CN102845137A

CN102845137A - 用于等离子体处理系统的感应线圈设备的方法和装置

Info

Publication number: CN102845137A
Application number: CN2011800198089A
Authority: CN
Inventors: 尼尔·马丁·保罗·本杰明
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 2010-04-20
Filing date: 2011-04-19
Publication date: 2012-12-26
Also published as: KR20130065642A; TW201215251A; WO2011133562A3; WO2011133562A2; JP5905447B2; JP2013530487A; SG10201502985TA; SG184568A1; US20110253310A1

Abstract

提供了一种用于在基板处理过程中在整个基板上提供等离子体均匀性的等离子体操作系统中的天线设备。该设备包括多个圆形天线组件。该多个圆形天线组件的每个圆形天线组件包括非圆形线圈组。该非圆形线圈组的每个非圆形线圈在方位角方向上偏转预定的角度。该设备还包括用于给所述多个圆形天线组件提供功率的功率发生器组。

Description

用于等离子体处理系统的感应线圈设备的方法和装置

背景技术

等离子体处理的进展促进了在半导体行业的增长。半导体行业是一个竞争激烈的市场。制造公司能够以更高的产量和更低的成本的处理基板的能力，可给制造公司带来相对于竞争对手的优势。因此，制造公司已经投入时间和资源，以发现提高基板处理的方法和/或设备。

一般来说，等离子体处理系统可根据多种设计来构建。例如，等离子体处理系统可设置成感应耦合等离子体（ICP）处理系统。可以通过在等离子体处理腔室的顶部放置平面线圈（例如感应线圈）采用常见的ICP设置，即，TCP^TM（变压器耦合等离子体）。基本上，平面感应线圈可以是平面状的天线组件（antenna assembly）。

本发明所使用的术语，感应线圈是一种装置，其作用类似于变压器，通过在初级线圈中依次开关电流，在等离子体处理气体中感应出随时间变化的电压和电位差，以创建等离子体。

然而，在最近几年中，可处理的电子设备类型已变得越来越复杂，并且可能需要更多的过程控制。在一个实施例中，被处理的电子设备可能是更小，并且为了更好的产率需要更精确地控制等离子体参数，例如等离子体密度和在整个基板上的均匀性。因此，用于等离子体系统的TCP^TM感应线圈的现有设计可能不足以提供等离子体处理方案，以使整个基板上具有所需的均匀的等离子体密度，从而处理下一代基板。

考虑到其中的情况，例如，基板在感应耦合等离子体处理系统中被处理。该基板可以设置在下电极的上方。该下电极可以接地，或可以用第一RF发生器提供功率。RF功率（RF power）可以通过RF匹配（RFmatch）传递给下电极。在一个实施例中，可以采用RF匹配，以使得传递到等离子体系统的功率最大化。

在等离子体处理期间，第二RF发生器可以向感应器线圈提供RF功率。用于TCP系统的典型感应器线圈可以是在电介质窗口上方设置的有空气芯（air core）的螺旋线圈。从该第二RF发生器到该感应器线圈的功率可以在线圈周围产生振荡磁场，其渗透等离子体并产生能贯通电介质窗口的方位角电场（azimuthal electric field）。该感应耦合方位角电场可产生电流，该电流可与气体相互作用以点燃和维持等离子体。

在理想的等离子体处理系统中，方位角电场在轴上和在外周为零，从而位于大约半径的一半的环形区域出现峰值。在理想的等离子体处理系统中，等离子体密度在方位角和/或径向方向（azimuthal and/or radialdirections）上可以都是均匀的。然而，典型的等离子体处理系统可能是很不理想的，且感应线圈受到各种设计上的约束条件的限制。

由上可知，可以采用TCP^TM腔室顶部的平面感应线圈在等离子体处理气体中感应出随时间变化的电流，以点燃和/或维持等离子体。因此，在感应线圈中的任何非均匀性都可能促成等离子体密度在整个基板上的非均匀，从而潜在地影响产率。

购自美国加州弗里蒙特Lam Research公司的在Kiyo^TM等离子体处理系统上的Galaxy^TM线圈，可能是被设计为解决上述等离子体密度的非均匀性问题的TCP^TM感应器线圈设备。在一个实施例中，Galaxy^TM线圈设计可以采用两套双螺旋线圈组件。

该两套双螺旋线圈组件可以包括内双螺旋线圈组件和外双螺旋线圈组件。可以采用内部和外线圈组件的设计来解决等离子体径向非均匀性问题。每套线圈组件可以被独立地提供功率和/或控制，以使得等离子体密度在径向方向上的非均匀性最小化。

