TWI753964B - 電感性線圈結構、電感耦合電漿產生系統及基板處理系統 - Google Patents

電感性線圈結構、電感耦合電漿產生系統及基板處理系統 Download PDF

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Abstract

一種電感耦合電漿(ICP)產生系統可包含一介質管；包圍介質管的一第一電感性線圈結構；一射頻電源；一第一主電容器，設置在射頻電源的一正輸出端和第一電感性線圈結構的一端之間；以及一第二主電容器，設置在射頻電源的一負輸出端和第一電感性線圈結構的一相對端之間。第一電感性線圈結構可包含：電感性線圈，彼此串聯連接並放置在不同的層，這些電感性線圈在每一層具有至少一匝；以及輔助電容器，分別設置在相鄰的電感性線圈之間，以分佈施加到這些電感性線圈的一電壓。

Description

電感性線圈結構、電感耦合電漿產生系統及基板處理系統
本發明係涉及一種電感耦合電漿(ICP，Inductively-Coupled Plasma)產生系統，特別涉及一種包含介於複數個天線之間的電容器並具有分壓結構的電感耦合電漿(ICP)產生系統。
電漿用於蝕刻一基板(例如，一半導體晶片)或沉積基板層的製程。此外，電漿用於新材料的合成、表面處理以及環境淨化。此外，一大氣壓電漿用於電漿洗滌器、清潔、滅菌以及皮膚護理。
為了產生一傳統的電感耦合電漿(ICP)，使用由電感性線圈纏繞的一介質放電管。然而，傳統的電感性線圈結構具有低放電穩定性和低電漿密度。
本發明提供了一種新穎的電感性線圈結構，配置為在大氣壓力或幾托(Torr)或更高的壓力下穩定地產生電感耦合電漿。
本發明概念的一些實施例提供了一種電感性線圈結構，用於產生具有改善的放電穩定性和效率的電感耦合電漿，同時抑制電容耦合成分。
本發明概念的一些實施例提供一種電感性線圈結構，用以防止由一電感性線圈的繞組數量的增加引起的電壓增加，還提供一種包含該電感性線圈結構的電漿產生系統。
本發明概念的一些實施例提供一種電感性線圈結構，用以最大程度地增加每單位長度的繞組數量並抑制電容耦合。
根據本發明概念的一些實施例，一電感耦合電漿(ICP)產生系統可包含在一長度方向上延伸的一介質管；一第一電感性線圈結構，包圍介質管並在介質管中產生電感耦合電漿；一射頻電源，提供具有相反相位的正功率和負功率，用以分別向第一電感性線圈結構的兩端提供射頻功率的正功率和負功率，並且改變一驅動頻率；一第一主電容器，設置在射頻電源的一正輸出端和第一電感性線圈結構的一端之間；以及一第二主電容器，設置在射頻電源的一負輸出端和第一電感性線圈結構的一相對端之間。第一電感性線圈結構可包含彼此串聯連接並放置在不同層的電感性線圈，電感性線圈在每一層具有至少一個匝，以及輔助電容器，分別設置在相鄰的電感性線圈之間，以分佈施加到電感性線圈的一電壓。
在一些實施例中，每一電感性線圈可具第一電感L1的相同的電感，每一輔助電容器可具有與第一電容C1相同的電容，以及射頻功率的一驅動頻率可控制為與由彼此串聯連接的第一電感L1和第一電容C1確定的一諧振頻率一致。
在一些實施例中，第一主電容器和第二主電容器中的每一個可具有與第二電容相同的電容，以及第二電容可以是第一電容C1的兩倍。
在一些實施例中，每一電感性線圈可係為2至4圈的天線。
在一些實施例中，電感耦合電漿(ICP)產生系統還可更包含一第二電感性線圈結構，第二電感性線圈結構用以包圍介質管，以在介質管中產生電感耦合電漿(ICP)，並且具有與第一電感性線圈結構相同的結構，第二電感性線圈結構與第一電感性線圈結構間隔開。第二電感性線圈結構的一端可連接至第一電感性線圈結構的一端，第二電感性線圈結構的一相對端可連接至第一電感性線圈結構的一相對端，以及第一電感性線圈結構和第二電感性線圈結構可以在第一主電容器和第二主電容器之間彼此並聯連接。
在一些實施例中，構成第一電感性線圈結構和第二電感性線圈結構的每一電感性線圈可具有與第一電感L1相同的電感，構成第一電感性線圈 結構和第二電感性線圈結構的每一輔助電容器可具有第一電容C1相同的電容，以及射頻(RF)功率的一驅動頻率控制為與由彼此串聯連接的第一電感L1和第一電容C1確定的一諧振頻率一致。
在一些實施例中，第一主電容器和第二主電容器中的每一個可具有與第二電容相同的電容，並且第二電容可係為第一電容C1的四倍。
在一些實施例中，第一電感性線圈結構的一端和第二電感性線圈結構的一端可放置成彼此相鄰，以及第一電感性線圈結構的一端和第二電感性線圈結構的一端可彼此連接並可連接至第一主電容器。
在一些實施例中，每一電感性線圈可包含：第一圓弧部分，具有在一直角坐標系中在第一方向上開口的一部分，並且設置在佈置平面上以具有一第一中心角和一恆定的第一半徑；一第二圓弧部分，設置在佈置平面上，以具有小於第一中心角的一第二中心角，以具有大於第一半徑的一第二半徑，並且具有與第一圓弧部分的一中心軸相同的中心軸；一第一連接部，設置在佈置平面上，以與第一圓弧部的一端連接並在第一方向延伸；一「U」形的第一圓弧連接部，設置在佈置平面上，以將第一圓弧部分的一相對端與第二圓弧部分的一端連接；以及一第二連接部，設置在佈置平面上，以連接至第二圓弧部分的一相對端並沿第一方向延伸。
在一些實施例中，每一電感性線圈可包含：一第一圓弧部分，具有在一直角坐標系中在第一方向上開口的部分，並且設置在佈置平面上以具有一第一中心角和一恆定的第一半徑；一第二圓弧部分，設置在佈置平面上，以具有小於第一中心角的一第二中心角，以具有大於第一半徑的一第二半徑，並且具有與第一圓弧部分的中心軸相同的中心軸；一第三圓弧部分，設置在佈置平面上，以具有小於第二中心角的一第三中心角，以具有大於第二半徑的一第三半徑，並具有與第一圓弧部分的中心軸相同的中心軸；一第一連接部，設置在佈置平面上，以與第一圓弧部分的一端連接並沿第一方向延伸；一「U」形的第一圓弧連接部，設置在佈置平面上，以將第一圓弧部分的一相對端與第二圓弧部分的一端連接； 一「U」形的第二圓弧連接部，設置在佈置平面上，以將第二圓弧部分的一相對端連接到第三圓弧部分的一端；以及，形成「U」形的第二圓弧連接部，其設置在佈置平面上以將第二圓弧部分的相對端連接到第三圓弧部分的一端；以及一第二連接部分，設置在佈置平面上，以連接到第三圓弧部分的一相對端並沿第一方向延伸。
在一些實施例中，每一電感性線圈可包含：一第一圓弧部分，具有在一直角坐標系中在第一方向上開口的部分，並且設置在佈置平面上以具有一第一中心角和一恆定的第一半徑；一第二圓弧部分，設置在佈置平面上，以具有小於第一中心角的一第二中心角，以具有大於第一半徑的一第二半徑，並具有與第一圓弧部分的中心軸相同的中心軸；一第三圓弧部分，設置在佈置平面上，以具有小於第二中心角的一第三中心角，以具有大於第二半徑的一第三半徑，並具有與第一圓弧部分的中心軸相同的中心軸；一第四圓弧部分，設置在佈置平面上，以具有小於第三中心角的一第四中心角，以具有大於第三半徑的一第四半徑，並具有與第一圓弧部分的中心軸相同的中心軸；一第一連接部，設置在佈置平面上，以與第一圓弧部分的一端連接並沿第一方向延伸；一「U」形的第一圓弧連接部，設置在佈置平面上，以將第一圓弧部分的一相對端與第二圓弧部分的一端連接；一「U」形的第二圓弧連接部，設置在佈置平面上，以將第二圓弧部分的一相對端連接到第三圓弧部分的一端；一「U」形的第三圓弧連接部，設置在佈置平面上，以將第三圓弧部分的一相對端連接到第四圓弧部分的一端；以及一第二連接部，設置在佈置平面上，以連接到第四圓弧部分的一相對端並沿第一方向延伸。
在一些實施例中，第一電感性線圈結構和第二電感性線圈結構可設置為具有參考介質放電管之一點的一垂直鏡面對稱性，以及電流在一中心垂直分割，然後在兩端收集。
