專利名稱：在電感耦合的等離子體內(nèi)改善等離子體分布及性能的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及利用等離子體的半導(dǎo)體處理工藝，特別涉及在一個通過電感耦合產(chǎn)生并維持的等離子體內(nèi)改善等離子體分布及處理性能。
等離子體粒子一般都會帶正電荷，并且普遍被用來在處理室內(nèi)刻蝕一襯底的表面或者沉積一層材料到該襯底上。在刻蝕的過程中，襯底可負(fù)偏壓，從而正的等離子體粒子被吸到襯底表面，并轟開表面，因而能去除表面粒子或刻蝕該襯底。在濺射沉積過程中，靶可置于處理室內(nèi)相對于襯底的位置上。該靶然后被偏壓以致等離子體粒子轟開靶，并且將靶粒子從其中移走或“濺射”。濺射的靶粒子然后沉積在襯底上，并在暴露的表面上形成一材料層。在等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(CVD)處理工藝中，電中性的活潑原子團(tuán)在暴露表面形成一個沉積層。
通常，有許多種不同的方法在處理室內(nèi)產(chǎn)生一個等離子體。例如，一對相反的電極可定位于處理室內(nèi)，從而電容性耦合能量到等離子體上。也可使用一利用超高頻微波場的微波共振室。另一方面，電子回旋加速共振(ECR)設(shè)備利用與微波能相關(guān)的控制磁場，在處理氣體中感應(yīng)出循環(huán)電子流來產(chǎn)生并保持等離子體。感應(yīng)耦合處理應(yīng)用也很普遍，它們尤其在產(chǎn)生高密度等離子體方面非常理想。電感耦合等離子體(ICP)一般利用在處理室設(shè)置的一定形狀的線圈或天線去電感耦合能量進(jìn)入處理室，從而在室內(nèi)產(chǎn)生并保持等離子體。
例如，在一個特別設(shè)計(jì)的電感耦合等離子體(ICP)系統(tǒng)中，一個電感線圈或天線被置于接近處理室頂部的位置并在室內(nèi)產(chǎn)生一個等離子體。更具體地說，該天線被置于處理室頂部一介質(zhì)板或介電窗的一面，來自天線的電能被耦合穿過介電窗并且進(jìn)入等離子體。這樣的一個設(shè)計(jì)已由美國專利US 5,556,521闡述，本申請的申請人也是該專利的專利權(quán)人之一。
在另一種ICP處理系統(tǒng)中，一螺旋或圓筒形的線圈纏繞在處理室一側(cè)壁部分的外面，從而通過處理室的側(cè)壁而不是頂部來電感耦合能量到等離子體上。在這種系統(tǒng)中，室側(cè)壁的一部分由一介電材料構(gòu)成，電感耦合能可以經(jīng)過它。一種用于窗或室側(cè)壁的適合的介電材料是石英。在本技術(shù)領(lǐng)域，許多ICP系統(tǒng)是公知的，并且已被利用，這一點(diǎn)可以從許多涉及具體的ICP細(xì)節(jié)如等離子體的均勻性、射頻的匹配性以及天線或別的電感元件性能特點(diǎn)的專利中得到證明。
ICP系統(tǒng)的幾何形狀在決定等離子體密度和均勻度，甚至最終決定襯底區(qū)域上的處理均勻度都是一個重要的因素。對于今天的處理工藝，比較理想的是在一個很大的面積上產(chǎn)生一個均勻的高密度等離子體，這樣便可以適應(yīng)大的襯底尺寸。例如，今天超大規(guī)模集成電路(ULSI)的生產(chǎn)便需要一個密集均勻的等離子體作用于直徑接近200毫米的大襯底。
更具體地說，在ICP系統(tǒng)中，通過在處理室等離子體區(qū)域加熱或激活電子而激活等離子體。加熱等離子體電子的感應(yīng)電流來自振蕩磁場，該振蕩磁場由電感天線或線圈內(nèi)的射頻電流產(chǎn)生并靠近介電窗或側(cè)壁的里面。這些磁場的空間分布是天線或線圈導(dǎo)體每個部分或段所產(chǎn)生單個磁場總和的函數(shù)。因而，感應(yīng)天線或線圈的幾何形狀很大程度上決定了等離子體的空間分布，尤其是處理室內(nèi)等離子體離子密度的空間分布和均勻度。舉例說明，如美國專利US 5,669,975所揭示，一個“S”型的天線在其中央?yún)^(qū)域形成一個很大的離子密度。在更高的射頻水平上，天線的外面部分也會對等離子體的電離起重要作用。盡管采用這種天線結(jié)構(gòu)的ICP系統(tǒng)有著一個很大優(yōu)點(diǎn)，即，就傳遞到天線和處理室半徑的能量來說，該系統(tǒng)是線性的，而且盡管當(dāng)前ICP系統(tǒng)和所使用的天線結(jié)構(gòu)已能夠產(chǎn)生足夠的等離子體產(chǎn)生，但是，這種系統(tǒng)還是有一些缺陷。
例如，在現(xiàn)有ICP系統(tǒng)和天線結(jié)構(gòu)的范圍內(nèi)，很難能把處理室擴(kuò)大到處理更大的襯底而不顯著增加天線和線圈的尺寸。一個具有更大覆蓋區(qū)的ICP天線必須配合處理系統(tǒng)進(jìn)行昂貴的更新。而且，更大的天線以及與之相關(guān)的等離子體在室內(nèi)對處理參數(shù)顯示出更大的靈敏度。例如，等離子體處理工藝如蝕刻或沉積處理對處理參數(shù)如濺射系統(tǒng)中襯底到靶的距離，濺射系統(tǒng)中靶材料，處理室的壓力，處理室高度和寬度的結(jié)構(gòu)等都變得更加靈敏。
而且，采用平面螺旋形天線的當(dāng)前ICP系統(tǒng)顯示出不對稱，其中，等離子體的分布并不沿室的中心軸排列。這種不對稱性降低了等離子體和沉積或蝕刻處理的均勻度，因而影響著整個系統(tǒng)的效率。再進(jìn)一步，平面的天線可能會對某個處理和相應(yīng)的系列參數(shù)展示出一個環(huán)狀或圓圈狀的等離子體，而對另外的處理和別的參數(shù)會給出中央峰形的等離子體。從而，等離子體的形狀和均勻度在該ICP系統(tǒng)中不一致并有賴于處理過程。因而，整個集成電路(IC)制造工藝中不同的等離子體處理工藝之間將會不一致。
采用“S”型天線或線圈的平面天線系統(tǒng)的另外一個缺點(diǎn)是線圈的外面部分或多或少地影響由線圈中央?yún)^(qū)產(chǎn)生的等離子體，因而在等離子體內(nèi)給出一個方位性，并且相應(yīng)于在襯底上蝕刻或沉積膜的方位性。也就是說，沿著線圈所確定平面的一條軸和另外一個平面軸，等離子體將具有不同的均勻度和密度。
從而，本發(fā)明的一個目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷并提供一個等離子體處理系統(tǒng)，尤其是一個具有密集均勻的等離子體的ICP系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個目的是提供一個比現(xiàn)有的等離子體處理系統(tǒng)更少依賴于處理室大小和形狀的均勻等離子體。
本發(fā)明還有一個目的是提供一個在處理室內(nèi)對稱的等離子體。
本發(fā)明的再一個目的是提供一個均勻密集的等離子體，它能作用于大面積如足夠處理200毫米晶片的面積，而同時(shí)仍然保持電感線圈或天線簡潔不昂貴的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的再有一個目的是提供均勻等離子體的產(chǎn)生，從而提供均勻的處理工藝，如蝕刻處理和沉積處理，它們更少地依賴于處理參數(shù)，如壓力和/或處理室的幾何結(jié)構(gòu)或尺寸。
本發(fā)明這些以及其他的目的在下面的描述中將變得更加顯而易見。
具體地說，本處理系統(tǒng)包括一個處理室，該處理室確定了一個處理空間并包括一個在處理空間內(nèi)支承襯底的襯底支承件，一個氣體入口將處理氣導(dǎo)入處理空間，系統(tǒng)的等離子體源可以用來使處理氣體變成等離子體。該等離子體源包括一個介電窗，它具有一般平的表面與處理室接界(interface)，并靠近等離子體所產(chǎn)生的處理空間。一電感元件置于室外并靠近介電窗，它可用來電感耦合電能，使電能穿過介電窗而進(jìn)入處理空間，以便產(chǎn)生并保持等離子體。
本發(fā)明采用了多種不同結(jié)構(gòu)的電感元件來達(dá)到本發(fā)明的目的。在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，電感元件包括一具有沿線圈長度方向并從介電窗一邊連續(xù)排列的復(fù)合線圈匝的線圈。至少其中一個線圈匝定位于第一平面，并且另外一個線圈在與第一平面成某一角度的第二平面上定位。特別是，復(fù)合線圈匝在第一平面內(nèi)定位并且也在與第一平面成一定角度的平面上定位。第一平面通常定位平行于介電窗的一個平表面。這樣，第一平面的線圈匝與介電窗平行。與第一平面成一定角度的線圈匝被置于與介電窗成一定角度。在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，與第一平面成一定角度的線圈匝通常垂直于第一平面。在另外的實(shí)施方案中，該角度小于90°。作為優(yōu)選，復(fù)合線圈組在第一平面內(nèi)定位，而與第一平面成一定角度的線圈匝被置于復(fù)合線圈組之間，這樣便產(chǎn)生了一個均勻的等離子體。通過維持電感元件的一些線圈匝在平行于介電窗的平面內(nèi)，等離子體的穩(wěn)定性便得到了保持。采用與平面介電窗成一角度的線圈匝比采用一個一般同樣大小的平行線圈沿介電窗提供了更多數(shù)量的線圈匝。也就是說，本發(fā)明的元件利用一個緊湊而無需處理室尺寸顯著增加的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一個密集均勻的等離子體。在第一平面內(nèi)定位的線圈匝共面并且同心，它們確定了一個內(nèi)線圈端和一個外線圈端。在本發(fā)明其他的實(shí)施方案中，與平面介電窗成一定角度的線圈匝要么在內(nèi)線圈端要么在外端與第一平面內(nèi)的線圈匝耦合在一起，從而改變電感元件的結(jié)構(gòu)并且因而改變其對等離子體的效果。
依照本發(fā)明的另外一個方面，處理系統(tǒng)可包括一個第二電感元件，例如纏繞著室側(cè)壁單元的螺旋形線圈，它與本發(fā)明具有創(chuàng)造性的電感元件協(xié)同使用。這樣，電能既從室的端部又從側(cè)壁被感應(yīng)引入到等離子體中。作為優(yōu)選，每個電感元件被連接到各自獨(dú)立的電源，從而獨(dú)立地偏壓第一和第二感應(yīng)元件。同時(shí)，法拉弟屏蔽部件優(yōu)選置于每個電感元件和等離子體之間，以增強(qiáng)電能的感應(yīng)耦合進(jìn)入等離子體并且減少電容性耦合。