通过采用双螺旋线圈组件，Galaxy^TM线圈设备可以是偶极不变的，即，偶极矩可以是沿方位角方向180度旋转对称的。然而，等离子体密度可能不是四极不变的，即，四极矩可能是沿方位角方向90度旋转不对称的。四极矩的振幅可能会高达约一个百分点。

一般来说，一个螺旋线圈可设置有至少两个端部，例如，内端和外端。该螺旋线圈可能需要在其内端处的终止点和外端处的终止点供给RF馈电（RF feed）。为了形成电连接，在该终止点之间，在径向方向上，可能需要桥接（bridge）。由于螺旋线圈的终止点可能并不靠拢在一起，源自终止点的RF馈电的循环磁场可能导致在等离子体中产生额外的非均匀性。

从上述可以理解，在ICP处理系统中等离子体密度的非均匀性可归因于感应线圈的设计。虽然Galaxy^TM线圈的设置可以试图解决一些等离子体密度在方位角和/或径向方向上不均匀的问题，处理具有较高密度的较小特征的电子设备的基板，需要更高的等离子体密度的均匀性。要在半导体行业中保持竞争力，就需要提高TCP感应线圈的设计水平。

附图说明

本发明通过说明书附图中的附图以示例的方式而并不是以限制性的方式进行说明，其中相似的附图标记表示相似的部件，并且其中：

图1显示了，根据本发明的一个实施例的，天线组件设备的线圈侧底部的等轴测视图的简化示意图。

图2显示了，根据本发明的一个实施例的，天线组件设备的终端侧顶部的等轴测视图的简化示意图。

图3A显示了，根据本发明的一个实施例，外线圈组线圈侧的底视图的简化示意图。

图3B显示了，根据本发明的一个实施例，外线圈组终端侧的顶视图的简化示意图。

图4A显示了，根据本发明的一个实施例，内线圈组线圈侧的底视图的简化示意图。

图4B显示了，根据本发明的一个实施例，内线圈组终端侧的顶视图的简化示意图。

图5显示了，根据本发明的一个实施例，环形交错的成组的四个非圆形线圈的简化示意图。

图6显示了，根据本发明的一个实施例，天线组件设备的线圈侧底视图的简化示意图。

图7显示了，根据本发明的一个实施例，天线组件设备的终端侧顶视图的简化示意图。

图8A-C显示了，根据本发明的实施例，接线端子（terminalblock）的三种不同视图。

具体实施方式

本发明现将参照附图中所示出的几个实施例做详细描述。在下面的描述中，阐述了许多具体的细节，以便提供对本发明的彻底理解。然而，显而易见的是，对于本领域的技术人员来说，即使没有这些具体细节的部分或者全部，本发明也是可以实施的。在其他情况下，众所周知的处理步骤和/或结构没有详细描述，以便不会不必要地使本发明晦涩。

根据本发明的实施例，提供了用于设置具有圆形天线组件的等离子体处理系统的方法和设备，以提高整个基板上等离子体的均匀性。本发明的实施例包括多个非圆形线圈，该多个非圆形线圈通过使用PCB制造技术环形交错以实现圆形天线组件。本发明的实施例实现了具有增强的方位角对称性、径向均匀性、电容耦合、多线路馈送对称性（multiple line feedssymmetry）、和/或可制造性的圆形天线组件。

在一个实施例中，可以设置具有多个圆形天线组件的设备以改善等离子体的径向均匀性。例如，可以实现至少两个完全独立的圆形天线组件，例如，内侧圆形天线组件和/或外侧圆形天线组件。在一个实施例中，每个天线组件可以被独立地驱动，以使得径向方向上的等离子体密度最优化。因此，在整个基板上，在径向方向上的等离子体均匀性，可以通过局部控制得到提高。

在一个实施例中，可用环形交错的多个非圆形线圈设置圆形天线组件。在一个实施例中，圆形天线组件可设置有成组的四个非圆形线圈。在一个实施例中，四个非圆形线圈可以是相同的。在一个实施例中，每一个非圆形线圈可以在方位角方向上相对于其他非圆形线圈偏转预先确定的角度。在一个实施例中，对于成组的四个非圆形线圈，该预先确定的偏转角度可以是90度。在一个实施例中，圆形天线组件可以是四极不变的，从而增强方位角对称性。因此，可通过改进的感应器线圈设计，提高在整个基板上，等离子体在方位角方向上的均匀性。

