用于等离子体施加器的气体喷射器设备的利记博彩app
【专利摘要】本发明提供一种结合反应性气体源使用的等离子体腔室，其包括：第一管道，第一管道包括壁、入口、出口、内表面和外表面以及穿过壁的多个开口，入口接收第一气体以与形成于第一管道中的等离子体在第一管道中生成反应性气体。该等离子体腔室还包括第二管道，第二管道包括壁、入口和内表面。第一管道安置于第二管道中，在第一管道的外表面与第二管道的内表面之间限定通道。向第二管道的入口供应的第二气体沿着该通道流动并且通过第一管道的壁的多个开口到第一管道内以包围第一管道中的反应性气体和等离子体。
【专利说明】用于等离子体施加器的气体喷射器设备
[0001]统一替换:运行---运行
[0002]性质一特性
[0003]工艺气体工艺气体
【技术领域】
[0004] 本文所描述的发明涉及用于等离子体施加器的气体喷射器设备和喷射气体并且生成等离子体的方法。
【背景技术】
[0005]等离子体常常用来将气体激活为激励状态，造成增强的反应性。气体可以被激励以产生离解的气体，离解的气体包含离子、自由基、原子和分子。被激励的气体用于多种工业和科学应用，包括加工诸如半导体晶片和粉末的固体材料、其它气体和液体。离解气体的参数和离解气体与待由该系统加工的材料相互作用的条件可以广泛地不同，视具体应用而定。例如，原子氟用来蚀刻材料诸如S1、S102、W和TiN。原子氧用来移除光刻胶或其它烃材料。离子和原子氢用来移除铜和硅的氧化物。在等离子体中用于发生离解所需的功率量可以根据例如气体流率、气体种类、等离子体腔室压力和等离子体的源的具体应用而不同。
[0006]等离子体源以各种方式生成等离子体。例如，等离子体源通过在等离子体气体(例如02、NF3、Ar、CF4、H2和He)或气体的混合物中施加电场而生成等离子体。等离子体源可以使用直流放电、微波放电或射频(RF)放电生成等离子体。直流放电通过在等离子体气体中在两个电极之间施加电位而生成等离子体。微波放电通过微波透过的窗口将微波能量直接耦接到容纳等离子体气体的腔室内而生成等离子体。RF放电通过从功率供应将能量静电地或感应地耦合到等离子体而生成等离子体。
[0007]静电耦合的等离子体通常具有比感应耦合的等离子体更高的离子轰击能量并且通常用于优选更高离子能量的应用中或者更高离子能量且不造成任何不利效果的应用中。感应耦合的等离子体用于高能离子对表面轰击不合需要或者需要高等离子体密度的应用中。感应和静电耦合常常在感应耦合的等离子体装置中同时发生，通常高电压被施加到感应线圈并且线圈密切靠近等离子体。静电屏蔽可以用于感应线圈与等离子体之间以防止或减轻静电耦合。然而，静电屏蔽常常减小在感应线圈与等离子体之间的耦合效率，造成RF功率浪费并且阻抗匹配变得更难。等离子体通常容纳在由金属材料诸如铝，介电材料诸如石英或蓝宝石或者金属与介电材料的组合构成的容器中。
[0008]在包含化学反应性气体诸如氟、氯、氧气或氢气的等离子体中，被激励气体的高反应性常常造成等离子体容器表面化学腐蚀。已发展了各种技术来通过减小等离子体容器表面处等离子体的能量和密度，选择化学稳定的表面材料并且降低容器壁的温度来最小化表面-等离子体相互作用。由于在大部分等离子体装置中的低运行压力，工艺气体的流动可以将等离子体推向等离子体容器表面。用于等离子体源/施加器的现有技术气体喷射方法通常不足以充分防止等离子体-壁相互作用。某些结构(例如，喷头结构)用于等离子体施加器中以操纵气体流动到等离子体腔室内的方向以便高效混合或者控制等离子体的均一性，但这些结构并未充分地保护等离子体腔室的表面。磁场也有时用来隔离等离子体与等离子体腔室壁以减小等离子体的表面腐蚀。
[0009]因此存在对于等离子体施加器的改进的气体喷射器设备和用来喷射气体和生成等离子体的方法的需要。
[0010]发明的公开
[0011]本发明的一个实施例包括同心管的结构。
[0012]外管/管道为固体并且提供外部结构，以在该结构内容纳气体或流体。内管具有多个开口(例如，狭缝或孔)，其允许气体从两个管之间的环形体积传递到内管的体积。通过仅在一端牢固地保持该结构来减少管上的热机械应力。第一气体被递送到内管的入口以由等离子体生成反应性气体。第二气体被传递到外管的入口，沿着内管与外管之间的通道流动并且通过内管壁的多个开口进入内管。使用高频功率源(例如，微波或射频功率源)，在内管中生成等离子体,高频功率源将能量施加于递送到内管内的一种气体/多种气体。第二气体通过内管壁的开口的流动形成压力梯度以及包围位于内管内的等离子体(和反应性气体)的气体流动。压力梯度和气体流动的动能力将等离子体(和反应性气体)推离内管的表面，减少了内管内表面上的高能粒子的通量。压力梯度和气体流动也迫使由等离子体激励的中性气体远离内管的内表面。这减轻了管的表面腐蚀以及相关联的化学或粒子污染。
