靜電遠程等離子體源的制作方法
【專利摘要】本公開描述了用于向等離子體內電容耦合能量，從而點著并維持遠程等離子體源內的等離子體的系統、方法和設備。通過至少部分包圍第二電極或者至少部分被第二電極包圍的第一電極提供所述功率。可以使所述第二電極接地或浮置。可以將所述第一和第二電介質部件布置為使所述電極之一或兩者與所述等離子體隔開，由此使所述等離子體與所述電極之一或兩者DC隔離。
【專利說明】靜電遠程等離子體源
[0001]優先權
[0002]本申請是要求2011年I月25日提交的名為“Electrostatic Remote PlasmaSource”的美國專利申請N0.61/436131以及2011年11月2日提交的名為“ElectrostaticRemote Plasma Source and Enhancements” 的美國專利申請 N0.61/554536 的權益的非臨時專利申請，在這里通過引用將上述兩專利并入本文。
【技術領域】
[0003]本發明總體上涉及遠程等離子體源。具體而言，本發明涉及但不限于使用遠程等離子體源對處理氣體進行離解、電離和/或激發的系統、方法和設備。
【背景技術】
[0004]遠程等離子體源(RPS)用于通過使氣體通過對氣體進行激勵的等離子體而生成含有離子、自由基、原子和分子的活化氣體。活化氣體和自由基用于很多工業和科學應用，包括處理固體材料和/或薄膜，例如，那些出現在半導體晶圓、顯示面板和其他有源器件基板中的材料和/或薄膜。經活化或者激發的含有離子、離解原子和自由基的氣體還用于從半導體處理室壁上去除淀積的薄膜。RPS的一種額外的用途是電離并減少泵流中的氣態廢物，從而通過等離子體溫度加快泵送，并且能夠通過流的等離子體電離而使化合物氣體降解為更加安全的元素形式。
[0005]已經開發出了這樣的RPS，其中，將氣體引入到線性感應等離子體室內，并使所述氣體離解成流出該室的活性組分，其用于執行所述源的下游的(例如，襯底上的)作業。在這些類型的RPS中，通常圍繞所述室沿軸向設置感應線圈，從而在等離子體內感生電流。
[0006]被開發出來的還有環形(toroidal)源，其中，在包含于一般的環形室內的環形等離子體中感生電流。這些環形源經常采用基于鐵氧體的變壓器布置對初級繞組集合生成的場進行感應耦合，將所述場集中在鐵氧體磁芯內，進而在所述等離子體中感生出構成變壓器的次級回路的電流。
[0007]這些感應線性和感應環形遠程源存在幾個缺陷。例如，它們通常只有在等離子體處于其高電流狀態時才理想地工作，所述高電流狀態被稱為ICP狀態或者有時被稱為H模式操作。在未達到所述源內的場強和電流密度的臨界閾值的情況下通常無法產生這一狀態。因此，低功率的高壓操作可能存在困難，而且往往是不可能的。類似地，ICP體系內的操作需要在等離子體內達到充分高的電荷密度，而且在等離子體點火過程中實現這一狀態可能是很困難的。出于這一原因，在能夠引入處理氣體之前，這些源往往需要采用諸如氬氣的易于電離的氣體完成點火。
[0008]此外，傳統上由諸如鋁的導電導熱材料來設計環形源，由于這些源的工作需要高低功率密度，因而需要水冷。為了避免電流流經室體而非流經等離子體，所述環形源的設計通常在室體內結合電介質中斷。這些電介質中斷將承受其附近的高電壓降(即，高電場)，其將導致向源的壁的離子加速。這一離子加速導致了在這些位置上對所述壁的侵蝕，從而導致內壁損壞和器件工作壽命的縮短。這種對壁的離子轟擊還會導致粒子的生成。這些源內的粒子生成尤其可能會導致對薄膜結構、半導體器件或者由這些遠程源清潔的下游工具的損壞。
[0009]線性感應源看到的是非均勻場分布，因為在接近所述線圈圍繞所述線性源的位置的地方場強是最大的。其結果是，所述源內的部分因離子轟擊而受到更快的侵蝕，因而線性源往往具有縮短的壽命。
[0010]可以看到，現有的RPS源經常不能令人滿意，因而幾乎可以確定將來必然需要改進的RPS源。
【發明內容】
[0011]下文將概述附圖所示的本發明的示范性實施例。在【具體實施方式】部分將更加充分地描述這些和其他實施例。然而，應當理解，不存在使本發明局限于這一
【發明內容】
部分或者【具體實施方式】部分當中描述的形式的意圖。本領域技術人員將認識到，還有很多修改、等價方案和替代構造落在權利要求表達的本發明的精神和范圍內。
[0012]可以將本公開的一些實施例的特征表述為包括第一電極、第二電極、室和RF電源輸入的遠程等離子體源。所述第一或第二電極之一可以至少部分包圍另一電極。所述室可以至少部分被室壁包圍，并且被配置為耦合至處理室。所述室壁可以使所述第一和第二電極隔開。此外，所述室可以包括用于使第一流體進入所述室的第一通路，還可以包括被配置為將第二流體提供到所述處理室內的第二通路。所述第二流體可以包括由所述第一流體創建的離解流體的至少一部分。可以將所述RF電源輸入配置為耦合至RF電源，并將RF功率從所述RF電源提供給所述第一電極。所述RF功率可以靜電耦合至所述第二電極，從而靜電維持所述室的至少一部分內的等離子體。
[0013]還可以將本公開的其他實施例的特征表述為維持電容耦合的遠程等離子體源內的等離子體的方法。所述方法可以包括使RF功率通過兩個電容耦合的電極之間，所述兩個電極被至少部分包圍所述電容耦合的遠程等離子體源的室的室壁隔開。所述方法還可以包括通過電容耦合至所述等離子體的RF功率來維持所述室內的等離子體。所述方法還可以包括將第一流體提供到所述室內，并使所述第一流體的至少一部分通過與所述等離子體的相互作用發生離解。所述方法還可以包括將第二流體傳送至與所述電容耦合的遠程等離子體源耦合的處理室，其中，所述第二流體包括由所述第一流體創建的離解流體的至少一部分。
