專利名稱：大工件等離子體加工器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及用等離子體在真空腔體中處理工件的加工器，尤其涉及具有多個各自支撐的、把腔體外產生的射頻場耦合到腔體中激勵等離子的介電窗口和/或對射頻場產生感應的線圈的加工器，其中線圈包括多個具有相同電學長度的部分，每個部分包括一個與另一部分的元件并聯連接的元件。
背景技術：
為了從真空腔體外側的裝置提供射頻場(r.f.field)，已經設計了一些不同的結構，把腔體內的氣體激勵到等離子體狀態(tài)。射頻場是由包括電容電極的電場源、包括電子回旋加速共振器的電磁場源和包括線圈的感應場，即磁場源產生的。受激的等離子體與工件相互作用，對工件進行刻蝕或在工件上淀積材料。通常，工件是具有圓形平面的半導體晶片。
Ogle的美國專利4948458(與本發(fā)明一起轉讓)，公開了一種采用感應耦合平面等離子體(ICP)處理工件的加工器。磁場是由位于或相鄰于單個平面介電窗口的平面線圈產生的，該窗口延伸的方向通常與工件的平面是平行的。在商品裝置中，窗口一般為石英，因為這種材料具有低的雜質含量，為射頻耦合提供最佳結果。線圈相應連接到頻率在1至100MHz范圍的射頻源上，并通過包括與射頻源頻率諧振的電路的阻抗匹配網絡與線圈耦合。揭示的線圈為外端和內端相應連接到射頻源的平面螺旋形。Ogle公開的圓形螺旋線圈已經被改進成包括通常以螺旋構造的細長直線元件，對正方形和長方形工件進行加工。Coultas等的美國專利5304239，公開了一種采用永磁鐵與平面螺旋線圈相結合的類似裝置。
Cuomo等的美國專利5280154中和Ogle的美國專利5277751中公開了對上述加工器的改型，用螺線管線圈替代直線螺旋形線圈。螺線管線圈纏繞在介電芯棒或類似材料上，包括若干個似螺旋匝，其中一部分沿介電窗口表面延伸。線圈的其余部分延伸到介電窗口之上。螺線管線圈的相對的兩端與射頻激勵源連接。
在我們熟悉的現有等離子體加工器中，沒有一種能較好地適合于激勵出用于加工非常大襯底的離子體，例如，用于制作矩形平面顯示器邊長在30至100cm范圍的襯底。為處理即加工如此大襯底而激勵等離子體，需要線圈具有相應的大表面面積，與具有被處理工件面積同等大小的大表面面積介電窗口結構相接觸或相鄰近。如果利用這些現有結構為處理大工件激勵等離子體，那么，就會出現許多以前還沒有考慮或解決的問題。
所有的現有加工器設計都共同存在一個問題，即隨著面積的增大，窗口的厚度必須有實質性的增加。否則，窗口不能承受腔體外大氣壓與腔體內真空之間的壓差；例如，為了加工矩形處理表面約為75cm×80cm的工件，表面積約為80cm×85cm的單個石英窗口的厚度必須超過5cm。具有上述面積和厚度的石英窗口是非常昂貴的，也是很脆的，其使用會顯著增加加工器的成本。此外，我們發(fā)現，利用現有加工器設計，從激勵源取得的射頻場通常不能有效地在具有大面積、厚窗口的真空腔體中激勵等離子體。這是因為射頻場在穿透厚窗口后，不具有足夠的通量密度，以提供所需的激勵。例如，從線圈穿透5cm厚介電窗口的磁通量密度要比穿過現有裝置的2.5cm厚窗口的有效磁力線的數目小得多，2.5cm厚窗口是用于處理直徑20cm的圓形晶片的。簡單地增加控制線圈的射頻源的電流而增加磁通量密度是不行的，因為，所增加的電流會引起線圈以及其它元件過熱，而且難以獲得合適的高功率的射頻源。
采用具有大表面面積的現有感應線圈來激勵等離子體的所特有的一個問題是，等離子體的非均勻激勵，這導致了非均勻的等離子體密度，對工件的加工不均勻。我們已經認識到了局部出現的這種非均勻分布，因為，當覆蓋在大表面窗口上時，起傳輸線作用的現有線圈似乎是長了一些，接近或超過了射頻激勵源的八分之一波長。由于線圈的長度，沿著線圈存在顯著的電壓和電流變化，導致磁通量密度在等離子體中明顯變化。如果線圈的長度超過射頻源的八分之一波長，由于源與由其驅動的負載間顯著失配，在由具有RMS峰值的電流驅動的線圈中，RMS電壓為零。失配引起線圈電壓與電流的相位偏移近90°，導致電壓為零。這些磁通量密度變化引起氣體非均勻激勵，造成對工件加工不均勻。
我們已經認識到，連接到射頻源的兩端之間線圈長度必須比射頻源輸出波長的八分之一小得多，通過提供具有多個平行分支元件或部分的線圈，能夠獲得這樣的結果。Hamamoto等的人美國專利5,261,962，公開了一種平面等離子體激勵線圈，它具有多個并行的分支部分，以階梯結構連接到一對體物理上相對的端子上，兩端子各與連接到分支部分的引線的同端連接，Hamamoto等人的結構不適合于在大表面面積窗口上使用。如果Hamamoto等人的結構用在大表面面積窗口上，由于在射頻傳輸線中包括不同分支在相對置的端子間具有不同的長度，那么就存在不均勻的通量分布和不均勻的等離子體密度。因此，最靠近端子的分支部分，傳輸線的長度最短，而離端子最遠的分支部分，傳輸線的長度最長。不同長度的傳輸線從射頻源中取得的電流不同，靠近最短傳輸線的等離子體部分要比靠近最長傳輸線的等離子體部分的激勵程度高得多。在處理大表面面積工件的加工器中，這引起非均勻的等離子體的激勵。
