专利名称：调节电感耦合等离子体处理系统中的电流比的制作方法
技术领域：
本发明涉及等离子体处理系统。尤其是，本发明涉及具有用于控制等离子体均匀性的线圈电流比调节能力的等离子体处理系统。
背景技术：
在各种工业中采用了等离子体处理系统用于晶片制造设备。例如，工业可包括半导体、磁读/写和存储 、光学系统、和微机电系统(MEMS)工业。等离子体处理系统可在等离子体处理室中生成以及维持等离子体，以执行在晶片上的蚀刻和/或沉积，从而在晶片上形成设备特征。在制造设备中，控制等离子体的均匀性以便满足一定成品率要求和/或一定特征规格是非常重要的。一般而言，等离子体均匀性控制可涉及具有电流调节能力的功率分配器，参照图I中实施例进行讨论。图I示出阐释了示例性现有技术等离子体处理系统100的剖视图的示意图。等离子体处理系统100可包括等离子体处理室，所述等离子体处理室可包括如室壁132、尖顶130、介电窗128等等用于包含等离子体(如等离子体180所示)的结构组件。在等离子体处理室内部，等离子体处理系统100可包括用于在等离子体处理期间支撑晶片(如晶片134所示)的卡盘136 (如静电卡盘)。等离子体处理系统100还可包括射频(RF)电源170，被设置在介电窗128上并与RF电源电耦合的内线圈126，以及与RF电源电耦合并环绕内线圈126的外线圈124。内线圈126和外线圈124可被设置在线圈罩138内部，所述线圈罩138与室壁132相联接。RF电源170可产生通过内线圈126和外线圈124传导的RF电流，用于生成和维持等离子体180。例如，内线圈126可传导主要用于维持内部等离子体180 (靠近内线圈126)的第一 RF电流，外线圈124可传导主要用于维持外部等离子体180(靠近内线圈124)的第二RF电流。等离子体处理系统100还可包括用于调节内线圈126和外线圈124所传导的RF电流的功率分配器112，从而控制等离子体180的均匀性。功率分配器112可通过匹配网络102与RF电源170电耦合。功率分配器112可包括电耦合在RF电源170和内线圈126之间、用于调节第一RF电流的电流强度的可变电容器116，从而调节等离子体180内部的密度。功率分配器112还可包括电耦合在RF电源170和外线圈124之间、用于调节第二 RF电流的电流强度的可变电容器120，从而调节等离子体180外部的密度。通过实现单独调节不同部分的等离子体180，功率分配器112可有助于控制等离子体180的均匀性。然而，功率分配器112可涉及一些缺点。例如，如果功率分配器112需要两个可变电容器116和120，制造、维护、运行功率分配器112的成本可能会相当高。目前，可变电容器(如可变真空电容器)的费用可能超过1000美元；因此，制造功率分配器112的费用可能超过2000美元。此外，可变电容器116和120的每一个可包括可带来大量的维护和运行成本的机械部件。此外，可变电容器116和120的每一个可需要用于启动机械部件以执行电容调节的步进电动机。两个步进电动机还可为功率分配器112带来显著的制造、维修、运行成本。因此，功率分配器112可大幅度增加等离子体处理系统100的制造、维护和运行成本。两个可变电容器和两个步进电动机可包括相当大数量的机械运动部件。相当大数量的机械运动部件，可能导致等离子体处理系统100的明显的可靠性问题。任何机械运动部件的故障可负面影响等离子体加工过程，以及可导致不良成品率。此外，由于存在的商业化可得电容器的限制，功率分配器112仅可提供有限可用电流比范围。在可用范围之外运行等离子体处理系统100可导致非稳态的等离子体、电弧或通过匹配网络102的调制失败；因此，无法满足成品率要求和/或设备特征规格
发明内容