在一些實施例中，電感性線圈的功率輸入端設置為在一方位角方向上保持一均勻的角度。
在一些實施例中，電感性線圈的至少一部分可透過一陶瓷模具固定。
在一些實施例中，電感耦合電漿(ICP)產生系統更可包含一墊圈形絕緣間隔件，其設置在電感性線圈之間以將電感性線圈彼此電斷開。
在一些實施例中，電感性線圈可包含順次堆疊的第一至第四電感性線圈，並且輔助電容器可包含第一至第三輔助電容器。當相比較於第一電感性線圈時，第二電感性線圈可逆時針旋轉90°並且可放置在第一電感性線圈的下方並與其對準。當相比較於第二電感性線圈時，第三電感性線圈可逆時針旋轉90°，並可放置在第二電感性線圈的下方並與其對準。當相比較於第三電感性線圈時，第四電感性線圈可逆時針旋轉90°並可放置在第三電感性線圈的下方並與其對準。第一電感性線圈的一端可通過第一主電容器連接至射頻(RF)電源的一正輸出端，第一電感性線圈的一相對端可通過第一輔助電容器連接至第二電感性線圈的一端，第二電感性線圈的一相對端可通過第二輔助電容器連接至第三電感性線圈的一端，第三電感性線圈的一相對端可通過第三輔助電容器連接至第四電感性線圈的一端，以及第四電感性線圈的一相對端可通過第二主電容器連接到射頻(RF)電源的一負輸出端。
根據本發明概念的一些實施例，一基板處理系統可包含：一處理室，用以處理一半導體基板，以及一電感耦合電漿(ICP)產生系統，用以將由電漿提供的活性物質提供至處理室中。電感耦合電漿(ICP)產生系統可包含：一介質管，沿一長度方向延伸；一第一電感性線圈結構，包圍介質管並在介質管中產生電感耦合電漿(ICP)；一射頻電源，提供具有相反相位的正功率和負功率，用以分別向第一電感性線圈結構的兩端提供射頻功率的正功率和負功率，並且改變一驅動頻率；一第一主電容器，設置在射頻(RF)電源的一正輸出端和第一電感性線圈結構的一端之間；一第二主電容器，設置在射頻(RF)電源的一負輸出端和第一電感性線圈結構的一相對端之間。第一電感性線圈結構可包含：電感性線圈，彼此串聯連接並放置在不同的層，這些電感性線圈在每一層具有至少 一匝；以及輔助電容器，分別設置在相鄰的電感性線圈之間，以分佈施加到這些電感性線圈的一電壓。
根據本發明概念的一些實施例，可提供電感性線圈結構以包圍介質管並在介質管中產生電感耦合電漿(ICP)。電感性線圈結構可包含：電感性線圈，彼此串聯連接並放置在不同的層，這些電感性線圈在每一層具有至少一匝並具有相同的結構；以及輔助電容器，分別設置在相鄰的電感性線圈之間，以分佈施加到這些電感性線圈的一電壓。
在一些實施例中，每一電感性線圈可包含：第一圓弧部分，具有在一直角坐標系中在第一方向上開口的部分，並且可設置在佈置平面上以具有一第一中心角和一恆定的第一半徑；一第二圓弧部分，設置在所述佈置平面上，以具有小於第一中心角的一第二中心角，以具有大於第一半徑的一第二半徑，並且具有與第一圓弧部分的一中心軸相同的中心軸；一第三圓弧部分，設置在佈置平面上，以具有小於第二中心角的一第三中心角，以具有大於第二半徑的一第三半徑，並具有與第一圓弧部分的中心軸相同的中心軸；一第一連接部，設置在佈置平面上，以與第一圓弧部分的一端連接並沿第一方向延伸；一「U」形的第一圓弧連接部，設置在佈置平面上，以將第一圓弧部分的一相對端與第二圓弧部分的一端連接；一「U」形的第二圓弧連接部，設置在佈置平面上，以將第二圓弧部分的一相對端連接到第三圓弧部分的一端；以及一第二連接部分，設置在佈置平面上，以連接到第三圓弧部分的一相對端並沿第一方向延伸。
在一些實施例中，每一電感性線圈可包含：第一圓弧部分，具有在一直角坐標系中在一第一方向上開口的部分，並且設置在佈置平面上以具有一第一中心角度和一恆定的第一半徑；一第二圓弧部分，設置在佈置平面上，以具有小於第一中心角的一第二中心角，以具有大於第一半徑的一第二半徑，並具有與第一圓弧部分的中心軸相同的中心軸；一第三圓弧部分，設置在佈置平面上，以具有小於第二中心角的一第三中心角，以具有大於第二半徑的一第三半徑，並具有與第一圓弧部分的中心軸相同的中心軸；一第四圓弧部分，設置在佈置平面 上，以具有小於第三中心角的一第四中心角，以具有大於第三半徑的一第四半徑，並具有與第一圓弧部分的中心軸相同的中心軸；一第一連接部分，設置在佈置平面上，以與第一圓弧部分的一端連接並沿第一方向延伸；一「U」形的第一圓弧連接部，設置在佈置平面上，以將第一圓弧部分的一相對端與第二圓弧部分的一端連接；一「U」形的第二圓弧連接部，設置在佈置平面上，以將第二圓弧部分的一相對端連接到第三圓弧部分的一端；一「U」形的第三圓弧連接部，設置在佈置平面上，以將第三圓弧部分的一相對端連接到第四圓弧部分的一端；以及一第二連接部，設置在佈置平面上，以連接到第四圓弧部分的一相對端並沿第一方向延伸。
2:半導體基板處理系統
22a:第一圓弧部分
22b:第二圓弧部分
22c:第三圓弧部分
22d:第四圓弧部分
23a:第一連接部
23b:第二連接部
24a:第一圓弧連接部
24b:第二圓弧連接部
24c:第三圓弧連接部
32a:第一圓弧部分
32b:第二圓弧部分
32c:第三圓弧部分
33a:第一連接部
33b:第二連接部
34a:第一圓弧連接部
34b:第二圓弧連接部
42a:第一圓弧部分
42b:第二圓弧部分
43a:第一連接部
43b:第二連接部
44a:第一圓弧連接部
91:氣體分配部
92:處理室
93:基板保持器
94:基板
95:真空泵
96:處理氣體供應部
100:電感耦合電漿產生系統
101:感應放電模組
110:第一電感性線圈結構
112:第一電感性線圈
113:第一輔助電容器
114:第二電感性線圈
115:第二輔助電容器
116:第三電感性線圈
117:第三輔助電容器
118:第四電感性線圈
121:第一主電容器
122:第二主電容器
130:介質管
131:噴嘴
132:頂凸緣
134:底凸緣
140:射頻(RF)電源
150:絕緣間隔件
152:陶瓷模具
193a:第二圓弧部分22b的一端
200:電感耦合電漿產生系統
210:第二電感性線圈結構
300:電感耦合電漿產生系統
310:第一電感性線圈結構
312:第一電感性線圈
314:第二電感性線圈
316:第三電感性線圈
318:第四電感性線圈
400:電感耦合電漿產生系統
410:第一電感性線圈結構
412:第一電感性線圈
414:第二電感性線圈
416:第三電感性線圈
418:第四電感性線圈
C1:第一電容
L1:第一電感
ω:諧振頻率
圖1係為表示根據本發明概念的一示例性實施例的一半導體基板處理系統的概念圖。
圖2A係為表示根據本發明概念的示例性實施例的電感耦合電漿(ICP)產生系統的概念圖。
圖2B係為表示圖2A的電感耦合電漿(ICP)產生系統的電路圖。
圖2C係為表示圖2A的電感耦合電漿(ICP)產生系統中的分壓的圖式。
圖2D係為表示圖2A的電感耦合電漿(ICP)產生系統的平面圖。
圖2E係為表示圖2A的電感耦合電漿(ICP)產生系統的電感性線圈的平面圖。
圖3A係為表示根據本發明概念的其他示例性實施例的電感耦合電漿(ICP)產生系統的概念圖。
圖3B係為表示圖3A的電感耦合電漿(ICP)產生系統的電路圖。
圖3C係為表示圖3A的電感耦合電漿(ICP)產生系統的電感性線圈結構中的分壓的圖式。
圖4A係為表示根據本發明概念的其他示例實施例的電感耦合電漿(ICP)產生系統的概念圖。
圖4B係為表示圖1的電感耦合電漿(ICP)產生系統的電路圖。
圖4C係為表示圖4A的電感耦合電漿(ICP)產生系統的電感性線圈結構中的分壓的圖式。
圖4D係為表示圖4A的電感耦合電漿(ICP)產生系統的電感性線圈的平面圖。