于是，本發(fā)明的目的是提供一種特別適合于處理大工件的、新改進的射頻場激勵等離子體加工器。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于大工件新的、改進的射頻場激勵等離子體加工器，其中，等離子體均勻地分布在工件上。
本發(fā)明的又一目的是提供一種特別適合于較大工件的、新的、改進的射頻場激勵等離子體加工器的真空腔體分布，其中介電耦合窗口分布成承受腔體內外間的壓差，同時又足夠薄，以耦合具有足夠密度的射頻場，有效地激勵等離子體。
本發(fā)明的再一目的是提供一種新的、改進的射頻場激勵等離子體加工器，其中，等離子體是以有效的方法感應激勵的，給大工件提供相對均勻的等離子體分布。
增加的目的是提供一種新的、改進的射頻場激勵等離子體加工器，具有多個電學上并聯的線圈部分分支，排列成給等離子體提供近似相等的激勵通量。
再一的目的是提供一種新的、改進的射頻場激勵等離子體加工器，包括多個電學和物理長度近似相等的線圈部分分支，給等離子體提供均勻的通量分布并簡化線圈的設計。

發(fā)明內容
根據本發(fā)明的一個方面，通過提供一個包含適合于安裝工件的真空腔體的、用等離子體處理大工件的加工器，可實現上述的一些目的。向腔體中提供能夠轉變?yōu)樘幚砉ぜ玫牡入x子體的氣體。用腔體外的射頻電源把氣體激勵到等離子體狀態(tài)。通過腔體壁上的多個各自受到支撐的介電窗口，把射頻源產生的場耦合到等離子體。由于是多個各自支撐的窗口，而不是單個大窗口，因此每個窗口能夠做得足夠薄，例如2.5cm，以使射頻場與等離子體有效耦合。
根據本發(fā)明的另一個方面，通過提供一包含適合于安裝工件的真空腔體的、用等離子體處理大工件的加工器，可實現上述的另一些目的。向腔體中引入能夠轉變?yōu)樘幚砉ぜ牡入x子體的氣體。把氣體轉變?yōu)榈入x子體的裝置包括通過腔體壁上的介電窗口結構把射頻磁場耦合到氣體上，激勵氣體產生并維持等離子體的線圈。該線圈包括適合于連接到產生射頻磁場的射頻源的第一端子和第二端子，以及電連接在第一和第二端子之間的、具有相同電學長度的多個繞組部分。每個部分包括一個與其它部分的元件電學并聯的元件。因此，在不同線圈元件內流動的交流電流的有效值(RMS)幅度是近似相等的，在等離子體中提供較為均勻的磁通量分布。
在一些較佳實施例中，線圈的第一端子和第二端子以及各線圈部分是這樣定位和排列的，即在至少是通過線圈的兩個部分，在有些實施例中是通過線圈的全部部分的第一端子和第二端子之間，電流路程的電學長度和物理長度是近似相等的。擁有這一特征的一種特別有利的排列包含多個在物理和電學上平行的分支導體元件，導體元件連接到在與導體元件成直角的方向上延伸的引線上，其中，第一和第二端子位于對角上的引線相對的端頭上。通過恰當地設計傳輸線中導體截面的幾何尺寸，提供具有不同電感值的傳輸線，和/或插入與平行的線圈元件串聯的、具有合適電容值的電容器，也能夠獲得相同的電學長度的傳輸線。
考慮以下對具體實施例的詳細描述，尤其是在結合到附圖時，本發(fā)明的上述以及進一步目的、特征和優(yōu)點將變得明顯。
附圖概述

圖1是本發(fā)明一個實施例的等離子體加工器的側面截面圖；圖1a是與圖1視角成直角時，圖1所示等離子體加工器一部分的側面截面圖；圖2是采用多個平行直線導體部分或元件的線圈的頂視圖，其中，所有的電流都是以相同的方向流過導體部分；圖2a是圖2改進型的部分頂視圖。
圖3是包含多個平行部分的線圈的頂視圖，電流以相同方向流過，其中，在位于對角上的相對的第一端子和第二端子之間，各個平行部分具有相等的物理和電學長度，第一和第二端子相應連接到射頻激勵源。
圖4是線圈的又一構造的頂視圖，在與交流激勵源連接的第一和第二端子之間，各平行分支中流動的所有電流的方向是相同的。
圖5是包含多個平行線圈部分、在相鄰的線圈部分中流動的電流是相反方向的線圈結構的頂視圖，其中，在位于相鄰引線相對兩端頭上的第一和第二端子之間，各線圈部分的路程具有相等的物理和電學長度；圖6是包括以織網圖案排列的多個平行元件的線圈的頂視圖，在相鄰元件中電流以相反的方向流動；圖7是對圖6所示織網圖案結構的改進；圖8是具有多個線圈部分的線圈構造的頂視圖，每個線圈部分在各自支撐的不同的窗口上占據互不相占的區(qū)域，以并聯方式連接到激勵源上；圖9是包含多個平行的長度不同的直線部分的線圈的頂視圖；圖10是包含多個直線元件、在與射頻源相應連接的外部端子之間以串聯方式連接的線圈的頂視圖；圖11是在圖2-4和9的線圈構造激勵下產生的磁力線的側視圖；圖12是在圖5-8和10的線圈構造激勵下產生的磁力線的側視圖；
