具有阻抗轉換部的集成微波波導的制作方法

專利名稱：具有阻抗轉換部的集成微波波導的制作方法
技術領域：
本發明涉及微波波導。
背景技術：
等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)是一種用于在各種襯底上沉積薄膜的非常 公知的工藝。從玻璃制造到半導體制造、再到等離子體顯示面板制造的多個行業都依賴 PECVD系統以在襯底上沉積薄膜。PECVD系統在其應用上變化很大，正如它們所沉積的膜在 它們的化學特性和質量上變化很大一樣。典型的PECVD工藝可通過改變工藝參數來控制，所述工藝參數諸如氣壓、功率、功 率脈沖頻率、功率占空比、脈沖形狀以及多個其它參數。盡管PECVD工藝中具有高度可用的 定制化，但是該行業仍在繼續尋找用于改進PECVD工藝并且獲得對該工藝更多控制的新方 法。特別是，PECVD行業尋求在更寬范圍的工藝參數內利用PECVD。目前，PECVD僅能在有限組的條件下使用。對于其它條件，必須使用替代的沉積工 藝。這些替代的沉積工藝，諸如電子回旋共振(ECR)和濺射，對于很多應用來說并非總是最 優的。因此，該行業在尋求將PECVD的應用擴展到傳統使用這些替代沉積方法的領域。此外，對于離子或其它等離子體物種來說，PECVD微波等離子體源通常已是一受限 源或者不適當源。離子源具有很多與PECVD工藝相關的有利使用。例如，在準備薄膜的沉 積時，通常利用離子源來預處理諸如聚合物襯底這樣的表面。還利用離子源在等離子體沉 積工藝期間來改變薄膜的化學特性和結構。此外，可利用離子源從膜去除電荷堆積或者用 于清潔表面。盡管在PECVD中替代的離子源能與微波等離子體源組合在一起，但是PECVD 工藝本身在其自身的離子源的情況下已經不足夠。離子源可從很多銷售商購得且是本領域公知的。但是這些離子源通常具有幾大缺 陷。一個缺陷是線性離子源過于昂貴且對于很多使用都很復雜。事實上，由于高成本，可受 益于離子源的很多應用都先行放棄了其使用。另一個缺陷是目前的離子源傾向于產生具有 過多能量的離子。很多離子源都產生具有超過120eV能量的離子。很多應用中，具有如此 多能量的離子可能損傷正進行處理的表面或損傷正進行沉積的膜。雖然目前的裝置和方法是可行的，但是它們并非足夠精確或令人滿意。因此，需要 一種系統和方法以克服目前技術缺陷并提供其它新的和創造性的特征。

發明內容
以下概述附圖中所示的本發明的示例性實施方式。這些或其它實施方式在詳細描 述部分更加全面地描述。然而，應該理解，在此并未有將本發明限定在發明內容或詳細描述 中所述的形式的意圖。本領域的技術人員可認識到存在落入如由權利要求書表述的的本發 明的構思和范圍內的多種修改、等同物和替代結構。本發明涉及微波波導。在一個示例性實施方式中，本發明可包括一種集成微波波 導，該集成微波波導包括波導區塊，在該波導區塊中的第一波導部分，在該波導區塊中的第 二波導部分，與該波導區塊中的該第一波導部分集成的第一阻抗轉換部分，以及與該波導區塊中的該第二波導部分集成的阻抗轉換部分，其中該第一阻抗部分包括具有第一端和第 二端的第一導管，其中該第一導管從第一端到第二端逐漸變細(tapered)，其中該第二阻抗 部分包括具有第三端和第四端的第二導管，其中該第二導管從第三端到第四端逐漸變細， 并且其中該第一阻抗轉換部分的第二端與該第二阻抗轉換部分的第四端相連接。如上所述，前述實施方式和實施僅用于說明目的。本領域技術人員根據以下描述 和權利要求容易認識到本發明很多其它的實施方式、實施和細節。附圖簡要說明通過結合附圖參照以下具體描述部分以及所附權利要求書，對于本發明的各種目 的和優點以及更全面的理解將更加顯而易見并且更加容易認識。其中

圖1是現有PECVD系統的圖示；圖2是與現有技術一致的進入到微波天線中的功率脈沖波形和產生的總等離子 體光發射的示意圖；圖3是與本發明一致的進入到微波天線中的功率脈沖波形和產生的總等離子體 光發射的示意圖；圖4示出了根據本發明一個實施方式構造的用于產生等離子體游離基的系統，用 于表面處理、薄膜沉積、和/或膜化學特性或結構改變；圖5是根據本發明一個實施方式構造的包覆護罩的圖示；圖6示出了根據本發明一個實施方式構造的用于產生等離子體游離基的系統，用 于表面處理、薄膜沉積、和/或膜化學特性或結構改變；圖7示出了根據本發明一個實施方式構造的包覆護罩剖面(profile)的截面圖；圖8示出了根據本發明一個實施方式構造的PECVD陣列的截面圖；圖9示出了根據本發明一個實施方式構造的PECVD陣列的截面圖；圖10是具有級聯天線(cascaded antenna)的微波波導的圖示；圖11示出了根據本發明一個實施方式構造的具有阻抗轉換部 (impedancetransition)的微波波導；圖12示出了根據本發明一個實施方式構造的天線。