[0013]一方面，本发明的特点在于一种结合反应性气体源使用的等离子体腔室。该等离子体腔室包括第一管道，该第一管道包括壁、入口、出口、内表面和外表面以及穿过壁的多个开口，入口接收第一气体以与形成于第一管道中的等离子体在第一管道中生成反应性气体。该等离子体腔室还包括第二管道，第二管道包括壁、入口和内表面。第一管道安置于第二管道中，在第一管道的外表面与第二管道的内表面之间限定通道。向第二管道的入口供应的第二气体沿着通道流动并且通过第一管道壁的多个开口到第一管道内以包围第一管道中的反应性气体和等离子体。在某些实施例中，第一气体和第二气体为不同类型的气体，通过单独的气体入口流入到等离子体腔室内。在某些实施例中，第一气体与第二气体为相同气体或气体混合物并且可以分流以馈送到等离子体腔室中第一管道和第二管道的入口。在某些实施例中，第二管道的出口为密封的，其中通过密封第二管道的出口，向第二管道的入口供应的所有气体通过第一管道的壁中的多个开口进入到第一管道内。
[0014]在某些实施例中，等离子体腔室包括用来在第一管道中生成等离子体的功率源。功率源可在射频或微波频率下运行以将电磁功率耦合到等离子体。
[0015]在某些实施例中，第一管道包括联接在一起的多个管道部段并且开口位于管道部段之间在它们联接在一起的位置。在某些实施例中，多个管道部段联接在一起，利用一个或多个肋状物将每个管道部段的外表面联结到彼此。在某些实施例中，一个或多个肋状物限定在第一管道的外表面与第二管道的内表面之间的通道间隙。在某些实施例中，在第一管道中的开口为穿过壁的通路/通道，诸如孔、槽、狭缝或其组合。
[0016]在某些实施例中，开口穿过第一管道壁径向向内定向。在某些实施例中，开口的通道相对于第一管道表面的法线方向成一定角度定位，以提供沿着该表面、沿着第一管道的纵向轴线或者与第一管道的纵向轴线成一定角度的气体流动的切向分量。在某些实施例中，开口的通道穿过第一管道的壁径向向内定向并且沿着第一气体流动方向定向。在某些实施例中，开口的通道穿过第一管道壁径向向内定向并且相对于第一气体流动方向成锐角，以形成沿着第一管道的内表面的螺旋气体流动。
[0017]在某些实施例中，第一管道的出口包括安装凸缘，安装凸缘用来将第一管道和第二管道的一个共同端部联接到反应性气体源，其中通过联接第一管道和第二管道的一个共同端部，在运行中最小化第一管道与第二管道中的热机械应力。在某些实施例中，第一管道和第二管道各包括形成环型等离子体腔室的多个管道支腿。
[0018]在另一方面，本发明的特点在于一种在反应性气体源的等离子体腔室中生成反应性气体的方法。该等离子体腔室包括第一管道，第一管道包括壁、入口、出口、内表面和外表面以及穿过壁的多个开口。该等离子体腔室还包括第二管道，第二管道包括壁、入口、出口和内表面。第一管道安置于第二管道中，在第一管道的外表面与第二管道的内表面之间限定通道。该方法包括:向第一管道的入口供应第一气体并且与形成于第一管道中的等离子体在第一管道中生成反应性气体。该方法还包括:向第二管道的入口供应第二气体，第二气体沿着通道流动并且通过第一管道的壁的多个开口到第一管道内以包围第一管道中的反应性气体和等离子体。
[0019]在某些实施例中，该方法包括:在向第一管道的入口供应第一气体之前，向第二管道的入口供应第二气体。在某些实施例中，该方法包括:改变第二气体的气体供应性质以在形成于第一管道中的等离子体和反应性气体周围形成气体屏蔽层。在某些实施例中，该方法包括:改变气体供应性质来冷却第一管道壁。在某些实施例中，该方法包括:向这些入口同时供应第一气体和第二气体。
[0020]在某些实施例中，该方法包括:通过向第一管道中的第一气体施加能量来点燃在第一管道中的等离子体。在某些实施例中，第二气体在第一管道中径向向内流动，并且通过向第二气体施加能量而点燃在第一管道中的等离子体。在某些实施例中，第二气体在第一管道中部分地向切向流动并且部分地在径向向内流动。在一些其它实施例中，第一气体和第二气体都流入到第一管道内。通过向第一管道中的第一气体和第二气体施加能量来点燃在第一管道中的等离子体。在某些实施例中，该方法包括:监测在第一管道中和在第一管道与第二管道之间的通道中的气体压力和流率。在某些实施例中，该方法包括:监测等离子体相对于第一管道的位置和第一管道的温度。