在一个实施方式中，圆形天线组件可以采用PCB技术制造。PCB可设置有至少两个侧面，例如，线圈侧和终端侧。在一个实施例中，每一个非圆形线圈可设置有多个段。在一个实施例中，非圆形线圈可以设置有至少四个段。在一个实施例中，每个段在其每个端部可以设置有多个通孔。例如，通过设置至少两个段在线圈侧和/或至少两个段在终端侧，可实现非圆形线圈。线圈侧上的第一段可使用通孔耦合到终端侧的第二段。通过采用多层PCB、层间通孔、多个段，多个非圆形线圈可以环形交错以形成圆形的感应器线圈设备。

通过采用偏转预定角度的多个非圆形线圈的环形交错，圆形天线组件可以实现方位角对称性。另外，可以实现多个非圆形线环形交错，以防止非圆形线圈的物理接触，从而防止导致短路。此外，多个环形交错的圆形线圈可能受益于相互的磁通耦合，以实现多匝线圈（multiple-turns coil）更高的感应性能。

在一个实施例中，在PCB线圈侧上线圈的段的表面积可以最大化，以增强（accentuate）与等离子体的电容耦合。通过增加PCB线圈侧上的段的表面积以提高电容耦合，这样，在不利于感应耦合的情况下，例如，在低功率和/或电负性气体的情况下，圆形天线组件可用来可靠地点燃和/或维持等离子体。

在一个实施例中，沿着非圆形线圈上的任何点通过圆形天线组件上的终端（terminals）可以实现RF馈电。在一个实施例中，到线圈的RF馈电可以是分离的和外部同步的。在另一实施例中，到线圈的RF馈电可以平衡的方式运行，即使用推挽装置运行，以使得净电容电流为零。在一个实施例中，通过采用电容耦合，对线圈的RF馈电可以不平衡的方式运行，以增强在低功率时的控制。

结合下述图文，可以更好地理解本发明的特征和优点（现有技术中的机制与本发明的实施例做对比）。

图1显示了，根据本发明的一个实施例的，天线组件设备100的线圈侧底部的等轴测视图的简化示意图。本发明所用的术语中，线圈侧是指天线组件面向等离子体的底侧面。

在一个实施例中，天线组件设备100可以采用印刷电路板（PCB）制造。该设备可以用多个天线组件实现。在图1的实施方式中，天线组件设备100在一个实施例中可包括，但不限于，外部天线组件102，即，线圈组，和/或内部天线组件104。在一个实施例中，内部天线组件104的内半径和外部天线组件102的内半径可以是不同的。外部天线组件102的外半径和内部天线组件104的外半径可以是不同的。外部天线组件/线圈组102和/或内部天线组件104可以被独立地提供功率和/或控制，以优化在径向方向上的等离子体密度均匀性。

图2显示了，根据本发明的一个实施例的，天线组件设备200的终端侧顶部的等轴测视图的简化示意图。本发明所用的术语中，终端侧是指设置有终端的向线圈供给能量的天线组件的顶侧。结合图1来讨论图2以便于理解。

在一个实施例中，天线组件设备200可以采用印刷电路板（PCB）制造。如图2所示，天线组件设备200是图1天线组件设备100终端侧的顶视图。

在一个实施例中，天线组件设备200可以包括，但不限于，外部天线组件202和/或内部天线组件204。图2的外线圈组202（显示了终端侧）是图1外线圈组102的顶视图。类似地，图2的内线圈组204（显示了终端侧）是图1内线圈组104的顶视图。在一个实施例中，外线圈组202和/或内线圈组204可被独立地提供功率和/或控制，以优化在径向方向上的等离子体密度均匀性。因此，等离子体径向均匀性可以通过局部控制得到改善，从而提高产量。

此外，根据本发明的实施例，除了内半径和外半径不同外，这些线圈组还可以用不同数量的有效匝数来实施、可以用不同的频率提供功率，可以提供不同程度(degree)的功率、和/或可以用不同的分路装置（splitting arrangements）串联和/或并联运行。

如图1和图2所示，PCB可以设置有两侧面，例如，线圈侧和终端侧。外部天线组件可以设置有四套环形交错的非圆形线圈。内部天线组件也可以设置有四套环形交错的非圆形线圈。图3A、3B、4A、4A、和5将详细地讨论四套环形交错的非圆形线圈是如何实现的。

图3A显示了，根据本发明的一个实施例，外线圈组线圈侧的底视图的简化示意图。图3B显示了，根据本发明的一个实施例，外线圈组终端侧的顶视图的简化示意图。图3B显示了，没有任何终端的段的痕迹线，以简化说明。

图4A显示了，根据本发明的一个实施例，内线圈组线圈侧的底视图的简化示意图。图4B显示了，根据本发明的一个实施例，内线圈组终端侧的顶视图的简化示意图。图4B显示了，没有任何终端的段的痕迹线，以简化说明。

