CN102598201A - 用于高真空室的穿入式等离子体发生器 - Google Patents

Abstract

等离子体发生器，包括：高真空处理室；变压器型等离子管，与所述高真空处理室耦接；以及至少一个气体源，与所述变压器型等离子管耦接，用于引入至少一种气体到所述变压器型等离子管中，所述高真空处理室包括至少一个入口，所述变压器型等离子管包括：射频功率源，用于产生交变电力；多个导体，与所述射频功率源耦接；闭合回路放电室，用于限制所述气体；多个高磁导率磁芯，围绕所述闭合回路放电室的在外部分耦接并与所述多个导体耦接；多个开孔，沿所述闭合回路放电室的在内部分设置；以及至少两个介电垫圈，用于将所述在内部分与所述在外部分耦接，其中所述入口配置为接收所述在内部分，以使得所述在内部分物理地穿入所述高真空处理室，所述多个导体形成围绕所述多个高磁导率磁芯的初级绕组，所述闭合回路放电室中的气体形成围绕所述多个高磁导率磁芯的次级绕组，其中在所述多个导体被提供有所述交变电力时，所述变压器型等离子管激发所述气体成为至少一种相应等离子体，并且所述多个开孔从所述在内部分释放所述相应等离子体到所述高真空处理室中。

Description

用于高真空室的穿入式等离子体发生器

技术领域

所公开的技术一般性涉及等离子体发生器，并且尤其涉及用于在高真空室内生成用以在靶上均匀分布的等离子体的方法及系统。

背景技术

变压器型等离子管是指使用变压器中所采用的物理原理来生成等离子体的等离子管或等离子发生器。变压器型等离子管为本领域所公知。变压器是一种通过感应耦合导体将电能(交流电流(AC)及电压对)从第一电路传送至第二电路的电子器件。所述第一电路可被称为输入对，而所述第二电路则被称为输出对。一般而言，变压器包括高磁导率磁性材料的芯体，该芯体在一侧盘绕有被称为初级绕组的输入导体，并在另一侧盘绕有被称为次级绕组的输出导体。每个导体，也即初级绕组和次级绕组，都必须形成一个闭合路径或回路。

变压器的操作模式是基于法拉第感应定律。所述输入导体供应有交流电流，其在所述高磁导率磁性材料的芯体中感应产生交变磁场，由此磁化所述芯体材料。经过磁化的芯体随后在所述输出导体中感应产生电场。除了由磁体材料中发热引起的一小部分能量损耗之外，输入导体所输入的交流电流功率大体上等于输出导体的输出功率。一般而言，输出导体的电流和电压与初级绕组和次级绕组中每个的匝数成比例。例如，随着初级绕组的匝数增加，会引起次级绕组中的电流增加以及电压减小。

等离子体是指一种气体的加热状态，有时被称为第四态或第四类物质，在该状态下电子能够离开各原子和分子，从而成为在宏观空间中运动的自由电子。因此，所述原子和分子会转变成离子，也即带电粒子。在将所述自由电子置于电场内的情况下，这些自由电子能够获得动能，撞击其他原子和分子，并从那些原子和分子中撞出或逐出电子。自由电子能够使得原子或分子中的电子被逐出，从而形成新的离子。自由电子还能够将核心轨道电子撞入外轨，从而形成受激原子。自由电子还能够破坏分子中的化学键，从而形成两个游离基(即两个化学活性种)。这样，其他那些原子和分子随后会转变成离子、游离基(radical)、离子-游离基以及其他带电粒子。此外，自由电子能够与离子重组，从而共灭(co-annihilating)。由于等离子体包括在电场中运动的带电粒子，所以等离子体为电导体。在等离子体发生器的技术领域中，自由电子和离子(也即电荷载子)能够在其中运动及行进的宏观空间被称为放电室(discharge chamber，这里缩写为DCh)。由于等离子体可能包括自由基(free radical)、受激原子和离子化粒子，所以可将这些组成等离子体的各种粒子统称为等离子体组分(plasma constituent)。等离子体能够以多种方式划分。一种划分是基于维持等离子体的电场电压来进行。冷等离子体是指维持在低电压电场(例如在大约0.1-10volts/cm之间)下的等离子体。这种冷等离子体可由下文所详述的变压器型等离子管来产生。通常，产生这种冷等离子体的DCh内的压强范围是在0.01-1000帕斯卡(pascal，这里缩写为Pa)之间，这被认为属于低真空范围。一般而言，在高真空范围(例如在1×10^-6-1×10^-2Pa之间)以及极低真空(也即高压强)范围(例如，在1000Pa以上)中，等离子体被维持在高压电场下。维持等离子体所处的电场决定了等离子体不同组分的部分分数(partial fraction)以及等离子体的密度。较高的电场感应产生高等离子体密度以及高离子-游离基分数(ion to radical fraction)，而较低的电场则感应产生低等离子体密度以及低离子-游离基分数。一般而言，可将DCh压强确定为使维持等离子体所需的电场电压最低。在该压强下，等离子体中的游离基-离子分数将是最大的。

在变压器型等离子管中，高磁导率磁性芯体在一侧盘绕有导电线圈，从而形成初级绕组。该变压器的次级绕组为导电气体，该导电气体包含在一个形成单回路闭合路径绕组的封闭管体中。上述闭合或回路的管体为DCh，并且，在将交流电流经由初级绕组供应至与该DCh耦合的多个高磁导率磁性芯体并随后进行激发(ignite)时，DCh中的导电气体变成等离子体。为了使导电气体导电并因而变成等离子体，DCh的壁必须为非导电的，否则，DCh中的感生电压及电流便会穿过DCh壁。通过采用介电材料，或者将所述封闭管体分段成由各介电元件(例如介电垫圈)耦接并间隙开的多个管体，而使DCh壁成为非导电的。另外，由于等离子体会加热DCh壁，所以DCh壁必须是耐热的或者必须进行冷却。在变压器型等离子管中，射频(radio frequency，这里缩写为RF)交流电功率被供应至初级绕组。所述供应的交流电功率典型地是在低RF到中RF范围内，例如在50-1000千赫兹(kilohertz，这里缩写为kHz)之间。使用良好品质的铁素体芯体(ferrite core)作为所述高磁导率磁性芯体可使能中RF的使用，从而提升变压器型等离子管的功率利用效率并且还能减小其物理尺寸。

在具有连续气体供应并在封闭管体中具有开孔的变压器型等离子管中，所生成的等离子体能够用来进行化学反应。该化学反应发生在DCh或反应器(reactor)内，该反应器属于DCh的一个组成部分。这种DCh可由石英管材或双壁水冷金属室构成。通过简单地在DCh中放置衬底(substrate)并激发等离子体，也可在变压器型等离子管中进行等离子体的化学反应。这些类型的等离子管在放置所述衬底以进行等离子体反应的DCh回路处会具有扩宽的截面。

用于化学反应的回路管体变压器型等离子管是由多个分离的管段构成，这些管段绕多个磁性芯体形成闭合回路。所述分离的管段可由铝或不锈钢制成。可将DCh的一部分加宽并将其作为反应器或处理室(processing chamber，这里缩写为PCh)。用于将导电气体引入DCh的入口阀以及用于从DCh排出气体的出口阀(例如真空泵)放置在DCh的周边。以这种方式，在DCh与反应器之间不会产生气体压强的差异。典型的DCh可将压强维持在1-10Pa的范围内，这被认为属于低真空范围。这种回路管体变压器型等离子管被应用于半导体工业中，用以溅射、等离子体蚀刻、反应离子蚀刻、等离子体增强化学气相沉积以及光化学反应。要注意的是，高真空反应环境(例如，分子束外延、化学束外延、原子层沉积等等)从通常会在等离子体中发现的多种等离子体组分处往往无法受益。发生在这种高真空反应环境下的沉积通常需要极低能量的反应物，例如游离基、非加速离子、低通量率以及低电场，以使得DCh壁不会被溅射且不会污染反应器。

用于这种高真空反应的反应器往往有数十厘米的大小，而蒸发源到靶的距离在几百毫米(millimeter，这里缩写为mm)的量级。在这种反应器中置于这一距离的等离子体源将会是不起作用的。各种等离子体组分在其质量、电荷、能量及化学成分(chemistries)等方面都有很大差异，从而形成不均匀的粒子束，其中这些粒子都有重组和湮灭的倾向。实际上，等离子体组分随距离呈指数地湮灭。此外，可将等离子体描述为不同核素(species)的无序混合，其中每种核素都具有特定的寿命、反应性以及由此带来的特定效用。对支配等离子体发生的多个参数进行改变能够改变这些组分的相对浓度以及在等离子体中的数量，也即等离子体密度。例如，较高的等离子体维持电压会使等离子体的离子得到充实，而较低的等离子体维持电压会使等离子体充实着自由基。

变压器型等离子管为本领域所公知。美国专利No.5,942,854(权利人Ryoji等，名称为“在放电室具有多个侧孔的电子束激发等离子体发生器(Electron-beam excited plasma generator with side orifices in the dischargechamber)”)涉及一种能够有效地形成较大面积样本的电子束激发等离子体发生器。该电子束激发等离子体发生器包括阴极、放电电极、中间电极、放电室、等离子体处理室、多个孔口以及加速电极。所述阴极散发热离子，且所述放电电极在阴极与其自身之间放出气体。所述中间电极在轴向上与所述放电电极同轴放置。所述放电室充满着所述放出的气体，且这些气体由所述阴极和所述放电电极转换成等离子体。所述等离子体处理室邻近所述放电室形成，且在二者之间布置有隔断壁，且该等离子体处理室被放置为使得待处理工件的待处理表面垂直于所述中间电极的轴向放置。所述多个孔口允许放电室里所放出气体等离子体中的电子进入所述等离子体处理室中。每个孔口形成在所述隔断壁中，且每个孔口都大体垂直于所述中间电极的轴线并相对于所述中间电极的轴向呈放射状分布。所述加速电极布置在所述等离子体处理室中，并通过所述多个孔口拉出且加速所述放电室中的电子。

美国专利No.6,211,622(权利人Ryoji等，名称为“等离子体处理设备(Plasma processing equipment)”)涉及一种用于与电子束激发等离子体发生器一起使用的等离子体处理设备。该设备包括多个提取孔、放电部、等离子体处理室、隔室以及多个加速电极。所述多个提取孔用于从所述放电部中提取电子并经由所述隔室进入所述等离子体处理室中。所述多个提取孔呈放射状设置。所述多个加速电极排布在所述等离子体处理室中。所述提取孔的电子提取方向被设为与目标表面大体平行的方向。所述加速电极的数目与排布被设为使得受激等离子体的密度分布具有用于处理所述目标表面的最佳状态。面积很大的目标也能够得到适当的处理。

美国专利No.6,692,649(权利人Collison等，名称为“感应耦合等离子体下游剥离模块(Inductively coupled plasma downstream strip module)”)涉及一种用于处理衬底的等离子体处理模块。该模块包括等离子体密闭室、感应耦合源、二级室以及室互连端口。所述等离子体密闭室包括原料气入口部，其能够在所述衬底的处理期间允许原料气进入所述等离子体处理模块的等离子体密闭室。所述感应耦合源用于激励(energize)所述原料气并用于在所述等离子体密闭室内击发(strike)等离子体。所述感应耦合源的特定配置使得所述等离子体会被形成为使得该等离子体在所述等离子体密闭室内包括一个主要离解地带(primary dissociation zone)。所述二级室通过等离子体密闭板与所述等离子体密闭室隔开。所述二级室包括卡盘(chuck)和排气口。所述卡盘被配置以在衬底处理期间支撑所述衬底，且所述排气口连接至所述二级室以使得该排气口允许在衬底处理期间将气体从所述二级室中移除。所述室互连端口使所述等离子体密闭室和所述二级室互连。所述室互连端口允许来自所述等离子体密闭室的气体在衬底处理期间流入所述二级室。所述室互连端口布置于所述等离子体密闭室与所述二级室之间，使得在将所述衬底布置于所述二级室中的所述卡盘上时，大体不会将该衬底直接视线暴露于所述等离子体密闭室内形成的等离子体的主要离解地带。

美国专利No.6,418,874(权利人Cox等，名称为“用于等离子体处理的环形等离子体源(Toroidal plasma source for plasma processing)”)涉及一种衬底处理室内的环形等离子体源。该环形等离子体源以θ对称(theta symmetry)形成极向等离子体。所述极向等离子体流基本平行于该等离子体发生结构的表面，从而减少内壁的溅射侵蚀。该等离子体流同样平行于所述衬底处理室内衬底的处理表面。位于所述衬底与等离子体源之间的一个成形构件按选择的样式控制等离子体密度，以提高等离子处理的均匀度。美国专利No.6,755,150(权利人Lai等，名称为“多芯变压器等离子体源(Multi-core transformerplasma source)”)涉及一种使用环状芯体的变压器耦合等离子体源。该变压器耦合等离子体源沿圆环面的中心轴形成带有高密度离子的等离子体。该等离子体发生器的多个芯体能垂直对齐地堆叠，以提高等离子体的方向性以及生成效率。所述多个芯体还能够以横向阵列被排布成等离子体发生板，该等离子体发生板能被按比例缩放以适应各种尺寸的衬底，包括超大型衬底。所得到的等离子体对称性允许同时处理两个衬底，每个衬底分别位于该等离子体发生器的任一侧上。

美国专利No.5,421,891(权利人Campbell等，名称为“高密度等离子体沉积以及蚀刻装置(High density plasma deposition and etching apparatus)”)涉及一种等离子体沉积及蚀刻装置。该装置包括等离子体源、衬底处理室、内电磁线圈以及外电磁线圈。所述等离子体源位于所述衬底处理室上方并对于所述衬底处理室成轴向关系。所述内电磁线圈与所述外电磁线圈围绕所述等离子体源并排布在与所述等离子体源和所述衬底处理室的轴线垂直的同一平面上。通过所述内线圈提供第一电流，并通过所述外线圈提供第二电流。按与所述第一电流的方向相反的方向提供所述第二电流。所述衬底处理室中的磁场因而成形以实现非常均匀的处理。可以使用独特的菱形式样的气体馈送线，其中该菱形被排布为与装置中正处理的工件外缘近似地相切于四处。

美国专利No.7,166,816(权利人Chen等，名称为“感应耦合环形等离子体源(Inductively-coupled toroidal plasma source)”)涉及一种用于离解气体的装置。该装置包括：装有气体的等离子体室，具有第一磁芯的第一变压器，具有第二磁芯的第二变压器，第一固态AC开关电源，第一电压源，第二固态AC开关电源以及第二电压源。所述第一磁芯围绕所述等离子体室的第一部分并具有第一初级绕组。所述第二磁芯围绕所述等离子体室的第二部分并具有第二初级绕组。所述第一固态AC开关电源包括一个或多个耦接至所述第一电压源的开关半导体器件，并具有耦接至所述第一初级绕组的第一输出。所述第二固态AC开关电源包括一个或多个耦接至所述第二电压源的开关半导体器件，并具有耦接至所述第二初级绕组的第二输出。所述第一固态AC开关电源在所述第一初级绕组中驱动产生第一AC电流。所述第二固态AC开关电源在所述第二初级绕组中驱动产生第二AC电流。所述第一AC电流和所述第二AC电流在所述等离子体室内感应产生组合的AC电势，该AC电势直接形成一环形等离子体，该环形等离子体完成所述变压器的次级电路并对气体进行离解。

