用来产生均匀的处理速度的方法和装置的制作方法

专利名称：用来产生均匀的处理速度的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用来处理基底的装置和方法，这种基底比如是在集成电路(IC)制造中使用的半导体基底或者在平面板显示应用中使用的玻璃面板。更具体地说，本发明涉及改进的等离子体处理系统，这些系统能够横截着基底表面以很高程度的处理均匀性对基底进行处理。
背景技术：
等离子体处理系统已经出现了一些时间。多年以来，已经引入并使用了采用感应耦合的等离子体源、电子回旋加速器共振(ECR)源、电容源以及类似源的等离子体处理系统在不同程度上对半导体基底和玻璃面板进行处理。
在处理过程中，典型地采用多个沉积和/或蚀刻步骤。在沉积过程中，将材料沉积到一个基底表面(比如玻璃面板或者晶片的表面)上。例如，可以在基底的表面上形成沉积层，比如多种形式的硅，二氧化硅、氮化硅、金属和类似物。相反，可以利用蚀刻在基底表面上由预先确定的区域选择性地除去材料。例如，可以在基底的层中形成被蚀刻的结构，比如通道、接触件或者沟槽。
等离子体处理的一种特别的方法使用感应源产生等离子体。图1示出一个现有技术的感应等离子体处理反应器100，这种反应器用来进行等离子体处理。一个典型的感应等离子体处理反应器包括一个腔室102，它带有设置在一个介电窗口106上方的一个天线或者感应线圈104。典型地，天线104在运行关系上耦合到第一RF(射频)电源108上。进而，在腔室102内设置了一个气体口110，设置它是为了将气体源材料例如蚀刻剂源气体释放进介电窗口106与基底112之间由射频感应出的等离子体区域中。将基底112引进腔室102中，并且将基底设置在一个夹盘114上，该夹盘一般用作一个电极，并且在运行关系上将它耦合到第二射频电源116上。
为了产生等离子体，通过气体口110使一种处理气体进入腔室102中。随后采用第一射频(RF)电源108将电供应给感应线圈104。穿过介电窗口106耦合进所提供的射频能量，在腔室102内感应强的电场。更具体地说，对这种电场做出响应，在腔室102内感应一股环电流。电场使得在腔室内存在的少量电子加速，并且使它们与处理气体的气体分子碰撞。这些碰撞造成电离，并且引发放电或者等离子体118。如在本领域内已经很好地知道的那样，处理气体的中性气体分子当受到这样的强电场作用时会失去电子，并留下带正电的离子。结果，在等离子体118的内部包括带正电的离子、带负电的电子以及中性的气体分子(和/或原子)。一旦自由电子的产生速率超过它们的损失速率，等离子体就被点燃了。
一旦已经形成等离子体，在等离子体内的中性气体分子会朝向基底的表面。作为示例，使得在基底上存在中性气体分子的机制之一可以是扩散(即，在腔室内分子的随机运动)。因此，沿着基底112的表面可以典型地发现一层中性组分(例如中性的气体分子)。相应地，当对底电极114通电时，离子会朝向基底加速飞行，在那里它们与中性组分相结合产生蚀刻反应。
用感应的等离子体系统比如上面提到的那种系统会遇到的一个问题是横截着基底蚀刻性能会改变，例如会有不均匀的蚀刻速率。这就是说，基底的一个区域受到的蚀刻与另一个区域不同。结果，控制与集成电路有关的参数(即临界尺寸，高宽比，以及类似参数)极其困难。此外，不均匀的蚀刻速率可能导致在半导体线路中的装置失效，对于制造者来说，这样通常转变成较高的成本。还有，也存在对其它问题的关心，比如蚀刻的总速率、蚀刻形状、微观载荷、选择性以及类似性能。
最近一些年来，已经发现这种不均匀的蚀刻速率可能是等离子体的密度横截着基底表面改变的结果，即，等离子体在一些区域具有较高数量的或者较低数量的反应成份(例如带正电的离子)。尽管不希望被理论约束，但是相信在功率耦合(例如天线、介电窗口和/或等离子体)的功率传输特点方面发现的不对称性产生了等离子体密度的改变。如果功率耦合不对称，感应电场的环电流将是不对称的，并且因此电离和等离子体的引发不对称。结果，将会遇到等离子体密度的不对称。例如，某些天线装置感应出的电流在线圈的中心强，而在线圈的外径弱。相应地，等离子体会向处理腔室的中心聚集(如在图1中用等离子体118示出的那样)。
克服不对称的功率耦合的标准技术是补偿这种不对称性，或者将这种不对称性平衡掉。例如，采用一对平面天线提高在电流较弱区域的电流密度，将一些径向的件连接到一个螺旋形的天线上从而在不同的半径上产生更多的圆环，改变介电窗口的厚度以便在电流强的区域降低电流密度。然而，这些平衡技术不会提供在方位上对称的功率耦合。这就是说，它们仍然有方位上的变化，这将导致在等离子体中的变化，这使得很难获得均匀的蚀刻。
还有，当今采用的大多数天线装置在天线与等离子体之间形成某种类型的电容耦合。在天线与等离子体之间的电压降产生电容耦合。这个电压降通常在耦合窗口上或者接近该耦合窗口形成一个鞘套电压(a sheath voltage)。该鞘套电压在很大程度上会像(通电的)底部电极那样起作用。这就是说，在等离子体中的离子会在横截着该鞘套时被加速，并因此朝向带负电的耦合窗口加速飞行。结果，加速的离子会轰击耦合窗口的表面。
这些轰击的离子在耦合窗口上的效果基本上与它们在基底上的效果相同，即，它们将在耦合窗口的表面上对材料进行蚀刻，或者实现材料沉积。这可能产生不希望的结果和/或产生不可预见的结果。例如，沉积的材料可能在耦合窗口上积累，并且变成有害颗粒的来源，特别是当材料剥落到基底表面上时是这样。由耦合窗口上除去材料将有类似的效果。逐渐地，厚度上的增加或减小将造成处理的改变，例如，将造成功率耦合(例如天线、介电窗口、等离子体)的功率传输性能上的改变。如前面提到的那样，处理的改变可能造成不均匀的处理，这将导致在半导体线路中的装置失效。
考虑到上面所述的情况，希望有改进的方法和装置，用来在基底表面上实现均匀的处理。也希望有改进的方法和装置，用来降低在天线与等离子体之间的电容耦合。

发明内容
本发明在一个实施例中涉及一种用来在一个处理腔室内产生电场的天线装置。一般说来该天线装置包括围绕天线轴线设置的第一环。该第一环包括带有第一圈的间隙的第一圈，其中，第一圈的第一端在第一圈的间隙的第一侧面上，而第一圈的第二端在第一圈的间隙的第二侧面上；带有第二圈的间隙的第二圈，其中，第二圈的第一端在第二圈的间隙的第一侧面上，而第二圈的第二端在第二圈的间隙的第二侧面上，并且其中，第二圈与第一圈同心并且共平面，并且与第一圈间隔开，并且其中，天线的轴线穿过第一圈和第二圈的中心；以及电连接到第一圈和第二圈上的第一与第二圈连接器，它包括一个跨接段，在第一圈与第二圈之间，并且与第一圈和第二圈共平面，该跨接段跨置第一圈的间隙和第二圈的间隙。
本发明在另一实施例中涉及一种用来处理基底的等离子体处理装置。一般说来，设置有一个处理腔室，在该腔室中点火产生并且维持等离子体，用来进行处理。将一个多层的天线的构形做成通过射频能量在该处理腔室内产生电场，其中，该天线具有一第一环和一第二环，这些环彼此基本上类似，并且，这些环相对于天线的轴线对称地对准。该第一环包括带有第一圈的间隙的第一圈，其中，第一圈的第一端在第一圈的间隙的第一侧面上，而第一圈的第二端在第一圈的间隙的第二侧面上；带有第二圈的间隙的第二圈，其中，第二圈的第一端在第二圈的间隙的第一侧面上，而第二圈的第二端在第二圈的间隙的第二侧面上，其中，第二圈与第一圈同心并且共平面，并且与第一圈间隔开，其中，天线的轴线穿过第一圈和第二圈的中心。第一圈与第二圈的连接器在第一圈的第二端和第二圈上的第一端之间实现电连接。该第一圈与第二圈的连接器包括一个跨接段，在第一圈与第二圈之间，并且与第一圈和第二圈共平面，该跨接段跨置第一圈的间隙和第二圈的间隙。将一个多层的窗口的构形做成容许来自该天线的所述射频能量通过，到达该处理腔室，该窗口具有第一层和第二层，将该第二层设置成减小电容耦合，这种电容耦合在等离子体与天线之间出现。
本发明在另一实施例中涉及用来在一个处理腔室内产生电场的天线装置。一般说来，天线装置包括带有第一圈的间隙的第一圈，其中，第一圈的第一端在第一圈的间隙的第一侧面上，而第一圈的第二端在第一圈的间隙的第二侧面上，并且其中，第一圈的间隙形成小于5度的一个径向角；带有第二圈的间隙的第二圈，其中，第二圈的第一端在第二圈的间隙的第一侧面上，而第二圈的第二端在第二圈的间隙的第二侧面上，其中，第二圈与第一圈同轴并且与第一圈间隔开，且其中天线的轴线穿过第一圈和第二圈的中心，其中，第二圈的间隙形成小于5度的一个径向角，并且其中，第一圈的间隙具有一定的长度，并且第一圈的间隙与第二圈的间隙重叠的长度在第一圈的间隙的长度的50％与-50％之间；以及电连接到第一圈和第二圈上的第一电流路径连接器，它包括一个跨接段，该跨接段跨置第一圈的间隙和第二圈的间隙。


在附图中以示例的方式而不是以限定的方式示出本发明，并且在附图中相同的附图标记表示相同的部件，在附图中图1示出用于进行等离子体处理的现有技术的感应等离子体处理反应器；图2示出等离子体处理系统，它包括按照本发明的一个实施例的天线装置和耦合窗口装置；图3示出按照本发明的一个实施例的多圈天线装置；图4示出按照本发明的一个实施例的多圈天线装置的侧剖面图；图5示出按照本发明的一个实施例的多层耦合窗口的侧剖面图；图6示意性地示出一个部分的天线圈，它具有一个空隙；图7是本发明的一个实施例提供的多圈天线的透视图；图8是第三圈、第四圈以及输出总线的一部段的放大的示意性顶视图；图9是第三圈的顶视图；图10是第四圈的顶视图；图11是第一圈、第二圈以及输入总线的一部段的放大的示意性顶视图；图12是第一圈的顶视图；图13是第二圈的顶视图；图14是第一圈、第二圈、第三圈以及第四圈的各部分的示意性透视图；图15是第三圈、第四圈以及安装在中心绝缘装置上的第三圈与第四圈的连接器的顶视图；图16是第一圈、第二圈以及安装在中心绝缘装置上的第一圈与第二圈的连接器的底视图；图17是底部绝缘装置的顶视图；图18是底部绝缘装置、第一圈、第二圈、第三圈、第四圈以及中心绝缘装置的剖面图；图19是输入总线和输出总线的切开的透视图；图20是本发明的另一实施例的示意图；图21是本发明的另一实施例的示意图；以及图22是一个法拉第屏蔽件(a faraday shield)的顶视图。