詳細描述現在參考附圖，其中相同或相似元件在多個附圖中使用相同附圖標記來表示，且 具體參考圖1，其示出了用于大規模沉積和蝕刻工藝的典型PECVD系統100的剖視圖。該系 統包括僅示出兩個壁的真空室105。該真空室容納放電管110。該放電管110由天線115 構成，該天線115被構造用于傳送微波信號或其它信號到該真空室105中。該微波功率從 天線115向外輻射且點燃通過輔助氣體管120引入的環境輔助氣體并使其分裂。該被點燃 氣體是等離子體且通常與放電管110相鄰。由等離子體所產生的游離基物種和電磁輻射 分解(disassociate)通過原料氣體管125引入的原料氣體(130)，由此使該原料氣體裂解 (breaking up)而形成新的分子。在分解工藝期間形成的某些分子被沉積在襯底135上。 通過分裂(fractionalization)和分解(disassociation)工藝所形成的其它分子是廢物 且通過排氣端(未示出)去除-盡管這些分子傾向于自身偶爾沉積在襯底上。已經利用多種類型的功率源和系統構造實現了利用等離子體增強化學氣相源沉 積非導電膜和導電膜。這些源大多數都利用微波、HF、VHF能量來產生等離子體和受激等離子體物種。已經發現，施加到天線和從天線放電的平均功率是對所產生的游離基化 (radicalized)等離子體物種密度的主要影響因素。通過改變沉積期間的工藝條件來實現膜特性要求，工藝條件包括源的功率等級、 脈沖頻率和占空比。為了實現所需的膜特性，必須控制被沉積膜的結構和結構含量。可通 過改變游離基物種含量(除了其他重要的工藝參數外)來控制膜特性，且如上所述，主要通 過進入到等離子體放電的平均功率等級和峰值功率等級來控制游離基密度。為了實現幾個重要的膜特性，并提升對一些類型襯底的粘附性(adhesion)，必須 精確地控制膜有機含量，或者有可能的話該含量必須跨整個膜厚度呈梯度形式。在典型的PECVD工藝中，實際上僅分裂小部分輔助氣體。例如，通常僅分裂2%的 少量輔助氣體。被分裂的氣體量由輔助氣體壓力以及施加到放電管內天線上的功率量來確 定。對于任一特定輔助氣體，壓力、功率和構造之間的關系由Paschen曲線限定。輔助氣體的大多數分裂是由通過施加到放電管內天線上的功率所產生的電子引 起的。離子和其它等離子體游離基也會引起一些分裂。分裂輔助氣體時電子的有效性與電 子密度直接相關。對于相同輔助氣體壓力而言，在較高電子密度的區域內，分裂速率較高。對于典型的PECVD工藝，由等離子體所產生的游離基物種的所需密度必須大于完 全轉化所需原料氣體量而需要的密度。這是因為來自等離子體的一些游離基物種不僅在膜 沉積工藝和原料氣體的等離子體分解工藝中被消耗，也在沉積工藝的不相關部分諸如重組 機構和抽氣(pumping)中被消耗。根據功率類型、等級和/或構造和所使用的材料，所需功率等級能過度加熱襯底 超出其物理限制，并且可能導致膜和襯底不可用。由于聚合物材料的低熔點，這主要發生在 聚合物材料基襯底中。為了降低襯底熱負荷量，已使用一種在脈沖之間具有空閑時間(off time)的高功 率脈沖發送給等離子體的方法。該方法允許在短的高能量脈沖期間等離子體達到膜沉積工 藝所需的游離基物種飽和并允許發生損耗，同時通過減少其它形式電磁輻射來減少瞬時和 連續地加熱襯底。但是，雖然已經證明脈沖式微波通過降低襯底熱負載而對工藝有益，但是一般的 沉積速率通常低于連續波(CW)功率源的沉積速率。這部分是由于對放電自身的擊穿過程 (breakdown process)白勺能量損耗。于圖2中示出的是進入到微波天線的功率脈沖200的典型波形和產生的總等離子 體光發射210的示意圖。如本領域技術人員認識到的，功率脈沖200和等離子體光發射210 的垂直標度(vertical scale)是不同的，并在此僅為說明目的進行描述。在典型PECVD工 藝中，能量損耗約為總功率的20%。該能量損耗的大部分是由于點燃等離子體放電所需的 能量。