TWI326940B - Antenna for producing uniform process rates - Google Patents

Description

1326940 η) ‘ 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係相關於處理諸如用於1C (積體電路）製造的 半導體基底或用於平板顯示應用的玻璃板等基底的裝置和 方法，尤其是，相關於能夠在基底表面各處以高程度處理 均勻性處理基底之改良電漿處理系統。 【先前技術】 · 電漿處理系統已發展好一段時間。這些年來，已不同 程度地引進和使用利用感應耦合電漿源 '電子迴旋加速器 共振（ECR )源、電容源等之電漿處理系統處理導體基底 和玻璃板。 在處理期間，典型上使用多個澱積及/或蝕刻步驟。 在澱積期間，材料被澱積到基底表面上（諸如玻璃板或晶 圓表面）。例如，諸如矽、二氧化矽、氮化矽、金屬等各 種形式等澱積層可被形成在基底表面上。相反地，可使用 ® 蝕刻以選擇性自基底表面上的預定區移除材料。例如，諸 如通孔、接點、或溝槽等鈾刻特徵可被形成在基底的各層 中〇 電漿處理的其中一特定方法係使用感應源產生電漿。 圖1圖解用於電漿處理之習知技術的感應電漿處理反應器 】〇〇。點型的感應電漿處理反應器包括具有位在介電窗106 上方的天線或感應線圈104之室102»典型上，天線]04被 操作式耦合於第一 RF (射頻）電源108。而且，氣孔n〇 -4- (2) (2)1326940 設在室I 02內，用於釋放諸如蝕刻源氣體等氣體材料到介 電窗]06和基底112之間的RF感應電漿區。基底Π2被引進 室102內並且位在通常充作電極和被操作式耦合於第二RF 電源116之夾盤114上。 爲了產生電漿，處理氣體經由氣孔Π0被輸入室1〇2。 然後使用第一RF電源108施加電力到感應線圈1〇4。供應 的RF能量耦合經由介電窗106及大電場被感應在室1〇2內 。尤其是，反應於電場，循環電流被感應在室1〇2內。電 場使存在室102內的少量電子加速，使它們可與處理氣體 的氣體分子碰撞。這些碰撞產生放電或電漿118的離子化 和初始化。如習知技術所知一般，當處理氣體的中性氣體 分子經過這些強電場時會耗損電子而留下正電荷離子。結 果，正電荷離子、負電荷電子、和中性氣體分子（及/或 原子）含在電漿118內。一旦自由電子的產生速率率超過 其耗損速率，則電漿就會開始燃燒。 一旦已形成電漿，則電漿內的中性氣體分子容易朝向 基底表面。藉由例子，有助於基底的中性氣體之存在的方 法之一乃是擴散（即在室內的分子之隨機移動）。如此， 典型上可以沿著基底112表面發現一層中性物種（如、中 性氣體分子）。相關地，當供應電力給底部電極114時， 離子容易朝基底加速，在基底中與中性物種結合的離子使 蝕刻反應活動。 如同上述一般，感應電漿系統已遇到的問題之一係在 基底各處的蝕刻性能有變化，如 '不均勻的蝕刻速率等。 -5- (3) 1326940 即基底的某一區之蝕刻與另一區不同。結果， 制與積體電路有關的參數，即臨界尺寸、寬高 ’不均勻的蝕刻速率會導致半導體電路中的裝 型上提高製造的成本。而且，又存在諸如全面 蝕刻外形、微負載、選擇性等其他相關問題β 近年來，已發現這些不均勻蝕刻速率可能 各處之電漿密度的變化結果，即具有較多或較 種量區之電漿（如、正電荷離子）。儘管不希 現，但是仍相信電漿密度的變化是由在如天線 、介電窗、及/或電漿的電力傳送特徵中發現 產生的。若電力耦合是不對稱的，則感應電場 將不對稱及因此電漿的離子化和初始化將不對 。結果，將遭遇電漿密度的變化。例如，某些 應線圈中心較強而在線圈外直徑較弱的電流。 漿容易朝向處理室中心聚集（如、電漿118在g )° 克服不對稱電力耦合的標準技術已補償或 稱。例如，使用一對平面天線以增加若電流區 ，連結放射狀構件到螺旋狀天線以在不同半徑 多的循環，改變介電窗的厚度以減少在強電流 度〃然而，這些平衡技術不容易提供方位角對 合。.即它們仍容易具有容易導致電漿的變化、 達到蝕刻均勻性之方位角的變化。 而且，今日所使用的大多數天線配置在天 相當難以控 比等。因此 置故障，典 蝕刻速率、 是基底表面 少的反應物 望由理論發 等電力耦合 的不對稱所 的循環電流 稱是合理的 天線配置感 相關地，電 S 1所呈現的 平衡該不對 的電流密度 範圍形成更 區的電流密 稱的電力耦 使電漿難以 線和電漿之 -6- (4) (4)1326940 間形成某種電容耦合。電容耦合由天線和電漿之間的壓降 戶斤產生。壓降典型上在耦合窗或耦合窗附近形成護皮電壓 °大多數情況下，護皮電壓容易充作底部電極（被供電的 )°即電漿中的離子容易在護皮各處加速，因此朝負電荷 親合窗加速。結果，加速的離子容易撞擊耦合窗表面。 這些撞擊離子在耦合窗上實際上將具有與基底上相同 的效果’即它們將蝕刻或澱積材料在耦合窗表面。此可能 產生不想要及/或未預期的結果。例如，澱積的材料可能 累積在耦合窗上及變成有害微粒的源頭，尤其是當材料剝 落在基底表面上時。自耦合窗去除材料將具有類似效果。 最後，厚度的增加或減少將產生處理變化，例如，在電力 耦合（如、天線、介電窗、電漿）的電力傳送特性中。如 所述，處理變化會導致不均勻處理，而不均勻處理會導致 半導體電路中的裝置故障。 【發明內容】 在一實施例中，本發明係相關於用以經由窗在處理室 內產生電場之天線配置。通常，天線配置包含含位在天線 軸四周的第一外環匝之外環、含位在天線軸四周的第一內 環匝之內環，其中在每一方位角方向內環都比外環更接近 天線軸，及放射狀連接器放射狀地電連接外環到內環，其 中放.射狀連接器位在距窗一大距離。 在另一實施例中，本發明係相關於用以處理基底的電 漿處理裝置。通常，設置電漿被點燃和接受處理之處理室 (5) (5)1326940 。窗形成處理室的一側，被配置成使該R F能量可通過到 該處理室內。多層天線鄰近於窗及被配置成在該處理室內 透過RF能量產生電場。多層天線包含含位在天線軸四周 的第一外環匝之外環、含位在天線軸四周的第一內環ϋ之 內環，其中在每一方位角方向內環都比外環更接近天線軸 ，及放射狀連接器放射狀地電連接外環道內環，其中放射 狀連接器位在距窗較大的距離。 【實施方式】 現在將參照一些較佳實施例和其附圖詳細說明本發明 。在下面說明中，爲了對本發明提供全面的瞭解陳述許多 特定細節。但是，精於本技藝之人士應明白就算沒有一些 這些特定細節或全部仍可實施本發明。在其他例子中，爲 了不必要地混淆本發明，將不再說明眾所皆知的處理步驟 〇 在處理基底中，處理工程師努力改良的最重要參數之 —係處理均勻性。如同本文所使用的語詞一般，蝕刻均勻 性意指在基底表面各處的整個蝕刻處理之均勻性，包括蝕 刻速率 '微負載、掩模選擇性、底層選擇性、臨界尺寸控 制 '和諸如側牆角度及粗糙性等外形特徵。若蝕刻高度均 勻-，則預期基底上的不同點之蝕刻速率實際上傾向相等。 在此例中’在其他區域仍是不適當蝕刻的同時，基底的某 一區將不太可能被不適當地過度蝕刻。 本發明提供用以能夠產生均勻蝕刻之處理基底的電漿 -8- (6) (6)1326940 處理系統。電漿處理系統包括RF電源和處理室。當基底 位在處理用處理室內時，電漿處理系統另外包括操作式耦 合於RF電源和位在由基底定義的平面之上的大體上環狀 天線。大體上環狀天線被配置成以RF電源產生的rf能量 在處理室內感應電場。大體上環狀天線在第一平面中至少 具有第一對同中心環。在第二平面中的第二對同中心環位 在與第一對同中心環相關的位置。第一對同中心環和第二 對同中心環大體上是完全相同的並且沿著共同軸彼此對稱 地與成一直線。在所有環中需要在同一方向驅動電流的每 一環中之同中心匝之間的放射狀連接位在距窗和同中心環 較大的距離。較佳的是，放射狀連接器位在遠離窗並且彼 此接近以提供相對電流和抵消一些結果的電場。 電漿處理系統另外包括位在天線和處理室之間的耦合 窗。耦合窗被配置成使RF能量可通過天線到處理室內部 。另外，耦合窗具有第一層和第二層。第二層被配置成藉 由吸收通過耦合窗的至少一部分電壓以降低形成在窗和電 漿之間的壓降。大體上環形天線和該耦合窗被安排一起運 作以在處理室內形成方位角對稱的電漿，在基底表面各處 產生實際上均勻處理速率。 根據本發明的一觀點，藉由設置被配置成產生均勻電 漿之改良天線配置達成在基底表面各處的處理均勻性。如 所述.，電力被供應到天線以感應電場及結果在處理室內循 環電流。相關地，電場使處理室中的電子加速，使它們可 與處理氣體的氣體分子碰撞，結果，離子化和初始化電漿 -9- (7) (7)1326940 接在電漿產生之後，電力被供應到下電極和離子朝基 底加速。在基底表面的加速離子和中性反應物與位在基底 表面上的材料反應及因此處理基底。通常，當電漿的密度 在基底的某一區較大時，將會產生不均勻處理速率。因此 ，改良天線配置被配置成藉由感應方位角對稱的電場以減 少這些電漿變化，並且因此產生更均勻處理速率。 本發明設置一建構成最滿足下列標準之天線：I )利 用盡可能位在接近缺掉區段或空隙之方位角電流在每一匝 中補償所有缺掉的方位角電流。2 )利用位在盡可能接近 的反向電流抵消所有非方位角電流。3 )即使在附近補償 非方位角不對稱的電流成分，仍可利用它們遠離窗的私有 通量保有非方位角不對稱的電流成分。 在一實施例中，改良天線被配置成產生方位角對稱的 循環電流。