[0014]可以將本公開的其他實施的特征表述為采用被編碼有處理器可讀指令的非暫時有形計算機可讀存儲介質，所述指令用于執行遠程維持電容耦合的等離子體的方法。所述方法可以包括使RF功率通過兩個電容耦合的電極之間，所述兩個電極被至少部分包圍所述電容耦合的遠程等離子體源的室的室壁隔開。所述方法還可以包括通過電容耦合至所述等離子體的RF功率來維持所述室內的等離子體。所述方法還可以包括將第一流體提供到所述室內，并使所述第一流體的至少一部分通過與所述等離子體的相互作用發生離解。所述方法還可以包括將第二流體傳送至與所述電容耦合的遠程等離子體源耦合的處理室，其中，所述第二流體包括由所述第一流體創建的離解流體的至少一部分。【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]通過參考下文的【具體實施方式】以及結合附圖考慮的所附權利要求，各種目的和優點以及對本發明的更加透徹的理解將更加顯見并且仍容易認識到:
[0016]圖1是描繪可以實現本發明的幾個實施例的環境的方框圖。
[0017]圖2示出了遠程等離子體源(RPS)的示范性功能部件的截面圖。
[0018]圖3示出了 RPS的另一實施例。
[0019]圖4示出了 RPS的另一實施例。
[0020]圖5示出了 RPS的又一實施例。
[0021]圖6示出了 RPS的又一實施例。
[0022]圖7示出了 RPS的又一實施例。
[0023]圖8示出了 RPS的又一實施例。
[0024]圖9示出了 RPS的又一實施例。
[0025]圖10示出了 RPS的又一實施例。
[0026]圖11示出了具有計算機系統的示范性形式的機器的一個實施例的示意性表示，其中，能夠運行一組指令，從而使裝置執行或運行本公開的任意一個或多個方面和/或方法。
【具體實施方式】
[0027]本公開總體上涉及等離子體處理。更具體而言，本公開涉及通過電容耦合的遠程等離子體源進行等離子體處理，但不限于此。
[0028]首先參考圖1，其示出了描繪可以實現本發明的幾個實施例的環境的方框圖。如圖所示，一般用于向處理室102提供活化氣體和自由基的遠程等離子體源(RPS)104作為與處理室102分離的功能部件工作。文中公開了圖1所示的可以包括電源系統110、匹配網絡108和源體106的RPS104的幾種本發明的變型。盡管將匹配網絡108和電源系統110示為與源體106集成(處于同一外殼內)，但是這一點決不是必須的，在很多種實現方式中，可以使電源系統110和匹配網絡108與源體106分離。
[0029]可以通過各種實施不同類型的處理(例如，蝕刻和淀積處理)的不同類型的處理室實現處理室102。根據通過處理室102執行的處理的類型，可以將RPS104用于各種目的(例如，在電介質蝕刻過程之后將聚合物從晶圓上清理下來或者在淀積過程之后清理室102的內壁)。可以通過將活化氣體和/或自由基從源體106引入到處理室102內來實施這些處理。
[0030]電源系統110能夠在一定范圍的AC頻率上工作，例如，VHF范圍，以及在脈沖DC波形和其他時變波形上工作。可以經由能夠嵌入硬件、軟件、固件或其組合的控制電路或邏輯150對功率、頻率、DC和/或AC偏壓、脈寬、脈沖調制連同電源系統110的其他電特性加以控制。本領域技術人員將認識到，盡管在其他附圖中未示出控制電路或邏輯150，但是還是能夠將其與將在本公開的下文中討論的任何實施例一起使用。用于檢測(例如，處理室102內的)等離子體密度或場強的傳感器可以與控制電路或邏輯150進行通信，從而使電源系統110起著反饋或前饋系統的作用。
[0031]圖2示出了 RPS的示范性功能部件的截面。RPS202包括RPS室203，其至少部分被室壁包圍并且被配置為耦合至處理室206。所述識別能夠將第一電極210和第二電極212隔開，其中，第一電極210布置在RPS室203內。也可以將第二電極212說成至少部分與第一電極210相對或者至少部分圍繞(例如，環繞)第一電極210。在一些實施例中，RPS室203的壁是第二電極212的內表面。RF電源204在第二電極212通過任選的接地通路208接地或者浮置的同時向RF電源輸入205提供RF功率(例如，任何時變功率)，繼而向第一電極210提供功率。主要將RF功率靜電(電容)耦合至第二電極212 (也可能發生一些電感耦合)，并且耦合至被點火并保持在RPS室203的至少一部分內的等離子體216。
[0032]RPS202可以包括將第一電極210與等離子體216隔開并使第一電極210與等離子體216DC隔離從而使等離子體216和第一電極210能夠在不同的電勢上工作的第一電介質部件220 (例如，陶瓷)。也可以將第一電介質部件220布置為避免等離子體216與第一電極210相互作用。RPS202還可以包括第二電介質部件222 (例如，陶瓷)，其將第二電極212與等離子體216隔開并且使第二電極212和等離子體216DC隔離，從而使等離子體216和第二電極212能夠在不同的電勢上工作。也可以將第二電介質部件222布置為避免等離子體216與第二電極212相互作用。