圖5A係為表示根據本發明概念的其他示例性實施例的電感耦合電漿(ICP)產生系統的概念圖。以及圖5B係為表示圖5A的電感耦合電漿(ICP)產生系統的電感性線圈的平面圖。
在圍繞介質放電管的一天線中，在低壓(低於幾十托(Torr)，沒有流體效應)的條件下，高電壓電位(3kV或更高)施加到介質放電管中。在這種情況下，在介質放電管中產生電漿。介質放電管的表面透過離子的碰撞而加熱。因此，將介質放電管加熱至1000℃或以上的一溫度。這可能導致介質放電管的表面特性的改變或介質放電管的穿孔。
提供至天線的高電位受到天線的電感、頻率和電流的影響。在高功率條件下，高電位施加至天線。因此，有必要降低天線中的高電位。
根據本發明概念的一些實施例，在應用幾千瓦(kW)或更高功率的情況下，提出了降低施加的高電壓並且最小化由離子碰撞產生的加熱問題的方法。
電感耦合電漿(ICP)系統可用於半導體處理裝置、電感耦合光譜分析裝置、離子束產生裝置、用於清潔沉積室的裝置、用於清潔沉積室的排氣孔的裝置、用於從半導體處理裝置中去除廢氣的電漿洗滌器、或用於清潔化學氣相沉積系統的處理室的清潔裝置。
在一些實施例中，電感耦合電漿(ICP)產生系統可用作將活性物質提供到半導體處理室中的一遠程電漿源。
產生電感耦合電漿(ICP)和電漿的一電感性線圈可模式化為一變壓器電路。因此，電感耦合電漿(ICP)稱為「變壓器耦合電漿」。電感性線圈用作變壓器電路的一初級線圈，並且電漿用作變壓器電路的一次級線圈。例如磁性材料的一磁通量限製材料可用以增加電感性線圈和電漿之間的磁耦合。然而，難以將磁通量限製材料應用到一圓柱形介質放電容器。用於增強電感性線圈和電漿之間的磁耦合的另一種方法是增加電感性線圈的電感或繞組數量。然而，電感性線圈的電感的增加了阻抗，並且使得難以有效地傳輸功率。此外，電感性線圈的電感的增加可增加施加到電感性線圈的電壓，從而产生寄生電弧放電。此外，施加到電感性線圈的高電壓可透過離子碰撞和熱而導致電容耦合放電和介質放電容器的損壞。
根據本發明概念的一些實施例，一電容器可提供在串聯連接的電感性線圈之間，這使得可減小施加到電感性線圈的電壓，並允許總電壓分佈在電感性線圈和電容器之間。詳細而言，電感性線圈可劃分成複數個電感性線圈，輔助電容器可提供在劃分的電感性線圈之間，並且主電容器可設置在電感性線圈的兩端。在這種情況下，靜電場可透過屏蔽效應而降低，並且根據電壓分佈模型，可減小施加到電感性線圈的電壓。劃分的電感性線圈和其間的輔助電容器可組成一串聯諧振電路，並且諧振電路可配置為具有與交流(AC)電源的驅動頻率相同的諧振頻率。因此，即使當一低電壓提供至電感性線圈時，也可以穩定地進行阻抗匹配作業。
通常在幾百毫托(mTorr)的一壓力下，使用幾兆赫茲(MHz)的一驅動頻率產生電感耦合電漿。然而，由於感應電場弱，所以難以在大氣壓或幾托或以上的高壓下使用電感耦合電漿(ICP)進行放電。因此，必需充分提高感應電場的強度，並提供初始放電的附加成分。
在透過對圍繞介質管的電感性線圈施加射頻(RF)功率來執行 電感耦合電漿(ICP)放電的情況下，介質管可能由電感耦合電漿(ICP)加熱和損壞。也就是說，電感耦合電漿(ICP)具有幾十千瓦(kWatt)或更高功率的結構限制。
在一些實施例中，為了提高傳統的電感耦合電漿(ICP)的效率或穩定性，1)以堆疊形式提供一天線(或一線圈結構)，從而增加一感應性電場的強度，2)一電感性線圈分成複數個電感性線圈，並且用於減小阻抗的一電容器設置在電感性線圈之間，3)主電容器連接到電感性線圈的兩端以滿足整體諧振條件，以及4)提供一頻率變化交流(AC)功率部件以提高電感性線圈的電漿穩定性。因此，可能在幾十至幾百升/分鐘的流速和幾托或更高的高壓下執行一處理，而在該條件下傳統的電感耦合電漿(ICP)產生系統并不能夠實現。此外，不需要用於初始放電的一附加電極，並且即使當交流(AC)功率部件的驅動頻率不滿足諧振條件時，也可執行初始放電。在不滿足諧振條件的情況下，高電壓提供至電感性線圈以進行初始放電，然後，透過將交流(AC)功率部分的驅動頻率改變為諧振條件來進行一主放電。
用語「電感性線圈」和「天線」在下文中可互換使用。對於一電感耦合電漿(ICP)天線，傳送到電漿的感應電場的強度與電感性線圈的電流和頻率成比例，並且與繞組數量的平方成比例。因此，透過增加電感性線圈或天線的繞組數量，可以向電漿提供一強電場。然而，如果螺線管線圈的繞組數量增加，則由於空間限制，能量在介質放電管的長度方向上分散。此外，電感性線圈的高電感(阻抗)使得難以將功率從射頻(RF)功率發生器傳遞到電感性線圈或天線。
需要增加電漿附近的電場的密度，因此需要最大化介質放電管的長度方向上每單位長度的繞組數量。在高電壓提供至電感性線圈的情況下，電感性線圈產生放電的電容耦合電漿降低穩定性。電容耦合電漿對於初始放電是有利的，但是由於它引起離子加速，因此可能損壞傳導感應電場的一介質管或介質窗。
在一些實施例中，為了解決由於施加到天線的高電壓引起的介質放電管的損壞問題，電容器可設置於放置在每層中的天線之間。因此，即使更多的功率提供給天線，也不會損壞介質放電管。可以在單元天線之間使用電容器來降低提供至天線的電壓。此外，由於天線和功率輸入端之間以及天線和功率輸出端之間的一高電壓，因此可抑制一寄生放電。
如果高電壓施加到天線，則其可能導致離子的加速和碰撞，並且表面可能加熱到高溫並且可能損壞。由於這些問題，難以將高功率條件應用於電感耦合電漿(ICP)，或者也可使用降低電感或將天線與介質放電管遠離的方法。
在一些實施例中，在電容器串聯放置在構成天線的單元天線之間的情況下，最高電位可以與單元天線的劃分數量成反比例地減小，並且介質放電管的損壞即使在高功率下也可能減少。
根據一比較實例，測試具有相同電感的天線。電容器沒有提供至天線中的一個天線，而是提供至其他天線中，電容器串聯放置在構成天線的單元天線之間。對於傳統的天線，介質放電管在2千瓦(kW)的功率下損壞。然而，對於根據本發明概念的情況，介質放電管即使在8千瓦(kW)的功率下也不會損壞並提供改進的放電特性。詳細而言，對於传统的天線，氮气(N2)不能够以4千瓦(kW)或更低的功率注入，但對於改進的天線，可以1.5千瓦(kW)的功率注入。
現在將參照附圖更全面地描述本發明概念的示例實施例，附图中表示出了这些示例性實施例。然而，本發明概念的示例性實施例可以許多不同的形式實施，並且不應解釋為限於本文闡述的實施例；而是提供這些實施例，以使本发明將徹底和完整，並充分地將示例性實施例的概念傳達給本領域普通技術人員。在附圖中，為了清楚起見，層和区域的厚度被誇大。附圖中相同的附圖標記表示相同的元件，因此將省略其描述。
圖1係為表示根據本發明概念的示例性實施例的一半導體基板處理系統的概念圖。
請參考圖1，半導體基板處理系統2可包含用於處理基板94的一處理室92以及一電感耦合電漿(ICP)產生系統100，電感耦合電漿(ICP)產生系統100配置為將由一電感耦合電漿產生的活性物質提供到處理室中。
處理室92可用以在基板94上沉積一薄膜(例如，一鎢層)。處理室92可接收第一處理氣體(例如六氟化鎢WF6)和來自電感耦合電漿(ICP)產生系統100的活性物質(例如氫活性物質)。活性物質可以由氫(H2)電漿產生。處理室92可包含一氣體分配部91。氣體分配部91可配置為從一處理氣體供應部96接收第一處理氣體和從電感耦合電漿(ICP)產生系統100接收活性物質。為了在基板上均勻地沉積一薄膜，氣體分配部91可以空間分配供應到其上的氣體。
電感耦合電漿(ICP)產生系統100可為一遠程電漿源。電感耦合電漿(ICP)產生系統100可以為在幾托(Torr)的高壓下高效地產生氫電漿。電感耦合電漿(ICP)產生系統100可包含一感應放電模組101和一射頻(RF)電源140，射頻(RF)電源140用以向感應放電模組101提供電力。電感耦合電漿(ICP)產生系統100可配置為接收一第二處理氣體，使用電感耦合電漿(ICP)從第二處理氣體產生活性物質，並將活性物質提供給處理室92。