美国专利No.6,924,455(权利人Chen等，名称为“集成等离子体室以及感应耦合环形等离子体源(Integrated plasma chamber and inductively-coupled toroidal plasma source)”)涉及一种具有集成环形等离子体源的材料处理装置。该材料处理装置包括等离子体室、处理室、变压器以及固态AC开关电源。所述等离子体室包括处理室外表面的一部分。所述变压器具有磁芯并且还包括初级绕组，所述磁芯围绕所述等离子体室的一部分。所述固态AC开关电源包括一个或多个耦接至电压源的开关半导体器件，并具有耦接至所述初级绕组的输出。所述固态AC开关电源在所述初级绕组中驱动产生AC电流。该初级绕组中的AC电流在所述室内感应产生AC电势，该AC电势在所述室内离解气体，由此直接形成环形等离子体，该环形等离子体完成所述变压器的次级电路。

附图说明

通过以下结合附图进行的详细说明，将更充分的理解及领会此处公开的技术，所述附图中：

图1A为根据本公开技术一实施例构造并工作的双口侧入矩形回路等离子体发生系统的示意图，其以侧视正交视图示出；

图1B为根据本公开技术另一实施例构造并工作的图1A的双口侧入矩形回路等离子体发生系统的示意图，其以俯视正交视图示出；

图2A为根据本公开技术又一实施例构造并工作的双口侧入分叉回路等离子体发生系统的示意图，其以俯视正交视图示出；

图2B为根据本公开技术另一实施例构造并工作的图2A的双口侧入分叉回路等离子体发生系统中分叉回路的实施例示意图，其以侧视正交视图和横截面视图示出；

图3A为根据本公开技术又一实施例构造并工作的单口侧入互穿圆形回路等离子体发生系统的示意图，其以俯视正交视图示出；

图3B为根据本公开技术另一实施例构造并工作的图3A的单口侧入互穿圆形回路等离子体发生系统中互穿回路结构的简化示意图；

图3C为根据本公开技术又一实施例构造并工作的图3B的互穿圆形回路结构的特写示意图；

图3D为根据本公开技术另一实施例构造并工作的单口侧入互穿方形回路等离子体发生系统的示意图，其以俯视正交视图示出；

图3E为根据本公开技术又一实施例构造并工作的图3D的互穿方形回路结构的特写示意图；

图4A为根据本公开技术另一实施例构造并工作的单口侧入互穿杆形等离子体发生系统的示意图，其以俯视正交视图示出；

图4B为根据本公开技术又一实施例构造并工作的双口侧入互穿双杆形等离子体发生系统的示意图，其以俯视正交视图示出；

图5A为根据本公开技术另一实施例构造并工作的双口顶入环形等离子体发生系统的示意图，其以透视图示出；

图5B为根据本公开技术又一实施例构造并工作的图5A的双口顶入环形等离子体发生系统的示意图，其以侧视正交视图示出；

图6为根据本公开技术另一实施例构造并工作的用以散发等离子体组分的多种开孔形状示意图；

图7A为根据本公开技术又一实施例构造并工作的高真空室内的介电垫圈示意图；

图7B为根据本公开技术另一实施例构造并工作的高真空室外的介电垫圈示意图；

图8为根据本公开技术又一实施例构造并工作的本公开技术等离子体发生系统的入口示意图，其以局部剖视图示出；

图9A为根据本公开技术另一实施例构造并工作的卷对卷处理等离子体发生系统示意图，其以侧视正交视图示出；

图9B为根据本公开技术又一实施例构造并工作的图9A的卷对卷处理等离子体发生系统示意图，其以俯视正交视图示出；

图10为根据本公开技术另一实施例构造并工作的另一卷对卷处理等离子体发生系统的示意图，其以侧视正交视图示出；

图11A为根据本公开技术又一实施例构造并工作的另一卷对卷处理等离子体发生系统的简化示意图，其以透视图示出；

图11B为根据本公开技术另一实施例构造并工作的又一卷对卷处理等离子体发生系统的简化示意图，其以透视图示出；以及

图11C为根据本公开技术又一实施例构造并工作的另一卷对卷处理等离子体发生系统的简化示意图，其以俯视正交视图示出。

具体实施方式

本公开技术通过提供一种用于生成等离子体的新颖系统来克服现有技术的缺陷。本公开技术的系统向位于高真空处理室内的靶生成并供应低能量、原生(crude)的等离子体组分。在被供应至所述高真空处理室时，所述原生等离子体组分接近于所述靶。本公开技术的系统包括等离子体放电室，该等离子体放电室物理地穿入高真空处理室中并从一相对较短的距离处向靶上喷涂等离子体。所述等离子体放电室(这里缩写为DCh)工作在低真空条件下并形成闭合回路。该闭合回路DCh大体上绕着变压器型等离子管中的铁氧体磁芯(ferrite core)形成单一次级回路。绕着所述铁氧体磁芯的另一侧盘绕有导体，所述导体与工作在低RF频率下的AC电源耦接。根据本公开技术，所述闭合回路DCh被构造并设计成便于从高真空处理室(这里缩写为PCh)中插入及移除该闭合回路DCh。所述闭合回路DCh可以为管状结构。本公开技术中DCh的设计使得该DCh能够与目前现有技术的PCh相耦接。此外，所述闭合回路DCh被构造并设计成物理地穿入PCh，以使得该DCh的一部分紧密接近于所述PCh中待处理靶的位置。根据本公开技术，紧密接近于所述待处理靶位置的所述DCh的部分设置有多个开孔，这些开孔用于以DCh中所生成的等离子体均匀地喷涂所述待处理靶。

一般而言，本公开技术涉及用于在高真空处理室中执行各种化学处理的等离子体的生成。高真空处理室还可以被称为高真空反应室。一般而言，根据本公开技术所生成的等离子体是未经任何过滤的等离子体。这种未经过滤的等离子体(也被称为原生等离子体(crude plasma))可能包括多种类型的等离子体组分，例如离子、自由基以及自由电子，还有中性原子及分子等。贯穿本公开技术说明书所使用的术语“等离子体”都是指此处所述的原生等离子体。要注意的是，在供应有低能量反应物时，在高真空及超高真空条件下进行的多种化学及物理处理都能够被有效地执行。根据本公开技术，是通过在低电场中维持等离子体组分(即所述反应物)而将所述低能量反应物供应至高真空室或超高真空室中的靶，并在于所述真空室中维持一较大克努森数的同时，使所述反应物退出DCh进入高真空室中紧密接近于待处理靶。如下文所述，根据本公开技术，所述DCh能够与高真空批量晶圆处理室以及高真空卷对卷(roll-to-roll)处理室耦接并与其一起使用。

现在请参照图1A，其为根据本公开技术一实施例构造并工作的双口侧入(double port side-entry)矩形回路等离子体发生系统的示意图，并以侧视正交视图示出，总体标记为100。由于双口侧入矩形回路等离子体发生系统100的内部元件是可见的，所以图1A的侧视正交视图实质为该双口侧入矩形回路等离子体发生系统100的横截面视图。双口侧入矩形回路等离子体发生系统100(此处称为矩形回路等离子体发生系统100)包括PCh 102以及变压器型等离子管104。PCh 102大体为高真空处理室，其中维持着高真空条件。变压器型等离子管104与PCh 102耦接。如下文更加详细描述的，变压器型等离子管104的一部分插入PCh 102中。一般而言，矩形回路等离子体发生系统100是用以生成等离子体，该等离子体随后能够用于高真空环境下发生的化学处理。变压器型等离子管104大体上生成随后被引入PCh 102的等离子体，该等离子体可用于PCh 102中发生的化学处理。

PCh 102包括高真空泵106、靶108、靶托(target holder)110、热靶器(targetheater)112、遮板(shutter)114、靶操纵器(target manipulator)116、至少一个克努森容器蒸发源(Knudsen cell evaporation source)118、电子枪蒸发器120、两个入口122。如高真空反应室中所已知的，PCh 102还可包括压力表(未示出)、质谱仪(未示出)以及反射高能电子衍射(reflective high energy electrondiffraction，这里缩写为RHEED)工具(未示出)。此外PCh 102可包括运靶机构(未示出)、红外线高温计(未示出)、膜厚监测仪(未示出)、膜沉积控制器(未示出)、离子源(未示出)、椭圆计(未示出)以及多个气体源(均未示出)。PCh 102还可包括高真空处理中常用到的其他已知元件。

PCh 102实质是一种能够密封的隔室。PCh 102可以被成形为如柱体(cylinder)、立方体、球体或任何其他已知形状。PCh 102通常由不锈钢制成。PCh 102可为圆筒型(barrel-type)处理室，具有例如范围在40至4000升的容积。高真空泵106、遮板114、靶操纵器116、所述至少一个克努森容器蒸发源118、以及电子枪蒸发器120均是从外部与PCh 102耦接。靶108、靶托110以及热靶器112均是从内部与PCh 102实质耦接。高真空泵106从PCh 102中泵出空气由此产生并维持PCh 102内的高真空条件。例如，在高真空泵106从PCh 102中泵出空气后，PCh 102中的压强可为10^-4-10^-10Pa之间。靶108大体表示一个在其上能够发生化学反应的靶。靶108可为晶圆、膜、纤维(fiber)等等，并可达到例如20厘米的大小。靶托110在合适处大体托住靶108。如图1A所示，靶托110从边缘处托持住靶108，以免对于靶108而言阻挡可能对准靶108的化学品(chemical)、成分(element)及等离子体。热靶器112大体被放置于靶108的上方，并用于提高靶108的表面温度。由热靶器112向靶108提供的热在图1A中是以多个箭头160示出。

遮板114大体包括臂115，该臂115能够延伸入PCh 102中以遮盖靶108。臂115能够用于针对来自至少一个克努森容器蒸发源118、电子枪蒸发器120或PCh 102中现有等离子体的反应物起到遮盖及防护靶108的作用。靶操纵器116能够用于在多个方向上(例如向上和向下)移动靶108、靶托110以及热靶器112，也用于倾斜和旋转靶108、靶托110以及热靶器112中的任意一个，以实现均衡的沉积。所述至少一个克努森容器蒸发源118用于向PCh102中提供来自多种成分的蒸气(vapor)。图1A中所示每个所述克努森容器蒸发源118被放置为使得由它们蒸发并提供给PCh 102的成分的指向能够大体撞击并沉积在靶108的大部分表面上。可将附加的多个克努森容器蒸发源(未示出)与PCh 102耦接并指向靶108，使得经由所述多个克努森容器蒸发源提供给PCh 102的成分大体均匀地撞击并沉积在靶108的整个表面上。电子枪蒸发器120也与PCh 102耦接，并被放置为使得由电子枪蒸发器120提供给PCh 102的金属蒸气大体均匀地撞击并沉积在靶108的基本大部分表面上。两个入口122与PCh 102的侧面耦接。入口122更清楚地示出在下文图1B中。如以下所描述的，入口122使得变压器型等离子管104能够穿入PCh 102中。

变压器型等离子管104包括连接法兰123、射频(这里缩写为RF)功率源124、多个导体126、多个高磁导率磁芯128、闭合回路放电室(这里缩写为“闭合回路DCh”或简单缩写为“DCh”)130、多个开孔138、电容式压力表142以及介电垫圈148A和148B。连接法兰123经由介电垫圈148B与入口122耦接。变压器型等离子管104包括仅在图1B中示出以及在图1B的描述中详细说明的附加元件。变压器型等离子管104还包括与RF功率源124耦接的阻抗匹配网络。在闭合回路DCh 130内，生成的等离子以箭头132表示。要注意的是，绘出箭头132是为了显示闭合回路DCh 130中生成的等离子形成闭合回路，而不是说明等离子体以特定方向流动。闭合回路DCh 130大体是一低真空放电室，维持着大体在0.1-10Pa之间的压强。闭合回路DCh130具有矩形的形状，其更清楚地显示在下文图1B中。闭合回路DCh 130从功能上分为外段134和内段136两段。内段136经由入口122插入PCh 102中，而外段134则留在PCh 102外部。外段134是等离子体132生成之处，而内段136是将等离子体132释放入PCh 102中之处。RF功率源124与多个导体126耦接。多个导体126与多个高磁导率磁芯128耦接。虽然图1A中未明确显示，但多个高磁导率磁芯128中的每一个是与多个导体126中相应的一个耦接。多个导体126缠绕在多个高磁导率磁芯128上，由此形成变压器型等离子管104中的初级绕组。多个高磁导率磁芯128大体围绕闭合回路DCh 130。闭合回路DCh 130大体形成变压器型等离子管104中的次级绕组。多个开孔138中的每个大体位于闭合回路DCh 130的内段136上。多个开孔138也可被称作多个孔口或喷嘴。多个开孔138将等离子体132从内段136释放入PCh 102中，并大体释放在靶108上。

内段136被设计为延伸入PCh 102中以使得其围绕靶108(更清楚地显示在图1B中)。内段136及靶108位于PCh 102中，使得内段136位于靶108略下方。例如，内段136可以位于靶108下方几厘米处，例如在靶108下方2至10厘米之间。由于闭合回路DCh 130的内段136具有矩形形状，所以内段136对于靶108而言不会挡住例如以蒸气形式从至少一克努森容器蒸发源118和电子枪蒸发器120提供至PCh 102的成分。要注意的是，内段136相对于靶108的准确位置属于设计选择上的问题，并且实质上代表了DCh 130内的测量压强(经由电容式压力表142测量)、DCh 130内等离子体132的测量电流(由位于DCh 130周围的磁性环电流表(未示出)测量)与等离子体132在靶108上扩散的均匀性之间的权衡。

多个开孔138的位置接近于靶108，并相对于靶108成一角度，以将由内段136经多个开孔138释放的等离子体132大体均匀地散发到靶108的表面上。如下文图1B中更加详细所示，多个开孔138被对称地布置在靶108周围以使得等离子体132均匀地喷射到靶108的表面上。多个开孔138中的每个都位于相对靶108一定距离处，该距离大体上小于等离子体132中等离子体组分的平均自由程距离。等离子体的平均自由程距离表示等离子体的组分在实质上湮灭(例如，通过互相重组)之前能够行进的距离。通过使多个开孔138所放置距靶108的距离小于等离子体132的平均自由程距离，等离子体132的等离子体组分能够大体撞击并沉积在靶108的表面上。由于等离子体132是经由多个开孔138释放，所以等离子体132朝靶108的方向在PCh102中形成羽流(plume)。多个开孔138相对于靶108的角度使得从多个开孔138中的每一个所释放的羽流在靶108的表面上形成椭圆形的投影。等离子体组分的浓度在靠近多个开孔138处最高并朝靶108的中心逐渐变小。多个开孔138中的每个都位于闭合环路DCh 130上而使得由多个开孔138中不同开孔在靶108表面上形成的各相邻椭圆形投影重叠，并在靶108上形成等离子体132中等离子组分的大体均匀的扩散。

