[发明专利]用于形成等离子体处理设备的射频(RF)线圈的模具和方法

说明书

本文披露了用于生产射频(RF)线圈的模具和方法的多个不同的实施例。所披露的模具包括圆柱形内芯和两件式压缩套筒，该圆柱形内芯具有在圆柱形内芯的外表面内形成的第一螺旋形凹槽，该两件式压缩套筒具有在两件式压缩套筒的内表面内形成的第二螺旋形凹槽。当两件式压缩套筒的部分附接到一起时，两件式压缩套筒包围圆柱形内芯并且向布置在第一螺旋形凹槽和第二螺旋形凹槽内的导体提供压缩力以生产RF线圈。在一些实施例中，可以使用三维(3D)打印过程来单独地生产模具的每个零件。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年1月24日提交的美国非临时专利申请号16/752,446的提交日期的优先权和权益，该美国非临时专利申请通过引用以其全部内容并入本文。

背景技术

本披露内容涉及在等离子体处理设备中使用的射频(RF)线圈。特别地，本发明提供了形成RF线圈的模具和方法的多个不同的实施例。

等离子体处理设备广泛地用于生产半导体装置和其他电子装置。在此类设备中，使用等离子体来执行处理，诸如蚀刻、沉积、氧化、溅射等，以便实现处理气体在相对较低的温度下良好反应。用于此类目的的常规等离子体处理设备包括但不限于，电容耦合等离子体(CCP)和电感耦合等离子体(ICP)设备。

总体上，等离子体在真空腔室中产生，并且用于产生等离子体的器件要么位于腔室外，要么位于保护壁内，以便减少施加RF功率时对等离子体电位的扰动。在电感耦合等离子体(ICP)设备中，例如，线圈状RF天线可以被定位在在处理腔室的壁内形成的电介质窗口外，该处理腔室用作用于所产生的等离子体的真空腔室。在处理腔室内的中心区域处设置目标衬底(例如，半导体晶圆或玻璃衬底)。

为了执行等离子体处理，将处理气体供应到在电介质窗口与衬底之间形成的处理空间中。将高频交流(AC)电流供应到线圈状RF天线以感应出RF磁场，该RF磁场经由电介质窗口传输到腔室内的处理空间。随着RF磁场随时间变化，在处理空间内沿方位角方向产生感应电场，以产生强等离子体。

在一些情况下，可以改变线圈状RF天线的特征(诸如匝数、节距、弯曲半径、线圈直径、线圈长度、线圈同心度等)来影响等离子体密度和重复性。例如，改变线圈的几何形状将基于改变诸如节距、直径、长度等的特征而影响等离子体特征(例如，增大线圈的节距将改变等离子体产生区域、等离子体密度、以及等离子体均匀性)。

RF线圈设计典型地交由外部供应商进行以经由制造工艺进行生产，该制造工艺包括手工弯曲和缠绕机械的组合。不幸的是，手工生产RF线圈(有或没有缠绕机械的帮助)不是很准确，并且通常无法达到等离子体处理所要求的严格公差。制造工艺还倾向于产生不平整的表面和翘曲的几何形状(例如变形的线圈形状)，这可能会影响所生产的RF线圈的近场行为。

在一些情况下，可能需要多次迭代来完善RF线圈设计。例如，紧密的弯曲半径、线圈同心度、以及线圈直径尤其难以预测，可能需要在整个设计过程中进行调整。例如，即使同心度的微小偏差也可能会导致等离子体处理中的不均匀性、不良点火行为、或异常放电。然而，许多外部供应商的交付时间很长(例如约4到6周)，这可能会显着增加设计时间，尤其是当需要多次迭代来完善RF线圈设计时。

需要一种改进的生产RF线圈的方法，该方法是准确的、可再现的、并且比传统的制造工艺更具时间/成本效益。

发明内容

本文披露了用于生产RF线圈的模具和方法的多个不同的实施例。更具体地，本披露内容提供用于生产在等离子体处理设备内使用的RF线圈的模具和方法的多个不同的实施例。如在下文中更详细讨论的，所披露的模具可以总体上包括圆柱形内芯和两件式压缩套筒，该圆柱形内芯具有在圆柱形内芯的外表面内形成的第一螺旋形凹槽，该两件式压缩套筒具有在两件式压缩套筒的内表面内形成的第二螺旋形凹槽。当两件式压缩套筒的部分附接到一起时，两件式压缩套筒包围圆柱形内芯并且向布置在第一螺旋形凹槽和第二螺旋形凹槽内的导体提供压缩力以生产RF线圈。