[0033]在足夠的功率密度上或者在兩個電極210、212之間的電磁場強度足夠高時，第一和第二電介質部件220、222之間的流體(氣體、液體或兩者的組合)電離并形成等離子體216。流體是物相的子集，其包括氣體(具有任何粘滯度的)、液體和等離子體。也可以采用與對等離子體216點火的功率相同的RF功率對等離子體216進行電容維持。可以通過諸如軸向進入通路218a、面向內側的徑向進入通路218b或者面向外側的徑向進入通路218c的第一通路將諸如非活化氣體的第一流體(氣體、液體或兩者的組合)輸送到RPS202內。所述第一通路使所述第一流體進入到室203內，并在最佳位置(例如，具有最大等離子體216的密度的區域；第一和第二電極210、212之間的區域；存在最大流體一等離子體相互作用的區域)與等離子體216相互作用。第一流體能夠與等離子體216相互作用，通過離解而形成第二流體(氣體、液體或兩者的組合)，例如活化氣體和/或自由基，并將其通過第二通路傳送至處理室206。第二流體可以包括由第一流體生成的離解流體的至少一部分。例如，可以將第二通路實現為一個或多個出口通路219。
[0034]出于本公開的目的，通過保持預期等離子體密度(又稱為電子或離子密度)或者通過保持超過電子一離子復合率預期值的電離率而保持等離子體。在實施例中，在每cm3存在IO8到IO13個自由電子時能夠保持等離子體。
[0035]隨著氣體通過等離子體216，其發生離解，從而形成能夠提供給與RPS202流體連通的處理室206的活化氣體和/或自由基。所述活化氣體和/或自由基能夠與處理室206內的表面相互作用(例如，室壁或者吸附安裝的晶圓224)，以執行諸如清潔或蝕刻的各種處理。
[0036]電介質部件220、222可以采取各種形式。例如，電介質部件220、222可以是制作(例如，通過外延生長、氧化、噴涂)到電極210、212上的化學層或屏障。它們也可以是與電極210、212分離但是通過(例如)連接法蘭(未示出)附著于其上的結構。在一些實施例中，可以使電介質部件220、222相互耦合，但是它們通常相互DC隔離。
[0037]電極210、212和電介質部件220、222可以采取各種形狀，它們全都涉及環繞內側部件(第一電極210和第一電介質部件220 )的外側部件(第二電極和第二電介質部件222 )。在一個實例中，RPS202可以具有筒狀或圓柱形狀。換言之，在從晶圓224的角度來看時，RPS202是作為一組環出現的，其中，第一電極210處于中央，第二電極212形成了外環。在另一實施例中，可以采用具有斜截邊的矩形(對于晶圓224而言呈現為一組具有斜截角的方形)。盡管在一些實施例中可以使這些部件同軸對準(例如，同心)，但是在一些實施例中，兩個電極未必一定共享等同的軸(未必同心)。
[0038]盡管將第一和第二電極210、212不為具有銳邊,例如,在第一電極210與處理室206相遇的位置，但是在很多實施例中，可以對這些銳邊斜截或者使其彎曲(例如，參考圖8中的元件811)。這是因為，導體上的銳邊傾向于增大這些邊或拐角附近的電磁場密度，因而其將導致RPS202中的不均勻的場密度。非均勻場密度導致了 RPS202的“熱點”或受到來自等離子體216的更大的離子轟擊，因而受到比RPS202的其他部分更快的侵蝕的部分。通過使電極210、212的邊緣彎曲，從而建立更加均勻的場密度，RPS202將不會遭受熱點，并且能夠在需要更換之前享有更長的壽命。在一個實施例中，第一電極210的邊緣的曲率半徑240基本等于第一電極的半徑242，第二電極212的邊緣的曲率半徑244基本等于第二電極212的半徑246。
[0039]軸向通路218a以及向內和向外的徑向通路218b、218c分別示出了第一流體的流動的相對方向而非第一通路的絕對方向、位置、數量或構造。在一些實施例中，第一通路可以包括電極210、212、電介質部件220、222和/或RPS202內的開口，其能夠使第一流體(例如，加壓非活化氣體)進入RPS202，并與等離子體216相互作用。在一些實施例中，第一流體可以包括通過不同通路進入室203的多種流體。因此，可以有多種流體與等離子體216的不同部分相互作用。
[0040]盡管將通路218a、218b、218c示為只進入RPS202的上半部分，但是省略RPS202的下半部分的通路指示的目的僅在于簡化圖示。本領域技術人員將認識到，能夠圍繞整個RPS202布置通路218a、218b、218c，從而使第一流體通過等離子體216均等分布。另一方面，在一些實施例中，能夠將通路218a、218b、218c布置為，將第一流體以非均勻的方式分配到RPS室203內。例如，可以圍繞RPS室203的中心徑向分配第一流體，而不將其分配到RPS室203的末端附近。
[0041]在一些實施例中，第一流體可以包括一種或多種流體，例如，氣體、液體或兩種的組合。第二流體也可以包括一種或多種流體，例如，氣體、液體或兩種的組合。在一些示例中，第一和第二流體中的一些或全部可以是相同的流體。例如，非活化氣體可以作為第一流體進入室203，并在等離子體216內部離解，以形成活化氣體和/或自由基。可以將它們連同一些第一流體(例如，非活化氣體)一起作為第二流體傳送至處理室206，其中，所述第二流體包括一些第一流體和一些活化氣體和/或自由基。
[0042]通過虛線指出了等離子體216的邊界，因為這一邊界位置根據其定義而存在變化，而且所述邊界也未必是按比例繪制的。也可以將等離子體216的邊界定義為從范圍IO8到IO13個自由電子/cm3中選出的等離子體密度。換言之，在等離子體216的邊界內的所有位置上每cm3都至少存在IO8到IO13個自由電子。