圖13a-13c是其它窗口構造的頂視圖。
本發(fā)明的實施方式現在參考附圖的圖1和1a，所示的工件加工器包括真空腔體10，形狀制成正平行六面體，具有電接地由矩形金屬，最好是氧化鋁形成密封外表面；相互間平行延伸的側壁12和14，與矩形金屬側壁13和15成直角。真空腔體10還包括矩形金屬，最好是氧化鋁的底板16和矩形頂板結構18，包括四個獨立支撐的尺寸基本相同的矩形介電窗口19。用一般的密封板(未示出)提供腔體10的外表面的密封。
窗口19，最好是由石英制成，是由諸如氧化鋁的非磁性金屬制成的堅固的整體框架23獨自支撐的。框架23包括外圍相互垂直的立柱25和內部相互垂直的連接到立柱中央的橫條21。橫條21和立柱25包括獨自支撐每個窗口19的槽口27，因為窗口的側壁和鄰近側壁的窗口底部適合擱在槽口底部和側壁上的密封板(未示出)上?？蚣?3的立柱25焊接到腔體10的側壁12-15。由于窗口19是由橫條21和立柱25獨自支撐的，窗口19的厚度可以小于約2.5cm，并能承受腔體10外大氣與腔體內真空之間的壓差，此值通常在0.2-5毫托范圍內。如果窗口19不是各自支撐的，且采用單個的窗口，這樣的單個窗口，其厚度至少為5cm才能承受該壓差。這樣厚的窗口極大地降低了通過窗口耦合的射頻場能量，且價格則是十分昂貴的。在加工大工件(例如邊長大到75cm×85cm的矩形平面結構的電視接收機有源矩陣液晶顯示器)的一種腔體10結構中，每個窗口19的面積約為40cm×43cm。
側壁12包括用導管(未圖示)連接引導到真空泵(未圖示)的端口20，真空泵使腔體10內的壓力維持在0.5-5毫托的數量級上。根據現有技術已知，這種能夠被激勵成等離子體的氣體是通過側壁14上的端口22從合適的源(未示出)引入到腔體10中的。
將工件24，例如具有上文規(guī)定的矩形形狀的大半導體襯底晶片，安裝在平行于底板16和窗口19平面的平面內、靠近底板16的金屬卡盤26上。通過阻抗匹配網絡30和卡盤26用射頻源28把頻率一般約為30MHz的電場加到工件24上?？ūP26與腔體10的其余金屬部分是電絕緣的，因為，它是擱在電絕緣墊29上。介電端板結構18承載平面線圈34，與包括阻抗匹配網絡36和射頻源38的射頻激勵裝置33連接，射頻源38的頻率不同于射頻源28，最好是等于13.3MHz。射頻源38的兩端可以浮置，或者其中一個可以接地到腔體10的金屬壁。匹配網絡36包括調諧到射頻源38頻率以形成諧振耦合電路的電路。線圈34定位成響應射頻源38，給經端口22耦合的氣體提供射頻磁力線，使氣體激勵到等離子體狀態(tài)。等離子體對工件24進行處理，在襯底上進行刻蝕或淀積分子。
平面線圈34可以有許多不同的結構，例如，如圖2-10所示。每一種線圈結構包括多個給腔體10內的氣體提供感應磁力線，產生和維持腔體10中加工工件24的平面等離子體的直線導電金屬(最好是鍍銀的銅)條元件或部分。盡管元件窄的這側固定安裝在窗口19上，但線圈34的直線元件最好具有矩形的截面，寬的這側固定定位在介電端面結構18上。線圈34基本上是一個包括由金屬元件自感和金屬元件與接地的腔體外之壁間的旁路電容形成的分布級聯感應的射頻傳輸線。為了激勵和維持這里所用的等離子體，射頻源30給線圈34提供大至30A的電流。
為了限制和集中流過線圈34直線導體的電流產生的磁力線，用磁屏蔽罩40，最好是由鋁制成的，圍繞線圈的側面和頂部，在屏蔽罩中射頻磁力線感應產生渦流。磁屏蔽罩40包括頂部42和四個側壁44，四個側壁固定連接到真空腔體10。
根據一個實施例，如圖2所示，在全部四個窗口19上延伸的線圈34的一種結構包括八個細長的筆直的直線金屬導電元件51-58，其相對的兩端連接到細長直線金屬(最好是鍍銀的銅)引線59和60上，在相互平行并與導電元件51-58成直角的方向上延伸。導電元件51-58的底面和引線59和60焊接到窗口19上，但是，除窗口內邊緣之間跨越橫條21的間隔31的這部分金屬元件51-58除外，如圖1a所示。導電元件51-58相互間是等距離的(中心元件54和55之間的間隔除外，由于中心橫條21間隔略有不同)，具有近似相等的長度，且相互間平行延伸。引線59和60包括位于中心導體54和55之間的中央的端子62和64。端子62和64分別用電纜68連接到射頻源38的端子66和用電纜72連接到匹配網絡36的輸出端70。匹配網絡36連接到射頻源38的輸出端74。