[0021]在另一方面，本发明的特点在于一种反应性气体源。该反应性气体源包括等离子体腔室，等离子体腔室包括第一管道和第二管道。第一管道包括壁、入口、出口、内表面和外表面以及穿过壁的多个开口，入口接收第一气体以在第一管道中与形成于第一管道中的等离子体生成反应性气体。第二管道包括壁、入口、出口和内表面。第一管道安置于第二管道中，在第一管道的外表面与第二管道的内表面之间限定通道，其中向第二管道的入口供应的第二气体沿着通道流动并且通过第一管道壁的多个开口到第一管道内，以包围第一管道中的反应性气体和等离子体。反应性气体源还包括:功率源，其用来在第一管道中利用第一气体和第二气体生成等离子体；以及气体供应，其向等离子体腔室供应第一气体和第二气体。
[0022]在另一方面，本发明的特点在于一种结合反应性气体源使用的等离子体腔室的管道。管道包括壁、入口、出口以及内表面和外表面。管道还包括穿过壁的多个开口，多个开口用来接收气体以包围在管道中形成的反应性气体和等离子体。在某些实施例中，管道包括:登记元件，其登记有在反应性气体源上的相对应元件。
[0023]结合附图考虑，通过下文的详细描述，本发明的其它方面和优点将会变得明显，附图仅以举例说明的方式示出了本发明的原理。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]参考附图中的以下详细描述，本发明的各种实施例的前述特点将更易于理解，在附图中:
[0025]图1为示出根据本发明的说明性实施例的反应性气体源的等离子体腔室的示意图。
[0026]图2为示出根据本发明的说明性实施例的等离子体腔室的管道的示意说明的透视图。
[0027]图3A为示出根据本发明的说明性实施例的等离子体腔室的管道的示意说明的端视图。
[0028]图3B为图3A的管道的截面侧视图。
[0029]图4为示出根据本发明的说明性实施例的环型等离子体腔室的示意图。
[0030]图5为示出根据本发明的说明性实施例的微波等离子体施加器的截面图。
[0031]图6为根据本发明的说明性实施例用来在反应性气体源的等离子体腔室中生成反应性气体的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0032]图1为示出根据本发明的说明性实施例的反应性气体源的等离子体腔室100的示意图。等离子体腔室100包括第一管道104。第一管道104具有壁112、入口 116、出口 120、内表面118和外表面122。第一管道104还具有穿过壁112的多个通路124，其限定穿过壁112的多个开口 128(例如，狭缝或孔)。在运行中，向第一管道104的入口 116供应第一气体160，以与形成于第一管道104中的等离子体132在第一管道104中生成反应性气体。在此实施例中，开口 128的通道124穿过第一通道104的壁112沿径向向内定向并且沿着第一气体160的流动方向定向。在替代实施例中，开口 128相对于气体流动方向成锐角定向。在某些实施例中，第一管道104和第二管道108由介电材料(例如，石英、氧化铝、蓝宝石、氮化铝、氮化硼、氧化钇)制成并且微波源用来将微波能量耦合到第一管道104以与第一气体160生成等离子体132。在本发明的替代实施例中，替代的方法和设备可用于生成等离子体132。例如，非微波源的功率源(例如，感应耦合功率源、RF功率源)可用于将能量耦合到等离子体腔室100以生成并维持等离子体132。
[0033]在某些实施例中，第一气体为工艺气体(例如，02、H2, N2或NF3)，其流入第一管道104内并且用于生成等离子体132。在某些实施例中，在等离子体点燃期间，使用惰性气体(例如，氩气、氦气)或者惰性气体与工艺气体的混合物。激励惰性气体需要较低的电场。因为激励等离子体所需的电场通常高于维持等离子体所需的电场，在点燃期间有时使用惰性气体来降低功率供应/气体激励的要求。
[0034]在某些实施例中，等离子体腔室100包括点燃源(未图示)，其在第一管道104中生成自由电荷以辅助在第一管道104中的气体的点燃。在第一管道104中生成自由电荷的点燃源可为位于第一管道104中的电极或光学地耦合到第一管道104的紫外线源。点燃源可位于或部分地位于第一管道104内。点燃源也可位于第一管道104和第二管道108外侧并且可光学地耦合到第一管道104。
[0035]第二管道108包括壁136、入口 140、出口(未图示)和内表面148。在某些实施例中，当组装时，第二管道的出口是密封的。第一管道104的出口安置于第二管道108中，其限定第一管道104的外表面122与第二管道108的内表面148之间的通道152。在运行中，向第二管道108的入口 140供应第二气体156。第二气体156沿通道152流动并且通过通路124的开口 128到第一管道104内。第二气体156包围在第一管道104中的反应性气体和等离子体132。
