專利名稱：用于感應(yīng)式等離子體處理器的層疊rf激勵(lì)線圈的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明主要涉及采用RF等離子體激勵(lì)線圈的感應(yīng)式等離子體處理器，尤其涉及采用包括與平面匝電連接的平面繞組段的線圈的處理器，其中，平面繞組段相對(duì)于平面匝而垂直層疊。本發(fā)明的另一方面涉及包括一個(gè)線圈的處理器，該線圈具有平面匝的繞組，其平面繞組在第一平面上有一接頭，且連接著平面匝或者在第二平面上有一接頭的部分匝，其中，線圈是由RF激勵(lì)端子驅(qū)動(dòng)的，該激勵(lì)端與第一和第二平面隔開，且線圈匝的接頭(1)相互相互連接，和/或(2)通過連接結(jié)構(gòu)連接到激勵(lì)端，連接結(jié)構(gòu)的兩端之間平滑、逐漸延伸、沒有尖銳的彎曲。
背景技術(shù)：
一類用于在真空腔室中采用RF等離子體處理工件的處理器包括所連接著的線圈，該線圈通過設(shè)置在線圈上面的外殼的端點(diǎn)之間垂直延伸的引線來響應(yīng)RF源。這個(gè)線圈通常具有平面形或球形或半球形的形狀，它由RF源驅(qū)動(dòng)，以產(chǎn)生在腔室中激勵(lì)離化氣體形成等離子體的電磁場。線圈連接著激勵(lì)源的引線以角度與線圈的端點(diǎn)相交。通常，線圈是在介電窗口上或與之相鄰，該窗口沿與被處理的工件的水平延伸表面平行的方向延伸。激勵(lì)的等離子體在腔室中與工件相互作用，從而刻蝕工件或者在該工件上沉積材料。工件一般是具有平面圓形表面的半導(dǎo)體晶片或者是固體介質(zhì)板，例如，用于純平顯示器的矩形玻璃基板，或金屬平板。
Ogle在美國專利4,948,458中揭示了能獲得上述結(jié)果的多匝螺旋平面線圈。該螺旋一般具有Archimedes(阿基米得)類型，它在通過阻抗匹配網(wǎng)路連接著RF源的內(nèi)部和外部端點(diǎn)之間徑向形和圓環(huán)形延伸。這類線圈產(chǎn)生振蕩的RF場，該RF場具有磁場和電場分量，能夠穿透介質(zhì)窗口，以激勵(lì)靠近窗口的等離子體腔室部分的電子和離子。在靠近窗口的等離子體部分中的磁場的螺旋形分布是由在線圈各點(diǎn)電流所產(chǎn)生的各個(gè)磁場分量之和的函數(shù)。電場的感性分量是由變化磁場的時(shí)間來產(chǎn)生的，同時(shí)，電場的容性分量是由線圈中的RF電壓所產(chǎn)生的。所感應(yīng)的電場是水平的，而容性的電場是垂直于工件的。在不同點(diǎn)上，電壓和電流是不同的，這是因?yàn)樵赗F圓的頻率下線圈的傳輸線效應(yīng)。
對(duì)于由和根據(jù)Ogle在美國專利4,948,458所揭示的螺旋性設(shè)計(jì)，在螺旋性線圈中的電流分布，產(chǎn)生螺旋管形的電場。從而引起靠近窗口的螺旋管形等離子體，在靠近窗口的地方氣體吸收了功率激勵(lì)氣體形成等離子體。螺旋管形磁場是由環(huán)形的電場來完成的，該電場刻產(chǎn)生環(huán)形等離子體的分布。在低壓的條件下，例如，在1.0至10mTorr的范圍內(nèi)，從等離子體密度突出的螺旋管性區(qū)域的等離子體擴(kuò)散趨向于非均勻性并且增加了正在工件正中上方中心的腔室內(nèi)的等離子體的密度。然而，僅僅是等離子體的擴(kuò)散是不足以補(bǔ)償在腔室壁上的等離子體的損耗，以及在工件周圍的等離子體也不能獨(dú)立變化。在中間的壓力范圍時(shí)，例如，在10至100mTorr的范圍內(nèi)，等離子體中的電子、粒子和中子的氣相碰撞基本上避免了等離子體電荷粒子從螺旋管性區(qū)域的擴(kuò)散。因此，在工件的環(huán)形類區(qū)域中存在著相當(dāng)高的等離子體密度，但是在中心和周圍的工件中只存在著較低的等離子體密度。
這些不同的工作條件在螺旋管的內(nèi)部和螺線管的外部之間，以及以相對(duì)于工件固定架平面(即，腔室的軸線)的法線角度的腔室的中心線的不同水平角度產(chǎn)生較大的等離子體流量(即，等離子體密度)的變化。這些等離子體流量的變化會(huì)引起基本的標(biāo)準(zhǔn)偏差，即，入射在工件上的等離子體的流量會(huì)超過百分之六。入射在工件上的等離子體流量基本標(biāo)準(zhǔn)具有引起非均勻工件處理的可能，例如，工件的不同部分會(huì)經(jīng)受不同程度的刻蝕和/或在工件上沉積不同數(shù)量的材料。
為了改進(jìn)入射工件的等離子體密度均勻性的許多結(jié)構(gòu)都考慮了幾何原理，主要是涉及到線圈的幾何尺寸。見，例如美國專利5,304,279；5,277,751；5,226,967；5,368,710；5,800,619；5,401,350；5,558,722；5,759,280；5,795,429；5,847,074和6,028,395。然而，這些線圈一般都設(shè)計(jì)成能改善徑向等離子體流量的均勻性和具有較大的范圍了忽略水平等離子體流量均勻性或水平對(duì)稱性。
我們所共同申請(qǐng)的美國專利“適用于感應(yīng)耦合的等離子體發(fā)生系統(tǒng)的多線圈天線”揭示了另一種線圈，該線圈包括兩個(gè)各具有第一和第二端點(diǎn)的同心電并聯(lián)的繞組，第一和第二端點(diǎn)可認(rèn)為是各個(gè)繞組的輸入和輸出端點(diǎn)。各自的第一端點(diǎn)通過第一串聯(lián)電容器與RF功率源所驅(qū)動(dòng)的匹配網(wǎng)路的輸出端點(diǎn)相連接。各自的第二端點(diǎn)通過第二串聯(lián)電容器與匹配網(wǎng)路和RF源的共同接地端點(diǎn)相連接。各個(gè)繞組可以包括單個(gè)繞組，或以相對(duì)于兩個(gè)繞組的共同軸的類螺旋性方式環(huán)形和徑向延伸的多個(gè)繞組。各個(gè)繞組是平面的和三維的(即，球形和半球形的)或者單個(gè)繞組的分開繞組可以相互層疊，以增加由單個(gè)繞組耦合的電磁場的強(qiáng)度來產(chǎn)生等離子體。
