在多个电极间均匀分配射频功率的等离子体处理系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及用于在等离子体处理系统中向电极分配RF能量的等离子体处理系统和方法。该等离子体处理系统包括功率和接地母线、正相和负相初级电极母线，以及正相和负相次级电极母线。功率和接地母线被隔离变压器耦合到次级电极母线从而负相次级电极母线被提供有与被供应到正相次级电极母线的RF信号180度异相的RF信号。次级电极母线被电容器耦合到各自的正相和负相初级电极母线。初级电极母线每一个均被耦合到真空腔室中的电极。将初级电极母线耦合到RF接地的负载线圈可以与电容器配合以调节在功率母线处的输入阻抗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及等离子体加工，并且特别涉及被配置为向多个电极分配射频(RF)功率的等离子体处理系统和用于向等离子体处理系统中的多个电极提供RF功率的方法。
技术介绍
在包括但是不限于集成电路、电子封装、印刷电路板和医疗器械的各种应用中使用的基板上，常常使用等离子体处理来沉积薄膜并且改性基板 的表面性质。特别地，等离子体处理系统可以用于在基板上沉积各种类型的薄膜材料，诸如光学和生物医学涂层、绝缘层、聚合物等。等离子体处理还可用于为电子器件封装制备半导体和印刷电路板表面。例如，等离子体处理可用于蚀刻树脂和/或光致抗蚀剂、用于移除钻污(drill smear)、用于增加表面活性和/或表面清洁度以消除分层和结合失效、用于提高引线结合强度、用于确保被附接到印刷电路板的芯片的无空隙下填充、用于从表面移除氧化物、用于增强管芯附接，和用于提高用于芯片包封的粘附性。在传统的等离子体加工系统中，多个基板被放置在真空腔室内侧的一对或者多对电极之间。真空腔室然后被抽空并且利用加工气体的局部压力填充。一旦腔室气氛具有所期望的加工气体组成和压力，则通过激发一个或者多个电极对从而在电极之间产生磁场来将能量引入腔室中。每一个电极对均利用具有足够能量以产生电磁场的信号激发，该电磁场至少部分地电离工艺气体，由此产生等离子体。如果将要执行蚀刻过程,则调节加工气体和能级从而等离子体的动力学和化学性质导致通过物理溅射、化学辅助溅射和由等离子体促进的化学反应从每一个基板移除(一个或者多个)最外表面层的原子。物理或者化学作用可以用于调节表面以改进诸如粘附性的性质，以选择性地移除外来表面层，或者从基板的表面清除不希望的污染物。等离子体辅助膜沉积方法通常通过或者化学气相沉积(CVD)或者聚合操作。如果将要执行CVD过程，则加工气体将包括被沉积的材料的至少一个前体。前体分子通过等离子体形成过程而被分解并且所产生的前体离子在基板表面上凝结并且反应以形成所期望的材料的薄层。在一些CVD应用中，基板还可以被加热以促进薄膜材料的沉积。如果将要执行聚合过程，则工艺气体将包括一个或者多个单体分子。单体分子在形成等离子体的过程中分解，形成当在基板上凝结时组合或者聚合的电离分子。单体分子的、等离子体引发的反应可以由此在基板表面上形成聚合物链的薄层和/或三维网络。CVD和聚合物过程这两者均可以用于在多种产物上产生薄的保形涂层。包括多个电极对的等离子体加工系统允许多个面板的两侧在批次工艺中被同时地处理，这提高了生产吞吐量。为此目的，基板保持器将每一个面板以竖直定向定位在被布置在搁架(rack)中的成对的平坦垂直电极之间，从而在每一个平坦垂直电极和面板的相邻表面之间的环境提供局部过程腔室，局部过程腔室中存在被部分地电离的加工气体-或者等离子体。为了产生等离子体，在等离子体加工系统的处理腔室中存在适当的气氛的情况下，电极对被电源通电。等离子体加工系统采用以各种频率产生信号的电源，其中两个通常使用的频率是40kHz和13.56MHz。用于产生等离子体的频率可以影响等离子体的化学性质和等离子体如何与被处理的基板相互作用这两者。沉积速率以及在基板上沉积的膜的质量和类型可以因此随着用于激发等离子体的信号的频率和强度而改变。对于聚合物膜沉积，通常已经发现以较高频率信号产生的等离子体导致等离子体具有改进的化学性质，这导致了更高的沉积速率和质量更好的膜。