等离子体腔室的传输线RF施加器制造技术

一种传输线RF施加器装置和用于将RF功率耦接至等离子体腔室中的等离子体的方法。装置包括内导体和一个或两个外导体。所述一个或两个外导体的每个外导体的主要部分包括多个孔，所述多个孔在外导体的内表面和外表面之间延伸。

【技术实现步骤摘要】
等离子体腔室的传输线RF施加器本申请是申请日为2012年6月21日、申请号为201280033414.3、专利技术名称为“等离子体腔室的传输线RF施加器”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术通常涉及RF(射频)施加器装置和用于将RF功率耦接到等离子体腔室中的等离子体放电的方法，以便制造诸如半导体、显示器和太阳能电池的电子器件。本专利技术更具体地说涉及一种RF施加器，该RF施加器包括内导体和一个或两个外导体，其中每一外导体具有孔，RF施加器可从所述孔辐射RF能量到等离子体腔室中的等离子体。
技术介绍
等离子体腔室通常用于执行用于制造诸如半导体、显示器和太阳能电池的电子器件的工艺。此类等离子体制造工艺包括在工件表面上化学气相沉积半导体层、导体层或介电层，或在工件表面上蚀刻所述层的所选择部分。等离子体通常是通过将来自RF施加器的RF功率耦接到腔室之内的气体或等离子体来维持。RF功率将气体激发至等离子态或RF功率提供维持等离子体所必需的RF功率。两大类耦合技术是电极技术或天线技术，所述电极技术将RF功率电容耦合到等离子体，所述天线技术将电磁辐射辐射到等离子体中。一种常规型天线是也称为感应耦合天线的感应耦合器，在所述感应耦合器中，RF功率被通过由天线产生的磁场而主要地耦接至等离子体。感应耦合器的缺点在于感应耦合器通常不能操作在一RF频率下，所述RF频率的波长小于感应耦合器的直径。不能在高RF频率下操作的情况在某些等离子体化学过程中是一个严重的缺点。另一种常规型天线是中空波导管，所述中空波导管在一个波导壁中具有槽，RF功率通过所述槽从中空波导管的内部体积辐射至等离子体。中空波导管的缺点在于中空波导管无法在截止频率之下操作，因此中空波导管的沿一个横轴的宽度必须至少是在电源频率之下于波导之内传播的信号的波长的二分之一。由于宽度要求，有槽中空波导管天线通常已被用在等离子体腔室的电介质窗外部，而不是用在等离子体腔室内部。另一常规型天线是由圆柱形电介质围绕的线性导体，其中所述组合被定位在等离子体腔室之内以便所述组合由等离子体包围。导体的一端或两端被连接以从UHF(超高频)或微波电源接收功率。功率在等离子体和电介质之间的边界处通过电磁波从天线耦合到等离子体。这类天线的缺点在于由天线辐射的功率随着相距连接到电源的天线的端部的距离而逐渐减少。即使天线的两端被连接到电源，接近天线中心的辐射功率将低于接近端部的功率，从而降低等离子体的空间均匀性。非均匀性随着天线长度而增加，因此此类天线对于大型等离子体腔室是较不理想的。
技术实现思路
本专利技术是传输线RF施加器装置和用于将RF功率耦接到等离子体腔室中的等离子体的方法。本专利技术包括内导体和一个或两个外导体。所述一个或两个外导体的每个外导体的主要部分包括多个孔，所述多个孔在外导体的内表面和外表面之间延伸。在操作中，当RF电源的输出被连接在内导体和一个或两个外导体之间时，RF施加器从一个或两个外导体的孔中辐射RF能量。单个RF电源可被连接到内导体或外导体，或者更优选地，两个RF电源可被分别连接至RF施加器的相对端部。本专利技术的另一方面是等离子体腔室，所述等离子体腔室包括结合电介质覆盖和第一及第二密封装置的上述传输线RF施加器。所述等离子体腔室包括真空外壳，所述真空外壳包围等离子体腔室的内部体积。所述电介质覆盖的主要部分位于等离子体腔室的内部体积之内。上述一个或两个外导体的主要部分位于电介质覆盖的主要部分之内。所述第一密封装置和第二密封装置分别邻接电介质覆盖的第一和第二端部，以使得第一和第二密封装置、电介质覆盖和真空外壳相结合来防止外导体的主要部分和等离子体腔室的内部体积之间的流体连通。