CN105746000A

CN105746000A - 采用具有可移除接口的电介质导管组件的等离子体生成源以及相关的组件和方法

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Publication number: CN105746000A
Application number: CN201480062870.XA
Authority: CN
Inventors: S·T·吴; C·李; H·达奥; R·C·科特里尔
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2013-11-18
Filing date: 2014-10-27
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2034-10-27
Also published as: TWI654909B; CN105746000B; US20150137681A1; US9155184B2; WO2015073198A1; JP2017503307A; KR20160087875A; JP6595989B2; TW201521521A

Abstract

公开了采用具有可移除接口的电介质导管组件的等离子体生成源以及相关组件和方法。所述等离子体生成源(PGS)包含具有多个内部表面的封闭主体，所述内部表面形成内部腔室，所述内部腔室具有输入端口和输出端口以分别接收用于生成等离子体的前体气体以及排放所述等离子体。电介质导管组件可引导气体和等离子体远离可能生成粒子的内部表面。电介质导管组件包含第一和第二交叉导管段。电介质管组件进一步包含平行的导管段，所述平行的导管段从第二交叉导管段延伸至远端，所述远端无间隙地且可移除地与所述第一交叉导管段的第一交叉导管接口对准。以此方式，可容易地保养所述电介质导管组件，并且所述电介质导管组件减少离子生成并保持粒子生成远离所述输出端口。

Description

采用具有可移除接口的电介质导管组件的等离子体生成源以及相关的组件和方法

背景

技术领域

本发明的实施例总体上关于用于对基板的等离子体处理的方法和装置，且更具体地关于用于蚀刻基板的方法与装置。

背景技术

在等离子体生成源内生成的等离子体可接触生成粒子的内部表面，所述离子可能污染半导体结构的薄层。消除粒子的一种方式为以电介质材料导管(例如，石英衬垫)配衬，所述电介质材料导管相对地不具有粒子生成表面。常规意义上而言，周期性地替换衬垫，并且替换衬垫典型地需要邻接的区段之间的间隙或缺失的区段以准许插入与移除这些衬垫。

图1A和图1B分别是如本领域中所知的采用可替换石英衬垫12的示例性等离子体生成系统10的剖面图与特写剖面图。例如，等离子体生成系统10可以是用于稍后在图8中描绘的腔室上的快速O远程等离子体源(Rapid-ORemotePlasmaSource)。石英衬垫12可设置在封闭组件14内，所述封闭组件14包括封闭主体16，所述封闭主体16具有形成封闭通道20的至少一个内部封闭表面18。封闭通道20包含输入通道22以接收至少一种前体气体24，并且包括输出通道26以排放由前体气体24生成的等离子体28。可在闭通道20的供能通道段30A、30B中，从前体气体24中生成等离子体28。供能通道段30A、30B分别接近能量源32A、32B，所述能量源32A、32B将能量添加给供能通道段30A、30B内的前体气体24并产生等离子体28。

封闭通道20包含其他段。前体气体24从输入通道22、经由封闭通道20的输入通道段34而行进至产生等离子体28的供能通道段30A、30B。在供能通道段30A、30B产生的等离子体28经由输出通道段36而被递送至输出通道26。以此方式，封闭通道20的供能通道段30A、30B可连续地操作以通过输出通道26来供应等离子体28。

可由等离子体28生成粒子，所述等离子体28接触封闭主体16的内部封闭表面18。为了使粒子生成最小化，将石英衬垫12置于封闭通道20内以引导等离子体28远离在供能通道段30A、30B和输出通道段36处的内部封闭表面18的部分。在输入通道段34的内部封闭表面18不具有石英衬垫12，因为衬垫段的移除将要求衬垫之间的小间隙，并且内部封闭表面18的侵蚀将在这些小间隙处加速。

为了更好地保护供能通道段30A、30B与输出通道段36，石英衬垫12可形成为包括供能器衬垫段38A、38B的一体式主体，所述供能器衬垫段38A、38B连接至交叉段40以便容易地安装到封闭主体16中。供能器衬垫段38A、38B可滑动到供能通道段30A、30B中，并且与封闭主体16的定位器套管42A、42B对接，所述定位套管42A、42B将石英衬垫12定位在封闭通道20内。石英衬垫12的供能器通道段30A、30B定位成仅常规地从输出通道段36延伸至几乎到达输入通道段34的远端44A、44B。远程44A、44B可包含成角度的表面46A、46B以更好地将至少一种前体气体24从输入通道段34引导到供能器通道段30A、30B中。以此方式，可从封闭通道20安装并移除适应衬垫12，以便通过允许对石英衬垫12的高效的安装和解除安装来提供容易的维护，并且提供等离子体28的连续供应。