圖2示出了點燃和穩定放電用掉的大部分功率損耗。通過維持等離子體離子化的最小背景等級并防止等離子體熄火 (extinguishing)，明顯降低了最初點燃和穩定等離子體放電所需的進入到等離子體中的 功率損耗。例如，可通過調制微波功率源、定相脈沖源，或者通過增加諸如AC或RF輝光放電 之類的外部源，來維持等離子體離子化的最小背景等級。這些方法僅是示例性的且不意味 著限制本發明。微波功率源的調制例如可包括脈沖發送自最初功率振幅上至全脈沖振幅， 和之后返回至最初功率振幅的功率源。在一個實施方式中，最初功率振幅可以是足以維持等離子體離子化的最小背景等級的低功率等級。本領域技術人員將意識到與本發明一致的 替代方法和系統。圖3描述了與本發明一致的功率脈沖200和等離子體光發射310。如本領域技術 人員認識到的，功率脈沖200和等離子體光發射310的垂直標度是不同的，且在此僅為說明 目的描述。但是，還應認識到，已經測試出使用背景能量的等離子體光發射310的峰值大約 是當不使用背景能量時等離子體光發射210峰值的四倍。使用小量背景能量保持等離子體 是持續的，使得當施加功率脈沖200時，進入到等離子體放電中的能量較大。由于使用較少 能量來激發等離子體，因此允許更多能量來激發游離基物種。通過保持等離子體離子化的最小背景等級，由于不需要能量點燃放電而獲得了離 子化效率增加，因此進入到等離子體中的功率通常從75%增加到95%的等級。回到圖1，可 通過將功率施加到輔助氣體管120或原料氣體管125來維持等離子體離子化的該最小背景 等級。在本發明的一個實施方式中，施加到任一個管的功率可以是RF或AC輝光放電。在 本發明的另一個實施方式中，可將偏置施加到襯底135本身用于預離子化的目的。在此公 開了其它實施方式，但僅是示例性的，如本領域技術人員知道的與本發明一致的修改。通過利用放電管附近的包覆護罩也能極大提高分裂效率。在名稱為“SYSTEM AND METHOD FOR CONTAINMENT SHIELDING DURINGPECVD DEPOSITION PROCESSES”，共同擁有 和指定的代理案號(APPL-012/00US)中討論了利用包覆護罩的益處，在此通過參考將其并 入。圖4中示出可用在PECVD工藝中的包覆護罩400的示例性設計的截面圖。包覆護罩 400 一般由諸如石英之類的介電材料形成，并提供放電管110周圍的容積(volume)，可將輔 助氣體泵入該容積中。該包覆護罩400的精確容積以及放電管110和包覆護罩400內表面 之間的距離可基于所需的膜化學特性、PECVD系統整體結構以及所需的氣體壓力來改變。包覆護罩400用于容納否則可能逃逸的電子和其它游離基化等離子體物種。通過 容納電子，放電管110周圍的電子密度可在離該放電管110更遠的距離處而增加。且通過 增加電子密度，在相同工藝參數情況下等離子體可進一步擴展(extended)-這意味著在不 改變其它工藝參數的情況下增加了分裂速率。包覆護罩400也有助于防止游離基和離子逃逸。這能利于分裂效率并防止所產生 的游離基和離子被浪費。并且，通過保持這些粒子，PECVD系統能在較大操作參數范圍內操 作并能更有效地操作。應當注意，這些實施方式不限于PECVD系統。本領域技術人員可擴展本發明的構 思以涵蓋任一類型等離子體系統。包覆護罩也有利地提供了對放電管110周圍輔助氣體壓力的更好控制。首先，包 覆護罩有助于提供較沒有包覆護罩時可能的輔助氣體壓力更均勻的輔助氣體壓力。這更均 勻的壓力使得分裂速率受到更好地控制且由此增加了分裂速率。第二，包覆護罩能夠在包覆護罩內提供有與處理室的其它部分不同的壓力。由于 能夠在包覆護罩內保持較高壓力并且在處理室的其它部分中保持較低壓力，因此這是有利 的。該可變壓力的結果允許在整體較低的處理室壓力下產生更多游離基。這種類型的控制 允許PECVD工藝在較之前可能情況明顯低的處理室壓力下運行。圖4中進一步示出的是處理室105、襯底135、襯底支架410、放電管110、天線115、
