用於等離子體處理系統的感應線圈設備的方法和裝置的製作方法

2023-04-28 19:12:11

專利名稱：用於等離子體處理系統的感應線圈設備的方法和裝置的製作方法
用於等離子體處理系統的感應線圈設備的方法和裝置
背景技術：
等離子體處理的進 展促進了在半導體行業的增長。半導體行業是一個競爭激烈的市場。製造公司能夠以更高的產量和更低的成本的處理基板的能力，可給製造公司帶來相對於競爭對手的優勢。因此，製造公司已經投入時間和資源，以發現提高基板處理的方法和/或設備。一般來說，等離子體處理系統可根據多種設計來構建。例如，等離子體處理系統可設置成感應耦合等離子體(ICP)處理系統。可以通過在等離子體處理腔室的頂部放置平面線圈(例如感應線圈)採用常見的ICP設置，S卩，TCP (變壓器耦合等離子體)。基本上，平面感應線圈可以是平面狀的天線組件(antenna assembly)。本發明所使用的術語，感應線圈是一種裝置，其作用類似於變壓器，通過在初級線圈中依次開關電流，在等離子體處理氣體中感應出隨時間變化的電壓和電位差，以創建等離子體。然而，在最近幾年中，可處理的電子設備類型已變得越來越複雜，並且可能需要更多的過程控制。在一個實施例中，被處理的電子設備可能是更小，並且為了更好的產率需要更精確地控制等離子體參數，例如等離子體密度和在整個基板上的均勻性。因此，用於等離子體系統的TCP 感應線圈的現有設計可能不足以提供等離子體處理方案，以使整個基板上具有所需的均勻的等離子體密度，從而處理下一代基板。考慮到其中的情況，例如，基板在感應耦合等離子體處理系統中被處理。該基板可以設置在下電極的上方。該下電極可以接地，或可以用第一 RF發生器提供功率。RF功率(RF power)可以通過RF匹配(RFmatch)傳遞給下電極。在一個實施例中，可以採用RF匹配，以使得傳遞到等離子體系統的功率最大化。在等離子體處理期間，第二 RF發生器可以向感應器線圈提供RF功率。用於TCP系統的典型感應器線圈可以是在電介質窗口上方設置的有空氣芯(air core)的螺旋線圈。從該第二 RF發生器到該感應器線圈的功率可以在線圈周圍產生振蕩磁場，其滲透等離子體並產生能貫通電介質窗口的方位角電場(azimuthal electric field)。該感應稱合方位角電場可產生電流，該電流可與氣體相互作用以點燃和維持等離子體。在理想的等離子體處理系統中，方位角電場在軸上和在外周為零，從而位於大約半徑的一半的環形區域出現峰值。在理想的等離子體處理系統中，等離子體密度在方位角和/或徑向方向(azimuthal and/or radialdirections)上可以都是均勻的。然而，典型的等離子體處理系統可能是很不理想的，且感應線圈受到各種設計上的約束條件的限制。由上可知，可以採用TCP 腔室頂部的平面感應線圈在等離子體處理氣體中感應出隨時間變化的電流，以點燃和/或維持等離子體。因此，在感應線圈中的任何非均勻性都可能促成等離子體密度在整個基板上的非均勻，從而潛在地影響產率。購自美國加州弗裡蒙特Lam Research公司的在Kiyo 等離子體處理系統上的Galaxy 線圈，可能是被設計為解決上述等離子體密度的非均勻性問題的TCP 感應器線圈設備。在一個實施例中，Galaxy 線圈設計可以採用兩套雙螺旋線圈組件。
該兩套雙螺旋線圈組件可以包括內雙螺旋線圈組件和外雙螺旋線圈組件。可以採用內部和外線圈組件的設計來解決等離子體徑向非均勻性問題。每套線圈組件可以被獨立地提供功率和/或控制，以使得等離子體密度在徑向方向上的非均勻性最小化。通過採用雙螺旋線圈組件，Galaxy 線圈設備可以是偶極不變的，S卩，偶極矩可以是沿方位角方向180度旋轉對稱的。然而，等離子體密度可能不是四極不變的，即，四極矩可能是沿方位角方向90度旋轉不對稱的。四極矩的振幅可能會高達約一個百分點。一般來說，一個螺旋線圈可設置有至少兩個端部，例如，內端和外端。該螺旋線圈可能需要在其內端處的終止點和外端處的終止點供給RF饋電(RF feed)。為了形成電 連接，在該終止點之間，在徑向方向上，可能需要橋接(bridge)。由於螺旋線圈的終止點可能並不靠攏在一起，源自終止點的RF饋電的循環磁場可能導致在等離子體中產生額外的非均勻性。從上述可以理解，在ICP處理系統中等離子體密度的非均勻性可歸因於感應線圈的設計。雖然Galaxy 線圈的設置可以試圖解決一些等離子體密度在方位角和/或徑向方向上不均勻的問題，處理具有較高密度的較小特徵的電子設備的基板，需要更高的等離子體密度的均勻性。要在半導體行業中保持競爭力，就需要提高TCP感應線圈的設計水平。