一基板保持器93可設置在處理室92中以面對並平行於氣體分配部91，並且基板94可設置在基板保持器93上和處理室92中。基板保持器93可受到加熱，用於化學氣相沉積製程。基板94可為一半導體基板。詳細而言，基板可為一矽晶片。可提供一真空泵95以從處理室92排出氣體。
在某些實施例中，活性物質可直接供應到處理室92，而不是通過氣體分配部91提供。
在某些實施例中，半導體基板處理系統2不限於用於化學氣相沉積製程，並且半導體基板處理系統2可用於執行各種製程。
在某些實施例中，電感耦合電漿(ICP)產生系統100不限於用於化學氣相沉積製程，並且可用於清潔處理室92的製程。舉例而言，半導體基 板處理系統2可包含一另外的遠程電漿源。這個另外的遠程電漿源用以排出三氟化氮(NF3)並對處理室92執行一清潔處理。在這種情況下，由於氟導致處理室92的處理環境的變化，因此電感耦合電漿(ICP)產生系統100可將氫活性物質提供至處理室92。因此，吸附在處理室92之一內表面上的氟可以與氫活性物質反應並且可以除去。
圖2A係為表示根據本發明概念的示例性實施例的一電感耦合電漿(ICP)產生系統的概念圖。
圖2B係為表示圖2A的電感耦合電漿(ICP)產生系統的電路圖。
圖2C係為表示圖2A的電感耦合電漿(ICP)產生系統中的電壓分配的圖式。
圖2D係為表示圖2A的電感耦合電漿(ICP)產生系統的平面圖。
圖2E係為表示圖2A的電感耦合電漿(ICP)產生系統的電感性線圈的平面圖。
請參考圖2A至圖2E，電感耦合電漿(ICP)產生系統100可包含在一長度方向上延伸的一介質管130；一第一電感性線圈結構110，用以包圍介質管130並在介質管130中產生電感耦合電漿(ICP)；一射頻(RF)電源140，用以提供具有相反相位的正功率和負功率，以分別向第一電感性線圈結構的兩端提供射頻(RF)功率的正功率和負功率，並改變一驅動頻率；第一主電容器121，設置在射頻(RF)電源的一正輸出端和第一電感性線圈結構的一端之間；以及一第二主電容器122，設置在射頻(RF)電源的一負輸出端和第一電感性線圈結構的一相對端之間。
第一電感性線圈結構110可包含電感性線圈112、114、116以及118和輔助電容器113、115以及117，電感性線圈112、114、116以及118彼此串聯連接並放置在不同層，輔助電容器113、115以及117分別設置在相鄰的電 感性線圈之間以將一提供的電壓分佈到電感性線圈。電感性線圈112、114、116以及118可設置成在每個層具有至少一個匝。
射頻(RF)電源140的驅動頻率可以在幾百千赫茲(kHz)到幾兆赫茲(MHz)的範圍內。射頻(RF)電源140的輸出功率可以在幾十瓦(W)至幾十千瓦(kW)的範圍內。射頻(RF)電源140可通過第一電感性線圈結構將電力提供給一時變負載(ICP)。第一電感性線圈結構110的電感性線圈可以與電感耦合電漿(ICP)電磁耦合。因此，可能需要射頻(RF)電源140和第一電感性線圈結構110之間阻抗匹配的一裝置。射頻(RF)電源140可配置為輸出相位彼此相反的一第一輸出功率和一第二輸出功率。在一定時間，第一輸出功率和第二輸出功率可相對於地面具有相反的相位。
一傳統的阻抗匹配網絡可包含用於阻抗匹配的兩個可變電抗裝置(例如，真空可變電容器)或變壓器。在這種情況下，第一電感性線圈結構110可能難以穩定地滿足與驅動頻率的諧振條件。因此，可使用具有一可變驅動頻率的一射頻(RF)功率，以允許在第一電感性線圈結構中彼此相鄰的一對電感性線圈和輔助電容器滿足串聯諧振條件。
介質管130可具有一圓柱形形狀並可在一長度方向上延伸。介質管130可以由具有良好耐熱性的材料(例如，玻璃、石英、陶瓷、氧化鋁或藍寶石)形成。介質管130的一內徑可以是幾十毫米(mm)。介質管130的長度可以是幾十厘米。
一圓柱形電感耦合電漿(ICP)產生系統可包含一圓柱形介質放電管和設置成圍繞放電管的一天線。在圓柱形電感耦合電漿(ICP)中，感應電場可能不會垂直入射到介質放電管中，因此可減少由離子衝擊引起的損傷。圓柱形電感耦合電漿(ICP)可以在圓柱形介質放電管之一中心軸的方向上產生一感應電場。然而，如果天線提供有一高電壓，則天線可產生電容耦合電漿以加熱介質管。因此，需要一種新的電感性線圈結構來防止高電壓施加到天線。
在第一電感性線圈結構110中，感應電場可取決於驅動頻率和 一電流(或單位長度的匝數)。此外，提供至第一電感性線圈結構110的最高電壓可根據第一電感性線圈結構110的總阻抗和電流來確定。第一電感性線圈結構110的阻抗可取決於第一電感性線圈結構110的電感和驅動頻率。因此，如果增加第一電感性線圈結構的電感以降低要施加到第一電感性線圈結構的最高電壓，則感應電場可具有一增加的強度，但是電容耦合效果可能會透過最高電壓而增加。因此，為了減小第一電感性線圈結構的阻抗，第一電感性線圈結構10可包含複數個電感性線圈112、114、116以及118和複數個輔助電容器113、115以及117，每一輔助電容器113、115以及117介於相鄰的電感性線圈之間。此外，電感性線圈和與其相鄰的輔助電容器可彼此串聯連接以形成一串聯諧振電路。電感性線圈和輔助電容器可以是電氣和交替佈置的並且可彼此串聯連接。因此，第一電感性線圈結構可提供一整體低阻抗。輔助電容器的數量可相比較於電感性線圈的數量少一個。
此外，第一電感性線圈結構110可整體構成一完美的諧振電路。為此，第一主電容器121可連接到第一電感性線圈結構110的一端，並且第二主電容器122可連接到第一電感性線圈結構110的一相對端。為了實現完美的諧振電路，第一主電容器121的電容可以是輔助電容器的電容C1的兩倍(即，係為2C1)。
如果配置這樣的諧振電路，則待施加到第一電感性線圈結構110的最高電壓可與電感性線圈的數量成反比例。
第一電感性線圈結構110可包含電感性線圈112、114、116以及118和輔助電容器113及115，電感性線圈112、114、116以及118彼此串聯連接並放置在不同層，輔助電容器113及115分別設置在相鄰的電感性線圈之間以將一提供的電壓分佈到電感性線圈。電感性線圈112、114、116以及118可設置成在每個層具有至少一個匝。
電感性線圈可包含第一至第四電感性線圈112、114、116以及118。輔助電容器可包含第一至第三輔助電容器113、115以及117。所有第一至 第四電感性線圈112、114、116以及118可具有相同的L1電感。所有第一至第三輔助電容器113、115以及117可具有相同的C1電容。第一至第三輔助電容器113、115以及117中的每一個可具有2C1，因此它可以描繪為一對串聯連接的虛擬電容器。因此，第一主電容器121、第一電感性線圈112以及虛擬電容器可構成一諧振電路，從而整體降低電壓。
當與沒有設置輔助電容器113、115以及117的情況相比較時，如果提供輔助電容器，則電壓可以與電感性線圈的數量成反比地減小。然而，可保持介質管中的每單位長度的總匝數。為了滿足這種諧振條件，驅動頻率可控制為以與諧振頻率一致。
此外，為了增加介質管中每單位長度的匝數，從而增加感應電場的強度，電感性線圈112、114、116以及118中的每一個可以是3匝線圈或4匝線圈。電感性線圈112、114、116以及118可以足夠小的距離垂直堆疊，並且可能需要用於電連接的空間。為了滿足這一要求，每個電感性線圈可不具有跳過一佈置平面的部分，並且每個電感性線圈的輸入和輸出端不應放置在一相互堆疊的位置。為此，提出了具有以下結構的電感性線圈。