为了不损坏PCh 102中的高真空条件，取决于DCh 130中多个开孔138的实际数目以及矩形回路等离子体发生系统100的克努森数(Knudsennumber，这里缩写为Kn)，多个开孔138每个都具有范围在大约1-8mm的直径。将每端都具有开口的各套筒(未示出)插入多个开孔138的每个中。由此各套筒(sleeve)中每个都经由多个开孔138被插入DCh 130的各壁之一中。各套筒中每个的外径大体等于多个开孔138的直径。各套筒中每个都起到用于释放并使等离子体132指向靶108的喷嘴的作用。每个套筒可以特定角度指向靶108。一般而言，套筒中面向靶108的开口(即，套筒的喷嘴端)横截面形状大体并非为圆形，且指向并非垂直于DCh 130的长轴(major axis)117或短轴(minor axis)119。套筒的喷嘴端可具有任意适当几何形态的横截面形状，例如柱面、锥面、椭圆、抛物线、双曲线等等，并使得横截面形状的较大尺寸(例如，椭圆的长轴)指向靶108。套筒喷嘴端的特定横截面形状能够改变从套筒喷嘴端释放的等离子体132羽流的椭圆形投影大小及展开形状(spread)。套筒的各种形状及形式在图6中更详细地示出。一般而言，插入多个开孔138中各套筒的喷嘴端呈放射状地指向靶108。

多个开孔138中每个之间的距离以及DCh 130中所包括开孔138的数目取决于靶108的尺寸、从插入多个开孔138的套筒的各喷嘴端到靶108的距离、以及套筒喷嘴端的大小和形状。一般而言，多个开孔138中相邻开孔之间的距离应该大体上相近于多个开孔138中给定开孔与靶108之间的距离。另外，随着靶108的尺寸增大，多个开孔138中相邻开孔之间的距离也相应增大。各套筒中每个可由以下材料之一制成：诸如钨(W)、钽(Ta)或钼(Mo)等难熔金属、陶瓷、石英玻璃、热解氮化硼(pyrolytic boron nitride)(PBN)和石墨。各套筒中每个的长度大约为5-10mm，并且在远离靶108一面(即，不是套筒的喷嘴端)的开口上具有范围在5-20mm之间的直径。

现在请参照图1B，其为根据本公开技术另一实施例构造并工作的图1A的双口侧入矩形回路等离子体发生系统的示意图，并以俯视正交视图示出，也总体标记为100。图1A和图1B中的等效元件使用相同的数字标出。为了更好地显示及阐释矩形回路等离子体发生系统100的其他元件，图1A中的一些元件在图1B中被有意略去。图1B中示出如图1A中所示的包括PCh 102、变压器型等离子管104、真空泵106、靶108、两个入口122、连接法兰123、RF功率源124、多个导体126、多个高磁导率磁芯128、闭合回路DCh 130、多个开孔138、电容式压力表142及介电垫圈148A和148B。如多个箭头162所示，等离子体132大体位于DCh 130四周。要注意的是，多个箭头162仅显示DCh 130内的等离子体132形成闭合回路。等离子体132实际上并非绕DCh 130行进。靶108在图1B中为圆形。靶108也可具有其他合适的形状，例如矩形，这是一个设计选择上的问题。另外，图1B中更清楚可见的是DCh130的外段134和DCh 130的内段136。内段136穿入PCh 102中，而外段134留在PCh 102外部。此外，仅在图1B中可见的是，矩形回路等离子体发生系统100还包括进气口泄漏阀140、观察口144、磁性环电流表146以及三个介电垫圈148A，148B和148C。进气口泄漏阀140、电容式压力表142、观察口144和磁性环电流表146都位于外段134中。进气口泄漏阀140耦接至气瓶(gas cylinder)(未示出)。电容式压力表142和观察口144均与DCh 130耦接。磁性环电流表146大体为放置于DCh 130周围的变压器环形芯体。此外，矩形回路等离子体发生系统100还可包括导线回路(wire loop)(未示出)，其大体平行并跟随DCh 130的路径。特别地，所述导线回路在多个高磁导率磁芯128处平行于DCh 130的路径，从而绕该多个高磁导率磁芯128形成一额外的次级绕组以测量维持电压。

进气口泄漏阀140使气体得以填充DCh 130。从进气口泄漏阀140填充DCh 130的气体也即在提供电压及电力至多个高磁导率磁芯128时将被激发成等离子体132的气体。电容式压力表142大体上测量DCh 130内的压强。观察口144使用户得以观察外段134内等离子体132的生成以及选择性的进行等离子体的光谱分析。磁性环电流表146测量沿DCh 130的电流。所述导线回路(未示出)用于测量矩形回路等离子体发生系统100在系统的次级绕组上产生的电压，所述次级绕组实质上是指DCh 130内的等离子体132。对导线回路两端的电压进行测量。由于该导线回路大体上是沿着与DCh 130相同的路径，所以导线回路两端的电压反映了DCh 130内的电压。

如图1B所示，变压器型等离子管104经由两个入口122插入PCh 102并与其耦接。为了维持PCh 102内的高真空条件，两个入口122必须紧密地密封。如图1B所示，入口122可由诸如介电垫圈148B和148C等铁氟龙

环进行密封。多个导体126形成绕着多个高磁导率磁芯128的变压器型等离子管104的初级绕组。位于DCh 130内的等离子体132形成变压器型等离子管104的次级绕组。气体经由进气口泄漏阀140漏入DCh 130中，并且电力经由多个导体126被供应至多个高磁导率磁芯128。供应至多个高磁导率磁芯128的电力在多个高磁导率磁芯128中感应产生交变磁场，该交变磁场继而在DCh 130中感应产生交变电场。DCh 130中的感生交变电场用于从所述气体的原子和分子中逐出电子，从而激发该气体成为等离子体132。DCh 130中的感生交变电场还用于维持等离子体132。随着等离子体132被保持在DCh130中，会有少量的等离子体132经由多个开孔138释放到PCh 102中。归因于多个开孔138的空间分布及形状，等离子体132是朝着靶108的方向以多股羽流164的形式释放到PCh 102中。如所示的，多个开孔138置于沿着DCh 130的不同位置处，以便等离子体132均匀地沉积在靶108的表面上。通常，多个开孔138是沿着DCh 130对称地布置(例如，距靶108表面的距离完全相同)，以便能够在靶108的表面上实现等离子体132的均匀散布。

为了使引入DCh 130中的气体激发并引导成为等离子体132，DCh 130的壁必须为非导电的；否则感生的电压和电流将穿过DCh 130的壁并且不会形成等离子体。因而DCh 130被分隔成多个电性分离段。在图1A和图1B的示例中，DCh 130被分隔成三个电性分离段150A、150B和150C。电性分离段150A和150B实质表示DCh 130的内段136，而电性分离段150C实质表示DCh 130的外段134。电性分离段150A、150B和15C中的每个大体为敞口金属管。电性分离段150A、150B和150C通过介电垫圈148A、148B和148C耦接在一起同时彼此电性隔开。介电垫圈148A、148B和148C用于对电性分离段150A、150B和150C进行电性分离方式的密封。介电垫圈148A、148B和148C由诸如铁氟龙

等柔软材料制成，并被夹在两个刚性法兰之间。例如，介电垫圈148B和148C被夹在连接法兰123和入口122之间。介电垫圈148A耦接电性分离段150A和150B。介电垫圈148B耦接电性分离段150A和150C。介电垫圈148C耦接电性分离段150B和150C。在下文图7A和图7B中会更详细的阐释介电垫圈148A、148B和148C。一般而言，在整个说明书中要注意的是，经由介电垫圈耦接的DCh两管端(例如，电性分离段150A和150B由介电垫圈148A所耦接的两管端)由于该两管端之间的电势差而实质上形成电容器。由于DCh 130中介电垫圈148A、148B和148C的存在，当等离子体132传导(conduct)时，电性分离段150A、150B和150C中的每个都可处于不同的电势。

根据本公开技术，DCh 130可划分成多个电性分离段。例如为了便于经由入口122从PCh 102中进行DCh 130的装配和拆卸，各电性分离段能够在沿着DCh 130的适当位置处分隔DCh 130。作为一个示例，DCh 130可划分成四个电性分离段，用两个介电垫圈(未示出)来代替介电垫圈148A，且这两个介电垫圈每个分别平行于介电垫圈148B和148C，并分别沿DCh 130的两条长边之一放置。作为另一示例，DCh 130可划分成两个电性分离段，用单个介电垫圈(未示出)来代替介电垫圈148B和148C，且该单个介电垫圈大体对立于介电垫圈148A沿着DCh 130放置，并邻近于图1B中所示的磁性环电流表146。在这一示例中，可沿着DCh 130的短边放置多个小直径的高磁导率磁芯(未示出)(以代替多个高磁导率磁芯128)，并且能够缩短DCh 130的总体长度。如图1B中所示，DCh 130具有矩形的形式并经由两个入口122进入PCh 102中。如下文图2A、图3A、图3D、图4A、图4B、图5A和图5B所述的，除了图1B中所示的矩形形式外，本公开技术的闭合回路DCh可以具有其他形式和形状。

电性分离段150A、150B和150C中的每个均由高真空室技术中常用的双壁水冷不锈钢管材构造而成。电性分离段150A、150B和150C中的每个可进一步包括多个进水管(未示出)和出水管(未示出)，而用于在管材的双壁之间进行冷却剂(即，水)的流通。所述进水管(未示出)可沿着DCh 130的内壁(未示出)放置或沿着DCh 130的外壁(未示出)放置而免于破坏各电性分离段的电势。运载冷却剂的进水管和出水管可通过塑料管(未示出)伸出PCh 102外部。每一电性分离段150A、150B和150C的管材内径大于等离子体132中等离子体组分的平均自由程距离，此处等离子体132在PCh 102内处于0.1-1Pa之间的压强下。例如，电性分离段150A的管材内径可为大约40mm。

一般而言，要尽可能地缩短位于外段134的电性分离段150C所使用的管材长度，以便降低DCh 130中感应产生的总电压，因为，DCh 130中的高电压会引起DCh 130壁的溅射，从而增加DCh 130中的污染，而这会影响到等离子体132在靶108上的沉积质量。一般而言，由于DCh 130实质上是导体，根据欧姆定律，缩短DCh 130的长度会减小其电阻(resistivity)，从而减小要维持等离子体132的维持电压所需的电量，并因而减小DCh中感应产生的电压。电性分离段150C的长度大体是由多个高磁导率磁芯128的尺寸和几何位置(geometry)以及矩形回路等离子体发生系统100中使用了多少个高磁导率磁芯128来确定。由于电性分离段150C具有大体“U”基底的形状，所以可将多个高磁导率磁芯128放置在电性分离段150C的底部上(也即，磁性环电流表146所处的位置)，以缩短电性分离段150C的管材长度。用于电性分离段150A和150B的管材长度大体是根据靶108的大小、形状和几何位置来确定。为了减小DCh 130锐边(sharp edge)中存在的局部电场以及减小这些电性分离段中使用的管材总长度，可在电性分离段150A和150B的形状上弯曲或修整出拐角或锐角(sharp angle)。一般而言，局部电场容易导致溅射以及容易增加对DCh 130壁的污染。

要注意的是，一般而言变压器型等离子管104与PCh 102电性隔开。然而原则上，电性分离段150A、150B或150C三者之一可利用PCh 102来电性接地。此外，DCh 130可以是仅有一处分离隔开的回路，仅具有单个介电垫圈(未示出)。然而这种设置中，在所述单个介电垫圈附近会形成相当大的高压电场，例如达到数千伏/cm的量级。这一相当大的高压电场会在等离子体132初始激发时产生并会损坏所述介电垫圈，从而破坏DCh 130两个电性分离段(未示出)之间的电性隔开。介电垫圈在高压电场中的破坏与电场的强度、制成介电垫圈的介电材料的类型、介电垫圈的横截面面积有关，这关系到高电压电场的形成以及介电垫圈的清洁度和完整性。

现在参照图2A，其为根据本公开技术又一实施例构造并工作的双口侧入分叉回路等离子体发生系统(笼统标记为200)的示意图，并以俯视正交视图示出。双口侧入分叉回路等离子体发生系统200(此处称为分叉回路等离子体发生系统200)包括PCh 202、变压器型等离子管204以及靶206。PCh 202维持在高真空条件下，而变压器型等离子管204维持在低真空条件下。分叉回路等离子体发生系统200大体类似于矩形回路等离子体发生系统100(图1A和图1B)，并包括许多与矩形回路等离子体发生系统100相同的元件。一般而言，分叉回路等离子体发生系统200与矩形回路等离子体发生系统100之间的主要差异在于插入所述PCh中的变压器型等离子管的形状。为了更好的阐释本公开技术，分叉回路等离子体发生系统200与矩形回路等离子体发生系统100之间的类似元件已经被省略，例如靶托、热靶器、遮板、靶操纵器、多个克努森容器蒸发源、电子枪蒸发器、进气口泄漏阀、电容式压力表、观察口、磁性环电流表等等。

PCh 202包括两个入口208。变压器型等离子管204包括连接法兰209、多个高磁导率磁芯210(这里称为铁氧体磁芯210)、多个导体212、分叉回路DCh 214(这里称为“分叉回路DCh”或简单地称为“DCh”)、介电垫圈222A，222B，222C和222D、以及等离子体215。铁氧体磁芯210围绕DCh 214放置。多个导体212与铁氧体磁芯210中的每一个耦接(图2A中未明确示出)。多个导体212与低RF功率源以及阻抗匹配网络(未示出)耦接。分叉回路DCh 214功能性地划分为外段216和内段218两段。内段218经由入口208插入PCh 202中，而外段216留在PCh 202外部。外段216是等离子体215生成之处，而内段218是将等离子体215释放入PCh 202中之处。如多个箭头224所示，等离子体215形成围绕DCh 214的闭合回路。DCh 214包括两个电性分离段220A和220B。电性分离段220A和220B经由介电垫圈222A和222B耦接，该介电垫圈222A和222B将所述两段彼此电性隔开。介电垫圈222A和222B在构造、材料、安装及操作上基本类似于介电垫圈148A(图1A和图1B)，并在下文图7A中进一步加以描述。电性分离段220A大体与电性分离段150C类似。电性分离段220A插进入口208中的部分可由诸如介电垫圈222C和222D等铁氟龙

环进行密封。

电性分离段220B具有大体上分叉的形状，类似于平行四边形。电性分离段220B在第一点230处分叉成两个通道232A和232B。通道232A和232B在第二点234处再结合成单个通道。沿着通道232A和232B，电性分离段220B包括多个开孔226，用于向PCh 202中释放等离子体215以便沉积在靶206上。如图2A所示，多个开孔226中的每一个以各股羽流228的形式将等离子体215释放入PCh 202中。多个开孔226大体上类似于多个开孔138(图1A和图1B)并可具有插入它们中的套筒(未示出)，其中每个套筒面向靶206的一端充当喷嘴(未示出)的作用。通道232A和232B大体相似并且大体对称，以使得DCh 214内的等离子体215在第一点230处均匀的分叉进入通道232A和232B中。通道232A和232B以大体相同的角度自第一点230分叉并在第二点234再结合。通道232A和232B在形状、直径和长度方面大体相同，并大体互为镜像。通过使得通道232A和232B大体相同，等离子体215将在两个通道中大体平均地激发。此外，随着等离子体215沉积在靶206上，经由多个开孔226释放的等离子体215将具有大体相同的等离子体组分。多个开孔226沿通道232A和232B大体均匀且对称地间隔开，以使得从每个开孔释放在靶206上的等离子体215的量大体相等。基于这一点，多个开孔226朝靶206将等离子体215释放入PCh 202中并大体均匀地释放在靶206上。与闭合回路DCh 130(图1A和图1B)相比，由于分叉回路DCh 214的对称形状以及围绕靶206的放置，因此可提供等离子体215在靶206上更均匀的散布和沉积。