本發(fā)明采用復(fù)合獨(dú)立偏壓的電感元件，可用于包括蝕刻和沉積處理在內(nèi)的多種不同處理工藝。本發(fā)明對電離物理氣相沉積法(iPVD)特別有用。因而，靶材料可放在接近介電窗的位置，由接近該介電窗的本發(fā)明的電感元件所產(chǎn)生的等離子體進(jìn)行濺射。
依照本發(fā)明的另外一個方面，在室的一個端壁與介電窗共同使用的電感元件包括一個具有復(fù)合線圈匝的線圈。然而，不是平行于平面介電窗的平面內(nèi)的線圈匝，也不是在與平面介電窗成一定角度的其它平面內(nèi)的線圈匝，該可選電感元件有多種線圈匝部分，這些部分在水平面上定位并間隔，從而構(gòu)成垂直層疊式的線圈匝。該垂直層疊式的線圈匝一般平行于介電窗。此外，利用層疊線圈匝，更多的線圈匝可用于電感元件內(nèi)而不需要元件總體水平覆蓋面的增加，因而增加了容納電感元件所需的處理室的尺寸。
依照本發(fā)明的另外一個方面，電感元件并不是以線圈的形式存在，而是包括一個以非線圈樣式排列并以環(huán)形模式在電感元件中心周圍設(shè)置的大量重復(fù)導(dǎo)體段。在一個實(shí)施方案中，電感元件的重復(fù)導(dǎo)體段被設(shè)置成自電感元件中心向外徑向延伸。在另外一個實(shí)施方案中，重復(fù)導(dǎo)體段本身構(gòu)成許多單個的線圈。這些線圈圍繞著電感元件中心排列成環(huán)狀，它們不單單是一個更大線圈元件的連續(xù)單一匝。包括大量重復(fù)導(dǎo)體段的該電感元件可在一個單一平面內(nèi)構(gòu)成重復(fù)段，或者可以包括多層重復(fù)導(dǎo)體段。例如，電感元件的重復(fù)導(dǎo)體段可構(gòu)成第一層，第二層可由類似的重復(fù)導(dǎo)體段構(gòu)成，它們一般與第一層的那些段共同擴(kuò)展(co-extensive)。重復(fù)導(dǎo)體段也可用來從室的一個端壁部分和一個側(cè)壁部分耦合能量進(jìn)入處理室。為此，重復(fù)導(dǎo)體段包括沿著室的一端壁定位的水平段以及沿著一側(cè)壁定位的直立段。
依照本發(fā)明的另外一個方面，一個處理系統(tǒng)可采用一個可同時(shí)從室側(cè)壁和端壁部分耦合能量進(jìn)入處理空間的電感元件。因而，處理室具有一種介電材料形成的側(cè)壁和端壁部分。在傳統(tǒng)處理室中，一個端壁部分如介電窗，可能被用來與平面?zhèn)鲗?dǎo)元件協(xié)同作用?；蛘?，傳統(tǒng)的處理室可采用一個介電材料形成的側(cè)壁，其中，一個螺旋形線圈纏繞著該側(cè)壁，以感應(yīng)耦合電能進(jìn)入系統(tǒng)。依照本發(fā)明的原理，處理室包括均由介電材料構(gòu)成的一個側(cè)壁部分和一個端壁部分。電感元件包括一個沿著室側(cè)壁部分定位的段和沿著室端壁部分定位的段，從而同時(shí)耦合能量進(jìn)入處理空間，二者都通過室的端壁和側(cè)壁部分。因此，該電感元件包括一個具有復(fù)合線圈匝的線圈，一部分線圈匝的段沿室側(cè)壁部分定位，另一部分線圈匝的段沿室端壁部分定位。該線圈如此構(gòu)成，使沿側(cè)壁部分定位的線圈段的單元之間彼此互成角度。例如，一些線圈匝的側(cè)壁部分可垂直于另外線圈匝的側(cè)壁部分。或者，側(cè)壁部分可設(shè)置成多種不同角度而不只是一個垂直定位的直角。一般線圈有若干組線圈匝，一組通常沿著室的一邊設(shè)置，而另一組通常沿著室的另外一邊設(shè)置。
本發(fā)明的處理系統(tǒng)采用創(chuàng)造性的電感元件在一個緊湊的結(jié)構(gòu)中提供密集均勻的等離子體。該創(chuàng)造性的主電感元件可與次電感元件協(xié)同使用，從而更進(jìn)一步強(qiáng)化等離子體處理，如電離物理氣相沉積法。本發(fā)明可用來感應(yīng)更多電能進(jìn)入一個持續(xù)的等離子體，而無需為容納電感元件而昂貴地增加處理室的尺寸。本發(fā)明的這些和其他一些優(yōu)點(diǎn)將在下面詳細(xì)闡述。


圖1A是一個用于本發(fā)明等離子體處理系統(tǒng)電感元件的透視圖。
圖1B為圖1A所示電感元件的前視1C是一個依據(jù)本發(fā)明原理的電感元件可選實(shí)施方案的透視圖。
圖1D是依據(jù)本發(fā)明原理的等離子體處理系統(tǒng)的側(cè)面示意性部分剖視圖。
圖1E是圖1所示電感元件采用法拉弟屏蔽部件的透視圖。
圖1F是一個電感元件的透視圖。
圖2A是一個依據(jù)本發(fā)明原理的電感元件可選實(shí)施方案的透視圖。
圖2B是一個圖2A所示電感元件在中央?yún)^(qū)減少感應(yīng)線圈的透視圖。
圖3A是一個依據(jù)本發(fā)明原理的電感元件做為可選實(shí)施方案的透視圖。
圖3B為圖3A所示電感元件的前視圖。
圖4是一個依據(jù)本發(fā)明原理的電感元件可選實(shí)施方案的透視圖。
圖5A是一個依據(jù)本發(fā)明原理的電感元件可選實(shí)施方案的透視圖。
圖5B是一個依據(jù)本發(fā)明原理的電感元件可選實(shí)施方案的透視圖。
圖6A是一個依據(jù)本發(fā)明原理的普通平面電感元件可選實(shí)施方案的俯視圖。
圖6B是一個依據(jù)本發(fā)明原理的普通平面電感元件可選實(shí)施方案的透視圖。
圖6C是一個依據(jù)本發(fā)明原理的普通平面電感元件可選實(shí)施方案的透視圖。
圖6D是一個依據(jù)本發(fā)明原理的普通平面電感元件可選實(shí)施方案的透視圖。
圖7A為本發(fā)明中用來將電能從處理室邊和端部耦合進(jìn)入室內(nèi)的一個電感元件實(shí)施方案的側(cè)視圖。
圖7B為本發(fā)明中用來將電能從處理室邊和端部耦合進(jìn)入室內(nèi)的一個可選電感元件實(shí)施方案的側(cè)視圖。
圖7C為本發(fā)明中用來將電能從處理室邊和端部耦合進(jìn)入室內(nèi)的一個可選電感元件實(shí)施方案的側(cè)視圖。
圖7D為本發(fā)明中用來將電能從處理室邊和端部耦合進(jìn)入室內(nèi)的一個可選電感元件實(shí)施方案的示意性透視圖。
圖8A是一個依據(jù)本發(fā)明原理的濺射沉積處理系統(tǒng)的側(cè)面示意及部分剖視圖。
圖8B是一個依據(jù)本發(fā)明原理的濺射沉積處理系統(tǒng)的側(cè)面示意及部分剖視圖。
圖8C是一個依據(jù)本發(fā)明原理的濺射沉積處理系統(tǒng)的側(cè)面示意及部分剖視圖。
詳細(xì)描述圖1A是一個依據(jù)本發(fā)明原理用于等離子體處理系統(tǒng)(如圖1D所示)的電感元件實(shí)施方案的透視圖。為處理一個襯底而引發(fā)并保持等離子體，電感元件10被用來電感耦合電能進(jìn)入到處理室中。等離子體處理廣泛用于IC(集成電路)的制造。例如，本發(fā)明系統(tǒng)可用于濺射和沉積處理，等離子體增強(qiáng)CVD(PECVD)處理，電離PVD(iPVD)處理和反應(yīng)離子蝕刻處理(RIE)。
圖1D示出了一個具有處理室13的處理系統(tǒng)12，該處理室確定了處理空間14。處理系統(tǒng)12適用于此處描述的多種電感元件。在空間14內(nèi)配置襯底支承件17，用來支承被處理的襯底18。襯底支承件17可配合一個更大的基座16。一氣體入口20連接到處理氣供應(yīng)源22(例如一個氬氣供應(yīng)源)上，以便將處理氣導(dǎo)入處理空間14，形成等離子體。如等離子體處理技術(shù)領(lǐng)域所公知的那樣，襯底偏壓電源19偏壓襯底支承件17和襯底18。處理系統(tǒng)進(jìn)一步包括由介電材料如石英或氧化鋁構(gòu)成的窗或頂部分24a，它被用來從電感元件10電感耦合電能進(jìn)入處理空間14。
為此，一個電感元件，例如圖1A所述元件10，被置于介電窗24a的頂部。處理系統(tǒng)進(jìn)一步包括圍繞處理空間14的側(cè)壁24b和24c。側(cè)壁部分24c可由介電材料如石英構(gòu)成，而另外一部分24b由金屬構(gòu)成。如以下進(jìn)一步討論的，側(cè)壁部分24c可用來將電能從電感元件電感耦合到空間14內(nèi)。電感元件可以是這里揭示的幾種中的任何一種，在圖1D中，元件10僅用于示意性地說明。電感元件10通過一個匹配裝置26a連接到一個電源上，如射頻電源26b，根據(jù)已知的ICP原理，該射頻電源偏壓電感元件10，產(chǎn)生一個變化的射頻磁場，從而在處理空間14內(nèi)形成等離子體28。匹配裝置是一個電路，為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知，它適應(yīng)射頻電源和電感元件10的阻抗，從而在多種條件下提供最大傳送的能量給元件10和等離子體。根據(jù)等離子體處理領(lǐng)域?yàn)槠胀夹g(shù)人員眾所周知的原理，等離子體28然后被用來處理襯底18，如通過等離子體蝕刻和濺射沉積。
由射頻電流在電感元件10中所產(chǎn)生的感應(yīng)磁場穿過介電窗24a被耦合進(jìn)入空間14。介電窗24a一般是平的，它將有一個平的表面30，電感元件10緊靠該表面定位。當(dāng)然，也可以使用非平面窗，依照現(xiàn)有技術(shù)所知的介電窗，該窗可能具有波狀或其他形狀的表面。依據(jù)本發(fā)明的原理，電感元件10的構(gòu)造及其與處理室12和介電窗24a的位置將影響等離子體的形狀、密度和均勻度。本發(fā)明通過使用獨(dú)特結(jié)構(gòu)的電感元件在處理室內(nèi)變化所產(chǎn)生的等離子體解決了現(xiàn)有等離子體處理系統(tǒng)技術(shù)中的許多缺點(diǎn)。