電感性線圈112、114、116以及118可包含順次堆疊的第一至第四電感性線圈112、114、116以及118。輔助電容器113、115以及117可包含第一至第三輔助電容器113、115以及117。
每對電感性線圈之間的輔助電容器可用以反轉電位。換句話而言，在相同的佈置平面上，靠近介質管的轉彎(或第一圓弧部分)和最遠的轉彎(或第四圓弧部分)可感應成具有彼此相反的電位。在介質管中，電感性線圈的電位可消除，因此，可能不會發生透過一電容耦合朝向介質管的一靜電電場。靜電電場的這種減小可減小一電容耦合效應。
在一傳統的結構中，電感可在天線的兩端引起一大的電位差，並且大的電位差可能導致離子加速、能量損失以及介質管的加熱和損壞。相比之下，在輔助電容器設置在電感性線圈之間的情況下，電位差可減小，並且電位可在每 個電感性線圈的內部和外部區域具有相反的符號。具有相反符號的電位可作為介質管中的偶極場，從而減少一靜電電場。電感性線圈112、114、116以及118中的每一個可包含複數個纏繞在同一平面上的繞組線。
可提供第一電感性線圈112以圍繞介質管。當與第一電感性線圈112相比較時，第二電感性線圈114可逆時針旋轉90°並且可放置在第一電感性線圈112的下方並與其對準。當與第二電感性線圈114相比較時，第三電感性線圈116可逆時針旋轉90°並且可放置在第二電感性線圈114的下方並與其對準。當與第三電感性線圈116相比較時，第四電感性線圈118可逆時針旋轉90°並且可放置在第三電感性線圈116下方並與其對準。第一電感性線圈112的一端可通過第一主電容器121連接到射頻(RF)電源140的正輸出端。第一電感性線圈112的一相對端可通過第一輔助電容器113連接到第二電感性線圈114的一端。第二電感性線圈114的一相對端可通過第二輔助電容器115連接到第三電感性線圈116的一端。第三電感性線圈116的一相對端可通過第三輔助電容器117連接到第四電感性線圈118的一端。第四電感性線圈118的一相對端可通過第二主電容器122連接到射頻(RF)電源140的負輸出端。為了保持方位對稱性，當第一至第四電感性線圈堆疊在另一個上時，第一至第四電感性線圈中的每一個可以旋轉90°。
每個電感性線圈的最內繞組線的一電壓(例如2V)可具有與最外繞組線的一電壓(例如-2V)相反的相位。此外，所有電感性線圈的最內側的繞組線可具有相同的電壓。因此，相鄰的電感性線圈之間的寄生電容可減小，並且放電特性可提高。此外，由於介質管中的電漿受到內部繞組線的相同電壓的影響，因此可能會降低一局部離子濺射。
電感性線圈可分成複數個電感性線圈，並且輔助電容器可介入在所分的電感性線圈之間以降低最高電壓。然而，為了提供一足夠高的感應電場，需要增加每單位長度的匝數。為了增加每單位長度的匝數，可增加每個電感性線圈112、114、116以及118中的匝數。然而，必須將每個電感性線圈設置在相同 的佈置平面上。如果每個電感性線圈具有不位於佈置平面上的佈線部分，則可能導致設置在一相鄰層上的其他電感性線圈密集堆疊困難。每個電感性線圈可在相同的佈置平面上具有3或4匝。
在某些實施例中，每個電感性線圈的繞組數可配置為具有五匝或更多匝。
電感性線圈112、114、116以及118中的每一個可包含：一第一圓弧部分22a，具有在直角坐標系中的一第一或x軸方向上開口的部分，並且設置在佈置平面上而具有一第一中心角和一恆定的第一半徑；一第二圓弧部分22b，設置在佈置平面上而具有相比較於第一中心角為小的一第二中心角，具有相比較於第一半徑為大的一第二半徑，並且具有與第一圓弧部分的一中心軸相同的中心軸；一第三圓弧部分22c，設置在佈置平面上而具有相比較於第二中心角為小的一第三中心角，具有相比較於第二半徑為大的一第三半徑，並且具有與第一圓弧部分的中心軸相同的中心軸；一第四圓弧部分22d，設置在佈置平面上而具有相比較於第三中心角為小的一第四中心角，具有相比較於第三半徑為大的一第四半徑，並且具有與第一圓弧部分的中心軸相同的中心軸；一第一連接部23a，設置在佈置平面上而與第一圓弧部分22a的一端連接並且在第一或x軸方向上延伸；一「U」形的第一圓弧連接部24a，設置在佈置平面上，以將第一圓弧部分22a的一相對端與第二圓弧部分22b的一端193a相連接；一「U」形的第二圓弧連接部24b，設置在佈置平面上，以將第二圓弧部分的一相對端與第三圓弧部分的一端相連接；一「U」形的第三圓弧連接部24c，設置在佈置平面上，以將第三圓弧部分的一相對端與第四圓弧部分的一端相連接；以及一第二連接部23b，設置在佈置平面上，與第四圓弧部分22d的一相對端連接並且在第一方向上延伸。第四中心角可等於或大於270°。第一圓弧連接部24a、第二圓弧連接部24b以及第三圓弧連接部24c可以彼此不重疊的方式設置。第一圓弧連接部24a可以設置在由第二圓弧連接部24b限定的區域中。
在每個電感性線圈112、114、116以及118中，繞組線(例如， 第一至第四圓弧部分)之間的空間可以是均勻的。舉例而言，該空間可以在1毫米(mm)至3毫米(mm)的範圍內。為了使得電感性線圈具有足夠的方位對稱性，第一至第四中心角可以等於或大於270°。為了透過一電壓差抑制在大氣壓下電弧放電的發生，第一至第四圓弧部分可彼此間隔幾毫米(mm)或更大的足夠大的距離。
設置在相鄰層的電感性線圈可透過一絕緣間隔件150彼此電斷開。絕緣間隔件150可以為一墊圈(例如，具有中心穿透孔的一薄圓形板)的形式提供，並且可插入以包圍介質管130的一外側表面。絕緣間隔件150可以是玻璃、塑料或鐵氟龍(Teflon)。絕緣間隔件150的厚度可以是幾毫米的數量級。絕緣間隔件150的一內半徑可大致等於介質管130的一外半徑，並且絕緣間隔件150的外半徑可大致等於電感性線圈的一最外半徑。絕緣間隔件150的內半徑和外半徑之間的一距離可以在幾到幾十厘米的範圍內。
在一些實施例中，電感性線圈112、114、116以及118的至少一部分可由一陶瓷膏模製。包封電感性線圈的至少一部分的一陶瓷模具152可以與介質管130熱接觸。因此，在電感性線圈112、114、116以及118中存在製冷劑的情況下，電感性線圈可以使陶瓷模具152冷卻，並且陶瓷模具152可間接冷卻介質管130。
電感性線圈112、114、116以及118中的每一個可設置成在每一層向外纏繞介質管四次。放置在相鄰層的一對電感性線圈可透過它們之間的輔助電容器彼此串聯連接。可提供輔助電容器以具有消除電感性線圈之電感的電容。四個電感性線圈可組成一個組。四個電感性線圈可按照使得它們中的每一個相對於前一個逆時針旋轉90°的方式設置。
介質管的兩端可由一凸緣密封。一頂凸緣132可固定介質管的一端，並且可包含提供氫氣和氮氣的混合氣體的一噴嘴131。包圍介質管的中心部分的電感性線圈112、114、116以及118可在介質管中產生電感耦合電漿(ICP)。一底凸緣134可固定介質管的一相對端，並且可另外由電感耦合電漿(ICP)分 解的氣體可設置在介質管的相對端。
圖3A係為表示根據本發明概念的其他示例性實施例的一電感耦合電漿(ICP)產生系統的概念圖。
圖3B係為表示圖3A的電感耦合電漿(ICP)產生系統的電路圖。
圖3C係為表示圖3A的電感耦合電漿(ICP)產生系統的一電感性線圈結構中的分壓的圖式。
請參考圖3A至3C，一電感耦合電漿(ICP)產生系統200可包含：在一長度方向上延伸的一介質管130；第一電感性線圈結構110，包圍介質管130並在介質管130中產生電感耦合電漿(ICP)；一射頻(RF)電源140，配置為提供具有相反相位的正功率和負功率，以將射頻(RF)功率的正功率和負功率分別供給至第一電感性線圈結構的兩端，並改變一驅動頻率；一第一主電容器121，設置在射頻(RF)電源的一正輸出端和第一電感性線圈結構的一端之間；以及一第二主電容器122，設置在射頻(RF)電源的一負輸出端和第一電感性線圈結構的一相對端之間。