具体实施例方式
现在将参考着一些优选实施例、并且如在附图中示出的那样详细地描述本发明。在下面的描述中，为了提供对本发明的透彻理解描述了大量的具体细节。然而对于本领域技术人员来说很明显没有这些具体细节的某些或者全部仍然可以实现本发明。在其它情况下，为了不会不必要地使本发明变得模糊，没有详细地描述众所周知的处理步骤。
在处理基底的过程中，处理工程师努力改进的最重要参数之一是处理的均匀性。在这里所使用的蚀刻均匀性这个术语指的是整个蚀刻处理横截着基底表面的均匀性，这包括蚀刻速率、微观载荷、掩模选择性、下层选择性、临界尺寸控制以及型面特点比如侧壁角度和粗糙度。如果蚀刻是高度均匀的，例如，可以预期在基底上不同点的蚀刻速率会基本上相等。在这种情况下，不太可能出现下述情况基底的一个区域被过度地蚀刻，而另外一些区域还没有被适当地蚀刻。
本发明提供了一种用来处理基底的等离子体处理系统，它能够产生均匀的蚀刻。该等离子体处理系统包括一个射频电源和一个处理腔室。该等离子体处理系统还包括一个基本上圆形的天线，此天线在运行关系上连接到射频电源上，并且当把基底设置在处理腔室内进行处理时把此天线设置在基底所确定的平面的上方。基本上圆形的天线构形成用由射频电源产生的射频能量在处理腔室内感应出电场。基本上圆形的天线具有在第一平面中的至少第一对同圆心的环，以及在第二平面中的第二对同圆心的环。第一对同圆心的环和第二对同圆心的环基本上相同，并且沿着一根共同的轴线彼此对称地对准。
该等离子体处理系统还包括设在天线与处理腔室之间的一个耦合窗口。将该耦合窗口的构形做成使得来自天线的射频能量可以通过，达到处理腔室的内部。进而，该耦合窗口具有一第一层和一第二层。将第二层的构形做成减小由于吸收穿过耦合窗口的电压的至少一部分在窗口与等离子体之间所形成的电压降。将基本上圆形的天线和所述耦合窗口设置成一起工作以在处理腔室内形成方位上对称的等离子体，这产生横截着基底表面基本上均匀的处理速率。
按照本发明的一个方面，通过提供改进的天线装置实现横截着基底表面的处理均匀性，该天线装置的构形做成产生均匀的等离子体。如上面提到过的那样，将电供应到天线，在处理腔室内感应出电场，并且结果感应出环电流(或流通电流)。相应地，电场使处理腔室中的电子加速，使得它们与处理气体的气体分子碰撞，结果使得这些分子电离，并引发等离子体。
在产生等离子体之后，将电供应给下电极，且使离子朝向基底加速。被加速的离子和在基底表面上的中性反应物与沉积在基底表面上的材料反应，并因此对基底进行处理。一般说来，当等离子体的密度在基底的一个区域较大时，将会产生不均匀的处理速率。因此，将改进的天线装置的构形做成通过感应出方位上对称的电场减小等离子体的这些改变，因此获得更均匀的处理速率。
在一个实施例中，将改进的天线的构形做成产生方位上对称的环电流。尽管不希望被理论约束，但是相信功率耦合的传输线特征对感应电场做出响应在环电流中产生在方位上的变化。这些传输线特征会产生驻波，这些驻波沿着天线的长度会产生高电压和低电压的起伏区域，结果会在感应出的电场中形成高和低电流密度的起伏区域，即，当电压高时电流小，而当电压低时电流大。如本领域技术人员众所周知的那样，在等离子体中的功率沉积取决于电流密度。例如，在电流密度高的部位等离子体的密度会较高，而在电流密度低的部位等离子体的密度会较低。因此，当电流密度具有高电流和低电流起伏的区域时，通常会产生出方位上不对称的等离子体。
更具体地说，当射频能量的波长比天线的长度小时，在驻波图案中将出现更多的节点。一般说来，驻波遵从下列方程天线的电长度＝1/2(波长)*n，其中n＝节点数目。大多数天线装置的长度为大约1.5到大约2.5倍波长，结果，产生大约3到5个节点。这些节点与上面提到的低电压相对应。
通过构形成在功率发送系统中作为一个集总线路件而不是一条传输线运作，改进的天线克服了这一缺点。这就是说，将改进的天线的构形做成表观长度(an apparent length)比射频能量在运行频率的波长小。结果，使节点的数目减少，并且因此基本上消除了感应电流在方位上的起伏，并且不再保持与传输线的类似。
在一个实施例中，改进的天线装置是一个多圈的天线，它像一个单圈天线一样地起作用。该多圈天线是一个基本上单一的导电件，它包括多个环，这些环紧密地缠绕并且叠置在一起。通过将这些环紧密地缠绕并且叠置在一起，可以将天线的总尺寸(例如外径)做得较小，而对感应出的环电流的强度不会有太大的影响。进而，通过减小天线的尺寸，可以将天线的总长度做得较短，结果，这样将减小天线的传输线特征。再有，因为这些环设置成彼此靠近，也可以减小通常在圈之间可能存在的在径向上的改变。相应地，改进的天线装置有利地感应出在方位上对称的环电流。因此，在方位上对称的环电流会形成在方位上对称的等离子体，结果在基底表面上会产生均匀的等离子体处理。
多圈重叠的天线装置的另一方面是可以自屏蔽的特点，即，邻近窗口的那些圈使得等离子体与天线终端电压屏蔽。这将会明显地减少电容耦合和电容耦合所造成的窗口侵蚀，下面将更详细地讨论这两方面。
按照本发明的另一方面，将改进的耦合窗口的构形做成减少在天线与等离子体之间出现的电容耦合。大多数功率耦合装置(例如，天线、耦合窗口以及等离子体)产生在天线与等离子体之间的某种电容耦合。在天线与等离子体之间出现的电压降产生电容耦合。这个电压降通常产生一个邻近耦合窗口的鞘套电压。如本领域技术人员众所周知的那样，这个鞘套电压可能在等离子体中产生附加的改变，例如，鞘套电压可能推动等离子体离开窗口，造成感应耦合系数的降低。此外，鞘套电压甚至可能产生明显的颗粒污染，这种污染是由于离子对着耦合窗口的轰击造成的。还有，离子轰击窗口所用掉的功率通常不能用来产生等离子体，相应地，对于给定的功率来说，这样产生的等离子体密度将较低。
为了减小在天线与等离子体之间的电容耦合，将改进的耦合窗口的构形做成包括一个介电层和一个屏蔽层，将这两层设置在一起。屏蔽层是设置在处理腔室里面的层，最好将该层的构形做成用作一个静电屏蔽层，该屏蔽层使得电压的方向为离开耦合窗口的表面。该屏蔽层基本上把对于等离子体的电容耦合抑制掉。进而，将屏蔽层的构形做成消除电容性(静电的、电位的梯度)电场，同时保持感应(curl B，grad F＝0类型的)电场基本上不变。这就是说，将耦合窗口的构形做成阻挡穿过耦合窗口的直接的电容耦合，而容许天线通过感应形成等离子体(对于屏蔽层基本上没有损失)。
更具体地说，使屏蔽层在电路上绝缘，并且由一种导电材料或者半导电的材料制成该层。因此，在正常情况下在天线与等离子体之间会出现的电压降现在将在天线与屏蔽层之间出现。因此，显著地减小了靠近耦合窗口的表面的鞘套电压，结果，提高了感应耦合系数，并且减少了由于离子对耦合窗口的没有收益的轰击所造成的功率损失。
进而，不接地的静电屏蔽将产生一个均匀的静电场，仅只屏蔽在屏蔽件的区域上静电场的变化。最后的这个特点可以用来使触发等离子体变得容易。此外，因为屏蔽层暴露给处理腔室的内部，它最好由一种能够经受等离子体处理的热的、化学的和物理的效应的材料制成。
参考下面的图和讨论可以更好地理解本发明的特点和优点。
图2示出按照本发明的一个实施例的等离子体处理系统200，它包括一个处理腔室202，在该腔室中实现等离子体204的点火，并且维持该等离子体，用来对基底206进行处理。基底206表示要进行处理的工作件，它可以表示例如要蚀刻、沉积，或者用其它方法处理的半导体基底，或者表示一块将要把它处理成一个平面显示装置的玻璃面板。此外，最好将处理腔室202设置成形状基本上为圆柱形，并且具有基本上竖直的腔室壁208。然而，应该注意到，本发明不限于上面所述的情况，可以采用处理腔室的多种构形。
等离子体处理系统200还包括天线装置210和耦合窗口装置212，将这些装置的构形做成将功率耦合到等离子体204。将天线装置210耦合到第一射频电源214上，将该电源的构形做成用频率范围在大约0.4MHz到大约50MHz的射频能量供应给天线装置210。将耦合窗口212的构形做成容许来自天线装置210的第一射频能量通过，到达所述处理腔室的内部。最好，把耦合窗口212设置在基底206与天线装置210之间。
进而，天线装置210应该足够地接近耦合窗口，使形成等离子体204变得容易。这就是说，天线装置越靠近耦合窗口，在腔室内所产生的电流越强。再有，最好将天线装置210设置成与处理腔室202和基底206都共轴线。应该理解到，对称地设置天线装置可能增强等离子体横截着基底表面的均匀性，然而，可能不是对于所有处理都有这样的要求。下面将更详细地描述天线装置210和耦合窗口212。
典型地将一个气体注入装置215设置在腔室202内。最好围绕着腔室202的内周边设置气体注入装置215，并且将它设置成用来把气体源材料例如蚀刻剂源气体释放进在耦合腔室212与基底206之间射频感应出的等离子体区域中。替代地，也可以由在腔室自身的壁中构成的开口或者通过设在介电窗口中的一个喷头释放出气体源材料。应该理解到，气体的对称分布可能增强等离子体横截着基底表面的均匀性，但是，可能不是对于所有处理都有这样的要求。在题为“PLASMA PROCESSING SYSTEM WITH DYNAMIC GAS DISTRIBUTIONCONTROL”的一个共同未决的专利申请；在1999年11月15日提交的美国专利申请No.90/470236中更详细地描述了可以在示例性的等离子体处理系统中使用的气体分配系统的一个示例，把该专利申请结合在这里作为参考。