儘管不希望由理論發現，但是仍相信電力耦合 的傳送線特徵反應於感應的電場產生循環電流中的方位角 變化。這些傳送線特徵容易產生沿著天線長度形成高低電 壓的起伏區之駐波，結果，在感應電場中形成高低電流密 度的起伏區，即當電壓是高時，電流是低的，而電壓是低 時，電流是高的。如同精於本技藝之人士眾所皆知一般， 澱牘到電漿內的電力有賴於電流密度。例如，電流密度高 之處，電漿密度傾向高，而電流密度低之處，電漿密度傾 向低。因此，當電流密度具有高低電流的起伏區時，典型 上產生方位角不對稱的電漿。 -10- (8) (8)1326940 尤其是，當RF能量的波長小於天線的長度時，更多 波節將出現在駐波圖型中。通常，由天線電長度= 1/2(波長）*n，其中n =波節數目的等式決定駐波。大 多數的天線配置在波長長度上大約是1/2到大約2又1/2 ，結果產生大約3到5波節。這些波節對應於上述的低電壓 〇 改良天線藉由被配置成表現的像電力傳送系統中的集 總電路元件而非傳送線以克服此不利點。即改良天線被配 置成具有在操作頻率上小於RF能量的波長之表面長度。 結果，減少波節數並且因此實際上消除感應電流的方位角 變化和傳送線類比不再保有。 在一實施例中，改良天線配置是操作像單一匝天線之 多匝天線。多匝天線實際上是包括複數環被緊密纏繞和堆 疊在一起之單一導電元件。藉由將環緊密纏繞和堆疊在一 起，天線的整個尺寸（如、外直徑）可更小，卻不會影響 感應循環電流的強度。另外，藉由減少天線的尺寸，天線 的總長度可更小，結果，減少天線的傳送線特徵。另外， 因爲環彼此接近，所以也減少典型上在匝之間發現的放射 狀變化。相關地，改良天線配置有利於感應方位角對稱的 循環電流。因此，方位角對稱的循環電流容易形成方位角 對稱的電漿，結果，容易在基底表面產生均勻電漿處理。 多匝堆疊天線配置的另一觀點是自我屏蔽特徵，即電 漿藉由鄰近窗的匝屏蔽天線終端電壓。此明顯減少電容耦 合和接下來的窗腐蝕，此二者將在下文中詳細討論。 -11 - (9) 1326940 根據本發明的另一觀點，改良耦合窗被配置成減少發 生在天線和電漿之間的電容耦合。大多數電力耦合配置（ 如、天線、耦合窗、和電漿）在天線和電漿之間產生一些 電容耦合。由發生在天線和電漿之間的壓降產生電容耦合. 。此壓降典型上產生接近耦合窗的護皮電壓。如同精於本 技藝之人士所知一般，護皮電壓會導致電漿中的其他變化 ’例如，護皮電壓會將電漿自窗推離，使感應的耦合係數 減少。另外，由於離子撞擊耦合窗，所以護皮電壓甚至會 φ 產生明顯的粒子污染。而且，被離子撞擊窗所耗損的電力 典型上對電漿產生無用處，相關地，對指定電力而言，產 生較低的電漿密度。 爲了減低天線和電漿之間的電容耦合，改良耦合窗被 配置成包括位在一起的介電層和屏蔽層。位在處理室內的 屏蔽層被配置成充作引導電壓遠離耦合窗表面之靜電屏蔽 較佳。屏蔽層實質上抑制到電漿的電容耦合。而且，屏蔽 層被配置成消除電容（靜電、電位梯度）電場，而留下實 # 際上未改變的感應（旋量B、梯度F=0型）電場。即耦合 窗被配置成阻隔經過耦合窗的直接電容耦合，而使天線可 感應式形成電漿（對屏蔽層卻無多大的耗損）》 尤其是，屏蔽層被電絕緣並且由導電或半導電材料形 成。因此，一般發生在天線和電漿之間的壓降現在發生在 天線和屏蔽層之間。因此，實際上減低耦合窗表面附近的 護皮電壓，結果，增加感應耦合係係數，和由於耦合窗未 產生離子撞擊，所以減低電力耗損。 -12- (10) (10)1326940 而且，未接地的靜電屏蔽將產生均勻的靜電場，只屏 蔽在屏蔽區上面的靜電場之變化。此最後的特徵可用於幫 助電漿的放電。另外，因爲屏蔽層暴露於處理室內部，所 以由可抗電漿處理的熱 '化學、和物理影響之材料形成較 佳° 參照下面的圖式和討論可更加瞭解本發明的特徵和優 點。 圖2圖解根據本發明的一實施例電漿處理系統200，包 括處理室202 ’在處理室內電漿2〇4被點燃和接受處理基底 206。基底206表示被處理的工作件，例如，可表示被纟虫刻 、澱積、或其他處理之半導體基底，或被處理成平板顯示 器之玻璃板。另外，處理室202被安排成大體上橢圓形並 且具有大體上垂直的室牆208較佳。然而，應注意本發明 並不侷限於上述並且可使用各種處理室配置。 電漿處理系統200另外包括被配置成耦合電力到電漿 204之天線配置210和耦合窗配置212。天線配置210耦合於 第一RF電力供應214，第一 RF電力供應214被配置成以具 有大約0.4 MHz到大約50 MHz範圍內的頻率之RF能量供應 天線配置210。耦合窗212被配置成使第一 RF能量可自天 線配置210通到該處理室內部。較佳的是，耦合窗212位在 基底206和天線配置2] 0之間。 另外，天線配置210應足以接近耦合窗以幫助電漿204 的形成。即天線配置越靠近耦合窗，則室內所產生的電流 強度越大。另外’天線配置210被安排成與處理室202和基 (11) (11)1326940 底2 06同軸較佳。應瞭解天線配置的對稱位置可增加基底 表面各處的電漿均勻性，但是並非所有處理都需要如此。 下面將詳細說明天線配置2 1 0和耦合窗2 1 2。 氣體注入器215典型上被設在室202內。氣體.注入器 2 1 5位在室202的內圓周附近並且用於釋放諸如蝕刻源氣體 等氣體源材料到耦合窗212和基底206之間的RF感應電漿 區較佳。另外，又可自內建在室本身的牆之孔或配置在介 電窗的簇射頭釋放氣體源材料。應瞭解雖然氣體的對稱分 散可增加基底表面各處的電漿均勻性，但是並非所有處理 都需要如此。在發表於1999,11，15之U. S.專利申請案號 0 9/4 7 0,23 6稱作a具有動態氣體分散控制之電漿處理系統 "之共同審查專利申請案中詳細說明可用於示範性電漿處 理系統之氣體分散系統的例子，並且倂入本文做爲參考。 大多數情況下，基底206被引進室202內並且位在在處 理期間被配置成支托基底之夾盤216上。夾盤216可例如表 示藉由靜電力鞏固基底206到夾盤的表面之ESC (靜電） 夾盤。典型上，夾盤216充作底部電極及由第二RF電源 218偏壓較佳。另外，夾盤216被配置成大體上橢圓形及軸 向地與處理室202成一直線較佳，使得處理室和夾盤成橢 圓形對稱。夾盤216又可被配置成在負載和卸下基底206的 第一位置（未圖示）和處理基底的第二位置（未圖示）之 間移動。 仍然參照圖2，排氣孔220位在室牆202和夾盤2 1 6之間 。然而’排氣孔的實際位置可隨每一電漿處理系統的特定 -14- (12) (12)1326940 設計而改變。然而，在高均勻程度是相當重要的例子中， 橢圓形對稱排氣孔是相當有益的。較佳的是，排氣孔220 被配置成用以排出在處理期間所形成的副產品氣體。另外 ，排氣孔22 0耦合於典型上位在室202外面的渦輪分子泵（ 未圖示）。如精於本技藝之人士所知一般，渦輪分子泵維 持室202內的適當壓力。 而且，在半導體處理的例子中，諸如蝕刻處理等，處 理室內的一些參數需要嚴格控制以維持高容限.結果。處理 室的溫度是一此種參數。因爲蝕刻容限和結果、的半導體 爲主之裝置性能）可能對系統中的組件之溫度波ώ高度敏 感，命以·需要準確的控制。利用例子，在發表於 2 0 0 1，10，16之U. S.專利號碼6:3 02,966稱作'^電漿處理裝置 之溫度控制系統"之共同審查專利申請案中詳細說明可用 於示範性電漿處理系統用於達成溫度控制之的溫度配置系 統’並且倂入本文做爲參考。 另外，在電漿處理上達成嚴格控制的另一重要考量係 用於電漿處理室的材料，如、諸如室牆等內部表面。另一 重要考量是用於處理基底的氣體化學性質。利用例子，在 發表於1 999，Π，15之U· S.專利申請案號09/4405794稱作、 電黎處理系統之材料和氣體化學性質〃之共同審查專利申 請案中詳細說明可用於示範性電漿處理系統的材料和氣體 化學性質，並且倂入本文做爲參考。 爲了產生電漿，處理氣體經由氣體注入器215輸入室 202。然後使用第一RF電源214供應電力到天線配置21〇， (13) (13)1326940 及在室202內經由耦合窗2]2感應大電場。電場使存在室內 的少量電子加速，使它們與處理氣體的氣體分子碰撞。這 些碰撞產生放電或電漿204的離子化和初始化。如精於本 技藝之人士所知一般，當處理氣體的中性氣體分子經過這 些強電場時會損耗電子，及留下正電荷離子。結果，電漿 2 04內含有負電荷電子和中性氣體分子。 一旦已形成電漿，電漿內的中性氣體分子容易朝向基 底表面。藉由例子，有助於基底的中性氣體之存在的方法 之一乃是擴散（即在室內的分子之隨機移動）。如此’典 型上可以沿著基底206表面發現一層中性物種（如、中性 氣體分子）。相關地，當供應電力給底部電極216時，離 子容易朝基底加速，在基底中與中性物種結合的離子使蝕 刻反應活動，即蝕刻 '激積等。 在大多數情況中，電漿2〇4顯著地位在室的上區（如 '活性區），然而，部分電漿傾向塡滿整個室。電漿通常 到可承受它之處，幾乎是室中各處。經由例子，電漿可塡 滿基底下面的區域，諸如泵嘟配置的風箱等（如、非活性 區）。若電漿到達這些區域，則接著發生區域的蝕刻、澱 積、及/或腐蝕，如此，因爲蝕刻該區域或澱積材料的剝 落可能導致處理室內的粒子污染。 而且，自由的電漿傾向形成不均勻電漿，如此，可能 導致處理性能的變化，即蝕刻均勻性、整個蝕刻速率、蝕 刻外形、微負載、選擇性等。爲了減低上述影響，可使用 電漿限制配置限制電漿。