[0043]在很多實施方式中，通過VHF電源(例如，基本上高于13.6MHz)實現電源204，所述電源將提供點火并維持等離子體216的交變電壓。已經發現,相對較高的頻率(例如,基本上高于13.6MHz)上的操作使得施加至第一電極210上的電壓降低，其可以提高功率效率并減少對RPS室203的室壁的侵蝕。可以利用一定的頻率范圍(例如其包括但不限于60MHz)，而且如文中的進一步討論所述,也可以采用多于一個電源204向第一電極210供電。例如，已經發現，采用額外的電源(未示出)(例如，2MHz電源)向第一電極210施加額外的功率將產生受到修改的等離子體216密度分布，與向第一電極210施加單個電源或單一頻率的情況相比，其可能更合乎需要。
[0044]盡管在其他情況下有時將電源示為向至少部分與非供電電極相對或者至少部分圍繞(例如，環繞)非供電電極的電極提供RF功率(圖3、5、7、9)，但是可以優選將電源耦合至內側電極(例如，圖2、6、8)，從而避免人和供電或者非接地或非浮置電極發生接觸。換言之，在向內側電極提供RF功率時，降低了人接觸高壓的可能性。
[0045]可以在RPS室203的一部分內或者在整個RPS室203內對等離子體216點火并維持。在一些實施例中，甚至可以在RPS202外維持等離子體216，例如，在等離子體216擴展到處理室206內的情況下。
[0046]在與線性和環形源相比較時，文中公開的RPS202具有很多優點。首先，通過避免產生“熱點”以及在RPS室203內實現更加均勻的場分布而使得RPS202的長使用壽命成為可能。這要求在RPS室203內保持均勻的場和功率密度。如早前討論的在電極210、212上采用彎曲邊緣就是一種提高場和功率均勻性的方式。其次，相對于電極210、212的至少其中之一的浮置等離子體216電勢使得離子轟擊減少。電介質部件220、222在等離子體216和電極210、212的任一者或兩者之間建立了 DC隔離，從而使得等離子體216電勢相對于電極210、212之一或兩者浮置。通過使等離子體216電勢浮置，具有較低的外殼電壓，因而減少了對RPS室203的壁的破壞性離子轟擊。還能通過較低的局部功率(即，向所述系統內輸入相同的功率，但是局部高功率區域不如現有計數當中那樣嚴重)降低對室203的損害。換言之，靜電RPS202能夠維持與感應耦合源一樣的等離子體216密度，而其對室203壁的損害則更低。也可以換一種方式描述這一優點，即，通過使DC電勢(其表現為外殼電勢)與RF電勢隔離，能夠將更多的能量引導至等離子體216密度，而不是導致更強的外殼電壓，從而縮短室203的壽命。
[0047]一個或多個電介質部件220、222還減少了活化氣體和自由基與室203壁的相互作用以及等離子體216污染。在現有技術當中可能會導致等離子體污染216，其中，等離子體濺射金屬室壁，從而向等離子體內釋放污染物。現有技術當中的一個引起室濺射的原因是接地電弧，在這種情況下，電流在處于兩個地電勢之間的室壁的表面上流動。一個或多個電介質部件220、222能夠有助于避免出現接地電弧。
[0048]電極210、212的布置還能夠使得非活化氣體在現有技術中不可能的位置和角度上進入等離子體216。例如，環形和線性感應源不能提供朝外的徑向通路218c，而就RPS202而言，該通路則是可能的。第一電極210的引入為流體的傳送提供了新的路徑和場所，并且還提供了諸如冷卻的其他功能。
[0049]RPS202的另一優點是免除了變壓器，而在感應耦合源中往往需要變壓器。與現有技術中的源相比，RPS202還可以通常在更高的頻率上(例如，>30MHz, >160MHz)工作。在這些較高的頻率上，用于點火和維持等離子體216的電壓更低，其使得由離子轟擊導致的室壁損害得到了降低。換言之，對于更高頻率上的電容性RPS202而言，更大百分比的功率進入了提高的等離子體216密度而不是外殼電壓。就感應源而言，前述優點就不會發生，相反，增大的頻率只會向外殼電壓增加更大的功率，從而導致更大的室侵蝕。
[0050]在更高的頻率上(例如，>30MHz)工作的電容耦合RPS202使得RPS202具有比現有技術源更寬的點火和工作范圍(例如，針對壓力、流量、功率和/或頻率的更寬的可接受參數范圍)。例如，RPS202能夠在與現有技術源相同的壓力下工作，但是所處的功率則更低，其可能對低功率處理應用有利。現有技術源通常不能在與RPS202相同的功率和壓力下維持等離子體。
[0051]電容耦合RPS202還具有比噴頭型就地源更小的覆蓋面積，并且具有與感應源類似的覆蓋面積。然而，可以將相同的RPS202覆蓋面積用于各種處理室206尺寸(例如，在增大處理室206已容納更大的晶圓的情況下)，而感應遠程源和噴頭式就地源通常要增大尺寸來容納更大的處理室。還將RPS202外部安裝到處理室206上，這對于安裝和維修都是有利的。
[0052]RPS202還能夠實現機架安裝VHF電源204和集成匹配網絡電路(固定的或者可選擇的)。RPS202還能夠執行掃描頻率阻抗匹配，并且能夠包括集成點火電路。這一點與經常具有單獨的點火和操作過程及電路的感應遠程源相比也是有利的。
[0053]通常對感應源內的涂覆和電介質進行優化，從而使對等離子體的耦合效率(例如，經由更薄的電介質層)最大化。相反，在電介質部件220、222受到材料類型或厚度的修改時，RPS202不會出現耦合的降低。這允許對電介質部件220、222進行修改，以便在不降低耦合效率的情況下更好地生成某一處理結果。
