專利名稱：用于多電極電感等離子體源的無源功率分配的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及等離子體處理。具體但非限制性地，本發(fā)明涉及用于向多電極電感等離子體處理腔室施加和分配功率的系統(tǒng)、方法和裝置。
背景技術：
電感耦合的等離子體處理系統(tǒng)被用來執(zhí)行包括蝕刻處理和化學氣相沉積處理的各種處理。在許多典型的應用中，電感線圈天線纏繞在反應腔室周圍并且由RF功率有源地驅動以促進腔室中等離子體的點燃(并且將等離子體維持在腔室中)。已經開發(fā)了利用單個發(fā)生器來驅動兩個線圈天線的系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，發(fā)生器通常耦合(例如通過RF匹配)到第一線圈并且串聯電容器將第一線圈耦合至第二線圈以使得這兩個線圈一起由發(fā)生器有源地驅動(例如通過RF阻抗匹配有源地驅動)。

發(fā)明內容
以下總結附圖中示出的本發(fā)明的示例性實施例。在具體實施方式
部分更加充分地描述了這些和其它實施例。然而應理解，并非旨在將本發(fā)明局限于在發(fā)明內容部分或者在具體實施方式
中描述的形式。本領域的普通技術人員能夠意識到，存在落入如在權利要求中表述的本發(fā)明的精神和范圍內的各種修改、等同物和替代構造。本發(fā)明的一個實施例的特征在于一種用于控制處理腔室中等離子體的空間分布的系統(tǒng)，該實施例中的系統(tǒng)包括初級電感器，所述初級電感器設置為在所述初級電感器被有源地施加功率時激勵所述等離子體；至少一個次級電感器，所述至少一個次級電感器定位為鄰近于所述初級電感器以使得通過所述次級電感器的基本全部電流由所述等離子體與所述初級電感器的互感產生；以及至少一個端接元件，耦合至所述至少一個次級電感器， 所述至少一個端接元件影響通過所述至少一個次級電感器的電流，以影響所述等離子體的所述空間分布。另一實施例的特征在于一種用于控制處理腔室中等離子體的空間分布的方法，該處理腔室包括初級電感器和N個次級電感器。所述方法包括利用所述初級電感器激勵所述處理腔室中的等離子體；通過所述等離子體將所述初級電感器電感耦合至N個次級電感器中的每一個次級電感器，其中N等于或者大于一；以及端接所述N個次級電感器中的每一個次級電感器，以使得通過所述N個次級電感器中的每一個次級電感器的基本全部電流由所述等離子體與所述初級電感器的互感產生，通過所述N個次級電感器中的每一個次級電感器的電流影響所述等離子體的所述空間分布。
本發(fā)明的又一實施例的特征在于一種用于控制處理腔室中等離子體的空間分布的裝置。所述裝置包括配置為耦合至所述等離子體處理腔室的初級電感器并且向所述初級電感器有源地施加功率的初級端子；配置為耦合至所述等離子體處理腔室的相應的次級電感器的次級端子；以及耦合至所述次級端子的端接元件，所述端接元件設置為向流經所述次級電感部件的電流提供路徑，其中通過所述次級電感器和所述端接元件的基本全部電流由所述等離子體與所述初級電感器的互感產生。


通過參照結合附圖的以下詳細描述以及所附權利要求，本發(fā)明的各種目的和優(yōu)點以及更加完整的理解將變得明顯并且更加容易意識到，在附圖中圖1所示為本發(fā)明示例性實施例的方框圖；圖2所示為本發(fā)明另一示例性實施例的方框圖；圖3所示為本發(fā)明又一實施例的方框圖；以及圖4所示為可以結合參照圖1-3描述的實施例一起實施的方法的流程圖。
具體實施例方式現在參照附圖，其中在附圖中使用相同的附圖標記指代相同或者類似的元件，并且具體參照圖1，示出了電感耦合等離子體處理系統(tǒng)100，其包括由發(fā)生器104(經由匹配 106)有源驅動的初級線圈102，用以在等離子體處理腔室110中點燃和維持等離子體108。 如圖所示，該示例性系統(tǒng)100包括電感耦合至等離子體108的N個次級線圈L1,，并且等離子體108電感耦合至初級線圈102。因此，次級線圈Lg經由等離子體108電感耦合至初級線圈102，從而通過等離子體108向次級線圈Lg施加功率。如所描繪的，N個無源元件中的每一個耦合至N個次級線圈L1,的相應一個，該N個無源元件1無源端接N個次級線圈L1,中的每一個。這一架構與依賴于有源驅動每一個線圈Lh的已知技術(例如上面描述的)非常不同。有益的是，由于次級電感器不是有源驅動的，因此次級線圈可以更加容易地放置在腔室110周圍并且由于次級電感器L1,是通過經由等離子體108到初級線圈102的互耦來驅動的，因此更加方便地實現等離子體空間均勻性控制，并且因此，不需要直接功率饋送。