響應于射頻源38的輸出，通常，在任何時侯，電流以相同的方向流過每個導電元件51-54，產生圖11的磁力線124、128、130和132。由于每個導電元件51-58的長度是較小的分數，例如射頻源38的頻率波長(λ)的十六分之一，在每個導電元件上的瞬時電流和電壓變化不大。由于中心導電元件54和55的長度相同，截面幾何形狀相同且距端子62和64的間距相等，通過導電元件54和55從端子62到端子64的傳輸線形成的電流路程的長度是相同的，因而，通過導電元件54和55流動的具有相等RMS幅度的射頻電流產生的磁通量密度是近似相同的。同樣，略微離開中心的導電元件53和56在端子62和64之間具有相等長度的傳輸線和電流路程，因此，其上流動的具有相等RMS幅度的電流產生的磁通量密度是近似相同的。
由于通過導電元件53和56的傳輸線和電流路程的長度比通過導電元件54和55的略長一些，導電元件53和56上流動的射頻電流的RMS值會比導電元件54和55的略小一些，因此，導電元件53和56產生的磁通量密度會比導電元件54和55的小。由于同樣的原因，導電元件52和57的射頻激勵產生的磁通量密度是近似相等的，但比導電元件53和56上流動的電流產生的磁通量密度要小，對于導電元件51和58同樣如此。
由于不同的導電元件51-58上在端子62和64間的不同傳輸線長度以及產生的電流路程長度的不同，腔體10中等離子體的激勵和分布存在差別。這就會導致對大表面面積的工件的等離子體加工不均勻，因為，工件中心區(qū)(導電元件54和55的下面)的等離子體密度比工件周圍(導電元件51和58的下面)的等離子體密度大。
根據本發(fā)明的一個方面，通過給不同的傳輸線提供不同的電抗值，在電學上使包括導電元件51-58的傳輸線的長度近似相等。由于單根電線的自感與電線的截面積成反比，電線的電感隨線的長度的增加而增加，因此，相對睛遠離端子電線的截面積，減小其截面積能夠從電學上使離端子62和64最近的線變長。還希望維持每個元件51-58的電學長度相等，使其上的RMS電壓和電流變化相等，在這些在元件下提供相同的等離子體分布。
為此，在相鄰的各對元件55-58和51-54之間，引線59和60的截面積逐步增大，而元件51-58的截面積是相同的。因此，在元件55和56之間以及元件53和54之間，引線59和60具有較小的截面積，元件57和58之間以及元件51和52之間，具有較大的截面積。
另一方面，將電容器81-88與元件51-58串聯連接，使傳輸線的長度相等。如圖2a所示，在與引線59相鄰的每個元件的端頭上，電容器81-88與元件51-58和引線59串聯連接。電容器81-88的位置不影響元件51-58的實際物理長度，因為，電容的物理尺寸較小。
為了使每個元件51-58中電流的相位相同(或是超前或是落后于元件上的電壓)，這樣選擇元件51-58的幾何尺寸和電容器81-88的電容值，即包括元件51-58的每個分支在射頻源38的頻率下的凈阻抗具有相同的電抗類型，即或是感性的或是容性的。如果元件51-58的感性阻抗為主，那么每個串聯的電容器81-88具有較大的值，與每個元件串聯，提供較小的容性阻抗。因此，與元件54和55串聯的電容器84和85的值比與元件53和56串聯的電容器83和86的值要小，與元件53和56串聯的電容器83和86的值比與元件52和57串聯的電容器82和87的值要小，等等，所以，與元件51和58串聯的電容器81和88的值最大，或者可以被減小。然而，如果包含元件51-58的分支中的主要阻抗是容性的，那么，電容器81-88的值較小，以提供高容性阻抗；電容器84、85、83、86、82、87、81、88的各對數值是依次逐步減小的。
現在參考圖3，圖3所示的線圈34包括與圖2的導電元件51-58的排列和構造相同的直線導電元件51-58。在圖3中，導電元件51-58具有與筆直細長金屬引線90和92連接的相對的端頭，引線90和92相互平行，并在與導電元件51-58成直角的方向上延伸。引線90和92具有大的截面積，從而產生小的電感，不會引入明顯的傳輸線長度或元件51-58進出路程中的相移。引線90包括終止在端子94的部分，并延伸略超出導體51；同樣，引線92包括終止在端子96的部分，并延伸略超出導體58。端子94和96分別連接到與端子62和64相同的引線和電路。
圖3所示結構的優(yōu)點是，在端子94和96之間，每個導電元件51-58的電流路程具有相同的物理和電學長度。因此，在每個導電元件51-58流動的交流電流實際是相同的。由于在每個導電元件51-58流動的交流電流的RMS幅度是近似相等的，因此，這些導電元件受射頻源38激勵產生的磁通量密度也是近似相等的。