Holland等人申請(qǐng)的美國專利6,028,395揭示了包括多個(gè)電并聯(lián)的繞組的線圈。繞組的外圍部分是相互垂直層疊的，以及介質(zhì)窗口將線圈與真空腔室內(nèi)部相分離。層疊的線圈部分設(shè)置成電流流動(dòng)所產(chǎn)生的電磁場并聯(lián)通過兩個(gè)部分，相加的電磁場有助于保持在腔室中的相對(duì)均勻的電磁場和在工件上相對(duì)均勻的等離子體的密度。
層疊線圈部分的并聯(lián)連接是通過基本垂直于兩個(gè)并聯(lián)層疊線圈部分延伸的支柱來建立的。引線垂直連接線圈端點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生反面的影響。特別是，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)支柱和引線似乎會(huì)引起線圈和特別是在引線和連接線圈端點(diǎn)附近區(qū)域周圍的層疊線圈部分所產(chǎn)生的電磁場的不安全。除了支柱和引線具有在線圈中產(chǎn)生相對(duì)較大的駐波的傾向以外，這還會(huì)引起不均勻的等離子體入射在工件上。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供適用于等離子體處理器的新型的和改進(jìn)的線圈。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供適用于等離子體處理器的新型的和改進(jìn)的線圈，其中入射在工件上的等離子體密度是相當(dāng)高的水平和徑向均勻性。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供在驅(qū)動(dòng)真空等離子體處理器的等離子體激勵(lì)線圈的RF激勵(lì)端點(diǎn)和線圈的端點(diǎn)之間新型的和改進(jìn)的連接結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供等離子體激勵(lì)線圈在相對(duì)于處理器介質(zhì)窗口的不同平面上的部分之間的新型的和改進(jìn)的連接結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)發(fā)明，真空等離子體工件處理器多匝等離子體線圈設(shè)置定位在處理器的真空腔室的窗口上方，它至少具有一個(gè)基本平面的匝和與一部分平面匝層疊在一起的段。該層疊段與平面的匝數(shù)相分開，且所述分開的距離不同于在平面匝繞組和腔室內(nèi)部的底板之間的間隔(典型的是窗口厚度)，層疊段串聯(lián)連接著平面匝，使得相同的電流以相同的方向流過平面匝和層疊段。該層疊段主要用于增加感應(yīng)RF耦合到等離子體的特殊區(qū)域，以改善水平方向的等離子體均勻性，以及校正由于腔室和線圈的對(duì)稱性不是十分良好所引起的水平方向的非對(duì)稱性。對(duì)各個(gè)腔室和/或線圈結(jié)構(gòu)來說，要選擇好層疊段的位置，層疊段的弧的長度，以及在層疊段和平面匝之間的間隔，以便于優(yōu)化RF耦合到等離子體的特殊區(qū)域。
層疊段最好包括第一和第二端點(diǎn)，可用于串聯(lián)連接著平面匝。層疊段形成了另一個(gè)延長的部分匝，它具有另一組連接著平面匝的第一和第二端點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，建立在層疊段的第二端點(diǎn)和平面匝的第一端點(diǎn)之間連接的金屬引線包括互連環(huán)路。環(huán)路的第一和第二接頭分別連接著層疊段的第二端點(diǎn)和平面匝的第一接頭。環(huán)路是逐漸和平緩彎曲的，沒有任何尖銳的彎曲，使得它基本上不會(huì)干擾由層疊段和平面匝所產(chǎn)生的電磁場。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，第一金屬連接結(jié)構(gòu)具有第一和第二接頭，它們分別連接線圈的輸入端點(diǎn)和匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出。第二金屬連接結(jié)構(gòu)具有連接著線圈輸出端點(diǎn)的第一接頭和連接著端點(diǎn)電容器的第二接頭。第一和第二金屬連接結(jié)構(gòu)逐漸和平緩地延伸，沒有尖銳的彎曲，使得由它們所產(chǎn)生的電磁場在結(jié)構(gòu)上疊加在由線圈(以及層疊段，如果應(yīng)用了)所產(chǎn)生的主場上。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，金屬連接結(jié)構(gòu)具有第一和第二接頭，它們分別設(shè)置成連接著平面匝的第一部分和層疊段的一端，使得它可逐漸和平緩地延伸，而在其第一和第二接頭之間沒有彎曲。
層疊段最好位于在平面繞組的接頭之間的互連間隙附近。該層疊段從間隙開始以兩個(gè)方向延伸，以補(bǔ)償從間隙到對(duì)等離子體的較低RF耦合。