[0054]RPS202的工作功率可以包括但不限于100-7000瓦的范圍，壓力處于10毫托到200托以上的范圍內。等離子體216密度可以包括10n-1012/cm3的范圍，在實施例中，可以允許等離子體216擴展到RPS源室203以外，或者允許將其投射到RPS源室203之外，并進入處理室206 (又稱為遠程投射等離子體源)。等離子體216密度可以是等離子體216的體積(bulk)的量度，例如，作為跨越主釋放區域的平均值。所述主釋放區域可以包括室203的至少一部分，在一些實施例中，可以擴展到處理室206內。
[0055]RPS202的另一優點在于，由于可以使電極210、212之一接地或浮置，因而不必使晶圓224接地，因而能夠實現獨特的處理(例如，制作氮化物表面、實施低能量蝕刻或者進行表面改性)。換言之，利用RPS202，能夠使晶圓224浮置，或者將其偏置到任何預期的電勢(其未必是RF電路的部分)上。這緩解了接地問題和VHF室203兼容性問題，但仍舊能夠實現對晶圓224的VHF等離子體處理。這一技術還是后向兼容的，因而能夠不需修改就與舊有的處理室206 —起使用。
[0056]盡管文中圖示并描述了晶圓224，但是本領域技術人員將認識到可以采用各種其他處理目標代替晶圓224。例如，可以在處理室206中處理玻璃薄板(例如，對于IXD、LED和等離子體電視生產而言)。
[0057]圖2所示的部件旨在表達與很多實施例相關的功能部件，文中將對其中的幾個部件做進一步討論。圖2對這些部件的描繪并非旨在給出機械或電硬件圖解；因而可以在仍然提供相同的功用的同時對所示出的部件重新布置和修改。此外，可以結合或去除一些部件，并且在各種實現當中可以添加額外的部件。例如，電極210、212的幾何方面和相對位置設定可以隨著實施例的不同而發生很大變化。而且，電源204被示為不存在匹配網絡(例如，圖1中的108)。但是，本領域技術人員將認識到，可以假定電源204包括阻抗匹配電路。盡管將電源204耦合至第一電極210，但是作為替代可以將電源204耦合至第二電極212，并使第一電極210接地或浮置(參考圖3)。盡管示出了兩個電介質部件220、222，但是在一些實施例中，僅采用了單個電介質部件(參考圖4-7 )。盡管示出了三個進入通路218a、218b、218c，但是在實踐中可能僅采用這些通路中的一個或多個。電極210、212被示為具有相同的長度，然而在一些實施例中，從電源204接收RF功率的電極(供電電極)比接地或浮置電極短(參考圖8-9)。
[0058]圖3示出了 RPS302的實施例，其中，將RF功率提供給至少部分圍繞內側電極310的外側電極312，其中，使內側電極310通過任選的接地連接308接地，或者可以使其電浮置。RPS302還包括使內側電極310與等離子體316隔開的第一電介質部件320。RPS302還包括使外側電極312與等離子體316隔開的第二電介質部件322。
[0059]圖4示出了 RPS402的實施例，其中，將RF功率提供給至少部分被外側電極412圍繞的內側電極410，其中，使外側電極412通過任選的接地連接408接地，或者可以使其電浮置。RPS402還包括使外側電極412與等尚子體416隔開的第一電介質部件420。
[0060]圖5示出了 RPS502的實施例，其中，將RF功率提供給環繞內側電極510的外側電極512，其中，使內側電極510通過任選的接地連接508接地，或者可以使其電浮置。RPS502還包括將外側電極512與等尚子體516隔開的電介質部件520。
[0061]圖6示出了 RPS602的實施例，其中，將RF功率提供給至少部分被外側電極612圍繞的內側電極610，其中，使外側電極612通過任選的接地連接608接地，或者可以使其電浮置。RPS602還包括使內側電極610與等尚子體616隔開的第一電介質部件620。
[0062]圖7示出了 RPS702的實施例，其中，將RF功率提供給環繞內側電極710的外側電極712，其中，使內側電極710通過任選的接地連接708接地，或者可以使其電浮置。RPS702還包括將內側710與等離子體716隔開的第一電介質部件720。
[0063]圖8示出了 RPS802的實施例，其中，將RF功率提供給至少部分被第二電極812(外側電極)圍繞的第一電極810 (內側電極)。使第二電極812通過任選的接地連接808接地，或者可以使其電浮置。RPS802還包括將第一電極810與等離子體816隔開的第一電介質部件820以及將第二電極812與等離子體816隔開的第二電介質部件822。第一電極810比第二電極812短(延伸程度不及)。換言之，通過電源804供電的電極(供電電極)比非供電(接地或浮置)電極短。沿前述線路使第一電介質部件820包裹第一電極810的正面，換言之，在第一電極810的所有部分和等離子體816之間提供電介質屏障。
[0064]第一電極810的延伸長度不及第二電極812。例如，第一電極810可以是第二電極812的長度的90%、80%、50%或者25%，這幾個數字只是幾個例子。在一些情況下，第一電極810可以具有比其直徑或半徑短的長度。在這樣的情況下，將等離子體816的外形塑造得更像管狀，而不是包圍第一電極810。
[0065]如圖所示，第一電極810在接近處理室806處具有銳邊。然而，在其他實施例中，，可以使這些邊彎曲或者對其斜截(如虛線811所示)，具體而言，可以使其彎曲從而具有基本上等于第一電極810的直徑的一半的半徑。