本發明通過說明書附圖中的附圖以示例的方式而並不是以限制性的方式進行說明，其中相似的附圖標記表示相似的部件，並且其中圖I顯示了，根據本發明的一個實施例的，天線組件設備的線圈側底部的等軸測視圖的簡化示意圖。圖2顯示了，根據本發明的一個實施例的，天線組件設備的終端側頂部的等軸測視圖的簡化示意圖。圖3A顯示了，根據本發明的一個實施例，外線圈組線圈側的底視圖的簡化示意圖。圖3B顯示了，根據本發明的一個實施例，外線圈組終端側的頂視圖的簡化示意圖。圖4A顯示了，根據本發明的一個實施例，內線圈組線圈側的底視圖的簡化示意圖。圖4B顯示了，根據本發明的一個實施例，內線圈組終端側的頂視圖的簡化示意圖。圖5顯示了，根據本發明的一個實施例，環形交錯的成組的四個非圓形線圈的簡化示意圖。圖6顯示了，根據本發明的一個實施例，天線組件設備的線圈側底視圖的簡化示意圖。圖7顯示了，根據本發明的一個實施例，天線組件設備的終端側頂視圖的簡化示意圖。圖8A-C顯示了，根據本發明的實施例,接線端子(terminalblock)的三種不同視圖。
具體實施例方式本發明現將參照附圖中所示出的幾個實施例做詳細描述。在下面的描述中，闡述了許多具體的細節，以便提供對本發明的徹底理解。然而，顯而易見的是，對於本領域的技術人員來說，即使沒有這些具體細節的部分或者全部，本發明也是可以實施的。在其他情況下，眾所周知的處理步驟和/或結構沒有詳細描述，以便不會不必要地使本發明晦澀。根據本發明的實施例，提供了用於設置具有圓形天線組件的等離子體處理系統的方法和設備，以提高整個基板上等離子體的均勻性。本發明的實施例包括多個非圓形線圈，該多個非圓形線圈通過使用PCB製造技術環形交錯以實現圓形天線組件。本發明的實施例實現了具有增強的方位角對稱性、徑向均勻性、電容耦合、多線路饋送對稱性(multipleline feedssymmetry)、和/或可製造性的圓形天線組件。 在一個實施例中，可以設置具有多個圓形天線組件的設備以改善等離子體的徑向均勻性。例如，可以實現至少兩個完全獨立的圓形天線組件，例如，內側圓形天線組件和/或外側圓形天線組件。在一個實施例中，每個天線組件可以被獨立地驅動，以使得徑向方向上的等離子體密度最優化。因此，在整個基板上，在徑向方向上的等離子體均勻性，可以通過局部控制得到提高。在一個實施例中，可用環形交錯的多個非圓形線圈設置圓形天線組件。在一個實施例中，圓形天線組件可設置有成組的四個非圓形線圈。在一個實施例中，四個非圓形線圈可以是相同的。在一個實施例中，每一個非圓形線圈可以在方位角方向上相對於其他非圓形線圈偏轉預先確定的角度。在一個實施例中，對於成組的四個非圓形線圈，該預先確定的偏轉角度可以是90度。在一個實施例中，圓形天線組件可以是四極不變的，從而增強方位角對稱性。因此，可通過改進的感應器線圈設計，提高在整個基板上，等離子體在方位角方向上的均勻性。在一個實施方式中，圓形天線組件可以採用PCB技術製造。PCB可設置有至少兩個側面，例如，線圈側和終端側。在一個實施例中，每一個非圓形線圈可設置有多個段。在一個實施例中，非圓形線圈可以設置有至少四個段。在一個實施例中，每個段在其每個端部可以設置有多個通孔。例如，通過設置至少兩個段在線圈側和/或至少兩個段在終端側，可實現非圓形線圈。線圈側上的第一段可使用通孔耦合到終端側的第二段。通過採用多層PCB、層間通孔、多個段，多個非圓形線圈可以環形交錯以形成圓形的感應器線圈設備。通過採用偏轉預定角度的多個非圓形線圈的環形交錯，圓形天線組件可以實現方位角對稱性。另外，可以實現多個非圓形線環形交錯，以防止非圓形線圈的物理接觸，從而防止導致短路。此外，多個環形交錯的圓形線圈可能受益於相互的磁通耦合，以實現多匝線圈(multiple-turns coil)更高的感應性能。 在一個實施例中，在PCB線圈側上線圈的段的表面積可以最大化，以增強(accentuate)與等離子體的電容稱合。