用于VHF等离子体加工的系统和方法与流程

用于vhf等离子体加工的系统和方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2019年3月19日提交的名称为“system and methods for vhf plasma processing[用于vhf等离子体加工的系统和方法]”的美国非临时专利申请号16/357,731的优先权，该专利申请通过援引以其全文并入本文。
技术领域
[0003]
本发明涉及半导体加工设备技术，并且更具体地涉及用于控制用于处理半导体衬底的等离子体的装置和方法。


背景技术：

[0004]
微电子特征的几何形状持续缩放到更小的尺寸，并增加了复杂性。因此，用于制造微电子器件的图案化技术将变得更加精确，以在半导体衬底上创建更小的特征。精确的图案化需要更严格地控制晶圆上每个点的加工参数(诸如离子和自由基通量)，以便有足够数量的加工后的裸片产生工作芯片，从而使工艺在经济上取得成功。图案化工艺的一个方面包括使用等离子体来蚀刻特征，以选择性地从衬底上去除材料。改进等离子体蚀刻技术的一种方法涉及以可预测且均匀的方式控制等离子体。例如，已知在vhf频率范围(30mhz到300mhz)内的电磁波能产生高密度等离子体(本文中称为“vhf等离子体”)。另外，vhf等离子体在等离子体边缘与衬底之间形成相对较薄、能量较低的鞘层，这使得用于动力学地去除或蚀刻衬底上的薄膜的离子的离子加速度更低。较低的离子能量可以提高选择性并降低对下层薄膜的损害。然而，由于不均匀的空间等离子体分布，vhf等离子体加工一直不受青睐。这种不均匀性是由于波长与加工室尺寸相当的vhf电磁波的性质、以及电磁波与等离子体之间的非线性相互作用而导致的。这些特性使得很难在晶圆上获得均匀的密度分布，并且使得很难尝试在比晶圆尺寸更短的标度长度上定制密度分布；而为了补偿由诸如气体分配等其他原因导致的不均匀性，这通常是令人期望的。因此，改善等离子体均匀性(例如，空间分布)并使得能够在小于晶圆的长度尺度上控制等离子体密度分布的vhf系统和方法将是令人期望的。


技术实现要素：

[0005]
本文披露了用于微电子器件制造的等离子体加工系统和方法。特别是用于甚高频(vhf)(例如，30mhz至300mhz)电磁波，这些vhf电磁波用于在尺寸与典型vhf波长(1000mm至10,000mm)相当的加工室或加工空间(其尺寸为200mm至500mm)内使气体电离。通常，与低频等离子体生成技术相比，vhf等离子体加工能够生成高密度等离子体，该高密度等离子体形成相对较薄、能量较低的等离子体鞘层。观察到等离子体鞘层作为衬底与等离子体之间的电势差，来自等离子体的离子通过该电势差被加速以与衬底动力学地相互作用。与非vhf加工相比，vhf加工实现的更小鞘层尺寸减少了离子的动能。较低能量的离子传递给衬底较少的能量，这可以提高上覆薄膜与下层薄膜之间的蚀刻选择性，从而通过最大限度地去除上
覆薄膜同时去除尽可能少的下层薄膜来提高选择性。选择性提高可以使得能够衬底上图案化更小和/或更复杂(例如，3d结构)特征。
[0006]
本文描述的系统和方法旨在通过使用一个或多个等离子体产生元件将vhf能量的影响集中在较小的区域或占用空间内来补救空间分布问题，每个等离子体产生元件可以被单独或统一地控制以电离加工室内的气体。该系统包含设置在加工室内、在衬底固持器上方的电力传输元件，这些电力传输元件能够在(多个)vhf电源与设置在电力传输元件内的谐振天线之间形成(多个)谐振电路。当电力被施加到谐振天线上时，能量将被转移到流入加工室以形成等离子体(例如，电离气体)的气体中，其中，与低频激励技术(例如，<30mhz)相比，该电力包括相对较高的vhf频率以在等离子体与衬底之间获得相对较高的等离子体密度和较小的等离子体鞘层。离子可以被吸引到等离子体鞘层，并且可以通过等离子体鞘层朝向衬底加速以与衬底动力学地相互作用。
[0007]
在一个实施例中，传输元件可以包括由导电材料形成的一对谐振天线，这对谐振天线设置在介电材料内，使得天线不与彼此物理接触，但可以经由电容耦合部件彼此电耦合。(多个)天线可以使用布置成开环的导电材料形成，其中，天线的各个部分能够同时选择性地耦合到传入电源(例如，电容部分)和加工室内的气体(例如，电感部分)。电感部分可以被布置成平行于等离子体加工区域或衬底固持器，而电容部分与电感部分相对地定位，并且被布置成平行于向天线供应电能的传入电力传输线延伸。
[0008]