以這一方式能夠增加多個次級線圈，由于額外供電饋送的內在復雜性和成本，增加多個直接供電的次級線圈的方式是不實用的。因而，能夠以更加成本有效的方式來操控等離子體密度。在操作中，通過匹配106向初級線圈102施加功率，這有效地將功率施加至腔室 110，并且一旦點燃，等離子體108有效地作為變壓器的次級來操作，并且在等離子體108中感生出的電流在次級線圈Lu中感生出電流。反過來，在次級線圈Lu中感生出的電流在等離子體108中感生出電流并且影響鄰近每一個次級線圈Lu的區(qū)域中的等離子體108的密度。在該示例性實施例中，所示為可變電容器的N個無源元件112i_N能夠調節(jié)通過N個線圈Lg中的每一個的電流；因而能夠調節(jié)初級線圈102和N個次級線圈Lg之間的電流比。結果，可以調節(jié)在鄰近初級線圈102和次級線圈Lh中的每一個的區(qū)域中的等離子體
也/又。
發(fā)生器104可以是13. 56MHz發(fā)生器，但是這不是必需的并且當然可以設計其它頻率。而且可以通過各種匹配網絡架構來實現匹配106。本領域的普通技術人員將意識到，匹配106用于將等離子體108的負載匹配到發(fā)生器104。通過正確設計匹配網絡106 (或者在發(fā)生器的內部或者如圖1所述在外部)，能夠將負載的阻抗轉換到接近發(fā)生器的期望負載阻抗的值。接下來參照圖2，示出了無源元件(例如可變電容器)和匹配均位于相同殼體220 內的示例性實施例。如圖所示，初級端子221位于殼體220上或者附近，該初級端子221耦合至第一輸出導體222，該第一輸出導體222將發(fā)生器204 (通過匹配206和初級端子221) 耦合至初級線圈202。并且位于殼體220上或者附近的次級端子223耦合至第二輸出導體 224，該第二輸出導體2 將無源端接元件212和次級端子223耦合至次級線圈213。此外， 控制部分2 (再次也被稱為控制器)設置為分別從第一和第二傳感器232，234 (例如電流換能器)接收指示第一和第二輸出導體222，224中的電流水平(其指示臨近線圈202，213 的區(qū)域中等離子體108的密度)。并且控制部分2 還設置為控制無源元件212 (例如可變電容器)的值(例如電容)。在圖2所示的實施例的變型中，代替電流傳感器232，234(或者除了電流傳感器 232，234)，可以使用其它感測部件(或者位于殼體220內或者位于殼體220外部)以提供對臨近線圈213的等離子體密度的指示。例如，可以使用光學傳感器來感測等離子體屬性 (例如等離子體密度)。應該理解，圖2中所示的部件是邏輯性的而不是硬件圖。例如，控制部分2 和傳感器232，234可以分別由分布式部件實現，并且可以通過硬件、固件、軟件或者其組合實現。在圖2所示的實施例的許多變型中，將所感測的電流水平轉換為數字表示，并且控制器 2 使用電流信號228，230的數字表示來生成控制信號235，用以驅動無源元件212。此外， 匹配206可以由控制部分2 控制或者可以單獨控制。還應該理解，為了簡化，僅示出一個次級線圈213和一個無源端接元件212，但是當然可以設計結合兩個或者更多無源端接元件212來實現兩個或者更多次級線圈213(例如容納有匹配的兩個或者更多無源端接元件)。在操作中，發(fā)生器204通過匹配206向初級線圈202施加功率并且初級線圈202 中的電流(由第一傳感器232感測)在等離子體108中感生出電流，該電流接著在次級線圈213中感生出電流。并且由第二傳感器234感測流經次級線圈213，并且因而流經第二輸出導體2M和次級端子223的電流。如參照圖1所討論的，與現有技術的實施方式不同，通過次級線圈213施加到等離子體108的功率是從流經初級線圈202的電流得出的。更具體地說，次級線圈212通過等離子體108從初級線圈202獲得功率。控制部分226、傳感器232，234和無源元件212共同形成控制系統(tǒng)，用以控制等離子體的各個方面(例如等離子體的空間分布)。在該實施例中，控制部分2 配置為響應于初級和次級線圈202，213中的相對電流水平，以改變無源元件212(例如可變電容器)的值 (例如電容)，從而使得初級和次級線圈202，213之間的電流比是與腔室210內的期望等離子體密度分布(profile)相對應的值。盡管未示出，控制部分2 可以包括人機界面(例如顯示和輸入控制)以使得用戶能夠接收反饋并且方便等離子體108的控制。接下來參照圖3，示出了在鄰近腔室的單獨殼體(與匹配和控制器分開)中實現的無源端接元件。