TW202410189A - 電漿處理設備 - Google Patents

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梅瑞特 方克
巴頓 連恩
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日商東京威力科創股份有限公司
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Abstract

電漿處理設備包括第一共振結構及第二共振結構。第一共振結構係經由第一匹配電路耦接至第一RF產生器。第二共振結構圍繞第一共振結構。第二共振結構係經由第二匹配電路耦接至第二RF產生器。

Description

電漿處理設備
本揭示內容大體上關於半導體處理技術，以及在特定實施例中係關於電漿處理設備。 [優先權主張]
本申請案主張於2022年5月19日提出申請之美國非臨時專利申請案第17/748,737號的優先權，藉由參照將該專利申請案併入本文中。
電漿處理乃廣泛地應用於半導體產業內高密度微觀電路的製造與加工。
在電漿處理系統中，輻射進入電漿腔室中的電磁波於腔室內產生電磁場。所產生的電磁場加熱腔室中的電子。被加熱的電子點燃在製程中處理基板的電漿，製程例如用於蝕刻、沉積、氧化、濺鍍、或其他相似的製程。
電漿處理腔室內不均勻的電磁場導致由於基板之不同部分被以變動密度之電漿處理而引起的基板之不均勻處理。需要允許對於電磁場之空間分佈之控制且從而對電漿之均勻性之改善的設備及系統。
依據實施例，電漿處理設備包括：第一共振結構，第一共振結構經由第一匹配電路耦接至第一RF產生器；以及圍繞第一共振結構的第二共振結構，第二共振結構經由第二匹配電路耦接至第二RF產生器。
依據另一實施例，電漿處理設備包括：第一共振結構，第一共振結構產生受第一共振結構影響之第一電漿的第一區；以及第二共振結構，第二共振結構產生受第二共振結構影響之第二電漿的第二區，其中第二區圍繞第一區。
依據又另一實施例，電漿處理設備包括：具有第一共振頻率的第一空腔，第一空腔經由第一電容耦接至導電平面；以及具有第二共振頻率的第二空腔，第二空腔被第一空腔圍繞，第二空腔經由第二電容耦接至導電平面。
應理解的是，先前大體描述內容及以下詳細描述內容皆僅為示例性與說明性的而非如申請專利範圍對於揭示內容有所限制。
以下詳細討論諸多實施例的製作及使用。然而，應理解的是，本文所述的諸多實施例可應用在廣泛諸多的特定情境中。所討論之具體實施例僅為製作及使用諸多實施例之具體方式的說明性內容而不應以有限的範圍解釋所討論之具體實施例。
在本說明書之架構中對於「實施例」或「一實施例」的參照旨在指明關於該實施例所述的特定配置、結構、或特徵係包括在至少一實施例中。因而，可能出現在本說明書之一或更多處的諸如「在實施例中」或「在一實施例中」之片語並不一定指稱一實施例或相同的實施例。再者，在一或更多實施例中可以任何適當的方式結合特定的構造、結構、或特徵。
本文中使用的參照內容僅為了方便起見而提供且因而並沒有限定保護之程度或實施例之範圍。依據本揭示內容的一或更多實施例，本申請案係關於多區共振結構，其中每一多區共振結構包括不只一個組件共振結構。
儘管主要在電漿處理系統內共振結構的脈絡中描述發明實施態樣，但發明實施態樣係可相似地應用至半導體產業以外的領域。可將電漿用於經由官能基添加而處理及修改表面性質。例如，為了處理塗料沉積物之表面，電漿可將疏水表面轉化為親水表面。再者，發明實施態樣不限於電漿。例如，可將RF用於解凍冷凍食品或乾燥紡織品、食品、木材等等。在此些諸多範例及跨產業中，如本文所揭示的均勻振盪磁場係有利的。
在諸多實施例中，對磁場的參照係指以相同頻率振盪的磁場，例如以RF或微波頻率的其中一者。在這些實施例中，磁場並非指DC磁場。以下更詳細地討論此些及其他細節。
依據實施例，多區共振結構提供對於所產生電漿的對稱性控制及徑向均勻性控制而對於基板之電漿處理係有益的。共振結構可為具有一或更多共振電磁頻率的導電結構，並可在共振結構之共振電磁頻率的其中之一或其中之一附近之下驅動共振結構。所揭示之多區共振結構的每一組件共振結構可使用單一頻率或多頻率操作，組件共振結構亦稱為個別共振結構。每一組件共振結構可具有輻射結構(例如，天線)或耦接至輻射結構以與鄰近電漿腔室中之電漿感應地或電容地耦合。
依據實施例，多區共振結構包括以同心方式配置的個別輻射區或共振結構。多區共振結構可包括二或更多個別共振結構。個別共振結構可具有如在俯視圖中見到的圓柱形或多邊形。可藉由屏蔽分隔個別共振結構。在其中待以電漿處理之基板係大的且為矩形的其他實施例中，眾多個別共振結構可在矩形柵中彼此鄰接配置並藉由如以下所述的相似方法控制之，大且矩形的基板例如可用於平板顯示器之製造。
依據實施例，多區共振結構包括調諧元件以調諧它們所附接至的個別共振結構(一或多)之共振頻率。調諧元件可為耦接至個別共振結構之組件(例如，電感或電容)之匹配電路的部件並可藉由外部功率驅動之。
依據實施例，可藉由激磁硬體而分別地或共同地控制多區共振結構的個別共振結構，使得每一共振結構可用獨立於其他共振結構的功率位準驅動之。激磁硬體可包括電容或電感結構。激磁硬體可出現在一個別共振結構中或在不只一共振結構中。激磁硬體可內含在一個別共振結構中或者可延伸進入不只一共振結構中。
依據實施例，多區共振結構可包括天線之間的互耦合、所產生電漿中影響區之間的受控耦合、以及功率饋電與所產生電漿之間的受控耦合。影響區的驅動電路可包括具諧波感測的撓性匹配電路。可將所揭示的多區共振結構與感應耦合共振天線、電容耦合共振天線、或混合式感應耦合與電容耦合共振天線一起使用。可藉由在個別共振結構之間的屏蔽隔離影響區。可將屏蔽接地、浮接、或與個別共振結構之導電組件實體地整合。
依據實施態樣，電漿處理設備包括第一共振結構以及圍繞第一共振結構的第二共振結構，可將第一共振結構稱為多區共振結構。可將第一共振結構經由第一匹配電路耦接至第一RF產生器以及將第二共振結構經由第二匹配電路耦接至第二RF產生器。第一RF產生器及第二RF產生器可為相同的RF產生器。
在實施例中，用於RF功率至電漿之耦合的RF功率鏈係組織為：RF產生器係耦接(例如，經由第一傳輸線)至匹配電路。匹配電路係耦接(例如，經由第二傳輸線)至耦合結構，耦合結構亦稱為共振結構。耦合結構係耦接至共振天線。共振天線係耦合至鄰近電漿腔室中的電漿。
圖1繪示實施例電漿處理系統100的圖式。電漿處理系統100包括RF源102、多區共振結構104、電漿腔室106、及可選地包括介電板114，可(或者可不)如圖1所示的配置介電板114。再者，電漿處理系統100可包括圖1中未描繪的額外組件。
在實施例中，RF源102包括RF功率供應器，RF功率供應器可包括產生器電路及匹配電路(未顯示)。亦可將匹配電路稱為匹配網路。RF源102可供應單一頻率或多頻率。在實施例中，匹配電路跨一或更多電容、電感或以上兩者而將RF源102耦接至多區共振結構104。在實施例中，匹配電路係分佈在多區共振結構104上。多區共振結構104的阻抗可與產生器電路和多區共振結構104間之傳輸線的阻抗不同。此阻抗之差異可導致反射RF功率及降低的功率效率。匹配電路作用而使得從產生器電路側觀察到匹配電路的阻抗大約等於產生器電路的內部阻抗。因而，匹配電路增加從RF源102至多區共振結構104之功率耦合的效率。
在實施例中，RF源102係經由饋送結構103耦接至多區共振結構104。在實施例中，饋送結構103可包括例如同軸電纜等等的功率傳輸線、具導電偏置之介面(參見以下，圖2A)等等、或以上兩者之組合。RF源102提供正向RF波至多區共振結構104。多區共振結構104包括一或更多共振結構(參見以下，圖5A至5B)以及一或更多輻射結構。在實施例中，一或更多輻射結構係封裝在接地盒中，接地盒阻斷電場並減少磁場以確保人類安全並提供從電漿腔室106回到RF源102的接地返回路徑。正向RF波行經多區共振結構104並朝向電漿腔室106傳輸(即，輻射)。