包覆護罩400、微波反射器430和輔助氣體管120。該描述中，輔助氣體管120位于包覆護罩400內部。包覆護罩400包括最接近襯底135的孔420。游離基是通過該孔420逃逸且與原 料氣體相碰撞。孔420的尺寸可手動或電子地改變以控制逃逸出包覆護罩400的游離基的 數量。該孔也可為固定尺寸的孔。在一些實施方式中，包覆護罩400內的壓力可高于包覆護罩400外部的壓力。由 此，一般PECVD工藝可在較低壓力下操作，而等離子體增強工藝和游離基產生工藝可在較 高的壓力下操作。如前所述，壓力是輔助氣體分裂效率的關鍵因素。上至特定的點，更高的 壓力能實現更高的分裂效率。因而，包覆護罩內部所容許的更高壓力提高分裂效率。包覆護罩的效率至少部分依賴于護罩適當引導(channeling)并防止電子、離子 和游離基的逃逸的有效性。為此，包覆護罩通常由如石英之類的介電材料形成。但是諸如 石英之類的介電材料的昂貴價格、脆性以及可加工性限制對包覆護罩提出一定約束。圖5示出了根據本發明一個實施方式的包覆護罩500。圖5描述了已經預涂覆有 介電涂層520并設置在放電管110附近的管510，以使在該管510內的氣體體積容量可更完 全地被離子化以實現更多的分裂。在該實施方式中，放電管110是具有單個天線115的線 性放電管。在另一實施方式中，包覆護罩500由包覆有導體(未示出)的石英管構成。代 替預涂覆有介電涂層的導體，現在使用包覆或涂覆有導電層的介電基體材料。此處對基體 材料510上的介電涂層520的所有參考都僅用于說明，且在本申請中也理解使用涂覆有導 電層的介電材料的包覆護罩的結構。本領域技術人員將知道與本發明是一致的很多修改， 這些修改包括非線性放電管和隙縫天線。在本發明的一個實施方式中，管(tube) 510可涂覆有氧化鋁以形成介電涂層520。 根據系統要求可使用其它介電材料來形成介電涂層520。本領域技術人員將知道與本發明
一致的變型。圖5中的實施方式也示出了具有可變槽孔540的狹槽(slot) 530。該狹槽530的 改變能用于控制諸如UV輻射的密度、內部和外部壓力差以及進入管或從管出來的流量這 樣的工藝參數。狹槽530也可以是固定尺寸。護罩的構造可以多種方式變化，包括尺寸、形 狀、材料、護罩數目、狹槽數目、增加外部金屬護罩以將損耗的電磁輻射反射回等離子體輸 送管(pipe)空間內，等等。例如，管510可由金屬以外的材料構成。雖然金屬本身不會產 生所需的包覆效果，但是通過用介電材料來預涂覆金屬能產生有效的包覆護罩500。而且， 金屬也能將電磁輻射反射回放電管110用于增加離子化效率。在另一實施方式中，諸如石 英管這樣的介電體包覆有諸如金屬這樣的導電層，以獲得所需的包覆效果和對電磁輻射的 反射。通過利用包覆護罩，且通過在將包覆護罩用在PECVD工藝中之前用介電涂層預涂 覆基體材料，將明顯減少系統將必須脫機以清洗的時間。這是因為介電材料能在PECVD工 藝期間維持高溫。對于大多數工藝，在200-300°C左右的溫度下，介電涂層將排斥(resist) 包圍放電管的表面上的沉積物并最終剝落。此外，利用包覆護罩且用介電涂層預涂覆任一 基體材料將極大減少PECVD系統的任一預啟動時間。通常，PECVD系統必須被預啟動以允 許在包圍放電管的表面上形成沉積層。這允許在開始沉積工藝之前使等離子體密度穩定。 本發明允許立即穩定等離子體密度，因此減少了預啟動時間。圖5的示例性包覆護罩500也可用作維持離子化最小背景等級的功率源。通過用
8介電涂層520預涂覆管510，該管510由電導體構成，保留了包覆護罩的所有益處，并且增加 的益處是包覆護罩500能充當預離子化等離子體的功率源。在一個實施方式中，可將功率 源施加到包覆護罩500的導電部分上以維持等離子體離子化的最小背景等級并增加離子 化效率。在另一實施方式中，可將導電材料(未示出)增加到管510上，然后該管510和該 導電材料(未示出)都用介電涂層520預涂覆。本領域技術人員將知道與本發明一致的替 代系統和方法。圖6示出了與本發明一致的包覆護罩600的另一實施方式。圖6中，示出了可用 在PECVD工藝中的包覆護罩600的截面視圖。該實施方式中，示出放電管110和輔助氣體 管120由包覆護罩600部分包圍。使用介電涂層520在諸如金屬這樣的基體材料610上形 成該包覆護罩600。在此，示出包覆護罩600具有圓形剖面，這里，該包覆護罩中的孔420最 接近襯底135。本領域技術人員應當認識到，可使用任一剖面，并且此處示出的圓形剖面僅 是示例性的。可使用替代剖面來控制某些工藝參數。例如，可使用增加輔助氣體共振時間 的剖面以進一步增加離子化效率。如前所討論的，預涂覆在基體材料610上的介電涂層520在微波脈沖期間將加熱。 