在一個(gè)實(shí)施例中，金屬連接結(jié)構(gòu)包括(1)從遠(yuǎn)離間隙的平面匝的第一接頭以遠(yuǎn)離間隙的方向朝比層疊段的第一接頭的間隙更遠(yuǎn)的點(diǎn)延伸的環(huán)路第一部分，它，以及(2)從該點(diǎn)向后到層疊段的第一接頭的環(huán)路第二部分。金屬連接結(jié)構(gòu)的第一接頭最好是其延伸方向與層疊段的第一接頭正交。層疊段包括第二接頭，它限定了一個(gè)連接著響應(yīng)來自RF源的電流的線圈端點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，平面匝包括第一和第二接頭部分，它們?cè)诳臻g上是相互靠近并且相互間有一個(gè)間隙隔開，使得電流環(huán)繞著在第一和第二接頭部分之間的平面匝的其余部分流動(dòng)。一個(gè)接頭部分采用徑向和圓形延伸的導(dǎo)電帶連接著繞組的相鄰匝數(shù)。層疊段延伸著間隙的兩端，使得層疊段的第一和第二接頭在間隙相反的面上。
根據(jù)第一實(shí)施例，層疊段的第一和第二接頭以和相鄰平面線圈之間的互連間隙的近似相等的角度的設(shè)置。連接的結(jié)構(gòu)設(shè)置成電流以相對(duì)在平面匝中流動(dòng)的電流方向相反的方向流回，隨后，轉(zhuǎn)向逐漸彎曲連接的結(jié)構(gòu)的逐漸變化方向，接著以在平面匝的初始電流流動(dòng)的相同方向流動(dòng)。
根據(jù)第二實(shí)施例，層疊段的第一和第二接頭可設(shè)置成第二接頭圓形放置在互連相連匝數(shù)的間隙兩端，并以基本大于間隙的角度放置來延伸，以補(bǔ)償間隙區(qū)域?qū)Φ入x子體的較低RF耦合。層疊段最好具有垂直重疊平面匝的第一接頭的層疊段的第二接頭。層疊段的第二接頭可以通過短線直接連接著平面匝的第一接頭，使得電流能繼續(xù)以平面匝的相同方向流動(dòng)。
一旦考慮了以下幾個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)討論，特別是結(jié)合附圖的詳細(xì)討論時(shí)，本發(fā)明的上述以及其它目的、性能和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清晰。
附圖簡要說明

圖1是本發(fā)明所采用的真空等離子體處理器的示意圖；圖2是在圖1所示的處理器中使用的RF激勵(lì)線圈的一個(gè)實(shí)施例的俯視圖；圖3是沿圖2中線3-3的截面圖；圖4是沿著圖2標(biāo)記的側(cè)視圖；圖5是沿著圖2上的標(biāo)記的側(cè)視圖；圖6是在圖2-5中所說明的線圈部分的透視圖；圖7是圖2所示線圈的側(cè)視圖，它與連接在線圈端子和包括用于線圈的RF源的外殼的端點(diǎn)之間的金屬帶的組合；圖8是在圖1所示處理器中使用的RF激勵(lì)線圈的第二實(shí)施例的俯視圖；
圖9是圖8所示線圈部分的側(cè)視圖；圖10是圖8所示線圈改進(jìn)形式的線圈部分的側(cè)視圖。
附圖的詳細(xì)描述附圖中圖1所示的真空等離子體工件處理器包括真空腔室10，腔室的形狀為具有接地金屬壁12的圓柱形，金屬底板14，以及圓形上平板結(jié)構(gòu)18，該結(jié)構(gòu)上還包括從中心到其邊緣都具有相同厚度的介質(zhì)窗口19。真空腔室10的密封采用常規(guī)的墊圈(未示出)。
圖1的處理器可以用于刻蝕半導(dǎo)體、介質(zhì)或金屬基板或者用于在上述基板上沉積材料。
能夠激勵(lì)進(jìn)入等離子體狀態(tài)的適合的氣體可通過在側(cè)壁12上的端口20從氣源(未示出)釋放到腔室10的內(nèi)部，并且通過氣體擴(kuò)散機(jī)構(gòu)(未示出)進(jìn)一步均勻擴(kuò)散。利用連接在底板14上的端口22的真空泵，腔室的內(nèi)部保持在真空條件下，壓力可以在1-1000mToor的范圍中變化。
在腔室10中的氣體可以由適當(dāng)?shù)碾娮釉醇?lì)，使之稱為具有可控性空間密度的等離子體。電子源包括平面的或球形或類似半球形的線圈24，直接安裝窗口19上，并且由可變功率的RF發(fā)生器26來激勵(lì)，RF發(fā)生器一般具有的固定頻率為13.56MHz。
阻抗匹配網(wǎng)路28連接在RF發(fā)生器26的輸出端和線圈24的激勵(lì)端之間，將來自發(fā)生器的RF功率耦合到線圈。阻抗匹配網(wǎng)路28包括可變的感抗，它可以根據(jù)反映匹配網(wǎng)路輸入端的電壓幅度和相位角度采用眾所周知的方式來變化控制器，正如監(jiān)測器43所監(jiān)測的那樣。控制器29改變網(wǎng)路28的阻抗數(shù)值，以獲得在源26和包括線圈24以及線圈所驅(qū)動(dòng)的等離子體的負(fù)載之間的阻抗匹配。
控制器29也根據(jù)輸入器件41來控制耦合到線圈24的可變阻抗。輸入器件41可以是手動(dòng)的器件，例如，調(diào)壓器或鍵盤的控制鍵，或者是微處理器，它可以響應(yīng)存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中的適用于工件32的不同處理方法的信號(hào)。方法和變化可以包括(1)通過斷口20進(jìn)入到腔室10中的氣體種類，(2)由連接著斷口22的真空泵所控制的腔室中的壓力，(3)RF源26的總的輸出功率，它可以基本等同于施加在線圈24上的功率，以及(4)連接著線圈24的電容的數(shù)值。