通常，把基底206引进腔室202中，并且把它设置在一个夹盘216上，将该夹盘的构形做成在处理过程中固定住基底。夹盘216可以表示例如一个ESC(静电的)夹盘，用静电作用力把基底206紧固到夹盘的表面上。典型地，夹盘216用作一个底电极，并且最好由第二射频电源218对它提供偏压。此外，最好将夹盘216设置成形状基本上是圆柱形，在轴向上与处理腔室202对准，使得处理腔室和夹盘是圆柱对称的。也可以将夹盘216的构形做成在用来装载和卸载基底206的第一位置(未示出)与用来对基底进行处理的第二位置(未示出)之间运动。
仍然参见图2，排放口220设置在腔室壁202与夹盘216之间。然而，排放口的实际设置可以按照每个等离子体处理系统的具体设计改变。然而，在要求高度均匀的情况下，一个圆柱形对称的排放口可能是有利的。最好，将排放口220的构形做成排放出在处理过程中形成的副产品气体。进而，将排放口220连接到一个涡轮分子泵(未示出)上，该泵典型地设置在腔室202的外面。如本领域技术人员众所周知的那样，涡轮分子泵可以在腔室202内部保持适当的压力。
还有，在半导体处理比如蚀刻处理的情况下，为了保持容许偏差高的结果，需要严格地控制处理腔室内的多个参数。处理腔室的温度是这样的参数中的一个。因为蚀刻容许偏差(以及所产生的以半导体为基础的装置的性能)对于在系统中的部件的温度起伏可能非常敏感，所以要求精确的控制。作为一个示例，在题为“TEMPERATURECONTROL SYSTEM FOR PLASMA PROCESSING APPARATUS”的一个共同未决的专利申请；在2001年10月16日提交的美国专利No.6302966中描述了可以在示例性的等离子体处理系统中使用的用来实现温度控制的一个温度管理系统，该专利申请结合在这里作为参考。
此外，在实现对等离子体处理的严格控制方面另一个重要考虑是用于等离子体处理腔室例如内部表面比如腔室壁的材料。又一个重要的考虑是用来处理基底的气体的化学性质。作为一个示例，在题为“MATERIALS AND GAS CHEMISTRIES FOR PLASMA PROCESSINGSYSTEMS”的一个共同未决的专利申请，在1999年11月15日提交的美国专利申请No.90/440794中更详细地描述了可以在示例性的等离子体处理系统中使用的材料和气体化学性质，该专利申请结合在这里作为参考。
为了产生等离子体，通过气体入口215将一种处理气体通入腔室202中。随后采用第一射频电源214将电供应给天线装置210，并且穿过耦合窗口212在腔室202的内部感应出强的电场。该电场把在腔室内存在的少量电子加速，使得它们与处理气体的气体分子碰撞。这种碰撞造成电离和放电或者等离子体204的引发。如本领域技术人员众所周知的那样，当处理气体的中性气体分子经受这些强电场作用时，它们会损失电子，并且留下带正电的离子。结果，在等离子体204内包含带正电的离子、带负电的电子以及中性的气体分子。
一旦已经形成等离子体，在等离子体内的中性气体分子会将方向朝向基底的表面。作为一个示例，对于在基底上存在中性气体分子有贡献的机制之一是扩散(即，在腔室内分子的随机运动)。因此，典型地沿着基底206的表面可以形成一层中性组分层(例如中性气体分子层)。相应地，当对底电极216通电时，离子会朝向基底加速，在基底上它们与中性组分相结合实现基底处理，即，蚀刻、沉积和/或类似处理。
通常，等离子体204主要在腔室的上部区域(例如激活区域)中停留，然而，一部分等离子体可能会充满整个腔室。等离子体通常会达到可以维持等离子体的部位，这几乎是腔室中的任何部位。作为一个示例，等离子体可以充满在基底下面的区域，比如在泵装置下面的区域(例如非激活区域)。如果等离子体达到这些区域，可能会接着出现蚀刻、沉积和/或腐蚀，这样可能导致在处理腔室内的颗粒污染，即，通过蚀刻这些区域，或者通过沉积材料的剥落产生污染。
还有，不受约束的等离子体会形成一种不均匀的等离子体，这可能导致处理性能(即，蚀刻均匀性、总的蚀刻速率、蚀刻形状、微观载荷、选择性以及类似性能)的改变。为了减少上面提到的效应，可以使用等离子体约束装置对等离子体进行约束。作为一个示例，在题为“WETHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING THE VOLUME OFPLASMA”的一个共同未决的专利申请，在1999年11月15日提交的美国专利申请No.90/439759中更详细地描述了可以在示例性的等离子体处理系统中使用的用来约束等离子体的一种等离子体约束装置，该专利申请结合在这里作为参考。
按照本发明的第一方面，等离子体处理装置设有一个多圈的天线装置，使得在该等离子体处理装置的处理腔室内感应出方位上对称的电场。图3和4示出按照本发明的一个实施例的多圈天线装置400。该多圈的天线装置400包括在运行关系上连接到一个射频电源404上的一个多圈天线402，它们例如分别与在图2中示出的射频电源214和天线210相对应。
如上面提到的那样，如果天线长度相对于波长短，那么，功率耦合的传输线描述不再是适用的，并且功率耦合开始像一个集总电路元件那样进行。因此，将多圈天线402的构形做成长度比传输的能量的波长短。通过减小天线的长度，在驻波图案中产生较少的节点，结果，显著地减少了在天线的方位方向上的高电压区域和低电压区域。
最好将多圈天线的构形做成有紧密地设置在一起的多个圈，使得所产生出的电磁场就像是由单一圈的天线形成的一样。更具体地说，通过使这些圈紧密地靠在一起，提高了天线的产生电流的能力。例如，如果由彼此相邻近的四圈形成天线，那么，通过等离子体的电流会大约如在天线中四倍那样强。相应地，这种集中的电流产生一个集中的等离子体，该等离子体更均匀。结果，可以把天线的直径做成相对于处理腔室的直径比较小，这转而缩短了天线的长度。下面将更详细地描述天线的实际尺寸。
多圈天线402基本上是圆形的，并且包括在第一平面中的至少一第一对同心的环406和在第二平面中的一第二对同心的环410。最好，第一对同心的环406和第二对同心的环410基本上相同，并且沿着天线轴线414彼此对称地对准。应该注意到，一个基本上圆形的天线将产生出基本上圆形的电场，结果将产生出基本上圆形的等离子体。因此，因为处理腔室和基底是圆形的，所以，基本上圆形的等离子体会在基底的表面上实现更均匀的处理。
尽管已经作为基本上圆形的示出并描述了本发明，但是应该理解到，对于要求不同形状的基底的应用比如对于显示装置或者为了补偿在腔室设计中的某种不对称性，可以使用替代的形状。作为一个示例，按照上面描述的相同的原理，椭圆形或者带有圆角的长方形也可以工作得很好。
还有，第一对同心的环406最好叠放在第二对同心的环410的上方。单一平面的天线产生的电容耦合的数量典型地会增加，这是因为终端电压和所有的电压节点都与窗口直接地邻近。然而，因为叠放的天线和在第一对同心的环与第二对同心的环之间对称地对准，第二对同心的环可以有利地将高的终端电压屏蔽掉。更具体地说，典型地在第一对同心的环与等离子体之间可能出现的电压降(例如电容耦合)会显著地减小，这是因为第二对同心的环对于该电压降提供了一个导电通路，因此该电压降将不与等离子体相互作用。
此外，第一对同心的环406最好包括第一圈416和第四圈418，而第二对同心的环410包括第二圈420和第三圈422。还有，第一圈416与第二圈420基本上相同，并且设置在第二圈的上方，而第四圈418与第三圈422基本上相同，并且设置在第三圈的上方。
在运行关系上将第一圈416连接到第二圈420上，在运行关系上将第二圈420连接到第三圈422上，并且在运行关系上将第三圈422连接到第四圈418上，而将每一圈设置成使得电流在围绕天线的轴线414的相同方向上。在一个实施例中，由单一的导电件形成多圈的天线。然而，应该注意到，这不是一个限制，多圈天线可以由分开的部件组成并且在结构上和电气上把它们连接在一起。此外，多圈的天线402包括一个输入引线424和一个输出引线426。在运行关系上将输入引线424连接到第一圈416上，而在运行关系上将输出引线426连接到第四圈418上。因此，通过在输入引线424与输出引线426之间施加一个射频电压使得射频电流通过多圈天线402流动。
仍然参见图3和4，第四圈418的直径比第一圈416的直径大，而第三圈422的直径比第二圈420的直径大。虽然外圈(例如第三圈和第四圈)具有较大的直径，但是最好把它们设置成邻近内圈(例如第一圈和第二圈)。这就是说，最好将第四圈418设置成邻近第一圈416，而最好将第三圈422设置成邻近第二圈420。作为它们紧密靠近的结果，多圈天线看上去和在作用上像一个单一圈的天线(例如，在圈之间基本上没有间隙)。因此，在径向上的高电流或者低电流区域会显著地减小。
如本领域技术人员将会知道的那样，在两个导电件之间的小间隙典型地将会产生两个导电件之间的起弧(产生电弧)。因此，由一个能消除起弧的距离限制在外圈与内圈之间间隙。然而，在实现本发明的一个方案中，用一种介电材料充满该间隙，使得可以将内圈与外圈设置成尽可能地靠近，同时基本上消除在内圈与外圈之间的起弧。作为一个示例，间隙在大约0.2到大约1厘米的Teflon或者陶瓷材料工作得很好。