電漿腔室106包括基板夾持具108。如圖所示，基板110係放置在基板夾持具108以待進行處理。可選地，電漿腔室106可包括耦接至基板夾持具108的偏壓功率供應器118。電漿腔室106亦可包括一或更多泵出口116以經由對腔室內氣體流率的選擇性控制而從電漿腔室106中移除副產物。在實施例中，泵出口116係放置在基板夾持具108及基板110附近(例如，下方/圍繞周邊)。
在實施例中，多區共振結構104係藉由介電板114與電漿腔室106分隔，介電板114係由介電材料製成。介電板114將電漿腔室106內的低壓環境與外部大氣壓分隔。應理解的是，可將多區共振結構104直接鄰接於電漿腔室106放置，或者可藉由空氣將多區共振結構104與電漿腔室106分隔。在實施例中，選定介電板114以最小化RF波從電漿腔室106之反射。在其他實施例中，多區共振結構104係至少部分地嵌入介電板114中。
在實施例中，多區共振結構104將RF功率從RF源102耦合至電漿腔室106以處理基板110。特別是，多區共振結構104響應於被饋送來自RF源102的正向RF波而輻射一或更多電磁波。一或更多輻射電磁波從介電板114的大氣壓側(即，多區共振結構104側)穿透至電漿腔室106中。一或更多輻射電磁波產生電漿腔室106內的一或更多各別電磁場。所產生的一或更多電磁場藉由轉移能量至電漿腔室106內的自由電子而點燃並維持電漿112。電漿112例如可用於在基板110上選擇性地蝕刻或沉積材料。
在圖1中，多區共振結構104係顯示為在電漿腔室106之外部。然而，在實施例中，可將多區共振結構104放置於電漿腔室106之內部。
在實施例中，多區共振結構104的一或更多操作頻率係在1 MHz至6 GHz的範圍內。在實施例中，藉由多區共振結構104傳遞的功率範圍從10 W至10 kW而由諸多因素決定之，例如與多區共振結構104之距離、阻抗值等等。
圖2A至4B繪示依據某些實施例而具有電容設計之變化的共振結構之範例。可將共振結構經由一或更多電容結構(例如，固定或可變電容)耦接至地面。應理解的是，圖2A至4B的共振結構係顯示輻射結構、電容、及未耦合至功率之接地平面之可能配置的非限制性範例，且全部的範例皆可耦合至功率(例如，RF源)以產生電漿。
圖2A繪示具有輻射結構210(亦稱為天線)之示例性共振結構(亦稱為空腔)的剖面圖，輻射結構210係經由兩導電板205耦接至接地平面202(亦稱為導電平面)。示例性共振結構可具有在俯視圖中之任何合適的形狀，例如圓形、多邊形、或環形(參見以下，圖5B)。在某些實施例中，輻射結構210係螺旋天線。然而，輻射結構210可為適用於產生電漿的任何結構。在某些實施例中，接地平面202並未接地而係經由例如匹配電路耦接至地面的共用板。
導電板205係藉由各別的導電偏置208耦接至輻射結構210。雖然導電偏置208係繪示為耦接至輻射結構210的相對兩端，但可將導電偏置208耦接至輻射結構210上任何合適的位置。例如，可將一導電偏置208耦接至輻射結構210的外緣，並可將另一導電偏置208耦接至輻射結構210的中心點。圖2A中繪示的橫截面切過所繪示的導電偏置208。在實施例中，於輻射結構210與導電板205之間存在額外的導電偏置208或非導電(例如，絕緣)偏置。
導電板205係進一步跨絕緣結構204耦接至接地平面202。絕緣結構204係由例如介電材料等等的電絕緣材料構成。在實施例中，絕緣結構204由空氣或真空構成。
圖2B繪示圖2A之示例性共振結構的示意圖，亦將其稱為浮接共振結構。藉由跨絕緣結構204耦接至接地平面202的導電板205形成每一電容206。輻射結構210係經由兩電容206耦接至接地平面202而使得電容206係在輻射結構210之兩端上而介於輻射結構210與接地平面202之間。兩電容206代表導電結構的等效電容，導電結構包括各別的導電板205及接地平面202。在其中輻射結構210為電感的某些實施例中，輻射結構210與電容206形成CLC電路。
圖3A繪示具有輻射結構210之示例性共振結構的剖面圖，輻射結構210具有經由較寬導電板205a耦接至接地平面202的一端以及經由較寬導電板205a及較窄導電板205b耦接至接地平面202的另一端。
較寬導電板205a係藉由較寬絕緣結構204a與接地平面202分隔。較寬導電板205a係藉由導電偏置208耦接至輻射結構210。在某些實施例中，較寬導電板205a及較寬絕緣結構204a具有等於或大於輻射結構210之寬度的各別寬度。
較窄導電板205b係藉由較窄絕緣結構204b與較寬導電板205a分隔。較窄導電板205b係藉由導電偏置208耦接至輻射結構210。在某些實施例中，較窄導電板205b及較窄絕緣結構204b具有小於輻射結構210之寬度的各別寬度。
圖3B繪示圖3A之示例性共振結構的示意圖，其中輻射結構210的一端經由電容206a耦接至接地平面202，且輻射結構210的另一端經由電容206a及206b耦接至接地平面202。電容206a係藉由跨較寬絕緣結構204耦接至接地平面202的較寬導電板205a形成。電容206b係藉由跨較窄絕緣結構204b耦接至較寬導電板205a的較窄導電板205b形成。圖3A及3B的示例性共振結構包括相應於輻射結構210之電感的LC共振電路，輻射結構210之電感係耦合至電容206b之電容。
圖4A繪示具有輻射結構210之示例性共振結構的剖面圖，輻射結構210具有接地的一端以及經由導電板205c耦接至接地平面202的另一端。輻射結構210的一端係經由導電偏置208(亦稱為柱)耦接至接地平面202。
導電板205c係藉由絕緣結構204c與接地平面202分隔。較窄導電板205c係藉由另一導電偏置208耦接至輻射結構210。
圖4B繪示圖4A之示例性共振結構的示意圖，其中輻射結構210的一端藉由至接地平面202的耦接而接地，且輻射結構210的另一端經由電容206c耦接至接地平面202。電容206c係藉由跨絕緣結構204c耦接至接地平面202的導電板205c形成。在其中輻射結構210為電感的某些實施例中，輻射結構210與電容206c形成LC電路。
依據某些實施例，圖5A及5B繪示具有圍繞內共振結構504之外共振結構502的多區共振結構500。圖5A繪示多區共振結構500的剖面圖，且圖5B繪示多區共振結構500的俯視圖。如圖5A及5B中所示，外共振結構502及內共振結構504具有以軸510為中心的圓柱狀。亦將外共振結構502及內共振結構504稱為輻射區或空腔。儘管圖5A及5B係顯示具有具圓柱狀的共振結構，但應理解共振結構的形狀(此處為圓柱形)係非限制性的而可相似地考慮其他形狀(參見以下，圖5C)。
外共振結構502及內共振結構504可各自包括各別的如以上在圖2A至4B中所繪示的輻射結構210、電容、及導電偏置。例如，外共振結構502及內共振結構504可在它們各別的底部上各自具有各別的輻射結構210。然而，可將任何合適的內部結構用於外共振結構502及內共振結構504。
當使用單一固定共振頻率時，耦合至特定共振結構(例如，外共振結構502及或共振結構504)的功率量可取決於共振結構之相對於耦接至共振結構之功率源(例如，RF源102；參見以上，圖1)之固定驅動頻率的共振頻率。可藉由例如使用調諧元件506調諧共振結構的共振頻率而將由共振結構產出的電漿量有利地調整至所需量。