工件32固定安裝在腔室10中的工件固定架30(例如，平面式或卡盤式)的表面；固定架30的表面上承載著工件32且并聯(lián)于窗口19的表面。通常將DC電源(未示出)施加在架子30的卡盤電極上，使工件32以靜電的方式夾住在架子30的表面上。RF源45向包括可變阻抗(未示出)的阻抗匹配網(wǎng)路提供射頻電磁波。匹配網(wǎng)路47將源45的輸出耦合到架子30?？刂破?9響應(yīng)幅度和相位檢測器49所產(chǎn)生的信號(hào)，來控制匹配網(wǎng)路47的可變阻抗，使得源45的阻抗與架子30的電極(未示出)的阻抗相匹配。與架子30電極相耦合的負(fù)載主要是腔室10中的等離子體。正如眾所周知的，施加在架子30的電極上的源45的RF電壓與等離子體中的電荷相互作用，以產(chǎn)生工件32的DC偏置。
環(huán)繞線圈24和在上端平面18上延伸的是金屬管或類似罐的屏蔽34，它的內(nèi)直徑稍稍大于壁12的內(nèi)直徑。屏蔽34使得線圈24所引發(fā)的電磁場不耦合到周圍的環(huán)境中。圓環(huán)形的腔室10的直徑定義了線圈24所產(chǎn)生的電磁場的邊界。介質(zhì)窗口結(jié)構(gòu)19的直徑大于腔室10的直徑，這樣腔室10的整個(gè)上表面的范圍都由介質(zhì)窗口結(jié)構(gòu)19來構(gòu)成。
在工件32的處理表面和介質(zhì)窗口結(jié)構(gòu)19的底表面之間底距離是可選擇的，從而在工件所暴露和處理的表面上提供了最均勻的等離子體流量。在本發(fā)明的一個(gè)推薦實(shí)施例中，工件處理表面和介質(zhì)窗口的底面之間的距離約為腔室直徑的0.2至0.4倍。
線圈24可以包括一個(gè)繞組或多個(gè)并聯(lián)的繞組。在另一種結(jié)構(gòu)中，在13.35MHz頻率源26時(shí)，各個(gè)繞組是電性能充足的長，具有總的電性能長度大約30°至45°的傳輸線的函數(shù)，可沿著繞組的長度產(chǎn)生駐波圖形。駐波在沿著繞組的長度方向引起駐波RF電壓和電流的幅度變化。繞組所產(chǎn)生的磁通量對(duì)這些RF電流幅度的依賴使得線圈24不同繞組下面的腔室10不同部分中產(chǎn)生不同的等離子體密度。
在線圈24的不同部分中所流過的RF電流幅度的變化在空間上取平均，這以幫助控制等離子體密度的空間分布?？臻g上平均這些不同的電流數(shù)值能夠基本防止在等離子體密度中的非對(duì)稱性，特別是在繞組的低RF電流的區(qū)域中。另外，發(fā)生器26的頻率是4.0MHz，在這種情況下，線圈的繞組24電性能較短，大約10°至15°，使得在繞組中的駐波電流和電壓是基本恒定的。
現(xiàn)在參考附圖中的圖2，圖1所示結(jié)構(gòu)的俯視圖。線圈24包括具有三個(gè)同心匝數(shù)101、102和103的單個(gè)繞組，這些繞組都是圓周的一部分且以統(tǒng)一平面來放置。匝數(shù)101-103是與線圈的中心軸105同心的，且匝數(shù)還具有逐漸增加的半徑。匝數(shù)101-103中的每一個(gè)都具有一個(gè)大約340°的角度長度，即，比完整的圓周稍微小一些。匝數(shù)101、102和103的相鄰接頭各自通過整齊的徑向和圓周狀延伸的繞組部分107和109相互連接著，使得該部分107的內(nèi)部和外部接頭各自都連接著內(nèi)部匝數(shù)101和中間匝數(shù)102的相鄰接頭上，而部分109的內(nèi)部和外部接頭各自都連接著中間匝數(shù)102和外部匝數(shù)103的相鄰接頭。內(nèi)部匝數(shù)101的另一接頭包括端點(diǎn)111，它通過適當(dāng)?shù)木€纜或帶180連接著匹配網(wǎng)路28的RF電壓輸出端點(diǎn)。
外部匝數(shù)103的另一端點(diǎn)113通過薄的鍍銀的銅所制成的金屬帶117與層疊的線圈段115相串聯(lián)。層疊段115(1)具有大約120°的弧度長度，(2)形狀是半徑等于匝數(shù)103的半徑的圓周的一部分，和(3)重疊并且與匝數(shù)103的120°的部分相對(duì)準(zhǔn)。段115在線圈24的Y軸120的各個(gè)方向上延伸約60°；其中，Y軸120可定義成通過線圈中心軸105延伸的線并且與匝數(shù)103的第一和第二接頭部分之間的匝數(shù)103中的20°間隙的接頭是等距離的，從而在空間上是相互接近的。層疊段115定位在平面上，并且并聯(lián)于匝數(shù)101-103的平面。
最好各個(gè)匝數(shù)101-103都具有矩形剖面部分，使得各個(gè)剖面部分的寬度近似為1.0cm，以及各個(gè)剖面的高度近似為1.6cm。各個(gè)匝數(shù)101-103最好是采用鍍銀的銅來制成并且具有凹中心124，冷卻液可以通過該凹中心流動(dòng)，正如圖3所說明的。層疊段115最好是采用鍍銀的銅來制成并且具有固體舉行剖面，它的寬度為1.0cm以及它的高度為0.6cm。
介質(zhì)支撐塊119可以在并聯(lián)于和在匝數(shù)101和103上面的平面上靈活的固定層疊段115。介質(zhì)支撐塊119一般都具有矩形形狀并包括槽口121和123，匝數(shù)103和段115的上端和底部分別可插入該槽口。
段115包括端點(diǎn)125和127，各個(gè)定位在Y軸120的左右相等角度的位置上，正如圖2所示。其中，端點(diǎn)125是在匝103的一部分上面，與匝103的接頭端點(diǎn)113間隔50°，而端點(diǎn)127是在匝103的一部分上面，與采用部分109連接著匝102的匝數(shù)103的部分間隔50°。鍍銀的一個(gè)接頭，銅的薄金屬帶(即，引線)128連接著端點(diǎn)127，并且其延伸方向與段115正交，端點(diǎn)127的位置有助于電磁場的分布。帶128的另一端點(diǎn)通過端點(diǎn)電容器129連接著接地點(diǎn)。
