中央壁606上。在返回腔室側壁608、氣室板610、接地板184及中央壁606之間圍起返回腔室612。返回腔室側壁608包括氣流篩段609。穿過接地板184的開口614容許下氣室502與返回腔室612之間的氣流。
藉由以截圓錐形式呈現的上氣室側壁660在頂板655與氣室板610之間圍起上氣室650。在上氣室側壁660中 的各別開口667處安裝複數個進氣風扇665。
進氣風扇吸取空氣進入上氣室650，氣流向下流動穿過由中央壁606、接地板開口600及中間接地遮罩149形成的中央開口。覆蓋於蝶形介電窗口112上的環形氣流板670圍束了板670與窗口112之間的氣流。舉例而言，此空氣可流過第8圖中法拉第遮罩220之孔226。或者(或此外)，可將空氣圍束於氣流板670與窗口112之間的間隙內。穿過圓柱形遮罩149的向下氣流經由板670之中央開口進入每一孔226內的空間且在蝶形介電視窗112上方向外徑向流動，並進入下氣室502。空氣自下氣室502逸入返回腔室612，又可經由返回腔室側壁608之篩段609自該返回腔室排出。因此，進氣風扇665對蝶形介電視窗112提供冷卻。
排氣風扇504針對圓柱形介電視窗106提供冷卻。排氣風扇504經由下腔室側壁170內的進氣埠680吸取空氣及傳遞至圓柱形介電視窗106。藉由自排氣風扇504獨立地操作進氣風扇665，可獨立補償不同介電視窗106及介電視窗112上的不同熱負載，用於每一視窗之精確溫度控制。
第20A圖描述用於三個線圈天線140、150、160的射頻源之一個實施例，該射頻源具有獨立射頻產生器740-1、射頻產生器740-2、射頻產生器740-3及用於各別線圈天線140、150、160的射頻阻抗匹配網路742-1、射頻阻抗匹配網路742-2、射頻阻抗匹配網路742-3。第20B圖描述自單一射頻產生器750-1經由具有雙輸出的射頻阻抗匹配網路驅動內層線圈天線140及中間線圈天線150之實施例。雙輸出 射頻阻抗匹配網路180可促進應用於內層線圈天線140及中間線圈天線150的功率位準之差動控制。由射頻產生器750-2經由射頻阻抗匹配網路182驅動外層線圈天線160。雙輸出射頻阻抗匹配網路180充當兩個單獨的射頻電源，使得該系統中總共存在三個射頻電源。在每一上述實施例中，可在如第1A圖所描述之頂板655上安置射頻阻抗匹配網路。
第21圖描述用於控制第1圖中電漿反應器的控制系統。控制系統回應於電漿反應器內不同位置的溫度感測器，諸如在圓柱形介電窗口106處或在圓柱形介電視窗106內的溫度感測器106'及在蝶形介電窗口112處或在蝶形介電視窗112內的溫度感測器112'。控制系統包括例如可作為微處理器實施的可程式化控制器800。控制器800具有用於接收溫度感測器106'之輸出的輸入802及用於接收溫度感測器112'之輸出的輸入804。控制器800具有獨立指令輸出，包括調控進氣風扇665之速度的輸出806、調控排氣風扇504之速度的輸出808、調控至氣流板320內冷卻劑埠392a的冷卻劑之流動速率的輸出810、調控接近介電視窗112處電加熱器229之功率位準的輸出812及調控在圓柱形介電視窗106處電加熱器231之功率位準的輸出814。
在一個實施例中，控制器800經程式化以回應於輸入802、輸入804調控輸出808至814，以便維持視窗106、視窗112處於各別目標溫度，該等目標溫度可藉由使用者提供至控制器輸入816及輸入818。可程式化控制器800使得按回饋控制迴路方式操作，以最小化使用者輸入816與感測器 輸入802之間的差異及最小化使用者輸入818與感測器輸入804之間的差異。
如上所述，各種上述實施例中的一些有利影響包括用於增強電漿分佈對稱性的射頻功率到線圈天線之對稱分佈。對線圈遮罩不對稱射頻饋電結構減小了電漿分佈中的歪斜效應。線圈天線饋送之間的互相遮罩增強了線圈天線之獨立控制，獲得電漿密度分佈的優異控制。與對稱線圈天線結合的對稱腔室排氣提供了具有對稱電漿分佈的高密度電漿源。用於不同射頻線圈的單獨介電視窗使得不同的介電視窗能夠獨立熱控制。在處理區域處或在處理區域上方個別地支撐不同介電視窗使得腔室直徑能夠增加超過每一個別介電視窗之直徑，促進了腔室直徑的較大增長。可移動工作件支座電極與對稱線圈天線組合，允許優異地控制中央至邊緣的電漿密度分佈，使得不對稱的不均勻性分量最小化。可移動工作件支座電極與對稱線圈天線組合及進一步與對稱腔室排氣組合允許更好地控制中央至邊緣的電漿密度分佈，使得不對稱的不均勻分量最小化。