电性分离段220B的大体形状使得等离子体215能够均匀地散布和沉积在靶206上。如图2A所示的靶206大体是平坦的并具有圆形的形状。靶206一般而言是平坦的，但在横截面(如图2A所示)上，靶206可具有多种形状及尺寸。例如，靶206可具有柱面、椭圆等横截面形状。靶206还可以是不平坦的，并且可具有例如圆柱面或球面的形状。要注意的是，可使电性分离段220B的分叉形状适应于靶206的各种形状及尺寸。一般而言，在第一点230处，电性分离段可分叉成多个不同的通道，并假设每个通道在拓扑结构、直径和长度方面都基本相同。电性分离段220B的分叉形状基本可以是任意闭合的对称形状，例如圆形、方形、菱形、椭圆形、平行四边形、多边形等等。此外，电性分离段220B所形成的平面相对于电性分离段220A所形成的平面可具有大体任意的角度。例如，在下文图5A和图5B中，双口顶入分叉回路等离子体发生系统示出为DCh的分叉段具有圆形形状，并与插入PCh中的DCh段成直角。

现在参照图2B，其为根据本公开技术另一实施例构造并工作的图2A的双口侧入分叉回路等离子体发生系统中分叉回路(笼统称为250)的实施例示意图，并以侧视正交视图和横截面视图示出。将分叉回路250的侧视正交视图通称为240，并且将分叉回路250的横截面视图通称为242。横截面视图242是侧视正交视图240沿着’I’所标示的虚线的横截面视图。图2B与图2A之间的类似元件使用相同的附图标记来标示。图2B中示出电性分离段220B的示例，其中电性分离段220B在第一点230处分叉成四个通道2361、2362、2363和2364。如横截面视图242所示，由于每个通道2361、2362、2363和2364在几何形状、直径、长度以及各自从第一点230处所分叉出的角度(如多个箭头238A所指示的)和在第二点234处再结合成的角度(如多个箭头238B所指示的)等方面都大体相同，因此每个通道2361、2362、2363和2364中的等离子体(未示出)大体均匀地沉积在靶206的两侧。对于本领域普通技术人员显而易见的是，根据本公开技术还可能有分叉回路250的很多其他实施例，并且这只是设计选择上的问题。

现在参照图3A，其为根据本公开技术又一实施例构造并工作的单口侧入互穿圆形回路等离子体发生系统(笼统称为300)的示意图，并以俯视正交视图示出。单口侧入互穿圆形回路等离子体发生系统300(这里称为互穿圆形等离子体发生系统300)包括PCh 302、变压器型等离子管304以及靶306。PCh 302维持在高真空条件下，而变压器型等离子管304维持在低真空条件下。互穿圆形等离子体发生系统300大体类似于矩形回路等离子体发生系统100(图1A和图1B)，并包括许多与矩形回路等离子体发生系统100相同的元件。一般而言，互穿圆形等离子体发生系统300与矩形回路等离子体发生系统100之间的主要差异在于插入所述PCh中的变压器型等离子管的形状。为了更好的阐释本公开技术，互穿圆形等离子体发生系统300与矩形回路等离子体发生系统100之间的类似元件已经被省略，例如靶托、热靶器、遮板、靶操纵器、多个克努森容器蒸发源、电子枪蒸发器、进气口泄漏阀、电容式压力表、观察口、磁性环电流表等等。

PCh 302包括单个入口308。变压器型等离子管304包括连接法兰309、多个高磁导率磁芯310、多个导体312、互穿回路DCh 314(这里称为“互穿回路DCh”或简单地称为“DCh”)以及等离子体315。DCh 314还可包括多个介电垫圈(未示出)。高磁导率磁芯310围绕DCh 314放置。多个导体312与高磁导率磁芯310中的每一个耦接(图3A中未明确示出)。多个导体312与RF功率源还有阻抗匹配网络(未示出)耦接。互穿回路DCh 314功能性地划分为外段316和内段318两段。内段318经由入口308插入PCh 302中，而外段316留在PCh 302外部。外段316是等离子体315生成之处，而内段318是将等离子体315释放入PCh 302中之处。如多个箭头324所示，等离子体315位于DCh 314四周，从而形成闭合回路。DCh 314可包括多个电性分离段(未示出)，使每个电性分离段经由各介电垫圈耦接至相邻的电性分离段。DCh 314插进入口308中的部分可由一铁氟龙

环(未示出)进行密封。

DCh 314具有互穿圆形的形状，进一步在下文图3B中加以描述。所述的互穿圆形形状包括插入较大直径管328中的较小直径管330。较大直径管328具有大体环绕靶306的圆形段332。在箭头326A所示的穿入区之前，圆形段332的直径都不变，在所述穿入区处，圆形段332的直径减小，从而使得圆形段332具有接近于较小直径管330的直径并在图3A中以直线型较小直径管334表示。在这方面，如图3A中以直线型较小直径管334所示的，圆形段332穿入较大直径管328中。同时，直线型较小直径管334和较小直径管330形成外段316(等离子体315生成之处)的方形。如图3A所示，在穿入区326B处，较小直径管330插入较大直径管328中。多个磁芯310绕外段316中的较小直径管330放置。沿着圆形段332，DCh 314包括多个开孔320，用于向PCh 302中释放等离子体315以便沉积在靶306上。如图3A所示，多个开孔320中的每一个以各股羽流322的形式将等离子体315释放入PCh 302中。多个开孔320大体上类似于多个开孔138(图1A和图1B)并可具有插入它们中的套筒(未示出)，其中每个套筒面向靶306的一端充当喷嘴(未示出)的作用。多个开孔320大体均匀地绕圆形段332放置，从而使得经由多个开孔320所释放的等离子体315会大体均匀地沉积在靶306上。与闭合回路DCh 130(图1A和图1B)和分叉回路DCh 214(图2A)相比，由于互穿回路DCh 314的圆形形状以及围绕靶306的放置，因此可提供等离子体315在靶306上更均匀的散布和沉积。互穿回路DCh 314的另一优势在于其仅包括一个入口308而不是两个。

如下文图3B、图3D、图4A和图4B所示，DCh 314的常规互穿形状可修改为多种形状，从而适应PCh 302中靶306的不同大小、形状及摆放。例如，圆形段332可以呈正方形(如下文图3D所示)或矩形的形状，而较小直径管330(也即外段316)可以呈圆形或六边形的形状。圆形段332还可以呈线型(如下文图4A和图4B所示)的形状。

现在参照图3B，其为根据本公开技术另一实施例构造并工作的图3A的单口侧入互穿圆形回路等离子体发生系统中互穿回路结构(笼统地称为350)的简化示意图。互穿回路结构350包括两个回路段352A和352B以及互穿段354。如多个箭头356所示，等离子体(未示出)大体存在于互穿回路结构350内部四周以形成闭合回路。互穿段354包括较小直径管358和较大直径管360。等离子体存在于回路段352A周围，还存在于较小直径管358中。等离子体沿着较小直径管358出现，还存在于回路段352B中。等离子体还存在于较大直径管360中，从而使得等离子体处于回路段352A中。在单口侧入互穿圆形回路等离子体发生系统(未示出)中，回路段352A和352B其中之一位于PCh(未示出)内部，而另一回路段则位于PCh外部。在位于PCh外部的回路段处，多个高磁导率磁芯(未示出)围绕该回路段放置。互穿段354大体是互穿回路结构350经由连接法兰357入口插入PCh中的一段。回路段352A和352B在互穿点362A和362B处进入互穿段354中。互穿点362B由虚线圈364界定，并且互穿点362B的放大视图在下文图3C中得以更详细地示出。较小直径管358大体位于较大直径管360内。较大直径管360大体包围较小直径管358。较大直径管360的直径充分大于较小直径管358的直径，从而使得等离子体能够自由地存在于从回路段352B到回路段352A的较大直径管360中各处。较小直径管358的中心轴(未示出)不可与较大直径管360的中心轴(未示出)重合。一般而言，较小直径管358的中心轴相对于较大直径管360的中心轴有所偏移。另外，较小直径管358和较大直径管360二者中的载体的路径应该是相似的。这样，较大直径管360的直径大体为较小直径管358的直径的两倍。要注意的是，尽管一般而言，较小直径管和较大直径管358和360d的纵向中心轴应该是平行的，但较小直径管和较大直径管358和360并不必须享有共同的纵向中心轴(未示出)。例如，可将较小直径管358放置得大体接近(图3B中未示出)较大直径管360的内壁(未标示)。这一实施例会在较大直径管360内壁(未标示)的相对一侧创建出较大的自由空间(未示出)，从而在互穿回路结构350中针对气体组分使更大的平均自由程成为可能。

现在参照图3C，其为根据本公开技术又一实施例构造并工作的图3B的互穿圆形回路结构(笼统地称为362B)的特写示意图。图3B与图3C之间的等效元件使用相同的数字进行标记。如所示的，较小直径管358插入较大直径管360中。等离子体(未示出)存在于整个较小直径管358中(如箭头366A所示)以及存在于整个较大直径管360中(如箭头366B所示)。图3B的互穿圆形回路结构大体可由组装成图3B所示该互穿圆形回路结构的多个不同管段制得。例如，如图3C所示，较小直径管358是由第一管体371A和第二管体371B制得，而较大直径管360是由第三管体371C制得。管段317D表示第二管体371B的另一端。每段管体可经由与介电垫圈耦接的法兰来与相邻的管段电性隔开同时又相耦接。在图3C中，第一管体371A经由介电垫圈370与第二管体371B耦接。介电垫圈370将第一管体371A和第二管体371B耦接在一起同时又将第一管体371A与第二管体371B电性隔开。介电垫圈370呈环状。较小直径管358经由密封件368插入较大直径管360中、与其耦接并加以气密密封。密封件368可由介电材料制造并且呈环状。密封件368并非必须气密地密封较大直径管360和较小直径管358。密封件368还将管段371D与第三管体371C耦接，而气密地密封管段371D与第三管体371C。密封件368还将管段371D与第三管体371C电性隔开。要注意的是，在本公开技术的另一实施例中，密封件368被去除(未示出)，并且较小直径管358焊接至较大直径管360。在该实施例中，第一管体371A焊接至第三管体371C，而使得第二管体371B不与第三管体371C接触。第二管体371B由此经由介电垫圈370与第一管体371A耦接，还保持与较小直径管358电性分离。

如图3C所示，示出较小直径管358及较大直径管360的双壁水冷构造。虚线椭圆372A示出较小直径管358的双壁水冷结构，并且虚线椭圆372B示出较大直径管360的双壁水冷结构。如虚线椭圆372A所示，较小直径管358的壁包括第一内管374A及第一外管374B。在第一内管374A与第一外管374B之间放置有诸如水等冷却剂376。类似地，如虚线椭圆372B所示，较大直径管360的壁包括第二内管378B及第二外管378A。第一内管374A、第一外管374B、第二内管378B及第二外管378A每个均为实体壁。第一内管374A与第一外管374B之间的空隙(未标示)是中空的，第二内管378B与第二外管378A之间的空隙(未标示)也是一样。在第二内管378B与第二外管378A之间的空隙中放置有诸如水等冷却剂380。第一内管374A、第二内管378B、第一外管374B及第二外管378A中每个均由不锈钢制成。较小直径管358及较大直径管360的壁还可包括附加管(未示出)，以用于向以较小直径管358和较大直径管360形成其一部分的单口侧入互穿圆形回路等离子体发生系统(未示出)中引入冷却剂376和380以及从其中移除冷却剂376和380。

现在参照图3D，其为根据本公开技术另一实施例构造并工作的单口侧入互穿方形回路等离子体发生系统(笼统称为400)的示意图，并以俯视正交视图示出。单口侧入互穿方形回路等离子体发生系统400(这里称为互穿方形等离子体发生系统400)包括PCh 402、变压器型等离子管404以及靶406。PCh 402维持在高真空条件下，而变压器型等离子管404维持在低真空条件下。互穿方形等离子体发生系统400大体类似于上述的等离子体发生系统，尤其类似于互穿圆形等离子体发生系统300(图3A)，并包括许多与那些等离子体发生系统相同的元件。一般而言，互穿方形等离子体发生系统400与互穿圆形等离子体发生系统300之间的主要差异在于插入所述PCh中的变压器型等离子管的形状。为了更好的阐释本公开技术，互穿方形等离子体发生系统400与描述过的等离子体发生系统之间的类似元件已经被省略，例如靶托、热靶器、遮板、靶操纵器、多个克努森容器蒸发源、电子枪蒸发器、进气口泄漏阀、电容式压力表、观察口、变压器环芯等等。

PCh 402包括单个入口412。变压器型等离子管404包括多个高磁导率磁芯408、多个导体410、连接法兰414、互穿回路DCh 416(这里称为“互穿回路DCh”或简单地称为“DCh”)以及等离子体418。如多个箭头420所示，等离子体418存在于整个DCh 416的内部。DCh 416还包括多个介电垫圈428A、428B、428C、428D和428E。高磁导率磁芯408围绕DCh 416放置。多个导体410与高磁导率磁芯408中的每一个耦接(图3D中未明确示出)。多个导体410与RF功率源(未示出)还有阻抗匹配网络耦接。互穿回路DCh416功能性地划分为外段422和内段424两段。内段424经由入口412插入PCh 402中，而外段422留在PCh 402外部。外段422是等离子体418生成之处，而内段424是将等离子体418释放入PCh 402中之处。DCh 416包括多个电性分离段426A、426B、426C、426D及426E。电性分离段426A-426E中每个经由介电垫圈428A-428E中相应的一个耦接至相邻的电性分离段。DCh 416插进入口412中的部分使用连接法兰414进行密封，该连接法兰414可以是具有铜垫圈(未示出)的标准高真空CF 100法兰。介电垫圈(未示出)可放置在法兰414与入口412之间。所述铜垫圈可用PCh 402来接地。连接法兰414还可与铁氟龙

垫圈(未示出)耦接，用以使电性分离段426C和426D与入口412电性隔开。介电垫圈428A、428B和428C在下文参照图7A加以描述，介电垫圈428D和428E在下文参照图7B加以描述。

DCh 416具有互穿的方形形状，在下文图3E中进一步加以描述。所述互穿方形形状的一部分在图3D中以虚线椭圆436示出。该互穿方形形状包括插入较大直径管432中的较小直径管434。较大直径管432具有分区段438供较小直径管434插入其中。如内段424中所示，较大直径管432具有大体环绕靶406的方形段(未标示)。如图3D中所示，在分区段438处，较小直径管434插入较大直径管432中。多个磁芯408围绕外段422中的较小直径管434放置，并大体围绕电性分离段426E放置。较大直径管432的直径大约为较小直径管434的直径的两倍，从而使较大直径管432中等离子体418的平均自由程距离大体接近于较小直径管434中等离子体418的平均自由程距离。这一实施例在较小直径管434相对于较大直径管432偏离中心时是可能的，例如在电性分离段426C的两端从同一侧(图3D中未示出)进入及退出电性分离段426D时。图3D示出电性分离段426C从相对的两侧进入及退出电性分离段426D。