还有，多圈天线通常由铜制作。在一种实施方案中，多圈天线由涂布了银的铜制作。然而应该注意到，多圈天线不限制为用铜或者涂布了银的铜制作，可以使用任何适当的导电金属。在一个实施例中，天线环的截面是长方形的，使每一个环相对于窗口和每一个另外的环的重复设置变得容易。然而应该注意到，这不是一个限制，可以使用其它的截面形状和尺寸。替代地，天线环可以由一种中空的导电件制成，使温度控制变得容易(即，通过它流过一种流体)。
关于多圈天线的总尺寸，即它的外径，一般说来最好(但不是绝对必须)，将天线的尺寸做成比处理腔室的截面小，为的是保持等离子体集中在基底上方的区域，并且防止等离子体过度地向腔室壁扩散，那样会不利地要求更多的功率来使等离子体处理系统运行，并且增加对壁的腐蚀。进而，所产生的等离子体的尺寸通常与所使用的天线的尺寸相对应，因此，多圈天线的外径应该基本上与基底的直径相类似，为的是产生均匀的蚀刻速率。作为一个示例，基底的尺寸典型地在大约6英寸到大约12英寸之间，因此在一个实施例中，多圈天线的外径在大约6英寸到大约12英寸之间。
为了进一步作详细描述，因为电流能力的增加，即多圈天线像单一圈那样起作用，可以将多圈天线的构形做成比基底小。这就是说，更集中的电流会产生足够大的等离子体用来处理基底。然而应该理解到，可能不会对于所有的处理要求使用较小的天线，即，可以将天线的构形做成比基底大。然而，如果对于高程度的均匀性有严格的要求，使用较小的天线可能是非常有益的。作为一个示例，可以将天线的直径做成在大约6英寸与大约15英寸之间，并且最好在大约7英寸与大约11英寸之间，以便处理一个12英寸的基底。然而应该注意到，这不是一个限制，可以按照基底的具体尺寸改变天线的实际尺寸(例如，当所处理的基底较小或者较大时，可以如所需要的那样改变天线的尺寸)，并且改变每个等离子体处理系统的具体设计。
关于所采用的射频频率，作为一个一般性的指导原则，较低的射频频率(例如低于13MHz)会通过减少驻波效应减小功率耦合的传输线特征的效应。这就是说，较低的频率会使得天线的任何固有的在方位上不对称的耦合特征不再突出。进而，在较低的射频频率下，在天线与等离子体之间的电容耦合也会较少地突出，因此，会减少对耦合窗口的离子轰击。因此，一般使得射频电源的频率低于13MHz或者等于大约13MHz，最好在大约0.4MHz与大约13MHz之间，更可取地，在大约4MHz。应该理解到，可能不会对于所有的处理要求使用较低的频率。然而，如果对于高程度的均匀性有严格的要求，使用较低的频率可能是非常有益的。
如可以由上面看到的那样，本发明的第一方面的好处是多方面的。不同的实施例或者实施方案可以有下述好处中的一个或者多个好处。本发明的一个好处在于在处理腔室内产生出方位上对称的等离子体。结果，获得了处理均匀性的提高，这将提高基底的通过量，减少装置故障，并且提高要处理的基底的总生产率。本发明的另一个好处在于本发明的天线装置是自屏蔽的，因此，减少了在天线与等离子体之间的电容耦合。相应地，减少了对耦合窗口的离子轰击，因此，耦合窗口的寿命增加了并且减少了与离子轰击相关的颗粒污染。
按照本发明的第二方面，等离子体处理装置设有一个多层的耦合窗口装置，显著地减小了在天线与等离子体之间的电容耦合。为了使对本发明的这一方面的讨论变得容易，图5示出按照本发明的一个实施例的多层的耦合窗口装置500。多层的耦合窗口装置500可以分别对应于图2中所示的耦合窗口212。该多层的耦合窗口装置500包括至少一第一层504和一第二层506。最好把第一层504粘接到第二层506上。在一个实施例中，将两层通过热粘接粘接在一起。然而，应当注意这不是一个限制，可以采用其它的粘接过程。替代地，应该注意到，在层之间可以设置一个间隙，即，一个真空间隙，或者一个容许气体在层之间流动的间隙，同时仍然可以获得所描述的利益。进而，第二层506最好形成处理腔室的内周边表面的一部分。
首先参加第二层，将第二层的构形做成用作一个静电屏蔽层，它可以降低在它的表面上的电位差。进而，将第二层设置成在电路上绝缘，并且最好由一种导电的材料或者半导电的材料制成此第二层，该材料可以使感应的射频能量由天线到达等离子体的通过变得容易。此外，因为第二层暴露给处理腔室内的等离子体，所以第二层最好由一种基本上经得住等离子体的材料制成。在一个优选实施例中，此第二层由碳化硅(SiC)制成。通常，SiC可以经受等离子体处理的热效应、化学效应和物理效应。此外，一般可以将SiC分类成是一种介电材料，也呈现出某种耐电流的能力。电阻性能是产生屏蔽效应的性能，而介电性能是能够实现感应耦合的性能。
第二层的电阻对于确保该层用作介电屏蔽层而不影响感应电场的一个重要的参数。通常，在本发明中使用的特定的电阻范围取决于与耦合窗口一起使用的天线的准确尺寸、功率耦合的工作频率以及第二层的厚度。作为一个示例，由大约100ohm-cm到大约10kohm-cm的电阻可以很好地工作。然而，应该理解到，如果愿意，可以使得电阻比106ohm-cm还高，使得第二层(例如SiC)更像一个介电层那样起作用。
尽管不希望被理论约束，但是相信第二层的电阻对于用来形成等离子体的处理气体提供了一个等电位表面。例如，在等离子体点火之后，在第二层上的电位由于等离子体靠近第二层而显著地降低。进而，通常例如由一个上部和一个下部形成一个电容性电压分开装置(a capacitive voltage divider)，由常数电容的介电的第一层形成上部，而在点火之前由导电的第二层与腔室壁形成下部，并且在点火之后由导电的第二层与等离子体形成下部。在点火之前下部的电容小，因此有很大的电压帮助实现点火(例如，为了使放电点火，典型地必须一个电容性的电场)。在点火之后，下部有大的电容，从而显著地降低电压，因此不会产生明显的电容功率耦合。
现在讨论第一层，第一层最好由一种介电材料制成，该材料可以使感应的射频能量由天线到等离子体的通过变得容易。进而，将第一层的构形做成足够地强，从而在结构上可以保持住真空，并且做成足够地坚固从而在腔室的定期清理的过程中可以容易地处理它。此外，第一层通常由一种介电材料制成，这种材料具有极好的热性能，使得能够控制窗口的温度。作为一个示例，由氮化硅(SiN)或者氮化铝(AlN)形成的介电材料可以工作得很好。然而，应该理解到，这不是一个限制，可以使用其它的材料。例如氧化铝和石英也可以工作得很好。
可以将多层的耦合窗口500的总厚度做成足够地薄，从而可以有效地将天线的射频能量传输到等离子体，同时有效地经受在处理过程中产生的压力和热。多层的耦合窗口的厚度最好在大约0.5英寸到大约1英寸之间。更可取的，多层的耦合窗口的厚度为大约0.8英寸。进而，第一层504的厚度应该大于第二层506的厚度。第一层的厚度最好在大约0.5英寸到大约1英寸之间。更可取的，第一层的厚度为大约0.6英寸。还有，第二层的厚度最好在大约0.1英寸到大约0.5英寸之间。更可取的，第二层的厚度为大约0.2英寸。应该理解到，这些层的实际厚度可以按照对于每一层所选择的具体材料改变。
在一个实施例中，将第二层的构形做成覆盖着整个第一层，以保护第一层不会暴露给等离子体，并且确保纯粹的材料(例如SiC)面对与基底接触的等离子体区域。然而，应当注意的是，这不是一种限制，且可以使用其它构形。例如，可以将第二层的构形做成仅只覆盖第一层的面对靠近天线的等离子体的那些部分。
应该注意到，不要求耦合窗口的尺寸等于等离子体处理腔室的尺寸。然而一般说来，小的耦合窗口可以降低成本，特别是当采用昂贵的材料比如SiC时是这样。在一个实施例中，将耦合窗口的形状做成与天线装置的形状重合，因此，将耦合窗口的构形做成基本上为圆形。在另一实施例中，可以将耦合窗口的外部尺寸做成越过天线的外部尺寸伸展一个短的距离，为的是减少对于可能围绕着天线的导电件的任何耦合。在一个示例中，将耦合窗口的外部尺寸设置成越过天线的外部尺寸伸展大约1英寸。在另一个实施例中，耦合窗口的形状可以基本上与天线的形状相同，即环形。
关于所采用的介电性质(例如介电常数)，作为一般性的指导原则，较低的介电常数例如比大约10小的介电常数会通过减小驻波效应减少功率耦合的传输线特征的效应。更具体地说，较低的介电常数会使得被传输的能量的波长较长，这使得天线看上去较短，并且因此在驻波图案中产生较少的节点。因此，较低的介电常数会使得天线的任何固有的方位上的不对称耦合特征较少突出。
在一个实施例中，最好使耦合窗口的总介电常数小于或等于大约10。应该理解到，可能不会对于所有的处理要求使用较小的介电常数。事实上，典型地需要在要求高的方位上的对称性与结构设计和热设计的简单之间进行权衡。然而，如果对于高程度的均匀性有严格的要求，使用小的介电常数可能是非常有益的。
如可以由上面看到的那样，本发明的第二方面的好处是多方面的。不同的实施例或者实施方案可以有下述好处中的一个或者多个好处。例如，本发明提供的耦合窗口显著地减少了在天线与等离子体之间的电容耦合。结果，显著地减少了在等离子体中的变化。例如，典型地保持了感应耦合系数，一般地说减少了离子对耦合窗口的轰击，更多的能量可以用于产生等离子体，即，对于给定的功率可以获得较高的等离子体密度。还有，因为减少了离子轰击，所以一般说来减少了与离子轰击相关的颗粒污染，结果，减少了与窗口厚度变化相关的处理(即，沉积或者材料的除去)的改变。此外，本发明采用了纯粹的材料即SiC，这会减少处理的变化。