本发明的实施方式涉及用于生成等离子体以处理至少晶片的等离子体处理系统。该等离子体处理系统可包括用于传导第一电流以维持至少第一部分等离子体的第一线圈。该等离子体处理系统还可包括用于传导第二电流以维持至少第二部分等离子体的第二线圈。该等离子体处理系统还可包括为第一电流和第二电流提供电力的电源。该等离子体处理系统还可包括用于调节第一电流的电流强度和第二电流的电流强度两者之一的并联电路。该并联电路可电耦合在电源与第一线圈和第二线圈两者中的至少一者之间。该并联电路可包括相互之间并联电连接的电感器以及可变电容器。以上内容仅涉及本发明在本文中所披露的多个实施方式中的一个，将在所附权利要求中进一步阐述。以下将结合本发明的具体实施方式
和下面的附图详细说明本发明这些和其他特征。
本发明是通过实施例的方式阐释，但不限制本发明，在所附附图中类似附图数字指代类似元件，其中图I示出阐释了示例性现有技术等离子体处理系统的剖视图的示意图。图2示出阐释了根据本发明一个或多个实施方式的包括功率分配器的等离子体处理系统的剖视图的示意图。图3示出阐释了根据本发明一个或多个实施方式的功率分配器的电机模型的示意图。图4示出阐释了根据本发明一个或多个实施方式的功率分配器的电机模型的示意图。
具体实施例方式本发明将参照附图所示一些实施方式进行详细说明。在以下说明中，阐述了众多具体细节以透彻地理解本发明。但是，对于本领域技术人员显而易见的是无需这些具体细节的部分或全部本发明也可实施。在其他例子中，众所周知的处理步骤和/或结构未进行详细说明以免不必要地使得本发明不清楚。本发明的一个或多个实施方式涉及用于生成等离子体以处理至少基片的等离子体处理系统。等离子体处理系统可包括用于传导第一电流(例如，RF电流)以维持至少第一部分等离子体的第一线圈。等离子体处理系统还可包括用于传导第二电流(例如，RF电流)以维持至少第二部分等离子体的第二线圈。等离子体处理系统还可包括与第一线圈和第二线圈电耦合的电源(例如，RF电源)以便为第一电流和第二电流提供电力。等离子体处理系统还可包括用于调节第一电流的电流强度来调节第一电流和第二电流的比的功率分配器，从而控制等离子体的均匀性。在一个或多个实施方式中，第一线圈和第二线圈可被设置为基本上同轴设置，以实现等离子体的基本上对称分布。在一个或多个实施方式中，第一线圈和第二线圈可被设置为基本上偏心的设置，以满足特定等离子体分布要求。在一个或多个实施方式中，第一线圈可代表内线圈，第二线圈可代表直径大于第一线圈直径的外线圈。在一个或多个实施方式中，至少部分第二线圈环绕至少部分第一线圈。在一个或多个实施方式中，第一线圈可代表外线圈，第二线圈可代表直径小于第一线圈直径的内线圈。在一个或多个实施方式中，至少部分 第一线圈环绕至少部分第二线圈。在一个或多个实施方式中，第一线圈和第二线圈可被设置在同一平面上，从而简化支撑硬件设计以及一致地控制线圈至窗口的间隙的公差。此外，共面线圈设置可为一些等离子体处理系统的最佳配置。在一个或多个实施方式中，第一线圈可被设置在第一平面，第二线圈可被设置在不同于第一平面的第二平面，作为某特定等离子体处理系统的最佳线圈设置。功率分配器可包括用于改变电源和第一线圈之间的阻抗以调节第一电流的电流强度的并联电感器-电容器电路(即并联LC电路或振荡电路)。并联LC电路可电耦合在匹配网络和第一线圈之间，和/或电耦合在电源和第一线圈之间。并联LC电路可包括电感器和可变电容器(如可变真空电容器或可变气隙电容器)，其中电感器和可变电容器可为相互之间并联电连接的。在需要两个可变电容器的上述示例性现有技术设置相比，本发明的实施方式仅需要一个可变电容器用于控制包括两个等离子体-维持线圈的等离子体处理系统中的等离子体均匀性。有利的是，本发明的实施方式可伴有相当低的成本以及相当高地可靠性。此外，通过谐振效应(或谐波振荡效应)，并联LC电路可为匹配网络和第一线圈之间的阻抗提供的值范围明显大于现有技术设置中使用的可变电容器(如图I实施例中所示可变电容器116)所提供的范围。因此，本发明的实施方式可有利地实现用于满足更高成品率要求和/或更多设备特征要求的明显更大的电流比范围。例如，本发明的实施方式可以连续的方式实现调节在负值和正值之间的电流比(例如，在大约-O. 5至大约2. O的范围中)。