要注意的是，电性分离段426A-426E中的每个均由如上文图3C中所描述的双壁水冷不锈钢管材制成。一般而言，电性分离段426A-426D由诸如水等冷却剂进行冷却，该冷却剂在制成电性分离段426A-426D的管材双壁之间通过。对于电性分离段426D而言，冷却剂经由在介电垫圈428D邻近与电性分离段426D耦接的第一进水管(未示出)引入电性分离段426D的双壁之间。该冷却剂在所述双壁之间行进并经由第一出水管(未示出)在分区段438处排出电性分离段426D(作为热的冷却剂)。所述第一出水管可为具有6mm直径的不锈钢管。该第一出水管与电性分离段426D的内壁(未标示)耦接，并在邻近法兰414的PCh 402外部大体退出电性分离段426D。所述第一出水管并不与电性分离段426C接触。一旦第一出水管退出电性分离段426D，其便可与塑料管材耦接。对于电性分离段426C而言，冷却剂经由第二进水管(未示出)引入电性分离段426C的双壁之间，该第二进水管在箭头435所标示的接头附近与电性分离段426C耦接，该接头在PCh 402外部将电性分离段426C与电性分离段426D耦接。所述冷却剂在所述双壁之间行进并经由箭头437所标示的接头邻近所耦接的第二出水管(未示出)排出电性分离段426C(作为热的冷却剂)，该接头在PCh 402内部将电性分离段426C与电性分离段426D耦接。第二出水管类似地可为具有6mm直径的不锈钢管。该第二出水管与电性分离段426C的内壁(未标示)耦接，并在邻近接头435的PCh 402外部大体退出电性分离段426C。一旦第二出水管退出电性分离段426C，其便可与塑料管材耦接。这在下文图3E中更详细地示出。要注意的是，第二出水管在电性分离段426C两端必须处于相同的电势。

对于电性分离段426A和426B而言，进水管和出水管(未示出)分别经由贯入PCh 402壁中的介电导孔(未示出)引入那些电性分离段的双壁之间并从其中退出。为了维持电性分离段426A和426B的自电势，介电导孔(feed-thrus)是必须的。这些进水管及出水管能够用作PCh 402内较大直径管432的支撑。在PCh 402外部，这些进水管及出水管可与塑料管材耦接。冷却剂经由在介电垫圈428B邻近与电性分离段426B耦接的第三进水管(未示出)引入电性分离段426B的双壁之间。该冷却剂在所述双壁之间行进并经由第三出水管(未示出)在介电垫圈428A邻近排出电性分离段426B(作为热的冷却剂)。所述第三出水管类似地可为具有6mm直径的不锈钢管。冷却剂经由在介电垫圈428C邻近与电性分离段426A耦接的第四进水管(未示出)引入电性分离段426A的双壁之间。该冷却剂在所述双壁之间行进并经由第四出水管(未示出)在介电垫圈428A邻近排出电性分离段426A(作为热的冷却剂)。所述第四出水管类似地可为具有6mm直径的不锈钢管。要注意的是，一般而言，冷却剂是在电性分离段的管体最低点处引入该段的双壁之间，并从该段的管体最高点处排出，从而使冷却剂中形成的气泡量最小。

法兰414与较大直径管432耦接从而经由入口412气密地密封变压器型等离子管404与PCh 402。法兰414可利用PCh 402电性接地，从而使得入口412和法兰414能够用标准铜垫圈进行密封。作为入口412、法兰414及较大直径管432的尺寸示例，在入口412具有大约100mm的直径时，则较大直径管432可具有大约在80-90mm之间的直径，从而使其能够轻松地插进入口412中。在这种尺寸下，法兰414能够实施为本领域公知的标准CF 100法兰。较小直径管434在PCh 402内的一端与分区段438之间的距离可为大约20mm。介电垫圈428B和428E以及介电垫圈428C和428D将电性分离段426C和426D电性隔开。

在内段424中，DCh 416包括多个开孔430，用于向PCh 402中释放等离子体418以便沉积在靶406上。多个开孔430中的每一个以各股羽流(未示出)的形式将等离子体418释放入PCh 402中。多个开孔430大体上类似于多个开孔138(图1A和图1B)并可具有插入它们中的套筒(未示出)，其中每个套筒面向靶406的一端充当喷嘴(未示出)的作用。多个开孔430大体均匀地围绕方形段放置，从而使得经由多个开孔430所释放的等离子体418会大体均匀地沉积在靶406上。较大直径管432及较小直径管434可平行于靶406。较大直径管432及较小直径管434也可相对靶406处于任何角度，包括垂直于靶406。一般而言，为了保证等离子体418能够均匀地沉积在靶406上，图3D中的靶406的长度或宽度不会大于约125mm。在采取其他措施以使等离子体418在靶上沉积均匀的条件下，可增大互穿方形等离子体发生系统400的尺寸以适应长度或宽度大于125mm的靶。

与闭合回路DCh 130(图1A和图1B)相比，由于互穿回路DCh 416的方形形状以及围绕靶406的放置，因此可提供等离子体418在靶406上更均匀的散布和沉积。还可注意到，由于互穿回路DCh 314(图3A)和互穿回路DCh 416的仅需单个入口进入PCh的互穿形状及结构，它们均各自简化了变压器型等离子管304(图3A)和404分别到PCh 302(图3A)和PCh 402的进出。要注意的是，如上所述，根据本公开技术，内段424及外段422均可具有多种形状。例如，外段422可具有圆形或椭圆形状。此外，根据本公开技术，内段424及外段422可放置为相对于彼此成多种角度。例如，外段422及内段424可放置为相对于彼此成直角。外段422相对于内段424的特定形状、形态及角位置(angular position)属于设计选择上的问题，并且对于本领域普通技术人员是显而易见的。

现在参照图3E，其为根据本公开技术又一实施例构造并工作的图3D的互穿方形回路结构(笼统地称为436)的特写示意图。图3D与图3E之间的等效元件使用相同的数字进行标记。特别地，图3E示出箭头435所标示的接头的特写，该接头在PCh 402外部将电性分离段426C与电性分离段426D耦接。如图3E所示，等离子体418以多个箭头420示出存在于较大直径管432及较小直径管434内。较小直径管434的直径大体与较小直径管434的外壁和较大直径管432的内壁之间的最大距离相等。另外，较小直径管434及较大直径管432不必享有共同的中心轴。如所示的，介电垫圈428E将电性分离段426C与电性分离段426E耦接，同时又将这两段电性隔开。介电垫圈428E呈环状。较小直径管434的管端425也在图3E中示出。图3E示出用于将冷却剂引入较小直径管434的双壁(未示出)中的进水管444。进水管444的电压与较小直径管434两端的电压大体相同。进水管444进入较小直径管434的双壁中。进水管444可为例如6mm的不锈钢管。图3E还示出用于从较小直径管434的另一端(未示出)排出热的冷却剂的出水管440。出水管440邻近较小直径管434的内壁(未示出)放置。可将出水管440附连至出口管442。出水管440通常由不锈钢制成，而出口管442则由塑料制成。

图3E还示出电性分离段426C与电性分离段426D耦接，并对这两段进行气密密封同时保持电性分离。较大直径管432包括与其耦接的圆形法兰446A。较小直径管434包括与其耦接的圆形法兰446B。圆形法兰446A包括螺孔(未示出)及榫齿(tenon tooth)452A。圆形法兰446B包括螺孔(未示出)及榫眼(mortise)452B。榫齿452A和榫眼452B中的每个都具有大体为环形的形状。榫眼452B在形状上大体类似于榫齿452A。使用插入圆形法兰446B和446A各自螺孔中的螺杆或螺栓(未示出)将圆形法兰446A与圆形法兰446B耦接。在圆形法兰446A与446B之间放置有铁氟龙

垫圈450，并使得榫齿452A及榫眼452B夹紧铁氟龙

垫圈450。铁氟龙

垫圈450可呈环状的形式。紧固所述螺杆以将铁氟龙

垫圈450压紧在圆形法兰446A与446B之间，从而耦接并气密地密封较小直径管434与较大直径管432。在所述螺孔处放置有介电环氧套管(未示出)，每个介电环氧套管(dielectric epoxybushing)均具有切断式电接触(cut-off electrical contact)，用于将较大直径管432与较小直径管434电性隔开。

现在参照图4A，其为根据本公开技术另一实施例构造并工作的单口侧入互穿杆形等离子体发生系统(笼统称为480)的示意图，并以俯视正交视图示出。单口侧入互穿杆形等离子体发生系统480(这里称为互穿杆形等离子体发生系统480)包括PCh 482、变压器型等离子管484以及靶486。PCh 482维持在高真空条件下，而变压器型等离子管484维持在低真空条件下。互穿杆形等离子体发生系统480大体类似于上述的等离子体发生系统，并包括许多与那些等离子体发生系统相同的元件。一般而言，互穿杆形等离子体发生系统480与上述等离子体发生系统之间的主要差异在于插入所述PCh中的变压器型等离子管的形状。为了更好的阐释本公开技术，互穿杆形等离子体发生系统480与描述过的等离子体发生系统之间的类似元件已经被省略，例如靶托、热靶器、遮板、靶操纵器、多个克努森容器蒸发源、电子枪蒸发器、进气口泄漏阀、电容式压力表、观察口、磁性环电流表等等。要注意的是，除了靶486在PCh 482中是垂直于变压器型等离子管484的纵向轴(未示出)放置之外，靶486基本都类似于靶108。如下文所述的，PCh 482中的靶也可平行于变压器型等离子管484的纵向轴放置。由虚线指示的靶487示出了这一情况。一般而言，PCh 482中仅存在一个靶，或是靶486或是靶487。

PCh 482包括单个入口502。变压器型等离子管484包括多个高磁导率磁芯488、多个导体490、互穿杆形DCh 492(这里称为“互穿杆形DCh”或简单地称为“DCh”)以及等离子体494。如多个箭头496所示，等离子体494存在于DCh 492内并形成闭合回路。DCh 492还包括多个介电垫圈500A和500B、铁氟龙

垫圈503及法兰504。高磁导率磁芯488围绕DCh 492放置。多个导体490与高磁导率磁芯488中的每一个耦接(图4A中未明确示出)。多个导体490与RF功率源(未示出)耦接。互穿杆形DCh 492功能性地划分为外段(未示出)和内段(未示出)两段。内段经由入口502插入PCh 482中，而外段留在PCh 482外部。所述外段是等离子体494生成之处，而所述内段是将等离子体494释放入PCh 482中之处。DCh 492包括多个电性分离段498A、498B和498C。电性分离段498A、498B和498C经由介电垫圈500A和500B以及铁氟龙

垫圈503彼此耦接。DCh 492插进入口502中的部分使用法兰504进行密封，该法兰504可由不锈钢制成。法兰504大体具有环形的形状。介电垫圈500A和500B在下文参照图7B加以描述。由于PCh 482和DCh 492仅经由入口502耦接，该入口是二室之间仅有的连接，因此不需要用到电切断(electrical cut-off)。由此在入口502与法兰504之间能够放置标准的高真空垫圈(未示出)。入口502可为不锈钢制成的标准高真空CF 100法兰。

DCh 492具有互穿的杆形形状，大体由电性分离段498B和498C表示。所述互穿杆形形状包括插入较大直径管508中的较小直径管506。较小直径管506和较大直径管508中每个可包括法兰(未示出)，在密封较小直径管506和较大直径管508的同时使它们保持电性分离，铁氟龙

垫圈503位于所述法兰之间。多个磁芯488围绕外段中的较小直径管506放置，并主要围绕电性分离段498A放置。在所述两管中心轴平行而彼此偏移的情况下，较大直径管508的直径大约为较小直径管506的直径的两倍，从而使较大直径管508中等离子体494的平均自由程距离大体接近于较小直径管506中等离子体494的平均自由程距离。一般而言，较小直径管506的直径大体与较小直径管506的外壁与较大直径管508的内壁之间的最大距离接近。这能够在两管的多种配置中得以实现。如上所述，电性分离段498A、498B和498C中的每个是由上文图3C中所述的双壁水冷不锈钢管材制成。要注意的是，较小直径管506可包括薄不锈钢管(未示出)，例如直径为6mm的不锈钢管，用于向较小直径管506中引入冷却剂并从中排出冷却剂，与上文图3E中描述过的类似。所述不锈钢管可进入并退出邻近介电垫圈500A的较小直径管506。要注意的是，该不锈钢管必须与较小直径管506处于相同的电势。较大直径管508可包括薄不锈钢管(未示出)，例如直径为6mm的不锈钢管，用于向较大直径管508中引入冷却剂并从中排出冷却剂，与上文图3E中描述过的类似。所述不锈钢管可进入并退出邻近铁氟龙

垫圈503的较大直径管508。要注意的是，该不锈钢管必须与较大直径管508处于相同的电势。

沿着较大直径管508的杆形段，DCh 492包括多个开孔510，用于向PCh482中释放等离子体494以便沉积在靶486上。或者，DCh 492可包括多个开孔511(如虚线所示)来向PCh 482中释放等离子体494以便沉积在靶487上。多个开孔510中的每一个以各股羽流512的形式将等离子体494释放入PCh 482中。多个开孔510和511大体上类似于多个开孔138(图1A和图1B)并可具有插入它们中的套筒(未示出)，其中每个套筒面向靶486或靶487的一端充当喷嘴(未示出)的作用。等离子体494存在于整个电性分离段498A中，还存在于较小直径管506中。由于等离子体494也位于较小直径管506的开口处，如段514中所示，所以等离子体494也出现在较大直径管508还有外段(也即PCh 482的外部区域)中。如上所述，电性分离段498B和498C可平行或垂直于电性分离段498A。在段514中，从较小直径管506末端到多个开孔510所在的较大直径管508管壁的距离可大约为40mm。

与闭合回路DCh 130(图1A和图1B)、分叉回路DCh 214(图2A)、互穿回路DCh 314(图3A)和互穿回路DCh 416(图3D)相比，互穿杆形DCh492使得能够以平行或垂直于互穿杆形DCh 492中心轴的等离子体来沉积靶。此外，与互穿回路DCh 314和互穿回路DCh 416类似，由于互穿杆形DCh 492互穿形状的长度只需进入PCh的单个入口，因此互穿杆形DCh 492简化了变压器型等离子管484在PCh 482中的进出。互穿杆形DCh 492相比前述各DCh的另一优势在于，由于较小直径管506及较大直径管508的形状及位置，使得释放入PCh 482中的等离子体组分免于伴随产生寄生磁场。由于DCh内段内部的变化电场，经由多个开孔从DCh释放到PCh的等离子体可能会伴有寄生磁场。所述的变化电场可能是DCh内部磁感应的结果。在DCh 492中，由于放电室的结构，较大直径管508中的磁感应大体会抵消较小直径管506中感生的所有磁感应，从而在PCh 482内不会检测到有残余的磁场留下。进一步，在采取其他措施以使等离子体494在靶上沉积均匀的条件下，可增大互穿杆形等离子体发生系统480的尺寸以适应长度或宽度大于125mm的靶。例如，入口502可包括波纹管(bellows)(未示出)，用来旋转并摇动互穿杆形等离子体发生系统480以使等离子体494在靶上的沉积均匀。作为另一示例，可使互穿杆形等离子体发生系统480绕较大直径管508的轴谐振，以使等离子体494在靶上的沉积均匀。

现在参照图4B，其为根据本公开技术又一实施例构造并工作的双口侧入互穿双杆形等离子体发生系统(笼统称为540)的示意图，并以俯视正交视图示出。双口侧入互穿双杆形等离子体发生系统540(这里称为互穿双杆形等离子体发生系统540)包括PCh 542、变压器型等离子管544以及靶546。除了变压器型等离子管544具有经由两个入口进入PCh 542的两个互穿杆段(由段570A和570B指示)之外，互穿双杆形等离子体发生系统540大体类似于互穿杆形等离子体发生系统480(图4A)。互穿双杆形等离子体发生系统540中的其他元件及环境与互穿杆形等离子体发生系统480中均大体相同。为了更好的阐释本公开技术，互穿双杆形等离子体发生系统540与描述过的等离子体发生系统之间的类似元件已经被省略。