當前實施例中的部件以與圖2所示的部件實質上類似的方式操作，但是也可以將無源元件312實現為單獨的設備或者可以與腔室310集成。接下來參照圖4，其是示出可以在參照圖1-3描述的實施例中實施的用于控制處理腔室(例如腔室110，210)中等離子體的空間分布的步驟的流程圖。如圖所示，在向初級電感器(例如初級線圈102，202)施加功率(例如通過發(fā)生器104，204經由匹配直接施加) 時，腔室中的等離子體被激發(fā)(方框40幻。此外，初級電感器通過等離子體電感耦合至N(N 等于或者大于一)個次級導體(例如次級線圈L1,，213)中的每一個(方框404)，并且端接 N個次級電感器中的每一個，以使得通過N個次級電感器的每一個的實質上全部電流由等離子體與初級電感器的互感產生(方框406)。如前面所討論的，通過N個次級電感器中的每一個的電流影響等離子體的空間分布。雖然并不需要，但是在一些變型中，可調節(jié)通過N 個次級電感器的電流以調節(jié)等離子體的空間分布(方框408)?？傊?，本發(fā)明提供能夠使用有源驅動的線圈和一個或者多個無源端接的電感器實現可控的等離子體密度的方法、系統(tǒng)和裝置等。本領域的普通技術人員能夠容易地意識到， 可以對本發(fā)明、其用途以及其配置做出各種變型和替代來實現如由在此描述的實施例實現的相同結果。因此，并不旨在將本發(fā)明限制到所公開的示例性形式。許多修改、變型和替代構造落入所公開的本發(fā)明的范圍和精神內。
權利要求
1.一種用于控制處理腔室中等離子體的空間分布的系統(tǒng)，包括初級電感器，設置為在所述初級電感器被有源地施加功率時激勵所述等離子體；至少一個次級電感器，定位為鄰近于所述初級電感器，以使得通過所述次級電感器的基本全部電流由所述等離子體與所述初級電感器的互感產生；以及至少一個端接元件，耦合至所述至少一個次級電感器，所述至少一個端接元件影響通過所述至少一個次級電感器的電流，以影響所述等離子體的所述空間分布。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個端接元件包括阻抗可調節(jié)的無源端接元件，以使得通過所述至少一個次級電感器的所述電流能夠被調節(jié)。
3.如權利要求1所述的系統(tǒng)，包括控制器，所述控制器配置為響應于指示所述等離子體的所述空間分布的信號，來調節(jié)所述阻抗可調節(jié)的無源端接元件的阻抗。 3.如權利要求1所述的系統(tǒng)，包括N個次級電感器和N個端接元件，其中N等于或者大于一，所述N個次級電感器中的每一個次級電感器耦合至所述N個端接元件中的相應一個端接元 件。
4.如權利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述N個端接元件中的每一個端接元件包括阻抗可調節(jié)的無功端接元件。
5.如權利要求4所述的系統(tǒng)，包括N個傳感器，所述N個傳感器中的每一個傳感器提供N個信號中的相應一個信號，所述 N個信號中的每一個信號指示鄰近于所述N個次級電感器中的相應一個次級電感器的等離子體區(qū)域中的等離子體密度；以及耦合至所述N個傳感器和所述N個端接元件的控制器，所述控制器適于響應于所述N 個信號來調節(jié)通過所述N個端接元件中的每一個端接元件的電流，以調節(jié)鄰近于所述N個次級電感器的所述等離子體區(qū)域中的每一個等離子體區(qū)域中的所述等離子體密度。
6.如權利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述N個傳感器中的至少一些傳感器包括電流傳感器，所述電流傳感器配置為提供指示通過所述N個次級電感器中的至少一些次級電感器中的相應一個次級電感器的電流的信號，并且其中所述阻抗可調節(jié)的無功端接元件中的至少一些阻抗可調節(jié)的無功端接元件包括可變電容器。
7.一種用于控制處理腔室中的等離子體的空間分布的方法，所述處理腔室包括初級電感器和N個次級電感器，所述方法包括利用所述初級電感器來激勵所述處理腔室中的等離子體；通過所述等離子體將所述初級電感器電感耦合至N個次級電感器中的每一個次級電感器，其中N等于或者大于一；以及端接所述N個次級電感器中的每一個次級電感器，以使得通過所述N個次級電感器中的每一個次級電感器的基本全部電流由所述等離子體與所述初級電感器的互感產生，通過所述N個次級電感器中的每一個次級電感器的所述電流影響所述等離子體的所述空間分布。