下面结合图3A、3B和5将要讨论：对用于外部天线组件的成组的四个非圆形线圈进行环形交错的实施例。图4A和4B中对用于内部天线组件的成组的四个非圆形线圈进行环形交错，可以以类似的方式执行。

图5显示了，根据本发明的一个实施例，环形交错的成组的四个非圆形线圈的简化示意图。线圈的视角是在天线组件的线圈侧。

如图5所示，该成组的四个非圆形线圈可通过将图3B中的外线圈组的终端侧翻转并放置在图3A中的外线圈组的线圈侧的顶部而形成。可以把支撑材料302（例如PCB）溶解掉，留下铜迹线304，以形成图5的该成组的四个非圆形线圈。

在一个实施方式中，非圆形线圈可设置为多个段，即图3A和3B中的铜迹线304。参看图5，在一个实施例中，第一非圆形线圈502可以用至少四个段502a、502b、502c和502d实现。在一个实施例中，每个段在其每个端部可设置有多个通孔。例如，在一个实施例中，段502a在第一端部可设置有第一成组的多个通孔512和/或在第二端部可设置有第二成组的多个通孔514。该通孔也可以用于把第一段的第一端部和第二段的第二端部耦合。

在本文所使用的术语中，通孔是指在PCB上的孔，其可允许在PCB第一侧上的第一导电迹线（conductive trace），即，段，连接到PCB第二侧上的第二导电迹线。在一个实施例中，如图3A、3B、4A和图4B所示，段可以在PCB的每个侧面制成导电迹线304。

考虑其中的情况，例如，在一个实施例中，第一非圆形线圈502可通过用设置在PCB的两个不同侧面/平面的四个段形成环形交错。如上所述，PCB并未被示出，以简化对于成组的四个非圆形线圈的环形交错的说明，每一个非圆形线圈采用成组的四个段。在一个实施例中，第一段502a和第三段502c可以位于PCB的第一侧，例如，线圈侧。第二段502b和第四段502d可以位于PCB的第二侧，例如，终端侧。

在一个实施例中，设置在PCB线圈侧的第一段502a可耦合到设置在PCB终端侧的第二段502b。第二段502b可耦合到设置在PCB线圈侧的第三段502c。第三段502c可耦合到设置在PCB终端侧的第四段502d。

在一个实施例中，要实现设置在PCB两个不同的平面上的四个段502a-502d之间的耦合，可以通过校准和重叠每个段端部上的多个通孔，以使得PCB两个平面之间的四个段环形交错，从而形成非圆形线圈502。例如，要实现在z方向上的耦合，可以将第一段502a第二端部上的多个通孔与第二段502b第一端部的多个通孔校准和重叠。通过使用通孔使得PCB的两个平面之间的段在z方向上耦合，设置和排布在PCB两个不同的平面上的段可以在z方向上耦合，且在两个平面之间交错，以形成非圆形线圈。

在图5的实施方式中，在一个实施例中，设置有504a、504b、504c和504d四个段的第二非圆形线圈504可进行类似的环形交错。在一个实施例中，第二非圆形线圈504可以在方位角方向上相对于第一非圆形线圈502偏转90度的角度。在一个实施例中，同样设置有506a、506b、506c和506d四个段的第三非圆形线圈506也可以环形交错。在一个实施例中，第三非圆形线圈506可以在方位角方向上相对于第二非圆形线圈504偏转90度的角度。在另一个实施例中，设置有508a、508b、508c和508d四个段的第四非圆形线圈508也可以环形交错。在一个实施例中，第四非圆形线圈508可以在方位角方向上相对于第一非圆形线圈506偏转90度的角度。因此，在一个实施例中，成组的四个非圆形线圈502、504、506、和508可环形交错，以形成圆形天线组件500。

在一个实施例中，圆形天线组件可以通过把多个非圆形线圈在PCB的两个平面之间环形交错实现。在图5的实施方式中，圆形天线组件500可以设置有成组的环形交错的四个相同的非圆形线圈。每个非圆形线圈可以偏心地排布成：在方位角方向上相对于下一个非圆形线圈偏转90度，以形成四极对称的相对呈圆形的天线组件。因此，天线组件500的最低非对称矩（asymmetric moments）可以是八极的。

从上述可以理解，在一个实施例中，通过把多个非圆形线圈偏心地设置成在方位角方向上偏转预定的角度，可以实现天线组件500。在一个实施例中，每一个非圆形线圈可以使用在多个平面上设置的多个段来实现。在一个实施例中，可以通过使用在每个段的每一端部的、被排布成校准和重叠的多个通孔段以使各段环形交错，从而使第一平面上的第一段和第二平面上的第二段耦合。