作為引線117的帶可以包括具有第一接頭的部分116，該部分開始從遠(yuǎn)離線圈x和y軸120和122的方向延伸，即，向端點(diǎn)113的外面延伸。隨后，該部分116沿著垂直和基本并聯(lián)于匝103的方向延伸，并且層疊段115大于端點(diǎn)125。帶117也可以包括環(huán)路向后的匝103、段115和端點(diǎn)125的部分118。部分118或128沿著與端點(diǎn)125或127所處的段115正切的線延伸，正如圖4和圖5所示。帶127的第二接頭，在部分128的接頭處，與端點(diǎn)125機(jī)械和電性能相連接，以及帶的第一接頭機(jī)械和電性能連接著端點(diǎn)113。正如圖6所說明的，形成引線117的帶編織起來，并重新裝配成不是完全封閉的麥比烏斯環(huán)路(Mobius Loop)。
層疊段113增加了對(duì)與層疊段向?qū)?zhǔn)的等離子體區(qū)域的RF耦合，從而提供水平方向的等離子體的均勻性，以及校正由于腔室和線圈不是十分的對(duì)稱(例如，在匝103的兩個(gè)接頭之間的間隙中)所引起的水平方向的非對(duì)稱性。最好對(duì)各個(gè)腔室結(jié)構(gòu)來說，層疊段115、在端點(diǎn)125和127之間的層疊段115的弧長，以及在層疊段115和平面匝103之間的空間是可選擇的，從而優(yōu)化RF對(duì)等離子體特殊區(qū)域的耦合。
因?yàn)閳鰰?huì)在垂直彎曲匝數(shù)103且該部分稍稍突出由層疊段和匝103所產(chǎn)生場的部分116中產(chǎn)生電流以及場也會(huì)在附加線圈產(chǎn)生的其它成上的部分118中產(chǎn)生電流，所以希望采用層疊段115和形成引線117的帶的結(jié)構(gòu)。形成引線117的帶的結(jié)構(gòu)使得從端點(diǎn)113流到端點(diǎn)125的電流所產(chǎn)生的電磁場基本上不會(huì)產(chǎn)生抵消在匝數(shù)的疊加部分中流動(dòng)電流的組合效應(yīng)所產(chǎn)生的電磁場，即使在流過帶117的部分116的電流反過來流過在端點(diǎn)125和113之間的匝103和層疊段115的部分，帶117的部分118是在層疊段115的上面，它基本上與段115相對(duì)準(zhǔn)，使得帶117的部分118產(chǎn)生的磁通疊加在由段115下面的匝103的段115和重疊部分所產(chǎn)生的磁通上。
源26的頻率和線圈24的長度最好是，相比于RF源26的波長(例如，20°至30°，不超過45°)，線圈能具有電性能短路。因此，電流始終在整個(gè)線圈24，在端點(diǎn)111和端點(diǎn)127之間中以相同的方向流動(dòng)。通過適當(dāng)?shù)倪x擇電容器129的數(shù)值，在端點(diǎn)111和127上的駐波電流的幅度近似相等，并且在線圈24的中間，在離開端點(diǎn)111和127的等距離的位置上，存在著一個(gè)駐波電流峰值幅度。
帶117的形狀，包括從匝103到段115在高度上平緩和逐漸過渡的部分并且該部分在帶的兩個(gè)接頭之間沒有任何尖銳的彎曲，使得在匝103和段115之間的感應(yīng)耦合逐漸的變化并且不會(huì)影響線圈電磁場的分布。如果匝103和段115是由在繞組和部分之間直接垂直延伸(即，以匝數(shù)101-103的平面的法線角度)的帶或者其它連接器相連接的，則會(huì)影響感應(yīng)的耦合變化以及線圈電磁場分布的基本分布。因?yàn)樵?03和段115具有相同的RF電流流過并且連接著匝和部分的帶(以匝101-103的平面的法線角度)會(huì)產(chǎn)生磁場且該磁場正好阻礙著匝101-103和段115所產(chǎn)生的場，所以就會(huì)發(fā)生這些不利的效應(yīng)。
正如圖7所說明的，線圈端點(diǎn)111和127分別由金屬帶128和180通過電容器129連接著接地點(diǎn)和匹配網(wǎng)路28的輸出端點(diǎn)，兩者都位于線圈24上的外殼中。由平緩和逐漸變化(沒有尖銳的彎曲)的帶128連接在端點(diǎn)127和電容器129之間可提供了許多相同的優(yōu)點(diǎn)。采用和帶128和端點(diǎn)127連接的相同方法，將帶180的兩個(gè)接頭連接在端點(diǎn)111和匹配網(wǎng)路28的輸出端點(diǎn)，以提供相同的結(jié)果。
類似于圖2-6所示線圈結(jié)構(gòu)的層疊線圈結(jié)構(gòu)也可以應(yīng)用于包括采用匹配網(wǎng)路28的RF輸出并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的兩個(gè)并聯(lián)和同心的繞組的線圈。圖8說明了這類線圈，它包括了內(nèi)部和外部多匝數(shù)以及近似相等長度且同心于線圈軸140的繞組130和132。在陳(Chen)等人申請(qǐng)的美國專利6,164,241中討論了多線圈(或多繞組)的工作原理。圖8顯示了沒有層疊段164的線圈的工作細(xì)節(jié)，也可以在我們共同申請(qǐng)的專利“具有多個(gè)繞組線圈的感應(yīng)式等離子體處理器和控制等離子體密度的方法”(與本申請(qǐng)同時(shí)申請(qǐng)LHGB文件2328-050)中發(fā)現(xiàn)，它包括了類似于或相同于匹配網(wǎng)路28的匹配網(wǎng)路的細(xì)節(jié)以及調(diào)節(jié)和控制的結(jié)構(gòu)，并且該調(diào)節(jié)和控制結(jié)構(gòu)適用于圖8中的線圈。