在某些實施例中，將各別的調諧元件506耦接至外共振結構502及內共振結構504。調諧元件506可為耦接至外共振結構502及內共振結構504之組件(例如，電感或電容)且藉由外部功率驅動之匹配電路的部件。調諧元件506調諧其所附接至的共振結構(一或多)之共振頻率。調諧元件506可為機械的或電子的且包括分散的多個元件，例如可個別地切換為開與關以變更共振結構(一或多)之共振頻率的電容、電感、或以上之組合。調諧元件506亦可為單一可變組件或元件，例如單一可變電容(亦稱為變容器)或單一可變電感。在某些實施例中，調諧元件506包括具有固定電容或固定電感的一或更多元件以及具有可變電容或可變電感的一或更多元件。
將調諧元件506以圍繞軸510之對稱圖案配置可為有益的，以便增加由外共振結構502及內共振結構504產生之電漿的對稱性。然而，應理解的是，可將調諧元件506以任何合適的圖案配置，包括不對稱的配置。
調諧元件506與共振結構以及在鄰近電漿腔室106(參見以上，圖1)中產生的電漿形成各別的共振電路。例如，外共振結構502、耦接至外共振結構502的調諧元件506、以及耦合至外共振結構502的電漿形成共振電路，且內共振結構504、耦接至內共振結構504的調諧元件506、以及耦合至內共振結構504的電漿形成共振電路。調諧元件506允許包括外共振結構502及內共振結構504之各別共振電路的共振頻率被調諧。在某些實施例中，調諧元件506允許將共振電路的共振頻率調諧超出在無調諧元件506存在下之共振電路之共振頻率0.01 MHz至100 MHz的範圍。
可將調諧元件506控制以與來自功率源(例如，RF源102；參見以上，圖1)的負載變化匹配。可在調諧對於鄰接至外共振結構502及內共振結構504之電漿腔室106(參見以上，圖1)中電漿具有或不具有直接激發效果的情況下，將經由調諧元件506的調諧施加至外共振結構502及內共振結構504。除了經由調諧元件506的調諧之外，可將共振結構(一或多)之輻射結構210的一側接地(參見以上，圖4A)。
在某些實施例中，於多區共振結構500中不存在調諧元件506。在無調諧元件506之存在的情況下，外共振結構502及內共振結構504可具有各別的固定共振頻率。
在某些實施例中，外共振結構502及內共振結構504的輻射結構210係電感且在電感之間具有互感耦合。
圖5C繪示多區共振結構500之實施例的俯視圖，其中外共振結構502、內共振結構504、及調諧元件506具有多邊形內側壁及外側壁。如圖5C中所繪示的，多區共振結構500具有在俯視圖中的八角形。然而，多區共振結構500可具有任何合適的形狀，例如正方形、五邊形、六邊形、十二邊形等等，且可理解筆直側壁與彎曲側壁的任何合適組合皆在實施例的範圍之內。
圖5D繪示圖5A之多區共振結構500的示例性示意圖，其中外共振結構502與內共振結構504共享電容。外共振結構502的輻射結構210係跨電容516A及516B而耦接至地面，且內共振結構504的輻射結構210係跨電容516B及516C而耦接至地面。如此，外共振結構502與內共振結構504例如藉由共享於外共振結構502與內共振結構504之邊界處的一或更多導電偏置208(參見以上，圖2A)而共享電容516B。
在某些實施例中，儘管圖5D的外共振結構502與內共振結構504共享電容516B，但外共振結構502與內共振結構504於不同頻率下操作，所述不同頻率係被供應為具不同頻率的兩組脈衝或為二或更多頻率的多音混合。
圖5E及5F分別繪示多區共振結構500之實施例的剖面圖及俯視圖。如圖所示，額外共振結構508圍繞外共振結構502與內共振結構504。如圖5E中所繪示的，多區共振結構500具有圍繞軸510的三個個別的共振結構。然而，多區共振結構500可包括任何合適數量的共振結構，例如圍繞軸510配置的四至六個共振結構。針對具有以網格圖案配置之共振結構的示例性電漿反應器或腔室(例如，針對平面顯示器之製造所設計者)，共振結構的數量可大於六，例如十六至三十二個共振結構。此外，於外共振結構502、內共振結構504、額外共振結構508、或以上的任意組合之上可存在各別的調諧元件506。
如圖5F中所繪示的，外共振結構502、內共振結構504、及額外共振結構508具有在俯視圖中的圓形。然而，外共振結構502、內共振結構504、額外共振結構508、以及圍繞軸510配置的任何其他共振結構(一或多)可具有任何合適的圓形或多邊形而具有筆直或圓形側壁的任意組合。
圖5G繪示圖5E及5F之多區共振結構500的示例性示意圖，其中外共振結構502與內共振結構504共享電容且外共振結構502與額外共振結構508共享電容。外共振結構502的輻射結構210係跨電容516A及516B而耦接至地面，內共振結構504的輻射結構210係跨電容516B及516C而耦接至地面，且額外共振結構508的輻射結構210係跨電容516A及516D而耦接至地面。如此，外共振結構502與額外共振結構508共享電容516A，且外共振結構502與內共振結構504共享電容516B。
圖6至12繪示具有激磁硬體之多區共振結構的諸多實施例。圖6至12的多區共振結構可具有如以上關於圖5A及5B所述之多區共振結構500的相似結構而具有由相似數字所描述的相似元件。例如，多區共振結構可具有圓柱形且係沿著如圖5A中所繪示之相同橫截面圖顯示之。
依據某些實施例，圖6繪示具有激磁硬體的示例性多區共振結構600。激磁組件602實體地存在於多區共振結構600的內共振結構504中。激磁組件602可為合適的硬體件，例如產生磁場之感應線圈或產生電場之電容，而能夠對多區共振結構600之共振結構中的電場或磁場施加影響或激磁。在某些實施例中，激磁組件602對電漿腔室106(參見以上，圖1)中的電漿112施加影響或激磁。激磁組件602係藉由可經由匹配電路耦接至激磁組件的功率源或外部產生器(例如，RF源102；參見以上，圖1)驅動之。
如圖6中所繪示的，激磁組件602的影響區604延伸經過內共振結構504以及經過外共振結構502。作為範例，影響區604可為當激磁組件602係感應線圈時由激磁組件602產生的磁場。在某些實施例中，影響區604包括從輻射結構耦合至電漿112而具有在0.1 G至2 T之範圍內強度的磁場、或是具有在1 V/cm至3000 V/cm之範圍內強度的電場。可在電漿112中感應出具有在10 V/cm至300 V/cm之範圍內強度的電場，或者可在電漿中感應出在1 A至20 A之範圍內的電流。激磁組件602可激磁內共振結構504及外共振結構502中的電場或磁場，且所述電場或磁場然後可如所期望地激磁電漿112以有利地改善電漿之能量或密度。此對於基板之電漿處理可為有益的。
以圍繞軸510之對稱圖案配置激磁硬體(包括激磁組件602)以增加由外共振結構502及內共振結構504所產生之電漿的對稱性可為有利的。然而，應理解的是，可以任何合適的圖案配置激磁硬體，包括不對稱的配置。
依據某些實施例，圖7繪示具有激磁硬體的示例性多區共振結構700。激磁組件702實體地存在於多區共振結構700的外共振結構502中。激磁組件702可為相似於如以上關於圖6所述之激磁組件602的合適硬體件。如圖7中所繪示的，激磁組件702的影響區704延伸經過內共振結構504以及經過外共振結構502。如圖6及7中所繪示的，激磁硬體可存在於內共振結構504抑或外共振結構502中並產生經過內共振結構504及外共振結構502兩者的影響區。
依據某些實施例，圖8繪示具有激磁硬體的示例性多區共振結構800。在圖8中，激磁組件802a實體地存在於多區共振結構800的外共振結構502中，且另一激磁組件802b實體地存在於多區共振結構800的內共振結構504中。外共振結構502中的激磁組件802a在外共振結構502中產生影響區804a，且內共振結構504中的激磁組件802b在內共振結構504中產生影響區804b。
依據某些實施例，圖9繪示具有激磁硬體及屏蔽的示例性多區共振結構900，屏蔽將外共振結構502與內共振結構504隔開。多區共振結構900可相似於以上關於圖8所述的多區共振結構800而具有屏蔽902的添加。