通過增加PCB線圈側上的段的表面積以提高電容率禹合，這樣，在不利於感應耦合的情況下，例如，在低功率和/或電負性氣體的情況下，圓形天線組件可用來可靠地點燃和/或維持等離子體。在一個實施例中，沿著非圓形線圈上的任何點通過圓形天線組件上的終端(terminals)可以實現RF饋電。在一個實施例中，到線圈的RF饋電可以是分離的和外部同步的。在另一實施例中，到線圈的RF饋電可以平衡的方式運行，即使用推挽裝置運行，以使得淨電容電流為零。在一個實施例中，通過採用電容耦合，對線圈的RF饋電可以不平衡的方式運行，以增強在低功率時的控制。結合下述圖文，可以更好地理解本發明的特徵和優點(現有技術中的機制與本發明的實施例做對比)。圖I顯示了，根據本發明的一個實施例的，天線組件設備100的線圈側底部的等軸測視圖的簡化示意圖。本發明所用的術語中，線圈側是指天線組件面向等離子體的底側面。在一個實施例中，天線組件設備100可以採用印刷電路板(PCB)製造。該設備可以用多個天線組件實現。在圖I的實施方式中，天線組件設備100在一個實施例中可包括， 但不限於，外部天線組件102，即，線圈組，和/或內部天線組件104。在一個實施例中，內部天線組件104的內半徑和外部天線組件102的內半徑可以是不同的。外部天線組件102的外半徑和內部天線組件104的外半徑可以是不同的。外部天線組件/線圈組102和/或內部天線組件104可以被獨立地提供功率和/或控制，以優化在徑向方向上的等離子體密度均勻性。圖2顯示了，根據本發明的一個實施例的，天線組件設備200的終端側頂部的等軸測視圖的簡化示意圖。本發明所用的術語中，終端側是指設置有終端的向線圈供給能量的天線組件的頂側。結合圖I來討論圖2以便於理解。在一個實施例中，天線組件設備200可以採用印刷電路板(PCB)製造。如圖2所示，天線組件設備200是圖I天線組件設備100終端側的頂視圖。在一個實施例中，天線組件設備200可以包括，但不限於，外部天線組件202和/或內部天線組件204。圖2的外線圈組202(顯示了終端側)是圖I外線圈組102的頂視圖。類似地，圖2的內線圈組204 (顯示了終端偵彳)是圖I內線圈組104的頂視圖。在一個實施例中，外線圈組202和/或內線圈組204可被獨立地提供功率和/或控制，以優化在徑向方向上的等離子體密度均勻性。因此，等離子體徑向均勻性可以通過局部控制得到改善，從而提聞廣量。此外，根據本發明的實施例，除了內半徑和外半徑不同外，這些線圈組還可以用不同數量的有效匝數來實施、可以用不同的頻率提供功率，可以提供不同程度(degree)的功率、和/或可以用不同的分路裝置(splitting arrangements)串聯和/或並聯運行。如圖I和圖2所示，PCB可以設置有兩側面，例如，線圈側和終端側。外部天線組件可以設置有四套環形交錯的非圓形線圈。內部天線組件也可以設置有四套環形交錯的非圓形線圈。圖3A、3B、4A、4A、和5將詳細地討論四套環形交錯的非圓形線圈是如何實現的。圖3A顯示了，根據本發明的一個實施例，外線圈組線圈側的底視圖的簡化示意圖。圖3B顯示了，根據本發明的一個實施例，外線圈組終端側的頂視圖的簡化示意圖。圖3B顯示了，沒有任何終端的段的痕跡線，以簡化說明。圖4A顯示了，根據本發明的一個實施例，內線圈組線圈側的底視圖的簡化示意圖。圖4B顯示了，根據本發明的一個實施例，內線圈組終端側的頂視圖的簡化示意圖。圖4B顯示了，沒有任何終端的段的痕跡線，以簡化說明。下面結合圖3A、3B和5將要討論對用於外部天線組件的成組的四個非圓形線圈進行環形交錯的實施例。圖4A和4B中對用於內部天線組件的成組的四個非圓形線圈進行環形交錯，可以以類似的方式執行。圖5顯示了，根據本發明的一個實施例，環形交錯的成組的四個非圓形線圈的簡化示意圖。線圈的視角是在天線組件的線圈側。如圖5所示，該成組的四個非圓形線圈可通過將圖3B中的外線圈組的終端側翻轉並放置在圖3A中的外線圈組的線圈側的頂部而形成。可以把支撐材料302 (例如PCB)溶解掉，留下銅跡線304，以形成圖5的該成組的四個非圓形線圈。在一個實施方式中，非圓形線圈可設置為多個段，即圖3A和3B中的銅跡線304。參看圖5，在一個實施例中，第一非圓形線圈502可以用至少四個段502a、502b、502c和502d實現。在一個實施例中，每個段在其每個端部可設置有多個通孔。例如，在一個實施例中，段502a在第一端部可設置有第一成組的多個通孔512和/或在第二端部可設置有第二成組的多個通孔514。該通孔也可以用於把第一段的第一端部和第二段的第二端部耦合。