在多电极等离子体加工系统中处理的面板可以是非常大的。例如，面板可以具有矩形周边，其特征在于大约26英寸的宽度和大约32英寸的长度。电极必须具有至少与被处理的面板一样大的面积并且电极搁架可以包括水平地隔开的一打或者更多电极。电极搁架的总体尺寸因此在每一个维度中可以在二到三英尺的量级上，因此要 求同样大的电极激发信号分配系统。因为电极和电极搁架的尺寸增加，所以跨越每一个被处理基板的整个表面区域以及在基板之间维持场强均匀性变得更加具有挑战性。在更高电极激发频率下，维持等离子体均匀性的问题可能加重，这是因为，电极和激发信号分配系统的尺寸成为激发信号波长的一个更大的部分。在40kHz实现充分的场均匀性的、传统的RF总线系统在以诸如13. 56MHz的更高等离子体激发频率操作的多个电极等离子体系统中提供不足的均匀性。另夕卜，传统RF总线系统的输入阻抗在这些更高频率下难以匹配，从而导致高驻波比和浪费的RF功率。因此，存在对于在以诸如13. 56MHz的更高操作频率下以改进的输入阻抗更加均匀地向等离子体处理系统中的多个电极分配RF功率的等离子体处理系统和方法的需要。
技术实现思路
在一个实施例中，一种等离子体处理系统包括功率和接地母线、正相和负相次级电极母线、正相和负相初级电极母线、多个隔离变压器、将正相次级电极母线耦合到正相初级电极母线的电容器和将负相次级电极母线耦合到负相初级电极母线的另外的电容器。每个隔离变压器包括初级绕组，初级绕组具有被耦合到功率母线的第一端和被耦合到接地母线的第二端。每个隔离变压器还包括次级绕组，次级绕组具有被耦合到正相次级电极母线的第一端和被耦合到负相次级电极母线的第二端。该等离子体处理系统进一步包括在真空腔室中的多个电极。每个电极与正相初级电极母线或者与负相初级电极母线耦合。在又一个实施例中，提供了一种用于向具有射频(RF)功率的等离子体处理系统中的电极供电的方法。该方法包括利用RF功率激发功率母线、通过多个隔离变压器将RF功率的第一部分从功率母线传递到第一正相母线，和，通过该多个隔离变压器将RF功率的第二部分从功率母线传递到第一负相母线。RF功率的第一部分通过第一组多个电容器被从第一正相母线传递到第二正相母线并且被从第二正相母线传递到第一组多个电极。RF功率的第二部分通过第二组多个电容器被从第一负相母线传递到第二负相母线并且被从第二负相母线传递到第二组多个电极。附图说明在本说明书中结合并且构成其一个部分的附图示意本专利技术的实施例，并且与以上给出的本专利技术的一般说明和以下给出的详细说明一起用于解释本专利技术的原理。其中图I是多电极等离子体处理系统的前透视图。图2是根据本专利技术的实施例的、外部罩体被移除以示出被附接到真空腔室的顶部的RF总线系统的、多电极等离子体处理系统的后透视图。图3是其中为了说明清楚起见省略了被产物保持器保持的产物的多电极等离子体处理系统的电极和产物保持器的端视图。图3A是具有在相邻的电极对之间可视并且被在该相邻的电极对之间的产物保持器保持的产物的、图3的一个部分的放大视图。图4是用于在多电极等离子体处理系统内侧的过程腔室中的处理位置处保持产物的产物保持器的搁架的透视图。图5是根据本专利技术的实施例用于等离子体处理的RF 总线系统的示意性视图。图6A是根据本专利技术的实施例在图I的RF总线系统内侧截取并且示出RF母线条(buss bar)、耦合电容器、隔离变压器和相关联结构组件的相对位置的、图5的RF总线系统的横截面视图。图6B是基本沿着图6A中的线6B-6B截取的横截面视图。图6C是基本沿着图6A中的线6C-6C截取的横截面视图。图6D是图6A的RF总线系统的顶视图。图7是示出电极冷却通道和腔室电极母线的、电极的横截面视图。具体实施例方式本专利技术的实施例涉及用于多电极等离子体处理系统的射频(RF)总线系统。RF总线系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体处理系统，包括：真空腔室；功率母线；接地母线；正相次级电极母线；负相次级电极母线；正相初级电极母线；负相初级电极母线；多个隔离变压器，每个所述隔离变压器包括初级绕组和次级绕组，所述初级绕组具有被耦合到所述功率母线的第一端和被耦合到所述接地母线的第二端，并且所述次级绕组具有被耦合到所述正相次级电极母线的第一端和被耦合到所述负相次级电极母线的第二端；第一组多个电容器，用于把所述正相次级电极母线耦合到所述正相初级电极母线；第二组多个电容器，用于把所述负相次级电极母线耦合到所述负相初级电极母线；和多个电极，所述多个电极在所述真空腔室中，每个所述电极与所述正相初级电极母线或与所述负相初级电极母线耦合。