屏蔽902將外共振結構502與內共振結構504隔開。由於屏蔽的關係，可將每一各別激磁組件802a及802b的影響區804a及804b侷限在包含激磁組件802a或802b的各別共振結構。
作為範例，屏蔽902可為圓柱形導電材料片，導電材料例如為銅等等。在某些實施例中，屏蔽902具有在0.1 mm至12.7 mm之範圍內的厚度。屏蔽902可阻止來自電容耦合之電場的穿透並減少來自電感耦合之磁場的穿透。在某些實施例中，屏蔽902係例如鋁的金屬。屏蔽902係可耦接至地面或可為浮接的。在某些實施例中，屏蔽902具有具吸收材料的內襯墊或外襯墊而吸收或阻斷磁場或電場，吸收材料例如為頻率在2 MHz至150 MHz之範圍內的高磁導率鐵氧磁體(鈷鎳鋅)材料。在某些實施例中，屏蔽902係實體地耦接至絕緣結構204(參見以上，圖2A)。例如，可藉由耦接至絕緣結構204的介電支架支托屏蔽902。屏蔽可為整合支架的部件，例如為將輻射結構210耦接至電容206(參見以上，圖2A至2B)的層壓導電偏置208。例如，可將包含鋁的導電偏置208與錫基材料層壓。
依據某些實施例，圖10繪示具有延伸進入多個共振結構中並影響多個共振結構之激磁硬體的示例性多區共振結構1000。激磁組件1002延伸進入內共振結構504及外共振結構502兩者中。由激磁組件1002產生的影響區1004延伸經過內共振結構504及外共振結構502兩者。
圖11及12分別繪示具有影響區中電場或磁場至鄰近共振結構之耦合的多區共振結構1100與1200之範例。在一共振結構中具局部影響的影響區中電場或磁場可耦合至在另一共振結構中的電場或磁場並激磁另一共振結構中的電場或磁場。此舉可能在當外共振結構502與內共振結構504的共振頻率具有100 MHz或更小之差異時發生，例如在1 kHz至2000 kHz之範圍內的差異。可藉由以脈衝方式供應RF功率或藉由將共振結構彼此屏蔽開來而減少或防止鄰近共振結構之間不期望的耦合。
在圖11中，激磁組件1102存在於外共振結構502中並產生對於外共振結構502中之電場或磁場具局部影響的影響區1104。然而，外共振結構502係電容地或感應地耦合至內共振結構504。如藉由箭號所繪示的，一旦激磁外共振結構502，外共振結構502中的電場或磁場便藉由電容或感應耦合而進一步耦合至內共振結構504中的電場或磁場。
在圖12中，激磁組件1202存在於內共振結構504中並產生對於內共振結構504中之電場或磁場具局部影響的影響區1204。然而，內共振結構504係電容地或感應地耦合至外共振結構502。如藉由箭號所繪示的，一旦激磁內共振結構504，內共振結構504中的電場或磁場便藉由電容或感應耦合而進一步耦合至外共振結構502中的電場或磁場。
進一步參考圖11及圖12，耦合至來自一共振結構(例如，外共振結構502)中影響區之電場或磁場並受其激磁的電漿(例如，在鄰接的電漿腔室106中；參見圖1)可與耦合至鄰近共振結構(例如，內共振結構504)的電漿電容地或感應地耦合。在某些實施例中，此耦合至鄰近共振結構(例如，外共振結構502及內共振結構504)之電漿的電容或感應耦合係在當電漿具有在10 9cm -3至10 12cm -3之範圍內密度、於0.5 eV至15 eV之範圍內離子能量、具有在0.1 G至100 G之範圍內磁通密度時發生。
在某些實施例中，在鄰接至一共振結構的介電材料(例如，在介電板114中；參見以上，圖1)與鄰接至鄰近共振結構的介電材料之間發生感應耦合。介電材料可具有在20 mm至25 mm之範圍內的厚度以支持電漿腔室106中的真空。
圖13至16繪示穿過示例性多區共振結構的部分橫截面，其中該些橫截面通過各共振結構一次。例如，針對具有圓柱形狀的多區共振結構，圖13至16繪示從各別外共振結構502之左側至各別多區共振結構之各別中心軸510(未繪示；參見以上，圖5A)的各別部分橫截面。
依據某些實施例，圖13繪示具有激磁硬體及可變耦合元件的示例性多區共振結構1300。於外共振結構502及內共振結構504中存在各別的激磁組件802，各激磁組件802產生影響區804。激磁組件802係藉由各別的可變耦合元件1306耦接至功率分配共用元件1302(亦稱為匯流排)。可將功率分配共用元件1302耦接至RF產生器(例如，RF源102；參見以上，圖1)。
可變耦合元件1306可為電感或電容。可藉由變化可變耦合元件1306的電感或電容而控制供應至激磁組件802的功率及頻率。此舉實現經由單一功率分配共用元件1302供應至激磁組件802的不同功率量或不同頻率。可供應一頻率或兩頻率至激磁組件802。在其中存在具有各別激磁組件802與可變耦合元件1306之額外共振結構的實施例中，可供應不只兩頻率至激磁組件802。
依據某些實施例，圖14至16繪示用於單一激磁硬體配置的不同激磁方法。圖14至16的激磁方法允許對單一共振結構經由激磁組件使用一或更多頻率的控制。
在圖14中，多區共振結構1400包括在外共振結構502中的激磁組件702以及耦接至內共振結構504的調諧元件506。激磁組件702在外共振結構502與內共振結構504兩者中皆產生影響區704。經由激磁組件702供應第一頻率F 1，且調諧元件506使內共振結構504的共振頻率能獨立於外共振結構502的共振頻率受控。此舉允許內共振結構504的共振頻率經由調諧元件506的操作而被設定為更接近抑或更遠離第一頻率F 1。
應理解的是，激磁組件702在外共振結構502中且調諧元件506耦接至內共振結構504乃為非限制性的範例。激磁組件及調諧組件與各別共振結構的任意組合皆在圖14至16中所繪示之實施例的範圍內。例如，任意共振結構可具有各別的激磁組件並可耦接至各別的調諧元件。
在圖15中，多區共振結構1500包括在外共振結構502中的激磁組件702而具有同時供應至激磁組件702的第一頻率F 1與第二頻率F 2。如此，激磁組件702在外共振結構502與內共振結構504兩者中皆產生影響區704，而藉由第一頻率F 1與第二頻率F 2控制影響區704。
在某些實施例中，第一頻率F 1較接近外共振結構502的共振頻率並更強烈地影響外共振結構502，且第二頻率F 2較接近內共振結構504的共振頻率並更強烈地影響內共振結構504。可藉由控制例如具有第一頻率F 1與第二頻率F 2之波形的振幅而控制提供至外共振結構502與內共振結構504之每一者的功率量。
在圖16中，多區共振結構1600包括在外共振結構502中的激磁組件702而具有供應至激磁組件702作為交錯脈衝的第三頻率F 3與第四頻率F 4。如此，激磁組件702在外共振結構502與內共振結構504兩者中皆產生影響區704，而藉由第三頻率F 3與第四頻率F 4的交錯脈衝控制影響區704。
在某些實施例中，第三頻率F 3較接近外共振結構502的共振頻率並更強烈地影響外共振結構502，且第四頻率F 4較接近內共振結構504的共振頻率並更強烈地影響內共振結構504。可藉由控制例如交錯脈衝的長度與振幅而控制提供至外共振結構502與內共振結構504之每一者的功率量。
圖17至28繪示以上關於圖2A至16所述之實施例的諸多範例。圖17至28繪示的範例包括與電容之諸多配置的低阻抗耦合以及將輻射結構(例如，天線)靠近放置而近至足以實現強烈互耦合的互感耦合。應理解的是，圖17至28的範例係非限制性的，且包括圖17至28之範例中特徵之任意適當組合的實施例皆在本揭示內容的範圍之內。
圖17繪示多區共振結構1700的剖面圖，多區共振結構1700係以上關於圖5A所述之多區共振結構500的詳細範例但不具有調諧元件。多區共振結構1700係繪示為不包括任何激磁組件，例如感應驅動線圈或電容或調諧元件。然而，應理解的是，多區共振結構1700係非限制性的範例且實施例可包括如以上或以下所述之激磁組件、調諧元件、功率饋電、或匹配電路的任意適當組合。