[0036]在运行中，控制第二气体156的性质(例如，气体流率、物质混合、压力)使得沿着通道152流动并且然后通过开口 128到第一管道104内的气体形成压力梯度，该压力梯度迫使反应性气体和等离子体132远离第一管道104的内表面118。通过迫使反应性气体和等离子体132远离第一管道104的内表面118，减少了在第一管道104的表面(例如，内表面118)上的高能粒子的通量。气体流动和压力梯度也将推动由等离子体132激励的中性气体远离第一管道104的内表面118。这减少了第一管道104的表面腐蚀以及原本会发生的相关联的化学或粒子污染。激活的气体可包含离子、原子和分子，例如，C、H、O、N、F、Cl和Br。通过第一管道104的壁112的开口 128流动的气体也向壁112提供冷却。第一管道104的壁112被冷却，因为当等离子体132被迫远离壁112的内表面118时，从等离子体132到壁112的热通量减少了。此外，也通过与第二气体156相关联的热对流效应冷却第一管道，该第二气体156通过开口 128且沿着第一管道104的内表面118和外表面122流动。第二气体156可为惰性气体、工艺气体或者惰性气体与工艺气体的混合物。
[0037]穿过第一管道104的壁112的开口 124可被制成具有多种几何形状。例如，开口124可具有，例如圆形、椭圆形、矩形或者不规则的形状。在某些实施例中，开口为孔、槽、狭缝或其组合。由开口限定的平面可平行于第一管道的纵向轴线或者以一定角度指向第一气体160的流动方向或者沿着第一气体160的流动方向。开口 124可相对于第一管道104的内表面118成一定角度来提供沿着表面118，沿着第一管道104的纵向轴线或者相对于第一管道104的纵向轴线成一定角度的气体流动的切向分量。
[0038]图2为根据本发明的说明性实施例的等离子体腔室的管道204的示意说明的透视图。管道204可用作图1的第一管道104。管道204具有壁212、入口 216、出口 220、内表面218和外表面222。管道204也具有穿过壁212的多个通路224，其限定穿过管道204的壁212相对于管道204的纵向轴线成一定角度径向向内定向的多个开口 228 (孔)。在运行中，向管道204的入口 216供应等离子体气体以与形成于管道204中的等离子体在管道204中生成反应性气体。然后从第一管道204的出口 220输出反应性气体。在运行中，第二气体从外表面222通过开口 228到内表面218径向向内导向(类似于在本文中关于例如图1的第一管道104所描述)。在管道204中的开口 228也能成角度，从而形成沿着管道204的内表面218的螺旋气体流动。管道204还包括位于管道204出口 220的安装凸缘240。替代地，安装凸缘240可以位于管道204的入口 216处。将使用管道204的等离子体源包括互补凸缘联接机构，其经由安装凸缘240将管道204联接到等离子体源。[0039]图3A和图3B为根据本发明的说明性实施例的等离子体腔室的管道304的示意图。管道304可用作图1的第一管道104。图3A为管道304的端视图。图3B为管道304的截面侧视图。管道304包括壁328、入口 332、出口 334和内表面336。管道304包括多个管道部段308。管道部段308联接在一起以限定位于相邻管道部段308之间的多个开口 312。限定开口 312的通道相对于管道304的纵向轴线364以锐角360定位。限定开口 312的通道在管道304中径向向内定向。在某些实施例中，限定开口 312的通道也在管道304中部分地在切向定向(即，不朝管道304的中心定向)。管道部段308与三个肋状物316a、316b、316c (总体上316)联接在一起。肋状物316联结管道部段308中每一个的外表面320。
[0040]在一实施例中，管道304结合第二管道(未图示)使用以形成等离子体腔室(例如，图1的等离子体腔室100的第二管道108)。管道304安置于第二管道中，在管道部段308外表面320与第二管道的内表面之间限定通道。肋状物316限定管道部段308的外表面320与第二管道的内表面之间的通道间隙大小。
[0041]替代结构或部件可用于替代实施例中，以将管道部段308联接在一起。例如，在某些实施例中，使用一个或多个肋状物将管道部段308联接在一起。在某些实施例中，肋状物或联接元件用于管道304内部以将管道部段联接在一起。