第22圖至第27圖描述在一個實施例中可具有三角對稱性之RF饋送結構。第22圖至第27圖之實施例係第1A圖之實施例之變型及包括以上參考第1A圖描述之元件，該等元件使用相同元件符號。第22圖至第28圖之實施例包括覆蓋於頂部板655上方的圓柱形側壁902上之頂板900。在頂板900處提供三個RF功率端子904a、904b、904c及可在固持於頂板900中的連接模組904內安放該等端子。在RF功 率端子904a與用於內層線圈140的RF電流分配器142之間連接中央RF連接桿906。
藉由中間RF分配環908將用於中間線圈150的RF功率分配至四個軸向RF饋送桿158，中間RF分配環908具有四個連接至各別RF饋送桿158頂部的徑向臂910a至910d(第26圖)。在導電接地板184上方安置中間RF分配環908且該中間RF分配環與導電接地板184隔開。在RF功率端子904b與中間RF分配環908之間連接中間RF連接桿912。
接地板184具有中央開口600。在一個實施例中，可藉由導電格柵970覆蓋中央開口600，從而容許氣流穿過中央開口600。
藉由外部分配圓筒914將用於外層線圈160的RF功率分配至八個軸向RF饋送桿168。在一個實施例中，外部分配圓筒914與線圈140、線圈150及線圈160之對稱軸同軸。外部分配圓筒914具有在頂部板655上方的頂部部分914a(第25圖)及在氣室板610下方的底部部分914b。八個徑向臂915a至915h(第25圖)自外部分配圓筒914之底部914b延伸至八個軸向RF饋送桿168之各別饋送桿。在外部分配圓筒914之頂部914a與RF功率端子904c之間連接外部RF連接桿916(第24圖及第25圖)。在一個實施例中，外部分配圓筒914係中空的且環繞中央RF連接桿906及中間RF連接桿912。外部分配圓筒914分別延伸穿過接地板610內的開口610a及接地板655內的開口655a。開口610a及開口655a之 直徑足以在接地板610、接地板655與外部分配圓筒914之間分別提供間隙611、間隙656。在一個實施例中，考慮到在RF功率端子904c處供應的RF電壓，間隙611及間隙656係足夠寬的，以便在操作(例如，大氣)壓力下防止放電或擊穿。
外部分配圓筒914之底部914b在中間RF分配環908上方處於軸向位置。在一個實施例中，外部分配圓筒914及中間RF分配環908係同軸且軸向地彼此隔開，及可具有相同直徑。在一個實施例中，中間RF分配環908裝配在外部分配圓筒914之底部914b與接地板184之間。中間RF分配環908與外部分配圓筒914之底部914b隔開及與接地板184隔開。在一個實施例中，中間RF分配環908之軸長小於外部圓筒914之底部914b與接地板184之間的軸向距離。
在一個實施例中，外部分配圓筒914之頂部部分914a之邊緣相鄰於與第24圖剖面線24A-24A重合的徑向平面。三個RF連接桿906、912及916軸向延伸及在三個點907、913及917(第24A圖)處分別與外部分配圓筒914之頂部邊緣之徑向平面相交。在一個實施例中，三個交點907、913及917作為等邊三角形之頂點對稱排列，在外部分配圓筒914內提供三角對稱性。在一個實施例中，RF連接桿906、RF連接桿912及RF連接桿916分別具有徑向過渡段906a、徑向過渡段912a及徑向過渡段916a，定位桿906、定位桿912及定位桿916之頂端與RF功率端子904a、RF功率端子904b及RF功率端子904c之各別端子對準。徑向過渡段906a、徑 向過渡段912a及徑向過渡段916a在與剖面線24A-24A重合的徑向平面上方。
第28圖至第31圖描述第22圖至第27圖之實施例之變型，在變型的一個實施例中，RF饋送結構具有同軸對稱性。在RF功率端子904a與用於內層線圈140的RF電流分配器142之間連接中央RF連接桿920。在一個實施例中，中央RF連接桿920係直的及與線圈140之對稱軸重合。