藉由例子，在發表於2 0 0 1 ; 1 ], 2 7 (14) (14)1326940 之u. S.專利號碼6,322,661稱作 '用於控制電漿容積之方 法和裝置#之共同審查專利申請案中詳細說明可用於示範 性電漿處理系統用以限制電漿之電漿限制配置，並且倂入 本文做爲參考。 根據本發明的觀點，電漿處理裝置設有多匝天線配置 ，使得在電漿處理裝置的處理室內感應方位角對稱的電場 〇 當臨界尺寸持續減少容限時，非方位角對稱的電漿也 減少。天線匝不完整並且在天線環兩端之間有空隙以防止 短路。此種空隙可阻礙電漿的方位角對稱。圖3爲具有空 隙308的局部天線匝304之槪要圖。由第一角度316定義的 第一方位角扇區312包含空隙308。由第二角度324定義的 第二方位角扇區320未包含空隙308。空隙308使第一方位 角扇區3]2的RF電力小於第二方位角扇區320的RF電力。 已使用各種電流攜帶元件橋接空隙。此種橋接元件的不對 稱使此種元件無法提供想要的均勻性。 圖4爲各自具有空隙406，410的兩局部天線匝404, 4〇8之槪要圖。橋路414被用於補償空隙4〇6，410。放射狀 引線416在局部天線匝404，408和橋路414之間提供電連接 以在兩局部天線匝404，408之間提供完整的電流路徑。雖 然放射狀電流組件可以是小的並且由一對匝以任何程度加 以局部補償，但是已發現此放射狀電流提供明顯的不對稱 。因爲這些引線與局部天線匝4 04，408在同一平面，所以 輻射電流路徑"接近〃窗。在說明書和申請專利範圍中， -17- (15) (15)1326940 若輻射電流路徑如同最遠的天線匝一般距窗至少三倍距離 ，則輻射電流路徑被定義成遠離窗。方位角不對稱的電流 區之輻射電流感應比得上天線本身類似的附近電流區之電 場。電場與被距離的平方所除的輻射電流區長度成比例地 減少。爲了明顯地減少出現在窗的電漿側上之此不對稱成 分以達成想要的對稱天線貢獻，在天線和窗（d 1 )的電漿 側和新放射狀區位置（d2 )之間的距離比例應小於1 0，即 (dl/d2) 2<10，大約是 d223*d]。 圖5&6惟根據本發明的一實施例之多匝天線配置600 圖。多匝天線配置600包括操作式耦合於RF電源604之多 匝天線602，例如，各自對應於圖2的天線2 1 0和RF電源 2 14° 如所述，若天線長度比波長小，則電力锅合的傳送線 說明不再適當，電力耦合開始表現得好像集總電路元件。 因此，多距天線602被配置成具有小於傳送能量的波長之 長度。藉由減少天線長度，在駐波圖型中產生較少的波節 ，結果，明顯減少天線的方位角方向的高電壓和低電壓區 〇 多匝天線被配置成具有緊密位在一起以便產生的電磁 場好像來自單一匝天線之複數匝。尤其是，藉由將匝緊密 地放在一起可增加產生天線的電流產生能力。例如，若由 彼此接近的四匝形成天線’則經過電漿的電流傾向大約是 像天線中強度的四倍。因此’此集中的電流持續存在，成 爲更加均勻的集中電漿。結果’有關處理室直徑的天線直 -18- (16) (16)1326940 徑可以更小。因此’可減少天線長度。下文將更詳細說明 天線的實際尺寸。 多匝天線602大體上是環狀的並且至少包括第一對同 中心環606在第一平面和第二對同中心環610在第二平面。 較佳的是，第一對同中心環606和第二對同中心環610大體 上完全相同並且沿著天線軸6 I 4彼此對稱地成一直線。應 注意大體上環狀的天線將產生大體上環狀電場，結果將產 生大體上環狀電漿。因此，因爲處理室和基底是環狀的， 所以大體上環狀電漿容易在基底表面產生更均勻的處理是 合情合理的。 儘管本發明被圖示及說明成大體上環狀，但是應明白 爲了諸如顯示或補償一些室設計的不對稱等需要不同形狀 的基底之應用，可以使用其他形狀。藉由例子，遵循與上 述相同原則之具環狀角的橢圓形或矩形也可運作良好。 而且，第一對同中心環606堆疊在第二對同中心環610 上較佳。單一平面天線典型上產生較多的電容耦合量，因 爲終端電壓和所有電壓波節是直接接近窗。但是，因爲第 一對同中心環和第二對同中心環之間的堆疊天線和對稱校 準，所以高終端電壓有利地被第二對同中心環屏蔽。尤其 是，典型上應發生在第一對同中心環和電漿之間的壓降（ 如、電容耦合）實際上被減少，因爲第二對同中心環爲壓 降提供導電路徑，因此壓降將不會與電漿互相影響。 另一選擇是，第一對同中心環606包括第一匝61 6和第 四匝622較佳，及第二對同中心環610包括第二匝618和第 (17) (17)1326940 三西620較佳。另外，第一西616大體上與第二匝618完全 相同並且位在其上方，及第四匝622大體上與第三匝620完 全相同並且位在其上方。 第一匝616操作式耦合於第二匝6]8，第二匝618操作 式耦合於第三匝620，及第三匝620操作式耦合於第四匝 622，每一西被配置成電流在天線軸614的同_方向。在一 實施例中，由單一導電元件形成多匝天線。然而，應注意 這並不是限制，及多匝天線可由結構上和電方面耦合在一 起的分開部分加以形成。另外，多IM天線602包括輸入導 線6 24和輸出導線62 6，它們可透過引線6 8 0連接到RF電源 6 0 4 ° 在此實施例中，輸入引線624操作式耦合於第一匝616 的第一端。第一匝的第二端操作式耦合於第一連接器64 0 的第一端。第一連接器的第二端操作式耦合於第二匝618 的第一端。第二匝618的第二端操作式耦合於放射狀連接 的第一引線632。放射狀連接的第二引線63 6操作式耦合於 第三匝620的第一端。至少在第一和第二引線接近（不遠 離）窗之處，第一引線632和第二引線636垂直於匝616, 618，620，622所定義的平面。第一和第二引線沿著第一 和第二引線的大體上整個長度垂直於匝所定義的平面更好 。放射狀連接的放射狀連接器6 82自第一引線63 2延伸到第 二引線636，並且大體上平行於匝所定義的平面。第三匝 620的第二端操作式耦合於第二連接器644的第一端。第二 連接器6M的第二端操作式耦合於第四匝622的第一端。第 (18) (18)1326940 四匝622的第二端操作式耦合於輸出引線626。電流可自輸 入引線624流經第一匝616、第一連接器640、第二匝618、 放射狀連接的第一引線63 2、放射狀連接的第二引線636、 第三匝620、第二連接器！544、第四匝622到輸出引線626。 以箭頭指出此電流流動。因此，藉由在輸入引線624和輸 出引線62 6之間施加RF電壓可使RF電流流經多匝天線602 〇 仍參照圖5 & 6，第四匝622具有大於第一匝616的直徑 ，及第三匝620具有大於第二匝618的直徑。雖然外匝（如 、第三和第四匝）具有較大直徑，但是它們位在接近內匝 (如、第一和第二匝）處較佳。即第四匝622被配置成接 近第一匝616，及第三匝620被配置成接近第二匝618較佳 。它們接近的結果是多匝天線看起來及作用起來像單一匝 天線（如、在匝之間大體上無空間）。因此，大體上減少 放射狀方向的高或低電流區。爲了槪括諸如橢圓形、環形 、及正方形天線等其他天線形狀，第三和第四匝具有大於 第一和第二匝的寬度（直徑）。當第一匝在第四匝內時， 在所有方位角方向第一匝比第四匝較接近天線軸。 以鄰近空隙或在匝的平面中或在匝的平面之間的放射 狀引線4〗6取代使用橋路414，圖5&6的天線在遠離窗212 —大距離處設置匝之間的放射狀連接器。距離dl是多線匝 天線602的匝616，618，620，622之最遠部分和窗212的電 漿側之間的距離。距離d2是放射狀連接的放射狀連接器 6 8 2和窗2 12的電漿側之間的距離。窗和放射狀連接器682 (19) (19)1326940 之間的大距離意謂窗和放射狀連接器682之間的距離d2至 少是窗和天線的匝之最遠部分之間的距離dl三倍。更好的 是，窗和放射狀連接的放射狀連接器68 2之間的距離在合 理範圍中盡可能遠離.。雖然爲了該顯著改良需要至少增加 窗寬度或天線寬度的最小等級，但是利用方位角不對稱的 放射狀部分和只在窗下面之間的距離增加就可達成遵循本 發明的均勻性改良。在此實施例的例子中，大距離至少4 英吋。爲了達成此種大距離，雖然空隙的橋接未能提供與 利用放射狀引線橋路一樣的方位角不對稱校正，但是已發 現小放射狀電流所產生的方位角不對稱在晶圓處理中比方 位角電流的偏向導致更多的不均勻。此外，放射狀連接器 682位在平行於並且接近於輸出引線626的放射狀線680較 佳，使得電流反平行地流動以更進一步減少放射狀電流所 產生的方位角不對稱。 如精於本技藝之人士所知一般，兩導體之間的小空間 典型上將產生兩導體之間的電弧。因此，由消除電弧的距 離限制外和內匝之間的空間。然而，在本發明的一實施中 ，在大體上消除內和外匝之間的電弧之同時，空間被塡滿 介電材料以使內和外匝盡可能彼此接近。藉由例子，具有 大約0.2到大約〗cm之間的空間之Teflon (鐵氟龍）或陶瓷 材料可運作良好。 而且，多匝天線通常由銅製成。在一實施中，多匝天 線由塗層有銀的銅製成。然而，應注意多匝天線並不侷限 於由銅或塗層有銀的銅製成，而是可使用任何適當導電金 -22- (20) 1326940 屬。在一實施例中，天線環的橫剖面是矩形的以幫助有關 窗之每一環的可重複位置和每一其他環。然而，應注意這 不是限制而是可使用其他橫剖面形狀和尺寸。另一選擇是 ，天線環可由空心導體製成以幫助溫度控制（即經由那裡 流動液體）。