在一个特定实施例中，电容部分可以向后折叠而具有一个或多个折叠部，以在保持足以使得天线能够与vhf电源形成谐振电路的长度的同时减小天线的总占用空间。以此方式，天线折叠通过使用具有较小占用空间、水平表面积或体积的天线，使得相对较大电长度的vhf天线能够被放置在加工室内。占用空间更小的天线使得能够在相对较小的等离子体加工区域内使用相对较大波长的vhf能量，而这在过去是不可能的。谐振电路可以至少部分地基于被布置或配置为电容耦合到驱动整个天线内的电流的交流电源的电容部分来形成。根据已知的谐振原理，谐振电路将放大传入电力信号，以在天线内实现相对较高的电流。被驱动通过回路的电感部分的电流可以电感耦合到介电材料附近的气体，因为该耦合在电离气体内感应出由通过回路的电感部分的电流控制的电流。换句话说，天线可以被设计成具有足够的长度和/或尺寸，以经由与回路的第一部分(例如，电容部分)耦合并在介电材料内对回路的第二部分(例如，电感部分)的位置进行定向来与vhf电源形成谐振电路，从而将天线与加工室气体耦合以在加工室内生成等离子体。
[0009]
在一个实施例中，等离子体加工室可以包括交流电源，该交流电源将vhf能量施加到设置在介电材料内的天线上，当以谐振频率施加vhf能量时，这些天线在谐振元件与电源之间形成谐振电路。以此方式，谐振元件可以生成感应场，这些电场平行于等离子体鞘层，从而允许场能够穿透到等离子体中。尽管天线和/或电源生成的场可以穿透到等离子体中，但是这些场会避免具有垂直于等离子体鞘层的极化的表面模，这些表面模自然地传播并且以不受控的方式将能量分散到远离天线的反应器的部分。在过去，方向控制问题可以通过使用更高的振幅能量来解决，但更高的振幅可能会将场驱动到非线性范围，这提高了工艺和硬件复杂性，这消除了使用vhf等离子体加工的成本/质量优势。作为示例而非限制性的，谐振元件可以包括被布置在开环中的导电结构(例如，电容、电感和导管部分)，该导电结构嵌入到介电材料内，该介电材料为导电结构提供物理支撑并在加工期间将其与工艺化学物
质隔离。例如，传输元件的介电部件可以包括外部表面，该外部表面具有顶表面和与顶表面相反的和底表面，其中，顶表面最靠近传入vhf信号，而底表面与等离子体加工室内的衬底固持器相对。介电部件可以包括一个或多个传输天线，该一个或多个传输天线嵌入到介电结构内，使得传输天线与介电部件的外部表面物理隔离，因为电流不会从电源直接通过介电材料流向传输天线。广泛地说，在一个实施例中，传输天线可以是环形导电结构，该环形导电结构包括：传输天线的与介电部件的底表面相反的第一部分(例如电感部分)、传输天线的与介电部件的顶表面相反的第二部分(例如电容部分)；以及传输天线的设置在第一部分和第二部分之间并连接到第一部分和第二部分的第三部分(例如，导管部分)。传输天线的第一部分、第二部分和第三部分可以形成连续的导电元件，使得当传输天线电容耦合到电源时，电流可以在每个部分之间流动。
[0010]
在一个实施例中，传输天线可以被布置成使得第一部分可以平行于底表面，而第二部分可以平行于顶表面，并且第三部分可以设置在第一部分与第二部分之间，使得可以以减小包围传输天线的占用空间、面积或体积的方式对第三部分进行折叠或定向。在一些情况下，第三部分可以具有比第一部分或第二部分更长的长度，但是可以被向后折叠到其自身上以将第三部分的占用空间或水平表面积限制在与第一部分或第二部分相同或相似的占用空间内。在一个特定实施例中，第一部分具有长度为至少50mm和厚度为10μm至100μm的导电材料。传输天线的折叠部分是传输天线的连续导电结构的一部分，但是可以由介电材料分隔开以避免天线的第二部分的任何重叠或折叠区段之间短路。该介电材料可以包括能够最大限度地避免折叠区段之间的短路的任何材料，其可以包括但不限于诸如氧化铝、石英、碳化硅或其组合的材料。在一些情况下，介电材料可以在至少一个表面上具有氧化钇涂层，以最大限度地降低介电材料与工艺化学物质之间的化学反应性。
[0011]
在另一实施例中，两个或更多个传输天线可以嵌入到介电部件中，传输天线和介电部件的组合被称为传输元件。传输天线可以包括设置在每个传输天线附近的耦合部件，使得耦合部件可以电耦合到传输天线或者在传输天线之间形成电容器，其中，传输天线彼此或与耦合部件直接物理接触，或传输天线彼此或与耦合部件不直接物理接触。耦合部件可以使得能够由一个或多个电源以平行或反向平行的方式向传输天线供电。例如，当施加到传输天线的电力传输同相(例如，平行)时，通过叠加原理放大了发射信号强度，类似地，当到每个传输天线的传入电力异相(例如，反向平行)时，可以调制发射信号。两个传输天线之间的电容耦合打破了极化简并，使得平行模式和反向平行模式具有不同的频率，并且通过选择这两个频率的适当组合使得能够控制加工室内电离区域的厚度。然而，加工室并不局限于仅使用一个传输元件来控制等离子体密度或空间分布。
[0012]
可以将多个如本文所述的传输元件一起布置在加工室内，以在衬底处理期间影响空间分布控制和/或等离子体密度。例如，可以将一个或多个传输元件设置在具有内部体积和电源的等离子体加工室内，其中，内部体积内设置有衬底固持器，电源向与一部分传输天线相对的(多个)电力部件提供电力。电力部件可以被设计和定位为使用由电源提供的电流来生成电磁场，使得该电磁场在(多个)传输天线内感应出电流。例如，电源可以电连接到包括一个或多个电力天线的电力部件，当以特定谐振频率施加电力时，该一个或多个电力天线发射可以与传输天线形成谐振电路的电磁场。该谐振电路至少部分地基于传输天线的阻抗或传输天线、电力天线和电源之间的阻抗匹配来实现。在大多数vhf实施例中，电力部件