為了增強(qiáng)電感耦合進(jìn)入處理空間14，可以使用法拉弟屏蔽部件。一個上法拉弟屏蔽部件15如圖1D所示靠近介電窗24a，靠近該窗朝向室13內(nèi)部和襯底18的一邊。一個下法拉弟屏蔽部件21可置于室內(nèi)并沿著介電側(cè)壁24c的一邊定位。盡管圖中的兩個法拉弟屏蔽部件15和21都置于室13的內(nèi)部，但它們也可置于室的外部。法拉弟屏蔽部件被放在任意電感元件(如元件10)和處理空間14(等離子體產(chǎn)生處)之間。當(dāng)使用第二感應(yīng)元件如環(huán)繞側(cè)壁24c的元件(見圖8A-8B)時(shí)，下法拉弟屏蔽部件21可能特別有用。法拉弟屏蔽部件是本領(lǐng)域公知的技術(shù)，它能從元件10有效地提供能量增強(qiáng)的電感耦合，穿過介電窗并進(jìn)入處理空間。法拉弟屏蔽部件也減少了電感元件和等離子體之間不希望的電容性耦合。
通常，法拉弟屏蔽部件包括許多在屏蔽部件上形成的狹槽，如圖1D所示的屏蔽部件15和21。如圖1E所示，在屏蔽部件15上，槽23從屏蔽部件的一端排列到另一端。屏蔽部件15為板狀，由金屬構(gòu)成，其上有許多水平且平行的槽23。屏蔽部件21以圓筒形元件的形式包圍側(cè)壁24c的內(nèi)部，其上具有直立的槽25。然而，這些槽，如屏蔽部件15上的槽23，根據(jù)電感元件的形狀也可構(gòu)成于其他的方向，例如，這些槽在其他感應(yīng)元件上可能隨其導(dǎo)體的形狀，如圖6A，6D，7D所示，下面將做進(jìn)一步討論。
回到圖1A，也被稱為天線的電感元件10是以一個具有復(fù)合線圈匝32的線圈形式存在。術(shù)語“電感元件”和“天線”此處可替換使用。根據(jù)本領(lǐng)域公知的原理，電感元件或線圈由電導(dǎo)體構(gòu)成。該導(dǎo)體，如拉伸的金屬線或金屬管，依據(jù)本發(fā)明的原理被構(gòu)造并成形來制成一個元件，當(dāng)一個電流通過該元件時(shí)，它將電感耦合能量進(jìn)入處理室。
參考圖1A，線圈10包括復(fù)合連續(xù)的線圈匝34a，34b，它們沿著線圈長度方向連續(xù)地排列。當(dāng)依據(jù)本發(fā)明的原理與一個介電窗協(xié)同使用時(shí)，這些線圈匝沿著介電窗24a從一端排列到另一端，或者從一邊到另外一邊連續(xù)排列，如圖1D所示。也就是說，本發(fā)明至少其中一個實(shí)施方案的線圈匝一圈接著另外一圈地跨過介電窗。元件10的線圈匝中至少一個線圈，如34a定位于第一方向或由水平面所確定的平面上，如圖1A虛線36和圖1D中相同標(biāo)號所示，其他線圈匝34b則定位于第二方向或第二平面，如圖1A所示標(biāo)號38的直立平面。依據(jù)本發(fā)明的原理，線圈匝34a定位于第一平面，如平面36，它與線圈匝34b所定位的第二平面如平面38成一定角度。在一個實(shí)施方案中，平面36與線圈匝34a基本垂直于平面38和線圈匝34b。
在一個處理系統(tǒng)中，如圖1D所示的系統(tǒng)12中，電感元件10被置于緊靠介電窗24a的一個面上，因而第一水平面36平行于介電窗的頂平面30，也就是說，線圈匝34a和電感元件10的其他類似定位線圈匝定位于一個平行于介電窗24a的頂平面30的平面上。在這樣一個定位中，線圈匝34b和與其類似定位的線圈匝被定位于直立平面38以及其他類似但與平面38橫向隔開一定距離的平面上，如圖1D和1E所示。線圈34b因而一般垂直于介電窗的表平面30。在圖1A的實(shí)施方案中，復(fù)合線圈匝象34a一般水平定位并且彼此之間共面、同心。線圈匝34b在水平面36上方成一定角度，在圖1A所示的實(shí)施方案中，它們是垂直定位的。線圈34b并不共面，而是位于間隔的直立平面上。間隔直立平面38如圖1A和1D所示，一般彼此平行。
盡管線圈匝34b一般直立定位，但它們也包括定位在平面36上或平行于該平面的段39。該段之間一般彼此平行并且平行于線圈匝34a的段41。元件10的多種線圈匝的聯(lián)合段39，41構(gòu)成了一個區(qū)域，如圖1A中的括號43所示，其結(jié)果是在等離子體內(nèi)產(chǎn)生一個大面積的有效電離，該有效電離區(qū)域43比現(xiàn)有技術(shù)中具有基本相似水平面積的完全平面的線圈所獲得的區(qū)域要更大。
例如，因?yàn)樵S多線圈匝(即匝34b)與匝34a不共面，所以，這些匝34b可以利用段39進(jìn)行等離子體電離，而無需額外的環(huán)繞現(xiàn)有匝34a的線圈匝。而現(xiàn)有技術(shù)中的平面線圈，如圖1F所示的“S”型線圈，每個額外的段41都需要額外的類似線圈匝34a的共面同心匝35環(huán)繞在已有線圈匝的外面。這些額外的匝35將大大地增加線圈的水平面積。而更大的線圈面積依次需要一個更大的介電窗24和一個更大的室13，這樣便增加了處理室和全系統(tǒng)的總成本。然而，元件10中，每個形成電離區(qū)域43的另外段39并不需要額外線圈匝圍繞平面36上最外端的線圈匝，而且，線圈匝34b在平面36之外，僅增加元件10的垂直高度而不是其水平面積，因而，可以使用一個較小水平橫斷面的處理室。元件10的線圈匝在圖1A，1B，1D，1E中顯示為半圓形，依據(jù)本發(fā)明，它們還可以為其他形狀。
依據(jù)本發(fā)明的原理，圖1A-1E，2A-2B，3A-3B，4，5A和5B所示的電感元件在等離子體處理室中比現(xiàn)有技術(shù)的、具有相同面積的平面元件產(chǎn)生了一個更大的有效電離區(qū)。
在一個實(shí)施方案中，如圖1D和1E所示，本發(fā)明的電感元件相對于法拉弟屏蔽部件設(shè)置，使得形成區(qū)域43的段39，41垂直于法拉弟屏蔽部件的槽。如圖1E所示，電感元件10置于介電窗24a和開槽的屏蔽部件15之上。屏蔽部件15上的槽23垂直于區(qū)域43的線圈匝段39，41。圖1E所示的這樣一個安排，與沒有該屏蔽部件的系統(tǒng)相比，確保了在等離子體中電感能量耦合和氣體離子化的一個更大的有效區(qū)。
因此，采用本發(fā)明電感元件10比現(xiàn)有技術(shù)中線圈電感元件和天線在室13的處理空間14中產(chǎn)生了一個大而密集的等離子體，而同時(shí)保持了室13和介電窗24相同的橫斷面尺寸。而且，圖示和此處所描述的電感元件在線圈匝數(shù)方面要較少受到介電窗和處理室水平橫斷面尺寸的限制。因而，與純平面線圈天線(如圖1F所示的“S”型天線)相比，本發(fā)明的電感元件在空間上更加可能在區(qū)域43內(nèi)增加有用的線圈匝數(shù)。等離子體產(chǎn)生的主要區(qū)域43一般靠近電感元件的中心，因而，采用象圖1A-1E，2A-2B，3A-3B，4，5A-5B所示的創(chuàng)造性結(jié)構(gòu)，在電感元件的中心區(qū)域43可以設(shè)置更多的線圈段39，41，以產(chǎn)生更密集的等離子體，同時(shí)并不顯著地影響該電感元件水平面積或橫斷面尺寸。此外也發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的電感元件10通過保持一些線圈匝(即34a)在一個平行于介電窗24所屬平面25的平面上，仍然保持著該等離子體的穩(wěn)定性。
此處一般情況下，在描述依據(jù)本發(fā)明原理的多種電感元件時(shí)，不同線圈匝、線圈匝部分和線圈匝段或線圈段的不同定位、方向和平面相對于水平參考平面25將被描述成“水平的”和“直立的”，該水平參考平面25來自此處所揭示的處理系統(tǒng)實(shí)施方案中的介電窗24a。同樣，線圈匝、線圈匝部分和線圈匝段也將相對于同樣的水平參考平面25顯示為平行的(水平的)或垂直的(直立的)。然而，這些術(shù)語，如“水平的”，“直立的”，“平行的”，“垂直的”并不是絕對限定的，為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很容易理解，一個相對某一參考平面是水平的元件，在參考平面旋轉(zhuǎn)90°后將定向?yàn)榇怪保?，一個平行于某一參考平面的元件將垂直于另外一個與第一參考平面成90°的參考平面。類似地，本發(fā)明電感元件的線圈匝將不會總是完全或絕對地在一個單一平面內(nèi)，因?yàn)樗鼈兪且粋€線圈的匝。尤其是，顯示為水平的、直立的、平行的、垂直的線圈匝、匝部分和匝段也將意味著(確切地說)，依賴電感元件的結(jié)構(gòu)，這些匝，部分、段或定向基本上或主要地為直立的、水平的、平行的、垂直的。而且，此處平面用來說明方向和定位，并不是限定線圈匝總為平面的。同樣，本發(fā)明尤其是權(quán)利要求書所引用的本發(fā)明并不限定于絕對的定向，這一點(diǎn)很易為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解。
當(dāng)元件10的線圈類似于圖1A中的線圈34a時(shí)，等離子體電流被維持在處理空間14內(nèi)的一個閉環(huán)上，它將等離子體28穩(wěn)定在處理空間內(nèi)。該電流環(huán)路以環(huán)35示意性地顯示在圖1A上。如上面所提到，類似于其中所揭示的線圈結(jié)構(gòu)(如元件10)的另外一個好處是電感元件10中線圈總匝數(shù)和接近元件中心的匝數(shù)不象現(xiàn)有技術(shù)的平面線圈那樣受介電窗尺寸的限制，先前技術(shù)的平面線圈在水平面內(nèi)使用大量同心共面的線圈匝。采用本發(fā)明，線圈匝在水平面之上成一角度，大量垂直的線圈匝34b可置于電感元件10的中心，因此在元件中央?yún)^(qū)域43增加了有效線圈段39的數(shù)量和耦合入等離子體的能量，而無需同時(shí)顯著增加元件10和介電窗總體直徑或長度/寬度的尺寸。
再次參考圖1A，每個垂直的線圈匝34b包括一段39，該段39置于水平面36之內(nèi)，因而平行于介電窗24的表平面30。如上面所討論，電感元件或天線10的結(jié)構(gòu)使段39彼此之間互相平行并且平行于段41。線圈匝段39和41共同提供了電感元件10的主要等離子體產(chǎn)生區(qū)域。通過改變每個段39和41之間的距離可在處理空間內(nèi)延伸或收縮等離子體。也就是說，在同樣水平面積內(nèi)，電感元件10更多的線圈匝數(shù)將使每個段39和41間隔更近，因而使等離子體更密集。線圈匝數(shù)越少，不同線圈匝段39和41之間的間隔就越大，使等離子體密集程度越小。