在本文所使用的術語中，通孔是指在PCB上的孔，其可允許在PCB第一側上的第一導電跡線(conductive trace),即，段,連接到PCB第二側上的第二導電跡線。在一個實施例中，如圖3A、3B、4A和圖4B所示，段可以在PCB的每個側面製成導電跡線304。考慮其中的情況，例如，在一個實施例中，第一非圓形線圈502可通過用設置在PCB的兩個不同側面/平面的四個段形成環形交錯。如上所述，PCB並未被示出，以簡化對於成組的四個非圓形線圈的環形交錯的說明，每一個非圓形線圈採用成組的四個段。在一個實施例中，第一段502a和第三段502c可以位於PCB的第一側，例如，線圈側。第二段502b和第四段502d可以位於PCB的第二側，例如，終端側。在一個實施例中，設置在PCB線圈側的第一段502a可耦合到設置在PCB終端側的第二段502b。第二段502b可耦合到設置在PCB線圈側的第三段502c。第三段502c可耦合到設置在PCB終端側的第四段502d。在一個實施例中，要實現設置在PCB兩個不同的平面上的四個段502a_502d之間的耦合，可以通過校準和重疊每個段端部上的多個通孔，以使得PCB兩個平面之間的四個段環形交錯，從而形成非圓形線圈502。例如，要實現在z方向上的耦合，可以將第一段502a第二端部上的多個通孔與第二段502b第一端部的多個通孔校準和重疊。通過使用通孔使得PCB的兩個平面之間的段在z方向上耦合，設置和排布在PCB兩個不同的平面上的段可以在z方向上耦合，且在兩個平面之間交錯，以形成非圓形線圈。在圖5的實施方式中，在一個實施例中，設置有504a、504b、504c和504d四個段的第二非圓形線圈504可進行類似的環形交錯。在一個實施例中，第二非圓形線圈504可以在方位角方向上相對於第一非圓形線圈502偏轉90度的角度。在一個實施例中，同樣設置有506a、506b、506c和506d四個段的第三非圓形線圈506也可以環形交錯。在一個實施例中，第三非圓形線圈506可以在方位角方向上相對於第二非圓形線圈504偏轉90度的角度。在另一個實施例中，設置有508a、508b、508c和508d四個段的第四非圓形線圈508也可以環形交錯。在一個實施例中，第四非圓形線圈508可以在方位角方向上相對於第一非圓形線圈506偏轉90度的角度。因此，在一個實施例中，成組的四個非圓形線圈502、504、506、和508可環形交錯，以形成圓形天線組件500。在一個實施例中，圓形天線組件可以通過把多個非圓形線圈在PCB的兩個平面之間環形交錯實現。在圖5的實施方式中，圓形天線組件500可以設置有成組的環形交錯的四個相同的非圓形線圈。每個非圓形線圈可以偏心地排布成在方位角方向上相對於下一個非圓形線圈偏轉90度，以形成四極對稱的相對呈圓形的天線組件。因此，天線組件500的最低非對稱矩(asymmetric moments)可以是八極的。從上述可以理解，在一個實施例中，通過把多個非圓形線圈偏心地設置成在方位角方向上偏轉預定的角度，可以實現天線組件500。在一個實施例中，每一個非圓形線圈可以使用在多個平面上設置的多個段來實現。在一個實施例中，可以通過使用在每個段的每一端部的、被排布成校準和重疊的多個通孔段以使各段環形交錯，從而使第一平面上的第一段和第二平面上的第二段耦合。與現有技術相比，具有環形交錯的四個非圓形線圈的圓形天線組件500可以是四極不變的，即，四極矩沿方位角方向可以是90度旋轉對稱的，其具有最低階的八極矩不對稱性。相較於四極矩約1%的振幅，八極矩的振幅約為百分之一的1/2至1/4。因此，相較於現有技術中偶極不變的TCP感應線圈組件，通過採用四極不變的TCP感應線圈組件，在整個基板上方位角上等離子體密度均勻性可顯著地改善，即為提高的產率。 