与现有技术相比，具有环形交错的四个非圆形线圈的圆形天线组件500可以是四极不变的，即，四极矩沿方位角方向可以是90度旋转对称的，其具有最低阶的八极矩不对称性。相较于四极矩约1％的振幅，八极矩的振幅约为百分之一的1/2至1/4。因此，相较于现有技术中偶极不变的TCP感应线圈组件，通过采用四极不变的TCP感应线圈组件，在整个基板上方位角上等离子体密度均匀性可显著地改善，即为提高的产率。

本领域技术人员可以理解的是，通过采用多个非圆形线圈最优化TCP感应线圈组以平衡不同的设计要求（例如，方位角不对称、径向的均匀性、电容耦合、多线路供应不对称性、和/或工艺性），这是非凡的和非显而易见的工作。

图6显示了，根据本发明的一个实施例，天线组件设备的线圈侧600的底视图的简化示意图。图7显示了，根据本发明的一个实施例，天线组件设备的终端侧700的顶视图的简化示意图。为了便于理解天线组件，对图6和图7一起进行讨论。

如上所述，在一个实施例中，PCB可以包括两个侧面，例如，图6的线圈侧600和图7的终端侧700。参看图6，在一个实施例中，天线组件设备可设置有至少两组感应器线圈，即，外圆形感应器线圈/天线组件组680和/或内圆形感应器线圈/天线组件组690。在一个实施例中，外圆形天线组件组680和/或内圆形天线组件组690可被独立地提供功率和/或控制，以优化径向等离子体密度的均匀性。

通过采用多层PCB和/或层间的通孔，多匝线圈(例如，螺旋形线圈)可以制造成平面形式。每个线圈绕组（coil winding）的基本形状可以是单匝扭曲的圆，例如，可以采用PCB制造技术实现的卵圆形。此外，相较于现有技术中需要许多组件的螺旋线圈设计，天线组件可自我支撑，不需要昂贵的陶瓷支撑结构。在一个实施例中，对天线组件设备的支撑，简单的支架销（stand off）和/或塑料的支撑就足够了。

在图6和7的实施方式中，在一个实施例中，段可以由在顶部带有保护性共形聚合物涂层的镀银的铜迹线制成，以提高击穿电压。在一个实施例中，该迹线可被设计为承受高达约10千伏（KV）的电压。例如，用于导体迹线的铜片材可充分大于约3密耳厚。可采用传统的PCB制造技术来制造该迹线。

PCB制造技术（例如，光刻/掩膜，蚀刻/电镀，和/或电脑数控加工）可以使多层、层间通孔、段设计的复杂形状、和/或多弧段线圈能够用于天线组件的设计。相较于现有技术中的双螺旋的空气芯线圈，就机械和电气方面而言，通过使用PCB制造技术，可以廉价地制造出更具一致性和精度的天线组件。

本技术领域技术人员可以理解的是，包括非圆形线圈组的圆形天线组件的设计可能是有问题的。首先，非圆形线圈组不能互相接触，因为允许线圈接触可能会引起短路。其次，非圆形线圈组可能需要环形交错以形成具有最小方位角不对称性的圆形TCP感应线圈装置。第三，非圆形线圈组可在z方向上交织（interwoven）以使得就等离子体而言非均匀性最小化。

如上所述，在一个实施例中，所实现的每个圆形感应器线圈装置具有至少四个环形交错的非圆形线圈，其相互偏转90度以减少方位角的不对称性。在一个实施例中，每个非圆形线圈可设置有在PCB的两个平面之间圆形交错的多个段。每个段在其每个端部可包括多个通孔。通过重叠和/或校准位于PCB第一平面上的第一段的第一端的多个通孔与位于PCB第二平面上的第二段的第二端的多个通孔，这些段可彼此耦合。四个段可以在z方向上在PCB两个平面之间连续耦合，即，环形交错，以形成非圆形线圈。

在图6和7所示实施方式中，在一个实施例中，外部圆形天线组件680可设置有至少成组的四个非圆形线圈。例如，第一非圆形线圈602可实施为具有至少四个段。在一个实施例中，在图6的线圈侧600，外部圆形天线组件680可设置有第一非圆形线圈602的至少两个段602a和602c。在一个实施例中，在图7的终端侧700，外部圆形天线组件780可设置有第1非圆形线圈602的至少两个段602b和602d。因此，在一个实施例中，非圆形线圈的四个段可设置在PCB的两个不同的面上。