然而，尽管在石英衬垫12的多个段之间不存在小间隙，但是已发现等离子体28在一些情况下攻击接近或靠近定位器套管42A、42B的内部封闭表面18的所选择的部分48A、48B，从而造成粒子50(图1B)。粒子50可能落到供能器衬垫段38A、38B中，随后，在供能器衬垫段38A、38B中，这些粒子可能进一步行进至输出通道26，从而导致输出通道26下游的导致缺陷的污染物。图1C是定位器套管42B的部分48B的顶部透视图，而图2是可从所述部分48B中生成的、具有两百(200)纳米的宽度的示例性粒子50。所需要的用于保护内部封闭表面18免受等离子体28的更好的方式。装置和/或方法应当提供维护简易性，并且减小粒子50被生成的可能性。装置和/或方法也应当减小从等离子体生成系统10中生成粒子50中的任何粒子离开等离子体的可能性。

一种方式为利用一个一体式不可移除的衬垫来保护输入通道段34、供能器通道段30A、30B以及输出通道段36。以此方式，等离子体生成系统10的拥有者将需要在这个一体式不可移除的衬垫不再能够使用时替换等离子体生成系统10。在多数情况下，这种方式过于昂贵。因此，还需要的是用于允许对等离子体生成系统10的维护与相关联的拆解的可负担的方式。

发明内容

本文中公开的实施例包含在可移除衬垫组件之间不流间隙的等离子体生成源以及相关的组件和方法，所述等离子体源采用具有可移除接口的电介质导管组件。等离子体生成源(PGS)包含具有内部表面的封闭主体，所述内部表面形成具有输入端口与输出端口的内部腔室，以便分别接收用于生成等离子体的前体气体以及排放所述等离子体。电介质导管组件可引导气体与等离子体远离可能生成粒子的内部表面。电介质导管组件包含第一和第二交叉导管段。所述电介质导管组件进一步包含等离子体生成发生的平行的导管段。所述平行的导管段从所述第二交叉导管段延伸至远端，所述远端可移除地与所述第一交叉导管段的第一交叉导管接口对准。以此方式，容易地保养所述电介质导管组件，并且所述电介质导管组件减少离子生成并保持粒子生成远离所述输出端口。

在一个实施例中公开了等离子体生成源。所述等离子体生成源包含封闭组件，所述封闭组件包含封闭主体，所述封闭主体具有多个内部表面，所述封闭主体形成内部腔室、输入端口和输出端口，所述输入端口用于接收至少一种前体气体，所述输出端口用于排放等离子体。所述等离子体生成源包含设置在所述内部腔室内的电介质导管组件。所述电介质导管组件包含第一交叉导管段，所述第一交叉导管段封闭与所述输入端口连通的第一通道。所述电介质导管组件也包含第二交叉导管段，所述第二交叉导管段封闭与所述输出端口连通的第二通道。所述电介质导管组件也包含平行的导管段，所述平行的导管段与所述第二交叉导管段是一体式的且延伸至远端。所述多个平行的导管段封闭在其中从所述前体气体中生成等离子体的内部空间。所述内部空间与所述第二通道连通。所述第一交叉导管段进一步包括多个第一交叉导管对准接口，以便可移除地将所述第一导管段与所述多个平行的导管段对准，从而在所述电介质导管组件中无间隙地将所述第一通道放置为与所述内部空间连通。以此方式，通过允许高效的组装和拆卸以及减少生成污染离子的机会，电介质导管组件可以是易于保养的。

在另一个实施例中公开了将电介质导管组件安装到远程等离子体源中的方法。所述方法可包含以下步骤：提供远程等离子体源的封闭主体。所述封闭主体可由内部腔室、输入端口和输出端口形成。所述方法也可包含以下步骤：提供电介质导管组件。所述电介质导管组件可包含第一交叉导管段，所述第一交叉导管段封闭第一通道。所述电介质导管组件也可包含第二交叉导管段，所述第二交叉导管段封闭第二通道。所述电介质导管组件可进一步包含至少两个平行的导管段，所述至少两个平行的导管段与所述第二交叉导管段整合且延伸至远端。每一个平行的导管段都可封闭与所述第二通道连通的内部空间。所述第一交叉导管段可具有至少两个开口，以便在所述电介质导管组件中无间隙地接收所述平行的导管段的所述远端。以此方式，所述电介质导管组件可安装在所述封闭主体内，并且提供低污染等离子体。

