用于为等离子体处理产生并维持等离子体的装置的制造方法
【专利说明】用于为等离子体处理产生并维持等离子体的装置
[0001]本发明涉及一种用于使用感应耦合RF功率来为等离子体处理产生并维持等离子体的装置。
[0002]已经说明了许多形式的感应耦合等离子体源，以及它们对材料处理的应用。这些设备利用布置在借助RF功率激励的真空室附近、周围或内部的至少一个感应线圈元件。在感应线圈附近的电磁场维持在等离子体腔室内的气态等离子体放电。
[0003]RF等离子体在各种应用中广泛用于实施处理操作。例如，等离子体可以用于促进化学反应。在半导体器件的生产过程中，在制造处理过程中反复使用了包括RF等离子体的蚀刻处理和包括RF等离子体的沉积处理。RF等离子体也用于半导体器件的生产中的清洁处理中。等离子体可以作为蚀刻后晶圆清洁过程的部分，用于将光致抗蚀剂材料从半导体晶圆剥离。而且，RF等离子体已经用于分解危险的或不希望有的化学化合物。
[0004]标准的感应耦合RF等离子体系统经常遇到的一个问题是难以点燃等离子体并维持等离子体。等离子体点火是不可靠的，因为难以耦合高得足以生成产生等离子体所需的能量种类的点火电压。在标准的感应耦合等离子体技术中，缺少强电场和缺少强电容耦合使得难以克服等离子体点火问题。
[0005]通常，特定点火电路仅是用于点燃等离子体。一旦已经点燃了等离子体，就必须关闭这些点火电路。
[0006]本文所公开的实现方式可以提供一种装置，其可以用于在等离子体腔室中点燃等离子体，而无需使用特定的点火电路。该实现方式还可以提供一种可靠的装置，用于生成并维持能够以低成本产生的等离子体。
[0007]在第一方面中，公开了一种装置，用于使用感应耦合RF功率为等离子体处理产生并维持等离子体，所述装置包括:
[0008]a)谐振电路，所述谐振电路包括谐振电容和谐振电感，
[0009]b)激励电路，所述激励电路用于激励所述谐振电路，
[0010]c)耦合元件，所述耦合元件用于将来自电感的RF功率耦合到等离子体腔室中。
[0011]所述谐振电路可以是串联谐振电路。谐振电路可以是浮动的。这表示从谐振电路到地或大地没有直接连接。从谐振电路到地和大地的所有电容量可以是对称的。可以对称将谐振电路提供给地。这对于激励电路是有利的。因为如果负载对于等离子体腔室的地不对称，则激励电路就难以工作，即使激励电路在输出端不具有地连接。
[0012]另一个方面涉及一种具有激励电路和谐振电路的RF等离子体功率源系统，所述谐振电路包括谐振电容和谐振电感，其中，谐振电感的至少一部分适于或被配置为经由耦合元件将RF功率感应耦合到等离子体腔室，其中，所述谐振电路是浮动的。
[0013]谐振电路适于或被配置为位于等离子体腔室附近。
[0014]RF等离子体功率源系统适于或被配置为位于等离子体腔室附近。
[0015]谐振电路提供谐振电感，一旦点燃了等离子体，谐振电感可以用于维持等离子体。可以在点燃等离子体之前以谐振频率激励谐振电路。这导致在谐振电容上的高电压。这个电压可以用于在真空腔室中点燃等离子体。一旦点燃了等离子体，就可以以不同于谐振频率的频率驱动谐振电路，因而在谐振电容提供了较低电压。因此，不必使用并且为点燃腔室中的等离子体而提供任何单独的电路。在等离子体的点火后不必停用任何点火电路。点火电容器可以具有较小值。在点火之前，不存在任何电流或者仅有极小的电流，从而将来自谐振电容器的全电压或几乎全电压耦合到腔室壁。在点火后，相对于谐振电容，点火电容的低电容值将电流自然地限定为可忽略的程度。一旦点燃了等离子体，就可以以不同于谐振频率的频率驱动谐振电路，该频率与点火后谐振频率中的偏移相关。
[0016]激励电路可以用于以不同频率激励谐振电路，尤其是以谐振频率和不同于谐振频率的频率。一旦点燃了等离子体，就可以以高于谐振频率的频率启动谐振电路。