有關多匝天線的整個尺寸，即外直徑，通常（但不是 絕對需要）安排天線的尺寸小於處理室的橫剖面較佳，以 便保持電漿集中在基底上方的區域並且防止不適當的電漿 H 擴散到室牆，否則不利地需要更多電力操作電漿處理系統 和增加牆腐蝕。而且，所產生的電漿尺寸通常對應於所使 用的天線尺寸，因此，多匝天線應具有大體上類似於基底 直徑的外直徑，以便產生均勻蝕刻速率。藉由例子，基底 尺寸典型上在大約6到大約1 2英吋之間，因此在一實施例 中，多匝天線具有大約6到大約1 2英吋之間的外直徑。 更進一步詳細說明，因爲增加的電流能力，即作用起 來像單一匝的多匝天線，所以多匝天線可被配置成小於基 隹 底。也就是說，高度集中的電流容易產生足以大到處理基 底的電漿。然而，應明白並非所有處理都需要使用較小天 線，即天線可被配置成大於基底。然而，若高均勻程度是 不可缺時，則使用較小天線是相當有利的。藉由例子，天 線直徑可被配置成在大約6到大約1 5英吋之間，及在大約7 到大約1 1英吋之間較佳，以便處理]2英吋基底。然而，應 注意這不是限制，天線的實際尺寸可隨基底的特定尺寸加 以變化（即當包含較小或較大基底時可視需要規劃天線尺 -23- (21) (21)1326940 寸）。 有關所利用的RF頻率，如同一般指導方針，較低RF 頻率（即低於1 3 Μ Η z )藉由減少駐波影響傾向減少電力 耦合的傳送線.特徵之影響。也就是說，較低頻率容易使天 線的任何固有方位角不對稱耦合特徵較不明顯。而且，在 較低RF頻率中，天線和電漿之間的電容耦合也較不明顯 ’因此減少耦合窗的離子撞擊。因此，RF電源的頻率通 常被配置成小於或等於大約13 MHz，在大約0.4 MHz和大 約13 MHz之間較佳，及大約4 MHz更好》應明白不是所有 處理都需要使用較低頻率。然而，若高均勻程度是不可缺 時，則使用較低頻率是相當有利的。 如同上述，本發明的第一觀點之優點是很多的。不同 實施例或實施可具有一或更多下列優點。本發明的其中一 優點係在處理室內產生方位角對稱的電漿。結果，達成更 好的處理均勻性，增加基底生產能力，減少裝置故障，和 增加被處理的基底總產量。本發明的另一優點係本發明的 天線配置是自我屏蔽的，因此減少天線和電漿之間的電容 耦合。相關地，減少耦合窗的離子撞擊，及因此增加耦合 窗的壽命，及減少與離子撞擊有關的粒子污染。 根據本發明的實施例，電漿處理裝置被設有多層耦合 窗配置以大體上減少天線和電漿之間的電容耦合。爲了幫 助討論，圖7圖解根據本發明的一實施例之多層耦合窗配 置700。多層耦合窗配置7〇〇可各自對應於圖2的耦合窗2]2 。多層耦合窗配置700至少包括第一層7 04和第二層7 0 6。 (22) (22)1326940 較佳的是，第一層704黏接到第二層7 06。在一實施中，兩 層被熱黏接在一起。然而，應注意這不是限制，可使用其 他黏接處理。另外，應注意空隙可位在層之間，即真空空 隙或空隙使氣體流動在層之間，同時仍獲得所說明的益處 。而且’第二層706形成處理室的內圓周表面之一部分較 佳。 首先參照第二層，第二層被配置成作用起來像減少其 表面上的電位差之靜電屏蔽。另外，第二層被配置成電絕 緣並且由能夠幫助感應的RF能量自天線通到電漿之導電 或半導電材料形成較佳。因此，因爲第二層暴露於處理室 內的電漿，所以第二層由大體上防電漿之材料形成較佳。 在一較佳實施例中，第二層由碳化矽（SiC)形成。在大 多數情況中，SiC可抗電漿處理的熱、化學、和物理作用 。此外’ SiC通常被歸類成介電，依然會對電流流動產生 一些電阻。電阻特性產生屏蔽作用，介電特性產生感應耦 合。 儘管不影響感應的電場，但是第二層的電阻係數是用 以確保層作用起來像靜電屏蔽之的重要參數。在大多數情 況中，用於本發明的特定電阻係數範圍依據與耦合窗一起 使用的天線之實際尺寸、電耦合的操作頻率、和第二層的 厚度而定。藉由例子，大約自]00 ohm-cm到10 〇hm-cm的 電阻係數可運作良好。然而，應明白若想要的話，電阻係 數可被配置成大於106 ohm-cm以使第二層（如、SiC)作 用起來更像介電層。 -25- (23) (23)1326940 儘管不希望藉由理論加以約束，但是仍可相信第二層 的電阻與用於形成電漿的處理氣體呈現~等電位表面。例 如，在點燃電漿之後，由於電漿接近第二層，所以大體上 減少第二層上的電位。而且，通常形成電容電壓除法器， 例如，由具有固定電容的介電第一層形成之上部分，及由 導電第二層所形成之下部分、在點燃之前的室牆、及在點 燃之後的導電第二層和電漿。在點燃之前，下部分具有小 電容，因此有幫助點燃的大電壓（如' 爲了開始放電，典 型上需要電容電場）。在點燃之後，下部分具有大電容， 使得大體上減少電壓，因此不會導致明顯的電容電力耦合 c 現在參照第一層’第一層由能夠幫助感應的RF能量 自天線通到電漿之介電材料形成較佳。另外，第—層被配 置成足以強到結構上保持真空並且足以堅固耐用到在室的 周期性淸潔期間可容易被處理。另外，第一層通常由具有 絕佳的熱特性以能夠控制窗的溫度之介電材料加以形成。 藉由例子，由氮化矽（SiN)或氮化鋁（AIN)形成的介 電材料可運作良好。然而，應明白這不是限制，可使用其 他材料。例如，氧化鋁或石英也可運作良好。 多層耦合窗700的總厚度被配置成足以薄到有效傳送 天線RF能量到電漿，同時足以承受在處理期間所產生的 壓力和熱。較佳的是，多層耦合窗的厚度在大約〇5和大 約1英吋之間。另外’第一層704應具有大於第二層7〇4的 厚度°較佳的是’第一層的厚度在大約〇.5和大約1英吋之 -26- (24) (24)1326940 間。而且，第二層的厚度在大約0 · 1和大約0.5英吋之間較 佳。應明白層的實際厚度可隨每一層所選的特定材料而定 〇 .需注意無需耦合窗的尺寸等於電漿處理室的尺寸。但 是通常，小耦合窗可減少成本，特別是當利用諸如s i C等 昂貴材料時。在一實施例中，耦合窗的形狀被配置成與天 線配置的形狀一致。在另一實施例中，耦合窗的外尺寸被 配置成延伸小距離越過天線的外尺寸，以便減少到環繞天 線的用電傳導的元件之任何耦合。在一例子中，耦合窗的 外尺寸被配置成延伸大約1英吋通過天線的外尺寸。在另 —實施例中，耦合窗具有大體上與天線相同的形狀，即箍 形。 有關所使用的介電特性（如 '介電常數），如一般指 導方針，諸如小於大約1 0等較低介電常數藉由減少駐波影 響傾向減少電力耦合的傳送線特徵之影響。尤其是，較低 的介電常數傾向使傳送的能量之波長較長，使天線看起來 較短，因此在駐波波型中產生較少波節。因此，較低介電 常數傾向使天線的任何固有的方位角不對稱耦合特徵較不 明顯。 而且，考慮可與上述多匝天線和多層耦合窗一起使用 其他元件以更進一步增加電漿處理室中的基底之均勻處理 。藉由例子，可與多匝天線配置磁性配置以在接近耦合窗 和多匝天線之區控制處理室內的靜態磁場之放射狀變化。 在發表於2002:1,29之13.5.專利號碼6,34〗：5 74稱作''改良 (25) (25)1326940 的電漿處理系統和方法〃之共同審查專利申請案中可發現 此種磁性配置的例子，並且倂入本文做爲參考。 圖8爲由本發明的實施例所設置之多匝天線8 00的立體 圖。因爲圖8的多匝天線800可以是圖6的槪要圖之實施， 所以相同標號用於相同部分。多匝天線800包含第一匝6】6 、第二匝618、第三匝620'及第四匝622。每一匝定義— 通過匝的圓周之平面。這些平面不是大體上彼此平行就是 彼此共面的。輸入匯流排6 2 4連接到第一匝6 l· 6的第一端。 第一匝616的第二端連接到第二匝618的第一端。橫跨在第 —匝616和第二匝6U之間的一部分第一連接器大體上垂直 於第一匝616和第二匝618所定義的平面。第二匝618的第 二端連接到放射狀連接的第一引線632。放射狀連接的第 二引線6 3 6連接到第三匝620的第一端。第一引線63 2和第 二引線636大體上垂直於匝616，6]8，620，622所定義的 平面。放射狀連接的放射狀連接器682自第一引線632延伸 到第二引線63 6，並且具有大體上平行於匝所定義的平面 之長度。第三匝620的第二端連接到第二連接器644的第一 端。第二連接器644的第二端連接到第四匝622的第一端。 橫跨在第三匝620和第四匝622之間的第二連接器644大體 上垂直於第三匝620和第四匝622所定義的平面。第四匝 622的第二端連接到輸出匯流排626。圖9爲圖8的切斷部分 830之放大槪要俯視圖，其圖示一部分第三匝620'第四匝 622、第二引線636、第二連接器644、和輸出匯流排62 6。 因爲匝616，618，620，622所定義的平面是水平的，所以 -28- (26) (26)1326940 第一引線63 2、第二引線63 6、第一連接器640、和第二連 接器64 4的長度是垂直的，同時放射狀連接的放射狀連接 器大體上是水平的》 圖10爲第三匝620的俯視圖。第三匝620具有第一端 1004和第二端1008，由第三匝空隙1012分開第三匝620的 第一端1004和第二端1008。