将在以下具体实施方式中陈述附加的特征和优点，并且这些附加的特征和优点部分地通过说明书而对本领域技术人员显而易见，或通过实践本文中所述的实施例(包括后文的具体实施方式、权利要求书以及所附附图)被认识到。

应理解到，前述总体描述与以下具体实施方式两者都呈现实施例，并且旨在提供用于理解本公开的本质与特性的概览和框架。附图被包含以提供进一步的理解，并且附图被合并到说明书中并构成此说明书的部分。这些附图示出各种实施例，并且附图连同说明书一起用于解释所公开的概念的原理和操作。

附图说明

因此，为了可详细地理解本发明的上述特征的方式，可通过参照实施例来进行对上文中简要概述的本发明的实施例的更特定的描述，在所附附图中示出实施例中的一些。然而应注意到，所附附图仅示出此发明的典型实施例，并且因此不应被认定为限制本发明的范围，因为本发明可承认其他等效的实施例。

图1A和图1B分别是如本领域中所示的、采用常规的石英衬垫的常规的示例性等离子体生成系统的剖面图与特写剖面图，封闭组件包括内部封闭表面，所述内部封闭表面形成(多个)封闭通道，所述(多个)封闭通道将至少一种前体气体递送至所述石英衬垫中；

图1C是如本领域中所知的、图1A的常规的等离子体生成系统的封闭通道的部分的顶部透视部分特写图，所述等离子体生成系统引导至多个平行的通道中的一者，所述封闭通道的部分具有设置在所述封闭通道的部分上的侵蚀区域；

图2是如本领域中所知的、当在暴露于前体气体和/或等离子体之后形成侵蚀区域期间，从图1A的内部封闭表面生成的示例性亚微米粒子；

图3A至3D分别是等离子体生成源的示例性实施例之前侧图、左侧剖面图、顶部透视剖面图以及特写左侧剖面图，所述等离子体生成源包含示例性电介质导管组件，所述电介质导管组件包括第一交叉导管段，所述第一交叉导管段包含多个第一交叉导管接口以将所述第一交叉导管段与多个平行的导管段对准，从而减少在所述等离子体生成源内的粒子的生成，同时允许容易地安装并解除安装所述电介质导管组件，从而易于维护；

图4A至图4I分别是图3B的电介质导管组件的透视图、左侧图、前侧图、背侧图、背部剖面图、顶侧图、底侧图、右侧剖面图以及右侧分解图，所述电介质导管组件包括第一交叉导管段、多个平行的导管段以及第二交叉导管段，以便提供维护的简单性并减少远程等离子体源内的粒子生成；

图5是促进易于维护方面的、用于将该电介质导管组件安装到远程等离子体源的封闭主体中的示例性方法的流程图；

图6是图3B的等离子体生成系统的分解左侧剖面图，此图描绘将电介质导管组件安装到组件的封闭主体中，示出电介质导管组件的易于维护的一个方面的，所述电介质导管组件包含可移除插塞，所述可移除插塞可从封闭主体的输入端口移除以便能够将第一交叉导管段安装到封闭主体中或解除安装第一交叉导管段；

图7是示出可移除输出插塞的图6的封闭主体的底视图，所述可移除输出插塞可从封闭主体的输出端口是可移除的以允许安装和移除第二交叉导管段以及多个平行的导管段以及第二导管段；

图8是示例性蚀刻系统的示意图，所述蚀刻系统包含图3B中描绘的等离子体生成源以及示例性反应器，所述反应器描绘所述等离子体生成系统的一个示例性安装；

图9A是具有O₂/N₂等离子体组成的灰化率(ashrate)对腔室压力的过程图，此图示出图3B中描绘的远程等离子体源的改善的灰化率与由图1A的常规的等离子体源提供的结果的比较；

图9B是具有O₂/N₂等离子体组成的均匀性对腔室压力的过程图，此图示出在图3B中描绘的远程等离子体源的改善的均匀性与由图1A的常规的等离子体源提供的结果的比较；

图10A时具有H₂O等离子体组成的灰化率对腔室压力的过程图，此图示出在图3B中描绘的远程等离子体源的改善的灰化率与由图1A的常规的等离子体源提供的结果的比较；

图10B时具有H₂O等离子体组成的均匀性对腔室压力的过程图，此图示出在图3B中描绘的远程等离子体源的改善的均匀性与由图1A的常规的等离子体源提供的结果的比较；

图11A和图11B是过程图，这些过程图描绘分别使用656纳米波长和777纳米波长的、经过点燃(I)、钝化(II)、第一剥除(III)和第二剥除(IV)的阶段的光学发射光谱(OES)强度结果随时间的变化。