在第28圖至第31圖之實施例中，藉由中間RF分配管922將用於中間線圈150的RF功率分配至四個軸向RF饋送桿158。在一個實施例中，中間RF分配管922係中空的及呈圓柱形。中間RF分配管922具有在頂部板655上方的頂部部分922a(第31圖)及在氣室板610下方的底部部分922b。四個徑向臂924a至924d自中間RF分配管922之底部部分922b向外徑向延伸至各別RF饋送桿158之頂端。在一個實施例中，中間RF分配管922之頂部部分922a具有自RF分配管922向外徑向延伸之環形凸緣922c。安裝於環形凸緣922c上的軸向中間RF連接桿925向上延伸至RF功率端子904b。在一個實施例中，中間RF分配管922環繞中央RF連接桿920且與該中央RF連接桿同軸。
在第28圖至第31圖之實施例中，藉由外部分配圓筒930將用於外層線圈160的RF功率分配至八個軸向RF饋送桿168。在一個實施例中，外部分配圓筒930係中空的且與線圈140、線圈150及線圈160之對稱軸同軸。
外部分配圓筒930具有在頂部板655上方的頂部 部分930a(第30圖)及在氣室板610下方的底部部分930b。八個徑向臂931a至931h自外部分配圓筒930之底部部分930b延伸至八個軸向RF饋送桿168之各別饋送桿。在一個實施例中，外部分配圓筒930之頂部部分930a具有環形凸緣930c，該環形凸緣位於徑向平面中及自外部分配圓筒930向外徑向延伸。在一個實施例中，環形凸緣930c軸向地位於中間RF分配管922之環形凸緣922c的水準之下。外部連接桿932自環形凸緣930c向上延伸至RF功率端子904c。外部分配圓筒930環繞中間RF分配管922且與該中間RF分配管同軸。外部分配圓筒930分別延伸穿過接地板610內的開口610a及接地板655內的開口655a。開口610a及開口655a之直徑足以在各別板610、655與外部分配圓筒930之間提供各別間隙611、656。在一個實施例中，給定在RF功率端子904c處供應的RF電壓的情況下，間隙611及間隙656係足夠寬的，以便在操作(例如，大氣)壓力下防止放電或擊穿。
第32圖至第34圖描述第28圖至第31圖之實施例之變型，在變型中於外部分配圓筒930與頂板655之間連接間隔分開的電容器934。在一個實施例中並聯連接電容器934及均勻隔開該等電容器，及選擇電容器的電容以在施加於外層線圈160的RF功率之頻率處提供諧振。此種諧振效應將增強包括外部分配圓筒930之RF饋送結構內的RF功率分配之均勻性。在一個實施例中，軸向唇930d自軸向凸緣930c之外緣向上延伸，且軸向唇930d為多邊形，具有複數個平工作面，在該等工作面上安裝電容器934之各別電容器及將該 等電容器連接至軸向唇930d。提供直角托架936用於連接每一電容器934之面向外部的末端至頂板655。在所圖示之實施例中，儘管可使用任何適宜數目的電容器及工作面，但有八個電容器934及軸向唇930d具有八個工作面。
第32圖至第34圖之電容器934之陣列亦可併入第22圖之實施例。在一個實施例中，例如在第22圖之外部分配圓筒914與頂板655之間連接電容器。
第35圖至第36圖描述第32圖至第34圖之實施例之變型，該變型在至三個線圈140、150、160之RF饋送之間具有電磁遮罩。在一個實施例中，此特徵增強了RF饋送的獨立控制。在第35圖至第36圖中，由縮短的外部分配圓筒940替代外部分配圓筒930，縮短的外部分配圓筒940自頂端940a向下短距離延伸至底端940b且並未到達氣室板610。徑向凸緣940c自縮短的分配圓筒940之頂端940a向外延伸。裙部件942自縮短的分配圓筒940之底端940b向外徑向延伸。RF饋送桿944軸向地延伸穿過氣室板610內的個別孔及穿過接地板184內的開口，而未電接觸氣室板610或接地板184。在RF饋送桿944頂端連接RF饋送桿944至裙部件942之緣周及在RF饋送桿944底端連接RF饋送桿944至用於外層線圈160的RF電流分配器162之頂部。