在圖17中，多區共振結構1700係繪示為被放置在電漿腔室106之上的介電板114上方的大氣1720中。介電板114及電漿腔室106可具有如以上關於圖1所述的相似結構。電漿腔室106含有在接近真空環境中的電漿112。電漿112係感應耦合至外共振結構502與內共振結構504的各別輻射結構210。
外共振結構502與內共振結構504的每一者包括藉由導電板205跨絕緣結構204至接地平面202之耦接所形成的各別電容206。儘管接地平面202係繪示為接地的，但接地平面202可為浮接的或耦接至任何合適的參考電壓。每一電容206可為接地的亦或浮接的、或者耦接至任何合適的參考電壓。在其中例如一電容206接地且另一電容206浮接的實施例中，接地平面202可具有將接地電容206與浮接電容206電氣隔離的間隙或介電結構。
在圖17之所繪示的實施例中，外共振結構502具有外部電容206A及內部電容206B，且內共振結構504具有外部電容206C及內部電容206D。在其他實施例中，外共振結構502與內共振結構504可具有不同數量或不同配置的電容。例如，外共振結構502與內共振結構504可具有在其邊界處的共享電容及共享導電偏置(參見以下，圖20)。
在某些實施例中，接地外殼(未繪示)從接地平面202延伸並將電漿腔室106、外共振結構502、及內共振結構504封入。接地外殼為耦合進入電漿112中的功率提供接地回路。
在某些實施例中，多區共振結構1700的外共振結構502與內共振結構504係各自為包括各別外部電容206、各別輻射結構210、及各別內部電容206的浮接共振電路區。可將電容206的任意組合接地。輻射結構210感應耦合至電漿腔室106中的電漿112。
在某些實施例中，各別輻射結構210包括配置在各別內環與各別外環之間具有阿基米德螺旋形狀的八個臂。可將各別輻射結構210的每一臂經由各別的內環與外環耦接至共用電容206。在其他實施例中，藉由狹縫或介電材料將該些臂彼此電氣隔離。
圖18繪示多區共振結構1800的剖面圖，多區共振結構1800相似於多區共振結構1700(參見以上，圖17)但包括堆疊電容設計。外共振結構502與內共振結構504各自包括與各別導電板205重疊的各別導電板1805。各別的絕緣結構1804係配置在導電板1805與導電板205之間。藉由導電板205跨絕緣結構204與接地平面202的耦接形成電容206，並且藉由導電板1805跨絕緣結構1804與導電板205的耦接形成電容1806。
如圖18中所示，電容206與電容1806在外共振結構502與內共振結構504中堆疊。此舉提供更為緊密的設計並可允許外共振結構502與內共振結構504之各別半徑的減小以及在相同空間量中圍繞外共振結構502之一或更多額外共振結構的包含。
多區共振結構1800係繪示為不包括至功率驅動(例如，感應驅動線圈或電容)或調諧元件的任何耦接。然而，應理解的是，多區共振結構1800係非限制性的範例且實施例可包括如以上或以下所述之激磁組件、調諧元件、功率饋電、或匹配電路的任意適當組合。
圖19繪示多區共振結構1900的剖面圖，多區共振結構1900係在以上關於圖8所述之多區共振結構800之實施例中感應功率耦合的詳細範例。多區共振結構1900相似於如以上關於圖17所述的多區共振結構1700，但多區共振結構1900進一步包括在外共振結構502及內共振結構504之每一者中的感應驅動線圈1910作為激磁組件以與外共振結構502及內共振結構504的各別輻射結構210感應耦合。可藉由與接地腔室壁或電漿腔室106(參見以上，圖1)之屏蔽分離5 mm至100 mm之範圍內的距離而將感應驅動線圈1910與電漿生成隔離。
每一感應驅動線圈1910係耦接至各別的功率饋電1912以及各別的接地或匹配電路1914。每一感應驅動線圈1910可經由各別的功率饋電1912接收單頻或變頻。可將接地或匹配電路1914耦接至地面抑或至匹配電路。在某些實施例中，功率饋電1912包括用於分離之功率與頻率控制的多個功率饋電。
外共振結構502及內共振結構504的感應驅動線圈1910具有與外共振結構502及內共振結構504之各別輻射結構210的感應耦合，以便經由輻射結構210將功率移送至電漿112。可將感應驅動線圈1910設計為共振或非共振的。可經由相同的感應驅動線圈1910及功率饋電1912以兩不同頻率移送功率。輻射結構210可用作為功率之感應拾取器及用於耦合至電漿112之感應天線兩者。
在某些實施例中，感應驅動線圈1910存在於外共振結構502及內共振結構504的每一者中作為單匝線圈。感應驅動線圈1910係彼此獨立的並可各自具有單匝或多匝設計。然而，感應驅動線圈1910可為任意形狀而耦接至各別的輻射結構210。例如，感應驅動組件可為匹配各別輻射結構210之圖案的弧形或線形片段，而非線圈。在某些實施例中，感應驅動線圈1910係各自為一對覆蓋每一方位角平面180°的半線圈，而每一各別的半線圈具有其各自的各別功率饋電以及接地或匹配電路耦合。
圖20繪示多區共振結構2000的剖面圖，多區共振結構2000係在以上關於圖6所述之多區共振結構600之實施例中感應功率耦合的詳細範例。多區共振結構2000包括藉由低阻抗共用中央電容206耦接至接地平面202的輻射結構210及感應驅動線圈2010。在某些實施例中，共用中央電容206的電容係在5 pF至1000 pF的範圍內。儘管外共振結構502與內共振結構504共享共用中央電容206但仍可以不同的共振頻率操作。接地平面202包括圍繞軸510的中央孔洞，功率饋電2012以及接地或匹配電路2014經由中央孔洞耦接至感應驅動線圈2010。
感應驅動線圈2010可經由單一功率饋電2012接收兩頻率並且用作為激磁組件以與藉由輻射結構210產生的磁場感應耦合。感應驅動線圈2010亦與電漿112感應耦合並產生電漿112。
外共振結構502具有低阻抗外部電容206以及與內共振結構504共享的低阻抗內部電容206。如此，外部電容206、輻射結構210、及內部電容206形成浮接共振電路。在某些實施例中，外部電容206的電容係在5 pF至1000 pF的範圍內。
在某些實施例中， 輻射結構210包括配置在內環與外環之間的八個臂。內部電容206係耦接至輻射結構210的低阻抗中央環。內部電容206具有與感應驅動線圈2010的互耦合。
在某些實施例中， 輻射結構210與感應驅動線圈2010的電感結構係重疊的。在其他實施例中，輻射結構210感應地耦合至電漿，同時可將輻射結構210之電路與感應驅動線圈2010之電路間的功率耦合分隔開來(例如，導電偏置208係輻射結構210之電路的感應耦合)。
圖21繪示多區共振結構2100的剖面圖，多區共振結構2100係相似於多區共振結構2000(參見以上，圖20)之感應功率耦合的詳細範例而具有在輻射結構210與感應驅動線圈2010之間的額外電容2105。
在某些實施例中，輻射結構210包括配置在內環與外環之間的四個臂。介於輻射結構210與感應驅動線圈2010之間的電容2105係藉由輻射結構210的內環以及感應驅動線圈2010的迴路形成，輻射結構210的內環以及感應驅動線圈2010的迴路係跨以介電質填充的間隙而電容地耦合。介電質可為大氣、空氣、陶瓷、鐵氟龍等等，或以上之組合。鐵氟龍可維持輻射結構210之內環與感應驅動線圈2010之迴路間更均勻的間隔並可減少它們之間的電弧放電。在某些實施例中，電容2105具有在1 pF至100 pF之範圍內的電容。
在某些實施例中，代替電容2105而基於給定頻率下的電流方向在輻射結構210的共用導電結構(例如，輻射結構210的導電中央環或部分)與感應驅動線圈2010之間使用感應耦合。此在輻射結構210的共用導電結構與感應驅動線圈2010之間的感應耦合係和感應驅動線圈與輻射結構210的臂之間的感應耦合不同的感應耦合方法。