还有，设想可以与上面提到的多圈天线和多层耦合窗口一起采用附加的件，进一步提高在等离子体处理系统中基底处理的均匀性。作为一个示例，可以与多圈天线一起设置一个磁装置，控制在处理腔室内靠近耦合窗口和多圈天线的区域中静磁场的径向改变。在题为“IMPROVED PLASMA PROCESSING SYSTEMS AND METHODDS THEREFOR”的一个共同未决的专利申请，在1999年11月15日提交的美国专利申请No.90/439661中可以找到这样的磁装置的一个示例，该专利申请结合在这里作为参考。
随着严格的尺寸继续减小，对于在方位上不对称的容许偏差也减小。天线的圈不完全，在天线的环的端部之间设置间隙，防止短路。这样的间隙可能妨碍等离子体成为在方位上对称。图6为带有间隙608的部分的天线圈604的示意图。由第一角度616确定的第一方位上的段612包括间隙608。由第二角度624确定的第二方位上的段620不包括间隙608。间隙608使得在第一方位上的段612中的射频功率比在第二方位上的段620中的射频功率少。已经采用多种携带电流的件，将间隙桥接起来。这样的桥接件的不对称性可能使得这些件不能提供所要求的均匀性。
图7为本发明的一个实施例提供的多圈天线700的透视图。该多圈天线700包括第一圈704，第二圈708，第三圈712，以及第四圈716。一根输入总线720连接到第一圈704上。一根输出总线724连接到第四圈712上。图8为图7的切开的段728的放大的示意性顶视图，此图示出第三圈712，第四圈716，以及输出总线724的一段。为了清楚，在图8中未示出第一圈，第二圈，以及输入总线720。图9为仅只第三圈712的顶视图。如在图8和9中所示，第三圈712具有第一端804和第二端808，其中第三圈的间隙812将第三圈712的第一端804和第二端808分开。第三圈712的中心位于天线的轴线904。第三圈712的半径906由天线的轴线904伸展到在第三圈712上的一点。第三圈712的圆周908沿着第三圈由第三圈712的第一端804到达第三圈的第二端808，横过间隙812返回到第三圈712的第一端804。间隙812最好仅只是第三圈712的一小部分。在这些图中的某些图中，一些件比如间隙812可能没有按尺寸画出，从而可以更清楚地示出某些件。间隙812与天线的轴线形成一个角度912，如所示出的那样。间隙812所形成的角度912最好小于7度。更可取地，间隙所形成的角度912小于5度。更可取地，间隙所形成的角度小于3度。第三圈的间隙812的长度与第三圈712的圆周基本上平行。在第三圈的第一端804的至少一部分与天线的轴线904之间的距离等于在第三圈的第二端808的至少一部分与天线的轴线904之间的距离。这意味着到在第三圈的第一端的内部与第一端的外部之间的一点的半径等于到在第三圈的第二端的内部与第三圈的第二端808的外部之间的一点的半径。形成一个螺旋的一部分的那些圈可能不包括在这个范围以内，这是因为在螺旋的一圈上在第一端与第二端之间的那些部分必须有不同的半径，使得这些端部不会相遇。可取得是，第一端804的半径等于第二端808的半径，如图9所示。第三圈712最好基本上为圆形。更可取地，第三圈712就是圆形，如图所示出的那样。
图10为仅只第四圈716的顶视图。如在图8和10中所示，第四圈716具有第一端816和第二端820，第四圈的一个间隙824将它们分开。第三圈与第四圈的间隙828将第三圈712与第四圈716分开。第三圈与第四圈的间隙828的长度为第三圈712到第四圈716的径向长度，该长度基本上与第三圈和第四圈712，716的切线垂直。第四圈716的中心位于天线的轴线904。第三圈712与第四圈716同圆心并且共平面，使得它们的中心围绕着在天线的轴线904上的同一点。第四圈716的半径1006由天线的轴线904伸展到在第四圈716上的一点，使得第四圈716的半径比第三圈712的半径大的尺寸大约第三圈与第四圈的间隙828的尺寸。第四圈716的圆周1008沿着第四圈由第四圈716的第一端816到达第四圈的第二端820，横过间隙824返回到第四圈716的第一端816。间隙824最好仅只是第四圈716的一小部分。间隙824与天线的轴线形成一个角度1012，如所示出的那样。间隙824所形成的角度1012最好小于7度。更可取地，间隙所形成的角度1012小于5度。更可取地，间隙所形成的角度小于3度。第四圈的间隙824的长度与第四圈716的圆周基本上平行。在这个示例中，第一端816和第二端820具有一个切掉的角部段1016。在第四圈的第一端816的至少一部分与天线的轴线904之间的距离等于在第四圈的第二端816的至少一部分与天线的轴线904之间的距离。这意味着到在第四圈的第一端的内部与第一端的外部之间的一点的半径等于到在第四圈的第二端的内部与第四圈的第二端820的外部之间的一点的半径，其中将第一端部的内部定义为包括第一端部的切掉的角部段1016，就好像第一端部没有被切掉，并且其中将第二端部的外部定义为包括第二端部的切掉的角部段，就好像第二端部没有被切掉，这是因为这些被切掉的部分仅只使得可以将连接器安装在其中，从而在使用过程中这些切掉的部分实际上将会被充满。形成一个螺旋的一部分的那些圈可能不包括在这个范围以内，这是因为在螺旋的一圈上在第一端与第二端之间的那些部分必须有不同的半径，使得这些端部不会相遇。更可取地，第一端816的半径等于第二端820的半径，如在图10中所示出的那样。第四圈716最好基本上为圆形。更可取地，第四圈716就是圆形，如图所示出的那样。
第三圈与第四圈的连接器832在第三圈的第二端808与第四圈的第一端816之间提供了电连接。在优选实施例中，第三圈与第四圈的连接器832包括一个跨接段836、一第三圈连接器腿840以及一第四圈连接器腿844。跨接段836最好与邻近该跨接段836的第三圈712的圆周和第四圈716的圆周基本上平行。第三圈连接器腿840基本上就是到第三圈712的径向长度。第三圈连接器腿基本上就是到第三圈的径向长度意味着基本上与第三圈的邻近第三圈连接器腿的那部分的半径基本上平行。第四圈连接器腿844基本上就是到第四圈716的径向长度。跨接段836近似在第三圈712与第四圈716之间的中间，如图所示出的那样。第三圈连接器腿840邻近第三圈的间隙812的一端。第四圈连接器腿844邻近第四圈的间隙824的一端。在优选实施例中，第三圈的间隙812与第四圈的间隙824彼此邻近，使得第三圈的间隙812的一端沿着一条半径，如虚线850所表示的那样，该线与第四圈的间隙824的开始线重合。这使得这些间隙相邻而不重叠，如图所示出的那样。其它的改型可以容许间隙812，824重叠的距离最好在0.0625英寸(1.5875毫米)与-0.0625英寸(-1.5875毫米)之间，其中负数意味着没有任何重叠，而相反将间隙分开，使得沿着第三圈测量时在第三间隙终止的半径与在第四间隙开始的半径分开的距离比0.0625英寸小。更可取地，第三间隙与第四间隙的重叠在0.005英寸(0.127毫米)与-0.005英寸(-0.127毫米)之间。用百分比表示，第三圈的间隙与第四圈的间隙的重叠在第三圈的间隙的长度的50％与-50％之间，其中负数意味着没有任何重叠，而相反将间隙分开，使得沿着第三圈测量时在第三间隙终止的半径与在第四间隙终止的半径分开的距离比第三圈的间隙的长度的50％小。更可取地，第三圈的间隙与第四圈的间隙的重叠在第三圈的间隙的长度的25％与-25％之间。最可取地，第三圈的间隙与第四圈的间隙的重叠在5％与-5％之间。连接器832与第三圈712和第四圈716共平面。
图11为图7的切开的段728的放大的示意性顶视图，此图示出第一圈704、第二圈708以及输入总线720的一段，其中为了清楚，在图11中未示出第三圈、第四圈以及输出总线。图12为仅只第一圈704的顶视图。如在图11和12中所示，第一圈704具有第一端1104和第二端1108，其中第一圈的一个间隙1112将第一圈704的第一端1104和第二端1108分开。第一圈704的中心位于天线的轴线904。第一圈704的半径1206由天线的轴线904伸展到在第一圈704上的一点。第一圈704的圆周1208沿着第一圈由第一端1104沿着第一圈704到达第一圈的第二端1108，横过间隙1112返回到第一圈704的第一端1104。间隙1112最好仅只是第一圈704的一小部分。间隙1112与天线的轴线形成一个角度1212，如所示出的那样。间隙1112所形成的角度1212最好小于7度。更可取地，间隙所形成的角度1212小于5度。更可取地，间隙所形成的角度小于3度。第一圈的间隙1112的长度与第一圈704的圆周基本上平行。在第一圈的第一端1104的至少一部分与天线的轴线904之间的距离等于在第一圈的第二端1108的至少一部分与天线的轴线904之间的距离。更可取地，第一端1104的半径等于第二端1108的半径，如在图12中所示出的那样。第一圈704最好基本上为圆形。更可取地，第一圈704就是圆形，如图所示出的那样。
图13为仅只第二圈708的顶视图。如在图11和13中所示，第二圈708具有第一端1116和第二端1120，第二圈的一个间隙1124将它们分开。第一圈与第二圈的间隙1128将第一圈704与第二圈708分开。第一圈与第二圈的间隙1128的长度为第一圈704到第二圈708的径向长度。第二圈708的中心位于天线的轴线904。第一圈704与第二圈708同圆心，使得它们的中心围绕着在天线的轴线904上的同一点。第二圈708的半径1306由天线的轴线904伸展到在第二圈708上的一点，使得第一圈704的半径比第二圈708的半径大的尺寸大约为第一圈与第二圈的间隙1128的尺寸。第二圈708的圆周1308沿着第二圈由第一端1116沿着第二圈708到达第二圈的第二端1120，横过间隙1124返回到第二圈708的第一端1116。间隙1124最好仅只是第二圈708的一小部分。间隙1124与天线的轴线形成一个角度1312，如所示出的那样。间隙1124所形成的角度1312最好小于7度。更可取地，间隙所形成的角度1312小于5度。更可取地，间隙所形成的角度小于3度。第二圈的间隙1124的长度与第二圈708的圆周基本上平行。在这个示例中，第一端1116和第二端1120具有一个切掉的角部段。在第二圈的第一端1116的至少一部分与天线的轴线904之间的距离等于在第二圈的第二端1116的至少一部分与天线的轴线904之间的距离。更可取地，第一端1116的半径等于第二端1120的半径，如在图13中所示出的那样。第二圈708最好基本上为圆形。更可取地，第二圈708就是圆形，如图所示出的那样。