防止所述流体连通有利于防止在孔之内形成气体放电，所述气体放电将使所述孔电气短路，从而阻碍RF施加器通过所述孔辐射RF功率。此外，如果在内导体和外导体之间的空间的任何部分被气体占据，那么防止所述流体连通的额外优点在于，在等离子体腔室的操作期间，此举能够使所述空间在等离子体腔室之内保持在比真空高得多的压力。将空间保持在诸如大气压力的较高压力下帮助防止内导体和外导体之间的气体放电。在本专利技术的第一方面或实施例中，内导体位于外导体之内，且不需要多于一个外导体。在需要两个外导体的本专利技术的第二方面或实施例中，内导体位于两个外导体之间。在操作中，从RF施加器的任何部分辐射出的功率量随着在所述部分中的孔数目和大小且随着各个角度而增加，所述孔以所述各个角度相对于RF施加器的纵向尺寸定向。因此，本专利技术的一个优点在于RF施加器可以通过使用孔而达任意长度，所述孔足够小且间距足够宽以避免在RF施加器之内传播的功率在相距一位置(一个或两个外导体在此位置处被连接到RF电源)最远的纵向位置处降低为零。本专利技术的第二优点在于，不同于中空波导管，RF施加器不具有截止频率，因此RF施加器的横向宽度不需要如将在中空波导管中所需的那样大于波长的二分之一。本专利技术的第三优点在于，不同于感应耦合器，RF施加器可操作在一RF频率下，所述RF频率的波长比辐射RF的RF施加器的所述部分的最长尺寸更短。换句话说，RF电源的输出可具有一波长，所述波长比内导体的主要部分的最长尺寸短且所述波长比外导体的主要部分的最长尺寸短。同时可用于具有至少两个不同导体的上述RF施加器和其他RF施加器的进一步专利技术在于，辐射功率的空间均匀性或等离子体的空间均匀性可通过改变在一个或两个外导体的不同部分中的孔的相对大小、间隔或定向来最佳化。同时可用于具有至少两个不同导体的上述RF施加器和其他RF施加器的进一步专利技术在于，RF功率的辐射效率可通过在连续纵向位置处的数孔之间于横向或圆周方向提供偏移而提高。在本专利申请案之内，我们使用术语RF来广泛包括微波频率范围和在下文中的所有频率。附图说明图1是根据本专利技术的包括双导体RF施加器的等离子体腔室的纵向剖视图，其中示意地图示RF施加器至两个RF电源的连接。图2是除仅具有一个RF电源之外相同于图1的实施例的纵向剖视图。图3是图1和图2的RF施加器的第一端和第二端的细节的剖视图。图4是图1和图2的RF施加器的第二端的横向剖视图，其中所述第二端通过真空外壳壁。图5是图1至图4的外导体的侧视图。图6是图5的外导体的横向剖视图。图7是外导体具有椭圆截面的替代RF施加器的横向剖视图。图8是内导体和外导体具有矩形截面的替代RF施加器的横向剖视图。图9是具有替代第一和第二密封装置的图2的实施例的一变化的纵向剖视图。图10是通过图1或图2中所示的剖面线获取的外导体的一部分的剖面详图。图11和图12是图10中所示的外导体部分的替代实施例。图13是通过图2中所示的剖面线获取的外导体的一部分的剖面详图。图14和图15是在连续孔之间具有90度方位角偏移的外导体的替代实施例的侧视图和透视图。图16和图17是图14的外导体的剖视图。图18和图19是在连续孔之间具有60度方位角偏移的外导体的替代实施例的侧视图和透视图。图20至图22是图18的外导体的剖视图。图23是根据本专利技术的包括三导体RF施加器的等离子体腔室的纵向剖视图，其中示意地图示RF施加器至两个RF电源的连接。图24是图23的RF施加器的横向剖视图。图25是图23的RF施加器的一修改的横向剖视图，其中每一外导体具有弓形横截面。实施本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将电力耦接至等离子体的装置，包括：外导体，所述外导体具有在第一和第二端部之间延伸的主要部分；内导体，所述内导体具有在第一和第二端部之间延伸的主要部分，其中所述内导体的所述主要部分位于所述外导体的所述主要部分之内，且与所述外导体的所述主要部分间隔开；第一RF电源，所述第一RF电源被连接以在所述内导体的所述第一端部和所述外导体的所述第一端部之间产生第一RF电压；和第二RF电源，所述第二RF电源被连接以在所述内导体的所述第二端部和所述外导体的所述第二端部之间产生第二RF电压；其中所述外导体的所述主要部分包括：(1)内表面，所述内表面面向所述内导体的所述主要部分；(2)外表面；和(3)多个孔，所述多个孔在所述外导体的所述内表面和所述外导体的所述外表面之间延伸。