相比之下，现有技术设置在运行中可能无法提供从正电流比至负电流比的连续调节而不引起干扰、困难、甚至失败。一般可认为(高Q)并联LC电路的谐振效应可导致谐振点周围的可控性问题或灵敏性问题；因此，通常在设计和制造等离子体处理系统中避免使用并联LC电路。然而，由于计算和/或调节电流时阻抗通常出现在分母中，所以在谐振点处极高的阻抗实际上可对应非常小的电流值；因此，运行可从正常模式(具有正电流比)高灵敏性地平稳连续过渡到反向电流模式(具有负电流比)，而不带来一般所认为的可控性问题或灵敏性问题。本发明实施方式利用并联LC电路的谐振效应，以不显而易见的方式提供了更宽的电流比范围，从而进一步提高等离子体处理系统的可控性。在一个或多个实施方式中，功率分配器可进一步包括电耦合在电源和第二线圈之间的额外电感器。额外电感器可引进阻抗以降低第二电流的电流强度。有利的是，电流比范围可进一步扩大以满足更高成品率要求和/或甚至更多设备特征要求。参照以下附图和说明可更好地理解本发明的特征和优势。图2示出阐释了根据本发明一个或多个实施方式的包括功率分配器204的等离子体处理系统200的剖视图的示意图。等离子体处理系统200可包括类似于或不同于图I实施例中所讨论的等离子体处理系统100中一个或多个组件的一个或多个组件，如等离子体处理室、卡盘、电源、线圈、线圈罩和/或匹配网络。尤其是，等离子体处理系统200可包括基于图I实施例中所示等离子体处理系统 100中的功率分配器112具有新颖性和创造性的功率分配器204，通过调节线圈所传导的电流之间的比从而有助于等离子体均匀性控制。通过匹配网络206，功率分配器204可与RF电源270电耦合。功率分配器204可包括电耦合在RF电源270和线圈216之间、用于调节线圈216所传导的电流(例如RF电流)的电流强度的并联电感器-电容器电路208 (或并联电路208)。线圈216的终端可由阻抗236代表。并联电路208可包括相互之间并联电连接的电感器210和可变电容器212。并联电路208可形成振荡电路，使得振荡电路的谐振效应可导致匹配网络206和线圈216之间(和/或RF电源270和线圈216之间)的宽范围的可能阻抗值。因此，功率分配器204可实现线圈216所传导的电流的电流强度和线圈214所示的另一线圈所传导的电流的电流强度之间的比具有宽范围。线圈214的终端可由阻抗234代表。在一个或多个实施方式中，线圈214可环绕线圈216。有利的是，相较等离子体处理系统100，等离子体处理系统200能够满足更高生产率要求和/或更多设备特征要求。与等离子体处理系统100中功率分配器112所需要两个可变电容器和两个相关的步进电动机相比，功率分配器204可需要仅一个可变电容器(即可变电容器212)和仅一个相关的步进电动机。有利的是，与功率分配器204相关的制造、维护和/或运行成本大幅度低于与功率分配器112相关的成本。此外，通过较少的机械运动部件，功率分配器204还可具有大幅度高于功率分配器112的可靠性。在一个或多个实施方式中，与电耦合在匹配网络206和线圈216之间相反，并联电路208可电耦合在匹配网络206和线圈214之间，以调节线圈214所传导的电流(例如RF电流)的电流强度从而，例如满足不同的等离子体均匀性控制要求。为了调节线圈216所传导的电流和线圈214所传导的电流之间的比，功率分配器204(或等离子体处理系统200)可需要仅一个并联电路或仅一个可变电容器。有利的是，在实现理想的等离子体均匀性控制中，成本可最小化以及可靠性可最大化。等离子体处理系统200还可包括用于驱动功率分配器204中的可变电容器212、以调整RF电流比到所需的设置值的控制单元244 (可包括一个或多个监控设备)。等离子体处理系统200还可包括用于冷却并联电路208的冷却器242 (例如，散热风扇)，以确保功率分配器204的最佳性能。在一个或多个实施方式中，电感器210可镀有高导电材料(如银)以促进散热，从而确保低功耗的功率分配器204的最佳性能。图3示出阐释了根据本发明一个或多个实施方式的功率分配器304的电机模型的示意图。