[0066]圖9示出了 RPS902的實施例，其中，將RF功率提供給環繞第一電極910 (內側電極)的第二電極912 (外側電極)。使內側電極910通過任選的接地連接908接地，或者可以使其電浮置。RPS902還包括將第一電極910與等離子體916隔開的第一電介質部件920以及將第二電極912與等離子體916隔開的第二電介質部件922。第二電極912比第二電極910短(延伸長度不及)。換言之，通過電源904供電的電極(供電電極)比非供電(接地或浮置)電極短。第一和第二電介質部件920、922被示為具有相等長度，但是在一些實施例中，這些長度未必相等。
[0067]RPS902包括可以至少部分被第一和第二電介質部件920、922包圍的室903。可以將等離子體916局限到第二電極912圍繞的室903的一部分內。等離子體916的部分可以擴展到第二電極912的范圍之外，但是其通常不會擴展到室903的長度，或者(例如)進入處理室906。
[0068]局限范圍通常如圖所示一等離子體916被局限至RPS室903中電極910、912重疊的區域。例如，圖9的等離子體916主要被局限至RPS室903中第二電極912與較長的第一電極910重疊的區域。
[0069]在上文描述的使內側電極接地的各個實施例中，RPS具有額外的益處；通過向外的徑向進入通路進入的非活化氣體不必在引入點處(即供電電極和所述室之間)跨越電勢差。
[0070]在所有圖示的實施例中，第一和第二電極之間的徑向距離足夠小，從而使電流主要經由等離子體通過所述電極之間。換言之，在低功率操作模式下，所述電極之間的區域(例如，室203)可以是優選的電流通路。隨著功率或電壓的增大，或者隨著各種等離子體特性的變更，可以使處于任何電勢上的任何其他導體或電極充當第三類電極，其可以用于在所述電極和這一第三電極之間創建或者擴展用于等離子體的“擴展區帶”。例如，可以使所述室的室壁或者泵送增壓室(plenum)接地，從而使其充當第三電極，其中，等離子體將朝向這一第三電極擴展。通過允許等離子體擴展到高場強區域之外，能夠實現各種優點。一個優點是，能夠在具有較低的場強的擴展區帶內在等離子體中形成活化氣體和自由基，若非如此，其很難在典型的等離子體區域內形成。另一個優點是，可以采用擴展區帶內的等離子體過濾或去除不想要的活化氣體和自由基，例如，其中不同的種類(species)具有不同的壽命。所述擴展區帶還擴展了通過其施加RF功率的體積，從而降低了局部功率密度，簡化了冷卻方案。
[0071]盡管在本公開文本中經常將所述電極描述為第一和第二電極，并且將其示為使第一電極至少部分被第二電極圍繞，但是可以倒換這些布置，從而使第一電極至少部分圍繞所述第二電極。
[0072]圖10示出了在電容耦合的遠程等離子體源中維持等離子體的方法。將通過以括號引用圖2的附圖元素來描述這一方法。所述方法包括在第一傳送操作1002中使RF功率通過兩個電容耦合的電極(例如，210和212)之間。可以通過界定所述電容耦合的遠程等離子體源的室(例如，203)的室壁使所述電極隔開。所述方法還包括在維持操作1004中在所述室內維持等離子體(例如，216)。可以通過電容耦合至等離子體的RF功率維持所述等離子體。通過提供操作1006將第一流體提供到所述室內(沿徑向或軸向)。隨著第一流體與等離子體相互作用，能夠在離解操作1008中使第一流體的至少一部分離解，以形成活化氣體和/或自由基。之后，在第二傳送操作1010中，將包括活化氣體和/或自由基的第二流體，有時還將第一流體的一部分傳送至與所述電容耦合的遠程等離子體源耦合的處理室。
[0073]除了文中描述的具體實體器件之外，還可以在諸如計算機系統的機器內實現文中描述的系統和方法。圖11示出了具有計算機系統1100的示范性形式的機器的一個實施例的示意性表示，其中，能夠運行一組指令，從而使裝置執行或運行本公開的方面和/或方法中的任何一者或多者。圖11中的部件只是例子，其不限制實現具體實施例的任何硬件、軟件、嵌入邏輯部件或者兩個或多個這樣的部件的組合的使用范圍或功能。
[0074]計算機系統1100可以包括處理器1101、內存1103和存儲器1108，它們通過總線1140相互通信并且與其他部件通信。總線1140還可以鏈接顯示器1132、一個或多個輸入裝置1133 (例如，其可以包括小鍵盤、鍵盤、鼠標、指示筆等)、一個或多個輸出裝置1134、一個或多個存儲裝置1135以及各種有形存儲介質1136。所有這些元件都可以與總線1140直接對接或者通過一個或多個接口或適配器對接。例如，各種有形存儲介質1136可以通過存儲介質接口 1126與總線1140對接。計算機系統1100可以具有任何適當的物理形式，包括但不限于一個或多個集成電路(1C)、印刷電路板(PCB)、移動手提裝置(例如，移動電話或PDA)、膝上型或者筆記本電腦、分布式計算機系統、計算格網(grid)或服務器。
[0075]處理器1101 (例如，中央處理單元(CPU)任選含有用于指令、數據或計算機地址的暫時局部存儲的高速緩存單元1102。將處理器1101配置為參與計算機可讀指令的運行。計算機系統1100可以提供作為處理器1101運行一個或多個有形計算機可讀存儲介質中體現的軟件的結果的功能，例如，所述存儲介質為內存1103、存儲器1108、存儲裝置1135和/或存儲介質1136。所述計算機可讀介質可以存儲實現具體實施例的軟件，處理器1101可以執行所述軟件。內存1103可以從一個或多個其他計算機可讀介質(例如，大容量存儲裝置1135、1136)或者通過諸如網絡接口 1120的適當接口從一個或多個其他來源讀取所述軟件。所述軟件可以使處理器1101執行文中描述或示出的一個或多個過程或者所述一個或多個過程的一個或多個步驟。執行這樣的過程或步驟可以包括定義存儲在內存1103內的數據結構以及根據軟件的指示修改所述數據結構。