和传输元件的组合被设计为当电源在30mhz和300mhz之间操作时实现谐振频率。
[0013]
在多传输天线实施例中，两个或更多个传输天线可以被设置在单个介电部件内，并且被布置为经由设置在介电部件内的耦合部件彼此电耦合。在一个实施例中，耦合部件是导电元件，被布置为在两个传输天线之间形成电容器。耦合部件可以或可以不与传输天线物理接触。然而，在一个特定实施例中，耦合部件通过传输天线所嵌入的介电材料与传输天线分隔开。
[0014]
本文披露的传输元件可以用于任何类型的等离子体加工，包括但不限于用于制造电气设备、显示器和/或太阳能电池板的半导体衬底。方法可以在用等离子体处理的任何衬底上实施，该等离子体是通过在等离子室中电离或将电能施加到保持在亚大气压下的气体来生成的。在一个实施例中，衬底可以被接纳在等离子室中并固定到衬底固持器上，同时等离子体室准备好在期望的压力、温度和/或时间下接收工艺化学物质(例如气体)。通过施加来自耦合到等离子体加工室的电源(例如，交流电源)的电能，可以将能量引入等离子体室，以在与包括一个或多个传输天线的传输元件或介电结构相对的电力传输线内感应出传输电流。电力传输线和传输元件被布置成使得电力传输线的电流将至少部分地基于由电力部件中的传输电流引起的电场而在一个或多个传输天线内感应出电流。在某些情况下，可以至少部分地基于(多个)传输天线的阻抗和由电源生成的电能的频率(例如，谐振频率)在电源、电力传输线和(多个)传输天线之间形成谐振电路。谐振效应将放大去往传输天线、到达加工室中的气体的传入电力，使得由电力传输线生成的场具有比由(多个)传输天线发出的电磁场的振幅更低的振幅。在大多数情况下，传输天线传输的电磁能量将具有足够的能量来电离设置在(多个)传输天线与衬底之间的气体，其中，电离气体(例如，等离子体)用于处理衬底。
附图说明
[0015]
结合在此说明书中并且构成其一部分的附图展示了本发明的实施例，并且连同以上给出的本发明的总体描述以及以下给出的详细描述来解释本发明。另外，附图标记的最左边的(多个)数字标识了该附图标记首次出现的附图。
[0016]
图1是等离子体加工系统的代表性实施例的图，示出了根据本披露的一个或多个实施例的包括电力部件、传输元件和衬底固持器的等离子室的示意性截面图。
[0017]
图2包括根据本披露的一个或多个实施例的电力部件和传输元件的侧视截面图和俯视截面图，该电力部件具有电力传输线，该传输元件具有设置在介电结构内的传输天线。
[0018]
图3包括根据本披露的一个或多个反向平行实施例的突出显示电流流动方向的俯视截面图和侧视截面图，该电流流动方向通过电力天线、每个传输天线和用于传输天线的耦合部件。
[0019]
图4包括根据本披露的一个或多个平行实施例的突出显示电流流动方向的俯视截面图和侧视截面图，该电流流动方向通过电力天线、每个传输天线和用于传输天线的耦合部件。
具体实施方式
[0020]
以下的具体实施方式包括示例性实施例，这些示例性实施例将全面地揭示本披露
内容的一般性质，使得其他人可以在不需要进行过度实验、不脱离本披露内容的范围的情况下通过应用(多个)相关领域中的技术人员的知识来容易地修改和/或调整这些示例性实施例以用于各种应用。因此，基于本文呈现的教导和指导，这样的调整和修改旨在落入示例性实施例的含义和多个等效物的范围内。应当理解，本文的词组或术语是出于描述而非限制性目的，使得本说明书的术语或词组将由(多个)相关领域的技术人员根据本文的教导进行解释。
[0021]
图1描绘了用于使用等离子体(未示出)来处理衬底的等离子体加工系统100，等离子体是通过将电磁能量施加到设置在等离子室102的内部体积内的工艺化学物质来形成的。可以经由气体输送网络104将工艺化学物质引入等离子体室102，该气体输送网络可以包括与质量流量控制器、止回阀等集成的气体导管，以控制进入等离子体室102的气体流量。另外，与等离子室102流体连通的真空系统106可以通过在等离子体生成期间保持亚大气压力并从处理过程中去除副产品，与气体输送网络104协作地控制压力或气体流量。作为示例而非限制性的，真空系统106可以包括一个或多个泵和控制系统(例如，n2压载系统、蝶阀系统)以控制等离子体室102内的压力。
[0022]
广泛地说，等离子体生成可以通过将电磁能量(例如，(多个)电源108)施加到电中性气体以使电子从气体分子中释放来完成，这些气体分子由于丢失电子而带正电荷(例如，离子)。离子可以被表征为因电子总数不等于质子总数而带正电荷的分子或原子。电中性气体还可以生成分子或原子自由基(例如，具有至少一个未配对电子的分子或原子)。通常，自由基可能带中性电荷，并且相对于离子可能具有较高的化学反应性。随着时间的推移，气体混合物内的电磁能量和越来越多的电子碰撞可以增加气体混合物内的电离分子和自由基的密度，并且可以用于处理衬底110。
[0023]