可提供一第二電感性線圈結構210以圍繞介質管130並可在長度方向上與第一電感性線圈結構110間隔開。第二電感性線圈結構210可具有與第一電感性線圈結構110相同的結構，並且可用以在介質管130中產生電感耦合電漿(ICP)。
第二電感性線圈結構210的一端可連接到第一電感性線圈結構110的一端，並且第二電感性線圈結構210的一相對端可連接到第一電感性線圈的一相對端。第一電感性線圈結構110和第二電感性線圈結構210可以在第一主電容器121和第二主電容器122之間彼此並聯連接。
構成第一電感性線圈結構110和第二電感性線圈結構210的每個電感性線圈112、114、116以及118可具有相同的電感(例如，第一電感L1)。構成第一電感性線圈結構110和第二電感性線圈結構210的輔助電容器113、 115以及117中的每一個可具有與第一電容C1相同的電容。可以控制射頻(RF)電源140的一驅動頻率以與由彼此串聯連接的第一電感L1和第一電容C1確定的一諧振頻率ω一致。
第一主電容器和第二主電容器可具有相同的電容(例如，第二電容)，並且第二電容可以是第一電容C1的四倍。
第一電感性線圈結構110的一端可鄰近第二電感性線圈結構210的一端。第一電感性線圈結構的一端和第二電感性線圈結構的一端可彼此連接並可連接到第一主電容器121。第一電感性線圈結構110的相對端和第二電感性線圈結構210的相對端可彼此連接並可連接到第二主電容器121。
第一電感性線圈結構110和第二電感性線圈結構210可設置為具有參考介質管130的一點的一垂直鏡面對稱。電流可以在中心垂直分割，然後可在兩端收集。
此外，第一電感性線圈結構110和第二電感性線圈結構210可整體地構成一完美的諧振電路。為此，第一主電容器121可連接到第一電感性線圈結構110的一端和第二電感性線圈結構210的一端。第二主電容器122可連接到第一電感性線圈結構110的相對端和第二電感性線圈結構210的相對端。為了實現這種完美的諧振電路，第一主電容器121的電容可以是輔助電容器的電容C1的四倍(即，係為4C1)。第一主電容器可描繪為並聯電容器且可具有2C1。
電感性線圈可包含第一至第四電感性線圈112、114、116以及118。輔助電容器可包含第一至第三輔助電容器113、115以及117。所有第一至第四電感性線圈112、114、116以及118可具有相同的L1電感。所有第一至第三輔助電容器113、115以及117可具有相同的C1電容。第一至第三輔助電容器113、115以及117中的每一個可描繪為一對串聯連接的虛擬電容器，並且可具有2C1。因此，第一主電容器121的一部分(2C1)、第一電感性線圈112以及虛擬電容器(2C1)可構成諧振電路，從而整體降低電壓。
第一電感性線圈結構110和第二電感性線圈結構210可彼此並聯連接，因此，電感耦合電漿(ICP)產生系統200可包含八個電感性線圈。第一電感性線圈結構的電感性線圈可按照它們中的每一個相對於前一個逆時針旋轉90°的方式順次設置。第二電感性線圈結構的電感性線圈可按照它們中的每一個相對於前一個順時針旋轉90°的方式順次設置。
可提供輔助電容器以消除電感性線圈之間的阻抗的一虛擬部。每組包含四個串聯連接的電感性線圈的兩組(即，第一和第二電感性線圈結構)的兩端可彼此並聯連接，然後可電連接到一外部終端。
每對電感性線圈之間的輔助電容器可用以反轉電位。換句話而言，在相同的佈置平面上，靠近介質管的最內側轉彎(或第一圓弧部分)和最外側的轉彎(或第四圓弧部分)可感應成具有彼此相反的電位。在介質管中，電感性線圈的電位可消除，因此，可能不會發生透過一電容耦合朝向介質管的一靜電電場。靜電電場的這種減小可減小一電容耦合效應。
在一傳統的結構中，電感可在天線的兩端引起一大的電位差，並且大的電位差可能導致離子加速、能量損失以及介質管的加熱和損壞。相比之下，在輔助電容器設置在電感性線圈之間的情況下，電位差可減小，並且電位可在每個電感性線圈的內部和外部區域具有相反的符號。具有相反符號的電位可作為介質管中的偶極場，從而減少一靜電電場。
圖4A係為表示根據本發明概念的其他示例實施例的電感耦合電漿(ICP)產生系統的概念圖。
圖4B係為表示圖4A的電感耦合電漿(ICP)產生系統的電路圖。
圖4C係為表示圖4A的電感耦合電漿(ICP)產生系統之電感性線圈結構中的分壓的圖式。
圖4D係為表示圖4A的電感耦合電漿(ICP)產生系統的電感性線圈的平面圖。
請參考圖4A至4D，一電感耦合電漿(ICP)產生系統300可包含：在一長度方向上延伸的一介質管130；第一電感性線圈結構310，包圍介質管130並在介質管130中產生電感耦合電漿(ICP)；一射頻(RF)電源140，配置為提供具有相反相位的正功率和負功率，以將射頻(RF)功率的正功率和負功率分別供給至第一電感性線圈結構的兩端，並改變一驅動頻率；一第一主電容器121，設置在射頻(RF)電源的一正輸出端和第一電感性線圈結構的一端之間；以及一第二主電容器122，設置在射頻(RF)電源的一負輸出端和第一電感性線圈結構的一相對端之間。
第一主電容器121和第二主電容器122可具有相同的電容(例如，第二電容)，並且第二電容可以是輔助電容器的第一電容C1的兩倍。
電感性線圈可包含第一至第四電感性線圈312、314、316以及318。輔助電容器可包含第一至第三輔助電容器113、115以及117。所有第一至第四電感性線圈312、314、316以及318可具有相同的L1電感。所有第一至第三輔助電容器113、115以及117可具有相同的C1電容。第一至第三輔助電容器113、115以及117中的每一個可描繪為一對串聯連接的虛擬電容器，並且可具有2C1。因此，第一主電容器121的一部分(2C1)、第一電感性線圈312以及虛擬電容器(2C1)可構成諧振電路，從而整體降低電壓。
電感性線圈312、314、316以及318中的每一個可包含：一第一圓弧部分32a，具有在直角坐標系中的一第一或x軸方向上開口的部分，並且設置在佈置平面上而具有一第一中心角和一恆定的第一半徑；一第二圓弧部分32b，設置在佈置平面上而具有相比較於第一中心角為小的一第二中心角，具有相比較於第一半徑為大的一第二半徑，並且具有與第一圓弧部分的一中心軸相同的中心軸；一第三圓弧部分32c，設置在佈置平面上而具有相比較於第二中心角為小的一第三中心角，具有相比較於第二半徑為大的一第三半徑，並且具有與第一圓弧部分的中心軸相同的中心軸；一第一連接部33a，設置在佈置平面上而與第一圓弧部分的一端連接並且在第一方向上延伸；一「U」形的第一圓弧連接部34a， 設置在佈置平面上，以將第一圓弧部分的一相對端與第二圓弧部分的一端相連接；一「U」形的第二圓弧連接部34b，設置在佈置平面上，以將第二圓弧部分的一相對端與第三圓弧部分的一端相連接；以及一第二連接部33b，設置在佈置平面上，與第三圓弧部分的一相對端連接並且在第一方向上延伸。第三中心角可等於或大於270°。
圖5A係為表示根據本發明概念的其他示例性實施例的電感耦合電漿(ICP)產生系統的概念圖。
圖5B係為表示圖5A的電感耦合電漿(ICP)產生系統的電感性線圈的平面圖。
請參考圖5A及5B，一電感耦合電漿(ICP)產生系統400可包含：在一長度方向上延伸的一介質管130；第一電感性線圈結構410，包圍介質管130並在介質管130中產生電感耦合電漿(ICP)；一射頻(RF)電源140，配置為提供具有相反相位的正功率和負功率，以將射頻(RF)功率的正功率和負功率分別供給至第一電感性線圈結構的兩端，並改變一驅動頻率；一第一主電容器121，設置在射頻(RF)電源的一正輸出端和第一電感性線圈結構的一端之間；以及一第二主電容器122，設置在射頻(RF)電源的一負輸出端和第一電感性線圈結構的一相對端之間。