[0042]图4为根据本发明的说明性实施例的环型等离子体腔室400的示意图。腔室400包括四个管道支腿404a、404b、404c、以及404d(总体上404)，其联接在一起以形成环型等离子体腔室400。管道支腿404a具有内部、第一管道408a(例如，图1的第一管道104)以及外部、第二管道412a (例如，图1的第二管道108)。管道支腿404a还包括入口 416a和出口 420a。管道支腿404c具有内部、第一管道408c (例如，图1的第一管道104)以及外部、第二管道412c (例如，图1的第二管道108)。管道支腿404c还包括入口 416c和出口 420c。
[0043]管道支腿404b具有内部、第一管道408b以及外部、第二管道412b。管道支腿404b具有入口 416b和462b以及两个出口 420b和420b’。管道支腿404d具有内部、第一管道408d以及外部、第二管道412d。管道支腿404b具有两个入口 416d和416d’以及一个出口420d。管道408a、408b、408c和408d(总体上408)具有穿过管道408壁的多个通路424，限定穿过壁的多个开口(例如，狭缝或孔)。
[0044]管道支腿404被配置使得管道支腿404b的出口 420b’联接到管道支腿404c的入口 416c。管道支腿404c的出口 420c联接到管道支腿404d的入口 416d’。管道支腿404b的出口 420b联接到管道支腿404a的入口 416a。管道支腿404d的出口 420a联接到管道支腿 404d 的入口 416d。
[0045]在运行中，第一气体460被供应到管道支腿404b的入口 416b并且流过管道404中每一个。第一气体460用于与管道404中形成的环型等离子体444在管道404中生成反应性气体。该系统包括电源变压器440，其将电磁能耦合到等离子体444内。电源变压器440包括高磁导率磁芯452、主线圈/绕组456以及等离子体腔室400。等离子体腔室400使得等离子体444能够形成变压器440的次级电路。该系统还包括电源460 (例如，开关电源)。在一实施例中，电源460包括电压源，其直接耦接到包含开关半导体设备的开关电路。电压源可为线电压源或者母线电压源。开关半导体装置可以是一组开关晶体管。开关电路可为固态开关电路。该电路的输出能直接联接到变压器440的初级绕组456。
[0046]在运行中，第二气体464被供应到管道支腿404b的入口 462b。第二气体464沿着限定于第一管道408与第二管道412之间的通道470流动。第二气体464沿着通道470流动并且通过通道428的开口到第一管道408。第二气体464包围在第一管道408中的反应性气体和等离子体444。第二气体464可为惰性气体、工艺气体或者惰性气体与工艺气体的混合物。第二气体464可与第一气体460相同。
[0047]在运行中，控制第二气体464的性质(例如，气体流率、物质混合、压力)使得气体沿着通道470流动并且然后通过开口到第一管道408内以形成压力梯度，该压力梯度迫使反应性气体和等离子体444远离第一管道408的内表面。
[0048]图5为根据本发明的说明性实施例的微波等离子体施加器500的截面图。施加器500包括由微波能量基本上可透过的材料(例如，石英、蓝宝石、氧化铝、氮化铝、氮化硼、氧化钇或其它适合的电介质)制成的电介质等离子体腔室504(例如，图1的等离子体腔室100)。施加器500也包括波导508。波导508将微波能量从功率源570 (在此实施例中的微波功率源)传送到等离子体腔室504的内侧512 (例如，在图1的管道104中)以在等离子体腔室504中生成和维持等离子体。
[0049]等离子体腔室504包括第一管道516。第一管道516具有入口 524和出口 528。第一管道516也具有穿过管道516壁的多个通路532，该多个通路532限定穿过壁的多个开口 536。施加器包括用来向等离子体腔室504供应第一气体和第二气体的气体供应540。在运行中，向第一管道516的入口 524供应第一气体以与形成于第一管道516中的等离子体在第一管道516中生成反应性气体。第二管道520具有入口 544和出口 548。第一管道516安置于第二管道520中(类似于关于图1的等离子体腔室100描述)，在第一管道516的外表面与第二管道520的内表面之间限定通道(为了清楚说明起见未图示)。在运行中，由气体供应540将第二气体供应到第二管道520的入口 544。第二气体沿着通道流动并且通过通路532的开口 536到第一管道516内。第二气体包围在第一管道516中的反应性气体和等离子体，如本文所描述类似。第一气体和第二气体也可由相同的气体源供应。