內部遮罩950環繞中央RF連接桿920及位於中間RF分配管922之中空內部中。在一個實施例中，內部遮罩950為在頂端具有徑向延伸凸緣950-1的中空圓筒。內部遮罩950向下延伸至(及接觸)導電格柵970，並在此終止。在 一個實施例中，內部遮罩950將RF連接桿920及中間RF分配管922彼此電磁遮罩。在一個實施例中，內部遮罩950、RF連接桿及中間RF分配管922係同軸的。分別藉由圓柱形間隙921及間隙923將內部遮罩950與RF連接桿及與中間RF分配管922分隔，此舉足以在間隙及923內防止放電或擊穿。
在中間RF分配管922與頂端包括徑向凸緣955-1的縮短RF分配圓筒940之間安置上部遮罩955。在一個實施例中，上部遮罩955係與縮短的RF分配圓筒940同軸及與中間RF分配管922同軸的中空圓筒，且該上部遮罩環繞中間RF分配管922。上部遮罩955向下延伸至氣室板610內的開口610a。裙部件957自上部遮罩955之底部邊緣955a向外徑向延伸且該裙部件具有足夠的半徑以覆蓋於氣室板610內的開口610a之邊緣上方，從而覆蓋氣室板610與上部遮罩955之間的分隔間隙。
中間圓柱形遮罩960自氣室板610軸向地延伸及朝接地板184延伸。在實施例中，中間圓柱形遮罩960係與遮罩950及遮罩955同軸。下部圓柱形遮罩965自接地板184向下延伸至底部邊緣965a。包括中空截圓錐形狀部分的底部遮罩971自下部圓柱形遮罩965之底部邊緣965a向下延伸至圓柱形基座972。圓柱形基座972圍繞底部遮罩971之底板974。
第22圖至第36圖之各種實施例中的有利影響包括RF功率到線圈天線之對稱分佈，用於增強電漿分佈對 稱性。舉例而言，如參考第22圖及第24A圖所界定，第22圖之RF饋送結構具有三角對稱性。對線圈遮罩不對稱特徵減小了電漿分佈中的歪斜效應。在第22圖至第36圖之實施例中藉由接地板184、氣室板610及頂板655提供此種遮罩。舉例而言，藉由凸緣922c與930c及裙部件942與957進一步提供此種遮罩。由頂部板655之上添加頂板900所給予的額外高度及將RF功率端子凸起至頂板900改良了RF電流分配均勻性。咸信，此添加高度增加了RF電流穿過RF饋送之長度，可平衡RF饋送上的電流分配以增加均勻性。線圈天線饋送之彼此遮罩增強了線圈天線之獨立控制，獲得對電漿密度分佈的優異控制。
儘管上文所述係針對本發明之實施例，但是可在不脫離本發明之基本範疇的情況下設計出本發明之其他及進一步實施例，且由以下申請專利範圍決定本發明之範疇。
20‧‧‧反應器上部分
101‧‧‧處理區域
110‧‧‧蓋組件
112‧‧‧碟形介電窗口
140‧‧‧內層線圈天線
142‧‧‧倒置金屬碗
150‧‧‧中間線圈天線
152‧‧‧圓柱形金屬套管
158‧‧‧軸向RF饋送桿
159‧‧‧中間接地遮罩
159a‧‧‧導電腳
159c‧‧‧導電腳
160‧‧‧外層/側面線圈天線
162‧‧‧倒置金屬碗
168‧‧‧軸向RF饋送桿
184‧‧‧接地板
220‧‧‧加熱器層
320‧‧‧環形氣流板
600‧‧‧開口
606‧‧‧中央壁
610‧‧‧氣室板
610a‧‧‧開口
611‧‧‧間隙
612‧‧‧返回腔室
650‧‧‧上氣室
655‧‧‧頂板/頂部板/接地板
655a‧‧‧開口
656‧‧‧間隙
900‧‧‧頂板
902‧‧‧圓柱形側壁
904‧‧‧連接模組
904a‧‧‧RF功率端子
904b‧‧‧RF功率端子
904c‧‧‧RF功率端子
906‧‧‧中央RF連接桿
908‧‧‧中間RF分配環
912‧‧‧中間RF連接桿
914‧‧‧外部分配圓筒
970‧‧‧導電格柵

Claims (20)

  1. 一種電漿反應器包含：一視窗組件；與該視窗組件相鄰的內層線圈天線、中間線圈天線及外層線圈天線，及分別耦接至該內層線圈天線、該中間線圈天線及該外層線圈天線的內部電流分配器、中間電流分配器及外部電流分配器；一頂板，該頂板覆蓋該視窗組件及該頂板處之第一RF功率端子、第二RF功率端子及第三RF功率端子；第一軸向RF功率饋送、第二軸向RF功率饋送及第三軸向RF功率饋送，在該第一RF功率端子、該第二RF功率端子及該第三RF功率端子之各別端子與該內部電流分配器、該中間電流分配器及該外部電流分配器之各別分配器之間連接；其中該第三軸向RF功率饋送包含一中空軸向外部RF功率分配圓筒，該圓筒環繞該第一軸向RF功率饋送及該第二軸向RF功率饋送。