等离子体室系统100可以改变某些工艺条件以影响朝向衬底流动的离子和/或自由基的量，使得电离分子可以受到等离子体室102内电势差的影响。例如，等离子体室102内的电势差可以将电离分子(或原子或自由基)引向衬底110。离子和自由基可以与衬底110相互作用并改变衬底110的表面或去除暴露于等离子体的衬底110的一部分、或上覆薄膜。在某些应用中，等离子体处理的选择性和控制是图案化电子器件的越来越小的特征尺寸的重要因素。较低的离子能量可以提高在衬底110上的两个上覆薄膜之间的选择性，使得充分去除上覆薄膜同时最小化对下层薄膜的去除或损害。实现较高蚀刻选择性的一种方法是使用较低的离子能量。这是通过在电子和离子的净通量达到稳定状态时，最小化在等离子体于衬底110的表面之间形成的等离子体鞘层或势垒来实现的。对于给定的等离子体密度，如果等离子体鞘层越大，则离子在穿过鞘层时获得的能量的量就越大。然而，较高的离子能量可能会导致更具侵略性的处理，这些处理更难控制以实现选择性和均匀性目的。已知vhf等离子体加工产生高密度等离子体和相对较小等离子体鞘层，从而实现较低离子能量。然而，vhf等离子体的性质(例如，高频)可能会至少部分地基于波长与加工室102相当的传播波而导致不均匀的空间等离子体分布。由于波长与加工室尺寸相当，因此晶圆的某些区域(如中心)上的场大于晶圆边缘的电磁场，从而导致等离子体密度上类似的不均匀性。另一方面，波长与加工室尺寸相当的事实意味着，即使可以调整波的相位以使得高场区域在期望的区域内，但可以在其上控制等离子体密度的长度尺度与晶圆尺寸相当，并且因此局部控制无法抵消由例如以下原因导致的其他不均匀性：气体分配、产品排空造成的蚀刻、晶圆温度不
均匀、或必须补偿的较早的工艺步骤导致的不均匀性。因此，波长大小使得在等离子体室102内以可控制的方式定位高密度和小鞘层效果成为问题。
[0024]
vhf等离子体加工可以是现有加工技术的实用替代方案，其使用本文披露的系统和方法以实现可控的空间密度分布和相对较小的鞘层尺寸，从而允许低损害、高选择性加工。该系统可以包括交流电源(例如，(多个)电源108)，该交流电源施加vhf能量以形成沿(多个)电力部件114的电磁场，该电磁场在(多个)传输元件116内的一个或多个天线(未示出)内感应出电流，该(多个)传输元件设置在电力部件114与衬底固持器118之间。可以以谐振频率施加vhf能量，以在电力部件114与传输元件116之间形成谐振电路，从而生成等离子体120和与衬底110相对的对应等离子体鞘层122(未按比例绘制)。观察到等离子体鞘层122作为衬底110与等离子体120之间的电势差，并且起到平衡流向衬底110的电子和离子的作用。离子穿过该鞘层自然地被加速，但是可以通过使用一种或多种偏置技术(例如，衬底固持器偏置)来增加离子的最终能量，以便赋予额外的能量来加速穿过等离子体鞘层122的离子以与衬底110动力学地相互作用。
[0025]
在电力部件114与传输元件116之间形成的谐振电路可以生成感应场，其中，电场极化平行于等离子体鞘层边缘122，这允许场穿过等离子体并避免具有垂直于等离子体鞘层122的极化的表面模。尽管由天线和/或电源生成的场可以穿过等离子体，但是这些场会避免具有垂直于等离子体鞘层122的极化的表面模，这可能会影响对离子的方向控制，从而导致在衬底110上的不均匀蚀刻。在过去，方向控制问题可以通过使用更高的振幅能量来解决，但更高的振幅可能会将场驱动到非线性范围，这提高了工艺和硬件复杂性，并消除了使用vhf等离子体加工的成本/质量优势。
[0026]
在图1中，等离子体室102的截面图124展示了电力部件114的一个实施例，该电力部件使得能够将电磁能量(例如，微波能量、rf能量)和气体混合物(未示出)传输到靠近衬底110的区域中。气体混合物可以被引入到传输元件116与衬底固持器118之间的等离子体加工区域中。等离子体加工区域(例如，等离子体120)还可以接收来自vhf能量源126的于引发来自传输元件116的谐振响应的能量。电磁能量可以包括可以从vhf能量源126经由电气导管(未示出)传输到电力部件114的电磁能量(例如，射频(rf)能量@<300mhz)。在图1实施例中，单个vhf能量源126驱动流过电力部件114的电流，这在电力部件114周围生成对应的电磁场，该电磁场可以在传输元件116中的天线(未示出)内感应出平行电流。在这种情况下，单个电力部件114可以被设计为将能量施加到多个传输元件116。然而，在其他实施例中，多个电力部件114可以根据局部等离子体密度或鞘层尺寸的期望的应用或的程度向一个或多个传输元件114施加电力。因此，两个或更多个vhf能量源126可以被布置为根据电力部件114与传输元件116之间的阻抗(例如，天线设计)以不同谐振频率施加电力信号，这将在图2至图3的描述中描述。
[0027]