如圖1B所示，多個直立線圈匝34b一般平行于直立參考平面38。因?yàn)橹绷⒕€圈匝34b必須從一匝過渡到下一匝，如圖1B所示，所以直立線圈匝不會各自完全限定于一個絕對平行于參考平面38的直立平面內(nèi)。然而為了敘述本發(fā)明，直立線圈匝34b將被認(rèn)為基本平行于參考平面38，并且基本垂直于參考平面36和介電窗24a的表平面30。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，如圖1A所示，電感元件10的構(gòu)成使得水平線圈匝34a基本定位于平面36上，34a被置于垂直于平面36的直立線圈匝34b的任意一側(cè)。如此便維持了等離子體的總體對稱。來自射頻電源26b的射頻能量在段42處通過匹配單元26a被耦合到元件10。段42在圖1B中為直立位置。然而，段42也可定位于平面36內(nèi)，它位于線圈內(nèi)端部42a。射頻能量類似地在線圈端部耦合入圖1B-1D，2A-2B，3A-3B，4，5A-5B所示的元件，所述線圈構(gòu)成電感元件。
圖1A和1B實(shí)施例所示的元件10經(jīng)改造可適合任意形狀的介電窗24a。例如，圖1A和1B所示的實(shí)施方案采用水平線圈匝34a，它具有一個半圓的形狀，基本適合于環(huán)形或橢圓形的介電窗。圖1C所示的電感元件或天線10a具有一個矩形的水平線圈匝43a，它適合于矩形的介電窗，從而最有效地利用了窗形，并確保了元件1A中的大量線圈匝數(shù)。類似地，直立線圈匝34b可變化成矩形或別的形狀而不是半圓形，如圖1A-1C和其他圖所示。圖4示出了一個使用半圓形水平線圈匝53以及矩形直立線圈匝55的元件10e。正如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所理解的那樣，可對此處描述的電感元件線圈匝做多種更改而不會偏離本發(fā)明的范圍。例如，可依據(jù)本發(fā)明的原理，采用較多或較少的水平線圈匝34a和/或直立線圈匝34b，設(shè)計(jì)一種特殊的結(jié)構(gòu)來適合一個特定處理空間和室的幾何結(jié)構(gòu)。
在ICP系統(tǒng)中應(yīng)用的電感元件或天線的另一種結(jié)構(gòu)如圖2A和2B所示。其中，由于水平線圈匝及其連接到射頻電源的結(jié)構(gòu)不同，從而改變了水平線圈匝和直立線圈匝之間的連接。
尤其是，圖1A中的電感元件10采用了復(fù)合水平線圈匝34a，它盤繞成螺旋形，從而決定了線圈內(nèi)端42a和線圈外端42b。在圖1A的實(shí)施方案中，射頻能量被耦合入靠近線圈內(nèi)端42a的水平線圈匝內(nèi)。而在圖2A的實(shí)施方案中，射頻能量從線圈外端46b處被耦合入天線10b。在線圈內(nèi)端46a處，直立線圈匝48和水平線圈匝45連接，以形成一個整體元件10b。依據(jù)本發(fā)明的原理，水平線圈匝45和直立線圈匝48的匝數(shù)都可改變。例如，圖2B中的天線10c比圖2A中的天線10b使用了較少匝數(shù)的直立線圈匝48。
參考圖3A，本發(fā)明的另外一個實(shí)施例采用了一個具有直立線圈匝的電感元件。該線圈匝傾斜或成一角度位于水平和直立參考平面36，38之間的平面上。如圖3A所示，電感元件10d具有水平線圈匝50a和位于水平面以外的直立線圈匝50b。水平線圈匝50a基本平行于水平參考平面36，因而也基本平行于介電窗表面30(見圖3B)。線圈匝50b傾斜位于水平參考平面36之上。一個或多個線圈匝50b可主要置于垂直平面38之內(nèi)。然而，依據(jù)本發(fā)明原理的另外一個方面，線圈匝50b的其他部分如線圈匝52可傾斜或成一角度位于水平和直立參考平面36，38之間。線圈匝52的傾斜或角度將影響元件1D穿過介電窗的磁場外形，因而將影響傳遞到等離子體上的能量。同樣，中央線圈匝52的傾斜度將影響天線10d的電感特性并提供了相對等離子體形狀和密度的多樣性。那樣，針對一個特定處理室以及其他參數(shù)(如傳遞到等離子體的射頻功率水平)，中央線圈匝52的斜度可適當(dāng)變化來調(diào)整電感元件或天線的工作，從而產(chǎn)生一個期望的密集均勻的等離子體。
利用本發(fā)明的電感元件或天線的系統(tǒng)另外一個好處是它可用來消除相對電感元件的“過熱點(diǎn)”。電感元件一般有一個主要的區(qū)域或部分主要負(fù)責(zé)向等離子體耦合能量。采用如圖1F中現(xiàn)有技術(shù)的“S”型線圈時(shí)，該部分一般位于元件的中心43，其中排列著線圈匝的平行段。然而，圖1F中感應(yīng)元件37的主等離子體部分43通常在等離子體某些區(qū)域提供了過多的能量(即“過熱點(diǎn)”)。其結(jié)果是介電窗24a，如石英窗，可能會在ICP系統(tǒng)中遭濺射或侵蝕。無論是沉積還是蝕刻，這種介電窗24a的濺射可能在整個等離子體的處理過程中造成污染。在室內(nèi)如果采用法拉弟屏蔽部件以減少介電窗的濺射，屏蔽部件本身也會被濺射，它同樣會在等離子體的處理過程中造成污染。在如圖1A-1E，2A-2B，3A-3B所示的本發(fā)明的電感元件中，盡管線圈匝的某些段如段39位于水平面之內(nèi)，但元件中央?yún)^(qū)域43的線圈匝的構(gòu)造使這些線圈的主要部分都在水平面以上。采用這種結(jié)構(gòu)，便減少了等離子體不希望的“過熱點(diǎn)”，以及因其導(dǎo)致的介電窗或法拉弟屏蔽部件的濺射。因?yàn)榇朔N濺射可能導(dǎo)致襯底等離子體處理的污染，本發(fā)明將因而減少此類污染。
圖5A和5B示出了根據(jù)本發(fā)明原理用于一個處理系統(tǒng)的三維電感元件的其他實(shí)施方案。圖5A和5B中的電感元件或天線利用有些段或部分位于水平面之外的線圈，于處理空間內(nèi)提供密集均勻的等離子體，同時(shí)無需顯著增加天線結(jié)構(gòu)的總體水平面積。依據(jù)本發(fā)明的另外一個方面，圖5A和5B中的電感元件采用了也可減少元件直立高度的線圈匝，圖5A和5B中的元件采用另外的線圈匝，它在直立方向高于基準(zhǔn)平面，但仍然水平延伸從而限制了元件整體的直立高度。
現(xiàn)在參考圖5A，電感元件60包括許多線圈匝62。線圈匝62的一部分又包括如圖所示的定位于一定間距平行平面上的圈部分64。這些一定間距的平行平面一般水平定向。也就是說，如果電感元件60如圖1D所示置于一個介電窗的頂部，則線圈匝62的圈部分64將位于平行于介電窗所決定的平面25并高于其的水平面上(見圖1D)。那樣，圈部分便形成疊加的線圈匝。然而線圈匝62的一部分也包括直立定向并增加線圈直立高度的段或部分66，即在直立方向疊加水平定位的線圈匝部分。線圈匝62主要形成水平定位。因而電感元件60的線圈匝62的一部分包括如圖5A，5B所示的彼此在直立方向疊加的段或部分。盡管電感元件60的結(jié)構(gòu)采用了具有直立定位部分66和水平定位部分64的線圈匝，線圈匝62主要還是水平定位于許多彼此直立間隔疊加形式的水平面上。也就是說，每個線圈匝絕大多數(shù)部分或段是基本水平定位的，線圈匝的直立部分66在水平部分64之間提供了直立間隔，使得線圈匝62形成如圖5A所示的疊加形式。這樣，電感元件的有效等離子體產(chǎn)生區(qū)域得到增加，而無需顯著增加電感元件的水平面積。而且，因?yàn)榫€圈匝主要是水平構(gòu)造的，電感元件的直立高度也獲得最小化。特別是，線圈匝62包括的平行部分68彼此平行且共面，它們確定了元件60的一個中央等離子體產(chǎn)生區(qū)域71。根據(jù)本發(fā)明的原理，疊加的線圈62提供了大量的、接近電感元件60的中央71的線圈匝部分68，而無需增加電感元件總體的水平面積。電感元件60中另外的線圈匝62被轉(zhuǎn)變成電感元件另外的直立高度，而不是更大的水平面積。因而在一個等離子體處理系統(tǒng)中，電感元件60可用來產(chǎn)生并保持密集均勻的等離子體而無需顯著增加處理室的水平橫斷面尺寸。如圖5A所示，射頻能量在內(nèi)線圈端70處被電感耦合入電感元件60。因?yàn)榫€圈匝62疊加并主要水平定位，所以直立高度并不象圖1中元件10那樣顯著增加，因而，元件60提供了一個水平和直立方向都緊湊的結(jié)構(gòu)，它用來維持一個一般需要大得多的電感元件才能產(chǎn)生的密集均勻的等離子體。
圖5B示出了另外一個根據(jù)本發(fā)明原理的電感元件實(shí)施方案，它利用了圖5A中電感元件60和圖1A中電感元件10各自的不同特點(diǎn)。更具體地說，電感元件72包括上述疊加狀態(tài)或傾斜于疊加狀態(tài)的線圈匝62。因?yàn)槠渌讲糠?4要比直立部分66長得多，因而線圈匝62主要位于水平面上。那樣，類似于圖5A中的電感元件60，線圈匝62以疊加形式定位于垂直間隔的水平面上。電感元件72也包括一個或更多的線圈匝74以一定角度傾斜于疊加狀態(tài)。在圖5B中，線圈匝74主要定位于一個直立的平面，基本垂直于疊加線圈匝62。然而，另外的線圈或線圈匝74可在水平方向和垂直方向之間成一定角度。射頻能量于外線圈端76處被耦合入電感元件72。盡管圖5A-5B所示電感元件的線圈匝一般是半圓形，但它們也可以具有其他的形狀。同樣，盡管圖5B所述線圈匝74為直立定向，但它們也可以象圖3A和3B一樣傾斜于水平和直立之間。
圖6A-6D示出了根據(jù)本發(fā)明原理用于等離子體處理系統(tǒng)中電感元件更多的可選結(jié)構(gòu)。圖6A-6D中的元件來自傳統(tǒng)電感元件的變化，它們具有空間上相對靠近的纏繞線圈匝。也就是說，圖6A-6D示出了利用重復(fù)導(dǎo)體段排列成非線圈形式電感元件的實(shí)施方案。更具體地說，相對電感元件，重復(fù)的導(dǎo)體段并不是簡單以一個線圈重復(fù)線圈匝的形式存在，如下關(guān)于其他實(shí)施方案所述。特別地，圖6A-6D的實(shí)施方案被設(shè)計(jì)用來與一個平面介電窗共同耦合能量入一個等離子體。圖6A-6D中的每個電感元件都包括許多相同重復(fù)的導(dǎo)體段圍繞電感元件中心以環(huán)狀設(shè)置。元件中的一些，例如圖6A，6C和6D具有重復(fù)的導(dǎo)體段自電感元件中心向外徑向延伸。此種電感元件在處理室內(nèi)產(chǎn)生一個環(huán)狀的等離子體并且可與其他可置于接近該電感元件中心的硬件設(shè)備一起使用。例如，磁控管裝置，進(jìn)氣裝置，檢測設(shè)備以及其他處理硬件可置于圖6A-6D電感元件的中心，用于等離子體處理。圖6A-6D所述元件有些區(qū)別于具有大量相鄰?fù)木€圈匝的傳統(tǒng)纏繞線圈或天線。盡管實(shí)施方案中的一些采用多層結(jié)構(gòu)，如圖6B中的電感元件，并且，盡管圖6B電感元件采用重復(fù)段的線圈匝排成環(huán)狀模式，但是，與一個傳統(tǒng)纏繞或螺旋形的線圈天線相比，圖6A-6D中的電感元件在天線端具有減小的輸入阻抗。而且，圖6A-6D中的電感元件與傳統(tǒng)線圈結(jié)構(gòu)相比具有更低的感應(yīng)系數(shù)。