可在类似于图2实施例所示等离子体处理系统200的等离子体处理系统中实施功率分配器304，功率分配器304通过匹配网络306与RF电源370电耦合。功率分配器304可包括电耦合在RF电源370和线圈316之间(以电阻和电感为模型)、用于调节线圈316所传导的电流(例如RF电流)的电流强度的并联电感器-电容器电路308 (或并联电路308)。线圈316所传导的电流可维持等离子体处理系统中生成的至少部分等离子体。并联电路308可包括相互之间并联电连接的电感器310和可变电容器312。并联电路308可形成具有谐振效应的振荡电路以扩大RF电源370和线圈316之间的可能阻抗值范围。功率分配器304还可包括电耦合在RF电源370和线 圈314之间的额外电感器338，电感器338和并联电路308相互之间并联电连接。电感器338可导致阻抗以降低线圈314所传导的电流的电流强度(其中线圈314所传导的电流可维持至少不同部分等离子体)。因此，可进一步扩大线圈316所传导的电流和线圈314所传导的电流的比的范围，从而进一步改进等离子体处理系统的等离子体均匀性控制能力。有利的是，可满足甚至更高成品率要求和/或甚至更多设备特征要求。可实施功率分配器304和线圈的各种连接设置，以满足各种等离子体处理要求。在一个或多个实施方式中，线圈316可代表由线圈314环绕的内线圈,线圈314可代表环绕线圈316的外线圈。在一个或多个实施方式中，线圈314可代表内线圈，线圈316可代表环绕线圈314的外线圈。图4示出阐释了根据本发明一个或多个实施方式的功率分配器404的电机模型的示意图。可在类似于图2实施例所示等离子体处理系统200、但具有用于更精细等离子体均匀性控制的更多线圈的等离子体处理系统中实施功率分配器404。例如，线圈可包括线圈452、线圈454和线圈456，其中每一个线圈可以做成电阻或电感。功率分配器404通过匹配网络406与RF电源470电耦合。功率分配器404可包括电耦合在RF电源470和线圈454之间的、用于调节线圈454所传导的电流(例如RF电流)的电流强度的并联电感器-电容器电路408 (或并联电路408)，其中线圈454所传导的电流可维持等离子体处理系统中至少第一部分等离子体。功率分配器404还可包括电耦合在RF电源470和线圈452之间的、用于调节线圈452所传导的电流(例如RF电流)的电流强度的并联电感器-电容器电路414 (或并联电路414)，其中线圈452所传导的电流可维持至少第二部分等离子体。并联电路408和并联电路414中的每一个可具有类似于分别参照图2和图3实施例中上述并联电路208和并联电路308中的一个或一个以上的特征和优点。功率分配器404还可包括RF电源470和线圈456之间电耦合的额外电感器438，电感器438和至少并联电路414相互之间并联电连接。电感器438可导致阻抗以降低线圈456所传导的电流的电流强度，其中线圈456所传导的电流可维持至少第三部分的等离子体。因此，可进一步扩大线圈454所传导的电流和线圈456所传导的电流之间的差异，同样，可进一步扩大线圈452所传导的电流和线圈456所传导的电流之间的差异。有利的是，可进一步提高等离子体处理系统的等离子体均匀性控制能力以满足甚至更高成品率要求和/或甚至更多设备特征要求。可实施功率分配器404和线圈的各种连接设置，以满足各种等离子体处理要求。根据各种实施方式，线圈可被设置在相同平面上或不同平面上。在一个或多个实施方式中，线圈可以同轴方式设置。在一个或多个实施方式中，线圈452可环绕线圈454,线圈454可环绕线圈456。在一个或多个实施方式中，线圈456可环绕线圈454，线圈454可环绕线圈452。在一个或多个实施方式中，线圈452可环绕线圈456，线圈456可环绕线圈454。在一个或多个实施方式中，等离子体处理系统可包括用于维持各个部分等离子体以便于进一步精细控制等离子体均匀性的超过三个的线圈(即包括除了线圈452、454、456以外的一个或多个线圈)。