之前已經討論了允許介電涂層520加熱的益處。但是加熱可能導致保持固定到基體材料 610上的介電涂層520的問題。在本發明的一個實施方式中，可使用溫度控制系統(未示 出)來幫助控制基體材料610的溫度。可在介電涂層520附近加熱和進一步冷卻基體材料 610。可利用冷卻來保持基體材料610不影響系統的外部并防止變形(warping)。通過控制 跨介電涂層520和通過基體材料610的熱梯度，能夠在不損失介電涂層520自身粘附性的 情況下保持高溫介電涂層520的益處。圖6中進一步示出了設置在包覆護罩600中的孔420之上的等離子體物種引出柵 620 (plasma species extraction grid)。該等離子體物種引出柵620可用于激勵和從在 放電管110附近產生的等離子體引出離子、電子或其它等離子體物種。在本發明的一個實 施方式中，DC、RF或AC電勢可施加到等離子體物種引出柵620，以加速并控制包覆護罩600 外部的離子或其它等離子體物種的方向。在另一實施方式中，施加到該等離子體物種引出 柵620的電勢也可用于維持功率脈沖之間等離子體離子化的最小背景等級。在與本發明一致的實施方式中，通過圖6中的輔助氣體管120引入輔助氣體。輔 助氣體的激發通過對該氣體施加來自天線115的微波功率而實現。自由電子從施加的微波 場獲得能量并與中性氣體原子相碰撞，由此離子化這些原子，包括分裂輔助氣體來形成等 離子體。該等離子體含有部分離子化的氣體，其由大濃度受激原子、分子、離子和自由游離 基物種組成。這些粒子撞擊襯底135，并根據所采用的工藝清洗襯底135，改善表面或者去 除多余的電荷。這些受激物種和設置在等離子體當中或附近的固體表面之間的相互作用導 致材料表面的化學和物理改性(modification)。但是在大部分微波基工藝中，離子不能獲得能到達襯底135的足夠能量。通過將 等離子體物種引出柵620設置在孔420之上并施加電勢，能加速并導向離子或其它等離子 體物種使得它們撞擊襯底135。在一個實施方式中，微波功率等離子體源可被用作離子源。 根據施加到等離子體物種引出柵620的電勢，在不同的電子電壓下這種離子源可能產生高 離子密度。盡管等離子體物種引出柵620可由與本發明一致的很多材料構成，但是使用諸如鎢之類的蝕刻阻擋材料有助于防止來自等離子體物種引出柵620自身的任何濺射效應。而 且，通過允許等離子體物種引出柵620加熱，也能防止于等離子體物種引出柵620上的沉積 以及任何隨后的剝落。根據本發明，可將等離子體物種引出柵620添加到很多微波功率源系統中。通過 當前實施方式對等離子體物種引出柵620的描述是實例，且并非意圖限制本發明。例如，在 另一實施方式中，等離子體物種引出柵620可添加到圖5的孔540之上。本領域技術人員 知道與本發明一致的很多系統和方法。現在往回參考圖4，示出將等離子體物種引出柵620設置在包覆護罩400的孔420 之上。在示例性系統的操作期間，等離子體630形成在放電管110周圍。在該實施方式中， 包覆護罩400的形狀和孔420的尺寸能幫助將任何逃逸的離子或其它等離子體物種向下導 向襯底。與本發明的實施方式一致，等離子體物種引出柵620也能用于進一步控制、加速和 激勵離子或其它等離子體物種。示出將這些引出的等離子體物種640正被導向襯底135。圖7示出了與本發明一致的具有替代剖面的包覆護罩700。可改變包覆護罩700 的形狀以控制表面處理特性。例如，對于特定能量物種和游離基/亞穩定條件可在各種應 用中優化包覆護罩的形狀，以實現特定的沉積或蝕刻材料特性。該實施方式中，構造具有更 多三角形剖面的包覆護罩700。示例性剖面為從輔助氣體管120供應的輔助氣體形成增加 的擋板(baffle)。該增加的擋板延長輔助氣體的共振時間。由于至少一些氣體以從輔助氣 體管120流出來通過包覆護罩700中的孔420并向下流向襯底135花費的時間增加，因此 共振時間較長。增加的共振時間允許增加的離子化效率和輔助氣體的較強分裂。本領域技 術人員知道與本發明一致的其它剖面。可根據特定應用來構造各種剖面。本發明在構造這種剖面中允許更大靈活性。可 使用與介電材料相比具有更好加工性和更低成本的基體材料來用于形成任何形狀的剖面。 與本發明的一個實施方式一致，然后用介電涂層預涂覆這些剖面來形成包覆護罩。本領域 技術人員能夠構造與本發明一個實施方式一致的很多剖面。