參考圖6A，圖6A示出了一個電感元件80，它構(gòu)造成定位在一個平行于介電窗水平面(見圖1D)的平面上。電感元件80形成許多重復(fù)段82，這些重復(fù)段82自電感元件中心84向外徑向延伸。每個重復(fù)段82都對等離子體的產(chǎn)生作出貢獻(xiàn)，并且因?yàn)檫@些段82圍繞中心84徑向排列，于是，該元件產(chǎn)生一個圓形或環(huán)狀的等離子體。電感元件80具有重復(fù)導(dǎo)體段82，它又包括由參考圓87所表示的圓形的外面部分86。依據(jù)本發(fā)明的原理，電感元件80產(chǎn)生了一個密集均勻環(huán)狀的等離子體，它可用來與其他處理部件一起使用，例如磁控管裝置、進(jìn)氣裝置或檢測設(shè)備，這些部件可置于接近電感元件中心84的位置，因?yàn)榈入x子體的產(chǎn)生主要維持在自接近重復(fù)段86的中心徑向朝外的區(qū)域。電感元件80包括一個交叉段88，它延伸通過電感元件的中心84，因而電感元件的一邊在某一方向上傳導(dǎo)電流，如順時(shí)針方向，其中另一邊將在相反的方向上傳導(dǎo)電流，如逆時(shí)針方向。那樣，便在環(huán)狀的等離子體內(nèi)獲得了一個更均勻的等離子體密度。射頻能量在端部81處被耦合入元件80。
圖6B示出了一個電感元件90，它也構(gòu)造成定位于一個平行于平面介電窗(見圖1D)的平面上，并且包括形成單個線圈的重復(fù)導(dǎo)體段92。盡管段92形成線圈，重復(fù)導(dǎo)體段并不排列成線圈狀。也就是說，單個線圈92并不簡單是一個較大線圈結(jié)構(gòu)的線圈匝。每個線圈92包括大約一圈半的線圈匝，并且圍繞電感元件的中心94排成環(huán)狀。圖6B中的實(shí)施方案具有螺旋狀的線圈。每個線圈段92都沿著直立軸93纏繞，因而每個重復(fù)線圈段92的一圈半匝提供了一個多層電感元件，其段位于直立間隔但水平定位的平面上，如圖6B所示。每個線圈段包括過渡段95，它置于不同線圈段92之間，因而每個線圈段可以類似地纏繞于一個下部96和一個上部98之間。每個線圈段92圍繞感應(yīng)元件90的中心94類似地排列。射頻能量于端部91耦合入元件90。
圖6C中的電感元件100也構(gòu)造成定位于一個平行于平面介電窗的平面上并形成重復(fù)導(dǎo)體段102，這些重復(fù)段102自電感元件中心104向外徑向擴(kuò)展。重復(fù)段102包括橢圓形部分，橢圓形部分具有線性外邊101以及圓角端103。電感元件100類似圖6B也具有多層結(jié)構(gòu)。然而，以標(biāo)號106表示第一層，108表示第二層的該多層結(jié)構(gòu)是通過重復(fù)兩個直立間隔水平面的方式形成。更具體地說，電感元件100于大約點(diǎn)105處在第一層106上形成許多重復(fù)導(dǎo)體段，于大約點(diǎn)107處發(fā)生過渡，其中構(gòu)成電感元件100的導(dǎo)體直立延伸到層108然后重復(fù)該方式構(gòu)成重復(fù)段，它位于下面層106上重復(fù)段的上面并與之對應(yīng)延伸(coextensive)。射頻能量于端部109處耦合入元件100。
圖6D根據(jù)本發(fā)明的原理示出了用于等離子體處理系統(tǒng)中電感元件的另外一個可選結(jié)構(gòu)。電感元件110構(gòu)造成定位于一個平行于介電窗的平面上并形成重復(fù)導(dǎo)體段112，這些重復(fù)段112自電感元件110的中心114向外徑向延伸。段112的定位類似于圖6C中示出的段102。然而，電感元件110僅僅利用了一個單層，并且重復(fù)段112采取了不同的形式。不是形成圖6C中的橢圓形部分，而是重復(fù)段具有許多一定角度的拐角116，一般成圓周矩形，它形成一相對電感元件110中心114的半徑。圓周矩形包括內(nèi)曲邊113和外曲邊115，由徑向定位段117所連接。射頻能量于端101處耦合入元件。
根據(jù)本發(fā)明的另外一個方面，一個電感元件可構(gòu)造用來耦合電能通過處理室的一個側(cè)壁部分或者一個端壁部分從而進(jìn)入到該處理室的處理空間內(nèi)。傳統(tǒng)上，一個典型的介電窗被置于室的端部或接近室的一個端壁，通常在室的頂端，如圖1D所示。那樣，來自一個傳統(tǒng)平面線圈天線的電能被向下導(dǎo)入室的處理空間內(nèi)。做為選擇，室的側(cè)壁可由介電材料構(gòu)成，并且一個螺旋形或螺線管的線圈可纏繞側(cè)壁并耦合能量到室內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的另外一個方面，一個具有復(fù)合線圈匝的非平面電感線圈被構(gòu)造使其線圈匝的段沿著室的側(cè)壁部分并且也同時(shí)沿著室的端壁部分定位或設(shè)置，來自電感元件的電能因而同時(shí)耦合通過側(cè)壁和端壁部分。也就是說，在一個實(shí)施方案中，感應(yīng)電能從等離子體的邊和室的頂部被耦合入等離子體。為此，采用這樣一個電感元件的處理系統(tǒng)具有介電材料如石英形成的側(cè)壁部分和端壁部分。
參考圖7A，線圈形式的電感元件120如圖構(gòu)造使其圍繞著處理室的一個單元123，該處理室包括一個側(cè)壁部分121以及一個端壁部分122。處理室單元123可并入一個更大的室，如圖8B所示。該單元123一般置于被處理襯底的對面，從而靠近該襯底形成一個等離子體。盡管圖7A-7C中的單元123顯示為一個具有平端壁部分122和圓柱形側(cè)壁部分121的圓柱體，但該單元123也可以為其他形狀，例如圖8B所示的圓錐形。電感元件120構(gòu)成為一個線圈，它包括由標(biāo)號124所表示的復(fù)合線圈匝，其中每個線圈匝包括沿室側(cè)壁部分121定向和圍繞的段126。線圈匝124也包括沿端壁部分122定位的段127。那樣，電感元件120的線圈匝124通過室的側(cè)壁和端壁部分耦合能量進(jìn)入等離子體。側(cè)壁和端壁部分121，122由適當(dāng)?shù)慕殡姴牧先缡?gòu)成，從而使電能通過其被耦合入等離子體。
線圈匝124圍繞介電室單元123纏繞并排列，從而自單元123的基本上所有的面都耦合能量入等離子體。也就是說，元件120包括沿室側(cè)壁部分121定位的線圈匝段以及沿室端壁部分122定位的線圈匝段。所以，于端130處連接到射頻電源端部的電感元件120包括著線圈匝，其中，每匝都有一個跨過端壁部分的段和一個纏繞側(cè)壁部分122的段。線圈匝的側(cè)壁段包括彼此成一個角度定位的單元。特別地，沿側(cè)壁部分121設(shè)置的每個線圈的側(cè)壁段都包括一個沿側(cè)壁部分向下的單元132，以及一個圍繞側(cè)壁部分121的單元，如水平單元133。每個線圈匝的側(cè)壁段進(jìn)一步包括一個背后向上延伸跨過側(cè)壁部分121的單元，如直立單元134。該線圈匝然后背后延伸跨過端壁部分122。如圖7A所示，此種模式為多個線圈匝124所重復(fù)，沿室單元123的一面下行。在下線圈124a上，于段135處過渡到線圈匝124b然后圍繞側(cè)壁部分121向上，越過端壁部分122，然后沿著室單元123的另外一面重復(fù)直到端部136終止，端部136連接到射頻電源的另外一端。如圖所示，線圈120主要有數(shù)組線圈，其中，一組線圈匝沿著室的一面設(shè)置，另外一組線圈匝沿著室的另外一面設(shè)置。
在圖7A所示元件的實(shí)施方案中，線圈匝沿側(cè)壁部分的段包括90°直角彎曲。由標(biāo)號132，134所表示的多個上下纏繞側(cè)壁部分122的線圈匝單元定位于直立方向。電感元件的其他單元包括單元133，大致水平定位。線圈匝單元132，134與單元133之間成大約90°的彎曲。做為選擇，線圈匝的不同單元也可采用其他定位。
例如，圖7B示出了一個類似于電感元件120的可選實(shí)施方案。電感元件140包括許多線圈匝142，類似于圖7A的電感元件120，它圍繞一個處理室單元123的側(cè)壁部分121延伸并越過端壁部分122。然而，在線圈匝142的單元134和133之間的過渡大于90°，因而，單元134，133彼此并不垂直。側(cè)壁上的單元133，134之間的角度可以變化適應(yīng)室單元123特定的形狀，例如，角度可能小于90°。元件140通過室的端壁和側(cè)壁同時(shí)耦合能量入等離子體。
圖7C示出了從室的端壁和側(cè)壁部分耦合電能入處理室所采用電感元件的另外一個可選實(shí)施方案。圖7C中的實(shí)施方案并未利用圖7A，7B中形成為復(fù)合角度單元的線圈匝。電感元件150采用環(huán)狀纏繞線圈匝，因而線圈匝單元圍繞室單元123，并且同時(shí)越過端壁部分122和側(cè)壁部分121。如上所述，該元件形成了兩套置于單元123相對兩面的線圈匝。
圖7A，7B，7C中的電感元件120，140，150分別可用來從不同角度感應(yīng)耦合電能入等離子體，并且可用來改變電能進(jìn)入等離子體的程度。因此，這些電感元件以平面線圈無法獲得的方式影響著等離子體的穩(wěn)定性和均勻性。例如，采用平面線圈，幾乎很少能夠改變線圈和等離子體之間耦合界面的尺寸，因而擴(kuò)大了射頻能量沉積到等離子體上的面積。一般地，ICP能量沉積入一個與天線接界并自介電窗延伸少許透入深度的等離子體層。圖7A-7C所示天線的結(jié)構(gòu)通過改變沿處理室側(cè)壁部分121的線圈匝段間的定位而產(chǎn)生多樣性，因此能量不僅從室的頂部而且還從邊上直接進(jìn)入等離子體。