例如，等离子体处理系统可包括N个线圈，其中N代表大于3的整数。功率分配器404可包括用于调节N个线圈中N-I线圈所传导的电流的电流强度的N-I (即N减去I)个并联电感器-电容器电路。每一个并联电感器-电容器电路在RF电源470和N-I个线圈中一个线圈之间电耦合。并联电感器-电容器电路具有类似于上面分别参照图2和图3实施例中所述的并联电路208和 并联电路308中的一个或多个的特征和优点。从以上内容可以理解，本发明的实施方式可降低对等离子体处理系统实施等离子体均匀性控制能力中昂贵的可变电容器的所需数量。有利的是，可降低等离子体处理系统的制造、维护以及运行成本。本发明的实施方式还可有效降低等离子体处理系统中机械部件的数量。有利的是，可改进等离子体处理系统的可靠性。本发明的实施方式还可利用并联LC电路的谐振效应，以扩大控制等离子体均匀性的电流比范围。有利的是，可满足更高成品率要求和/或更多设备特征要求。本发明的实施方式还可有利于实施用于独立维持不同部分等离子体的更多线圈。有利的是，可实现等离子体均匀性控制的精细粒度以满足更复杂的等离子体处理要求。尽管已根据数种实施方式说明了本发明，但存在的改变、置换、等同方式均应落入本发明的范围之内。还应当注意，存在有多种实施本发明方法和装置的替换方式。此外，本发明的实施方式可用于其他用途。为了方便，本文中提供了摘要，但由于字数限制，其仅用于阅读方便而不应用来限定权利要求的范围。因此，所附的权利要求意在被解释为包括所有落入本发明主旨和保护范围内的这些改变、置换和等同方式。
权利要求
1.用于生成等离子体以处理至少晶片的等离子体处理系统，所述等离子体处理系统包括: 用于传导第一电流以维持至少第一部分等离子体的第一线圈； 用于传导第二电流以维持至少第二部分等离子体的第二线圈； 为所述第一电流和所述第二电流提供电力的电源，所述电源与所述第一线圈和所述第二线圈电耦合；以及 用于调节所述第一电流的电流强度和所述第二电流的电流强度两者之一的第一并联电路，所述第一并联电路电耦合在所述电源与所述第一线圈和所述第二线圈两者中的至少一者之间，所述第一并联电路包括至少第一电感器以及第一可变电容器，所述第一电感器和所述第一可变电容器相互之间并联电连接。
2.根据权利要求I所述的等离子体处理系统，其包括用于调节所述第一电流的电流强度和所述第二电流的电流强度中的一个或一个以上的最多一个可变电容器，所述最多一个可变电容器为所述第一可变电容器。
3.根据权利要求I所述的等离子体处理系统，其包括用于调节所述第一电流的电流强度和所述第二电流的电流强度中的一个或一个以上的最多一个并联电路，所述最多一个并联电路为所述第一并联电路。
4.根据权利要求I所述的等离子体处理系统，其中 所述第一并联电路用于调节所述第一电流的电流强度而不是所述第二电流的电流强度，以及 所述第二线圈环绕所述第一线圈。
5.根据权利要求4所述的等离子体处理系统，其进一步包括用于降低所述第二电流的电流强度的第二电感器，所述第二电感器电耦合在所述电源与所述第二线圈之间，所述第二电感器和所述第一并联电路相互之间并联电连接。
6.根据权利要求I所述的等离子体处理系统，其中 所述第一并联电路用于调节所述第二电流的电流强度而不是所述第一电流的电流强度，以及 所述第二线圈环绕所述第一线圈。
7.根据权利要求6所述的等离子体处理系统，其进一步包括用于降低所述第一电流的电流强度的第二电感器，所述第二电感器电耦合在所述电源与所述第一线圈之间。
8.根据权利要求I所述的等离子体处理系统，其进一步包括用于冷却所述第一并联电路的冷却器。
9.根据权利要求I所述的等离子体处理系统，其进一步包括 用于传导第三电流以维持至少第三部分等离子体的第三线圈，所述电源进一步被配置为为所述第三电流提供电力；以及 用于调节所述第二电流的电流强度的第二并联电路，所述第二并联电路电耦合在所述电源和所述第二线圈之间，所述第二并联电路包括至少第二电感器和第二可变电容器，所述第二电感器和所述第二可变电容器相互之间并联电连接， 其中所述第一并联电路电耦合在所述电源和所述第一线圈之间用于调节所述第一电流的电流强度。