图12至图14是过程图，这些过程图描绘分别在钝化阶段、第一剥除阶段和第二剥除阶段器件产生的等离子体的OES发射光谱，这些过程图示出OES发射峰，这些发射峰指示，由采用导管组件的图3B的远程等离子体源产生的等离子体提供的可能的污染似乎比由图1A的常规的远程等离子体源提供的OES发射光谱峰包含更少的污染。

具体实施方式

现在将详细地参考实施例，在附图中示出实施例中的示例，在附图中示出一些而非全部实施例。实际上，这些概念可能以许多不同的形式来具体化，并且不应在本文中被解释为是限制性的；相反，提供这些实施例，使得本公开将满足适用的法律要求。在可能的情况下，将使用相同的参考符号来指示相同的部件或零件。

本文中公开的实施例包含等离子体生成源以及相关的组件和方法，所述等离子体生成源采用具有可移除接口的电介质导管组件。所述等离子体生成源(PGS)包含封闭主体，所述封闭主体具有内部表面，所述封闭主体形成内部腔室，所述内部腔室具有输入端口和输出端口以分别接收用于生成等离子体的前体气体以及排放所述等离子体。电介质导管组件可引导气体与等离子体远离可能生成粒子的内部表面。电介质导管组件包含第一和第二交叉导管段。所述电介质导管组件进一步包含其中等离子体生成发生的平行的导管段。所述平行的导管段与所述第二交叉导管段整合且延伸至远端，所述远端在电介质导管组件中无间隙地、可移除地与所述第一交叉导管段的第一交叉导管接口对准。以此方式，容易地保养所述电介质导管组件，并且所述电介质导管组件减少粒子生成并保持粒子生成远离所述输出端口。

图3A和3B分别是远程等离子体源200的示例性实施例的前侧图与左侧剖面图，所述远程等离子体源200用于从至少一种前体气体204中生成等离子体202。远程等离子体源200包含示例性电介质导管组件206，所述电介质导管组件可容易地无间隙地组装在衬垫段之间，并且可容易地从远程等离子体源200中拆解以进行维护。关于本公开的组织，将首先参考图3A至图3D来讨论远程等离子体源200以描绘电介质导管组件206在远程等离子体源200内的操作。随后，将相对于图4A至图4I来讨论电介质组件206的细节。将相对于图5至图7来讨论组装和拆解电介质导管组件206的方法。接着，参照图8来探讨作为反应器300的部分的远程等离子体源200的示例性安装。最后，参照图9A至图14来讨论具有远程等离子体源200的反应器300的性能结果。

注意，为了清晰的目的，图3A和图3B的远程等离子体源200在以下意义上可与图1A和图1B的常规的等离子体生成系统10在功能上类似：前体气体204可转换成等离子体202，随后可排放所述等离子体。注意，可容易地观察到关于远程等离子体源200的电介质导管组件206的许多区别。然而，为了透彻的目的，本文中提供对远程等离子体源200的不同的特征的完整讨论。

继续参考图3A和图3B，远程等离子体源200包含封闭组件210，所述封闭组件210包含具有多个内部表面214的封闭主体212，所述内部表面214形成内部腔室216。封闭主体212提供内部腔室216，在所述内部腔室216中，至少一种前体气体204可被转换成等离子体202。由于等离子体202的高能量已及使导致污染的粒子50最小化的期望，封闭主体212可包括高强度材料，所述高强度材料呈现对高温度和粒子的生成的耐受性，例如，不锈钢或铝。以此方式，当能量218被添加给封闭主体212内的前体气体204以生成等离子体202时，所生成的等离子体202可安全地容纳在封闭主体212内，同时使粒子的生成最小化。

封闭主体212也包含输入端口220以接收前体气体204。输入端口220是进入封闭主体212的受控的通道，并且可与气体供应设备(未示出)对接以从气源(未示出)递送前体气体204，所述气源例如为气体面板。前体气体204可包含一种或更多种组成物，例如，氧气(O₂)、氮气(N₂)、水蒸气(H₂O)、氨气(NH₃)、含氟气体、氦气，等等。一旦前体气体204已行进通过输入端口220且进入内部腔室216，前体气体204就可用于接收能量以被转换成等离子体202。

继续参考图3A和图3B，封闭主体212也包含输出端口222以排放等离子体202。输出端口222是引导至内部腔室216的外部的不同的受控通道，并且可与消耗等离子体的设备对接，例如，作为反应器300的部分(稍后在图8中讨论)。由于高能量以及可由前体气体204生成的各种类型的等离子体202的腐蚀可能性，输出端口222必须安全地允许等离子体202在没有粒子的情况下离开内部腔室216，所述粒子可能潜在地污染下游工件(例如，暴露至等离子体202的硅晶片。