圖7D示出了另外一個非平面電感元件的實(shí)施方案，根據(jù)本發(fā)明的原理，該元件可用來電感耦合能量通過一處理室的端壁和側(cè)壁部分進(jìn)入等離子體。電感元件160并不采用類似圖7A-7C中電感元件的重復(fù)纏繞線圈匝，而是采用圖6A-6D所示的電感元件的變化，其中，電感元件的重復(fù)段以非線圈方式圍繞一個中心軸排成環(huán)狀模式。這些重復(fù)段自電感元件中心向外徑向延伸。然而，元件160并未構(gòu)造成如圖6A-6D所示的平面狀，而是具有分別沿處理室頂和邊定位的段。
更具體地說，徑向圍繞中心軸161排列的每個重復(fù)段162于角163處彎曲從而形成水平頂段164和直立段166。頂段164沿處理室端壁或頂壁部分122定位，而直立段166沿處理室側(cè)壁部分121定位。例如，一類似元件160的電感元件可以用圖7D所示方式通過彎曲圖6A中元件80的不同重復(fù)段而形成。每個側(cè)段166包括一個水平定位而又沿側(cè)壁部分121設(shè)置的單元167。元件160從室的上方和通過室的側(cè)面耦合電能進(jìn)入處理室。
依據(jù)本發(fā)明的一個方面，ICP系統(tǒng)和此處揭示的電感元件可用于等離子體蝕刻或等離子體增強(qiáng)CVD(PECVD)。依據(jù)本發(fā)明的另外一個方面，電感耦合等離子體可用于濺射沉積處理或?yàn)R射處理。在本發(fā)明的又一個方面，此處揭示的電感元件可與第二獨(dú)立偏壓的電感元件協(xié)作用于濺射沉積處理，從而進(jìn)一步于處理室內(nèi)影響等離子體或離子化濺射粒子。
為此，圖8A示出了一處理系統(tǒng)200，它采用一處理室202來確定了一處理空間204，處理空間204內(nèi)設(shè)置一被處理襯底206。系統(tǒng)200采用了上文中所述的依據(jù)本發(fā)明原理的電感元件，它特別適合電離PVD法，運(yùn)用此種方法，自靶上濺射出來的粒子在沉積到襯底之前被電離。襯底206立于介電室單元210下方的晶片支承件208上，室單元210環(huán)繞著襯底206和處理空間204。支承件208包括由一匹配電源206a偏壓的襯底支架206b。一帶孔板212和一濺射沉積靶214以及附屬固定架215置于介電室單元210的頂部。帶孔板212包括一開孔或開口213，靶214可以環(huán)狀形式環(huán)繞著孔213。靶214連接到一匹配的直流電源226b。介電窗216置于孔板212和靶214的頂部。電感元件220置于介電窗216的頂部。
依據(jù)本發(fā)明的原理，電感元件220可以是許多合適構(gòu)造并可與平面介電窗協(xié)作的電感元件中的任何一種，例如圖1A所述并示于圖8A的電感元件10。法拉弟屏蔽部件234，236可以象結(jié)合圖1D所討論的系統(tǒng)那樣用于系統(tǒng)200中。電感元件10包括直立線圈匝222和水平線圈匝224。水平線圈匝224位于平行于介電窗216頂平面225的平面上。電感元件220將電能耦合入處理空間204，并具體地于處理空間204內(nèi)通過窗216將能量耦合入等離子體。等離子體被用來自靶214上濺射材料并且電離靶材料的濺射原子，根據(jù)已知電離濺射沉積技術(shù)，該濺射原子然后沉積到襯底206上。電感元件220通過匹配單元226a連接到射頻電源226上。靶214連接到一直流電源226b上而被偏壓。盡管圖8A所示的電感元件220在結(jié)構(gòu)上類似圖1A和1B所示的電感元件，但依據(jù)本發(fā)明原理的其他電感元件也可用于系統(tǒng)200中與平面介電窗216協(xié)同使用，例如，在平面窗216附近也可以使用圖1C，2A-2B，3A-3B，4，5A-5B，6A-6D所示的電感元件。
為了進(jìn)一步控制和影響一個在處理室空間204中形成的等離子體，依據(jù)本發(fā)明的一個方面，一個次電感元件230圍繞介電室單元210設(shè)置。為此，次電感元件230可采用一圓柱形線圈元件纏繞單元210的形式，如圖8A所示。次電感元件230通過匹配單元232a連接到射頻電源232。電源232的工作獨(dú)立于射頻電源226。那樣，主電感元件220和次電感元件230都獨(dú)立地偏壓和工作。這兩個獨(dú)立射頻電源226，232可用來調(diào)節(jié)傳送到等離子體的能量。
采用兩個獨(dú)立偏壓電感元件的本發(fā)明系統(tǒng)200的一個特別的好處通過一電離PVD工藝來加以實(shí)現(xiàn)。在一個電離PVD(iPVD)工藝中，如電離金屬PVD工藝中，金屬粒子(如鋁粒子)被主電感元件產(chǎn)生并維持的等離子體從靶上濺射下來，然后，粒子被次等離子體電離。電離PVD工藝使金屬薄膜能夠沉積到采用縱橫比特征的襯底上。在等離子體上最大化電子溫度和密度對優(yōu)化一個iPVD工藝中金屬粒子的電離是一個重要的問題。然而，在iPVD工藝中通常發(fā)生的是存在于主等離子體中金屬粒子增加的密度使主等離子體中的電子溫度驟冷或降低，從而減少了總體上可獲得的金屬電離。而且，濺射金屬粒子所產(chǎn)生的能量通常為處理氣體例如氬氣所吸收，導(dǎo)致氬處理氣密度的減小或稀薄。氬氣的稀薄依次又減少了濺射原子的熱效率并且進(jìn)一步減少了金屬的電離。
采用圖8A所示的、并依據(jù)本發(fā)明原理的系統(tǒng)，金屬原子將在處理空間內(nèi)兩個不同區(qū)域與高密度等離子體互相作用，這兩個區(qū)域由來自分開的電感元件220和230的感應(yīng)耦合能量所確定。依據(jù)上面所討論的本發(fā)明的原理，主電感元件220提供了一個高密度和均勻的等離子體，它靠近靶214。待沉積到襯底206上的材料自靶214上濺射并由主等離子體電離。小部分濺射材料經(jīng)過主等離子體區(qū)域沒有完全冷卻到本地氣體溫度，因而不會有機(jī)會與等離子體粒子碰撞并電離。次電感元件230顯著地增強(qiáng)了濺射材料的電離，因?yàn)闉R射原子有機(jī)會在它們到達(dá)次等離子體時(shí)冷卻到一個熱狀態(tài)，因而能夠與等離子體粒子碰撞電離。而且，任何先前電離的濺射原子與等離子體電子重新組合至一中性狀態(tài)的部分由次等離子體再次電離。這種再電離將發(fā)生在靠近電感元件230的處理空間區(qū)域，也就是直接在襯底206上方的空間。次電感元件230在處理室202中提供能量給等離子體獨(dú)立于主電感元件的效果。那樣，更多的能量被傳送到等離子體和自靶214上濺射的金屬粒子上，因而增加了所需金屬粒子的電離并增加了電離金屬流的均勻度。而且，次電感元件230增加射頻能量到等離子體場的外圍區(qū)域，其中大量電離金屬流由于其重新組合以及與介電室單元210相關(guān)的側(cè)壁吸收而失去。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，主電感元件可連接到一個以大約13.56MHZ工作的射頻電源上，而次射頻電源232可以大約2MHZ工作。電源226，232各自獨(dú)立地工作。一般地，電感元件可由電源在400KHZ直到100MHZ的激發(fā)頻率范圍內(nèi)激勵。射頻電源通過匹配單元226a，232a連接到電感元件，以傳送最大的射頻能量給等離子體。
如圖8A所示，采用兩個電感元件產(chǎn)生等離子體，由于能量從兩個獨(dú)立的能源傳送到等離子體，因而該等離子體可更合適地控制在一個更寬的靶能量范圍和氣體壓力參數(shù)下。而且，通過在襯底206的直接上方區(qū)域提供等離子體的獨(dú)立控制，以及等離子體與自靶214上濺射下來粒子相互作用的獨(dú)立控制，圖8A所示的系統(tǒng)200將增加金屬粒子電離區(qū)域的尺寸。而且，發(fā)明者已確定一個類似于系統(tǒng)200的系統(tǒng)也可利用其他物理性機(jī)構(gòu)將電能引入等離子體，如離子聲波，電子等離子體波和其他波耦合機(jī)構(gòu)。而且，此處所討論的本發(fā)明系統(tǒng)另外一個優(yōu)點(diǎn)是傳送到等離子體的總能量可分成兩部分，從而傳送到等離子體的累積能量水平更高。此外，于主電感元件和次電感元件之間分割所需的能量減少了元件的生熱，并且使元件冷卻更容易。
系統(tǒng)200也可用來增強(qiáng)自靶214濺射下來的粒子的空間離子化效率。開口板212上中央開口213的尺寸將限制在冷卻和電離前撞擊襯底的濺射原子。中央開口的尺寸可變化，以反射更多或更少數(shù)量的濺射粒子回到來自主電感元件的等離子體，從而被電離。這增加了濺射粒子在撞擊襯底表面之前的離子化幾率。圖8A中的系統(tǒng)使電離過程更獨(dú)立于處理空間204中的氣體壓力，并且更獨(dú)立于傳送到靶214并從那里濺射粒子的能量。因而，系統(tǒng)總的“處理窗”被增強(qiáng)了，這比現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)采用單一平面電感元件而受限于某一氣壓范圍和能量制約具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。
為了進(jìn)一步增強(qiáng)電感耦合能量到氣體等離子體，如上文所述，系統(tǒng)200可使用法拉弟屏蔽部件，開槽的屏蔽部件234靠近介電窗216的內(nèi)部，屏蔽部件236圍繞室單元210靠近次電感元件230。法拉弟屏蔽部件在電離PVD系統(tǒng)中非常有用，該系統(tǒng)使用可建立于室內(nèi)電介面上的金屬材料，并使得內(nèi)部組件與等離子體短路。法拉弟屏蔽部件也增強(qiáng)來自元件230能量的電感耦合進(jìn)入等離子體。根據(jù)公知等離子體原理，法拉弟屏蔽部件一般要接地并且用來減少電感元件220，230所產(chǎn)生的電容性電場，如上文所述。