除了vhf能量源126之外，等离子体加工区域中的气体混合物还可以从第二来源(例如，偏置电源128)接收电磁能量，该第二来源可以偏置衬底固持器118和/或衬底110以影响靠近衬底110的等离子体特性。在一些实施例中，偏置电源128和vhf能量源126可以同时操作或单独操作，以在等离子体加工区域内生成等离子体120。在一个实施例中，偏置电源128可以是可以以10mhz或更高频率提供多于50w功率的rf电源。衬底固持器118和电力部件114的偏置可以通过使用控制器130来实施，该控制器可以协调工艺顺序，从而使得能够
在等离子体加工区域内生成等离子体。
[0028]
控制器130可以使用计算机处理器132和存储器134来执行可以通过电通信网络136提供的计算机可读指令，以控制等离子体加工系统100的部件(例如，电源108、气体输送装置104等)。一个或多个计算机处理器132可以包括但不限于：中央处理单元(cpu)、数字信号处理器(dsp)、精简指令集计算机(risc)、复杂指令集计算机(cisc)、微处理器、微控制器、现场可编程门阵列(fpga)或其任何组合。存储器136可以包括一种或多种计算机可读存储介质(“crsm”)。在一些实施例中，一个或多个存储器可以包括诸如随机存取存储器(“ram”)、闪存ram、固态介质等非暂态介质。广泛地说，控制器130可以控制加工事件的顺序以使得能够生成等离子体，或者以在可能暴露于衬底110的不同类型的等离子体之间的转换。
[0029]
图2包括用于在加工室102的内部体积内生成等离子体的电力部件114和传输元件116的一种组合的侧视截面图200和俯视图202。在大多数情况下，如图2所示，这些部件的设计和布置至少部分地基于形成谐振电路的能力，该谐振电路放大来自一个或多个电源108(例如，vhf能量源126)的传入vhf电力信号，该电力信号与工艺化学物质相互作用以生成高密度和低离子能量的等离子体，从而处理设置在衬底固持器118上的微电子衬底110。通常，当电路的电容性电抗和电感性电抗的大小相等时，存在谐振条件，使得来自电感元件(例如，电力部件114)的正在消失的磁场生成对电路的电容元件(例如，传输元件116)充电的电流，并且由于交流电流在电感元件中生成振荡的磁场(这驱动电容元件的对应充电)，因此该过程重复。
[0030]
转到截面图200，其旨在示出通过传输元件116之一的截面，该传输元件包括传输天线206a和电力部件114的对应电力传输线204a。(多个)传输天线206a和(多个)电力传输线204a被设计和布置为彼此电磁耦合，使得由通过电力传输线204的交流电流生成的磁场在(多个)传输天线206a中感应出逆向的电流。电力传输线204a可以通过在电力传输线204周围或附近形成或设置的绝缘结构208与传输元件116电隔离或物理隔离。绝缘结构208可以由允许电流以受控和/或可预测的方式(例如，不会短路到传输元件116)流过电力传输线204的任何非导电材料制成。然而，绝缘结构仍将允许电力传输线204与对应的传输天线206a之间的电磁耦合。类似地，传输天线206a可以设置在介电结构210内，该电介电结构将传输天线206a与电力部件114物理隔离，使得流过电力传输线204a的电流不流过传输天线206a。然而，介电结构210和绝缘结构208被设计和布置为使得电力传输线204a周围的由通过电力传输线204a的电流生成的磁场能够在传输天线206a中感应出电流。介电结构210可以由将传输天线206a与电力传输线204a电隔离但使得由电力部件114生成的磁场能够在传输天线206a内感应出电流的任何介电材料制成。例如，介电结构210可以由氧化铝、石英、碳化硅或其组合制成，并且可以包括至少一个表面(例如，暴露表面212)上的可能在衬底处理期间暴露于等离子体或工艺化学物质的氧化钇涂层中。在一个实施例中，暴露表面212可以是介电结构210的与衬底固持器118相对的部分、或与绝缘结构208和介电结构210之间的界面214相反的部分。在图2实施例中，界面214不包括电力部件114与传输元件116之间的气隙或中间层，但在其他实施例中，可能存在气隙或中间层以增强电隔离或将电力部件114与等离子体或工艺化学物质隔离。
[0031]
另外，电力部件114和传输天线206a的设计和布置旨在实现放大传输天线206a附
近的电磁场的谐振条件，这些场是由从(多个)电源108发出并由电力部件114耦合的电磁功率产生的。谐振条件可以至少部分地基于一个或多个设计标准的组合而存在，该一个或多个设计标准可以包括但不限于：传输天线206a的阻抗、电力传输线204的阻抗、vhf电源126的工作频率、和/或绝缘结构208和介电结构210的介电常数。阻抗是导电元件对交流电流流动的电阻或电抗的指示。更具体而言，在笛卡尔形式中，阻抗可以被视为电路的电阻以及电路对电流或电压的变化的抵抗，该抵抗至少部分地基于电路(例如，电力传输线204、传输天线206a等)的电感或电容。因此，阻抗取决于电路部件的大小、形状和组成，但也可能受电路内电流和电压变化速率的影响。因此，阻抗是电路的物理设计和操作条件的反映，其可以被测量为对电压变化(例如，电容性电抗)的阻碍和对通过电路的电流变化(例如，电感性电抗)的阻碍。在谐振条件下，电路的电容性电抗和电感性电抗的大小相等，使得来自电感元件(例如，电力部件114)的正在消失的磁场生成对电路的电容元件(例如，传输元件116)充电的电流，并且由于交流电流在电感元件中生成振荡的磁场，因此该过程重复。通常，在以可预测和可控制的方式创立谐振条件的特定谐振频率(例如，电源108的工作频率)下实现谐振条件。作为谐振条件的结果，从谐振电路(例如，传输天线206a、电力传输线204a、vhf能量源126)发射的电磁场的振幅将大于到电力部件114的传入电力信号的振幅。然而，如本领域普通技术人员应理解的，在许多传输元件116实施例中可以考虑其他设计考虑因素。