圖8中，是用于放電管110靜態陣列的包覆護罩800的示例性實施方式的圖示。 圖8示出了與本發明一致的可在PECVD工藝中使用的包覆護罩800的截面視圖。在該示 例性實施方式中，示出了被包覆護罩800部分包圍的放電管110和輔助氣體管120的靜態 陣列。使用諸如金屬之類的基體材料610上的介電涂層520形成的包覆護罩800被設置 成使得孔420將從輔助氣體管120出來的氣體通過孔420向下導向襯底135。該示例性實 施方式中，包覆護罩800具有稍橢圓的剖面。如前所討論的，可使用與本發明一致的其它 剖面。本實施方式也使用沿著放電管110的靜態陣列的一致剖面。這只是示例性的。本 領域技術人員將認識到與本發明一致的很多變化和修改。而且，本領域技術人員將認識 到，等離子體物種引出柵620能設置在孔420之上，以獲得在此描述的等離子體物種定向 (directionalization)禾口力口速的益處。根據圖8中的基體材料，包覆護罩800也能用于阻擋在天線115之間能量傳輸或 者允許在天線115之間能量傳輸。能量阻擋基體材料610的益處參考圖5進行了討論，而 允許在天線之間能量傳輸的益處將參考圖9進行討論。從本發明中不能理解出限制可用作 基體材料610的材料類型。現在參考圖9，是與本發明一致的另一實施方式的圖示。在該實施方式中，示出由包覆護罩900部分包圍的放電管110和輔助氣體管120的靜態陣列。使用介電分壓器 910 (dielectric divider)放置在放電管110之間而構成包覆護罩900。通過使用定位在 放電管110之間的介電分壓器910，允許在天線115之間能量傳輸。該能量傳輸能夠用于產 生維持每個放電管UO周圍等離子體所需的預離子化效應，同時天線115處于其功率周期 的空閑相位。例如，在本發明的一個實施方式中，相鄰天線110可通過定相(phasing)脈沖 源的時序控制來控制。可實施該定相使得由于從相鄰天線115傳輸的能量而因此維持等離 子體離子化的最小背景等級。然后，將介電分壓器910連接至諸如金屬之類的基體材料610。用介電涂層520在 至少任何暴露至放電管110并幫助部分圍繞放電管110的表面上預涂覆基體材料610。圖 9還示出了使用預涂覆在諸如金屬之類的擋板材料920上的介電涂層520形成的擋板。已 經增加擋板來幫助增加來自輔助氣體管120的氣體的共振時間。可使用其它形狀和設計來 控制其它工藝參數。在本發明的一個實施方式中，可用微波反射材料如金屬構造擋板材料920，使得通 過天線115發射出的一些能量將被反射回放電管110周圍的等離子體。本領域技術人員將 認識到能對尺寸、形狀、物質組成等進行與本發明一致的很多修改。例如，可去除該實施方 式中的擋板。或者，可改變介電分壓器910的形狀和/和取向以形成擋板。往回參考圖8和9，每一個都含有放電管110的靜態陣列。在每一個放電管內是天 線115。該天線115可是線性天線、隙縫天線、非線性天線等。使用介電涂層520以形成包覆 護罩能幫助減小包覆護罩的尺寸并由此減小靜態陣列內天線115所需的間隔(spacing)。 在減小的天線115之間的間隔的情況下，能實現更均勻的膜特性。在小的系統中，天線 115可如圖10中所示的多次級聯且可以是每一個級聯天線1060之間的功率開縫(power split)。但是，如果當前使用的發生器存在功率限制，則對于較大系統該構造將不會產生有 效的功率密度。而且，在同軸微波的典型應用中，微波發生器1010盡可能接近天線接頭(antenna stub) 1040和天線1050設置以最小化功率損耗。圖10示出了與現有技術一致的微波波導 1020、阻抗轉換部1030、彎管(elbow) 1070、和可移動活塞(plunger) 1080。如圖10中可見， 波導1020和阻抗轉換部1030的長度保持微波發生器1010遠離天線接頭1040和天線1050。 除由于微波發生器1010和天線接頭1040之間的較大距離導致的增加的功率損耗之外，波 導1020和阻抗轉換部1030的尺寸已使得構造和容納PECVD系統不易操作且很困難。利用 現有技術，PECVD系統的制造已受單個波導部件可用性的限制。集成波導1020和阻抗轉換 部1030能夠減小波導尺寸，以利于可利用性和功率效率。圖11和12示出了與本發明一致的具有阻抗轉換部1100的集成微波波導。