本領域技術人員可以理解的是，通過採用多個非圓形線圈最優化TCP感應線圈組以平衡不同的設計要求(例如，方位角不對稱、徑向的均勻性、電容耦合、多線路供應不對稱性、和/或工藝性)，這是非凡的和非顯而易見的工作。圖6顯示了，根據本發明的一個實施例，天線組件設備的線圈側600的底視圖的簡化示意圖。圖7顯示了，根據本發明的一個實施例，天線組件設備的終端側700的頂視圖的簡化示意圖。為了便於理解天線組件，對圖6和圖7 —起進行討論。如上所述，在一個實施例中，PCB可以包括兩個側面，例如，圖6的線圈側600和圖7的終端側700。參看圖6，在一個實施例中，天線組件設備可設置有至少兩組感應器線圈，即，外圓形感應器線圈/天線組件組680和/或內圓形感應器線圈/天線組件組690。在一個實施例中，外圓形天線組件組680和/或內圓形天線組件組690可被獨立地提供功率和/或控制，以優化徑向等離子體密度的均勻性。通過採用多層PCB和/或層間的通孔，多匝線圈(例如，螺旋形線圈)可以製造成平面形式。每個線圈繞組(coil winding)的基本形狀可以是單匝扭曲的圓，例如，可以採用PCB製造技術實現的卵圓形。此外，相較於現有技術中需要許多組件的螺旋線圈設計，天線組件可自我支撐，不需要昂貴的陶瓷支撐結構。在一個實施例中，對天線組件設備的支撐，簡單的支架銷(stand off)和/或塑料的支撐就足夠了。在圖6和7的實施方式中，在一個實施例中，段可以由在頂部帶有保護性共形聚合物塗層的鍍銀的銅跡線製成，以提高擊穿電壓。在一個實施例中，該跡線可被設計為承受高達約10千伏(KV)的電壓。例如，用於導體跡線的銅片材可充分大於約3密耳厚。可採用傳統的PCB製造技術來製造該跡線。PCB製造技術(例如，光刻/掩膜，蝕刻/電鍍，和/或電腦數控加工)可以使多層、層間通孔、段設計的複雜形狀、和/或多弧段線圈能夠用於天線組件的設計。相較於現有技術中的雙螺旋的空氣芯線圈，就機械和電氣方面而言，通過使用PCB製造技術，可以廉價地製造出更具一致性和精度的天線組件。本技術領域技術人員可以理解的是，包括非圓形線圈組的圓形天線組件的設計可能是有問題的。首先，非圓形線圈組不能互相接觸，因為允許線圈接觸可能會引起短路。其次，非圓形線圈組可能需要環形交錯以形成具有最小方位角不對稱性的圓形TCP感應線圈裝置。第三，非圓形線圈組可在Z方向上交織(interwoven)以使得就等離子體而言非均勻性最小化。如上所述，在一個實施例中，所實現的每個圓形感應器線圈裝置具有至少四個環形交錯的非圓形線圈，其相互偏轉90度以減少方位角的不對稱性。在一個實施例中，每個非圓形線圈可設置有在PCB的兩個平面之間圓形交錯的多個段。每個段在其每個端部可包括多個通孔。通過重疊和/或校準位於PCB第一平面上的第一段的第一端的多個通孔與位於PCB第二平面上的第二段的第二端的多個通孔，這些段可彼此耦合。四個段可以在z方向上在PCB兩個平面之間連續耦合，即，環形交錯，以形成非圓形線圈。在圖6和7所示實施方式中，在一個實施例中，外部圓形天線組件680可設置有至少成組的四個非圓形線圈。例如，第一非圓形線圈602可實施為具有至少四個段。在一個實施例中，在圖6的線圈側600，外部圓形天線組件680可設置有第一非圓形線圈602的至少兩個段602a和602c。在一個實施例中，在圖7的終端側700，外部圓形天線組件780可設置有第I非圓形線圈602的至少兩個段602b和602d。因此，在一個實施例中，非圓形線 圈的四個段可設置在PCB的兩個不同的面上。如圖6和7所示，在一個實施例中，每個段可以設置有至少兩個端部。在一個實施例中，圖6的段602c可在第一端部650設置有第一成組的通孔和/或在第二端部652設置有第二成組的通孔。為了對PCB兩個面之間的連續段進行環形交錯，重疊和校準在PCB不同面上的相鄰的段的每個端部的通孔組，以使得段通過校準過的通孔組耦合。例如，通過圖6中PCB線圈側600的段602a的第一端部在z方向上與圖7中PCB線圈側700的段602b的第二端部連續耦合，可以使非圓形線圈602環形交錯。接著，段602b的第一端部可與圖6中PCB線圈側600的段602c的第二端部耦合。然後，段602c的第一端部可與圖7中PCB終端側700的段602d的第二端部耦合。最後，在一個實施例中，段602d的第一端部可與段602a的第二端部稱合，以形成非圓形線圈。