[0032]
例如，除了阻抗之外，谐振电路的设计考虑还应考虑传入电力的波长，使得传输天线206的长度可以与传入的1/4波长、1/2波长或全波长等长。在vhf应用(例如，30mhz至300mhz)中，对于1/4波长应用，传输天线206a的长度可以在250mm到2500mm之间的范围内，对于1/2波长应用，可以为500mm到5000mm，并且对于全波长应用，可以高达10,000mm。因此，在一些情况下，如果首尾相接地布置，则传输天线206的长度可可能会大于加工室102的直径。然而，该问题可以通过在介电结构210内分布或布置传输天线206，以使得尽管该长度大于加工室102的直径也可以将相对较长的传输天线206a设置在加工室102内来补救。例如，传输天线206a可以包括具有沉积或嵌入到介电结构210内的若干部分的连续天线，使得电流可以沿着天线传输天线206a的向后弯曲到其自身上的每个部分流动，如图2所示。这些部分可以被布置成包括传输天线206a的能够直接电磁耦合到电力传输线204a(从而在传输天线206a内感应出电流)的部分、传输天线206a的能够在加工室102内电离气体的部分、以及传输天线206a的用于将上述两个部分连接在一起的部分，其中，这些部分的组合提供的长度足以使传输天线206a形成与vhf信号的谐振电路。
[0033]
例如，如图2所示，传输天线206a可以包括与介电结构210的底表面222相对的第一部分220、与顶表面216相对的第二部分(例如，第一耦合部分224a、第二耦合部分224b)、以及设置在第一部分220和第二部分之间的第三部分(例如，第一外部部分226a、第二外部部分226b、第一内部部分226c和第二内部部分226d)。这些部分可以以各种设计和配置来布置，使得组合和/或连续部分的总长度将使沿着传输天线206a设置的vhf驻波能够完全驻留在加工室102内。在该特定实施例中，如图2所示，传输天线206a的第一部分220在与底表面222相对和/或平行的平面中以连续方式延伸，第一端连接到第一外部部分226a，相反端连接到传输天线206a的第二外部部分226b，第一耦合部分224a和第二耦合部分224b的相应端与第一外部部分226a或第二外部部分226b的相应端电连接或配对，其中，耦合部分的相对端连接到传输天线206a的第一内部部分226c和第二内部部分226d的相应端，如图2所示。在
该实施例中，内部部分226c、226d沿设置在这两个部分之间的竖直轴线彼此对称，但在其他实施例中不要求其对称，并且内部部分的一部分向后弯曲到彼此上以获得充足的总传输天线206a长度，从而在传输元件116内获得vhf驻波。然而，图2所示的实施例仅是示例性的，本披露内容的范围不应局限于该特定实施例。
[0034]
在一些实施例中，波导元件228可以设置在第一内部部分和/或第二内部部分226c、226d的弯曲部分之间，以引导沿传输天线206a传播的电磁波。在一个实例中，波导元件228可以由类似于传输天线206a的导电材料制成，或者可替代地由与传输天线206a不同的材料构成。波导元件的长度和取向取决于第一内部部分226c和第二内部部分226d的设计，并且可以设置在位于第一部分220与第二部分之间的第三部分的和/或较长不同部分之间。然而，传输天线206的第一部分、第二部分和第三部分的组合长度至少部分地基于在传输天线206a、电力天线204a和电源108之间形成谐振电路或匹配阻抗，这可以以30mhz到300mhz的频率向电力天线204a施加能量。
[0035]
在图2实施例中，第一部分220最接近工艺化学物质或等离子体120，并且从第一部分220辐射的电磁场可以电离在加工处理期间设置在等离子体室102内的任何工艺化学物质。第一部分220的尺寸可以在50mm到500mm之间的范围内，这取决于衬底110的尺寸、加工室102和/或期望的谐振条件(例如，传输元件阻抗、源频率)。在大多数实施例中，第一部分的长度将在200mm和400mm之间，但在一个特定实施例中，第一部分220将约为350mm。然而，图2实施例用于解释的目的，并且在某些较大衬底应用(诸如平板显示器或其他工业应用)中，第一部分的长度可以大于500mm。
[0036]