如图6和7所示，在一个实施例中，每个段可以设置有至少两个端部。在一个实施例中，图6的段602c可在第一端部650设置有第一成组的通孔和/或在第二端部652设置有第二成组的通孔。为了对PCB两个面之间的连续段进行环形交错，重叠和校准在PCB不同面上的相邻的段的每个端部的通孔组，以使得段通过校准过的通孔组耦合。

例如，通过图6中PCB线圈侧600的段602a的第一端部在z方向上与图7中PCB线圈侧700的段602b的第二端部连续耦合，可以使非圆形线圈602环形交错。接着，段602b的第一端部可与图6中PCB线圈侧600的段602c的第二端部耦合。然后，段602c的第一端部可与图7中PCB终端侧700的段602d的第二端部耦合。最后，在一个实施例中，段602d的第一端部可与段602a的第二端部耦合，以形成非圆形线圈。

在图6和7的实施方式中，第二非圆形线圈604可通过类似的方法用四个段604a、604b、604c和604d在PCB的两面形成环形交错。在一个实施例中，第一非圆形线圈602可以和第二非圆形线圈604相同。此外，在一个实施例中，非圆形线圈604可以偏心地设置，相对于非圆形线圈602沿方位角方向偏转90度。例如，段604a可以在PCB板上偏心地设置，相对于非圆形线圈602a沿方位角方向偏转90度。类似地，段604b、604c和604d可以在PCB板上偏心地设置，分别相对于非圆形线圈602b、602c和602d沿方位角方向偏转90度。因此，环形交错的非圆形线圈604可以相对于环形交错的非圆形线圈602偏转90度。

在一个实施例中，其余的非圆形线圈可被类似地偏转和环形交错以形成圆形天线组件。

如上所述可以理解的是，可以以预定的角度设置（即偏转）采用多个非圆形线圈的天线组件，以便不会形成物理接触，从而防止每个线圈电路的短路。各线圈之间的物理接触的预防可以通过把每个非圆形线圈分割成多个段来实现。非圆形线圈的每个段可以被排布在PCB不同的面上，并在z方向上通过通孔耦合。同样地，在一个实施例中，下一个非圆形线圈可以用类似的方法进行环形交错，但也可以偏心地排布，以相对于所述第一非圆形线圈沿方位角方向偏转预定的角度。在一个实施例中，该过程可重复用于非圆形线圈组中的所有线圈，以形成圆形天线组件。因此，所有的非圆形线圈可以在PCB两面之间环形交错，而在各线圈之间没有会导致短路的任何物理接触。

此处所用的术语，沿方位角方向，各个线圈间预定的偏转角度，可以通过圆形天线组件中的线圈数除360度计算得出。由上述可以理解，非圆形线圈的形状可以优化至预定的形状，例如，卵圆形，可以以预定偏转角度沿方位角方向偏心地设置，以形成具有最小方位角不对称性的圆形天线组件。通过采用各线圈间有90度偏转角的四个非圆形线圈，例如，如图6和7所所示的圆形天线组件，可以是四极不变的且具有最小的非对称八极矩。因此，天线组件的方位角非均匀性可以被最小化。

此外，当多个线圈在同一占板面积（footprint area）上大量重叠时，可以有相当大的互感磁通耦合（mutual flux coupling），因此可以维持感应。例如，线圈可以由共同的功率源并联驱动，但没有出现可能是期待的负载阻抗减少3/4以上。在实践中，小于约50％的电抗减少是可能的。因此，多匝线圈的较高感应的性能可用多个单匝线圈通过互感磁通耦合来实现。

在一个实施例中，PCB两个平面间的环形交错多个非圆形线圈的优点，可以是PCB两个平面间线圈在z方向上交织的平均效果。参看图5，在一个实施例中，四个线圈502、504、506和508可显示为在z方向上交织，以形成圆形天线组件，其中，从顶部到底部的所有线圈都是均匀排布（average）的。如上所述，TCP天线组件通常可设置在等离子体处理室的顶部。就等离子体来说，在处理室中的等离子体可得到来自天线组件线圈的平均电压，即，电压不会畸高（hot spot）或波动。

虽然TCP天线组件可通过石英窗口感应耦合到等离子体，但是TCP天线组件和等离子体之间的耦合可能不是纯感应模式。TCP天线组件和等离子体之间的耦合可以具有约10至约30％的电容耦合。在等离子体处理室中，TCP天线组件和等离子体之间的电容耦合例如在点燃和/或维持等离子体的情况下可能是至关重要的。

考虑其中的情况，例如，电负性气体（例如SF₆和/或NF₃）可用于等离子体处理。感应回路的电压可能无法提供足够的能量与电负性气体进行相互作用，以可靠地点燃等离子体。在上述情况下，容性耦合可更有效地点燃等离子体。