第一主電容器121和第二主電容器122可具有相同的電容(例如，第二電容)，並且第二電容可以是輔助電容器的第一電容C1的兩倍。
電感性線圈可包含第一至第四電感性線圈412、414、416以及418。輔助電容器可包含第一至第三輔助電容器113、115以及117。所有第一至第四電感性線圈412、414、416以及418可具有相同的L1電感。所有第一至第三輔助電容器113、115以及117可具有相同的C1電容。第一至第三輔助電容器113、115以及117中的每一個可描繪為一對串聯連接的虛擬電容器，並且可具有2C1。因此，第一主電容器121的一部分(2C1)、第一電感性線圈412以及虛擬電容器(2C1)可構成諧振電路，從而整體降低電壓。
電感性線圈412、414、416以及418中的每一個可包含：一第一圓弧部分42a，具有在直角坐標系中的一第一方向上開口的部分，並且設置在佈置平面上而具有一第一中心角和一恆定的第一半徑；一第二圓弧部分42b，設置在佈置平面上而具有相比較於第一中心角為小的一第二中心角，具有相比較於第一半徑為大的一第二半徑，並且具有與第一圓弧部分的一中心軸相同的中心軸；一第一連接部43a，設置在佈置平面上而與第一圓弧部分的一端連接並且在第一方向上延伸；一「U」形的第一圓弧連接部44a，設置在佈置平面上，以將第一圓弧部分的一相對端與第二圓弧部分的一端相連接；以及一第二連接部43b，設置在佈置平面上，與第二圓弧部分的一相對端連接並且在第一方向上延伸。第二中心角可等於或大於270°。
根據本發明概念的一些實施例，一電漿產生系統可包含一電感性線圈結構，電感性線圈結構配置為抑制一電容耦合效應並且穩定且有效地產生電感耦合電漿(ICP)。
根據本發明概念的一些實施例，提供輔助電容器以將構成電漿產生系統的電感性線圈結構的電感性線圈彼此串聯連接，並且使得可分配一電壓和降低整體最高電壓。
根據本發明概念的一些實施例，一電漿產生系統配置為在構成電感性線圈結構的每個電感性線圈與介質管接觸的位置具有相同的電位，因此，可抑制一寄生電容器的發生，提高放電穩定性，以及抑制局部離子濺射。
雖然已經具體示出和描述了本發明概念的示例性實施例，但是本領域普通技術人員將會理解，在不脫離所附專利申請範圍的精神和範圍的情況下，可以在其中進行形式和細節上的變化。
100‧‧‧電感耦合電漿產生系統
101‧‧‧感應放電模組
110‧‧‧第一電感性線圈結構
112‧‧‧第一電感性線圈
113‧‧‧第一輔助電容器
114‧‧‧第二電感性線圈
115‧‧‧第二輔助電容器
116‧‧‧第三電感性線圈
117‧‧‧第三輔助電容器
118‧‧‧第四電感性線圈
121‧‧‧第一主電容器
122‧‧‧第二主電容器
130‧‧‧介質管
131‧‧‧噴嘴
132‧‧‧頂凸緣
134‧‧‧底凸緣
140‧‧‧射頻(RF)電源
150‧‧‧絕緣間隔件
152‧‧‧陶瓷模具
C1‧‧‧第一電容
L1‧‧‧第一電感

Claims (19)

  1. 一種電感耦合電漿產生系統，包含：一介質管，沿一長度方向延伸；一第一電感性線圈結構，包圍該介質管並在該介質管中產生電感耦合電漿；一射頻電源，提供具有相反相位的正電壓和負電壓，用以分別向該第一電感性線圈結構的兩端提供一射頻功率的正電壓和負電壓，並且改變一驅動頻率；一第一主電容器，設置在該射頻電源的一正輸出端和該第一電感性線圈結構的一端之間；以及一第二主電容器，設置在該射頻電源的一負輸出端和該第一電感性線圈結構的一相對端之間，其中該第一電感性線圈結構包含：複數個電感性線圈，彼此串聯連接並放置在不同的層，該些電感性線圈在每一層具有至少一匝；以及複數個輔助電容器，分別設置在相鄰的該些電感性線圈之間，以分佈施加到該些電感性線圈的一電壓，其中該第一主電容器、該第二主電容器及該些輔助電容器為固定電容器，其中每一該些電感性線圈具有與一第一電感相同的電感；其中每一該些輔助電容器具有與一第一電容相同的電容；及 其中該射頻電源的該驅動頻率被配置為受控制為與一諧振頻率一致，該諧振頻率係由彼此串聯連接的該第一電感和該第一電容確定。
  2. 如請求項1所述之電感耦合電漿產生系統，其中該第一主電容器和該第二主電容器中的每一個具有與第二電容相同的電容，以及該第二電容係為該第一電容的兩倍。
  3. 如請求項1所述之電感耦合電漿產生系統，其中每一該些電感性線圈係為2至4圈的天線。
  4. 如請求項1所述之電感耦合電漿產生系統，更包含一第二電感性線圈結構，該第二電感性線圈結構用以包圍該介質管，在該介質管中產生電感耦合電漿，並且具有與該第一電感性線圈結構相同的結構，該第二電感性線圈結構與該第一電感性線圈結構間隔開，其中該第二電感性線圈結構的一端連接至該第一電感性線圈結構的一端，該第二電感性線圈結構的一相對端連接至該第一電感性線圈結構的一相對端，以及該第一電感性線圈結構和該第二電感性線圈結構在該第一主電容器和該第二主電容器之間彼此並聯連接。
  5. 如請求項4所述之電感耦合電漿產生系統，其中構成該第一電感性線圈結構和該第二電感性線圈結構的每一電感性線圈具有係為第一電感的相同的電感，構成該第一電感性線圈結構和該第二電感性線圈結構的每一輔助電容器具有與第一電容相同的電容，以及 該射頻功率的一驅動頻率控制為與由彼此串聯連接的該第一電感和該第一電容確定的一諧振頻率一致。
  6. 如請求項5所述之電感耦合電漿產生系統，其中該第一主電容器和該第二主電容器中的每一個具有與第二電容相同的電容，以及該第二電容係為該第一電容的四倍。
  7. 如請求項5所述之電感耦合電漿產生系統，其中該第一電感性線圈結構的該一端和該第二電感性線圈結構的該一端放置為彼此相鄰，該第一電感性線圈結構的該一端和該第二電感性線圈結構的該一端彼此連接並連接至該第一主電容器。
  8. 如請求項1所述之電感耦合電漿產生系統，其中每一該些電感性線圈包含：一第一圓弧部分，具有在一直角坐標系中在第一方向上開口的一部分，並且設置在一佈置平面上以具有一第一中心角和一恆定的第一半徑；一第二圓弧部分，設置在該佈置平面上，以具有小於該第一中心角的一第二中心角，以具有大於該第一半徑的一第二半徑，並且具有與該第一圓弧部分的一中心軸相同的中心軸；一第一連接部，設置在該佈置平面上，以與該第一圓弧部分的一端連接並沿該第一方向延伸；一「U」形的第一圓弧連接部，設置在該佈置平面上，以將該第一圓弧部分的一相對端與該第二圓弧部分的一端連接；以及一第二連接部，設置在該佈置平面上，以連接至該第二圓弧部分的一相對端並沿該第一方向延伸。
  9. 如請求項1所述之電感耦合電漿產生系統，其中每一該些電感性線圈包含：一第一圓弧部分，具有在一直角坐標系中在一第一方向上開口的部分，並且設置在一佈置平面上以具有一第一中心角和一恆定的第一半徑；一第二圓弧部分，設置在該佈置平面上，以具有小於該第一中心角的一第二中心角，以具有大於該第一半徑的一第二半徑，並具有與該第一圓弧部分的一中心軸相同的中心軸；一第三圓弧部分，設置在該佈置平面上，以具有小於該第二中心角的一第三中心角，以具有大於該第二半徑的一第三半徑，並具有與該第一圓弧部分的該中心軸相同的中心軸；一第一連接部，設置在該佈置平面上，以與該第一圓弧部分的一端連接並沿該第一方向延伸；一「U」形的第一圓弧連接部，設置在該佈置平面上，以將該第一圓弧部分的一相對端與該第二圓弧部分的一端連接；一「U」形的第二圓弧連接部，設置在該佈置平面上，以將該第二圓弧部分的一相對端連接到該第三圓弧部分的一端；以及一第二連接部分，設置在該佈置平面上，以連接到該第三圓弧部分的一相對端並沿該第一方向延伸。