【技术特征摘要】
2011.06.21 US 61/499,205;2011.10.27 US 13/282,4691.一种用于将电力耦接至等离子体的装置，包括：外导体，所述外导体具有在第一和第二端部之间延伸的主要部分；内导体，所述内导体具有在第一和第二端部之间延伸的主要部分，其中所述内导体的所述主要部分位于所述外导体的所述主要部分之内，且与所述外导体的所述主要部分间隔开；第一RF电源，所述第一RF电源被连接以在所述内导体的所述第一端部和所述外导体的所述第一端部之间产生第一RF电压；和第二RF电源，所述第二RF电源被连接以在所述内导体的所述第二端部和所述外导体的所述第二端部之间产生第二RF电压；其中所述外导体的所述主要部分包括：(1)内表面，所述内表面面向所述内导体的所述主要部分；(2)外表面；和(3)多个孔，所述多个孔在所述外导体的所述内表面和所述外导体的所述外表面之间延伸。2.如权利要求1所述的装置，进一步包括：真空外壳，所述真空外壳包围等离子体腔室的内部体积；电介质覆盖，所述电介质覆盖具有在第一和第二端部之间延伸的主要部分，其中：(1)所述电介质覆盖的所述主要部分被定位在所述等离子体腔室的所述内部体积之内；(2)所述外导体的所述主要部分被定位在所述电介质覆盖的所述主要部分之内；和(3)所述外导体的所述外表面面向所述电介质覆盖的所述主要部分的内表面；第一密封装置，所述第一密封装置在所述真空外壳和所述电介质覆盖的所述第一端部之间延伸；和第二密封装置，所述第二密封装置在所述真空外壳和所述电介质覆盖的所述第二端部之间延伸；其中所述第一和第二密封装置，所述电介质覆盖和所述真空外壳相结合以防止所述外导体的所述孔和所述等离子体腔室的所述内部体积之间的流体连通。3.如权利要求1所述的装置，进一步包括：真空外壳，所述真空外壳包围等离子体腔室的内部体积；电介质覆盖，所述电介质覆盖具有在第一和第二端部之间延伸的主要部分，其中：(1)所述电介质覆盖的所述主要部分被定位在所述等离子体腔室的所述内部体积之内；(2)所述外导体的所述主要部分被定位在所述电介质覆盖的所述主要部分之内；和(3)所述外导体的所述外表面面向所述电介质覆盖的所述主要部分的内表面；第一密封装置，所述第一密封装置在所述真空外壳和所述电介质覆盖的所述第一端部之间延伸；和第二密封装置，所述第二密封装置在所述真空外壳和所述电介质覆盖的所述第二端部之间延伸；其中所述第一和第二密封装置，所述电介质覆盖和所述真空外壳相结合以防止所述外导体的所述主要部分和所述等离子体腔室的所述内部体积之间的流体连通。4.一种传输线RF施加器，用于将电力耦接至所述施加器之外的等离子体，所述施加器包括：第一外导体，所述第一外导体具有在第一和第二端部之间延伸的主要部分；第二外导体，所述第二外导体具有在第一和第二端部之间延伸的主要部分；和内导体，所述内导体具有在第一和第二端部之间延伸的主要部分，其中所述内导体的所述主要部分位于所述第一外导体的所述主要部分和所述第二外导体的所述主要部分之间，且与所述第一外导体的所述主要部分和所述第二外导体的所述主要部分间隔开；其中每一相应的第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·库德拉，T·塔纳卡，C·A·索伦森，S·安瓦尔，J·M·怀特，R·I·欣德，SM·赵，D·D·特鲁翁，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国,US