第一圈与第二圈的连接器1132在第一圈的第二端1108与第四圈的第一端1116之间提供了电连接。在优选实施例中，第一圈与第二圈的连接器1132包括一个跨接段1136、一第一圈连接器腿1140，以及一第二圈连接器腿1144。跨接段1136最好与邻近该跨接段1136的第一圈704的圆周和第二圈708的圆周基本上平行。第一圈连接器腿1140基本上就是到第一圈704的径向长度。第二圈连接器腿1144基本上就是到第二圈708的径向长度，跨接段1136大致在第一圈704和第二圈708的中间，如图所示出的那样。第一圈连接器腿1140邻近第一圈的间隙1112的一端。第二圈连接器腿1144邻近第二圈的间隙1124的一端。在优选实施例中，第一圈的间隙1112与第二圈的间隙1124彼此邻近，使得第一圈的间隙1112的一端沿着一条半径，如虚线1150所表示的那样，该线与第二圈的间隙1124的开始线重合。这使得这些间隙相邻而不重叠，如图所示出的那样。其它的改型可以容许间隙1112，1124重叠的距离最好在0.0625英寸(1.5875毫米)与-0.0625英寸(-1.5875毫米)之间，其中负数意味着没有任何重叠，而相反将间隙分开，使得沿着第一圈测量时在第一圈的间隙终止的半径与在第二圈的间隙开始的半径分开的距离比0.0625英寸小。更可取地，第一间隙与第二间隙的重叠在0.005英寸(0.127毫米)与-0.005英寸(-0.127毫米)之间。用百分比表示，第一圈的间隙与第二圈的间隙的重叠在第一圈的间隙的长度的50％与-50％之间，其中负数意味着没有任何重叠，而相反将间隙分开，使得沿着第一圈测量时在第一间隙终止的半径与在第二间隙终止的半径分开的距离比第一圈的间隙的长度的50％小。更可取地，第一圈的间隙与第二圈的间隙的重叠在第一圈的间隙的长度的25％与-25％之间。最可取地，第一圈的间隙与第二圈的间隙的重叠在5％与-5％之间。连接器1132在与第一圈704和第二圈708相同的平面中，并且最好有与第一圈704和第二圈708相同的高度。
图14为段728的示意性透视图，示出第一圈704、第二圈708、第三圈712、第四圈716、输入总线720、输出总线724、第一圈与第二圈连接器1132、第三圈与第四圈连接器832以及第二圈与第三圈连接器1404的一部分。
在工作过程中，可以在等离子体处理系统200中使用天线700。电流“I”由射频电源214通过输入总线720流到第一圈704的第一端1104。电流由第一圈704的第一端1104流到第一圈704的第二端1108。设置了第一圈的间隙1112防止在第一圈的第一端与第一圈的第二端之间出现短路。随后电流由第一圈的第二端通过第一圈连接器腿1140在基本上关于第一圈的径向方向上流动，随后沿着跨接段1136在与邻近跨接段1136的第一圈704和第二圈708的圆周基本上平行的方向上流动。电流随后通过第二圈连接器腿1144在基本上关于第二圈的径向方向上流到第二圈708的第一端1116。电流由第二圈708的第一端1116流到第二圈708的第二端1120，随后通过第二圈与第三圈的连接器1404流到第三圈712的第一端804。电流由第三圈的第一端804流到第三圈712的第二端808。设置了第三圈的间隙812防止在第三圈的第一端804与第三圈的第二端808之间出现短路。随后电流由第三圈的第二端808通过第三圈连接器腿840在基本上关于第三圈的径向方向上流动，随后沿着跨接段836在与邻近跨接段836的第三圈712和第四圈716的圆周基本上平行的方向上流动。电流随后通过第四圈连接器腿844在基本上关于第四圈的径向方向上流到第四圈716的第一端816。电流随后由第四圈的第一端816流到第四圈的第二端820，并且通过输出总线724。射频发生器使得电流“I”交替地改变方向。
第一圈与第二圈的连接器1132的跨接段1136提供了一条电流路径，此路径在与第一圈704相同的平面中与邻近第一圈的间隙1112的第一圈基本上平行。此外，第一圈与第二圈的连接器1132的跨接段1136提供了一条电流路径，此路径与邻近第二圈的间隙1124的第二圈708基本上平行，并且在与第二圈708相同的平面中。通过设置第一圈的间隙1112和第二圈的间隙1124使得它们彼此邻近但是又彼此不重叠，第一圈704、第二圈708以及跨接段1136提供了两条电流路径，它们在一个完全的环中，而没有间隙也不会使三条电流路径出现在一个位置的重叠。在实现的过程中，可能造成一个小的间隙或者重叠，但是为了提供在方位上均匀的射频激发从而产生出均匀的等离子体，希望使得该间隙或者重叠减到最小。跨接段1136在第一圈与第二圈704，708之间，使得该跨接段1136所提供的电流路径靠近第一圈704和第二圈708。该跨接段1136最好基本上在第一圈704与第二圈708的中间，从而提供在方位上更均匀的射频激发，并且仍然保持在第一圈704与第二圈708之间有一个间隙。
第三圈与第四圈的连接器832的跨接段836提供了一条电流路径，此路径在与第三圈712相同的平面中与邻近第三圈的间隙812的第三圈基本上平行。此外，第三圈与第四圈的连接器832的跨接段836提供了一条电流路径，此路径与邻近第四圈的间隙824的第四圈716基本上平行，并且在与第四圈716相同的平面中。通过设置第三圈的间隙812和第四圈的间隙824使得它们彼此邻近但是又彼此不重叠，第三圈712、第四圈716以及跨接段836提供了两条电流路径，它们在一个完全的环中，而没有间隙也不会使三条电流路径出现在一个位置的重叠。在实现的过程中，可能造成一个小的间隙或者重叠，但是为了提供在方位上均匀的射频激发从而产生出均匀的等离子体，希望使得该间隙或者重叠减到最小。跨接段836在第三圈与第四圈712，716之间，使得该跨接段836所提供的电流路径靠近第三圈712和第四圈716。该跨接段836最好基本上在第三圈712与第四圈716的中间，从而提供在方位上更均匀的射频激发，并且仍然保持在第三圈712与第四圈716之间有一个间隙。
通过沿着第一圈704的一条半径并且在第一圈704的平面中设置第一圈连接器腿1140，使来自流过第一圈连接器腿1140的射频激发产生的电流的击穿减到最小。实现这样的结果部分地是由于第一圈连接器腿1140在与第一圈704相同的平面中，使得可以将第一圈连接器腿的长度减到最小。此外，第一圈连接器腿1140为关于第一圈704的径向长度也可以使来自第一圈连接器腿1140的射频击穿减到最小。由于这些原因，第二圈连接器腿1144基本上是关于第二圈708的径向长度，并且与跨接段1136基本上垂直，第三圈连接器腿840基本上是关于第三圈712的径向长度，并且与跨接段836基本上垂直，而第四圈连接器腿844基本上是关于第四圈716的径向长度，并且与跨接段836基本上垂直。
每一圈有一个间隙产生带有一个间隙的单一的环，该间隙将环的端部分开。这种构形与使用螺旋的其它天线不同，在那些天线中不采用有小间隙的单个的环，并且因此每个环的端部在不同的半径。
在优选实施例中，设置了一个绝缘体防止起弧。图15为第三圈712、第四圈716以及安装在一个中心绝缘体1504上的第三圈与第四圈连接器832的顶视图，该绝缘体可以在本发明的一个优选实施例中使用。该中心绝缘体1504包括一个基底环1508和一个顶部凸脊环1512。第三圈间隙绝缘体1516和第四圈间隙绝缘体1520也形成顶部凸脊，将这些凸脊连接到顶部凸脊环1512上。在基底环1508中的一个间隙1524对于第二圈与第三圈的连接器提供了一条通道。
图16为第一圈704、第二圈708以及安装在一个中心绝缘体1504上的第一圈与第二圈连接器1132的底视图。该中心绝缘体1504还包括一个底部凸脊环1604。第一圈间隙绝缘体1608和第二圈间隙绝缘体1612也形成底部凸脊，将这些凸脊连接到底部凸脊环1604上。围绕着第一圈704设置了一个外凸脊1616。在基底环1508中示出一个间隙1524，此间隙对于第二圈与第三圈的连接器提供了一条通道。
图17为底部绝缘体1704的顶视图。该底部绝缘体1704的形状为环形，带有一个中心凹槽1708、第一圈的凹槽1712、第二圈的凹槽1716、一个内凸脊1720以及一个外凸脊1724。
图18为图17的底部绝缘体1704沿着切开线18-18的剖面图，它带有第一圈704、第二圈708、第三圈712、第四圈716以及装在它们中间的中心绝缘体1504。将中心绝缘体1504的底部凸脊环1604装进底部绝缘体1704的中心凹槽中。将第一圈704安装在第一圈的凹槽1712中。将第二圈708安装在第二圈的凹槽1716中。中心绝缘体1504的顶部凸脊环1512充满第三圈712与第四圈716之间的间隙，该间隙具有足够的长度，以便防止起弧。顶部凸脊环1512在第三圈712与第四圈716的上方伸展，使得沿着顶部凸脊环1512由第三圈712到第四圈716的距离大于防止起弧所需要的最小的表面距离。可以将底部绝缘体1704设置在一个法拉第屏蔽件1804上。