在一些实施例中，传输元件116可以配置有如图2的俯视图202所示的双传输天线206a、206b，其中每个传输元件116具有相同或相似的设计。出于说明和解释的目的，俯视图202不包括电力部件114的绝缘结构208，并且介电结构210被展示为透明的以示出传输天线206a、206b、波导228以及第一耦合接口和第二耦合接口(例如，230a、230b)的细节。
[0037]
在图2实施例中，传输天线206可以彼此相邻，并且能够使用一个或多个耦合接口(例如，第一耦合接口230a、第二耦合接口230b)彼此电磁耦合。在图2实施例中，传输天线206相邻放置并沿其长度与彼此平行，其中耦合接口230a、230b从传输天线206a、206b下方垂直地延伸出来，使得耦合接口230a、230b与传输天线206a、206b形成平行板电容器。第一耦合接口230a从第一传输天线206a的第一内部部分226c下方延伸横穿以到达第二传输天线206b的第一内部部分(俯视图202中未示出)下方。类似地，第二耦合接口230b从第一传输天线206a的第二内部部分226d下方延伸横穿以到达第二传输天线206b的第二内部部分(在俯视图202中未示出)下方。在本实施例中，可以通过在相应耦合接口230a、230b与传输天线206a、206b之间同时形成平行板电容器使传输天线206a、206b彼此耦合。
[0038]
耦合接口230a、230b使得传输天线206a、206b中的每一个的电磁能量能够相互作用，以经由叠加定理调制在底表面222处和/或在加工室102中暴露于工艺化学物质的电磁能量。第一耦合接口230a和第二耦合接口230b形成嵌入在介电结构210内的耦合部件的基础。耦合部件或接口可以由与传输天线206a相似或不同的导电材料制成。在图1的另一实施例中，每个传输元件116由单独的电源108供电，并从其自身相对应的电力传输线204(例如，电力传输天线)接收电磁能量。
[0039]
图3和图4展示了图2的俯视图202中展示的双传输天线的实施方式。在该实施例
中，对应的电源108以互补模式或非互补模式向传输天线206a、206b中的每一个施加电磁能量，以调制从传输元件116传输的能量。例如，当流过每个传输天线206a、206b的电流在相同方向上(例如，互相平行)流动时，发生互补的相互作用，使得相似频率和/或相位的电磁能量如根据叠加定理所理解地那样整合在一起，从而生成更高幅值的波。在这种情况下，流过其对应的传输天线206的两个部分220的电流产生实质上相互增强的电磁场，并因此到达包含等离子体的间隙中。在非互补相互作用中，电流在相反方向上(例如，彼此反向平行)流过每个传输天线206a、206b，使得两个电磁波可以具有相同的频率和/或振幅，但没有相同的相位角。在这种情况下，波的相互作用会调制或衰减到达工艺化学物质的电磁能量，使得能量的分布或均匀性可以根据需要进行调制或调整。在这种情况下，流过其对应的传输天线206a、206b的各部分(例如，第一部分220)的电流在相反的方向上流动，并且因此这些电流产生的电磁场基本上彼此相反。在远离两个传输天线206a、206b的距离处不产生净场，并且因此这些场被更严格地限制在靠近传输元件116的区域中。
[0040]
图3展示了双传输天线(例如，第一传输天线206a、第二传输天线206b)之间的非互补相互作用的示例，如俯视图300中所见，反向平行的电力信号被引入到电力传输线(例如，第一电力传输线204a、第二电力传输线204b)，这些电力传输线可以类似地在两个传输天线206a、206b之间感应出反向平行的电流，并且反向平行的电流在对应的耦合接口(例如，第一耦合接口230a、第二耦合接口230b)中流动。如俯视图300所示，来自电源108的传入电流在相反方向上，因为第一电力电流302a在与第二力源电流302b相反的方向上流动。同样地，由电力传输线(第一电力传输线204a、第二电力传输线204b)中的电流在对应的传输天线(第一传输天线206a、第二传输天线206b)中感应出的电流将在相反方向上。
[0041]
转向图3中的截面，第一传输元件206a的第一截面304代表如经由俯视图300中示出的aa
‑
aa截面线所示地查看该元件。类似地，第二传输元件206b的第二截面306代表经由俯视图300中所示的bb
‑
bb截面线查看该元件。图3和图4针对这些截面线使用第三角投影惯例。在第一截面304中，第一电力电流302a流过第一电力传输线204a，从而生成电磁场(未示出)，该电磁场感应出流过第一传输天线206a的第一传输电流308a，并且该电流将以与第一电力电流302a类似的方式振荡。同样，在第一电力电流302a的相反方向上流动的第二电力电流302b将感应出在相反方向或反向平行方向上流过第二传输天线206b的第二传输电流308b。以此方式，这两个交流电力信号的组合在第一传输天线206a和第二传输天线206b之间生成振荡电势差，该振荡电势差会影响传输元件206a、206b之间的经由耦合接口230a、230b实现的电容耦合，使得在第一耦合接口230a和第二耦合接口230b中感应出的电流也以相反方向振荡，从而沿每个耦合接口形成振荡电磁场(例如，第一耦合场310a、第二耦合场310b)。