PCh 542包括两个入口558。变压器型等离子管544包括多个高磁导率磁芯548、多个导体550、互穿杆形DCh 552(这里称为“互穿杆形DCh”或简单地称为“DCh”)以及等离子体554。如多个箭头556所示，等离子体554存在于DCh 552内并形成闭合回路。DCh 552还包括两个法兰560以及多个介电垫圈564A、564B和564C。DCh 552包括多个较大直径管565、多个较小直径管567、多个第一连接管563以及一第二连接管569。高磁导率磁芯548围绕DCh 552放置，并与多个导体550耦接。高磁导率磁芯548围绕多个第一连接管563的放置有助于等离子体554围绕DCh 552中所形成的相对较长闭合回路生成(与上述公开技术的前述实施例相比)，如多个箭头556所示。互穿杆形DCh 552功能性地划分为外段(未示出)和内段(未示出)两段。内段经由两个入口558插入PCh 542中，而外段留在PCh 542外部。所述内段包括多个较大直径管565及多个较小直径管567。所述外段包括多个第一连接管563及第二连接管569。DCh 552包括多个电性分离段562A、562B和562C。电性分离段562A-562C经由各个介电垫圈564A-564C彼此耦接。DCh 552插进两个入口558中的部分使用法兰560进行密封，该法兰560可由不锈钢制成。与互穿杆形等离子体发生系统480(图4A)不同的是，互穿双杆形等离子体发生系统540的双杆之一必须与PCh 542电性切断。这可使用在入口558之一的螺孔(未示出)中放置的铁氟龙

垫圈(未示出)及环氧套管(未示出)来达成，所述螺孔用于将入口558与法兰560耦接。介电垫圈564A-564C在下文参照图7B加以描述。多个第一连接管563分别焊接至多个较大直径管565。第一连接管563经由介电垫圈564C进行耦接。较小直径管567经由介电垫圈564A和564B与第二连接管569耦接。如多个箭头571所示，多个较小直径管567插入多个较大直径管565的区域用介电垫圈(未示出)进行耦接。

DCh 552具有双互穿杆形的形状，大体由电性分离段562B和562C表示。每个互穿杆形形状包括插入较大直径管(未示出)中的较小直径管(未示出)，类似于图4A中所示的互穿杆形形状。较大直径管的直径大小使得较大和较小直径管中等离子体组分的平均自由程距离在两管中基本相似。如上所述，电性分离段562A-562C中每个是由上文图3C中所述的双壁水冷不锈钢管材制成。沿着较大直径管的杆形段，DCh 552包括多个开孔566，用于向PCh 542中释放等离子体554以便沉积在靶546上。多个开孔566中的每一个以各股羽流568的形式将等离子体554释放入PCh 542中。多个开孔566大体上类似于多个开孔138(图1A和图1B)并可具有插入它们中的套筒(未示出)，其中每个套筒面向靶546的一端充当喷嘴(未示出)的作用。如上所述，电性分离段562A-562C可彼此平行或相对于彼此成任意角度，包括彼此垂直。

与上文所述的放电室相比，互穿杆形DCh 552由于其双互穿杆形的结构从而可使得等离子体554能够均匀地沉积在更大的靶上。此外，所述双互穿杆形结构可简化双入变压器型等离子管在PCh中的进出，例如DCh 552通过入口558来进出，这是与DCh 130(图1A)和DCh 214(图2A)相比较而言的，因为插入PCh中的DCh 130和DCh 214在PCh内部也必须进行耦接。另外，与互穿杆形DCh 492(图4A)类似，从DCh 552释放入PCh 542中的等离子体组分可免于产生寄生磁场，这是因为PCh 542内感生的磁场由于DCh 552内段的形状而得以消除。进一步，由于两个平行杆均衡地将等离子体554喷射在靶546上而未受到寄生磁场的影响，因此DCh 552可提高喷射在靶546上的等离子体554的均匀性。

现在参照图5A，其为根据本公开技术另一实施例构造并工作的双口顶入环形(toroidal)等离子体发生系统(笼统称为600)的示意图，并以透视图示出。双口顶入环形等离子体发生系统600(这里称为环形等离子体发生系统600)包括DCh 602、PCh 604、多个高磁导率磁芯616及导体617。一般而言，除了插入PCh 604中的DCh 602的形状之外，环形等离子体发生系统600基本类似于上文图2A中所述的等离子体发生系统。如上所述，PCh 604为高真空处理室，其中维持在高真空条件下。PCh 604外部的空间(图5A中以空间603指示)不局限于任意特定类型的真空条件，并且能够处于任意压强和温度下。相比而言，DCh 602通常是保持在低真空及低电场条件下。DCh 602包括：外段605，其为等离子体生成之处；内段606，其为将等离子体释放到靶上的地方；多个法兰623A和623B；多个介电垫圈625A和625B；以及多个开孔610。DCh 602还可包括进气阀(未示出)，用于将气体引入外段605中。内段606包括环形段608。环形段608大体垂直于外段605。多个开孔610沿着环形段608的内侧大体均匀地排开。PCh 604包括两个入口622。每个入口可实施为法兰(未明确示出)。DCh 602大体为闭合回路。导体617包括两个端部618A和618B。多个高磁导率磁芯616彼此耦接并环绕外段605。导体617耦接至多个高磁导率磁芯616中的每个(未明确示出)。导体617的每个端部618A和618B耦接至RF功率源(未示出)。导体617大体环绕多个高磁导率磁芯616多次。外段605经由多个介电垫圈625A和625B与内段606耦接，其中介电垫圈625A和625B将所述两段电性分离。多个法兰623A和623B与DCh 602耦接。入口622经由多个介电垫圈620A和620B(在下文图5B中示出)与多个法兰623A和623B耦接，从而将DCh 602耦接至PCh 604。多个介电垫圈620A和620B大体将DCh 602与PCh 604耦接，同时又使DCh 602与PCh 604电性隔开。多个介电垫圈620A和620B以及625A和625B在下文图7B中进一步加以阐述。DCh 602经由PCh 604的入口622插入PCh 604中。元件627大体表示PCh 604的室顶。就这点而言，DCh 602是从PCh 604的顶部插入PCh 604中。PCh 604可由不锈钢制成。

环形等离子体发生系统600还可包括等离子体发生系统中使用的标准组件，例如，高真空泵、靶(图5B中示出)、靶托(图5B中示出)、热靶器(图5B中示出)、靶遮板、靶操纵器、至少一个克努森容器蒸发源和电子枪蒸发器(均未示出)。此外，PCh 604进一步可包括压力表、质谱仪、RHEED工具(均未示出)、运靶机构、红外线高温计、装备有沉积控制器的膜厚监测仪、离子源、椭圆计以及多个气体源(均未示出)。环形等离子体发生系统600中还可包括高真空技术中采用的其他组件。

环形等离子体发生系统600基于上述变压器型等离子管的原理生成等离子体。导体617形成变压器型等离子管的初级回路，而DCh 602内的等离子体形成变压器型等离子管的次级回路。所述RF功率源向导体617供电。随着电力绕着环绕多个高磁导率磁芯616的一部分导体617流动，在多个高磁导率磁芯616的每个中感应产生动态磁场(dynamic magnetic field)。感生的动态磁场进而在外段605中感应产生电压。外段605中的进气阀(未示出)将气体(未示出)引入外段605中。外段605中的感生电压充分激发所述气体并形成等离子体。所形成的等离子体在DCh 602中形成闭合回路，如一组箭头624所示。如上所述，所形成的等离子体为包括有不同等离子体组分的原生等离子体。由于所述感生电压，所形成的等离子体存在于DCh 602内形成闭合回路，如箭头组624所示。多个介电垫圈625A和625B将外段605与内段606电性隔开，并使所形成的等离子体能够既存在于外段605也存在于内段606中。环形段608中的等离子体均匀地出现在环形段608的两侧，其中该等离子体的第一部分如箭头626A所示出现在环形段608中，并且该等离子体的第二部分如箭头626B所示出现在环形段608中。与分叉回路等离子体发生系统200(图2A)类似，如果环形段608大体垂直于用多个介电垫圈620A和620B与环形段608耦接的内段606的管体(未标记)，则在环形段608每一侧中将出现大体等量的等离子体，如箭头626A和626B中的每个所示。

如上所述，环形段608包括均匀间隔排开的多个开孔610。多个开孔610使所形成的等离子体得以散发、喷涂或沉积到PCh 604中。散发或喷涂到PCh604中的所形成等离子体呈现各股羽流612的形态。由一组线条614A和614B示出给定羽流612的相对大小。羽流612的相对大小大体表示出这样的相对体积，在该相对体积中散发到PCh 604中的所形成等离子体能够与紧密接近环形段608放置的靶(未示出)反应或相互作用。这在图5B中得以更清楚的示出。多个开孔610中每一个的尺寸都相当小，从而使PCh 604中维持有较大的克努森数(Kn)。在PCh 604中维持大的克努森数保证PCh 604中维持住高真空条件。

现在参照图5B，其为根据本公开技术又一实施例构造并工作的图5A的双口顶入环形等离子体发生系统(笼统称为650)的示意图，并以侧视正交视图示出。在图5B中，示出了环形等离子体发生系统600(图5A)的另外一些元件，例如PCh 604的底板629、靶628、一组靶托630A和630B、热靶器632、以及一组热靶器托634A和634B。多个介电垫圈620A和620B在图5B中是可见的。如所示的，靶托组630A和630B托住靶628的边缘，从而基本不会阻挡所释放的等离子体(未示出)的任意一股羽流612沉积于靶628上的路径(如线条组614A和614B所示)。热靶器托组634A和634B托住热靶器632的合适位置。热靶器632从上方加热靶628，如一组箭头636所示。如图5B中所见的，多个开孔610围绕环形段608放置并成一定角度，从而使每股羽流612基本覆盖靶628表面的不同区域，从而增加等离子体在靶628上均匀散布的可能性。多个开孔610也能围绕环形段608放置并成一定角度，而使得每股羽流612在靶628表面的一区域中与相邻各股羽流稍有重叠。另外，如所示的，多个介电垫圈620A和620B位于PCh 604外部。

要注意的是，一般而言，在本公开技术的范围内，在上文附图中描述的放电室的其他可能形状也是可以的。例如，上述放电室的任意一般形状，例如图1A的回路形状、图2A的分叉回路形状或图3A，图3D，图4A和图4B的互穿回路或互穿杆形形状，都能够组合以形成本公开技术中所使用放电室的额外形状。此外，视放电室内所放置靶上要执行的化学工艺而定，该靶可放置也可不放置在等离子体的平均自由程距离内。例如，在需要等离子体中各种类型等离子体组分的化学工艺中，可能需要将靶放置在等离子体的平均自由程距离内，以使得等离子体组分在到达靶之前不会彼此重组及湮灭。另一方面，在仅需要离子的化学工艺中，可将靶放置得远于等离子体的平均自由程距离。

现在参照图6，其为根据本公开技术另一实施例构造并工作的用以散发等离子体组分的多种开孔形状(笼统称为680)示意图。图6以横截面视图示出多种开孔形状680。多种开孔形状680代表上述的多个开孔及套筒，例如多个开孔138(图1A)。在图6中，描述了六种不同的开孔形状，开孔形状682A、开孔形状682B、开孔形状682C、开孔形状682D、开孔形状682E和开孔形状682F。开孔形状682A-628F中每个都包括DCh(未示出)的内壁684以及各套筒688A-688F，所述DCh中存在有等离子体(未示出)。在每个内壁684内是开口686。经由开口686，DCH中存在的等离子体以多个箭头702A-702F的方向被释放到PCh(未示出)中。在每个开口686内，放置有各个套筒688A、688B、688C、688D、688E和688F。套筒688A位于开孔形状682A的开口686中，套筒688B位于开孔形状682B的开口686中，套筒688C位于开孔形状682C的开口686中，套筒688D位于开孔形状682D的开口686中，套筒688E位于开孔形状682E的开口686中，以及套筒688F位于开孔形状682F的开口686中。套筒688A-688F中每个都分别具有法兰(未示出)，用于将各套筒耦接至每个DCh的各内壁684。

套筒688A-688F中每个都具有不同的形状，使得进入PCh的等离子体以不同的角度及羽流形状或羽流轮廓进入。如套筒688A的左侧690A和右侧690B所指示的，套筒688A大体具有直线的形状。如所示的，等离子体以直线方向进入PCh，具有圆形轮廓，如多个箭头702A所指。如套筒688B直线的左侧692A和倾斜的右侧692B所指示的，套筒688B大体具有倾斜的形状。如所示的，等离子体以直线方向还有倾斜方向进入PCh，具有椭圆形轮廓，如多个箭头702B所指。如套筒688C倾斜的左侧694A和同样倾斜的右侧694B所指示的，套筒688C大体具有三角形或圆锥形(conical)的形状。如所示的，等离子体以多个方向进入PCh，具有三角形或圆锥形轮廓，如多个箭头702C所指。如套筒688D抛物线形的左侧696A和同为抛物线形的右侧696B所指示的，套筒688D大体具有抛物线的形状。如所示的，等离子体以多个方向进入PCh，具有抛物线形轮廓，如多个箭头702D所指。如套筒688E抛物线形的左侧698A和同为抛物线形的右侧698B所指示的，套筒688E大体也具有抛物线的形状。如所示的，等离子体以多个方向进入PCh，具有抛物线形轮廓，如多个箭头702E所指。开孔形状682D和682E的抛物线形轮廓不同之处仅在于每个抛物线形轮廓的曲率。如套筒688F双曲线形的左侧700A和同为双曲线形的右侧700B所指示的，套筒688F大体也具有双曲线的形状。如所示的，等离子体以多个方向进入PCh，具有双曲线形轮廓，如多个箭头702F所指。

现在参照图7A，其为根据本公开技术又一实施例构造并工作的高真空室内的介电垫圈(笼统称为730)示意图。如上文图1A、图1B、图2A、图3C、图3D、图3E、图4A、图4B、图5A和图5B所示，介电垫圈用于耦接本公开技术中放电室的各管段。所述介电垫圈还使放电室的每一管段与相邻的放电室管段电性隔开或电性绝缘。如上文本公开技术等离子体发生系统的各实施例所示，本公开技术中使用的一些介电垫圈可在DCh的内段中或在DCh的外段中耦接DCh的管段。回忆上文，DCh的内段位于PCh内部，而DCh的外段位于PCh外部。由于PCh的内段中与外段相比在压强及其他条件上的差异，本公开技术中使用的介电垫圈视它们是用来耦接DCh内段还是DCh外段中的DCh管段而在配置上有所不同。图7A示出用来耦接PCh内部(也即DCh的内段中)DCh管段的介电垫圈的形状及配置。这种介电垫圈的示例包括介电垫圈148A(图1A和图1B)、介电垫圈222A和222B(均来自图2A)以及介电垫圈428A，428B和428C(全部来自图3D)。图7B示出用来耦接PCh外部(也即DCh的外段中)DCh管段的介电垫圈的形状及配置。这种介电垫圈的示例包括介电垫圈428D和428E(均来自图3D)、介电垫圈500A和500B(均来自图4A)以及介电垫圈625A和625B(均来自图5A)。