放射狀連接的第二引線63 6連 接到第三匝620的第一端1004。第二連接器644連接到第三 匝620的第二端1008。第三匝620的第一端1004和第二端 1008形成凹口 1020，1024。第一凹口 1020形成第一端1004 的細窄懸臂部位1030。第二凹口 1024形成第二端1008的細 窄懸臂部位1 0 3 4。凹口 1 〇 2 0，1 0 2 4和細窄懸臂部位1 0 3 0， 1〇34使細窄懸臂部位1〇30，1 034可沿著相同放射狀方向放 置，使第二連接器644和第二引線63 6可沿著匝的相同放射 狀方向放置，可形成大體上完整的匝。完整的凹口匝是如 圖1 〇所示的匝，具有凹口第一端和第二端以形成懸臂部位 ’其中部分第一端和第二端的懸臂部位沿著相同放射狀方 向放置’使得連接到第一端的電連接器沿著與連接到第二 端的第二電連接器相同通過天線軸的半徑放置。 圖1 1爲第四匝622的俯視圖。第四匝622具有由空隙 1112分開的第一端11〇4和第二端1108。第二連接器644連 接到第一端Π04的底面。第三連接器]116連接到第四匝 622的第二端11〇8。凹口 1】20被形成在第四匝622的第一端 1 1〇4以形成第一端]]〇4的細窄懸臂部位1 130。凹口〗120爲 放射狀連接的第二引線6 3 6提供一空間以不會短路地通過 (27) (27)1326940 。因爲爲第二引線6 3 6提供空間，所以第—端1 ] 〇 4和第二 端1108未沿著半徑重疊。反而，第四匝622不完整。 圖12爲在第四匝622上方的上連接器]204之俯視圖。 上連接器〗2〇4具有連接到第三連接器]1]6的第—端和連接 到輸出導線626的第二端。如圖9所示，第三連接器1116自 第四匝622向上延伸到上連接器]204，及上連接器1204在 第四匝622的第一端上方延伸，使得第四匝622和上連接器 ]2〇4成一大體上完整的匝。若第四匝的空隙由第四匝622 平面中及不同於第四匝的半徑之放射狀長度的橋路補償， 則放射狀組件將需要連接橋路到第四匝，導致產生方位角 不對稱的放射狀電流。反而，上連接器1204沿著與第四匝 622相同的放射狀長度橋接空隙，但是在第四匝622上方。 圖13爲第二匝618的俯視圖。第二匝618具有第一端和 第二端，其中由第二匝空隙1312分開第二匝618的第一端 和第二端。第一連接器64〇連接到第二匝618的第一端。放 射狀連接的第一引線632連接到第二匝618的第二端。第二 匝618的第一端和第二端形成凹口。第一凹口形成第一端 的細窄懸臂部位1 3 3 0。第二凹口形成第二端的細窄懸臂部 位1 3 3 4。凹吼和細窄懸臂部位1 3 3 0，1 3 3 4使細窄懸臂部位 1330，]334可沿著相同放射狀方向放置，使第一連接器 640和第一引線63 2可沿著相同放射狀方向放置，可形成大 體上完整的匝。 圖]4爲第一匝616的俯視圖。第一西6]6具有由空隙 14 12分開的第一端和第二端。第一連接器640連接到第一 (28) 1326940 端的底面。第四連接器1416連接到第一匝616的第二端。 凹口 H20被形成在第—匝6】6的第一端以形成第一端的細 窄懸臂部位1 43 0。凹口 1 42 0爲放射狀連接的第一引線632 提供一空間以不會短路地通過。因爲爲第一引線63 6提供 一空間，所以第一端和第二端未沿著放射狀方向重疊。反 而，第一西6]6不完整。 圖]5爲在第一匝616上方的第二上連接器1504之俯視 圖。第二上連接器1 504具有連接到第四連接器1416的第一 端和連接到輸入導線6 2 4的第二端。第四連接器1416自第 —匝616向上延伸到第二上連接器1504，及第二上連接器 1 5 〇4在第一匝616的第一端上方延伸，使得第一匝61 6和第 二上連接器1504成一大體上完整的匝。若第一匝616的空 隙由第一匝616平面中及不同於第一匝的半徑之放射狀長 度的橋路補償，則放射狀組件將需要連接橋路到第一匝， 導致產生方位角不對稱的放射狀電流。反而，第二上連接 器〗5〇4沿著與第一匝616相同的放射狀長度橋接空隙，但 是在第一匣616上方。 如上述，在大體上消除內和外匝之間的電弧的同時， 介電材料可放在匝616，618，620，622之間以使匝可盡可 能彼此接近。圖16爲具有位在其間的此種絕緣之匝616， 618，62 0，622的橫剖面圖。如圖示，第一、第二、第三 、和第四匝61 6，618，620，622被裝設在中央絕緣器1604 的四周以形成總成。中央絕緣器形成底部脊形環1 608。總 成放置在底部絕緣器】6]2上。中央絕緣器1604的底部脊形 (29) (29)1326940 環]608被裝設到底部絕緣器1612的中央溝槽內。頂部脊形 環1616在第一匝616和第四匝622上方延伸，使得沿著頂部 脊形環16]6表面自第一匝616到第四匝622的距離大於需要 防止電弧的最小表面距離。底部絕緣器1612可放在位在介 電窗212上的法拉第屏蔽1620上。 圖19爲法拉第屏蔽1620的俯視圖。可設置法拉第屏蔽 1 620以更進一步最小化耦合的方位角變化並且控制電容耦 合的範圍。此可藉由使法拉第屏蔽1 620接地、施加特定電 壓到法拉第屏蔽或使法拉第屏蔽可浮動加以實施。因爲天 線足跡是環形，所以法拉第屏蔽1 6 2 0可以是符合天線足跡 的環形。在較佳實施例中，法拉第屏蔽1620是稍微大於天 線足跡並且在環的寬部分具有至少一放射狀槽孔1904之環 形導電材料。在其他較佳實施例中，設置一個以上的槽孔 〇 在本實施例的例子中，距616，618，620，622大約1 cm厚。中央絕緣器1604以大約0.5 cm的距離隔開匝616, 618，620，622。法拉第屏蔽具有大約0.15 cm的厚度《因 此，介電窗212的頂部和匝的最遠部分即第一或第四匝616 ，622的頂部之間的距離大約是3 cm。因此在此實施例中 ，想要在大於介電窗212到匝的最遠部分之距離的三倍（ 即9 cm )放致放射狀連接器682。 至少在第一引線63 2接近（不遠離）窗之區，第一引 線63 2大體上垂直於匝所定義的平面並且位在接近輸入導 線624及第一連接器640以最小化第一引線632、輸入導線 (30) (30)1326940 624、和第一連接器640所導致的不對稱。提供抵銷磁場的 第一連接器640和輸入導線624大體上長於第一引線63 2的 整個長度。至少在第二引線接近窗之區，第二引線63 6大 體上垂直於匝所定義的平面並且位在接近輸出導線62 6及 第二連接器644以最小化第二引線63 6、輸出導線626、和 第二連接器644所導致的不對稱。 藉由以不同方位角位置放置連接集中，諸如在環的相 對側等，連接不完美所產生的非方位角擾亂被分開，提高 方位角均勻性。藉由放置此種連接在由連接所產生之匝剩 餘偶極的相對側上可使其彼此相對。雖然由連接所產生的 剩餘偶極位在匝的相對側上，但是此實施例使它們可彼此 相對’取代使它們在匝的相同側及使他們在相同方向。 在晶圓結果中的量測方位角不對稱中已發現本發明的 天線可提供大約2 — 3折疊減少。 圖17爲本發明的另一實施例所使用之部分第三匝620 和第四匝622的橫剖面圖。第三匝620具有第一端1704和第 二端1708’其中由第三匝空隙1712分開第一端17 〇4和第二 端1708 »放射狀連接的第二引線636連接到第三匝620的第 —端]7 〇4。第二連接器644連接到第三匝620的第二端1708 。空隙1712使第三匝620可形成不完整環。 第四匝622具有由空隙〗732分開的第一端]724和第二 端1728。第二連接器64 4連接到第四匝622的第一端1724。 第三連接器1736連接到第四匝622的第二端1728。空隙 ]732使第四匝622形成木完整環。上連接器HO具有連接 (31) (31)1326940 到第三連接器]7 3 6的第一端和連接到輸出導線626的第二 端。第三連接器1736自第四匝622向上連接到上連接器 1744，及上連接器]744在第四匝622的第一端上方延伸， 使得上連接器1 74 4橋接空隙1712，1 7 3 2。此使上連接器 1744、第三匝620，和第四匝622形成兩大體上完整的匝。 在此實施例中，取代使用凹口諸如第二引線6 3 6等連 接器可通過第四匝622，第二引線63 6通過第四匝622、上 連接器1 744、和輸出導線626。孔1 760放在經過第四匝622 ，及孔1 764放在經過第二引線63 6和上連接器1 744以提供 第二引線63 6足夠的空間可無電弧地通過。絕緣器可位在 孔中的第二引線63 6四周以更進一步防止電弧。雖然每一 匝的空隙未與匝在同一平面，但是放射狀連接器已移離窗 —大距離。由以與匝相同的放射距離取代與匝在同一平面 橋接空隙所產生的方位角不對稱不會像若放射狀連接器位 在接近窗所導致的放射狀電流之方位角不對稱一般大。 藉由使第二引線636與輸出導線626同軸，來自第二引 線63 6和輸出導線626的磁場能夠彼此更適當抵銷。此外， 第二連接器644位在接近第二引線63 6以提供更進一步的抵