由導電元件51-58射頻激勵產生的磁力線在引入腔體10中的氣體中產生射頻磁力線124、128、130和132(圖11)，把氣體激勵為正負帶電載流子數目相等的等離子體。由于等離子體中產生分子通量，等離子體的作用就如包括作為其主繞組的導電元件51-58的變壓器的單匝次繞組。等離子體的導電特性使得射頻磁力線124、128、130和132是非對稱的，即磁力線在窗口19上延伸到大氣中，比窗口下延伸到真空腔體10中要大得多。帶電載流子在氣體中散開，使容器內的氣體變?yōu)樘幚硪r底或工件24的等離子體。
現在參考圖4，線圈34的另一種結構，包括細長、筆直的引線134和136，它們相互平行延伸，包括通過電纜72和68分別與射頻激勵源33連接的端子138和140。在引線134和136之間延伸的是與圖2和3相應元件相同的平行細長直線導電元件51-58。元件51-58受射頻激勵源33驅動，因此，在任何時刻，平行的射頻電流通常是以相同的方向在元件中流動。圖4的引線134和136和元件51-58是這樣排列的，即端子138和140位于與導電元件相應的引線的同一端，端子相互間相隔導電元件的長度。為使圖4的線圈結構經引線134和136從端子138和140通過元件51-58的傳輸線能夠具有相等的電學長度，引線的不同部分的截面幾何尺寸是不同的，如圖2所討論的，和/或將電容器與元件51-58串聯連接，如圖2a所討論的。
結果，在圖2-4每種情況中，電流以相同方向流過導電元件51-58，至少有一條磁力線124(圖11)環(huán)繞每個導電元件，元件51-58中流動的電流產生的磁通量的相互作用，會引起累積效應。因此，在窗口19下的等離子體提供了高度集中的、均勻分布的磁場。例如，同方向流過導電元件52和53或元件56和57的電流使這兩對導電元件分別被磁力線128和129所包圍。在導電元件55-58中同方向流動的電流產生的磁通量之間的相互作用，使這些導電元件被磁力線130所包圍。以相同方向在所有的導電元件51-58中流動的電流產生的磁通量之間的相互作用，使元件51-58被磁力線132所包圍。導電元件51-58的激勵圖形產生的集中的磁力線在腔體10中頂板結構18下提供較為均勻的等離子體分布，因此在工件上刻蝕劑或淀積分子具有均勻的分布。
根據本發(fā)明的另一實施例，如圖5-7所示，線圈34的導電元件是這樣排列的，即在任何時刻，在線圈的相鄰的直線導電元件中，電流通常是以在空間上相對的方向流動的。圖5所示的結構的優(yōu)點在于，在射頻激勵源33的相對端子之間通過每個導體的電流路程具有相等的物理和電學長度。由于圖5-7結構耦合到等離子體的磁通量密度比圖2-4的低，在有些情況中，可能需要把磁通量密度特定在等離子體的一定的區(qū)域中，用圖5-7的結構比圖2-4的結構更容易提供。
圖5的結構包括空間上相鄰并平行的細長直線引線100和102，在其空間上相對的兩端上分別具有端子104和106，連接到射頻激勵裝置33的相對的兩端子66和72上。圖5線圈34包括四個部分111、112、113、和114，每個部分包括一對細長筆直平行導電元件，具有分別連接到引線100和102的相對的兩端子。引線100和102通常位于部分11-114的一側，因而導電元件以相同的方向延伸到內引線102的這側。線圈部分和導電元件這樣排列，線圈部分111包括導電元件116和117，線圈部分112包括導電元件118和119，線圈部分113包括導電元件120和121，線圈部分114包括導電元件122和123。線圈部分111-114的平行導電元件用平行于引線100和102方向延伸的導電元件125相互連接。導電元件116-123通常是相互等間隔的，例如，線圈部分111的導電元件117與線圈部分112的導電元件118的間隔，與其與線圈部分111的導電元件116的間隔具有相同的距離。由于(1)線圈部分111-114和引線100和102的布局的幾何結構，(2)每個部分111-114具有相同的截面和縱向幾何尺寸，和(3)引線100和102具有相同的截面和縱向幾何尺寸，在相對的端子104和106之間，包括線圈部分111-114的每個傳輸線具有相同的物理和電學長度。
圖6以織網圖示出提供空間上平行導電元件的又一結構，導電元件并聯連接，相鄰導電元件的電流通常以相反的方向流動，包括細長直線引線150、151、152和153以及細長直線導電元件161-168。引線150-153在空間上相互平行地延伸，與導電元件161-168成直角，導電元件161-168相互間通常是等間隔的，并在空間上相互平行地延伸。在這些電元件161-168的一側，而引線151和153在這些導電元件的另一側。引線151和153分別由電纜154和155連接到射頻激勵裝置33的第一端子156上，而引線150和152分別由電纜157和158連接到射頻激勵裝置33的相對的第二端子159上。相等長度的交替的導電元件161、163、165和167在引線150和153之間電連接，而相等長度的交替的導電元件162、164、166和168在引線151和152之間并聯。由于元件161、163、165和167與外引線150和153連接，而元件162、164、166和168與內引線151和152連接，因此前者元件的長度比后者的長。因而，在任何時刻，電流通常以相同的方向在元件161、163、165和167上流動，電流通常以相反的方向在元件162、164、166和168上流動。因此，由圖6線圈排列建立的磁通量路程與圖5所示結構提供的相類似。由于在端子156和159之間通過包括元件161-168的傳輸線的物理距離不同，最好是用類似于圖2所述的方式，改變引線150-153的截面幾何尺寸，或者如圖2所述，將電容器與元件161-168串聯連接。