如圖 11中可見的，通過將波導和阻抗轉換部1110集成到波導區塊(waveguideblock) 1120中，微 波發生器1010能被設置成較接近天線接頭1040和1050，以增加功率密度。雖然圖11和 12中描述了波導區塊1120作為單片材料，但是其內部是具有阻抗轉換部1110的集成波導， 該描述決沒有限制本發明的意圖。在另一實施方式中，波導區塊1120可包括兩片材料，這 里，具有阻抗轉換部1110的集成波導在天線接頭1040處連接。本領域技術人員將認識到 可作出很多與本發明一致的修改。在本發明的一個實施方式中，具有阻抗轉換部1110的集成波導可被加工成由鋁、銅、黃銅或銀構成的波導區塊1120。這可通過以下方式實現，將兩個減縮導管(tapered conduit)適當加工成波導區塊1120使得減縮導管始于波導區塊表面并終于天線接頭 1040。在該實施方式中，微波信號能在整個波導部分傳輸(transition)，完全集成了波導 1020和阻抗轉換部1030。在這種實施方式中，具有阻抗轉換部1110的集成波導實質上消 除了任何分離的波導部分。這允許建立較必須使用分離的波導部分1020、彎管1070和阻抗 轉換部分1030的波導小很多的具有集成微波波導的波導區。在另一實施方式中，兩個導管可被加工成波導區1020以形成波導部分。這些導管 可形成自波導區塊(waveguide block) 1120表面到波導區1120中的通路(channel)。然后 這些通路可與阻抗轉換部分連接以形成具有阻抗轉換部1110的集成波導。在該實施方式 中，波導部分和轉換部分被部分地集成從而形成具有阻抗轉換部1110的集成波導。本領域 技術人員將知道與本發明一致的各種修改和變型。圖11和12中還示出了與本發明一致的設置在與微波發生器1010相對的集成波 導1100 —側上的可移動活塞1080。該可移動活塞1080可移動以便調諧波導。圖11和12 中，該可移動活塞1080能向上和向下移動從而將微波節點移向天線接頭1040。除了使部件的空間減至最小程度之外，還發現，如圖12中所示，與天線1050相比， 通過使集成微波波導1100改變90度，進一步增加了功率密度。在一個實施方式中，單個級 聯功率隙縫天線(single cascade power split antenna) 1210可與本發明一起使用。如 圖11和12中所示，本發明中的天線接頭1040可設置成比圖10中的天線接頭1040更接近。 由于天線接頭1040更接近地設置在一起，因此天線1050不必是多次功率開縫以便達到所 需間隙。對于較大系統，本發明可以實現之前不可能實現的有效功率密度。本領域技術人 員將認識到能作出與本發明一致的很多修改。總之，除了其他外，本發明提供一種用于制造電子、離子和游離基原子和分子的系 統和方法，用于表面處理和膜化學特性以及膜結構、形成和改變。本領域技術人員能容易認 識到，在本發明中可作出很多變型和替換、其使用以及其構造，以實現與在此描述的實施方 式所實現的結果基本相同的結果。因此，并不意圖將本發明限于所公開的示例性形式。很 多變型、修改和替換結構都落入到在權利要求中所表達的已公開發明的范圍和構思內。
權利要求
一種集成微波波導包括波導區塊；在該波導區塊中的第一波導部分；在該波導區塊中的第二波導部分；與該波導區塊中的該第一波導部分集成的第一阻抗轉換部分，其中該第一阻抗部分包括具有第一端和第二端的第一導管，其中該第一導管從該第一端到該第二端逐漸變細；和與該波導區塊中的該第二波導部分集成的第二阻抗轉換部分，其中該第二阻抗部分包括具有第三端和第四端的第二導管，其中該第二導管從該第三端到該第四端逐漸變細，并且其中該第一阻抗轉換部分的該第二端與該第二阻抗轉換部分的該第四端相連接。
2.如權利要求1的集成微波波導，其該第一波導部分包括具有第五端和第六端的第三 導管，其中該第一波導部分的第五端連接至該波導區塊的表面。
3.如權利要求2的集成微波波導，其中該第二波導部分包括具有第七端和第八端的第 四導管，其中該第二波導部分的第七端連接至該波導區塊的表面。
4.如權利要求2的集成微波波導，其中該第一阻抗轉換部分的第一端是該第一波導部 分的第五端，并且該第一阻抗轉換部分的第二端是該第一波導部分的第六端。
5.如權利要求2的集成微波波導，其中該第一波導部分的第六端與該第一阻抗轉換部 分的第一端相連接。