繞組130包括三個(gè)線圈匝134、136和138，各個(gè)繞組沿著與軸140同心的各圓環(huán)部分來設(shè)置，這些圓環(huán)具有不同的半徑。內(nèi)部線圈匝134和外部線圈匝138分別包括輸入激勵(lì)端點(diǎn)142和輸出激勵(lì)端點(diǎn)144。端點(diǎn)142通過帶143與匹配網(wǎng)路28的功率輸出端點(diǎn)相連接，而端點(diǎn)144采用帶145通過端點(diǎn)電容器146連接接地。應(yīng)該理解的是，這些連接也可以反過來連接，使得端點(diǎn)142通過端點(diǎn)電容器146連接接地，以及端點(diǎn)144連接著匹配網(wǎng)路28。帶143和145具有與帶128相同的結(jié)構(gòu)。線圈匝134和138的接頭各自通過繞組130的整齊徑向和圓周狀延伸的部分148和150相互連接著。
繞組132包括外部匝152和內(nèi)部匝154，它們各自包括輸入激勵(lì)端點(diǎn)156和外部激勵(lì)端點(diǎn)158。端點(diǎn)156通過帶157連接著匹配網(wǎng)路28的功率輸出端點(diǎn)，而端點(diǎn)158采用帶159通過端點(diǎn)電容器160連接接地，或者，反之如此。帶157和159具有與帶128相同的結(jié)構(gòu)。匝152和154采用整齊圓周狀和徑向延伸的線圈部分162來相互連接。匝152和154與線圈的軸140同心，并且由不同半徑與軸140相隔開。圖8所示線圈的所有的匝134、136、138、152和154基本上都是平面的，并且具有與匝101-103的剖面相同的剖面，正如圖3所說明的那樣。在內(nèi)部繞組130中的互連部分148最好能在半徑方向上與外部匝152的部分162相對(duì)準(zhǔn)，以減小RF對(duì)等離子體耦合的半徑非對(duì)稱的效應(yīng)。
圖8所示的線圈包括弓形部分164，它是層疊在匝152的平面上，并且在近似150°的弓形長度的范圍中延伸。層疊段164最好是具有固體的剖面部分，并且其結(jié)構(gòu)相同于層疊段115，正如圖3所示。可采用類同于圖3-5所示結(jié)構(gòu)19的結(jié)構(gòu)，將段164保持在匝數(shù)152的部分上面。層疊段164是圓環(huán)的一部分，該圓環(huán)具有與匝152相同的半徑，且同心于軸140使得它與匝152相對(duì)準(zhǔn)。段164的一個(gè)接頭包括通過金屬帶157與匹配網(wǎng)路28的功率輸出端點(diǎn)相連接的端點(diǎn)156。帶157的第一接頭連接著端點(diǎn)156的，它延伸(1)與端點(diǎn)156所處的段164的部分相正交，以及(2)基本上在相同的平面上，作為該部分的上面。因此，帶157以逐漸和平緩的方式延伸；(1)繞組312的內(nèi)部，以及(2)向上，類似于在高度方向上的螺旋型梯形增加的方法。帶157的第二、另一接頭連接著阻抗匹配網(wǎng)路28的RF輸出端點(diǎn)。帶143也以平緩和逐漸的方式，類似于螺旋型梯形，在端點(diǎn)142和阻抗匹配網(wǎng)路28的RF輸出端點(diǎn)之間延伸。
端點(diǎn)156的另一個(gè)層疊段164的接頭與匝數(shù)152的接頭相對(duì)準(zhǔn)，并且采用在匝152的接頭上的垂直延伸的金屬螺絲釘166和金屬墊片168機(jī)械和電性能連接著匝152，在匝152的接頭處沒有凹的剖面部分并且可以在匝152中制成完全穿過或者只要足夠深度的螺絲孔，正如圖9所說明的。墊片168最好是采用鍍銀的銅制成，而螺絲釘是由鍍銀的不銹鋼和青銅材料制成，以提供良好的機(jī)械強(qiáng)度。通過緊固螺絲釘166，電流可以繼續(xù)從部分164通過螺絲釘166和墊片168流到匝152。
作為另一種替換，正如圖10所說明，段164包括金屬帶170和固體金屬部分172。帶170的另一個(gè)接頭各自連接著匝數(shù)152的接頭和固體金屬部分172的第一接頭，其中固體金屬部分沿著并聯(lián)于匝152的平面延伸并且疊加成塊119。金屬帶170在匝152的接頭和固體金屬部分172的第一接頭之間平緩和逐漸地延伸。
在工作中，圖8所示的線圈具有相對(duì)短的電性能長度，即，源26的頻率(例如，4MHz)和繞組13和132的長度使得在繞組130和132中的駐波電流在電性能長度上近似為20°至30°。因此，沿著繞組130和132的長度基本上不存在駐波電流和電壓波形的變化。輸入端點(diǎn)142和156由網(wǎng)路28的RF輸出端點(diǎn)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，其輸入端點(diǎn)142和156的位置和繞組的短電性能長度都使得沿著匝134、136、138、152和154的相同水平方向的角度所流動(dòng)的RF電流以基本相同的方向來流動(dòng)。可分別選擇端點(diǎn)電容器146和160的數(shù)值，來調(diào)節(jié)繞組130和132的整體阻抗，以控制在各繞組中的電流，即，阻抗越低，則電流越大。
因?yàn)樵趯盈B段164下的匝152的部分中流過的電流的幅度和方向基本上相同于在層疊段的電流，流過層疊段164的電流所產(chǎn)生的磁場有助于流過對(duì)準(zhǔn)層疊段164的匝152部分的電流所產(chǎn)生的磁場?？偠灾?，線圈所產(chǎn)生的電磁場分布，能夠在水平方向上改變，以在基本范圍上校正和補(bǔ)償?shù)入x子體的水平方向的非均勻性。