能夠對圖6的織網線圈排列進行改進，如圖7所示，使每個導電元件具有相等的長度。為此，圖7的織網線圈結構包括細長的平行直線引線170、171、172和173以及細長的平行直線導電元件181-188。引線170-173在與等間隔導電元件181-188成直角的方向上延伸。外引線170和173分別由電纜191和192連接到射頻激勵裝置33的端子190。內引線171和172分別由電纜194和195連接到射頻激勵裝置33的端子193。導電元件181、183、185和187在引線170和172上并聯連接，而導電元件182、184、186和188在引線171和173上并聯連接。因此，在相鄰的各對導電元件181-188上電流通常以相反的方向流動，例如，當電流通過導電元件182從引線170流動到引線172時，電流通過導電元件181和183從引線173流動到引線171。因此，以類似于圖6和7實施例的方式電流在相鄰的導電元件中以相反的方向流動。
響應于頻激勵裝置33對圖5-7所示線圈的激勵，產生如圖12所示的磁力線。在圖12中，磁力線381-388分別與圖7的等長導電元件181-188相關聯；可以理解，由圖5的導電元件116-123和圖6導電元件161-168獲得類似的磁力線圖形。由于在相鄰的元件181-188中電流以相反的方向流動，由這樣的電流產生的磁力線相互抵消，以致磁力線圖形381-388不相互作用，相鄰導電元件之間磁通為零。由于導電元件181和188外側上沒有導電元件或磁性元件，磁力線381和388遠離線圈34中心凸起。由于導電元件184和185的間隔比其它各對導電元件要大(由于橫條21)，磁力線384和385與向中心介電橫條21凸起。導電元件182、183、186和187的內部等間隔位置使磁力線382、383、386和387具有相同的密度和空間結構。
將圖2-7所示的線圈結構設計成在頂板結構18的所有四個窗口19上延伸。然而，在有些情況中，需要在每個窗口19上提供各個線圈。為此，如圖8所示，可以將圖2-7所描述的任何線圈結構并聯連接，并分別地覆蓋在每窗口19上。在圖8的特定實施例中，每個窗口19被單獨的線圈部分201、202、203和204覆蓋，每個線圈部分通常是以圖4所描述的方式構造的。線圈部分201和202的相鄰內引線205和206連接到端子207，由電纜208連接到射頻激勵裝置33的端子209。端子209還用電纜211連接到端子212，再連接到線圈部分203和204的相鄰內引線213和214。線圈部分201和202的外引線215和216由電纜217連接到射頻激勵裝置33的另一端子218。端子218還用電纜219連接到線圈部分203和204的外引線220和221。因而，如圖8所示，線圈34的部分201-204是由激勵裝置33并聯驅動的。為使其中的電壓和/或電流為零的似真性減到最小，每個線圈部分包含較短長度(不大于激勵裝置33產生的波的波長的十六分之一)的并聯連接的導電元件。由于四個線圈部分201-204是較短的傳輸線，在一些情況中，不必使各個窗口19上的各個傳輸線都具有相同的長度。
在圖2-8的各實施例中，各種平面線圈的導電元件具有相等的物理長度。然而，導電元件具有相等的物理長度并不是必須的，在有些情況中，可能希望有不同的物理長度。在圖9的實施例中，對圖2的結構進行改進，包括弓形的引線226和228，在它們之間，空間上平行延伸的細長直線導電元件231-238具有不同的物理長度。弓形引線226和228的中點包括端子240和241，分別連接到射頻激勵裝置33的相反極性的端子上。電流通常以相同的方向在導電元件231-238上平行地流動。采用圖9的結構能使腔體10中的等離子體具有某種空間構造，用以處理具有適應表面的襯底。
由于需要提供不同物理長度的元件231-238，傳輸線的電學長度(包括這些元件)最好是相同的，利用圖2或2a所描述的結構能夠獲得這一結果。即使如圖所示，元件231-238相互間是接近等間隔的，但對于圖2-9的任一構造，這是不必要的。