考虑其中的另一种情况，例如，电负性气体（例如SF₆和/或NF₃）在相对较低的功率时用于等离子体处理。由于低能量的电子离开等离子体，从电容耦合到感应耦合的过渡可能诱发不稳定。需要受控的至等离子体的电容耦合，以维持稳定的操作。

一般来说，电容耦合可以通过增加表面积来加强。如图6所示，PCB的线圈侧600是面向等离子体的一侧。在一个实施例中，在天线组件上面向等离子体的线圈的段，可以设计成带有凹口、凸起、和/或弯道，以使得表面积最大化，从而电容耦合至等离子体。另外，在PCB线圈侧600上的电流流动可能是不存在的。因此，面向等离子体的线圈的段的表面积最大化的效果，可以对感应耦合至等离子体有最小的影响，同时最大限度地实现电容耦合至等离子体。

相较于图6中PCB的线圈侧600，图7中PCB的终端侧700线圈的段的表面积可以被最小化，以减少电容耦合，从而减少杂散电容（straycapacitance）。

在一个实施例中，可选地，在PCB底部可以使用第三个PCB层以实现静电屏蔽，从而应对电容耦合。例如，屏蔽层可以开槽，以防止过度的涡流，和/或者要么接地要么以预定的频率连接到其自己的RF功率源。该预定的频率可以和操作频率是相同的和/或不同的。因此，电容耦合的问题可以通过使用第三个PCB层作为静电屏蔽被最小化。

如上所述，各线圈绕组的基本形状可以是单匝扭曲的圆。单匝线圈绕组的优点是可以作为RF馈电到线圈的终止点。如图6和7所示，外部天线组件可设置有四个单独的非圆形线圈。在一个实施例中，该组四个线圈中的每个非圆形线圈可沿着每个扭曲的圆的单匝线圈的任何地方提供有终止点。

在一个实施例中，至非圆形线圈的RF馈电可以如图7所示实现。在一个实施例中，第一线圈602的段602b可以设置有第一终止点660和第二终止点662。同样地，在一个实施例中，第二线圈604的段604b可设置有第三终止点664和第四终止点666。此外，其余的线圈也可以同样地实施用于RF馈电的终止点。在一个实施例中，在每个单匝线圈上的每组终止点可以偏转预定的角度，例如，90度角，以尽量减少方位角的不对称性。因此，各非圆形线圈的预定角度偏转使得在各线圈上能布置终止点从而进一步改善了天线组件的方位角均匀性。

在一个实施例中，到线圈的RF馈电可以是分离的和外部同步的。可替换地，在另一实施例中，RF馈电可以来自于共同的RF点并经由长度相同阻抗相同的线。在一个实施例中，单个和/或多个平行线（例如50欧姆的传输线）也可以采用，例如，两个平行线可以提供25欧姆的线。然而，如果线保持非常短，特征性阻抗是不重要的。

可替换地，在一个实施例中，可以采用带状式（strip line type）传输线。在一个实施例中，可以通过两个具有介电隔离物的较宽的接地母带之间夹RF热铜带来实现传输线，该介电隔离物例如作为绝缘体的Teflon胶带或发泡Teflon。因此，传输线可以是能够抵抗高电压、经受高电流和/或导致低成本的极低阻抗柔性线。

在一个实施例中，电容耦合可以通过简化的终止装置有利地降低成本，例如，不平衡的操作，其中各线圈绕组的一个端部可以直接接地和/或接至固定的终端电抗，通常是电容器。相反，在一个实施例中，平衡的操作可以用于减少电容耦合，并确保没有净电流流至等离子体。

图8显示了，根据本发明的实施例，接线端子的三种不同视图。图8A显示了接线端子的等轴侧视图。图8B显示了接线端子的顶视图。图8C显示了接线端子的侧视图。接线端子可以通过沿线圈螺旋到PCB上的预定位置来实施。

与现有技术相比，在每个线圈的终止点可设置成彼此相对地接近，导致较低的循环磁场。然而，现有技术中的螺旋线圈需要向螺旋线圈内部的终止点和螺旋线圈外部的终止点提供RF馈电。为了电连接，可能需要在径向方向上的桥接。由于现有技术中的终止点可能无法并拢在一起，相对较大的循环磁场可能诱发等离子体的非均匀性。