[0076]內存1103可以包括各種部件(例如，機器可讀介質)，其包括但不限于隨機存取存儲部件(例如，RAM1104)(例如，靜態RAM “SRAM”、動態RAM (DRAM)等)、只讀部件(例如R0M1105)及其任何組合。R0M1105可以起到向處理器1101單向傳達數據和指令的作用，RAMl 104可以起到與處理器1101雙向互通數據和指令的作用。ROMl 105和RAMl 104可以包括下文所述的任何適當的有形計算機可讀介質。在一個例子中，可以將基本輸入/輸出系統1106 (BIOS)存儲到內存1103內，所述基本輸入/輸出系統1106包括有助于在(例如)起動過程中在計算機系統1100內的元件之間傳遞信息的例程。
[0077]將固定存儲器1108雙向連接至處理器1101，所述連接任選通過存儲控制器1107完成。固定存儲器1108提供額外的數據存儲容量，其也可以包括文中描述的任何適當有形計算機可讀介質。存儲器1108可以用于存儲操作系統1109、EXECl110 (可執行態)、數據1111、APV應用1112 (應用程序)等。存儲器1108經常但不總是作為比主存儲器(例如，內存1103)慢的輔助存儲介質(例如，硬盤)。存儲器1108還可以包括光盤驅動器、固態存儲裝置(例如，基于閃存的系統)或者任何上述裝置的組合。在適當的情況下，可以將存儲器1108內的信息作為虛擬內存結合到內存1103內。
[0078]在一個例子中，可以使存儲裝置1135以可拆卸的方式通過存儲裝置接口 1125與計算機系統1100對接(例如，通過外部斷開連接器(未示出))。具體而言，存儲裝置1135和相關機器可讀介質可以提供機器可讀指令、數據結構、程序模塊和/或計算機系統1100的其它數據的非易失性和/或易失性存儲。在一個例子中，軟件可以完全或者部分存在于存儲裝置1135上的機器可讀介質內。在另一個例子中，軟件可以完全或部分存在于處理器1101 內。
[0079]總線1140連接各種子系統。文中提及總線可能包含在適當的情況下服務于共同的功能的一條或多條數字信號線。總線1140可以是幾種類型的總線結構中的任何一種，其包括但不限于采用各種總線架構中的任何一種的存儲總線、存儲控制器、外圍總線、局部總線及其任何組合。作為例子而非限制，這樣的架構包括工業標準架構(ISA)總線、增強ISA (EISA )總線、微通道架構(MCA )總線、視頻電子標準協會局部總線(VLB )、外圍部件互連(PCI)總線、PC1-Express (PC1-X)總線、加速圖形接口(AGP)總線、HyperTransport (HTX)總線、串行高級技術附件(SATA )總線及其任何組合。
[0080]計算機系統1100還可以包括輸入裝置1133。在一個例子中，計算機系統1100的用戶可以將命令和/或其他信息通過輸入裝置1133輸入到計算機系統1100內。輸入裝置1133的例子包括但不限于字母數字輸入裝置(例如，鍵盤)、光標定位裝置(例如，鼠標或觸控板)、觸控板、操縱桿、游戲鍵盤、音頻輸入裝置(例如，傳聲器、語音應答系統等)、光掃描器、視頻或靜止圖像俘獲裝置(例如，攝像機)及其任何組合。可以通過各種接口 1123 (例如，輸入接口 1123)將輸入裝置1133對接至總線1140，所述接口包括但不限于串行、并行、游戲端口、USB、FIREWIRE、THUNDERBOLT或上述接口的任何組合。
[0081]在具體的實施例中，在將計算機系統1100連接至網絡1130時，計算機系統1100可以與連接至網絡1130的其他裝置，具體而言與移動裝置和企業系統通信。可以通過網絡接口 1120傳送與計算機系統1100之間的通信。例如，網絡接口 1120可以接收來自網絡1130的具有一個或多個包(例如，Internet協議(IP)包)的形式的輸入通信(例如，來自其他裝置的請求或響應)，計算機系統1100可以將所述輸入通信存儲到內存1103內，以供處理。計算機系統1100可以類似地將具有一個或多個包的形式的輸出通信(例如，發往其他裝置的請求或響應)存儲到內存1103內，并將其從網絡接口 1120傳送至網絡1130。處理器1101可以訪問存儲在內存1103內的這些通信包以進行處理。
[0082]網絡接口 1120的例子包括但不限于網絡接口卡、調制調解器及其任何組合。網絡1130或網絡段1130的例子包括但不限于廣域網(WAN)(例如，Internet、企業網)、局域網(LAN)(例如，與辦公室、建筑物、校園或者其他相對較小的地理空間相關的網絡)、電話網、兩個計算裝置之間的直接連接及其任何組合。諸如網絡1130的網絡可以利用有線和/或無線通信模式。一般而言，可以采用任何網絡拓撲結構。
[0083]可以通過顯示器1132顯示信息和數據。顯示器1132的例子包括但不限于液晶顯示器(IXD)、有機液晶顯示器(0LED)、陰極射線管(CRT)、等離子體顯示器及其任何組合。顯示器1132可以通過總線1140與處理器1101、存儲器1103和固定存儲器1108以及諸如輸入裝置1133的其他裝置對接。將顯示器1132通過視頻接口 1122鏈接至總線1140，可以通過圖形控制1121控制顯示器1132和總線1140之間的數據傳送。