[0017]在进一步的方面中，提供了变压器，用于将激励电路与串联谐振电路耦合。提供变压器以便调整电压和电流比:为了借助电磁通量更好地激励等离子体，希望在次级侧的低电压和高电流。但使用变压器的第二个优点是获得电流阻断。希望在谐振电路上实现对称性，以使得在谐振电路侧不需要地连接。
[0018]变压器的初级可以是激励电路的一部分，且变压器的次级可以是谐振电路的一部分。变压器，尤其是功率变压器，与谐振电路的耦合可以导致谐振电路中的高电流。这再次要求良好的冷却、良好的磁耦合与短的电连接。如果谐振电路的电感与至少一部分谐振电流导体体现为导电冷却管，就可以实现良好的磁耦合、良好的冷却与短的电连接。具体而言，冷却管可以是流体冷却的或具体地是水冷却的铜管。
[0019]根据进一步的方面，谐振电路导体可以构成变压器的次级。可以使用环形变压器类型。这个次级可以仅是通过环形的导体。次级导体可以是流体冷却的管，它在没有变压器的任何绕组和磁芯的情况下还为初级侧实现了良好冷却。在谐振电路中，谐振电容和谐振电感由谐振电路导体相连。这个导体的部分可以用作变压器的次级绕组。因此，不必为获得变压器的次级绕组而提供任何单独的元件。谐振电路导体可以是导电冷却管的部分。
[0020]耦合元件可以是铁氧体磁芯元件，延伸到等离子体腔室中并耦合到谐振电路电感。因此，铁氧体磁芯可以用于将RF功率耦合到等离子体腔室中。谐振电感的一个或几个弯曲可以缠绕铁氧体磁芯，以便提供良好的电感耦合。
[0021]谐振电感可以包括两个部分，其中，每一部分都在等离子体腔室的任一侧缠绕铁氧体磁芯元件的一端。因此，铁氧体磁芯元件备不仅延伸到等离子体腔室中，还通过了等离子体腔室。
[0022]该装置可以包括等离子体腔室，等离子体腔室包括至少一个板，所述板经由点火电容连接到谐振电路。至少一个板可以限定在等离子体腔室内点燃等离子体的空间。如果在等离子体腔室内部或外部提供了两个相对的板，就可以在两个板之间施加足以点燃等离子体的电压。为了在两个板上产生电压，可以驱动谐振电路，以使得在谐振电容上出现高电压。如果在谐振电容的任一侧上将点火电容连接到各自的板，在板上也出现高电压，因而可以点燃等离子体。一旦等离子体点燃，在板之间就存在导电连接。这导致在板上的低电压，从而导致通过谐振电容的高电流。在此情况下，点火电容和谐振电容并联。如果点火电容的电容值比谐振电容低得多，就仅由低电流流过点火电容，因此点火电容不会影响等离子体。因此，在等离子体点火后，不必停用点火电容。
[0023]在等离子体腔室中，可以提供另外的板，其连接到地。可以在连接到点火电容的板与连接到地的板之间点燃等离子体。
[0024]谐振电路可以具有分布式谐振电感和分布式谐振电容。这个设置允许在不必使用用于点燃等离子体的额外辅助电路的情况下点燃等离子体。
[0025]谐振电路可以具有对称结构，该对称结构包括两个相同的谐振电容器和两个相同的谐振线圈，每一个电容器都构成谐振电容的一半，每一个线圈都构成谐振电感的一半。谐振线圈可以与每一个耦合元件的一端耦合。
[0026]如上所述，可以提供两个点火电容，所述两个点火电容各自连接到在一个谐振电容器与一个谐振线圈之间的连接点，并且所述两个点火电容各自连接到点火板。
[0027]一个谐振电容器可以位于冷却管的冷却液入口，一个谐振电容器可以位于冷却管的冷却液出口。因而可以使得冷却液入口和冷却液出口的电位成为相似的电位，具体而言是地电位。这有助于减少关于冷却液污染的要求。
[0028]冷却液入口和冷却液出口可以被布置为彼此紧邻。
[0029]冷却液入口与冷却液出口可以在相似的电位，具体而言，都可以在地电位或者至少与地电位极为接近。因而，对于冷却液的污染要求较低，因此不存在流入冷却液中的可以导致电解的任何直流分量。如果功率源不是完全对称的，例如由于不对称的有功功率因数校正电路(PFC)或者由于不对称的干线(三角形接地)，这也是有利的。对称的谐振电路也是有利的。
[0030]根据进一步的方面，谐振电容的电容值可以比点火电容的电容值高。因而，可以确保一旦点燃了等离子