在圖6和7的實施方式中，第二非圓形線圈604可通過類似的方法用四個段604a、604b、604c和604d在PCB的兩面形成環形交錯。在一個實施例中，第一非圓形線圈602可以和第二非圓形線圈604相同。此外,在一個實施例中，非圓形線圈604可以偏心地設置，相對於非圓形線圈602沿方位角方向偏轉90度。例如，段604a可以在PCB板上偏心地設置，相對於非圓形線圈602a沿方位角方向偏轉90度。類似地，段604b、604c和604d可以在PCB板上偏心地設置，分別相對於非圓形線圈602b、602c和602d沿方位角方向偏轉90度。因此，環形交錯的非圓形線圈604可以相對於環形交錯的非圓形線圈602偏轉90度。在一個實施例中，其餘的非圓形線圈可被類似地偏轉和環形交錯以形成圓形天線組件。如上所述可以理解的是，可以以預定的角度設置(即偏轉)採用多個非圓形線圈的天線組件，以便不會形成物理接觸，從而防止每個線圈電路的短路。各線圈之間的物理接觸的預防可以通過把每個非圓形線圈分割成多個段來實現。非圓形線圈的每個段可以被排布在PCB不同的面上，並在z方向上通過通孔耦合。同樣地，在一個實施例中，下一個非圓形線圈可以用類似的方法進行環形交錯，但也可以偏心地排布，以相對於所述第一非圓形線圈沿方位角方向偏轉預定的角度。在一個實施例中，該過程可重複用於非圓形線圈組中的所有線圈，以形成圓形天線組件。因此，所有的非圓形線圈可以在PCB兩面之間環形交錯，而在各線圈之間沒有會導致短路的任何物理接觸。此處所用的術語，沿方位角方向，各個線圈間預定的偏轉角度，可以通過圓形天線組件中的線圈數除360度計算得出。由上述可以理解，非圓形線圈的形狀可以優化至預定的形狀，例如，卵圓形，可以以預定偏轉角度沿方位角方向偏心地設置，以形成具有最小方位角不對稱性的圓形天線組件。通過採用各線圈間有90度偏轉角的四個非圓形線圈，例如，如圖6和7所所示的圓形天線組件，可以是四極不變的且具有最小的非對稱八極矩。因此，天線組件的方位角非均勻性可以被最小化。此外，當多個線圈在同一佔板面積(footprint area)上大量重疊時,可以有相當大的互感磁通I禹合(mutual flux coupling),因此可以維持感應。例如,線圈可以由共同的功率源並聯驅動，但沒有出現可能是期待的負載阻抗減少3/4以上。在實踐中，小於約50%的電抗減少是可能的。因此，多匝線圈的較高感應的性能可用多個單匝線圈通過互感磁通耦合來實現。 在一個實施例中，PCB兩個平面間的環形交錯多個非圓形線圈的優點，可以是PCB兩個平面間線圈在z方向上交織的平均效果。參看圖5，在一個實施例中，四個線圈502、504、506和508可顯示為在z方向上交織，以形成圓形天線組件，其中，從頂部到底部的所有線圈都是均勻排布(average)的。如上所述，TCP天線組件通常可設置在等離子體處理室的頂部。就等離子體來說，在處理室中的等離子體可得到來自天線組件線圈的平均電壓，即，電壓不會畸高(hot spot)或波動。雖然TCP天線組件可通過石英窗口感應耦合到等離子體，但是TCP天線組件和等離子體之間的耦合可能不是純感應模式。TCP天線組件和等離子體之間的耦合可以具有約10至約30%的電容耦合。在等離子體處理室中，TCP天線組件和等離子體之間的電容耦合例如在點燃和/或維持等離子體的情況下可能是至關重要的。考慮其中的情況，例如，電負性氣體(例如SF6和/或NF3)可用於等離子體處理。感應迴路的電壓可能無法提供足夠的能量與電負性氣體進行相互作用，以可靠地點燃等離子體。在上述情況下，容性耦合可更有效地點燃等離子體。考慮其中的另一種情況，例如，電負性氣體(例如SF6和/或NF3)在相對較低的功率時用於等離子體處理。由於低能量的電子離開等離子體，從電容耦合到感應耦合的過渡可能誘發不穩定。需要受控的至等離子體的電容耦合，以維持穩定的操作。一般來說，電容耦合可以通過增加表面積來加強。如圖6所示，PCB的線圈側600是面向等離子體的一側。在一個實施例中，在天線組件上面向等離子體的線圈的段，可以設計成帶有凹口、凸起、和/或彎道，以使得表面積最大化，從而電容耦合至等離子體。另外，在PCB線圈側600上的電流流動可能是不存在的。