[0050]第一管道516的出口 528具有安装凸缘580，其将第一管道516和第二管道520的共同端部584联接到等离子体施加器500 (例如，反应性气体源)。通过在一个共同端部584 (并且在其它位置不联接)联接第一管道516和第二管道520，减少了在第一管道516和第二管道520中热机械应力，因为第一管道516沿施加器500的纵向轴线588自由膨胀和收缩。安装凸缘580也能形成气体密封件595，以便密封第二管道520的出口 548。通过密封第二管道520的出口 548，迫使所有的第二气体通过通路532的开口 536流动到第一管道516内。
[0051]施加器500还包括登记(registration)元件592,其确保适当的第一管道516和第二管道520结合施加器500使用。在此实施例中，登记元件592是安装凸缘580的部分。登记元件592登记有施加器500上的相对应位置，例如，以使得处理器(未图示，但是联合到施加器500)授权施加器500的运行。登记元件592可以是例如在安装凸缘580上的传导层，其闭合电连接用于登记，或者是机械突起，其闭合机械开关用于登记。
[0052]图6为根据本发明的说明性实施例用来在反应性气体源的等离子体腔室中生成反应性气体的方法的流程图600。等离子体腔室可以是例如图1的等离子体腔室100。在一实施例中，等离子体腔室包括第一管道，其包括壁、入口、出口、内表面和外表面以及穿过壁的多个开口。等离子体腔室还包括第二管道，其包括壁、入口、出口和内表面。第一管道安置于第二管道中，在第一管道的外表面与第二管道的内表面之间限定通道。
[0053]该方法包括604向第一管道的入口供应第一气体。该方法还包括612通过在第一管道中施加电磁能(例如，利用功率源，例如微波源)来点燃在第一管道中的等离子体。该方法还包括616与形成于第一管道中的等离子体在第一管道中生成反应性气体。该方法还包括608向第二管道的入口供应第二气体。第二气体沿着通道(由第一管道和第二管道限定)流动并且通过第一管道壁的多个开口到第一管道内。第二气体包围在第一管道中的反应性气体和等离子体。该方法还包括628将在等离子体腔室中生成的反应性气体输出到加工腔室(例如，晶片处理腔室)。
[0054]在某些实施例中，该方法包括608在向第一管道的入口供应第一气体之前，向第二管道的入口供应第二气体。通过608在供应第一气体和点燃等离子体之前供应第二气体，第二气体(例如，图1的第二气体156)形成第二气体的屏蔽层，其防止第一气体、反应性气体和等离子体在点燃期间冲击到第一管道的内表面上(例如，图1的第一管道104的内表面118)。在某些实施例中，该方法包括同时向相应第一管道和第二管道的入口供应第一气体和第二气体。
[0055]该方法包括606监测在第一管道中和在第一管道与第二管道之间的通道中的气体压力。需要在第一管道两端的压力梯度来使第二气体通过第一管道中的开口流动，从而迫使反应性气体和等离子体远离第一管道的内表面。压力梯度也有助于在第一管道内侧而不是在第一管道与第二管道之间的通道中生成和维持等离子体。该方法包括606监测第一气体(在步骤604中供应)和第二气体(在步骤608中)的流率。气体流率也能直接使用例如质量流量计测量。替代地，通过测量在第一管道中和在第一管道与第二管道之间的通道中的气体压力也能监测流率。
[0056]该方法还包括614监测等离子体的位置和第一管道的温度。通常，等离子体形成于第一管道内并且保持远离第一管道的表面。在异常条件下(例如，诸如当第二气体的流率不足时)，等离子体可到达第一管道的表面或者甚至在第二管道与第一管道之间的通道中。一旦发生异常条件，调整运行参数诸如气体流率、等离子体功率和匹配电路的电性质来校正条件。例如，可增加第二气体的流率以形成较大压力梯度来迫使等离子体远离管道壁。此外，通过降低向气源提供的能量以减少在管道壁上的热负荷，可减少等离子体功率。可改变在气体源中所用的匹配电路的电性质(例如，匹配电容器、电阻器和感应器值)以更接近地匹配功率供应的性质与等离子体的电性质，从而降低在管道壁上的热负荷。如果不能校正异常条件，可终止运行。例如可使用光学探针来监测等离子体相对于管道壁的位置。在某些实施例中，热电偶附连到第一管道上，以监测管道的温度。可基于等离子体相对于管道壁的位置来调整运行参数。
[0057]该方法还包括624改变第二气体的气体供应性质。控制第二气体的特性(例如，气体流率和压力)，以便使沿着通道流动并且然后通过开口到第一通道内的气体形成压力梯度，该压力梯度迫使反应性气体和等离子体远离第一管道的内表面。通过迫使反应性气体和等离子体气体远离第一管道的内表面，减少了在第一管道的表面(例如，内表面)上的高能带电荷粒子的通量。气体流动和压力梯度也推动由等离子体激励的中性气体远离第一管道的内表面。这减少了第一管道的表面腐蚀以及原本可能会发生的相关联的化学或粒子污染。通过第一管道壁的开口流动的气体也向壁提供冷却。第一管道壁被冷却是因为当迫使等离子体远离壁的内表面时减少了从等离子体到壁的热通量。此外，与通过开口并且沿着第一管道的内表面和外表面流动的第二气体相关联的热对流效应也冷却第一管道。在某些实施例中，改变第二气体的气体供应性质(步骤624)以形成或修改包围形成于第一管道中的等离子体与反应性气体的气体屏蔽层的性质。在某些实施例中，改变第二气体的气体供应性质(步骤624)以冷却第一管道壁。