  2. 如請求項1所述之電漿反應器，其中該第二軸向RF功率饋送包含一中空軸向中間RF功率分配圓筒，該圓筒環繞該第一軸向RF功率饋送。
  3. 如請求項2所述之電漿反應器，其中該第一軸向RF功率饋送包含一中央RF連接桿，且其中該中央RF連接桿、 該中空中間RF功率分配圓筒及該外部RF分配圓筒係同軸的。
  4. 如請求項3所述之電漿反應器，其中該內層線圈天線、該中間線圈天線及該外層線圈天線係與該中央RF連接桿同軸的。
  5. 如請求項3所述之電漿反應器，進一步包含：一氣室板，該氣室板與該頂板隔開及位於該頂板下，以及該氣室板包含一中央開口。
  6. 如請求項5所述之電漿反應器，其中該外部RF分配圓筒延伸穿過該中央開口，在該氣室板與該外部RF分配圓筒之間具有一間隙，該電漿反應器進一步包含：一徑向凸緣，該徑向凸緣自該外部RF分配圓筒延伸及覆蓋於該間隙上。
  7. 如請求項2所述之電漿反應器，進一步包含：自該中間RF分配圓筒向外延伸之複數個徑向中間臂及自該等複數個徑向中間臂延伸至該中間電流分配器上的間隔分開位置的複數個軸向中間腳；自該外部RF分配圓筒向外延伸之複數個徑向外部臂及自該等複數個徑向外部臂延伸至該外部電流分配器上的間隔分離位置的複數個軸向外部腳。
  8. 如請求項7所述之電漿反應器，進一步包含一接地板，該接地板位於該頂板下及位於該中間電流分配器上方，該等複數個軸向中間腳延伸穿過該接地板。
  9. 如請求項8所述之電漿反應器，其中該等複數個軸向外部腳延伸穿過該接地板。
  10. 如請求項8所述之電漿反應器，其中：該內層線圈天線、該中間線圈天線及該外層線圈天線之各者包含具有RF供應端的複數個導體；該內部電流分配器、該中間電流分配器及該外部電流分配器之各者包含一軸向對稱的中空主體，該中空主體包含面向該內層線圈天線、該中間線圈天線及該外層線圈天線之相應者的該等複數個導體之該等供應端之一底部。
  11. 如請求項5所述之電漿反應器，進一步包含：複數個間隔分開電抗元件，該等複數個間隔分開電抗元件耦接至該外部RF功率分配圓筒。
  12. 如請求項11所述之電漿反應器，其中該電抗元件包含耦接於該RF功率分配圓筒與該頂板之間的離散電容器。
  13. 如請求項8所述之電漿反應器，進一步包含： 一中空圓柱形內部遮罩，該中空圓柱形內部遮罩在該中央RF連接桿與該中間RF分配圓筒之間；以及一中空圓柱形上部遮罩，該中空圓柱形上部遮罩在該中間RF分配圓筒與該外部RF分配圓筒之間，該上部遮罩包含一底部邊緣。
  14. 如請求項13所述之電漿反應器，進一步包含一氣室板，該氣室板與該頂板隔開及位於該頂板下以及該氣室板包含一中央開口，該上部遮罩延伸穿過該中央開口及在該氣室板與該上部遮罩之間界定一內部間隙。
  15. 如請求項14所述之電漿反應器，進一步包含：一裙部件，該裙部件自接近該底部邊緣之該上部遮罩向外徑向延伸及覆蓋於該內部間隙上。
  16. 如請求項13所述之電漿反應器，進一步包含：一中間圓柱形遮罩，該中間圓柱形遮罩向該接地板軸向延伸及環繞該等複數個軸向中間腳；一下部圓柱形遮罩，該下部圓柱形遮罩自該接地板向下延伸；一底部遮罩，該底部遮罩自該下部圓柱形遮罩之該底部邊緣向下延伸。
  17. 如請求項16所述之電漿反應器，進一步包含： 一圓柱形基座，該圓柱形基座自該底部遮罩軸向延伸，該圓柱形基座環繞該中間線圈。
  18. 如請求項17所述之電漿反應器，其中該底部遮罩包含一中空截圓錐。
  19. 如請求項17所述之電漿反應器，進一步包含由該圓柱形基座圍繞之一底板。
  20. 如請求項1所述之電漿反應器，其中該外層線圈天線包含一圓柱形側面線圈及其中該視窗組件包含：一碟形視窗，該碟形視窗面向該內層線圈天線及該中間線圈天線中至少一者；及一圓柱形側窗，該圓柱形側窗面向該圓柱形側面線圈。
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