圖22A繪示多區共振結構2200的剖面圖，多區共振結構2200係在以上關於圖7所述之多區共振結構700之實施例中電容功率耦合的詳細範例。使用電容功率耦合的激磁組件包括由導電板2005、介電結構2004、及接地平面202形成的電容2006。在圖22A所繪示的範例中，電容2006係在外共振結構502的內緣上而較靠近軸510。然而，電容2006亦可在外共振結構502的外緣上而較遠離軸510，或者位於任何其他合適的位置。
在某些實施例中，外共振結構502及內共振結構504係各自為包括各別外部電容206、各別輻射結構210、及各別內部電容206的浮接共振電路區。
電容耦合乃藉由電容2006與外共振結構502的輻射結構210之間的電容耦合而驅動輻射結構210。電容2006係耦接至功率饋電1912以及接地或匹配電路1914以便使用單頻或多頻驅動電容2006。在某些實施例中，提供一或更多變頻至電容2006。在某些實施例中，外共振結構502的電容206亦電容耦合至內共振結構504的輻射結構210。
在某些實施例中，額外的功率饋電及匹配電路係耦接至內共振結構504的電容206，以便使用單頻驅動以調諧內共振結構504的共振頻率。匹配電路可包括一或更多調諧元件，例如電容或電感(固定的抑或可變的)。此舉可實現調整經由電容2006至外共振結構502之輻射結構210以及內共振結構504之輻射結構210的電容耦合所提供的相對功率量。在某些實施例中，存在第三區(例如，額外共振結構508；參見以上，圖5E至5G)，第三區具有耦接至第三區之各別電容的另一各別功率饋電及匹配電路，以便使用單頻驅動以調諧第三區的共振頻率。
藉由與外共振結構502之輻射結構210的互感耦合而驅動內共振結構504的輻射結構210。各別的輻射結構210係靠近放進而足夠相近(例如，分隔5 mm至100 mm之範圍內的距離以實現強烈的互感耦合)。在其他實施例中，外共振結構502與內共振結構504可重疊而提供它們之間的感應耦合，同時可藉由以超過20 mm之距離隔開的各別輻射結構210來減少電漿耦合的面積。在某些實施例中，互感耦合係在內共振結構504的共振頻率下發生並且在內共振結構504的輻射結構210之下點燃電漿112。在某些實施例中，互感耦合係在外共振結構502的共振頻率下發生並且在外共振結構502的輻射結構210之下點燃電漿112。
在某些實施例中，互感耦合係在外共振結構502與內共振結構504的共享共振頻率下發生並且在外共振結構502與內共振結構504之兩者的各別輻射結構210之下點燃電漿112。可將匹配電路耦接至外共振結構502與內共振結構504的一或二者以藉由隨著電漿112之密度變化調諧共振結構之共振頻率而維持該共振結構的共振。匹配電路可使用諧波感測而逕跡共振結構，例如在各別的功率饋電及匹配電路饋電兩者中使用感應線圈感測器。
圖22B及22C繪示將共振結構耦接至各別RF源102的兩匹配電路2214的示例性示意圖。每一匹配電路2214包括與外共振結構502及內共振結構504之每一者並聯耦接的可變電容2210以及在各別可變電容2210與各別RF源102之間耦接的可變電容2212。圖22B繪示其中外共振結構502經由電容206A及電容206B耦接至各別匹配電路2214且內共振結構504經由電容206C及電容206D耦接至各別匹配電路2214的範例。圖22C繪示其中外共振結構502經由電容206A耦接至各別匹配電路2214、內共振結構504經由電容206D耦接至各別匹配電路2214、且外共振結構502與內共振結構504之共用電容206B/C耦接至兩匹配電路2214的範例。
在某些實施例中，互感耦合包括使用同時或脈衝地經由外共振結構502與內共振結構504疊加且被調整以維持外共振結構502與內共振結構504之每一者之共振控制及平衡的兩頻率。例如，可經由使用多音驅動的電容2006(參見以上，圖22A)供應所述兩頻率。應注意的是，可依據以上圖15及圖16使用具有一RF源102的多頻產生器提供多頻。在某些實施例中，於諸多配置中包括例如可變電容2210及可變電容2212之個別的匹配元件。
在某些實施例中，藉由內共振結構504中的導電板2005及介電結構2004形成電容2006(參見以上，圖22A)，使得電容係電容耦合至內共振結構504的輻射結構210而非外共振結構502的輻射結構210。圖22D繪示藉由互感耦合結構2217驅動的外共振結構502之輻射結構210。互感耦合結構2217包括耦接至內共振結構504之輻射結構210的一或更多電感2215以及耦接至外共振結構502之輻射結構210的一或更多電感2216。電感(一或多)2215係與電感(一或多)2216互耦合。外共振結構502可包括調諧結構(例如，耦接至功率饋電及匹配電路的電容或電感)以匹配內共振結構504的共振頻率。
圖23繪示多區共振結構2300的剖面圖，多區共振結構2300係在以上關於圖7所述之多區共振結構700之實施例中感應功率耦合的詳細範例。感應驅動線圈2310係在外共振結構502中。可藉由與電漿腔室106分離10 mm至100 mm之範圍內的距離而將感應驅動線圈2310與電漿生成隔離。由於可能需要介電板114的厚度來支持電漿腔室106中的真空，故可使用例如鐘形的介電板114及電漿腔室106來實現約10 mm的間隔距離。在某些實施例中，間隔距離係可變的，而使用機械致動器以調整感應驅動線圈2310的相對高度。感應驅動線圈2310用作為激磁組件以與外共振結構502的輻射結構210感應耦合。
感應驅動線圈2310可具有垂直或水平配置的多個線圈。在依據圖23的實施例中，感應驅動線圈2310係具有水平配置之線圈的兩匝線圈。在其他實施例中，感應驅動線圈2310係具有垂直堆疊之線圈的兩匝線圈。然而，感應驅動線圈2310可為任意形狀而耦接至各別的輻射結構210。例如，感應驅動組件可為與各別輻射結構(一或多)210之圖案匹配的弧形或線形片段，而非線圈。在某些實施例中，感應驅動線圈2310係一對覆蓋每一方位角平面180°的半線圈，而每一各別的半線圈具有其各自的各別功率饋電以及接地或匹配電路耦合。
感應驅動線圈2310係耦接至各別的功率饋電1912及各別的接地或匹配電路1914。感應驅動線圈2310可經由各別的功率饋電1912接收單頻或變頻。
藉由與感應驅動線圈2310的感應耦合而驅動內共振結構504的輻射結構210，感應驅動線圈2310產生耦合至外共振結構502及內共振結構504的磁場。可藉由與外共振結構502之輻射結構210的互感耦合而進一步驅動輻射結構210。在多區共振結構2300中的互感耦合可相似於以上關於圖22A所述之在多區共振結構2200中的互感耦合，而此處不再重複細節。內共振結構504之輻射結構210與外共振結構502之輻射結構210之間的互感耦合可進一步包括藉由感應驅動線圈2310供應之不同頻率間的脈波調變。
儘管未繪示出來，但多區共振結構2300可包括耦接至外共振結構502或內共振結構504之任一者或兩者的調諧元件(例如，可為可變的額外電容或電感)。調諧元件可允許調諧共振結構的各別共振頻率。
在某些實施例中，外共振結構502的輻射結構210包括配置在外共振結構502的內部電容206與外部電容206之間的八個臂。內部電容206可為耦接至輻射結構210的低阻抗中央環並且具有與感應驅動線圈2310的互耦合。
在某些實施例中，感應驅動線圈2310係在內共振結構504而非外共振結構502中，使得感應驅動線圈2310相較於耦合至外共振結構502之輻射結構210乃更強烈地感應耦合至內共振結構504之輻射結構210。藉由與感應驅動線圈2310的感應耦合以及與內共振結構504之輻射結構210的互感耦合而驅動外共振結構502的輻射結構210。此外，在內共振結構504與外共振結構502之間有互感耦合。