【技术特征摘要】
2011.05.04 US 13/100,6051.一种等离子体处理系统，包括 真空腔室； 功率母线； 接地母线； 正相次级电极母线； 负相次级电极母线； 正相初级电极母线； 负相初级电极母线； 多个隔离变压器，每个所述隔离变压器包括初级绕组和次级绕组，所述初级绕组具有被耦合到所述功率母线的第一端和被耦合到所述接地母线的第二端，并且所述次级绕组具有被耦合到所述正相次级电极母线的第一端和被耦合到所述负相次级电极母线的第二端; 第一组多个电容器，用于把所述正相次级电极母线耦合到所述正相初级电极母线；第二组多个电容器，用于把所述负相次级电极母线耦合到所述负相初级电极母线；和多个电极，所述多个电极在所述真空腔室中，每个所述电极与所述正相初级电极母线或与所述负相初级电极母线耦合。2.根据权利要求I所述的等离子体处理系统，进一步包括 第一负载线圈，用于把所述正相初级电极母线耦合到接地；和 第二负载线圈，用于把所述负相初级电极母线耦合到接地。3.根据权利要求2所述的等离子体处理系统，其中所述正相初级电极母线和所述负相初级电极母线具有平行布置，所述正相初级电极母线具有被耦合到所述第一负载线圈的周边端部，并且所述负相初级电极母线具有被耦合到所述第二负载线圈的周边端部。4.根据权利要求2所述的等离子体处理系统，进一步包括 接地罩体，所述接地罩体容纳所述功率母线、所述接地母线、所述正相次级电极母线、所述负相次级电极母线、所述正相初级电极母线、所述负相初级电极母线、所述多个隔离变压器、所述第一组多个电容器、所述第二组多个电容器、所述第一负载线圈和所述第二负载线圈， 其中所述第一负载线圈和所述第二负载线圈被所述罩体电耦合到接地。5.根据权利要求2所述的等离子体处理系统，进一步包括 RF输入馈通，所述RF输入馈通靠近具有RF阻抗的中心馈送点被耦合到所述功率母线，其中所述电容器的电容和所述负载电感器的电感被选择使得减小在所述中心馈送点和所述RF输入馈通之间的阻抗失配。6.根据权利要求I所述的等离子体处理系统，其中所述初级绕组的第一端以规则的间隔耦合到所述功率母线，所述初级绕组的第二端以规则的间隔耦合到所述接地母线，所述次级绕组的第一端以规则的间隔耦合到所述正相次级电极母线，并且所述次级绕组的第二端以规则的间隔耦合到所述负相次级电极母线。7.根据权利要求I所述的等离子体处理系统，进一步包括 多个馈通，所述多个馈通被配置为把每个所述电极与所述正相初级电极母线或与所述负相初级电极母线耦合。8.根据权利要求7所述的等离子体处理系统，进一步包括 多个托架，所述多个托架被配置为以交替次序把所述馈通电耦合到所述正相初级电极母线或所述负相初级电极母线之一。9.根据权利要求7所述的等离子体处理系统，其中所述馈通进一步被配置为提供至所述电极的密封的冷却剂路径。10.根据权利要求7所述的等离子体处理系统，其中所述电极具有并置布置使得在所述真空腔室中限定多个局部过程腔室，每个所述电极具有外周边，并且每个所述馈通从所述电极之一的所述外周边向外突出。11.根据权利要求I所述的等离子体处理系统，进一步包括 正相腔室电极母线，所述正相腔室电极母线在所述真空腔室中，所述正相腔室电极母线与耦合到所述正相初级电极母线的所述电极耦合；和 负相腔室电极母线，所述负相腔室电极母线在所述真空腔室中，所述负相腔室电极母线与耦合到所述负相初级电极母线的所述电极耦合。12.—种向等离子体处理系统中的多个电极提供射频(RF)功率的方法，所述方法包括 利用R...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·V·博尔登，艾尔玛·M·卡利卡，罗伯特·S·康德拉少弗，路易斯·费耶罗，詹姆士·D·格蒂，
申请(专利权)人：诺信公司，
类型：发明
国别省市：