I 銷。 圖18爲圖17的裝置之橫剖面圖，其中無源天線1804位 在接近第三匝620及第四匝622。由Howald等人發表於 2002,9,22的11.5.專利申請案號1 0/200,833稱作，用於產生 均勻處理速率之方法和裝置〃中討論此種無源天線，並且 倂入本文做爲參考。無源天線】8〇4可用於減少方位角不對 (32) (32)1326940 稱。此通過設計考慮到無源天線的淸楚設計，有助於重新 將電流導回到想要的方位角電流路徑。 在具有第一、第二、第三、和第四匝616，618，620 ，622的先前實施例中，第一和第二匝616，618可視作內 環而第三和第四匝620，622可視作外環，利用引線和放射 狀連接器連接內環與外環。在這些實施例中，內環與外環 同中心，其中外環具有大於內環的直徑。 雖然在先前的實施例中，天線由第一環和第二環形成 ’其中第一環和第二環是相同的幾何形狀及同軸，並且一 環位在另一環上面’但是可使用其他類型的天線配置。此 種其他配置可使用兩單一環或可提供第二環與第一環是不 同幾何形狀。環可具有兩個以上的匝。較佳的是，包含環 之匝的方位角空隙被最小化，使得空隙形成小於3 *的放 射角度及使得接近空隙之匝的端之半徑是相同的。此外， 輸入和輸出饋送可以是與它們的長度部分同軸，作爲減少 它們偶極影響的另一方法。在此實施例中，距空隙大約1 / 8英吋較佳。由安裝到凹口的定向懸臂部位以與圖丨〇及 1 3所說明的放射狀距離相同地補償匝空隙。當此種定向懸 臂和凹口設計不太實用時，本發明較喜歡遵循以幾乎等於 缺掉的方位角空隙之長度，在相同的放射狀位置，藉由添 加額外的局部天線匝在大體上平行於另—匝平面的平面中 以形成大體上完整匝的整數加以補償方位角電流中的空隙 之原則。 此種其他配置可使用兩單一環或可提供第二環與第一 -35- (33) (33)1326940 環是不同的幾何形狀。它們可以是兩個以上的環。環具有 一匝。就較高的耦合場而言，環具有更多的環匝較佳。使 用兩環匝，使得局部匝補償方位角電流長度（見圖]2 ]2〇4、圖1 5 1 5〇4、圖1 7 1 744 )大約等於方位角空隙及同 時爲場取消接近地放置兩環導線較佳。許多環匝的結構需 要垂直連接引線和相關方位角空隙的一致方位角間隔，使 得在爲場取消接近地放置兩環導線的同時，達成大約環匝 的整數較佳。 在本發明中，利用遠離窗的環之間的放射狀連接，改 良的發明天線可與由在相同半徑具有方位角電流補償的單 一或多個環匝所製成之多個環一起建造（見圖10— 11)。 爲了製造改良的方位角對稱電場，去除使環成放射狀接近 的限制。若個別環比較於由天線所傳送的能量之波長在用 電上是短的則更好。較佳的是，環緊密在一起，使得環具 有小於由天線配置所傳送的能量之波長的組合長度。 圖20爲根據本發明的一實施例之多匝天線配置2000的 實施例之槪要圖，其中只設置兩匝。多匝天線配置2 0 00包 括操作式耦合於RF電源2004之多匝天線，例如，各自對 應於圖2的天線210和RF電源214。 多匝天線大體上是環狀的並且至少包括第一匝20 16和 第二匝2 022。在此實施例中，輸入導線20 24操作式耦合於 第一匝2016的第一端。第一匝20]6的第二端操作式耦合於 放射狀連接的第一引線203 2。放射狀連接的第二引線203 6 操作式耦合於第二匝2 02 2的第一端》至少接近於窗，第一 (34) (34)1326940 引線2032和第二引線2036大體上垂直於匝2016，2022的直 徑。放射狀連接的放射狀連接器2082自第一引線203 2延伸 到第二引線203 6，及大體上平行於匝的直徑。第二匝2022 的第二端操作式耦合於輸出導線2026。電流可自輸入導線 2 〇24流經第一匝2016、放射狀連接的第一引線2 03 2、放射 狀連接的第二引線2036、第二匝2022到輸出導線2026。以 箭頭指出此電流流動。因此，藉由在輸入導線2 024和輸出 導線2026之間施加RF電壓使RF電流可流經多匝天線2006 〇 仍舊參照圖20，第二匝2022具有大於第一匝2016的直 徑。雖然外匝（如、第二匝）具有較大直徑，但是它們位 在接近內匝（如、第一匝）較佳。也就是說，第二匝2 02 2 被配置成接近第一匝20 16較佳。它們接近的結果，使多匝 天線看起來及作用起來像單一匝天線（如、在匝之間大體 上無空間）。因此，大體上減少放射狀方向的高或低電流 區0 如同在其他實施例一般，取代使用鄰近空隙的放射狀 引線之橋路，此實施例的天線提供匝之間的放射狀連接器 遠離窗212—大距離。在窗和放射狀連接的放射狀連接器 2082之間的大距離至少是窗和天線之匝的最遠部位之間的 距離之三倍。更好的是，窗和放射狀連接的放射狀連接器 20 82之間的大距離是窗和天線之匝的最遠部位之間的距離 之四倍。此外，放射狀連接器2082可位在平行及接近輸出 導線2026的放射狀線2080，使得電流反平行地流動以更進 -37- (35) (35)1326940 一步減少放射狀電流所導致的方位角不對稱。 在此實施例中，第一匝2〇 16具有比第二匝2022更小的 直徑，使得第二匝2022被放射狀地放置在遠離第一匝2016 處。在此例中，第一匝20] 6形成內環及第二匝2022形成外 環’使得在每一方位角方向中，第一距2016都比第二西 2 022接近天線軸。因爲匝具有不同直徑，所以必須使用放 射狀連接器連接第一匝20]6與第二匝2022»放射狀連接器 位在遠離窗一大距離的位置。較佳的是，第一匝定義第一 平面通過第一匝的整個圓周之第一平面，及第二匝定義第 二平面通過第二匝的整個圓周之第二平面，其中地一平面 和第二平面大體上平行。放射狀連接器具有大體上平行於 第一匝和第二匝所定義的平面之長度。更好的是，第一匝 和第—西是同中心及共面的。在圖20的例子中，第一和第 二匝是共面的，使得第一平面和第二平面是同一平面2 09 0 。較佳的是，位在第一匝和第二匝附近的天線軸2014大體 上垂直於地一平面和第二平面。較佳的是，接近窗的第一 引線203 2、第二引線2 03 6、輸入導線2024、和輸出導線 2 02 6大體上垂直於第一和第二平面2090。藉由將輸入導線 2 024放在接近於第一引線203 2及使它們大體上垂直於由接 近窗的匝所定義的平面，由輸入導線2024和第一引線2032 所產生的方位角不對稱被最小化。 在其他實施例中，僅就接近匝或窗的部分引線、連接 器、和導線，引線、連接器、和導線大體上垂直於匝及被 緊密放在一起。遠離匝或窗的引線、連接器、和導線未被 -38- (36) (36)1326940 大體上垂直或緊密放在一起。此外，在其他實施例中’本 發明的天線可用於電容耦合電漿室和其他裝置。 儘管已利用幾個較佳實施例說明本發明，但是可有落 在本發明的範圍內之各種修正、變更、和替代的同等物。 也應注意有許多其他方式可實施本發明的方法和裝置。因 此，下面附錄於後的申請專利範圍用於解釋成包括落在本 發明的真正精神和範圍之所有此種選擇、各種修正、變更 、和替代的同等物。 【圖式簡單說明】 本發明利用非限制性的例子加以圖解說明，在附圖的 圖式中，相同的參照號碼表示類似元件，其中： 圖1爲用於電漿處理之習知技術的電漿處理反應室。 圖2爲根據本發明的一實施例之包括天線配置和耦合 窗配置的電漿處理系統。 圖3爲具有空隙的局部天線匝之槪要圖。 圖4爲多匝天線配置之槪要圖。 圖5爲根據本發明的一實施例之多匝天線配置圖。 圖6爲多匝天線配置之橫剖面側視圖。 圖7爲根據本發明的一實施例之多層耦合窗的橫剖面 側視圖。 圖8爲本發明的實施例之多匝天線之立體圖。 圖9爲圖8之多匝天線的放大剖面圖。 圖1〇爲第三匝的俯視圖》 -39- (37) 1326940 圖11爲第四匝的俯視圖》 圖〗2爲在第四匝上方的上連接器之俯視圖。 圖】3爲第二匝的俯視圖。 圖]4爲第一匝的俯視圖。 圖15爲在第一匝上方的第二上連接器之俯視圖。 圖1 6爲具有位在其間的絕緣器之匝的橫剖面圖。 圖]7爲本發明的另一實施例所使用之部分第三匝和第 四匝的橫剖面圖。 圖18爲圖示於圖17之具有無源天線的裝置圖。 圖19爲法拉第屏蔽之俯視圖。 圖20爲本發明的另一實施例之槪要圖。 主要元件對照表 100 感應電漿處理反應器 1 02 室