在某些實施例中，屏蔽將外共振結構502與內共振結構504分隔。屏蔽可為如以上關於圖9所述的圓柱形導電材料片。在某些實施例中，屏蔽取代外共振結構502之導電偏置208的內環。屏蔽可為CLC電路的浮接部分。例如，屏蔽可將電容206耦接至輻射結構210(參見以上，圖3B)。
圖24A繪示多區共振結構2400的剖面圖，多區共振結構2400相似於以上關於圖19所述之多區共振結構1900而具有RF分配器2402的添加，亦可將RF分配器2402稱為匹配盒。單一RF功率輸入2404提供例如來自RF源102(參見以上，圖1)的功率至RF分配器2402。RF分配器2402將功率劃分為二或更多功率饋電，例如功率饋電1912A及功率饋電1912B，功率饋電的每一者可接收單頻或變頻並將單頻或變頻提供至外共振結構502中的感應驅動線圈1910A以及內共振結構504中的感應驅動線圈1910B。可藉由可包括LC電路之RF分配器2402中的匹配電路1914A及1914B而提供對於功率饋電1912A及1912B的平衡控制。如此，可經由RF分配器2402中的可變電路元件、經由兩頻率之交錯脈衝的疊加(利用RF分配器2402中元件，其將各頻率偏向耦合於外共振結構502或內共振結構504)、或經由以上之組合來執行外共振結構502與內共振結構504之間功率的劃分。
圖24B繪示為感應功率分配器之RF分配器2402的示例性示意圖。外共振結構502的感應驅動線圈1910A係耦接至電感L1且內共振結構504的感應驅動線圈1910B係耦接至電感L2。電感L1係感應耦合至電感L3且電感L2係感應耦合至電感L4。電感L3係一端耦接至RF源102且另一端跨電容2406耦接至地面。電感L4係一端耦接至RF源102且另一端跨電容2406耦接至地面。電感L3及L4可共享耦接至RF源102的節點。電容2406可為可變的。
圖24A至24B中繪示的感應功率耦合係有利的，因為電感L1至感應驅動線圈1910A以及電感L2至感應驅動線圈1910B的感應耦合允許感應功率驅動浮動並減少一端接地之線圈的不對稱影響。此舉可減少可能在驅動線圈上形成的不期望高電壓，從而當感應驅動線圈1910在介電板114附近時減少至電漿112的電容耦合。浮動感應功率耦合可維持空腔中的平均電流以及平均電壓以實現均勻性。亦可藉由控制諸多電感組件相對於彼此之電感的比率(例如，電感L1對感應驅動線圈1910A或是電感L3對電感L1之電感的比率)而變化功率耦合。應理解的是，圖24A至24B中繪示的感應功率耦合係功率分配方案的非限制性範例，並可使用任何合適的功率分配方案。
圖25繪示多區共振結構2500的剖面圖，多區共振結構2500係在以上關於圖8所述之多區共振結構800之實施例中電容功率耦合的詳細範例。在外共振結構502及內共振結構504的每一者中存在使用電容功率耦合的激磁組件。激磁組件包括由各別導電板2005、各別介電結構2004、及接地平面202形成的各別電容2006。
在圖25所繪示的範例中，電容2006係在外共振結構502及內共振結構504的各別外緣上而較遠離軸510。然而，電容2006的任一者或兩者亦可在外共振結構502及內共振結構504的各別內緣上而較靠近軸510、或者位於任何其他合適的位置。
電容耦合乃藉由電容2006與外共振結構502及內共振結構504之各別輻射結構210之間的電容耦合而驅動輻射結構210。電容2006係耦接至各別的功率饋電1912以及接地或匹配電路1914以便用單頻或多頻驅動電容2006。在某些實施例中，提供一或更多變頻至電容2006。在某些實施例中，功率饋電1912係經由功率分配器耦接至單一功率源(例如，RF源102；參見以上，圖1)。
在某些實施例中，外共振結構502或內共振結構504的電容206係耦接至包括調諧元件(例如，可為可變的或固定的電感或電容)的匹配電路。可將調諧元件用於調諧外共振結構502及內共振結構504的各別共振頻率而可有利於控制外共振結構502或內共振結構504之各別輻射結構210之間的互感耦合。例如，為了減少輻射結構210之間的互感耦合，經由外共振結構502及內共振結構504之各別電容2006或電容206供應具不同頻率的功率至外共振結構502及內共振結構504可為有利的。
在某些實施例中，導電板2005在外共振結構502及內共振結構504的每一者中係個別的導電環。然而導電板2005可具有任何合適的形狀或配置。
圖26、27、及28分別繪示多區共振結構2600、多區共振結構2700、及多區共振結構2800的剖面圖，此些多區共振結構為以上關於圖9所述之多區共振結構900之實施例中電容功率耦合的額外詳細範例。多區共振結構2600、多區共振結構2700、及多區共振結構2800相似於多區共振結構2500(參見以上，圖25)而具有分隔外共振結構502與內共振結構504之各別屏蔽的添加。屏蔽可為如以上關於圖9所述的圓柱形導電材料片。
如圖26中所示，多區共振結構2600的各別屏蔽2602係在外共振結構502與內共振結構504之間接地。例如，可將屏蔽2602例如藉由導電支架或直接接合而耦接至接地平面202。
如圖27中所示，多區共振結構2700的各別屏蔽2702係在外共振結構502與內共振結構504之間浮接。例如，可藉由耦接至絕緣結構204的介電支架支托屏蔽2702。
如圖28中所示，多區共振結構2800的各別屏蔽2802係耦接至外共振結構502的導電偏置208。在某些實施例中，屏蔽2802取代外共振結構502之導電偏置208的內環。屏蔽2802可為CLC電路的浮接部分。例如，屏蔽2802可將電容206耦接至輻射結構210(參見以上，圖3B)。
於此總結本揭示內容的示例性實施例。亦可從說明書之整體內容以及本文提出之申請專利範圍中理解其他的實施例。
範例1。一種電漿處理設備，設備包括：第一共振結構，第一共振結構經由第一匹配電路耦接至第一RF產生器；以及圍繞第一共振結構的第二共振結構，第二共振結構經由第二匹配電路耦接至第二RF產生器。
範例2。範例1之設備，其中第一RF產生器與第二RF產生器係相同的RF產生器。
範例3。 範例1或2之其中一者的設備，其中第一共振結構具有圓柱形狀。
範例4。範例1至3之其中一者的設備，進一步包括圍繞第二共振結構的第三共振結構。
範例5。範例1至4之其中一者的設備，其中第一共振結構經由第一電容耦接至接地平面且第二共振結構經由第二電容耦接至接地平面。
範例6。範例5之設備，其中第一電容與第二電容相同。
範例7。範例1至6之其中一者的設備，進一步包括在第一共振結構與第二共振結構之間的屏蔽。
範例8。範例7之設備，其中屏蔽係接地的。
範例9。範例7之設備，其中屏蔽係CLC電路的浮接部分。
範例10。一種電漿處理設備，設備包括：第一共振結構，第一共振結構產生受第一共振結構影響之第一電漿的第一區；以及第二共振結構，第二共振結構產生受第二共振結構影響之第二電漿的第二區，其中第二區圍繞第一區。
範例11。範例10之設備，其中藉由通過第一感應線圈的第一頻率來驅動第二共振結構，第一感應線圈係在第二共振結構中。
範例12。範例11之設備，其中藉由與第二共振結構之輻射結構的耦合來驅動第一共振結構之輻射結構。
範例13。範例11或12之其中一者的設備，其中藉由通過第一感應線圈的第二頻率來驅動第一共振結構。
範例14。範例13之設備，其中同時地供應第一頻率及第二頻率。
範例15。範例14之設備，其中將第一頻率及第二頻率供應為交錯脈衝。
範例16。範例11至15之其中一者的設備，其中第一感應線圈係浮接的。
範例17。範例11之設備，其中藉由通過第二感應線圈的第二頻率來驅動第一共振結構，第二感應線圈係在第一共振結構中，第一感應線圈及第二感應線圈係經由RF分配器耦接至RF功率源。