  10. 如請求項1所述之電感耦合電漿產生系統，其中每一該些電感性線圈包含：一第一圓弧部分，具有在一直角坐標系中在一第一方向上開口的一部分，並且設置在一佈置平面上以具有一第一中心角和一恆定的第一半徑； 一第二圓弧部分，設置在該佈置平面上，以具有小於該第一中心角的一第二中心角，以具有大於該第一半徑的一第二半徑，並具有與該第一圓弧部分的一中心軸相同的中心軸；一第三圓弧部分，設置在該佈置平面上，以具有小於該第二中心角的一第三中心角，以具有大於該第二半徑的一第三半徑，並具有與該第一圓弧部分的該中心軸相同的中心軸；一第四圓弧部分，設置在該佈置平面上，以具有小於該第三中心角的一第四中心角，以具有大於該第三半徑的一第四半徑，並具有與該第一圓弧部分的該中心軸相同的中心軸；一第一連接部，設置在該佈置平面上，以與該第一圓弧部分的一端連接並沿該第一方向延伸；一「U」形的第一圓弧連接部，設置在該佈置平面上，以將該第一圓弧部分的一相對端與該第二圓弧部分的一端連接；一「U」形的第二圓弧連接部，設置在該佈置平面上，以將該第二圓弧部分的一相對端連接到該第三圓弧部分的一端；一「U」形的第三圓弧連接部，設置在該佈置平面上，以將該第三圓弧部分的一相對端連接到該第四圓弧部分的一端；以及一第二連接部，設置在該佈置平面上，以連接到該第四圓弧部分的一相對端並沿該第一方向延伸。
  11. 如請求項5所述之電感耦合電漿產生系統，其中該第一電感性線圈結構和該第二電感性線圈結構設置為具有參考該介質管之一點的一垂直鏡面對稱性，以及 電流在一中心垂直分割，然後在兩端收集。
  12. 如請求項1所述之電感耦合電漿產生系統，其中該些電感性線圈的功率輸入端設置為在一方位角方向上保持一均勻的角度。
  13. 如請求項1所述之電感耦合電漿產生系統，其中該些電感性線圈的至少一部分係由一陶瓷模具固定。
  14. 如請求項1所述之電感耦合電漿產生系統，更包含一墊圈形絕緣間隔件，設置在該些電感性線圈之間以將該些電感性線圈彼此電斷開。
  15. 如請求項1所述之電感耦合電漿產生系統，其中該些電感性線圈包含順次堆疊的第一電感性線圈至第四電感性線圈，該些輔助電容器包含第一輔助電容器至第三輔助電容器，當相比較於該第一電感性線圈時，該第二電感性線圈逆時針旋轉90°，並放置在該第一電感性線圈下方並與該第一電感性線圈對準，當相比較於該第二電感性線圈時，該第三電感性線圈逆時針旋轉90°，並放置在該第二電感性線圈下方並與該第二電感性線圈對準，當相比較於該第三電感性線圈時，該第四電感性線圈逆時針旋轉90°，並放置在該第三電感性線圈下方並與該第三電感性線圈對準，該第一電感性線圈的一端通過該第一主電容器連接至該射頻電源的一正輸出端，該第一電感性線圈的一相對端通過該第一輔助電容器連接至該第二電感性線圈的一端，該第二電感性線圈的一相對端通過該第二輔助電容器連接至該第三電感性線圈的一端， 該第三電感性線圈的一相對端通過該第三輔助電容器連接至該第四電感性線圈的一端，以及該第四電感性線圈的一相對端通過該第二主電容器連接至該射頻電源的一負輸出端。
  16. 一種基板處理系統，包含：一處理室，用以處理一半導體基板；以及一電感耦合電漿產生系統，用以將由電漿提供的活性物質提供至該處理室中，其中該電感耦合電漿產生系統包含：一介質管，沿一長度方向延伸；一第一電感性線圈結構，包圍該介質管並在該介質管中產生電感耦合電漿；一射頻電源，提供具有相反相位的正電壓和負電壓，用以分別向該第一電感性線圈結構的兩端提供一射頻功率的正電壓和負電壓，並且改變一驅動頻率；一第一主電容器，設置在該射頻電源的一正輸出端和該第一電感性線圈結構的一端之間；以及一第二主電容器，設置在該射頻電源的一負輸出端和該第一電感性線圈結構的一相對端之間，其中該第一電感性線圈結構包含：複數個電感性線圈，彼此串聯連接並放置在不同的層，該些電感性線圈在每一層具有至少一匝；以及 複數個輔助電容器，分別設置在相鄰的該些電感性線圈之間，以分佈施加到該些電感性線圈的一電壓，其中該第一主電容器、該第二主電容器及該些輔助電容器為固定電容器，其中每一該些電感性線圈具有與一第一電感相同的電感；其中每一該些輔助電容器具有與一第一電容相同的電容；及其中該射頻電源的該驅動頻率被配置為受控制為與一諧振頻率一致，該諧振頻率係由彼此串聯連接的該第一電感和該第一電容確定。
  17. 一種電感性線圈結構，用以包圍一介質管並在該介質管中產生電感耦合電漿，其中該電感性線圈結構包含：複數個電感性線圈，彼此串聯連接並放置在不同的層，該些電感性線圈在每一層具有至少一匝並具有相同的結構；以及複數個輔助電容器，分別設置在相鄰的該些電感性線圈之間，以分佈施加到該些電感性線圈的一電壓，其中一第一主電容器係位於一射頻電源的一正輸出端及該電感性線圈結構的一端之間；且一第二主電容器係位於該射頻電源的一負輸出端及該電感性線圈結構的一相對端之間；其中該第一主電容器、該第二主電容器及該些輔助電容器為固定電容器；其中每一該些電感性線圈具有與一第一電感相同的電感；且其中該射頻電源的一驅動頻率被配置為受控制為與一諧振頻率一致，該諧振頻率係由彼此串聯連接的該第一電感和該第一電容確定。
  18. 如請求項17所述之電感性線圈結構，其中每一該些電感性線圈包含：一第一圓弧部分，具有在一直角坐標系中在一第一方向上開口的一部分，並且設置在一佈置平面上以具有一第一中心角和一恆定的第一半徑；一第二圓弧部分，設置在該佈置平面上，以具有小於該第一中心角的一第二中心角，以具有大於該第一半徑的一第二半徑，並具有與該第一圓弧部分的一中心軸相同的中心軸；一第三圓弧部分，設置在該佈置平面上，以具有小於該第二中心角的一第三中心角，以具有大於該第二半徑的一第三半徑，並具有與該第一圓弧部分的該中心軸相同的中心軸；一第一連接部，設置在該佈置平面上，以與該第一圓弧部分的一端連接並沿該第一方向延伸；一「U」形的第一圓弧連接部，設置在該佈置平面上，以將該第一圓弧部分的一相對端與該第二圓弧部分的一端連接；一「U」形的第二圓弧連接部，設置在該佈置平面上，以將該第二圓弧部分的一相對端連接到該第三圓弧部分的一端；以及一第二連接部分，設置在該佈置平面上，以連接到該第三圓弧部分的一相對端並沿該第一方向延伸。
  19. 如請求項17所述之電感性線圈結構，其中每個該電感性線圈包含：一第一圓弧部分，具有在一直角坐標系中在一第一方向上開口的一部分，並且設置在一佈置平面上以具有一第一中心角和一恆定的第一半徑； 一第二圓弧部分，設置在該佈置平面上，以具有小於該第一中心角的一第二中心角，以具有大於該第一半徑的一第二半徑，並具有與該第一圓弧部分的一中心軸相同的中心軸；一第三圓弧部分，設置在該佈置平面上，以具有小於該第二中心角的一第三中心角，以具有大於該第二半徑的一第三半徑，並具有與該第一圓弧部分的該中心軸相同的中心軸；一第四圓弧部分，設置在該佈置平面上，以具有小於該第三中心角的一第四中心角，以具有大於該第三半徑的一第四半徑，並具有與該第一圓弧部分的該中心軸相同的中心軸；一第一連接部，設置在該佈置平面上，以與該第一圓弧部分的一端連接並沿該第一方向延伸；一「U」形的第一圓弧連接部，設置在該佈置平面上，以將該第一圓弧部分的一相對端與該第二圓弧部分的一端連接；一「U」形的第二圓弧連接部，設置在該佈置平面上，以將該第二圓弧部分的一相對端連接到該第三圓弧部分的一端；一「U」形的第三圓弧連接部，設置在該佈置平面上，以將該第三圓弧部分的一相對端連接到該第四圓弧部分的一端；以及一第二連接部，設置在該佈置平面上，以連接到該第四圓弧部分的一相對端並沿該第一方向延伸。
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