如圖10所示，通過以多個串聯的導電元件形成線圈34，能夠提供與圖12所示相類似的磁力線圖形。圖10的線圈包括在空間上相互平行延伸、具有近似相等長度的導電元件241-248，用導電元件249和250將相鄰的端頭連接在一起。導電元件241和248連接到端子252和254，再用合適的電纜連接到射頻激勵裝值33的相對的端子上。因此，在相鄰的導電元件241-248中，電流通常以相反的方向流動，結果，這些導電元件具有正弦形或螺旋形關系。由于其物理和電學長度長，圖10結構相對于圖2-9結構具有本質缺點，因此，沿元件241-248形成的線圈的長度，電壓和電流趨向于變?yōu)榱?。變零會引起不均勻的磁通量作用在腔體10中的氣體上。通過圖1-9的平行結構可避免這一問題，所有結構在射頻激勵裝置33的端子之間具有相互平行的導電元件，長度約為裝置33產生波的波長的十六分之一。圖2-10的所有結構的優(yōu)點是，在導電元件外側、具有外端子的平面線圈易于連接，所以，避免了與具有內端子的螺旋平面線圈有關的問題。如圖8所示，所有這些平面線圈以及螺旋平面線圈，都能夠被用于作底板18四個窗口19上的并聯連接的四個獨自的線圈。
雖然底板結構18最好包括四個具有相同尺寸、定位在矩形框架的四分體中的矩形介電窗口，但仍可以采用其它的各自支撐的介電窗口，例如，圖13(a)、13(b)和13(c)所示意的。圖13(a)的各自支撐的介電窗口302-310，在框架317中，有不同的尺寸和形狀，所以矩形外圍窗口302-308具有不同的長度，以相互成互角延伸，并圍繞內方形窗口310。在圖13(b)，在框架316中，各自支撐著菱形、位于中心的介電窗口312和外圍的三角形介電窗口314。在圖13(c)中，在框架318中，各自支撐三個矩形的窗口320，每個窗口具有相同的尺寸，長邊平行。圖2-10所示的平面線圈可放在圖13(a)、13(b)和13(c)的窗口上。
盡管已經對本發(fā)明的具體實施例作了描述和圖示，但顯然，不違背所附權利要求中所限定的本發(fā)明的真實構思和范圍，可以對具體圖示和描述的實施例的細節(jié)作改變。
權利要求
1.一種用等離子體處理工件的裝置，包括適合于安裝工件的真空腔體；把能夠轉變?yōu)樘幚砉ぜ玫牡入x子體的氣體引進腔體中的裝置；將氣體轉變?yōu)榈入x子體的裝置，包括在腔體外側產生射頻場的電源；在腔體外表面上的多個各自支撐的介電窗口，它把射頻場耦合到氣體，使得通過窗口耦合的場激勵等離子體的。
2.根據權利要求1的等離子體處理工件裝置，其特征在于電源包括單個產生射頻場的激勵裝置，射頻場通過多個窗口耦合。
3.根據權利要求2的等離子體處理工件裝置，其特征在于激勵裝置包括單個在多個窗口上延伸的線圈列陣，射頻場為該列陣所產生的磁場。
4.根據權利要求3的等離子體處理工件裝置，其特征在于線圈列陣包括一個在多個窗口上延伸的平面線圈。
5.根據權利要求3的等離子體處理工件裝置，其特征在于線圈列陣具有一對經過一對引線與幾個平行的部分連接的端子，從端子流過每個部分的電流的電學長度近似相等。
6.根據權利要求3的等離子體處理工件裝置，其特征在于線圈具有一對經一對引線與幾個平行部分連接的端子，從端子流過每個部分的電流的電學和物理長度近似相等。
7.根據權利要求1的等離子體處理工件裝置，其特征在于電源包括多個激勵裝置，每個窗口相應有一個，每個激勵裝置定位成產生的射頻場通過相應的窗口耦合。
8.根據權利要求7的等離子體處理工件裝置，其特征在于每個激勵裝置包括一個位于與該激勵裝置關聯的窗口附近的線圈列陣，射頻場包括與多個窗口關聯的線圈列陣所產生的磁力線。
9.根據權利要求8的等離子體處理工件裝置，其特征在于每個線圈列陣包括一個位于特定窗口附近的基本為平面的線圈。
10.根據權利要求8的等離子體處理工件裝置，其特征在于線圈列陣在電學上是并聯的。
11.根據權利要求10的等離子體處理工件裝置，其特征在于每個線圈列陣具有近似相等的電學長度。
12.根據權利要求11的等離子體處理工件裝置，其特征在于每個線圈列陣具有一對經一對引線與幾個平行的部分連接的端子，從端子流過每個部分的電流的電學長度近似相等。
13.根據權利要求11的等離子體處理工件裝置，其特征在于每個線圈具有一對經一對引線與幾個平行部分連接的端子，從端子流過每個部分的電流的電學和物理長度近似相等。
14.根據權利要求1的等離子體處理工件裝置，其特征在于表面包括一個有多個開口的框架，每個開口有一個獨自的窗口支撐結構，一個窗口位于一個開孔中，并由與開口關聯的支撐結構支撐。
15.根據權利要求1的等離子體處理工件裝置，其特征在于表面包括一個有四個開口以四相限排列的框架，每個開口包括一個獨自的窗口支撐結構，一個窗口位于一個開孔中，并由與開口并聯的支撐結構支撐。