範例18。範例17之設備，其中供應至第一感應線圈及第二感應線圈的各別功率係藉由變化RF分配器之可變組件的電感或電容而為可配置的。
範例19。一種電漿處理設備，設備包括：具有第一共振頻率的第一空腔，第一空腔經由第一電容耦接至導電平面；以及具有第二共振頻率的第二空腔，第二空腔被第一空腔圍繞，第二空腔經由第二電容耦接至導電平面。
範例20。範例19之設備，其中第一共振頻率與第二共振頻率相同。
儘管已詳細描述說明內容，但應理解的是，可進行諸多變化、替換、及修改而不脫離如隨附申請專利範圍所定義之本揭示內容的精神與範圍。在諸多圖式中使用相同的參考符號指定相同的元件。再者，本揭示內容的範圍並非旨在受限於本文所述的特定實施例，因為熟習本技術領域之通常技藝者將從本揭示內容中容易地理解到，目前存在的或以後將發展出的製程、機構、生產、物質成分、手段、方法、或步驟可實質地執行與本文所述之對應實施例相同的功能或實質地實現與其相同的結果。據此，隨附申請專利範圍旨在其範圍內包括如此的製程、機構、生產、物質成分、手段、方法、或步驟。
據此，僅將說明書及圖式視為如隨附申請專利範圍所定義之揭示內容的舉例說明，並視為涵蓋落入本揭示內容之範圍內的任何及全部修改、變化、組合、或同等物。應理解的是，在例如電漿處理系統或共振結構之諸多實施例中組件的實體配置與部署係非限制性的。例如，儘管在諸多舉例說明中，共振結構係配置在RF源與電漿處理系統之間，但此配置係非限制性的，且這些組件可鄰接其他組件配置、配置於其他組件上方或下方而仍在本揭示內容的範圍內。
100:電漿處理系統 102:RF源 103:饋送結構 104:多區共振結構 106:電漿腔室 108:基板夾持具 110:基板 112:電漿 114:介電板 116:泵出口 118:偏壓功率供應器 202:接地平面 204,204c,1804:絕緣結構 204a:較寬絕緣結構 204b:較窄絕緣結構 205,205c,1805,2005:導電板 205a:較寬導電板 205b:較窄導電板 206,206a,206b,206c,1806,2006,2406:電容 206A,206C:外部電容 206B,206D:內部電容 208:導電偏置 210:輻射結構 500,600,700,800,900,1000,1100,1200,1300,1400,1500,1600,1700,1800,1900,2000,2100,2200,2300,2400,2500,2600,2700,2800:多區共振結構 502:外共振結構 504:內共振結構 508:額外共振結構 506:調諧元件 510:軸 516A,516B,516C,516D:電容 602,702,802a,802b,1002,1102,1202:激磁組件 604,704,804a,804b,1004,1104,1204:影響區 902,2602,2702,2802:屏蔽 1302:功率分配共用元件 1306:可變耦合元件 F 1:第一頻率 F 2:第二頻率 F 3:第三頻率 F 4:第四頻率 1720:大氣 1910,1910A,1910B,2010,2310:感應驅動線圈 1912,1912A,1912B,2012:功率饋電 1914,1914A,1914B,2014:接地或匹配電路 2004:介電結構 2105:額外電容 2210,2212:可變電容 2214:匹配電路 2215,2216,L1,L2,L3,L4:電感 2217:互感耦合結構 2402:RF分配器 2404:單一RF功率輸入
為了對本揭示內容及其優點有更完整的理解，現對於以下結合隨附圖式的說明內容進行參考，其中：
圖1係實施例電漿處理系統的圖式；
圖2A係實施例共振結構的剖面圖；
圖2B係圖2A之實施例共振結構的示意圖；
圖3A係實施例共振結構的剖面圖；
圖3B係圖3A之實施例共振結構的示意圖；
圖4A係實施例共振結構的剖面圖；
圖4B係圖4A之實施例共振結構的示意圖；
圖5A至5C係實施例共振結構的剖面俯視圖；
圖5D係圖5A之實施例共振結構的示意圖；
圖5E及5F係實施例共振結構的剖面俯視圖；
圖5G係圖5E之實施例共振結構的示意圖；
圖6至16係實施例共振結構的剖面圖；
圖17至22A係實施例共振結構之詳細範例的剖面圖；
圖22B至22D係耦接至實施例共振結構之示例性匹配電路的示意圖；
圖23及24A係實施例共振結構之詳細範例的剖面圖；
圖24B係RF分配器的示意圖；以及
圖25至28係實施例共振結構之詳細範例的剖面圖。
除非另有指明，否則在不同圖式中相應的數字及符號大體上係指相應的部件。為了清晰地繪示實施例的相關實施態樣而繪製圖式而不一定按比例繪製。圖式中所繪製之特徵的邊緣並不一定指示該特徵之範圍的終止。
100:電漿處理系統
102:RF源
103:饋送結構
104:多區共振結構
106:電漿腔室
108:基板夾持具
110:基板
112:電漿
114:介電板
116:泵出口
118:偏壓功率供應器

Claims (20)

  1. 一種電漿處理設備，該設備包含： 一第一共振結構，該第一共振結構經由一第一匹配電路耦接至一第一RF產生器；及 一第二共振結構，圍繞該第一共振結構，該第二共振結構經由一第二匹配電路耦接至一第二RF產生器。
  2. 如請求項1之設備，其中該第一RF產生器與該第二RF產生器係相同的RF產生器。
  3. 如請求項1之設備，其中該第一共振結構具有一圓柱形狀。
  4. 如請求項1之設備，進一步包含圍繞該第二共振結構的一第三共振結構。
  5. 如請求項1之設備，其中該第一共振結構經由一第一電容耦接至一接地平面且該第二共振結構經由一第二電容耦接至該接地平面。
  6. 如請求項5之設備，其中該第一電容與該第二電容相同。
  7. 如請求項1之設備，進一步包含在該第一共振結構與該第二共振結構之間的一屏蔽。
  8. 如請求項7之設備，其中該屏蔽係接地的。
  9. 如請求項7之設備，其中該屏蔽係一CLC電路的一浮接部分。
  10. 一種電漿處理設備，該設備包含： 一第一共振結構，該第一共振結構產生受該第一共振結構影響之一第一電漿的一第一區；及 一第二共振結構，該第二共振結構產生受該第二共振結構影響之一第二電漿的一第二區，其中該第二區圍繞該第一區。
  11. 如請求項10之設備，其中藉由通過一第一感應線圈的一第一頻率來驅動該第二共振結構，該第一感應線圈係在該第二共振結構中。
  12. 如請求項11之設備，其中藉由與該第二共振結構的一輻射結構之耦合來驅動該第一共振結構的一輻射結構。
  13. 如請求項11之設備，其中藉由通過該第一感應線圈的一第二頻率來驅動該第一共振結構。
  14. 如請求項13之設備，其中同時地供應該第一頻率及該第二頻率。
  15. 如請求項14之設備，其中將該第一頻率及該第二頻率供應為交錯脈衝。
  16. 如請求項11之設備，其中該第一感應線圈係浮接的。
  17. 如請求項11之設備，藉由通過一第二感應線圈的一第二頻率來驅動該第一共振結構，該第二感應線圈係在該第一共振結構中，該第一感應線圈及該第二感應線圈係經由一RF分配器耦接至一RF功率源。
  18. 如請求項17之設備，其中供應至該第一感應線圈及該第二感應線圈的各別功率係藉由變化該RF分配器之可變組件的電感或電容而為可配置的。
  19. 一種電漿處理設備，該設備包含： 一第一空腔，具有一第一共振頻率，該第一空腔經由一第一電容耦接至一導電平面；及 一第二空腔，具有一第二共振頻率，該第二空腔被該第一空腔圍繞，該第二空腔經由一第二電容耦接至該導電平面。
  20. 如請求項19之設備，其中該第一共振頻率與該第二共振頻率相同。
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