图7A包括介电垫圈732，其将第一管段738与第二管段740耦接并电性隔开。图7A仅以横截面视图示出介电垫圈732的一侧。介电垫圈732具有环形形状。第一管段738和第二管段740中每个都由双壁水冷不锈钢制成。如图7A所示，冷却剂734被放置在第一管段738和第二管段740的双壁(未标记)内。第一管段738和第二管段740中每个都包括盖742，其用于将冷却剂734容纳在第一管段738和第二管段740的双壁之内。第一管段738和第二管段740中每个还包括一组突缘(lip)736A和736B，用于托住介电垫圈732的合适位置。介电垫圈732将第一管段738与第二管段740电性隔开。介电垫圈732无须彻底密封第一管段738和第二管段740的放电室侧(分别标示为741A和741B)以防止泄漏DCh中的等离子体(未示出)到第一管段738和第二管段740的处理室侧(分别标示为743A和743B)，这是因为等离子体从DCh到PCh的极小泄漏不会破坏PCh中的高真空条件，正如DCh中将等离子体释放入PCh的开孔不会破坏PCh中的高真空条件一样。例如，套环(ring)(未示出)可环绕介电垫圈732，从而部分地密封住第一管段738的突缘组736A与第二管段738的突缘组736B之间的缺口748。所述套环可由陶瓷或PBN制成。介电垫圈732的处理室侧可能从PCh中存在的金属蒸气形成金属薄膜这一过程受到污染，所述金属蒸气是由克努森容器蒸发源(未示出)或电子枪蒸发器(未示出)被提供至PCh中的靶(未示出)。覆有保护层746的介电套筒744(二者均具有环状)可绕介电垫圈732放置，以防止介电垫圈732受到污染。介电套筒744可由二氧化硅织带(silica fabric tape)、二氧化硅或陶瓷制成。保护层746大体为金属箔，例如，由钽、不锈钢或钼制成。要注意的是，介电套筒744如果由二氧化硅织带制成，其还可用于在第一管段738和第二管段740彼此互成角度放置时(也即在这些管段并非如图7A所示彼此平行时)稳固地将第一管段738与第二管段740耦接。

现在参照图7B，其为根据本公开技术另一实施例构造并工作的高真空室外的介电垫圈(笼统称为760)示意图。如上所述，图7B示出PCh外部使用的介电垫圈的形状及配置。图7B包括介电垫圈762，其将第一管段772与第二管段774耦接并电性隔开。图7B仅以横截面视图示出介电垫圈762的一侧。介电垫圈762具有环形形状。第一管段772和第二管段774中每个都由双壁水冷不锈钢制成。如图7B所示，冷却剂764被放置在第一管段772和第二管段774的双壁(未标记)内。第一管段772和第二管段774中每个分别包括盖766A和盖766B。盖766A包括抓齿(gripping tooth)768A，且盖766B包括抓齿768B。盖766A和盖766B将冷却剂764限制在第一管段772和第二管段774的双壁之内。盖766A和盖766B中每个还包括一组突缘(未标记)，用于托住介电垫圈762的合适位置。介电垫圈762将第一管段772与第二管段774电性隔开。

由于介电垫圈762位于PCh外部，所以介电垫圈762必须将第一管段772和第二管段774的盖766A与盖766B之间的缺口776彻底密封于外部空间的空气，所述外部空间基本处于大气压下，这会经由缺口776泄漏入放电室中。为了气密地密封缺口776，介电垫圈762可由铁氟龙制成，其既介电又相当耐用(也即，在被机械破坏而导致其所提供的电性隔开被破坏之前，铁氟龙

能够充分经受变形)。盖766A和766B可由不锈钢制成并容置介电垫圈762。抓齿768A和768B咬住介电垫圈762的两端，并且盖766A和766B在介电垫圈762上施加一静水压力，从而稳固地咬住介电垫圈762并气密地密封住缺口776。可经由多种方法使盖766A紧抵住盖766B。例如，盖766A和766B中每个可分别具有邻近缺口776的法兰(未示出)。可使用螺杆(未示出)来将两个法兰压紧在一起，从而将抓齿768A和768B压紧到介电垫圈762中并气密地密封住缺口776。一般而言，用来将第一管段772相对第二管段774压紧的所述螺杆或其他元件或元件组必须由介电材料分离，以使第一管段772和第二管段774保持电性隔开。在刚述及的示例中，压紧两个法兰的所述螺杆可用介电套环环绕，从而将该螺杆与两个法兰电性隔开同时又使该螺杆能够将两个法兰压紧在一起。下文图8中示出将第一管段772与第二管段774压紧的配置的另一示例。

介电垫圈762用于耦接DCh(本公开技术的等离子体激发和生成的地方)的多个管段。这样一来，介电垫圈762的放电室侧可能会被DCh中激发的等离子体烧损。为了保护可由铁氟龙

制成的介电垫圈762，护罩(shield)770被放置在缺口776周围。护罩770可由不锈钢、钽箔或钼箔制成。护罩770可通过焊接(例如焊缝(weld joint)778)与盖766A或766B之一、第一管段772或第二管段774二者之一耦接。所述焊接可用电弧焊或激光束焊来执行。

为了简化本公开技术等离子体发生系统的装配及拆卸，本公开技术的等离子发生系统可构造为使得本公开技术变压器型等离子管的一部分能够插入高真空PCh中而本公开技术变压器型等离子管的另一部分能够从外部与前一部分耦接。这一实施例使得本公开技术的DCh能够在拆卸同时维持PCh内部还有PCh与DCh之间的介电分隔内部的高真空压条件。下文图8中示出本公开技术的这一实施例。

现在参照图8，其为根据本公开技术又一实施例构造并工作的本技术等离子体发生系统的入口(笼统称为800)示意图，并以局部剖视图示出。入口800大体示出DCh 804进入PCh 802以及将DCh 804耦接至PCh 802的入口。入口800基本类似于入口122(图1A)、入口208(图2A)、入口308(图3A)、入口412(图3D)、入口502(图4A)和入口558(图4B)，并且可代表这些入口中的任意一个。入口800示出为绕中心线801的局部剖视图。在中心线801以上示出为入口800的外形图，而在中心线801以下示出为入口800的截面图。如上文本公开技术等离子体发生系统的实施例中所示，例如互穿方形等离子体发生系统400(图3D)中，本公开技术的DCh都包括数个管段。如图8所示，DCh 804包括内管806及外管808。DCh 804还可额外包括出于明晰目的而未示出的管体。如以下所述的，内管806首先与PCh 802耦接，同时内管806延伸入常规大气压条件中。然后外管808与内管806耦接并密封在一起。内管806如下所述与PCh 802耦接。内管806和外管808的每一个都是由双壁水冷不锈钢管材制成并可具有约50毫米的外径。如所示的，例如，外管808包括内壁840₁和外壁840₂。在内壁840₁与外壁840₂之间放置有冷却剂842。盖844密封住外管808还有内管806的内壁840₁与外壁840₂的端部。内管806在其外壁上包括突起(protrusion)834。外管808包括第二法兰820，其与外管808的一端耦接。第二法兰820可焊接至盖844及外壁840₂。

内管806经由介电垫圈846与外管808耦接。介电垫圈846大体类似于介电垫圈762(图7B)。介电垫圈846将内管806与外管808电性隔开同时将两管物理地耦接在一起。介电垫圈846还气密地密封住DCh 804。类似于护罩770(图7B)的护罩812放置在介电垫圈846周围。护罩812通过多个焊缝814与内管806的内壁耦接。

PCh 802包括端口法兰816，其在段838处与PCh 802耦接。端口法兰816可在段838处焊接至PCh 802。端口法兰816包括突起832并具有凹进836₂。一般而言，端口法兰816的内径稍大于内管806的外径。视PCh 802及内管806的大小而定，端口法兰816可以是标准的高真空CF 63法兰。通过首先将内管806插入PCh 802来装配入口800。然后将垫圈环(gasket ring)830插在内管806周围。垫圈环830可由诸如铁氟龙

等任意介电材料制成。垫圈环830还可由介电同样也耐用的材料制成，例如铁氟龙垫圈环830具有多边形形状的截面。垫圈环830被成形为大体匹配凹进836₂的形状。接续将第一法兰818插在内管806周围。第一法兰818为浮动式法兰(floatingflange)且与内管806并非永久性耦接。第一法兰818包括凹进836₁。垫圈环830也被成形为匹配凹进836₁的形状。端口法兰816和第一法兰818在大小和形状上大体接近，从而形成法兰和对接法兰副。视PCh 802和内管806的尺寸而定，端口法兰816和第一法兰818可实施为标准法兰。在这一实施例中，第一法兰可永久性耦接至内管806而并非浮动式法兰。入口800中使用的法兰类型属于设计选择上的问题，并且可视诸如成本、可使用性及装配灵活性等多种因素而定。如下所述的，端口法兰816和第一法兰818使用螺杆压紧在一起。端口法兰816到第一法兰818上的压力迫使垫圈环830扣入突起832和834。垫圈环830上的压力大体是一种静水压力，其将端口法兰816与第一法兰818充分密封住同时使它们保持电性隔开。突起832和834稳固地咬住垫圈环830并将PCh 802与内管806耦接。垫圈环830将PCh 802与内管806电性隔开，并且还气密地密封住PCh 802的入口800。对于本领域普通技术人员显而易见的，凹进836₁和836₂以及垫圈环830可具有其他的形状及配置来使得内管806能够与PCh 802耦接同时又得以气密密封和电性隔开。然后将介电垫圈846与内管806耦接，再将外管808经由介电垫圈846与内管806耦接。经由耦接第二法兰820与第一法兰818的螺杆，压力被施加到内管806和外管808上以将两管气密地密封在一起。

螺杆828A和828B穿过端口法兰816、第一法兰818和第二法兰820中的螺孔(未示出)插入，且上述三者中的螺孔彼此分别排列成行。为了物理地耦接端口法兰816、第一法兰818和第二法兰820而同时使端口法兰816、第一法兰818和第二法兰820保持电性隔开，在螺孔与螺杆826A和826B之间插入有多个介电套管824A-824D以及多个套筒826A和826B。多个介电套管824A-824D以及多个套筒826A和826B可由已知的介电材料制成，例如环氧树脂。一旦将多个介电套管824A-824D以及多个套筒826A和826B放置在螺孔中，随即便插入螺杆828A和828B并使用多个螺母822A-822F加以紧固。要注意的是，外管808可使用其他配置来与内管806和端口法兰816耦接，这属于设计选择上的问题。例如，通过将外管808中的弯曲部(bend)或曲线部(curve)(未示出)耦接至内管806，可使用长带(long band)(未示出)代替第二法兰820来将外管808耦接至内管806。在这一实例中，将需要邻近于所述弯曲部或曲线部进行适当的电隔断，以保证内管806与外管808保持电性隔开。

入口800还示出内管806和外管808的双壁段中冷却剂的引入和排出。在外管808中，示出冷却剂进口管854，与外管808的外表面耦接。冷却剂进口管854可焊接至外管808的外表面并大体将冷却剂引入外管808中。在内管806中，示出冷却剂出口管850。由于内管806大体放置在PCh 802内部，冷却剂进口管(未示出)用来将冷却剂引入邻近于介电垫圈(未示出)的内管806中，该介电垫圈(未示出)位于PCh 802内部并将内管806与PCh802内部另一管(未示出)耦接。冷却剂随后经由冷却剂出口管850从内管806排出。为了维持内管806的自电势，冷却剂出口管850沿内管806的内壁放置。冷却剂进口管854和冷却剂出口管850均可由不锈钢制成，从而使该两管的端部能够分别焊接至外管808和内管806。冷却剂进口管854和冷却剂出口管850的每一个均可具有大约6毫米的直径。

不锈钢螺纹套管848位于内管806的双壁内部，以使冷却剂出口管850得以退出内管806。不锈钢螺纹套管848被焊接至内管806的双壁。如图8中以线条856示出，通常是利用焊接将冷却剂出口管850与不锈钢螺纹套管848的一端耦接。排水管(outtake pipe)852与不锈钢螺纹套管848邻近于线条856的另一端耦接，用于排出冷却剂。一般而言，排水管852在端口法兰816、第一法兰818和垫圈环830已经放置好并耦接在一起之后即与内管806耦接。排水管852可由本领域公知的铁氟龙

或带有适当水密封的不锈钢制成，诸如铁氟龙箔。

一般而言，本公开技术的上述实施例(图1A-图8)已描述了用于高真空批量晶圆处理室的等离子体发生系统，在该处理室中能够处理相对较小尺寸的靶。图9A-图12B描述用于高真空卷对卷(roll-to-roll)处理室的等离子体发生系统，在该处理室中能够处理卷靶(target roll)。这种卷可具有相当大的宽度以及大体连续的长度。下文所述的卷对卷处理等离子体发生系统大体工作在上文所述变压器型等离子管中相同的等离子体生成原理下，只是其配置已经过修改以使得能够处理明显更大的靶(呈卷的形式)。这样，出于明晰的目的，仅示出这些实施例的基本结构。此外，如上文所述(例如在图1A中)在变压器型等离子管中包括的其他元件已出于明晰的目的而被省略。

现在参照图9A和图9B。图9A为根据本公开技术另一实施例构造并工作的卷对卷处理等离子体发生系统(笼统称为870A)示意图，并以侧视正交视图示出。图9B为根据本公开技术又一实施例构造并工作的图9A的卷对卷处理等离子体发生系统(笼统称为870B)示意图，并以俯视正交视图示出。图9A和图9B中的相同元件使用相同的数字加以标记，但要注意的是，并非所有在图9A中可见的元件都在图9B中可见，反之亦然。如图9A的侧视正交视图所示，卷对卷处理等离子体发生系统870A包括PCh 872、多个放电室(这里缩写为DCh)874A(图9A中仅示出一个)、热靶器876、卷靶880、多个介电垫圈882A-882B、多个高磁导率磁芯884(这里称为铁氧体磁芯)、多个导体886、多个克努森容器蒸发源888以及多个电子枪蒸发器890。多个DCh 874A包括多个开孔894，用于朝卷靶880的方向释放多个DCh 874A内部的等离子体873。

多个导体886缠绕多个铁氧体磁芯884并与各RF功率源(未示出)耦接。如上所述，卷对卷处理等离子体发生系统870A包括本公开技术其他实施例中描述的其他一些元件，例如多个进气泄漏阀(未示出)、多个观察口(未示出)以及多个磁性环电流表(未示出)等等。多个DCh 873A内部的气体被激发并形成等离子体873，该等离子体贯穿多个DCh 874A出现，如多个箭头892所示。多个DCh 874A的每个都包括多个电性隔离段(未标示)，这些电性隔离段经由多个介电垫圈882A-882B耦接在一起而又电性隔开。卷靶880在与图9A中所示卷对卷处理等离子体发生系统870A的平面垂直的方向上移动。随着卷靶880移动，热靶器876可加热卷靶880，如多个箭头878所示。多个开孔894以多股羽流896的形式朝卷靶880释放等离子体873。多个开孔894与卷靶880之间的距离可小于等离子体873中等离子体组分的平均自由程距离。随着卷靶880向前移动，等离子体873中的等离子体组分沉积在卷靶880上。多个DCh 874A中每个都可具有矩形形状，与闭合回路DCh 130(图1A和图1B)类似。多个克努森容器蒸发源888及多个电子枪蒸发器890可用来将各种成分、混合物(compound)以及粒子沉积在卷靶880上。多个克努森容器蒸发源888及多个电子枪蒸发器890可位于多个DCh874A的开放空间中(图9B中示出更为清楚)，并位于多个DCh 874A中的相邻DCh之间(图9B中示出更为清楚)，从而使得释放的各种成分、混合物及粒子撞击在卷靶880的表面上。