6.如權利要求3的集成微波波導，其中該第二阻抗轉換部分的第三端是該第二波導部 分的第七端，并且該第二阻抗轉換部分的第四端是該第二波導部分的第八端。
7.如權利要求3的集成微波波導，其中該第二波導部分的第八端與該第二阻抗轉換部 分的第三端連接。
8.如權利要求1的集成微波波導，其中該第一阻抗轉換部分的第二端與該第二阻抗轉 換部分的第四端在天線接頭處連接。
9.如權利要求8的集成微波波導，其中該天線接頭被配置用于與該第一波導部分和該 第一阻抗轉換部分成約90度角定向的天線。
10.如權利要求1的集成微波波導，進一步包括連接至該第一波導部分的微波發生器；和連接至該第二波導部分的可移動活塞。
11.如權利要求1的集成微波波導，其中該波導區塊由鋁、銅、區塊(block)、黃銅和銀 中至少一種構成。
12.如權利要求1的集成微波波導，其中該波導區塊是雙片波導區塊。
13.一種集成微波波導包括波導區塊；在該波導區塊中的第一阻抗轉換部分，其中該第一阻抗部分包括具有第一端和第二端 的第一導管，其中該第一導管從該第一端到該第二端逐漸變細，并且其中該第一端連接至 該波導區塊的表面；以及在該波導區塊中的第二阻抗轉換部分，其中該第二阻抗部分包括具有第三端和第四端 的第二導管，其中該第二導管從該第三端到該第四端逐漸變細，其中該第三端連接至該波 導區塊的表面，并且其中該第一阻抗轉換部分的該第二端與該第二阻抗轉換部分的該第四端相連接。
14.一種用于處理襯底表面的系統，該系統包括 處理室；放置在該處理室內部的襯底支架，該襯底支架構造為支撐襯底； 設置在該處理室內部的天線； 連接至該天線的集成微波波導； 連接至該集成微波波導的微波發生器；和 連接至該集成微波波導的可移動活塞。
15.如權利要求14的系統，進一步包括 部分圍繞該天線的至少一個包覆護罩。
16.如權利要求14的系統，其中該天線是功率隙縫天線。
17.如權利要求14的系統，其中該集成微波波導由鋁、銅、黃銅和銀中至少一種構成。
18.一種用于處理襯底表面的方法，該方法包括 建立集成微波波導，其中該建立包括將第一波導部分與波導區塊中的第一阻抗轉換部分集成；將第二波導部分與波導區塊中的第二阻抗轉換部分集成；以及將該第一阻抗轉換部分與該第二阻抗轉換部分在波導區塊中的天線接頭處相連接；將微波發生器連接至該集成微波波導的該第一波導部分；將可移動活塞連接至該集成微波波導的該第二波導部分；將天線與該集成微波波導在該天線接頭處相連接；使用該微波發生器來產生微波功率信號；使用該集成微波波導來引導該微波功率信號至天線中；使用該微波功率來產生圍繞該天線的等離子體；使用該等離子體來產生至少一種等離子體物種；以及使用由該等離子體所產生的該至少一種等離子體物種來處理襯底表面。
19.如權利要求18的方法，其中將該第一波導部分與波導區塊中的第一阻抗轉換部分 集成包括將該第一波導部分的第二端與該第一阻抗轉換部分的第三端相連接，其中該第一波導 部分由具有第一端和第二端的第一導管構成，其中該第一阻抗轉換部分由具有第三端和第 四端的第二導管構成，其中該第二導管從該第三端到該第四端逐漸變細。
20.如權利要求18的方法，其中將該第一波導部分與波導區塊中的該第一阻抗轉換部 分集成包括將該第一波導部分與該第一阻抗轉換部分集成使得該第一阻抗轉換部分的第三端是 該第一波導部分的第一端并且該第一阻抗轉換部分的第四端是該第二波導部分的第二端。
21.如權利要求18的方法，進一步包括使用該可移動活塞來控制該微波功率信號的節點位置。
全文摘要
描述了一種微波波導和一種關于微波波導的系統和方法。一個實施方式包括一集成微波波導，該集成微波波導包括波導區塊，在該波導區塊中的第一波導部分，在該波導區塊中的第二波導部分，與該波導區塊中的該第一波導部分集成的第一阻抗轉換部分，以及與該波導區塊中的該第二波導部分集成的第二阻抗轉換部分，其中該第一阻抗部分包括具有第一端和第二端的第一導管，其中該第一導管從第一端到第二端逐漸變細(tapered)，其中該第二阻抗部分包括具有第三端和第四端的第二導管，其中該第二導管從第三端到第四端逐漸變細，并且其中該第一阻抗轉換部分的第二端與該第二阻抗轉換部分的第四端相連接。
文檔編號H01Q13/00GK101946366SQ200880127027
公開日2011年1月12日 申請日期2008年1月30日 優先權日2008年1月30日
發明者邁克爾·W·斯托厄爾 申請人:應用材料股份有限公司