天線 106 介電窗 1〇8 第一射頻電源 110 氣孔 112 基底 ]]4 夾盤 116 第二射頻電源 118 電漿 200 電漿處理系統 -40- (38) 處理室 電漿 基底 室牆 天線配置 耦合窗配置 第一射頻電力供應 氣體注入器 夾盤 第二射頻電源 排氣孔 局部天線距 空隙 第一方位角扇區 第一角度 第二方位角扇區 第二角度 局部天線西 空隙

局部天線IM 空隙 橋路 放射狀引線 多匝天線配置 -41 - (39) 多匝天線 射頻電源 第一對同中心環 第二對同中心環 天線軸 第一匝 第二匝 第三匝 第四匝 輸入導線 輸出導線 第一引線 第二引線 第一連接器 第二連接器 放射狀線 放射狀連接器 多層耦合窗配置 第一層 第二層 多匝天線 切斷部分 第一端 第二端 •42 - (40) 1326940 1012 第三匝空隙 1 020 第一凹口 1 024 第二凹口 1 0 3 0 細窄懸臂部位 1 0 3 4 細窄懸臂部位

1104 第一端 1108 第二端 1112 空隙 1116 第三連接器 1120 凹□ 1130 細窄懸臂部位 1 2 04 上連接器 13 12 第二匝空隙 1 3 3 0 細窄懸臂部位 1 3 3 4 細窄懸臂部位

1412 空隙 1416 第四連接器 1420 凹口 1 43 0 細窄懸臂部位 1 504 第二上連接器 1604 中央絕緣器 1 608 底部脊形環 1612 底部絕緣器 1616 頂部脊形環 -43- (41)1326940 1620 法拉第屏蔽 1 704 第一端 1708 第二端 17 12 第三匝空隙 1724 Α·Ατ 4-UJ 弟一価 1728 第二端 173 2 空隙 1 736 第三連接器 1744 上連接器 1760 孔 1764 孔 1 804 無源天線 1904 放射狀槽孔 2000 多匝天線配置 2004 射頻電源 2006 多匝天線 20 14 天線軸 2016 第一匝 2022 第二匝 2 024 輸入導線 2026 輸出導線 2032 第一引線 2 03 6 第二引線 2 0 8 0 放射狀線 (42)1326940 2 0 8 2 放射狀連接器 2090 平面

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Claims (1)

11326940 I _厶月丨一修正替換頁I ___I 拾、申請專利範圍 附件2A :第93 104 1 00號專利申請案 中文申請專利範圍替換本 民國96 1.—種天線配置，用以經由窗在邊理|室内場 該天線配置包含： 外環，包含位在天線軸四周的第一外環匝；

內環，包含位在天線軸四周的第一內環匝，其中在每 一方位角方向內環匝都比第一外環匝更接近天線軸；及 放射狀連接器，放射狀地電連接外環到內環，其中放 射狀連接器位在距窗一大距離。 2.根據申請專利範圍第1項之天線配置，其中第一外 環匝定義第一平面及第一內環匝定義第二平面，另外包含 自外環延伸的第一引線及自內環延伸的第二引線，其中放 射狀連接器連接在第一引線和第二引線之間。