图9B从俯视视角示出卷对卷处理等离子体发生系统870B。在图9B中，多个DCh 874A和874B是可见的。对于本领域普通技术人员清楚的是，卷对卷处理等离子体发生系统870B中可存在更多个DCh。如所示的，多个DCh874A和874B中每个都包括多个铁氧体磁芯884。多个DCh 874A和874B中每个都包括4个电性隔离段(未标示)，由多个介电垫圈882A-882H隔开。如多个箭头892所示，等离子体873贯穿多个DCh 874A和874B中的每个出现。如所示的，多个DCh 874A和874B的一些段位于PCh 872内部，并且多个DCh 874A和874B的一些段位于PCh 872外部。卷靶880向前移动，如箭头898所示。卷靶880完全位于PCh 872内部。如图9B中所示，多个开孔894沿着多个DCh 874A和874B位于PCh 872内部的各段均匀地间隔排开，以使得等离子体873均匀地沉积在卷靶880上。如图9B中还可看出，多个克努森容器蒸发源888和多个电子枪蒸发器890被放置在多个DCh 874A和874B中的相邻DCh之间，以及由多个DCh 874A和874B中每个的矩形形状所形成的开放空间中。一般而言，卷对卷处理等离子体发生系统870B能够用来在卷靶上沉积多层的等离子体。此外，由于多个DCh 874A和874B中的每个都具有独立的进气泄漏阀(未示出)，所以多个DCh 874A和874B中的每个都能够在处理卷靶880时充当独立的站点(station)，使用不同类型的等离子体和等离子体组分。

现在参照图10，其为根据本公开技术另一实施例构造并工作的另一卷对卷处理等离子体发生系统(笼统称为920)的示意图，并以侧视正交视图示出。卷对卷处理等离子体发生系统920包括PCh 922、多个DCh 924和924B、卷靶926、多个热靶器934、多个克努森容器蒸发源940、多个高磁导率磁芯942以及多个导体944。卷对卷处理等离子体发生系统920包括上文本公开技术其他实施例中所示的其他一些元件，这些元件出于明晰目的而被从图10中省略掉。段932示出卷靶926可相当长，并示出卷对卷处理等离子体发生系统920中可存在两个以上的DCh。卷靶926初始缠绕在能够绕轴930旋转的圆柱辊928上。另一圆柱辊(未示出)可放置在PCh 922的另一端(未示出)，以用于在卷靶926经过处理之后接收并卷绕卷靶926。卷靶926沿箭头948的方向移动。随着卷靶926接近多个DCh 924A和924B中的每一个，多个热靶器934加热卷靶926，如多个箭头936所示。多个高磁导率磁芯942以及多个导体944激发多个DCh 924A和924B中的气体(未示出)成为等离子体938。多个DCh 924A和924B中的多个开孔(未示出)朝卷靶926释放等离子体938，如多个线条946所示。等离子体938随后沉积在卷靶926上。多个克努森容器蒸发源940沿着PCh 922放置，以便能够释放各种成分及混合物，这些成分及混合物将撞击在卷靶926的表面上。

如图9A和图9B中本公开技术的实施例所示，多个DCh 924A和924B可代表独立的处理站点，以用于在卷靶926上沉积多层等离子体。如图10所示，多个DCh 924A和924B中的每个都具有类似于分叉回路250(图2B)的形状。要注意的是，图9A、图9B和图10中所示的多个DCh能够具有类似于本公开技术前述实施例中所示DCh的形状，例如DCh 130的矩形回路形状(图1A和图1B)和DCh 214的分叉回路形状(图2A)。对于本领域普通技术人员显而易见的是，其他的DCh形状也是可以的，这只是设计选择上的问题。一般而言，图9A、图9B和图10中所示的多个DCh能够具有任意闭合的对称形状，只要该形状可实现卷靶的通道还可允许来自多个克努森容器蒸发源的各种成分及混合物的沉积。此外，图9A、图9B和图10所示的多个DCh中一给定DCh的形状不必与图9A、图9B和图10所示的多个DCh中另一给定DCh的形状相同。

现在参照图11A、图11B和图11C，其示出另外一些卷对卷处理等离子体发生系统的简化示意图。一般而言，为了显示本公开技术能够使用的DCh的其他一些形状及配置，这些视图经过了极大简化，省略了本公开技术的许多元件。现在参照图11A，其为根据本公开技术又一实施例构造并工作的另一卷对卷处理等离子体发生系统(笼统称为970)的简化示意图，并以透视图示出。如上所述，图11A已经过极大简化，出于明晰目的而省略了本公开技术前文实施例中的许多元件。卷对卷处理等离子体发生系统970包括DCh972、卷靶974以及多个高磁导率磁芯980。平面978代表PCh(未示出)的顶面。平面978下方的元件是在PCh中，而平面978上方的元件，例如多个高磁导率磁芯980，则是在PCh之外。卷靶974沿箭头976的方向移动。等离子体如多个箭头984所示出现在整个DCh 972中。DCh 972中的多个开孔(未示出)使DCh 972中的等离子体得以释放并均匀地沉积在卷靶974上，如多个线条982所示。如所示的，DCh 972具有平行于卷靶974的矩形形状以及垂直于卷靶974并进出PCh的U-型形状。一般而言，DCh 972的形状沿一平面(未示出)对称，以使得等离子体(未标示)均衡地位于整个DCh 972中。多个高磁导率磁芯980在PCh外部围绕DCh 972放置。对于本领域普通技术人员显而易见地，与DCh 972等效的附加DCh可在卷靶974上方沿着PCh接连地排列成行。每一DCh(未示出)随后便表示卷对卷处理等离子体发生系统970中的一个处理站点。

现在参照图11B，其为根据本公开技术另一实施例构造并工作的又一卷对卷处理等离子体发生系统(笼统称为1000)的简化示意图，并以透视图示出。如上所述，图11B已经过极大简化，出于明晰目的而省略了本公开技术前文实施例中的许多元件。卷对卷处理等离子体发生系统1000包括DCh1002、卷靶1004以及多个高磁导率磁芯1010。平面1008代表PCh(未示出)的顶面。平面1008下方的元件是在PCh中，而平面1008上方的元件，例如多个高磁导率磁芯1010，则是在PCh之外。卷靶1004沿箭头1006的方向移动。等离子体如多个箭头1014所示出现在整个DCh 1002中。DCh 1002中的多个开孔(未示出)使DCh 1002中的等离子体得以释放并均匀地沉积在卷靶1004上，如多个线条1012所示。如所示的，DCh 1002具有平行于卷靶1004的大体矩形形状以及垂直于卷靶1004并进出PCh的U-型形状。一般而言，DCh 1002的形状沿一平面(未示出)对称，以使得等离子体(未标示)均衡地位于整个DCh 1002中。与DCh 972(图11A)相比，DCh 1002的形状可简化DCh 1002在PCh中的装配。多个高磁导率磁芯1010在PCh外部围绕DCh 1002放置。对于本领域普通技术人员显而易见地，与DCh 1002等效的附加DCh可在卷靶1004上方沿着PCh接连地排列成行。每一DCh(未示出)随后便表示卷对卷处理等离子体发生系统1000中的一个处理站点。

现在参照图11C，其为根据本公开技术又一实施例构造并工作的另一卷对卷处理等离子体发生系统(笼统称为1030)的简化示意图，并以俯视正交视图示出。如上所述，图11C已经过极大简化，出于明晰目的而省略了本公开技术前文实施例中的许多元件。卷对卷处理等离子体发生系统1030包括PCh 1032、DCh 1034、卷靶1036以及多个高磁导率磁芯1040。卷靶1036沿箭头1038的方向移动。DCh 1034中的多个开孔(未示出)使DCh 1034中的等离子体得以释放并均匀地沉积在卷靶1036上，如多个线条1044所示。如所示的，DCh 1034在四个分支点1046A、1046B、1046C和1046D处分支成两个矩形形状的DCh 1042A和1042B。在该实施例中，能够使用单组高磁导率磁芯(例如图11C中所示的八个磁芯)来在多个矩形形状的DCh中生成等离子体，从而提高了成本效率并减少了卷对卷处理等离子体发生系统1030中的部件。一般而言，DCh 1034的形状沿一平面(未示出)对称，以使得等离子体(未标示)均衡地位于整个DCh 1034中。对于本领域普通技术人员显而易见地，与DCh 1034等效的附加多个DCh可在PCh 1032内部接连地排列成行，随后每一附加DCh(未示出)便表示卷对卷处理等离子体发生系统1030中的一个处理站点。本领域普通技术人员还可显而易见的是，对于将等离子体均匀地释放到待处理卷靶上来说，DCh 1034还有图11A和图11B中所示DCh的许多其他变型都是可能的，并且只是设计选择上的问题。

本领域普通技术人员将可以理解，本公开技术并不限于此处上文已经具体示出和描述的实施例。本公开技术的范围仅由随附的权利要求书来界定。

Claims (21)

1.一种等离子体发生器，包括：

高真空处理室；

变压器型等离子管，与所述高真空处理室耦接；以及

至少一个气体源，与所述变压器型等离子管耦接，用于引入至少一种气体到所述变压器型等离子管中，

所述高真空处理室包括至少一个入口，

所述变压器型等离子管包括：

射频功率源，用于产生交变电力；

多个导体，与所述射频功率源耦接；

闭合回路放电室，用于限制所述至少一种气体；

多个高磁导率磁芯，围绕所述闭合回路放电室的在外部分耦接并与

所述多个导体耦接；

多个开孔，沿所述闭合回路放电室的在内部分设置；以及

至少两个介电垫圈，用于将所述在内部分与所述在外部分耦接，

所述至少一个入口配置为接收所述在内部分，以使得所述在内部分物理地穿入所述高真空处理室，

所述多个导体形成围绕所述多个高磁导率磁芯的初级绕组，

所述闭合回路放电室中的所述至少一种气体形成围绕所述多个高磁导率磁芯的次级绕组，

在所述多个导体被提供有所述交变电力时，所述变压器型等离子管激发所述至少一种气体成为至少一种相应等离子体，以及

所述多个开孔从所述在内部分释放所述至少一种相应等离子体到所述高真空处理室中。

2.根据权利要求1所述的等离子体发生器，还包括：

压力表；

质谱仪；以及

反射高能电子衍射工具。

3.根据权利要求1所述的等离子体发生器，还包括：

运靶机构；

红外线高温计；

膜厚监测仪；

膜沉积控制器；

离子源；以及

椭圆计。

4.根据权利要求1所述的等离子体发生器，所述高真空处理室还包括：

高真空泵，用于将空气泵出所述高真空处理室；

靶，用于由所述至少一种相应等离子体进行喷射；

靶托，用于托住所述靶；

热靶器，用于加热所述靶；

遮板，用于遮盖所述靶；

靶操纵器，用于操纵所述靶；

至少一个克努森容器蒸发源，用于提供来自至少一种成分的蒸气到所述高真空处理室中；以及

电子枪蒸发器，用于提供金属蒸气到所述高真空处理室中。

5.根据权利要求4所述的等离子体发生器，其中所述高真空泵、所述遮板、所述靶操纵器、所述至少一个克努森容器蒸发源以及所述电子枪蒸发器与所述高真空处理室的外部耦接。

6.根据权利要求4所述的等离子体发生器，其中所述靶、所述靶托以及所述热靶器与所述高真空处理室的内部耦接。

7.根据权利要求1所述的等离子体发生器，所述变压器型等离子管还包括：

至少一个连接法兰，与所述在外部分耦接；以及

电容式压力表，与所述在外部分耦接，

其中所述至少一个连接法兰中相应的一个经由所述至少两个介电垫圈中相应的一个与所述至少一个入口中相应的一个耦接。

8.根据权利要求1所述的等离子体发生器，其中所述高真空处理室内的压强大体在10-4至10-10帕斯卡之间。

9.根据权利要求1所述的等离子体发生器，所述变压器型等离子管还包括与射频功率源耦接的阻抗匹配网络。

10.根据权利要求1所述的等离子体发生器，其中所述在外部分是用于生成所述至少一种相应等离子体，且其中所述在内部分是用于释放所述至少一种相应等离子体到所述高真空处理室中。

11.根据权利要求4所述的等离子体发生器，其中所述在内部分配置为围绕所述靶。

12.根据权利要求4所述的等离子体发生器，其中所述在内部分于所述高真空处理室中略微位于所述靶下方。

13.根据权利要求4所述的等离子体发生器，其中所述多个开孔位于距所述靶一距离处，该距离小于所述至少一种相应等离子体的平均自由程距离。

14.根据权利要求4所述的等离子体发生器，其中所述多个开孔沿着所述在内部分对称地围绕所述靶而布置。

15.根据权利要求1所述的等离子体发生器，还包括多个套筒，所述多个套筒中的每一个被插入所述多个开孔中相应的一个开孔中，所述多个套筒中的每一个包括面对所述高真空处理室的喷嘴端。

16.根据权利要求15所述的等离子体发生器，所述喷嘴端包括特定横截面形状。

17.根据权利要求15所述的等离子体发生器，其中所述多个套筒由选自以下所列材料的材料制成，包括：

难熔金属；

陶瓷；

石英玻璃；

热解氮化硼；

以及石墨。

18.根据权利要求1所述的等离子体发生器，所述变压器型等离子管还包括：

进气口泄漏阀；

观察口；以及

磁性环电流表。

19.根据权利要求1所述的等离子体发生器，其中所述在内部分包括至少一个入口管和至少一个出口管，用于使冷却剂在所述在内部分中流通。

20.根据权利要求1所述的等离子体发生器，其中所述在外部分包括至少一个入口管和至少一个出口管，用于使冷却剂在所述在外部分中流通。

21.一种等离子体发生器，包括：

真空处理室；

变压器型等离子管，与所述高真空处理室耦接；以及

至少一个气体源，与所述变压器型等离子管耦接，用于引入至少一种气体到所述变压器型等离子管中，

所述真空处理室包括至少一个入口，

所述变压器型等离子管包括：

射频功率源，用于产生交变电力；

多个导体，与所述射频功率源耦接；

闭合回路放电室，用于限制所述至少一种气体；

多个高磁导率磁芯，围绕所述闭合回路放电室的在外部分耦接并与所述多个导体耦接；

至少一个开孔，沿所述闭合回路放电室的在内部分设置；以及

至少两个介电垫圈，用于将所述在内部分与所述在外部分耦接，同时将所述在内部分与所述在外部分电隔离，

所述至少一个入口配置为接收所述在内部分，以使得所述在内部分物理地穿入所述高真空处理室，

所述多个导体形成围绕所述多个高磁导率磁芯的初级绕组，

所述闭合回路放电室中的所述至少一种气体形成围绕所述多个高磁导率磁芯的次级绕组，

在所述多个导体被提供有所述交变电力时，所述变压器型等离子管激发所述至少一种气体成为至少一种相应等离子体，以及

所述至少一个开孔从所述在内部分释放所述至少一种相应等离子体到所述真空处理室中。

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