[0084]除了顯示器1132之外，計算機系統1100可以包括一個或多個其他外圍輸出裝置1134，其包括但不限于音頻揚聲器、打印機及其任何組合。可以將這樣的外圍輸出裝置通過輸出接口 1124連接至總線1140。輸出接口 1124的例子包括但不限于串行端口、并行連接、USB 端 口、FIREWIRE 端 口、THUNDERBOLT 端口及其任何組合。[0085]此外或者作為替代，計算機系統1100可以提供作為在電路中硬布線或者以其他方式體現的邏輯的結果的功能，例如，所述邏輯可以代替軟件或者連同軟件一起工作，以執行文中描述或圖示的一個或多個過程或者所述一個或多個過程的一個或多個步驟。在本公開中提及軟件可以包含邏輯，提及邏輯可以包含軟件。此外，在適當的情況下，提及計算機可讀介質可以包含存儲供執行的軟件的電路(例如，1C)、體現用于執行的邏輯的電路或兩者。本公開包含硬件、軟件或兩者的任何適當的組合。
[0086]總之，本發明尤其提供了用于維持遠程等離子體源內的電容耦合的等離子體的方法、系統和設備。本領域技術人員將容易地認識到可以在本發明及其使用和配置當中做出各種變化和替代，以達到與文中描述的實施例達到的基本相同的結果。因此，不存在將本發明局限于所公開的示范性形式的意圖。很多變化、修改和替代構造都落在所公開的本發明的范圍和精神內。
【權利要求】
1.一種遠程等離子體源，包括: 第一電極； 第二電極，所述第一電極或所述第二電極中的一個電極至少部分圍繞所述第一電極或所述第二電極中的另一個電極； 至少部分被室壁包圍并且被配置為耦合至處理室的室，所述室壁將所述第一電極和所述第二電極隔開，所述室包括: 用于使第一流體進入所述室的第一通路；以及 被配置為向所述處理室提供第二流體的第二通路，其中，所述第二流體包括通過所述第一流體創建的離解流體的至少一部分；以及 被配置為耦合至RF電源并且從所述RF電源向所述第一電極提供RF功率的RF電源輸入，所述RF功率靜電耦合至所述第二電極，從而在所述室的至少一部分內靜電維持等離子體。
2.根據權利要求1所述的遠程等離子體源，還包括第一電介質部件，所述第一電介質部件將所述第一電極或所述第二電極中的至少一個電極與所述等離子體隔開，使所述至少一個電極與所述等離子體DC隔離，并且防止所述等離子體與所述至少一個電極相互作用。
3.根據權利要求2所述的遠程等離子體源，還包括第二電介質部件，所述第二電介質部件使所述等離子體與未經由所述第一電介質部件DC隔離的電極隔開。
4.根據權利要求1所述的·遠程等離子體源，其中，所述第二電極比所述第一電極長。
5.根據權利要求1所述的遠程等離子體源，其中，所述第二電極接地。
6.根據權利要求1所述的遠程等離子體源，其中，所述第一電極和所述第二電極具有一條或多條斜截邊。
7.根據權利要求1所述的遠程等離子體源，其中，所述第一通路沿徑向將所述第一流體提供到所述室內。
8.根據權利要求1所述的遠程等離子體源，其中，所述第一通路沿軸向將所述第一流體提供到所述室內。
9.根據權利要求1所述的遠程等離子體源，其中，所述第一電極和所述第二電極同心對準。
10.根據權利要求1所述的遠程等離子體源，其中，所述室壁是所述第一電極或所述第二電極之一的內表面。
11.一種在電容耦合的遠程等離子體源中維持等離子體的方法，包括: 使RF功率通過兩個電容耦合的電極之間，所述兩個電極由至少部分包圍所述電容耦合的遠程等離子體源的室的室壁隔開； 通過將RF功率電容耦合至所述等離子體而在所述室內維持等離子體； 向所述室內提供第一流體； 通過所述第一流體的至少一部分與所述等離子體的相互作用而使所述第一流體的至少一部分發生離解；以及 將第二流體傳送至與所述電容耦合的遠程等離子體源耦合的處理室。
12.根據權利要求11所述的方法，還包括經由第一電介質部件使所述第一電極或第二電極中的一個電極與所述等離子體DC隔離，其中所述第一電介質部件將所述第一電極或所述第二電極中的一個電極與所述等離子體隔開。
13.根據權利要求12所述的方法，還包括經由所述第一電介質部件和第二電介質部件使所述第一電極和所述第二電極兩者均與所述等離子體DC隔離，所述第一電介質部件和所述第二電介質部件使所述等離子體與所述第一電介質部件和所述第二電介質部件隔開。
14.根據權利要求11所述的方法，還包括使所述第一電極或所述第二電極中的一個電極接地。
15.根據權利要求11所述的方法，其中，將所述第一流體沿軸向提供到所述室內。
16.根據權利要求11所述的方法，其中，將所述第一流體沿徑向提供到所述室內。
17.根據權利要求11所述的方法，還包括對所述第一電極和所述第二電極同心布置。
18.根據權利要求11所述的方法，其中，所述室壁是所述第一電極或所述第二電極之一的內表面。
19.一種被編碼有處理器可讀指令的非暫時有形計算機可讀存儲介質，所述指令用于執行遠程維持電容耦合的等離子體的方法，所述方法包括: 使RF功率通過兩個電容耦合的電極之間，所述兩個電極由界定所述電容耦合的遠程等離子體源的室的室壁隔開； 經由將RF功率電容耦合至所述等離子體而在所述室內維持等離子體； 向所述室內提供第一流體； 通過所述第一流體的至少一部分與所述等離子體的相互作用而使所述第一流體的至少一部分發生離解；以及 將第二流體傳送至與所述電容耦合的遠程等離子體源耦合的處理室，其中，所述第二流體包括通過所述第一流體創建的離解流體的至少一部分。
【文檔編號】H05H1/00GK103444268SQ201280013790
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2012年1月24日 優先權日:2011年1月25日
【發明者】D·J·霍夫曼, D·卡特, V·布勞克, K·彼德森, R·戈瑞理 申請人:先進能源工業公司