因此，面向等離子體的線圈的段的表面積最大化的效果，可以對感應耦合至等離子體有最小的影響，同時最大限度地實現電容耦合至等離子體。相較於圖6中PCB的線圈側600，圖7中PCB的終端側700線圈的段的表面積可以被最小化，以減少電容稱合，從而減少雜散電容(straycapacitance)。在一個實施例中，可選地，在PCB底部可以使用第三個PCB層以實現靜電屏蔽，從而應對電容耦合。例如，屏蔽層可以開槽，以防止過度的渦流，和/或者要麼接地要麼以預定的頻率連接到其自己的RF功率源。該預定的頻率可以和操作頻率是相同的和/或不同的。因此，電容耦合的問題可以通過使用第三個PCB層作為靜電屏蔽被最小化。如上所述，各線圈繞組的基本形狀可以是單匝扭曲的圓。單匝線圈繞組的優點是可以作為RF饋電到線圈的終止點。如圖6和7所示，外部天線組件可設置有四個單獨的非圓形線圈。在一個實施例中，該組四個線圈中的每個非圓形線圈可沿著每個扭曲的圓的單匝線圈的任何地方提供有終止點。在一個實施例中，至非圓形線圈的RF饋電可以如圖7所示實現。在一個實施例中，第一線圈602的段602b可以設置有第一終止點660和第二終止點662。同樣地，在一個實施例中，第二線圈604的段604b可設置有第三終止點664和第四終止點666。此外，其餘的線圈也可以同樣地實施用於RF饋電的終止點。在一個實施例中，在每個單匝線圈上的每組終止點可以偏轉預定的角度，例如，90度角，以儘量減少方位角的不對稱性。因此，各非圓形 線圈的預定角度偏轉使得在各線圈上能布置終止點從而進一步改善了天線組件的方位角均勻性。在一個實施例中，到線圈的RF饋電可以是分離的和外部同步的。可替換地，在另一實施例中，RF饋電可以來自於共同的RF點並經由長度相同阻抗相同的線。在一個實施例中，單個和/或多個平行線(例如50歐姆的傳輸線)也可以採用，例如，兩個平行線可以提供25歐姆的線。然而，如果線保持非常短，特徵性阻抗是不重要的。可替換地,在一個實施例中，可以採用帶狀式(strip line type)傳輸線。在一個實施例中，可以通過兩個具有介電隔離物的較寬的接地母帶之間夾RF熱銅帶來實現傳輸線，該介電隔離物例如作為絕緣體的Teflon膠帶或發泡Teflon。因此，傳輸線可以是能夠抵抗高電壓、經受高電流和/或導致低成本的極低阻抗柔性線。在一個實施例中，電容耦合可以通過簡化的終止裝置有利地降低成本，例如，不平衡的操作，其中各線圈繞組的一個端部可以直接接地和/或接至固定的終端電抗，通常是電容器。相反，在一個實施例中，平衡的操作可以用於減少電容耦合，並確保沒有淨電流流至等離子體。圖8顯示了，根據本發明的實施例，接線端子的三種不同視圖。圖8A顯示了接線端子的等軸側視圖。圖8B顯示了接線端子的頂視圖。圖SC顯示了接線端子的側視圖。接線端子可以通過沿線圈螺旋到PCB上的預定位置來實施。與現有技術相比，在每個線圈的終止點可設置成彼此相對地接近，導致較低的循環磁場。然而，現有技術中的螺旋線圈需要向螺旋線圈內部的終止點和螺旋線圈外部的終止點提供RF饋電。為了電連接，可能需要在徑向方向上的橋接。由於現有技術中的終止點可能無法併攏在一起，相對較大的循環磁場可能誘發等離子體的非均勻性。從上述可以理解，本發明的一個或多個實施例提供了以較低的成本和較高的可製造性使用PCB製造技術的天線組件。通過採用多個PCB層、層間通孔、非圓形線圈、和環形交錯，可以實現四極不變的且在方位角方向上具有可以忽略不計的八極矩不對稱的圓形天線組件。有利的是，被設置成具有多個獨立的天線組件的天線組件設備可以在整個基板上提高在徑向方向上等離子體的均勻性。通過使在PCB線圈側的段的表面積最大化，與等離子體的電容耦合可以增加，以提高點燃和/或維持等離子體的可靠性。因此，圓形天線組件的眾多好處可使得以較低操作成本獲得較高的電子設備產量。
雖然已經通過幾個實施例描述了本發明，但是落入本發明的範圍內的改變、排列變換和等同方案。雖然本發明提供了各種實施例，但就本發明而言，這些實施例是說明性的，而不是限制性的。還應當注意的是，實施本發明的方法和裝置有許多替代的方法。此外， 本發明的實施例可以用於其他應用中。此外，本文提供的標題是出於方便，不應當用來解釋本發明權利要求的範圍。如果本文使用了術語「組」，這樣的術語旨在具有其通常所理解的在數學上的意義，包括零個，一個或一個以上的成員。這裡提供的摘要部分是出於方便，並且由於字計數限制，相應地是出於閱讀方便而撰寫，並且不應當用來限制權利要求的範圍。因此，意旨在於，以下所附的權利要求書應解釋為包括落入本發明的真實精神和範圍內的所有這些改變、排列變換和等同方案。