图22为法拉第屏蔽件1804的顶视图。可以将法拉第屏蔽件1804设置成进一步使得在耦合中的方位上的变化减到最小，并且控制电容耦合的程度。实现这种效果可以或者通过将法拉第屏蔽件1804接地，对法拉第屏蔽件施加一个特别的电压，或者使得法拉第屏蔽件可以浮动。因为天线的底部为环形，所以法拉第屏蔽件1804可以为环形，与天线的底部相匹配。在优选实施例中，法拉第屏蔽件1804是一块环形的导电材料，它比天线的底部稍微大一点，并且带有横过环的一部分的至少一个径向上的狭缝2204。图18示出法拉第屏蔽件1804比天线的宽度稍微大一点。在其它的优选实施例中，设置了比一个多的狭缝。
图19为输入总线720和输出总线724的切开的透视图。在这一实施例中，输入总线720包括连接到一根带锥度的输入导电杆1908上的一个输入连接器1904。输出总线724包括连接到一根带锥度的输出导电杆1916上的一个输出连接器1912。带锥度的输入导电杆1908和带锥度的输出导电杆1916彼此对准，并且把它们设置成靠在一起，如图所示出的那样。将I字形的一个介电件1924设置在带锥度的输入导电杆1908与带锥度的输出导电杆1916之间，防止在带锥度的输入导电杆1908与带锥度的输出导电杆1916之间起弧。使带锥度的输入导电杆1908和带锥度的输出导电杆1916对准并且靠近地设置帮助将可能由带锥度的输入导电杆1908和带锥度的输出导电杆1916造成的射频不对称减到最小。
在本发明的一个电压大约为600伏的实施例中，第三圈的间隙812和第四圈的间隙824大约为0.125英寸(3.175毫米)。沿着绝缘体1504的表面在第三圈712的第一端904与第二端808之间的路径距离大约为0.25英寸(6.35毫米)。通过使绝缘体越过圈的端部伸展可以增加沿着绝缘体1504表面的路径长度，如在图18中所示出的那样。
图20为连接到一个射频电源2004上的天线装置的另一个实施例2000的示意图。在这一实施例中，天线装置包括第一环2006和第二环2010。第一环2006包括第一圈2016和第二圈2018。第二环2010包括第三圈2020和第四圈2022。设置了一根输入线2026，由射频电源2004到第一圈2016的第一端。将一根输出线2028由第四圈2022连接到射频电源2004。第一跨接段2032连接在第三圈2020与第四圈2022之间，它与第一圈2016和第二圈2018共平面，并且跨过第一圈2016中的间隙和第二圈2018中的间隙。第三圈的腿连接器2034把第一跨接段2032的第一端连接到第三圈2020上。第四圈的腿连接器2036把第一跨接段2032的第二端连接到第四圈2022上。第二跨接段2044连接在第一圈2016与第二圈2018之间，它与第三圈2020和第四圈2022共平面，并且跨过第三圈2020中的间隙和第四圈2022中的间隙。第一圈的腿连接器2046把第二跨接段2044的第一端连接到第一圈2016上。第二圈的腿连接器2048把第二跨接段2044的第二端连接到第二圈2018上。第二圈与第三圈的连接器2050把第二圈2018连接到第三圈2020上。如在前面的实施例中讨论过的那样，使间隙减到最小。还如上所述，在每一圈中的间隙最好形成小于7度的径向角度。更可取地，在每一圈中的间隙最好形成小于5度的径向角度。最可取地，在每一圈中的间隙最好形成小于3度的径向角度。此外，第一圈中的间隙和第二圈中的间隙重叠的长度为在第一圈中的间隙的长度的50％到-50％，而第三圈中的间隙和第四圈中的间隙重叠的长度为在第三圈中的间隙的长度的50％到-50％。更可取地，第一圈中的间隙和第二圈中的间隙重叠的长度为在第一圈中的间隙的长度的25％到-25％，而第三圈中的间隙和第四圈中的间隙重叠的长度为在第三圈中的间隙的长度的25％到-25％。最可取地，第一圈中的间隙和第二圈中的间隙重叠的长度为在第一圈中的间隙的长度的5％到-5％，而第三圈中的间隙和第四圈中的间隙重叠的长度为在第三圈中的间隙的长度的5％到-5％。此外，第一跨接段跨过第一圈中的间隙和第二圈中的间隙。第二跨接段跨过第三圈中的间隙和第四圈中的间隙。第一和第二跨接段对于间隙提供了补偿的电流路径。这些跨接段共平面，并且靠近间隙。
在工作时，电流路径由射频电源2004通过输入线2026到第一圈2016的第一端。电流围绕着第一圈2016到达连接到第一圈腿连接器2046上的第一圈的第二端。电流由第一圈腿连接器2046通过第二跨接段2044到达第二圈腿连接器2048。电流由第二圈腿连接器2048通过第二圈2018的第一端到达第二圈2018的第二端，随后到达第二圈与第三圈的连接器2050。电流由第二圈与第三圈的连接器2050通过第三圈2020的第一端围绕着第三圈2020到达第三圈2020的第二端。电流由第三圈2020的第二端通过第三圈腿连接器2034到达第一跨接段2032的第一端，随后到达第四圈腿连接器2036。电流由第四圈腿连接器2036通过第四圈2022的第一端到达第四圈2022的第二端。电流由第四圈2022的第二端到达接到射频电源2004上的输出线2028。射频源2004使得电流“I”交替地改变方向。
第一跨接段2032提供了一条电流路径，补偿第一圈2016中的间隙和第二圈2018中的间隙。第一跨接段2032所提供的电流路径与第一圈2016中的间隙和第二圈2018中的间隙共平面，并且靠近这些间隙。此外，第一跨接段2032所提供的电流路径与第一圈2016和第二圈2018的圆周基本上平行。同样，第二跨接段2044提供了一条电流路径，补偿第三圈2020中的间隙和第四圈2022中的间隙。第二跨接段2044所提供的电流路径与第三圈2020中的间隙和第四圈2022中的间隙共平面，并且靠近这些间隙。此外，第二跨接段2044所提供的电流路径与第三圈2020和第四圈2022的圆周基本上平行。连接器腿2026，2028，2046，2048，2034和2036携带着没有方位的电流，这些电流可能造成方位上的不对称。通过将有相反电流的连接器腿设置成尽可能地靠近可以使这种不对称减到最小。遵照这一概念，将第三圈腿连接器2034设置成靠近第一圈腿连接器2046，使得在第三圈腿连接器2034中的电流总与在第一圈腿连接器2046中的电流相反。同样，第四圈腿连接器2036可以部分地抵消第二圈腿连接器2048。输入线2026和第二圈与第三圈的连接器2050可以部分地抵消输出线2028。
这一实施例用下述设计获得优先地将具有相反电流的连接器腿设置成靠在一起，使得它们至少部分地彼此抵消，这样将形成的磁偶极子所包围的区域减到最小，从而改进方位上的对称性。
虽然示意性地示出这一实施例，但是最好将每一圈做成一个环，如在前面的实施例中所示出的那样。这些环可以是圆形的或者是正方形的，但是环的邻近间隙的那些端部应该有相同的半径，如在前面的实施例中所讨论过的那样。可以将如在前面的实施例中所讨论过的一种介电材料设置在间隙内和在圈与环之间，从而可以减小间隙的尺寸。
图21为连接到一个射频电源2104上的天线装置的另一个实施例2100的示意图。在这一实施例中，天线装置包括第一环2106和第二环2110。第一环2106包括第一圈2116和第三圈2118，此第三圈在第一圈2116的里面。第二环2010包括第二圈2120和第四圈2022，此第四圈在第二圈2120的外面。设置了一根输入线2126，由射频电源2104到第一圈2116的第一端。将一根输出线2128由第四圈2122连接到射频电源2104。第一跨接段2132连接在第一圈2116与第二圈2120之间，使得它由上外圈伸展到下内圈。第二跨接段2144连接在第三圈2118与第四圈2122之间，使得它由上内圈伸展到下外圈。第二圈与第三圈的连接器2150把第二圈2120连接到第三圈2118上。如在前面的实施例中讨论过的那样，使间隙减到最小。也如上面讨论过的那样，在每一圈中的间隙最好形成小于7度的径向角度。更可取地，在每一圈中的间隙最好形成小于5度的径向角度。最可取地，在每一圈中的间隙最好形成小于3度的径向角度。此外，第一圈中的间隙和第二圈中的间隙重叠的长度为在第一圈中的间隙的长度的50％到-50％，而第三圈中的间隙和第四圈中的间隙重叠的长度为在第三圈中的间隙的长度的50％到-50％。更可取地，第一圈中的间隙和第二圈中的间隙重叠的长度为在第一圈中的间隙的长度的25％到-25％，而第三圈中的间隙和第四圈中的间隙重叠的长度为在第三圈中的间隙的长度的25％到-25％。最可取地，第一圈中的间隙和第二圈中的间隙重叠的长度为在第一圈中的间隙的长度的5％到-5％，而第三圈中的间隙和第四圈中的间隙重叠的长度为在第三圈中的间隙的长度的5％到-5％。虽然第一圈不在与第二圈相同的环中，但是第二圈邻近第一圈，使得在相邻的圈中的间隙重叠的长度在上面描述过的极限内。虽然第三圈不在与第四圈相同的环中，但是第三圈邻近第四圈，使得在相邻的圈中的间隙重叠的长度在上面描述过的极限内。此外，第一跨接段2132跨过第一圈2116中的间隙和第二圈2120中的间隙。第二跨接段2144跨过第三圈2118中的间隙和第四圈2122中的间隙。第一和第二跨接段对于间隙提供了补偿的电流路径。
在工作时，电流路径由射频电源2104通过输入线2126到第一圈2116的第一端。电流围绕着第一圈2116到达连接到第一跨接段2132上的第一圈的第二端。电流由第一跨接段2132通过第二圈2120的第一端到达第二圈的第二端，随后到达第二圈与第三圈的连接器2150。电流由第二圈与第三圈的连接器2150通过第三圈的第一端围绕着第三圈2118到达第三圈的第二端。电流由第三圈的第二端通过第二跨接段2144，并且通过第四圈2122的第一端到达第四圈的第二端。电流由第四圈2122的第二端到达接到射频电源2104上的输出线2128。射频源2104使得电流“I”交替地改变方向。