3. 根據申請專利範圍第2項之天線配置，其中第一引 線實際上垂直於接近外環的第一平面，及其中第二引線實 際上垂直於接近內環的第二平面。 4. 根據申請專利範圍第3項之天線配置’其中外環是 距窗的第一距離’及其中放射狀連接器是距窗的第二距離 ，其中第二距離是第一距離的至少三倍。 5. 根據申請專利範圍第4項之天線配置’其中內環與 外環是同軸和共面的。 6.根據申請專利範圍第5項之天線配置’另外包含介 1326940 怜年3"月卟日修正替換頁I 電媒體位在內環和外環之間以消除其間的電弧。 7. 根據申請專利範圍第5項之天線配置，其中內環和 外環具有小於由天線配置傳送的能量之波長的組合長度。 8. 根據申請專利範圍第5項之天線配置，其中外環另 外包含位在天線軸四周的第二外環匝，及其中內環另外包 含位在天線軸四周的第二內環匝。 9. 根據申請專利範圍第8項之天線配置，其中第二外 環匝位在第一外環匝上方，及其中第二內環匝位在第一內 環匝上方，及其中第一外環匝和第一內環匝有效地屏蔽第 二外環匝和第二內環匝的終端電壓。 10. 根據申請專利範圍第8項之天線配置，另外包含 介電媒體位在第一外環匝、第二外環匝、第一內環匝、和 第二內環匝之間以消除其間的電弧。 11. 根據申請專利範圍第5項之天線配置，另外包含 耦合於內環和外環的RF (射頻）電源。 12. 根據申請專利範圍第11項之天線配置，其中內環 •和外環在處理室內利用RF電源所產生的RF能量合作形成 方位角對稱的電場，其中方位角對稱的電場形成實際上方 位角對稱的電漿，該電漿於位在處理室內的基底表面各處 產生實際上均勻處理速率》 13. 根據申請專利範圍第5項之天線配置，另外包含 電連接到內環之第一導線及電連接到外環之第二導線。 14. 根據申請專利範圍第1項之天線配置，其中外環 是距窗的第一距離，及其中放射狀連接器是距窗的第二距 -2- 1326940

離，其中第二距離是第一距離的至少三倍。 15. 根據申請專利範圍第1項之天線配置，其中第一 外環匝和第一內環匝的至少其中之一是完整的凹口匝》 16. 根據申請專利範圍第15項之天線配置，其中第二 外環匝和第二內環匝的至少其中之一具有遠離天線軸放射 狀距離之方位角空隙，另外包含局部匝橫跨方位角空隙， 其中局部匝位在距天線軸放射狀距離的位置，該放射狀距 離等於方位角空隙距天線軸的放射狀距離。 · 17. —種用以處理基底之電漿處理裝置，包含： 處理室，在處理室內電漿被點燃及接受該處理； 窗，形成處理室的一側，被配置成使RF能量可通到 處理室內； 多層天線，接近窗及被配置成透過RF能量在該處理 室內產生電場，包含： 外環，包含位在天線軸四周的第一外環匝； 內環，包含位在天線軸四周的第一內環匝，其中在每 ® —方位角方向內環匝都比第一外環匝更接近天線軸；及 放射狀連接器，放射狀地電連接外環到內環，其中放 射狀連接器位在距窗一大距離。 18. 根據申請專利範圍第17項之電漿處理裝置，其中 外環是距窗的第一距離，及其中放射狀連接器是距窗的第 二距離，其中第二距離是第一距離的至少三倍。 19. —種用以形成天線之匝，包含： 完整的凹口匝，包含形成在天線軸四周的匝及具有第 -3- 1326940 年;mi午曰修正替换頁 一端和第—端’其中第一端被凹口式形成第一懸臂部位及 其中第二端被凹口式形成第二懸臂部位； 第一電連接器，連接到第一懸臂部位；及 第二電連接器’連接到第二懸臂部位，其中第一電連 接器和第二電連接器沿著通過天線軸的共同半徑放置。 20. —種用於處理基底的方法，包含： 將該基底配置在處理室中，其中該處理室包含在該處 理室內的基底支承架以及形成該處理室一側的介電窗，其 魯 中天線設於該室外部並相鄰於該介電窗： 提供處理氣體至該室； 使用該天線產生方位角對稱的電場，其中該天線包含 :外環，包含位在天線軸四周的第一外環匝；內環，包含 位在天線軸四周的第一內環晅，其中在每一方位角方向內 環匝都比第一外環匝更接近天線軸；及放射狀連接器，放 射狀地電連接外環到內環，其中放射狀連接器位在距窗一 大距離： _ 使用該方位角對稱的電場從該處理氣體形成實質方位 角對稱的電漿；以及 在基底的表面上產生實質均勻處理速率。 21. 根據申請專利範圍第2〇項之方法’其中該第一外 環匝定義第一平面且該第一內環匝定義第二平面’另外包 含自該外環延伸的第一引線及自該內環延伸的第二引線’ 其中該放射狀連接器連接在該第一引線和該第二引線之間 -4 · 1326940 %卑 >月晌修正替换頁 22. 根據申請專利範圍第2丨項之方法，其中該第—引 線實際上垂直於接近外環的第一平面，且其中該第二引線 實際上垂直於接近內環的第二平面。 23. 根據申請專利範圍第2〇項之方法，其中該外環是 距窗第一距離，且其中該放射狀連接器是距窗第二距離， 其中該第二距離是該第一距離的至少三倍。 24·根據申請專利範圍第20項之方法，其中該內環與 該外環是同軸和共面的。 · 25.根據申請專利範圍第20項之方法，另外包含介電 媒體位在該內環和該外環之間以消除其間的電弧。 2 6.根據申請專利範圍第20項之方法，其中該外環另 外包含位在天線軸四周的第二外環匝，且其中該內環另外 包含位在天線軸四周的第二內環匝。 2 7.根據申請專利範圍第26項之方法，其中該第二外 環匝位在第一外環匝上方，且其中該第二內環匝位在第一 內環匝上方，及另外包含以該第一外環匝和該第一內環匝 ® 來屏蔽第二外環匝和第二內環匝的終端電壓。 28. 根據申請專利範圍第20項之方法，另外包含以等 於該射頻的頻率來交替經過該天線的電流。 29. 根據申請專利範圍第28項之方法，其中該頻率具 有一波長，其中該內環和該外環的組合長度係小於該波長 〇 30. 根據申請專利範圍第20項之方法，其中該第一外 環匝和該第一內環匝的至少其中之一是完整的凹口匝。 -5- 1326940 C ‘ K ·，·、. J 31. 根據申請專利範圍第3 0項之方法，其中該第二外 環匝和該第二內環匝的至少其中之一具有遠離天線軸放射 狀距離之方位角空隙，另外包含局部匝橫跨方位角空隙， 其中局部匝位在距天線軸放射狀距離的位置，該放射狀距 離等於方位角空隙距天線軸的放射狀距離。 32. —種用於處理基底的方法，包含： 將該基底配置在處理室內，其中該處理室包含在該處 理室內的基底支承架以及形成該處理室一側的介電窗，其 中天線設於該室外部並相鄰於該介電窗； 提供處理氣體至該室； 提供經過該天線的電流，其中該電流從輸入引線通過 至第一環、第一連接器引線、放射狀連接器、第二連接器 引線、桌—環、輸出引線’其中該第一環位在天線軸四周 且該第二環與位在該天線四周的該第一軸是共軸的，其中 該第一引線、該第一連接器引線、該第二連接器引線、和 該輸出引線是平行的’且其中該放射狀連接器位在距該窗 —大距離且該電流流經該天線軸四周之相同方向上的該第 —環和第二環；及 使用經過該天線的電流，以將該處理氣體轉換爲電漿 〇 33. 根據申請專利範圍第32項之方法，其中該第一環 和該第二環是繞該天線軸同中心的。 34. 根據申請專利範圍第33項之方法，其中該第一環 包含第一匝和第二匝’其中該第一匝定義第一平面且該第 -6- 1326940

一匝定義第一平面’其中該第一平面係和該第二平面相隔 開’且其中該第一環包含在該第二平面上的第三匝以及在 該第一平面上的第四匝。

35. 根據申請專利範圍第34項之方法，其中該第—平 面距該介電窗是弟~'距離’且該第二平面距該介電窗是第 二距離’且其中該放射狀連接器距該介電窗是第三距離， 其中該第三距離是該第一距離的至少三倍，且其中該第三 具離是該第二距離的至少三倍。 36. 根據申請專利範圍第32項之方法，另外包含以等 於該射頻的頻率來交替經過該天線的電流。 37. 根據申請專利範圍第36項之方法，其中該頻率具 有一波長，其中該第一環和該第二環的組合長度係小於該 波長，使得經過該天線的電流行進小於該波長的一距離。

38. 根據申請專利範圍第32項之方法，其中該第一環 和該第二環合作，使得該提供經過該天線的電流在該處理 室內利用RF能量形成方位角對稱的電場，另外包含： 從該方位角對稱的電場形成實質方位角對稱的電漿； 及 在位於該處理室內的基底之表面上產生實質均句處理 速率。