16.一種用等離子體處理工件的裝置，包括適合于安裝工件的真空腔體；把能夠轉變?yōu)樘幚砉ぜ玫牡入x子體的氣體引進腔體中的裝置；將氣體轉變?yōu)榈入x子體的裝置，包括腔體外表面上的介電窗口；通過窗口把射頻場耦合到氣體，使氣體激勵為等離子體的線圈，線圈包括適合于與產生射頻磁場的射頻源連接的第一和第二端子；以及在第一和第二端子之間并聯連接的多個繞組部分，在第一和第二端子之間至少有兩個繞組部分在路程上具有近似相等電學長度。
17.根據權利要求16的等離子體處理工件裝置，其特征在于包括多個介電窗口，線圈在所述多個介電窗口上延伸。
18.根據權利要求16的等離子體處理工件裝置，其特征在于包括多個介電窗口，各個所述線圈與所述的各個介電窗口鄰接。
19.根據權利要求18的等離子體處理工件裝置，其特征在于各個所述線圈相互并聯連接到所述的射頻源。
20.根據權利要求16的等離子體處理工件裝置，其特征在于在第一和第二端子之間在路程上具有近似相等物理長度。
21.根據權利要求20的等離子體處理工件裝置，其特征在于在第一和第二端子之間有幾個所述繞組部分和同數目的具有相同電學長度的所述路程。
22.根據權利要求21的等離子體處理工件裝置，其特征在于所述幾個路程和繞組部分是這樣排列的，在特定的時刻，射頻源的電流通常是以相同的方向流過所有的繞組部分。
23.根據權利要求22的等離子體處理工件裝置，其特征在于線圈包括具有相同截面幾何尺寸的在空間上平行的第一和第二細長引線，第一和第二端子分別位于第一和第二引線的相反的端頭上，每個繞組部分包括一個在引線之間延伸的細長元件，其相對的兩端連接到引線上，每個元件具有相同的長度和截面幾何尺寸。
24.根據權利要求23的等離子體處理工件裝置，其特征在于每個元件的長度不大于射頻源施加于線圈的波的波長的約十六分之一。
25.根據權利要求21的等離子體處理工件裝置，其特征在于每個繞組部分至少包括一個元件，路程、部分和元件是如此按排的，元件相互間通常平行地延伸，射頻源的電流通常以相反的方向在相互間緊挨著的元件中流動。
26.根據權利要求25的等離子體處理工件裝置，其特征在于線圈包括具有相同截面幾何尺寸的在空間上平行的第一和第二細長引線，第一和第二端子分別位于在第一和第二引線的相反的端頭上，每個繞組部分包括一對串聯連接的細長元件，引線、元件和部分是如此按排的，引線通常在元件的一側，相互間是鄰近的。
27.根據權利要求20的等離子體處理工件裝置，其特征在于具有近似相等物理和電學長度的兩個路程包括(a)分別與第一和第二端子連接的、通常是平行的第一和第二細長引線，(b)在第一和第二引線間延伸的第一和第二線圈元件，端子與位于兩個線圈部分之間的引線連接。
28.根據權利要求16的等離子體處理工件裝置，其特征在于具有相同電學長度的路程中至少有一些在端子間具有基本不等的物理長度，具有基本不等物理長度和近似相等電學長度的路程以不同的電抗值使電學長度近似相等。
29.根據權利要求28的等離子體處理工件裝置，其特征在于在射頻源施加于線圈的電流頻率下每個路程具有相同類型的主要為電抗的阻抗值。
30.根據權利要求29的等離子體處理工件裝置，其特征在于每個路程包括一個連接于一對引線間的元件，引線連接到第一和第二端子，每個元件具有近似相等的物理和電學長度。
31.根據權利要求30的等離子體處理工件裝置，其特征在于每個元件的長度不大于射頻源施加于線圈的波的波長的約十六分之一。
32.根據權利要求29的等離子體處理工件裝置，其特征在于在與相鄰各對所述元件的連接間，所述引線中至少有一個具有不同的電感值。
33.根據權利要求32的等離子體處理工件裝置，其特征在于在與相鄰各對所述元件的連接間，提供具有不同截面積的引線，獲得不同的電感值。
34.根據權利要求29的等離子體處理工件裝置，其特征在于路程中至少有一些包括在射頻源施加于線圈的電流頻率下具有電抗阻抗值的串聯電容器，串聯電容器使路程具有近似相等的長度。
35.根據權利要求34的等離子體處理工件裝置，其特征在于串聯電容器的電容值使每個路程在射頻源施加于線圈的電流頻率下具有主要為容性的阻抗值。
36.根據權利要求34的等離子體處理工件裝置，其特征在于串聯電容的電容值使每個路程在射頻源施加于線圈的電流頻率下具有主要為感性的阻抗值。
全文摘要
一種大工件等離子體加工器,包括具有多個單獨支撐的介電窗口的真空腔體,用于把腔體外產生的射頻場耦合到腔體內,以激勵出等離子體。感應取得磁場的平面線圈具有多個相同電長度的部分,每部分包括與另一部分元件并聯的元件。
文檔編號H01J37/32GK1183853SQ95197834
公開日1998年6月3日 申請日期1995年12月5日 優(yōu)先權日1994年12月6日
發(fā)明者邁克爾·巴恩斯, 尼爾·貝嘉明, 約翰·霍蘭, 理查德·比爾, 羅伯特·韋特羅普 申請人:拉姆研究有限公司