第一跨接段2132提供了一条电流路径，补偿第一圈2116中的间隙和第二圈2120中的间隙。第一跨接段2132所提供的电流路径不与第一圈2116或者第二圈2120共平面。第一跨接段2132所提供的电流路径有一个分量，与第一圈2116和第二圈2120的圆周基本上平行，但是该电流路径也有一个竖直方向的分量和一个径向的分量。同样，第二跨接段2144提供了一条电流路径，补偿第三圈2118中的间隙和第四圈2122中的间隙。第二跨接段2144所提供的电流路径不与第三圈2118或者第四圈2122共平面。第二跨接段2144所提供的电流路径有一个分量，与第三圈2118和第四圈2122的圆周基本上平行，但是该电流路径也有一个竖直方向的分量和一个径向的分量。将第一跨接段2132和第二跨接段2144设置成靠近第二圈与第三圈的连接器2150和输出线2128，并且在第二圈与第三圈的连接器与输出线之间，使得第一跨接段2132和第二跨接段2144的竖直方向的分量部分地被来自第二圈与第三圈的连接器2150和输出线2128的电流抵消，并且使得第一跨接段2132的径向分量部分地被第二跨接段2144的径向分量抵消。这样，这一实施例也用下述设计获得优先地将有相反电流的连接器腿设置成靠在一起，使得它们至少部分地彼此抵消，这样将这些磁偶极子所包围的区域减到最小，从而改进方位上的对称性。
虽然示意性地示出这一实施例，但是最好将每一圈做成一个环，如在前面的实施例中所示出的那样。这些环可以是圆形的或者是正方形的，但是环的邻近间隙的那些端部应该具有相同的半径，如在前面的实施例中所讨论过的那样。可以将如在前面的实施例中所讨论过的一种介电材料设置在间隙内和在圈与环之间，从而可以减小间隙的尺寸。
虽然在前面的实施例中天线由第一环和第二环组成，其中第一环和第二环具有相同的几何形状并且共轴线，并且其中一个环位于另一环的上方，但是可以采用其它类型的天线装置。这些装置可以使用单一的环，或者第二环可以有与第一环不同的几何形状。这些环可以多于两圈。最好使环中的间隙减到最小，从而使间隙形成的径向角度小于3度，并且使得圈的邻近间隙的那些端的半径相同。此外，在两个相邻的圈中的间隙重叠5％到-5％。此外，提供一条电流路径跨过这些间隙。最好使用偶极子分量使它们彼此部分地抵消。此外，可以使输入线和输出线关于它们长度的一部分共轴线，作为减少它们的偶极子效应的另一种方式。
尽管已经通过几个优选实施例描述了本发明，但是仍然有多个改型、重新配置以及等价物，它们在本发明的范围以内。也应该注意到，有许多替代的方式实现本发明的方法和装置。因此希望将下面所附的权利要求书解释为包括所有这些改型、重新配置以及等价物，因为它们在本发明的实际精神和范围以内。
权利要求
1.一种用来在处理腔室内产生电场的天线装置，所述天线装置包括围绕天线轴线设置的第一环，其包括带有第一圈的间隙的第一圈，其中，第一圈的第一端在第一圈的间隙的第一侧面上，而第一圈的第二端在第一圈的间隙的第二侧面上；带有第二圈的间隙的第二圈，其中，第二圈的第一端在第二圈的间隙的第一侧面上，而第二圈的第二端在第二圈的间隙的第二侧面上，其中，第二圈与第一圈同圆心并且共平面，并且与第一圈间隔开，天线的轴线穿过第一圈和第二圈的中心；以及电连接到第一圈和第二圈上的第一电流路径连接器，其包括在第一圈与第二圈之间的跨接段，并且与第一圈和第二圈共平面，该跨接段跨过第一圈的间隙和第二圈的间隙。
2.按照权利要求1所述的天线装置，其特征在于，第一圈的第一端的一部分离开天线的轴线一定距离，此距离等于第一圈的第二端与天线的轴线之间的距离，其中，第二圈的第一端的一部分离开天线的轴线一定距离，此距离等于第二圈的第二端与天线的轴线之间的距离。
3.按照权利要求1所述的天线装置，其特征在于，第一圈的间隙形成第一圈的小于10度的径向角，且其中，第二圈的间隙形成第二圈的小于10度的径向角。
4.按照权利要求3所述的天线装置，其特征在于，第一圈的间隙具有一定的长度，并且第一圈的间隙与第二圈的间隙重叠的距离在第一圈的间隙的长度的50％与-50％之间。
5.按照权利要求4所述的天线装置，其特征在于，将第一电流路径连接器连接在第一圈与第二圈之间，并且该连接器包括带有第一端和第二端的跨接段，其中，该跨接段与第一圈的圆周基本上平行；在该跨接段的第一端与第一圈的第二端之间连接的第一圈连接器腿，其中，第一圈连接器腿基本上是到第一圈的径向长度；以及在该跨接段的第二端与第二圈的第一端之间连接的第二圈连接器腿，其中，第二圈连接器腿基本上是到第二圈的径向长度。
6.按照权利要求5所述的天线装置，其特征在于，第一圈基本上为圆形，并且第二圈基本上为圆形。
7.按照权利要求6所述的天线装置，其特征在于，其还包括设置在第一圈与第二圈之间的介电介质，以消除它们之间的起弧。
8.按照权利要求1所述的天线装置，其特征在于，其还包括耦合到第一环上的第二环，所述第二环的几何形状与第一环的几何形状基本上类似，使第二环在竖直方向上与第一环分离开，并且围绕着天线的轴线放置，使得第一环和第二环关于天线的轴线对称地对准，并且，其中，将第一环和第二环设置成携带一定的电流，该电流围绕着天线的轴线在相同的方向上流过它们，其中，第二环包括带有第三圈的间隙的第三圈；以及带有第四圈的间隙的第四圈。
9.按照权利要求8所述的天线装置，其特征在于，其还包括耦合到第一环和第二环上的射频电源。
10.按照权利要求9所述的天线装置，其特征在于，第一环和第二环结合起来的长度比通过天线装置传输的能量的波长短。
11.按照权利要求10所述的天线装置，其特征在于，所述第二环有效地屏蔽所述第一环的终端电压。
12.按照权利要求9所述的天线装置，其特征在于，所述第一环与第二环相互合作，以用由第一射频电源产生的第一射频能量在处理腔室内形成在方位上对称的电场，其中，所述在方位上对称的电场产生在方位上基本上对称的等离子体，该等离子体产生出横过设置在所述处理腔室内的基底的表面基本上均匀的处理速率。
13.按照权利要求9所述的天线装置，其特征在于，其还包括设置在第一圈、第二圈、第三圈以及第四圈之间的介电介质，以消除它们之间的起弧。
14.按照权利要求1所述的天线装置，其特征在于，第一圈的第一端离开天线的轴线一定距离，此距离等于第一圈的第二端与天线的轴线之间的距离，且其中，第二圈的第一端的一部分离开天线的轴线一定距离，此距离等于第二圈的第二端的一部分与天线的轴线之间的距离。
15.一种用来处理基底的等离子体处理装置，它包括处理腔室，在该腔室中点火产生并且维持等离子体，用来进行所述处理；多层的天线，将该天线的构形做成通过射频能量在所述处理腔室内产生电场，所述天线具有第一环和第二环，这些环彼此基本上类似，并且，这些环关于天线的轴线对称地对准，该第一环包括带有第一圈的间隙的第一圈，其中，第一圈的第一端在第一圈的间隙的第一侧面上，而第一圈的第二端在第一圈的间隙的第二侧面上；带有第二圈的间隙的第二圈，其中，第二圈的第一端在第二圈的间隙的第一侧面上，而第二圈的第二端在第二圈的间隙的第二侧面上，其中，第二圈与第一圈同圆心并且共平面，并且与第一圈间隔开，且在此天线的轴线穿过第一圈和第二圈的中心；以及在第一圈的第二端和第二圈的第一端之间实现电连接的第一圈与第二圈的连接器，它包括在第一圈与第二圈之间的跨接段，并且与第一圈和第二圈共平面，该跨接段跨过第一圈的间隙和第二圈的间隙；以及多层的窗口，将该窗口的构形做成容许来自所述天线的所述射频能量通过，到达所述处理腔室，所述窗口具有第一层和第二层，将所述第二层设置成减小电容耦合，这种电容耦合在所述等离子体与所述天线之间出现。
16.一种用来在处理腔室内产生电场的天线装置，所述天线装置包括带有第一圈的间隙的第一圈，其中，第一圈的第一端在第一圈的间隙的第一侧面上，而第一圈的第二端在第一圈的间隙的第二侧面上，且其中，第一圈的间隙形成小于5度的径向角；带有第二圈的间隙的第二圈，其中，第二圈的第一端在第二圈的间隙的第一侧面上，而第二圈的第二端在第二圈的间隙的第二侧面上，其中，第二圈与第一圈同轴并且与第一圈间隔开，且其中天线的轴线穿过第一圈和第二圈的中心，其中，第二圈的间隙形成小于5度的径向角，且其中，第一圈的间隙具有一定的长度，并且第一圈的间隙与第二圈的间隙重叠的长度在第一圈的间隙的长度的50％与-50％之间；以及电连接到第一圈和第二圈上的第一电流路径连接器，其包括跨接段，该跨接段跨过第一圈的间隙和第二圈的间隙。
全文摘要
一种用来在一个处理腔室内产生电场的天线装置。一般说来，该天线装置包括围绕天线轴线设置的第一环。该第一环包括带有第一圈的间隙的第一圈；带有第二圈的间隙的第二圈，其中，第二圈与第一圈同心并且共平面，并且与第一圈间隔开，且其中，天线的轴线穿过第一圈和第二圈的中心；以及在第一圈的第二端和第二圈上的第一端之间实现电路连接的第一圈与第二圈的连接器，它包括一个跨接段，在第一圈与第二圈之间，并且与第一圈和第二圈共平面，该跨接段跨置第一圈的间隙和第二圈的间隙。
文档编号H01J37/32GK1555568SQ02818277
公开日2004年12月15日 申请日期2002年7月18日 优先权日2001年7月27日
发明者M·H·维尔科克森, A·D·拜利三世, A·库蒂, M·G·R·史密斯, A·M·舍普, M H 维尔科克森, R 史密斯, 拜利三世, 舍普 申请人:兰姆研究有限公司