[0058]在图5中示出本发明的说明性实施例，图5为微波等离子体施加器500的截面图。施加器500包括形成等离子体腔室504的第一管道516，并且包括第二管道520。两管道都由微波功率通量透过的介电材料制成。施加器500还包括波导508，其将微波能量从微波功率源570传送到等离子体腔室504内侧，以在等离子体腔室504中生成和维持等离子体。施加器500的一示例性构造包括在第一管道516中的开口 536，其为8个0.02cm宽的环形间隙，并且该环形间隙与沿着第一管道116的纵向轴线588的主工艺气体的流动方向成10度角。通过用微波功率激励入口气体，在等离子体腔室504中生成氧和氮等离子体。当4SLM(标准升每分钟)的气体通过第一管道与第二管道之间的通道流动时，第一管道周围的压力大约为10托。第一管道内侧的压力维持在I托到3托，在一实验中，等离子体以Ikff到5kW的微波功率水平生成。压力梯度以及通过在第一管道中的开口的气体流动迫使反应性气体和等离子体远离第一管道的内表面，减少了表面等离子体相互作用以及等离子体腔室壁的相对应的腐蚀以及该过程的化学和粒子污染。
[0059]本领域技术人员将认识到在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下，可以以其它具体形式来实施本发明。前文的实施例因此在所有方面被认为是说明性的而不是限制本文所描述的本发明。因此本发明的范围由所附权利要求指示，而不是由前文的描述指示，并且属于权利要求的等效物的意义和范围内的所有变化意图包括于本发明中。
[0060]图6
[0061]Start 开始
[0062]604向第一管道的入口供应第一气体
[0063]606监测在第一管道和第二管道中的压力和气体流动
[0064]608向第二管道的入口供应第二气体
[0065]612点燃在第一管道中的等离子体
[0066]614监测等离子体的位置和第一管道的温度
[0067]616在第一管道中生成反应性气体
[0068]624改变气体供应性质
[0069]628输出反应性气体
【权利要求】
1.一种结合反应性气体源使用的等离子体腔室，包括: 第一管道，所述第一管道包括壁、入口、出口、内表面和外表面以及穿过所述壁的多个开口，所述入口接收第一气体以与形成于所述第一管道中的等离子体在所述第一管道中生成反应性气体；以及 第二管道，所述第二管道包括壁、入口和内表面， 其中所述第一管道安置于所述第二管道中，在所述第一管道的外表面与所述第二管道的内表面之间限定通道，其中向所述第二管道的入口供应的第二气体沿着所述通道流动并且通过所述第一管道的壁的多个开口到所述第一管道内，以包围所述第一管道中的所述反应性气体和等离子体。
2.根据权利要求1所述的等离子体腔室，其特征在于，所述开口穿过所述第一管道的壁沿径向向内定向。
3.根据权利要求2所述的等离子体腔室，其特征在于，所述开口穿过所述第一管道的壁并且沿着第一气体流动 方向径向向内定向。
4.根据权利要求2所述的等离子体腔室，其特征在于，所述开口穿过所述第一管道的壁并且相对于第一气体流动方向成锐角径向向内定向。
5.根据权利要求1所述的等离子体腔室，其特征在于，所述第一管道包括联接在一起的多个管道部段并且所述开口位于所述管道部段之间在它们联接在一起的位置。
6.根据权利要求5所述的等离子体腔室，其特征在于，所述多个管道部段联接在一起，利用一个或多个肋状物将每个管道部段的外表面联结到彼此。
7.根据权利要求6所述的等离子体腔室，其特征在于，所述一个或多个肋状物限定在所述第一管道的所述外表面与所述第二管道的所述内表面之间的通道间隙。
8.根据权利要求1所述的等离子体腔室，其特征在于包括:用来在所述第一管道中生成等离子体的功率源。
9.根据权利要求1所述的等离子体腔室，其特征在于，所述第一气体类型与所述第二气体类型相同。
10.根据权利要求1所述的等离子体腔室，其特征在于，所述开口为孔、槽、狭缝或其组口 O
11.根据权利要求1所述的等离子体腔室，其特征在于，所述第二管道具有出口。
12.根据权利要求1所述的等离子体腔室，其特征在于，所述第二管道不具有出口。