圖8B示出了本發(fā)明系統(tǒng)的一個可選實(shí)施方案，類似于系統(tǒng)200，它采用了一個上面討論過的非平面主電感元件，以及一個次電感元件。類似于以上結(jié)合圖7A-7D所描述的元件，系統(tǒng)245采用一主電感元件250從室的一端壁部分251和一側(cè)壁部分252耦合電能入處理室246。因而，在開孔板247以上，一個具有端壁部分251和側(cè)壁部分252的介電室248被用來替代圖8A所示的平的介電窗。一環(huán)形靶254和固定架255置于室部分248的周圍，并且電感元件250纏繞著室單元248，從而電感耦合能量進(jìn)入靠近靶254的室246，從而根據(jù)眾所周知的等離子體原理，從靶上濺射材料粒子。靶254連接到一直流電源255b被偏壓。一個形狀類似于圖7B所揭示的電感元件示于圖8B，然而，其他依據(jù)本發(fā)明原理設(shè)計(jì)的電感元件也可加以利用。例如，圖7A，7C和7D所示的電感元件也可與圖8B所示的系統(tǒng)245一起使用。電感元件250連接到匹配單元255a和射頻電源255，它們獨(dú)立工作于連接到次電感元件257上的另一射頻電源256和匹配單元256a。一法拉弟屏蔽部件258示于系統(tǒng)245中，并且用來通過次電感元件257而提高進(jìn)入室246中的電感耦合能量，用于處理位于室246內(nèi)支承件261上的襯底260。支承件261包括襯底托架260b，它可從電源260a偏壓，從而控制襯底260上的處理電壓和參數(shù)。
采用一類似于圖8B中系統(tǒng)245的等離子體處理系統(tǒng)，其處理室的結(jié)構(gòu)可通過在電感元件250各線圈匝之間介電室單元248的區(qū)域內(nèi)安裝靶254加以更改。參考圖8B，靶254可置于由標(biāo)號259所表示的介于電感元件250相鄰線圈匝之間的區(qū)域。
圖8C示出了另外一個系統(tǒng)270，它采用了依據(jù)本發(fā)明原理的主、次電感元件。系統(tǒng)270使用了一個大體為平面的主電感元件280，例如，他可以是圖4，5A-5B和6A-6D中任何一個元件。系統(tǒng)270采用了室272，其內(nèi)襯底274由支承件275所支承。支承件275包括襯底架274b，274b被電源274a偏壓，以控制襯底274上的電壓和工藝參數(shù)。在開孔板276的上方，為了將材料濺射沉積到襯底274上形成材料層而安置了靶277、固定架279和介電窗278。一直流電源282b偏壓靶277。電感元件280連接到平面介電窗278的一個面上提供電能到處理室272內(nèi)的等離子體上。電感元件280通過匹配單元282a連接到一射頻電源282。如上所述，在介電窗278的一個內(nèi)表面上，可用一法拉弟屏蔽部件283來增強(qiáng)來自元件280的感應(yīng)耦合電能。
圍繞室介電單元286的次電感元件285并不是以圖8A，8B所示的圓柱形線圈在附近纏繞的形式。作為選擇，元件285構(gòu)造成包括許多重復(fù)并排的段288，它們挨著室286的外壁定位于直立方向。如圖8C所示，重復(fù)段288一般直立定位，以形成一個總體上圓柱形元件圍繞著室272。依據(jù)本發(fā)明的原理，電感元件285通過匹配單元290a連接到一個匹配的射頻電源290，以感應(yīng)耦合電能進(jìn)入處理室272。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案中，重復(fù)段288如圖8C所示成“U”型。然而，也可使用其他形狀的重復(fù)段。而且，圖8A，8B所示的圓柱形線圈依據(jù)本發(fā)明的原理也可用于系統(tǒng)270。
盡管本發(fā)明已通過實(shí)施方案進(jìn)行了描述，也盡管對這些實(shí)施方案進(jìn)行了詳細(xì)描述，但這并不是對所附權(quán)利要求書的保護(hù)范圍的限制。本發(fā)明的其他的優(yōu)點(diǎn)和變化對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是顯而易見的。本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅僅限于以上的說明性的實(shí)施例所顯示和描述的代表性的裝置和方法。因此，在不偏離本發(fā)明的精神或發(fā)明的整體構(gòu)思的前提下，可以對本發(fā)明作出修改或變化。
權(quán)利要求
1.一種采用等離子體處理襯底的處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個處理室，該處理室確定了一個處理空間并且包括在處理空間內(nèi)支承著襯底的襯底支承件；一個將處理氣導(dǎo)入上述處理空間的氣體入口；一個在處理空間內(nèi)的、自處理氣體產(chǎn)生等離子體的等離子體源，該等離子體源包括一個具有一般平表面的介電窗，該介電窗與處理室的接界靠近處理空間；一置于室外并靠近介電窗的電感元件，該電感元件可耦合電能穿過介電窗進(jìn)入處理空間并在其中產(chǎn)生等離子體；該電感元件包括一具有復(fù)合線圈匝沿線圈長度方向連續(xù)排列的線圈，至少一個上述線圈匝定位于第一平面，至少一個上述線圈匝定位于與第一平面成一定角度的第二平面上。
2.權(quán)利要求1的處理系統(tǒng)，其中，上述第一平面一般平行于介電窗的平坦表面。
3.權(quán)利要求1的處理系統(tǒng)，其中，上述電感元件包括另外一個定位于第一平面的線圈匝，第二平面上的線圈匝一般置于第一平面線圈匝之間。
4.權(quán)利要求1的處理系統(tǒng)，其中，上述電感元件包括定位于第一平面的復(fù)合線圈匝。
5.權(quán)利要求1的處理系統(tǒng)，其中，上述電感元件包括定位于與第一平面成一定角度平面上的復(fù)合線圈匝。
6.權(quán)利要求1的處理系統(tǒng)，其中，至少一個上述線圈匝具有一個半圓形。
7.權(quán)利要求1的處理系統(tǒng)，其中，至少一個上述線圈匝具有一個矩形。
8.權(quán)利要求1的處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括至少一個線圈匝定位于一個介于第一和第二平面之間成一定角度的第三平面上。
9.權(quán)利要求1的處理系統(tǒng)，其中，上述第一平面上的線圈匝確定了一個線圈內(nèi)端和一個線圈外端，第二平面上的線圈匝連接到第一平面線圈匝的外端。
10.權(quán)利要求1的處理系統(tǒng)，其中，上述第一平面上的線圈匝確定了一個線圈內(nèi)端和一個線圈外端，第二平面上的線圈匝連接到第一平面線圈匝的內(nèi)端。
11.權(quán)利要求1的處理系統(tǒng)，其中，電感元件進(jìn)一步包括一個一部分定位于第一平面和一部分定位于第二平面的線圈匝。
12.權(quán)利要求1的處理系統(tǒng)，其中，上述第二平面一般垂直于第一平面。
13.權(quán)利要求1的處理系統(tǒng)，其中，上述處理室具有一個介電材料形成的側(cè)壁單元，處理系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個第二電感元件，其置于靠近側(cè)壁單元的地方進(jìn)一步耦合電能通過側(cè)壁單元進(jìn)入處理空間。
14.權(quán)利要求13的處理系統(tǒng)，其中，上述第二電感元件包括一在室側(cè)壁單元周圍纏繞的線圈。
15.權(quán)利要求13的處理系統(tǒng)，其中，第一和第二感應(yīng)元件各自連接到一個電源，以將電能耦合入處理空間，電源各自可獨(dú)立工作，從而獨(dú)立偏壓第一和第二電感元件。
16.權(quán)利要求13的處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一置于上述第二電感元件與處理空間之間的法拉弟屏蔽部件。
17.權(quán)利要求1的處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一置于電感元件與處理空間之間的法拉弟屏蔽部件。
18.權(quán)利要求1的處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一于處理室內(nèi)配置、用來支持一材料靶的固定架。
19.一種采用等離子體處理襯底的處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個處理室，該處理室確定了一個處理空間并且在處理空間內(nèi)包括支承襯底的襯底支承件；一個將處理氣導(dǎo)入上述處理空間的氣體入口；一個在處理空間內(nèi)自處理氣體產(chǎn)生等離子體的等離子體源，該等離子體源包括一個具有平表面的介電窗，該介電窗與處理室的接界靠近處理空間；一置于室外并靠近介電窗的電感元件，該電感元件可耦合電能穿過介電窗進(jìn)入處理空間并在其中產(chǎn)生等離子體；該電感元件包括一具有復(fù)合線圈匝的線圈，電感元件的第一和第二線圈匝部分定位于有一定間隔并且基本上平行的平面上，以形成疊加線圈匝，該疊加線圈匝一般平行于上述介電窗的平表面。
20.權(quán)利要求19的處理系統(tǒng)，其中，電感元件包括多套疊加線圈匝。
21.權(quán)利要求19的處理系統(tǒng)，其中，上述處理室具有一個介電材料形成的側(cè)壁單元，處理系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個靠近側(cè)壁單元進(jìn)一步耦合電能進(jìn)入處理空間的第二電感元件。
22.權(quán)利要求21的處理系統(tǒng)，其中，上述第二電感元件包括一在室側(cè)壁單元周圍纏繞的線圈。
23.權(quán)利要求21的處理系統(tǒng)，其中，第一和第二電感元件各自連接到一個電源，以將電能耦合入處理空間，電源各自獨(dú)立工作，從而獨(dú)立偏壓第一和第二電感元件。
24.權(quán)利要求21的處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一置于上述第二電感元件與處理空間之間的法拉弟屏蔽部件。
25.權(quán)利要求19的處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一置于電感元件與處理空間之間的法拉弟屏蔽部件。
26.權(quán)利要求19的處理系統(tǒng)，其中，電感元件進(jìn)一步包括一與上述疊加線圈匝成一定角度定位的第三線圈匝。