8.如權利要求7所述的方法，其中端接所述N個次級電感器中的每一個次級電感器包括無源地端接所述N個次級電感器中的每一個次級電感器。
9.如權利要求7所述的方法，包括調節(jié)通過所述N個次級電感器的電流，以調節(jié)所述等離子體的所述空間分布。
10.如權利要求9所述的方法，其中端接包括將所述N個次級電感器中的每一個次級電感器與阻抗可調節(jié)的端接元件端接，并且調節(jié)通過所述N個次級電感器的電流包括通過調節(jié)所述阻抗可調節(jié)的端接元件中的每一個阻抗可調節(jié)的端接元件的阻抗來調節(jié)所述電流。
11.如權利要求10所述的方法，包括感測指示鄰近于所述N個次級電感器的區(qū)域中的等離子體密度的至少一個參數，并且響應于所述感測來調節(jié)所述阻抗可調節(jié)的端接元件的阻抗。
12.如權利要求11所述的方法，包括感測所述N個次級電感器中的每一個次級電感器中的電流，并且通過調節(jié)所述阻抗可調節(jié)的端接元件的電容來調節(jié)所述阻抗可調節(jié)的端接元件的阻抗。
13.一種用于控制處理腔室中等離子體的空間分布的裝置，包括初級端子，配置為耦合至所述等離子體處理腔室的初級電感器并且向所述初級電感器有源地施加功率；次級端子，配置為耦合至所述等離子體處理腔室的相應的次級電感器；以及耦合至所述次級端子的端接元件，所述端接元件設置為向流經所述次級電感部件的電流提供路徑，其中通過所述次級電感器和所述端接元件的基本全部電流由所述等離子體與所述初級電感器的互感產生。
14.如權利要求13所述的裝置，其中所述端接元件是阻抗可調節(jié)的無源端接元件。
15.如權利要求14所述的裝置，包括控制器，用于響應于指示所述等離子體的所述空間分布的至少一個信號，來控制所述阻抗可調節(jié)的無源端接元件的阻抗。
16.如權利要求13所述的裝置，其中所述端接元件包括可變電容器。
17.如權利要求13所述的裝置，包括N個次級端子，配置為耦合至所述等離子體處理腔室的N個次級電感器中的相應一個次級電感器；以及N個端接元件，所述N個端接元件中的每一個端接元件耦合至所述N個次級端子中的相應一個次級端子，其中N等于或者大于一，并且其中通過所述N個次級電感器和所述N個端接元件的基本全部電流由所述等離子體與所述初級電感器的互感產生。
18.如權利要求17所述的裝置，其中所述N個端接元件中的每一個端接元件包括阻抗可調節(jié)的無功端接元件，所述裝置包括控制器，所述控制器配置為響應于N個信號來調節(jié)所述N個阻抗可調節(jié)的無功端接元件中的每一個阻抗可調節(jié)的無功端接元件的阻抗，所述N個信號中的每一個信號指示所述等離子體的區(qū)域的等離子體密度，以使得能夠響應于所述N個信號來調節(jié)通過所述N個次級電感器和所述N個端接元件的所述電流。
19.如權利要求18所述的裝置，包括耦合至所述控制器并配置為提供所述N個信號的 N個電流傳感器。
20.如權利要求19所述的裝置，其中所述N個電流傳感器、所述N個端接元件以及所述控制器位于相同的殼體內。
21.如權利要求19所述的裝置，其中所述N個電流傳感器、N個端接元件以及所述控制器位于分離的殼體中。
22.如權利要求19所述的裝置，包括初級傳感器，所述初級傳感器用于感測有源地施加到所述等離子體處理腔室的所述初級電感器的功率的電流，其中所述控制器配置為響應于所述初級電感器和所述N個次級電感器中的每一個次級電感器中的相對電流水平來改變所述N個端接元件的阻抗，以使得所述初級電感器和所述N個次級電感器中的每一個次級電感器之間的電流比是與期望的等離子體密度分布相對應的值。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于控制處理腔室中等離子體的空間分布的系統(tǒng)、方法和裝置。示例性系統(tǒng)包括設置為在所述初級電感器被有源地施加功率時激勵所述等離子體的初級電感器；至少一個次級電感器，定位于鄰近于所述初級電感器，以使得通過所述次級電感器的基本全部電流由所述等離子體與所述初級電感器的互感產生。此外，至少一個端接元件耦合至所述至少一個次級電感器，所述至少一個端接元件影響通過所述至少一個次級電感器的電流，以影響所述等離子體的所述空間分布。
文檔編號H05H1/24GK102301833SQ201080006340
公開日2011年12月28日 申請日期2010年2月2日 優(yōu)先權日2009年2月2日
發(fā)明者D·C·卡特, V·L·布勞克 申請人:先進能源工業(yè)公司