13.根据权利要求1所述的等离子体腔室，其特征在于，所述第一管道的所述出口包括安装凸缘，以将所述第一管道和第二管道的一个共同端部联接到所述反应性气体源，其中通过联接所述第一管道和第二管道的一个共同端部，在运行中最小化所述第一管道与第二管道中的热机械应力。
14.根据权利要求11所述的等离子体腔室，其特征在于，所述第二管道的所述出口被密封，其中通过密封所述第二管道的所述出口，进入所述第二管道的所有气体流动通过所述第一管道的所述壁中的多个开口进入到所述第一管道内。
15.根据权利要求1所述的等离子体腔室，其特征在于，所述第一管道和第二管道各包括形成环型等离子体腔室的多个管道支腿。
16.一种在反应性气体源的等离子体腔室中生成反应性气体的方法，所述等离子体腔室包括第一管道，所述第一管道包括壁、入口、出口、内表面和外表面以及穿过所述壁的多个开口，并且所述等离子体腔室包括第二管道，所述第二管道包括壁、入口和内表面，其中所述第一管道安置于所述第二管道中，在所述第一管道的外表面与所述第二管道的内表面之间限定通道，所述方法包括: 向所述第一管道的所述入口供应第一气体； 与形成于所述第一管道中的等离子体在所述第一管道中生成反应性气体；以及向所述第二管道的入口供应第二气体，所述第二气体沿着所述通道流动并且通过所述第一管道的壁的多个开口进入所述第一管道内，以包围所述第一管道中的所述反应性气体和等离子体。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于包括:在向所述第一管道的所述入口供应所述第一气体之前，向所述第二管道的所述入口供应第二气体。
18.根据权利要求16所述的方法,其特征在于包括:同时供应所述第一气体和第二气体。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于包括:改变所述第二气体的气体供应特性以在形成于所述第一管道中的所述等离子体和反应性气体周围形成气体屏蔽层。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于包括:改变所述气体供应特性来冷却所述第一管道的壁。
21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于包括:通过在所述第一管道中施加电磁能来点燃在所述第一管道中的所述等离子体。
22.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第二气体在所述第一管道中径向向内流动。
23.根据权利要求16所述的方法，其特征在于包括:监测在所述第一管道中和在所述第一管道与所述第二管道之间的通道中的气体压力和流率。
24.根据权利要求16所述的方法，其特征在于包括:监测所述等离子体相对于所述第一管道的位置和所述第一管道的温度。
25.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第二管道包括出口，所述方法包括:密封所述第二管道的出口，使进入所述第二管道的气体通过所述第一管道的所述壁中的多个开口进入到所述第一管道内。
26.一种反应性气体源，包括: 等离子体腔室，包括: 第一管道，所述第一管道包括壁、入口、出口、内表面和外表面以及穿过所述壁的多个开口，所述入口接收第一气体以与形成于所述第一管道中的等离子体在所述第一管道中生成反应性气体；以及 第二管道，所述第二管道包括壁、入口和内表面， 其中所述第一管道安置于所述第二管道中，在所述第一管道的外表面与所述第二管道的内表面之间限定通道，其中向所述第二管道的入口供应的第二气体沿着所述通道流动并且通过所述第一管道的壁的多个开口进入所述第一管道内，以包围所述第一管道中的所述反应性气体和等离子体；以及 功率源，所述功率源用来在所述第一管道中利用所述第一气体生成所述等离子体；以及 气体供应，所述气体供应向所述等离子体腔室供应所述第一气体和第二气体。
27.一种结合反应性气体源使用的等离子体腔室的管道，管道包括: 壁； 入口 ； 出口 ； 内表面和外表面；以及 穿过所述壁的多个开口，所述多个开口用来接收气体以包围在所述管道中形成的反应性气体和等离子体。
28.根据权利要求27所述的管道，其特征在于包括:登记元件，其登记有在反应性气体源上的相对 应元件。
【文档编号】C23C16/455GK103975413SQ201280060167
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2012年12月4日 优先权日:2011年12月8日
【发明者】X·程, Y·顾, C·季, P·A·卢米斯, I·泊齐多夫, K·W·文策尔 申请人:Mks仪器股份有限公司