權利要求
1.一種用於在基板處理過程中在整個基板上提供等離子體均勻性的等離子體作業系統中的天線設備，其包括 多個圓形天線組件，其中所述多個圓形天線組件中的每個圓形天線組件包括非圓形線圈組，其中該非圓形線圈組中的每個非圓形線圈沿方位角方向偏轉預定的角度；和功率發生器組，其用於給所述多個圓形天線組件提供功率。
2.根據權利要求I所述的設備，其中，所述每個圓形天線組件用印刷電路板(PCB)製成。
3.根據權利要求2所述的設備，其中所述PCB設置有至少2個側面，其中所述至少2個側面包括 線圈側，和 終端側。
4.根據權利要求3所述的設備，其中所述多個圓形天線組件包括至少第一圓形天線組件和第二圓形天線組件，其中所述第二圓形天線組件環繞所述第一圓形天線組件。
5.根據權利要求4所述的設備，其中，所述第一圓形天線組件的內徑與所述第二圓形天線組件的內徑不同。
6.根據權利要求4所述的設備，其中，所述第一圓形天線組件的外徑與所述第二圓形天線組件的外徑不同。
7.根據權利要求3所述的設備，其中，用於所述每個圓形天線組件的所述非圓形線圈組包括至少四個環形交錯的非圓形線圈。
8.根據權利要求7所述的設備，其中，所述非圓形線圈組中的所述每個非圓形線圈之間的所述偏轉，通過所述每個圓形天線組件中的線圈數除360度計算得出。
9.根據權利要求8所述的設備，其中，所述非圓形線圈組中的所述每個非圓形線圈之間的所述偏轉是沿所述方位角方向偏轉90度角。
10.根據權利要求8所述的設備，其中，所述非圓形線圈組中的所述每個非圓形線圈包括多個段。
11.根據權利要求10所述的設備，其中，所述多個段是多個導電跡線。
12.根據權利要求11所述的設備，其中，所述多個導電跡線包括多個鍍銀的銅跡線。
13.根據權利要求10所述的設備，其中，所述多個段包括至少四個段，該四個段包括 位於所述PCB的所述線圈側的第一段， 位於所述PCB的所述終端側的第二段， 位於所述PCB的所述線圈側的第三段，和 位於所述PCB的所述終端側的第四段。
14.根據權利要求13所述的設備，其中，所述至少四個段的每個段包括2個端部，其中所述2個端部中的每個端部包括多個通孔，且其中所述每個段通過耦合相鄰段上的所述多個通孔而相互環形交錯，其中所述相鄰段位於所述PCB的不同側面上。
15.根據權利要求13所述的設備，其中，所述每個非圓形線圈在z方向上環形交錯，其中 所述第一段的第二端部與所述第二段的第一端部耦合， 所述第二段的第二端部與所述第三段的第一端部耦合，所述第三段的第二端部與所述第四段的第一端部耦合，以及 所述第四段的第二端部與所述第一段的第一端部耦合。
16.根據權利要求3所述的設備，其中，所述PCB的所述線圈側是面向等離子體的一側。
17.根據權利要求16所述的設備，其中，設置在所述線圈側的所述每個非圓形線圈的每個段，比設置在所述終端側的所述每個非圓形線圈的每個段，具有更大的表面積。
18.根據權利要求3所述的設備，其中，在所述PCB底部使用第三個PCB層以實現靜電屏蔽，從而處理電容耦合。
19.根據權利要求I所述的設備，其中，所述非圓形線圈組中的每個非圓形線圈由所述功率發生器組中的獨立的功率發生器提供功率。
20.根據權利要求I所述的設備，其中，所述非圓形線圈組由所述功率發生器組中的單個功率發生器提供功率。
全文摘要
提供了一種用於在基板處理過程中在整個基板上提供等離子體均勻性的等離子體作業系統中的天線設備。該設備包括多個圓形天線組件。該多個圓形天線組件的每個圓形天線組件包括非圓形線圈組。該非圓形線圈組的每個非圓形線圈在方位角方向上偏轉預定的角度。該設備還包括用於給所述多個圓形天線組件提供功率的功率發生器組。
文檔編號H01L21/3065GK102845137SQ201180019808
公開日2012年12月26日 申請日期2011年4月19日 優先權日2010年4月20日
發明者尼爾·馬丁·保羅·班傑明 申請人:朗姆研究公司