盡管上文中已經(jīng)討論和解釋本發(fā)明的特殊實(shí)施例，但是很清楚，可以在不脫離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的條件下，對(duì)所特定的說明和討論的實(shí)施例的細(xì)節(jié)作出變化。例如，本發(fā)明的許多原理并不局限于具有一個(gè)或兩個(gè)繞組的線圈，并且可以應(yīng)用于具有三個(gè)或多繞組的線圈。
權(quán)利要求
1.一種用于真空等離子體處理器的射頻等離子體激勵(lì)線圈，所述線圈位于所述處理器的真空腔室的窗口上方，所述線圈包括至少一個(gè)多匝數(shù)的繞組，至少一匝基本是平面的，一段與一個(gè)匝的一部分相層疊，從而與一個(gè)匝的平面相隔開，所述層疊段與一個(gè)匝串聯(lián)連接，使得相同的電流以相同的方向流過所述一個(gè)匝和所述層疊段。
2.如權(quán)利要求1所述的線圈，其特征在于，所述段包括用于連接一個(gè)激勵(lì)源的一個(gè)端點(diǎn)或通過端點(diǎn)電容器連接接地的第一端點(diǎn)以及連接著一個(gè)繞組的第二端點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求2所述的線圈，其特征在于，所述第二端點(diǎn)連接著基本與所述第二端點(diǎn)對(duì)齊的一個(gè)匝的一部分。
4.如權(quán)利要求2所述的線圈，其特征在于，所述第二端點(diǎn)連接著由在層疊段的第一和第二端點(diǎn)之間的層疊段的一部分所覆蓋的一個(gè)匝的一部分。
5.如權(quán)利要求4所述的線圈，其特征在于，還包括建立在層疊段和一個(gè)匝的一部分之間的連接的金屬引線，所述金屬引線包括具有分別連接著第二端點(diǎn)和一個(gè)匝的一部分的第一和第二部分的環(huán)路，所述環(huán)路的第一部分一般與一個(gè)匝中的某些對(duì)齊并且從所述第二端點(diǎn)開始延伸，所述環(huán)路的第二部分一般不與所述一個(gè)匝對(duì)齊。
6.如權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求所述的線圈，其特征在于，所述線圈和腔室中的至少一個(gè)的幾何尺寸趨于使所述等離子體密度具有方位非對(duì)稱分布，所述層疊段的定位提高了線圈與所述等離子體特定區(qū)域的感應(yīng)耦合，以減小方位非對(duì)稱分布。
7.一種用于真空等離子體工件處理器的射頻激勵(lì)線圈結(jié)構(gòu)，其特征在于，所采用的線圈結(jié)構(gòu)定位在所述處理器的真空腔室的平面窗口的外面，并且充分充分接近所述窗口，從而通過所述窗口將電磁能量耦合到所述腔室中，所述線圈結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)繞組，所述繞組的相對(duì)的第一和第二接頭為平面，當(dāng)繞組位于所述窗口外面時(shí)將電磁能量耦合到所定位的腔室內(nèi)時(shí)，所述繞組的兩個(gè)相對(duì)的接頭沿著基本并聯(lián)于所述平面窗口而延伸，第一和第二激勵(lì)端點(diǎn)提供用于在RF等離子體激勵(lì)源和所述繞組的相對(duì)接頭之間的連接，所述第一金屬連接結(jié)構(gòu)具有連接著所述第一激勵(lì)端點(diǎn)的第一接頭和連接著所述繞組的第一接頭的第二接頭，第二金屬連接結(jié)構(gòu)具有連接著所述第二激勵(lì)端點(diǎn)的第一接頭和連接著所述繞組的第二接頭的第二接頭，所述第一和第二金屬連接結(jié)構(gòu)逐漸平緩延伸而在其接頭之間沒有尖銳的接頭。
8.如權(quán)利要求7所述的射頻激勵(lì)線圈結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述連接著繞組的接頭的連接結(jié)構(gòu)的接頭是與繞組的接頭共面的。
9.如權(quán)利要求7和8所述的射頻激勵(lì)線圈結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述繞組包括至少一個(gè)平面匝，當(dāng)所述繞組定位在所述窗口外面而將電磁能量耦合到所定位的腔室內(nèi)時(shí)，所述平面匝沿著基本并聯(lián)于所述平面窗口而延伸，所述繞組包括相對(duì)于所述平面匝的一部分而層疊的一段，所述層疊的一段與所述平面匝的平面隔開，所述層疊段具有第一接頭，所述平面匝具有第一接頭，所述第三金屬結(jié)構(gòu)具有分別連接著所述層疊段以及連接著所述平面匝的第一接頭的第一和第二接頭，所述第三金屬連接結(jié)構(gòu)逐漸平緩地延伸而在其接頭之間沒有任何尖銳彎曲。
10.一種用于真空等離子體工件處理器的射頻激勵(lì)線圈，其特征在于，所述線圈設(shè)置在所述處理器的真空腔室的窗口上方，所述線圈包括至少一個(gè)具有多個(gè)匝的繞組，至少一個(gè)匝基本上是平面的，一段與所述平面匝的一部分相層疊，從而所述段與所述平面匝的平面隔開，所述層疊段與所述平面匝相連接，金屬連接結(jié)構(gòu)具有分別連接著所述平面匝的第一部分和所述層疊段的接頭的第一和第二接頭，所述構(gòu)成的連接結(jié)構(gòu)逐漸平緩地延伸而在其第一和第二接頭之間沒有任何尖銳的彎曲。
11.如權(quán)利要求10所述的線圈，其特征在于，所述平面匝的第一部分是在所述平面匝的第一接頭處。
12.如權(quán)利要求10或11所述的線圈，其特征在于，所述層疊段在所述繞組的兩個(gè)平面匝之間的互連間隙上并以離開間隙的方向延伸。
13.如權(quán)利要求10-12中任一權(quán)利要求所述的線圈，其特征在于，所述來自所述平面匝的第一接頭的金屬連接結(jié)構(gòu)環(huán)路遠(yuǎn)離所述間隙。