10.根据权利要求9所述的等离子体处理系统，其中 所述第三线圈环绕所述第二线圈，以及 所述第二线圈环绕所述第一线圈。
11.根据权利要求9所述的等离子体处理系统，其进一步包括用于降低所述第三电流的电流强度的第三电感器。
12.根据权利要求11所述的等离子体处理系统，其中 所述第三线圈环绕所述第二线圈，以及 所述第二线圈环绕所述第一线圈。
13.根据权利要求11所述的等离子体处理系统，其中 所述第三线圈环绕所述第一线圈，以及 所述第二线圈环绕所述第三线圈。
14.根据权利要求11所述的等离子体处理系统，其中 所述第一线圈环绕所述第二线圈，以及 所述第二线圈环绕所述第三线圈。
15.根据权利要求I所述的等离子体处理系统，其包括 用于传导多个电流以维持所述等离子体的至少多个部分的多个线圈，所述电源被配置为为所述多个电流提供电力，所述线圈包括至少所述第一线圈和所述第二线圈；以及 用于调节所述多个电流的电流强度的多个并联电感器-电容器电路，所述并联电感器-电容器电路的数量为所述线圈的数量减去1，所述并联电感器-电容器电路的数量至少为3。
16.根据权利要求15所述的等离子体处理系统，其进一步包括用于降低第三电流的电流强度的第二电感器，所述第二电感器和所述第一电感器相互之间并联电连接，所述第三电流被配置为通过第三线圈传导，所述第二电感器电耦合在所述电源和所述第三线圈之间，所述电源和所述第三线圈之间没有电耦合任何所述并联电感器-电容器电路。
17.用于调节等离子体处理系统中第一电流的电流强度和第二电流的电流强度的比的功率分配器，所述等离子体处理系统包括用于传导所述第一电流以维持至少第一部分等离子体的第一线圈，所述等离子体处理系统进一步包括用于传导所述第二电流以维持至少第二部分等离子体的第二线圈，所述等离子体处理系统进一步包括为所述第一电流和所述第二电流提供电力的电源，所述功率分配器包括 电耦合在所述电源和所述第一线圈之间的第一电感器；以及 电耦合在所述电源和所述第一线圈之间的第一可变电容器，所述第一电感器和所述第一可变电容器并联电连接以形成第一并联电感器-电容器电路。
18.根据权利要求17所述的功率分配器，其进一步包括用于降低所述第二电流的电流强度的第二电感器，所述第二电感器电耦合在所述电源和所述第二线圈之间，所述第二电感器和所述第一电感器相互之间并联电连接。
19.根据权利要求17所述的功率分配器，其进一步包括第二并联电感器-电容器电路，所述第二并联电感器-电容器电路电耦合在所述电源和第三线圈之间用于调节由所述第三线圈所传导的第三电流的电流强度，所述第二并联电感器-电容器电路包括第二电感器和第二可变电容器，所述第二电感器和所述第二可变电容器相互之间并联电连接，所述等离子体处理系统进一步包括所述第三线圈。
20.根据权利要求19所述的功率分配器，其进一步包括用于降低所述第二电流的电流强度的第三电感器，所述第三电感器电耦合在所述电源和所述第二线圈之间，所述第三电感器和所述第一电感器相互之间并联电连接。
全文摘要
用于生成等离子体以处理至少晶片的等离子体处理系统。所述等离子体处理系统可包括用于传导第一电流以维持至少第一部分等离子体的第一线圈。所述等离子体处理系统还可包括用于传导第二电流以维持至少第二部分等离子体的第二线圈。所述等离子体处理系统还可包括为所述第一电流和所述第二电流提供电力的电源。所述等离子体处理系统还可包括用于调节所述第一电流的电流强度和所述第二电流的电流强度两者之一的并联电路。所述并联电路可电耦合在电源与所述第一线圈和所述第二线圈两者中的至少一者之间。并联电路可包括电感器以及可变电容器，所述电感器以及可变电容器相互之间并联电连接。
文档编号H01L21/205GK102804930SQ201080026205
公开日2012年11月28日 申请日期2010年6月9日 优先权日2009年6月12日
发明者龙茂林, 赛义德·贾法·雅法良-特哈妮 申请人:朗姆研究公司