使用箭头惯例表示耦合元件230a和230b中rf电流的方向，同时电流具有由308a和308b上方的箭头所示的方向。圆圈中的点指示电流正朝向观察者流出附图所在平面，圆圈内的叉号表示电流正远离观察者流入附图所在平面。因此，参考截面aa，第一传输电流308a沿着在第一耦合接口230a正上方的第一传输天线206a元件向下流动，其中电流308a在第一耦合接口230a内感应出电流，从而生成逆时针方向围绕第一耦合接口230a的第一耦合场310a。因此，基于在第一耦合接口230a的相反方向上流动的电流会形成顺时针方向围绕第二耦合接口230b的第二耦合场310b。
[0042]
图4展示了双传输元件(例如，第一传输天线206a、第二传输天线206b)之间的互补
相互作用的示例，如俯视图300中所见，平行的电力信号被引入到电力传输线(例如，第一电力传输线402a、第二电力传输线402b)。因为在这种情况下电流彼此平行，所以没有电流在耦合元件230a和230b中流动。如俯视图400所示，来自电源108的传入电流在相同方向上(例如，第一平行电力电流402a、第二平行电力电流402b)。同样地，由电力传输线电流在对应的传输天线(第一传输天线206a、第二传输天线206b)中感应出的电流将在与流过电力传输线402a、402b的电流相反的方向上。
[0043]
转向图4中的截面，第一传输天线206a的第一截面404代表如经由俯视图400中示出的cc
‑
cc截面线所示地查看该元件。类似地，第二传输天线206b的第二截面406代表经由俯视图400中所示的dd
‑
dd截面线查看元件。在第一截面404中，第一电力电流402a流过第一电力传输线204a，从而生成电磁场(未示出)，该电磁场感应出流过第一传输天线206a的第一平行传输电流408a，并且该电流将以与第一平行电流402a类似的方式振荡。同样地，在与第一平行电流402a相同的方向上流动的第二平行电流402b将感应出在相同方向或平行方向上流过第二传输元件206b的第二平行传输电流408b。因为电流在传输天线206a和206b中在相同的方向上流动，所以耦合元件230a和230b内没有电流。因此，电流平行和电流反向平行的谐振模式具有不同的谐振频率。而且，在成对的传输天线206a和206b下方生成的场不同，在平行电流的情况下比在反向平行电流的情况下从元件延伸得更远。可以通过以正确的频率激发结构来激发期望的平行模式和反向平行模式，从而影响场穿透到等离子体中的距离。因为麦克斯韦方程是线性的，所以可以叠加两个解，并且因此这两种模式可以同时被激发到相较于彼此而言变化的相对程度，因此场穿透到等离子体中的的范围连续变化。
[0044]
下面的具体实施方式参考附图来说明与本披露内容一致的示例性实施例。具体实施方式中对“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等的提及指示所描述的示例性实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是不一定每个示例性实施例都包括该特定的特征、结构或特性。而且，这样的短语不一定指同一实施例。进一步地，当结合实施例来描述特定的特征、结构或特性时，无论是否明确描述，(多个)相关领域的技术人员都应知道通过结合其他示例性实施例来影响这种特征、结构或特性。
[0045]
如本文所使用的，“衬底”或“微电子衬底”通常是指根据本文描述的实施例被加工的物体。微电子衬底可以包括器件(特别是半导体或其他电子器件)的任何材料部分或结构，并且可以例如是基础衬底结构(诸如，半导体衬底)、或在基础衬底结构之上或上覆的层(诸如，薄膜)。因此，衬底不旨在限于图案化或未图案化的任何特定基础结构、下层或上覆层，而是设想为包括任何此类层或基础结构、以及层和/或基础结构的任何组合。以下描述可以参考特定类型的衬底，但这仅出于说明目的而非限制的目的。
[0046]
本文描述的示例性实施例是出于说明的目的提供而非限制性的。其他实施例是可能的，并且可以在本披露内容的范围内对示例性实施例进行修改。因此，具体实施方式并不旨在限制本披露内容。相反，本披露内容的范围仅根据所附权利要求及其等效物来限定。
[0047]
应当理解，具体实施方式部分而非摘要部分旨在用于解释权利要求。摘要部分可能会阐述本披露内容的一个或多个而非全部示例性实施例，因此，其并不旨在以任何方式限制本披露内容和所附权利要求。
[0048]
虽然本披露内容已经通过对其一个或多个实施例的描述进行了说明，并且虽然已经相当详细地描述了这些实施例，但是这些实施例并不旨在将所附权利要求的范围限定或
以任何方式限制为这样的细节。本领域技术人员将易于想到附加优势和修改。因此本发明在其较宽的方面并不限于示出和描述的特定细节、代表性装置和方法以及说明性示例。因此，可以在不偏离总体发明概念的范围的情况下偏离这些细节。