27.權(quán)利要求21的處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一于處理室內(nèi)配置、用來支持一靶材料的固定架。
28.一種采用等離子體處理襯底的處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個處理室，該處理室確定了一個處理空間并且在處理空間內(nèi)包括支承襯底的襯底支承件；一個將處理氣導(dǎo)入上述處理空間的氣體入口；一個在處理空間內(nèi)自處理氣體產(chǎn)生等離子體的等離子體源，該等離子體源包括一個具有一般平表面的介電窗，該介電窗與處理室的接界靠近處理空間；一置于室外并靠近介電窗的電感元件，該電感元件可耦合電能穿過介電窗進(jìn)入處理空間并在其中產(chǎn)生一個等離子體；該電感元件包括許多以非線圈式排列并圍繞電感元件中心以圓形模式設(shè)置的重復(fù)導(dǎo)體段。
29.權(quán)利要求28的處理系統(tǒng)，其中，重復(fù)導(dǎo)體段設(shè)置成自電感元件中心徑向朝外延伸。
30.權(quán)利要求28的處理系統(tǒng)，其中，重復(fù)導(dǎo)體段形成單個的線圈，這些線圈圍繞電感元件中心以圓形模式排列。
31.權(quán)利要求28的處理系統(tǒng)，其中，室包括一端壁部分和一側(cè)壁部分，重復(fù)導(dǎo)體段包括沿室一端壁部分定位的水平段和沿室一側(cè)壁部分定位的直立段。
32.權(quán)利要求28的處理系統(tǒng)，其中，上述處理室具有一介電材料構(gòu)成的側(cè)壁單元，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個置于靠近側(cè)壁單元的第二電感元件，其進(jìn)一步通過側(cè)壁單元耦合電能進(jìn)入處理空間。
33.權(quán)利要求32的處理系統(tǒng)，其中，上述第二電感元件包括一在室側(cè)壁單元周圍纏繞的線圈。
34.權(quán)利要求32的處理系統(tǒng)，其中，第一和第二電感元件各自連接到一個電源，以將電能耦合入處理空間，電源各自獨(dú)立工作，從而獨(dú)立偏壓第一和第二電感元件。
35.權(quán)利要求32的處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一置于上述第二電感元件與處理空間之間的法拉弟屏蔽部件。
36.權(quán)利要求28的處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一置于電感元件與處理空間之間的法拉弟屏蔽部件。
37.權(quán)利要求28的處理系統(tǒng)，其中，電感元件的重復(fù)導(dǎo)體段形成元件的一個首層，該電感元件進(jìn)一步包括該重復(fù)導(dǎo)體段的一個另外層。
38.權(quán)利要求37的處理系統(tǒng)，其中，上述兩層一般共同擴(kuò)展。
39.權(quán)利要求32的處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一于處理室內(nèi)配置、用來支持一靶材料的固定架。
40.一種采用等離子體處理襯底的處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個處理室，該處理室確定了一個處理空間并且在處理空間內(nèi)包括支承襯底的襯底支承件；其中，處理室具有一介電材料形成的一個側(cè)壁部分和一個端壁部分；一個在處理空間內(nèi)自處理氣體產(chǎn)生等離子體的等離子體源，該等離子體源包括一電感元件，其置于室外并可耦合電能進(jìn)入處理空間并在其中產(chǎn)生等離子體；該電感元件包括一個具有復(fù)合線圈匝的線圈，各匝都包括沿上述室側(cè)壁部分定位的段和沿上述室端壁部分定位的段，從而同時(shí)通過室的側(cè)壁和端壁部分耦合能量進(jìn)入處理空間。
41.權(quán)利要求40的處理室，其中，上述電感元件包括一個具有多套線圈匝的線圈，其中一套一般沿室的一邊設(shè)置，另外一套一般沿室的另外一邊設(shè)置。
42.權(quán)利要求40的處理系統(tǒng)，其中，沿室側(cè)壁部分定位的線圈匝的段包括一個定位于第一方向的單元和一個定位于和第一方向成一定角度的第二方向的單元。
43.權(quán)利要求42的處理系統(tǒng)，其中，第一方向一般垂直于第二方向。
44.權(quán)利要求40的處理系統(tǒng)，其中，上述處理室具有一介電材料形成的側(cè)壁單元，室的側(cè)壁單元置于前述側(cè)壁部分和端壁部分之下，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個第二電感元件，其靠近側(cè)壁單元并進(jìn)一步通過側(cè)壁單元耦合能量進(jìn)入處理空間。
45.權(quán)利要求44的處理系統(tǒng)，其中，上述第二電感元件包括一個在室側(cè)壁單元周圍纏繞的線圈。
46.權(quán)利要求44的處理系統(tǒng)，其中，第一和第二電感元件各自連接到一個電源，以將電能耦合入處理空間，電源各自可獨(dú)立工作，從而獨(dú)立偏壓第一和第二電感元件。
47.權(quán)利要求44的處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一置于上述第二電感元件與處理空間之間的法拉弟屏蔽部件。
48.權(quán)利要求40的處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一置于電感元件與處理空間之間的法拉弟屏蔽部件。
49.權(quán)利要求40的處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一于處理室內(nèi)配置、用來支持一靶材料的固定架。
50.一種元件，用來將電能耦合進(jìn)入一處理室并在該室自一種處理氣體產(chǎn)生等離子體，該元件包括一導(dǎo)電元件，該元件包括一具有復(fù)合線圈匝沿線圈長度方向連續(xù)排列的線圈，至少一個上述線圈匝定位于第一平面，至少一個上述線圈匝定位于與第一平面成一定角度的第二平面上；
51.權(quán)利要求50的元件，進(jìn)一步包括另外的沿第一平面定位的線圈匝，第二平面上的線圈匝一般置于第一平面線圈匝之間。
52.權(quán)利要求50的元件，進(jìn)一步包括定位于第一平面的復(fù)合線圈匝。
53.權(quán)利要求50的元件，進(jìn)一步包括復(fù)合線圈匝，各匝都定位于一個一般平行于上述第二平面的平面上。
54.權(quán)利要求50的元件，進(jìn)一步包括至少一個線圈匝定位于在第一和第二平面之間成一定角度的第三平面上。
55.權(quán)利要求50的元件，其中，上述第二平面一般垂直于第一平面。
56.一種元件，用來將電能耦合進(jìn)入一處理室并在該室自一種處理氣體產(chǎn)生一等離子體，該元件包括一導(dǎo)電元件，該元件包括一具有復(fù)合線圈匝的線圈，該元件第一和第二線圈匝的主要部分定位于一定間隔且基本上平行的平面上而形成疊加線圈匝。
57.權(quán)利要求56的元件，其中，電感元件包括彼此相鄰的多套疊加線圈匝。
58.一種元件，用來將電能耦合進(jìn)入一處理室并在該室自一種處理氣體產(chǎn)生等離子體，該元件包括一導(dǎo)電元件，該元件包括許多以非線圈方式排列并圍繞電感元件中心、以圓形模式設(shè)置的重復(fù)導(dǎo)體段。
59.權(quán)利要求58的元件，其中，重復(fù)導(dǎo)體段設(shè)置成自導(dǎo)電元件中心徑向朝外延伸。
60.權(quán)利要求59的元件，其中，重復(fù)導(dǎo)體段形成單個的線圈，這些線圈圍繞電感元件中心以圓形模式排列。
61.權(quán)利要求59的元件，其中，每個線圈都是螺旋形的，并且都包括大約一匝半線圈。
62.權(quán)利要求58的元件，其中，電感元件的重復(fù)導(dǎo)體段形成元件的一個首層，電感元件進(jìn)一步包括該重復(fù)導(dǎo)體段的一個另外層。
63.權(quán)利要求62的元件，其中，上述的層一般共同擴(kuò)展。
64.一種元件，用來將電能耦合進(jìn)入一個具有一側(cè)壁部分和一端壁部分的處理室，該元件在處理室自一種處理氣體產(chǎn)生等離子體，該元件包括一導(dǎo)電元件，該元件包括一具有復(fù)合線圈匝的線圈，各匝都包括一個沿上述室側(cè)壁部分定位的段和一個沿上述室端壁部分定位的段，從而同時(shí)通過室的側(cè)壁和端壁部分耦合電能進(jìn)入處理空間。
65.權(quán)利要求64的元件，其中，導(dǎo)電元件包括一個具有復(fù)合線圈匝排列成數(shù)套線圈匝的線圈，至少一套線圈匝一般沿著室的一邊定位，并且另一套線圈匝沿著室的另一邊定位。
66.權(quán)利要求64的元件，其中，沿室側(cè)壁部分定位的線圈匝的段包括一定位于第一方向的單元，和一個定位于與第一方向成一定角度的第二方向的單元。
67.權(quán)利要求66的元件，其中，第一方向一般垂直于第二方向。
全文摘要
一種采用等離子體(28)處理襯底(18)的處理系統(tǒng)(12)包括:處理室(13),該處理室確定了一處理空間(14)并包括在該空間內(nèi)支承襯底(18)的襯底支承件(17);將處理氣體導(dǎo)入上述處理空間(14)的氣體入口(20)。一個自引入處理空間(14)內(nèi)的處理氣體產(chǎn)生一等離子體(28)的等離子體源。該等離子體源包括一個與處理室(13)接界并靠近處理空間(14)的介電窗(24a),以及一個靠近介電窗(24a)并置于處理室(13)外的電感元件(10)。該電感元件(10)可耦合電能穿過介電窗(24a)進(jìn)入處理空間(14)并在其中產(chǎn)生等離子體(28),該電感元件包括多種可選結(jié)構(gòu)來產(chǎn)生密集均勻的等離子體。
文檔編號B01J19/08GK1353859SQ00808090
公開日2002年6月12日 申請日期2000年3月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月26日
發(fā)明者約瑟夫·布里卡 申請人:東京電子有限公司