14.如權(quán)利要求10-12中任一權(quán)利要求所述的線圈，其特征在于，所述來自所述平面匝的第一接頭的金屬連接結(jié)構(gòu)環(huán)路遠(yuǎn)離所述間隙，使得它以遠(yuǎn)離所述間隙的方向延伸至與所述層疊段的接頭相比而更遠(yuǎn)離所述間隙的點(diǎn)處。
15.如權(quán)利要求10-14中任一權(quán)利要求所述的線圈，其特征在于，所述金屬連接結(jié)構(gòu)的第二接頭沿著相對(duì)于所述層疊段的接頭正切的方向延伸。
16.一種用于真空等離子體工件處理器的射頻激勵(lì)線圈，其特征在于，所述線圈設(shè)置在位于所述處理器的真空腔室的窗口上方，所述線圈包括至少一個(gè)具有多匝的繞組，至少一個(gè)匝基本是平面的，一段與所述平面匝的一部分相層疊，從而與所述平面匝的平面隔開，所述層疊段與所述平面匝相連接，所述平面匝包括第一和第二接頭部分，所述第一和第二接頭部分在空間上相互靠近并且相互間隔開一個(gè)間隙，所述層疊段延伸跨越所述間隙，使得所述層疊段的第一和第二接頭分別在所述間隙的兩邊。
17.如權(quán)利要求16所述的線圈，其特征在于，所述層疊段的第一和第二接頭與所述間隙相隔相等的角度。
18.如權(quán)利要求16所述的線圈，其特征在于，所述層疊段的第一和第二接頭設(shè)置成使所述第二接頭與所述間隙所成的角度大于與所述第一接頭的間隙所成的角度。
19.如權(quán)利要求16-18中任一權(quán)利要求所述的線圈，其特征在于，排列所述層疊段，使其所述第一接頭連接著所述平面匝的第一接頭而產(chǎn)生在所述層疊段的第一接頭和覆蓋在所述間隙上的層疊段的一部分之間流動(dòng)的電流，其電流流動(dòng)的方向相同于在由所述層疊段的第一接頭所覆蓋的平面匝的一部分和所述平面匝的第一接頭之間的平面匝之間流動(dòng)的電流方向。
20.如權(quán)利要求19所述的線圈，其特征在于，所述平面匝的第一接頭和所述層疊段的第一接頭之間的連接是由逐漸平緩地延伸而在所述平面匝的第一接頭和所述層疊段的第一接頭之間沒有任何尖銳彎曲的連接結(jié)構(gòu)來提供的。
21.如權(quán)利要求20所述的線圈，其特征在于，排列所述連接結(jié)構(gòu)，使得在所述平面匝的第一接頭和在與所述層疊段的第一接頭對(duì)齊的平面匝的平面上方的區(qū)域之間空間延伸的第一部分中的電流以沿與由所述層疊段的第一接頭所覆蓋的平面匝的部分和所述平面匝的第一接頭之間的平面匝中流動(dòng)的電流方向流動(dòng)。
22.如權(quán)利要求20所述的線圈，其特征在于，所述連接結(jié)構(gòu)和所述層疊段設(shè)置成使得其中所流動(dòng)的電流是以與由所述連接結(jié)構(gòu)和所述間隙兩側(cè)的所述層疊段所覆蓋的平面匝部分中所流動(dòng)的電流的相同方向流動(dòng)。
23.如權(quán)利要求19所述的線圈，其特征在于，所述平面匝的第一接頭和所述層疊段的第一接頭之間的連接是由一連接結(jié)構(gòu)所提供的，所述連接結(jié)構(gòu)設(shè)置成使得在所述平面匝的第一接頭和在與所述層疊段的第一接頭對(duì)齊的平面匝的平面上的區(qū)域之間空間延伸的第一部分中的電流，以在由所述層疊段的第一接頭所覆蓋的平面匝部分和所述平面匝的第一接頭之間的平面匝中流動(dòng)的電流的相反方向而流動(dòng)。
24.如權(quán)利要求19所述的線圈，其特征在于，所述層疊段連接著所述平面匝的第一接頭，使得在所述層疊段中流動(dòng)的電流以與在由所述連接結(jié)構(gòu)和在所述間隙兩邊的層疊段所覆蓋的平面匝的部分中所流動(dòng)電流的相同方向來流動(dòng)。
25.一種真空等離子體工件處理器，它包括如權(quán)利要求1-24中任一權(quán)利要求所述的線圈，所述線圈位于所述腔室的外面并且接近于所述窗口。
全文摘要
一種適用于感應(yīng)式等離子體處理器的射頻激勵(lì)線圈，該線圈包括與層疊在平面匝(103)上的部分(115)相串聯(lián)的平面匝(103)。所述層疊段設(shè)置在由于腔室和/或激勵(lì)線圈的水平方向上的非對(duì)稱性所減弱射頻耦合到等離子體的區(qū)域周圍。在單個(gè)繞組的實(shí)施例中，層疊段接近于在兩個(gè)相鄰的平面匝之間的互連間隙，并且以偏離間隙的兩個(gè)方向延伸，以補(bǔ)償在間隙區(qū)域中的射頻耦合到等離子體中。在一個(gè)實(shí)施例中，它包括了兩個(gè)電性能并聯(lián)空間上同心的繞組，層疊段的延伸超過了兩個(gè)相鄰匝數(shù)的互連間隙的一邊，并且與平面匝相對(duì)準(zhǔn)，使得層疊段的一個(gè)接頭通過直接的短的插頭直接與平面匝的一個(gè)接頭相連接。線圈的端點(diǎn)(111)通過引線(128)與線圈上的外殼中的RF激勵(lì)電路(28)的端點(diǎn)相連接，該引線平緩和逐漸地延伸，而在線圈的端點(diǎn)和激勵(lì)電路地端點(diǎn)之間沒有尖銳的彎曲。各個(gè)平面匝(113)和層疊段通過引線(116)相連接，而該引線平緩和逐漸地延伸而在其兩接頭之間沒有尖銳的彎曲。
文檔編號(hào)H01L21/3065GK1509493SQ02810060
公開日2004年6月30日 申請(qǐng)日期2002年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月30日
發(fā)明者J·J·陳, R·G·費(fèi)爾托普, T·E·威克, J J 陳, 威克, 費(fèi)爾托普 申請(qǐng)人:拉姆研究有限公司