从上述可以理解，本发明的一个或多个实施例提供了以较低的成本和较高的可制造性使用PCB制造技术的天线组件。通过采用多个PCB层、层间通孔、非圆形线圈、和环形交错，可以实现四极不变的且在方位角方向上具有可以忽略不计的八极矩不对称的圆形天线组件。有利的是，被设置成具有多个独立的天线组件的天线组件设备可以在整个基板上提高在径向方向上等离子体的均匀性。通过使在PCB线圈侧的段的表面积最大化，与等离子体的电容耦合可以增加，以提高点燃和/或维持等离子体的可靠性。因此，圆形天线组件的众多好处可使得以较低操作成本获得较高的电子设备产量。

虽然已经通过几个实施例描述了本发明，但是落入本发明的范围内的改变、排列变换和等同方案。虽然本发明提供了各种实施例，但就本发明而言，这些实施例是说明性的，而不是限制性的。还应当注意的是，实施本发明的方法和装置有许多替代的方法。此外，本发明的实施例可以用于其他应用中。

此外，本文提供的标题是出于方便，不应当用来解释本发明权利要求的范围。如果本文使用了术语“组”，这样的术语旨在具有其通常所理解的在数学上的意义，包括零个，一个或一个以上的成员。这里提供的摘要部分是出于方便，并且由于字计数限制，相应地是出于阅读方便而撰写，并且不应当用来限制权利要求的范围。因此，意旨在于，以下所附的权利要求书应解释为包括落入本发明的真实精神和范围内的所有这些改变、排列变换和等同方案。

Claims

1.一种用于在基板处理过程中在整个基板上提供等离子体均匀性的等离子体操作系统中的天线设备，其包括：

多个圆形天线组件，其中所述多个圆形天线组件中的每个圆形天线组件包括非圆形线圈组，其中该非圆形线圈组中的每个非圆形线圈沿方位角方向偏转预定的角度；和

功率发生器组，其用于给所述多个圆形天线组件提供功率。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述每个圆形天线组件用印刷电路板（PCB）制成。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述PCB设置有至少2个侧面，其中所述至少2个侧面包括

线圈侧，和

终端侧。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述多个圆形天线组件包括至少第一圆形天线组件和第二圆形天线组件，其中所述第二圆形天线组件环绕所述第一圆形天线组件。

5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述第一圆形天线组件的内径与所述第二圆形天线组件的内径不同。

6.根据权利要求4所述的设备，其中，所述第一圆形天线组件的外径与所述第二圆形天线组件的外径不同。

7.根据权利要求3所述的设备，其中，用于所述每个圆形天线组件的所述非圆形线圈组包括至少四个环形交错的非圆形线圈。

8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述非圆形线圈组中的所述每个非圆形线圈之间的所述偏转，通过所述每个圆形天线组件中的线圈数除360度计算得出。

9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述非圆形线圈组中的所述每个非圆形线圈之间的所述偏转是沿所述方位角方向偏转90度角。

10.根据权利要求8所述的设备，其中，所述非圆形线圈组中的所述每个非圆形线圈包括多个段。

11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述多个段是多个导电迹线。

12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述多个导电迹线包括多个镀银的铜迹线。

13.根据权利要求10所述的设备，其中，所述多个段包括至少四个段，该四个段包括

位于所述PCB的所述线圈侧的第一段，

位于所述PCB的所述终端侧的第二段，

位于所述PCB的所述线圈侧的第三段，和

位于所述PCB的所述终端侧的第四段。

14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述至少四个段的每个段包括2个端部，其中所述2个端部中的每个端部包括多个通孔，且其中所述每个段通过耦合相邻段上的所述多个通孔而相互环形交错，其中所述相邻段位于所述PCB的不同侧面上。

15.根据权利要求13所述的设备，其中，所述每个非圆形线圈在z方向上环形交错，其中

所述第一段的第二端部与所述第二段的第一端部耦合，

所述第二段的第二端部与所述第三段的第一端部耦合，

所述第三段的第二端部与所述第四段的第一端部耦合，以及

所述第四段的第二端部与所述第一段的第一端部耦合。

16.根据权利要求3所述的设备，其中，所述PCB的所述线圈侧是面向等离子体的一侧。

17.根据权利要求16所述的设备，其中，设置在所述线圈侧的所述每个非圆形线圈的每个段，比设置在所述终端侧的所述每个非圆形线圈的每个段，具有更大的表面积。

18.根据权利要求3所述的设备，其中，在所述PCB底部使用第三个PCB层以实现静电屏蔽，从而处理电容耦合。

19.根据权利要求1所述的设备，其中，所述非圆形线圈组中的每个非圆形线圈由所述功率发生器组中的独立的功率发生器提供功率。

20.根据权利要求1所述的设备，其中，所述非圆形线圈组由所述功率发生器组中的单个功率发生器提供功率。