如先前简要地所述，通过将能量添加给内部腔室216内的前体气体204而在内部腔室216内生成等离子体202。一个或更多个能量源224(A)、224(B)可用于将能量218添加给前体气体204以产生等离子体202。能量源224(A)、224(B)可接近和/或环绕包含前体气体204的内部腔室216的一个或更多个供能部分226(A)、226(B)。以此方式，可更容易地将能量转移至前体气体204以在供能部分226(A)、226(B)中产生等离子体202。在图3A至图3D中示出的示例性实施例中，两个能量源224(A)、224(B)可以是铁氧体芯(ferritecore)，所述铁氧体芯经配置以提供能量218，所述能量218可以是例如射频(RF)能量。

为了具有生成许多类型的等离子体202(包括可能对于封闭主体212的内部表面214是高度腐蚀性的那些等离子体)的灵活性，，远程等离子体源200也包含电介质导管组件206。电介质导管组件206设置在内部腔室216内，并且可引导前体气体204脱离与封闭主体212的内部表面214的接触。电介质导管组件206可包括具有高温耐受性和电介质特性的至少一种材料，例如石英和/或氧化钇，这些材料高度耐受各种类型的等离子体202的腐蚀效应。

电介质导管组件206可通过与封闭主体212的内部表面214对接而定位在封闭主体212内。电介质导管组件206可通过与内部表面214产生支座(abutment)228而定位。封闭主体212的内部表面214可包含一个或更多个定位套管230(A)、230(B)，在所述定位套管中也贡献内部表面214的部分，在所述部分上电介质导管组件206可形成支座228。如果内部表面214尤其是在室温与操作温度之间的热循环期间过于紧密地紧靠电介质导管组件206，则电介质导管组件206可能易于受损，例如，破裂。相应地，内部表面214的至少一个表面215可不具有带有电介质导管组件206的支座228以提供附加的空隙，从而允许电介质导管组件206在内部主体212内更容易自对准，并且在操作期间防止对电介质导管组件206的损害。

继续参考图3A和图3B，电介质导管组件206包括第一交叉导管段232和第二交叉导管段234，所述第二交叉导管段具有两个一体式且平行的导管段236(A)、236(B)。通过使电介质导管组件206包括多个可移除段，可更容易地在封闭主体212内解除安装和重新安装电介质导管组件206，从而允许方便的保养且同时为内部表面214提供免受等离子体202与前体气体204的附加的保护。实际上，在操作期间，作为暴露于等离子体202和前体气体204的结果，远程等离子体源200以及封闭主体212的内部表面214可能经受腐蚀和/或污染。以此方式，电介质导管组件206的包含多个段的部分将由于腐蚀和/或污染问题而不再处于可使用的状态，并且可被替换或者以其他方式变得可高效地保养，同时可重新使用不需要大幅维修的一个或多个不同的段。

既然已介绍了封闭主体212内的电介质导管组件206的总的整体操作，将依序讨论电介质导管组件206的多个段中的每一个的贡献。

第一交叉导管段232可设置在封闭主体212的内部腔室216内，并且第一交叉导管段232封闭与输入端口220连通的第一通道238。第一交叉导管段232可包含形成第一通道238的第一内表面240。以此方式，第一交叉导管段232可经配置以设置在前体气体204与封闭主体212的内部表面214之间，并且引导前体气体204远离内部表面214。第一交叉导管段232可与多个平行的导管段236(A)、236(B)连通，在所述平行的导管段处，前体气体204可暴露于能量218以生成等离子体202。在介绍了电介质导管组件206的其他段之后，稍后将参照图3C和图3D讨论在平行的导管段236(A)、236(B)与第一交叉导管段232之间的接口的细节。

继续参考图3A和图3B，第二交叉导管段234也可设置在封闭主体212的内部腔室216内，并且第二交叉导管段234封闭与输出端口222连通的第二通道242。注意，第二交叉导管段234可包含输出孔口221，所述输出孔口221允许等离子体202从第二通道242至输出端口222的通路。第二交叉导管段234可包含形成第二通道242的第二内表面244。以此方式，第二交叉导管段234可经配置以设置在等离子体202与封闭主体212的内部表面214之间，并且引导等离子体202远离内部表面214。第二交叉导管段234可与多个平行的导管段236(A)、236(B)连通，在所述平行的导管段处可生成等离子体202。

多个平行的导管段236(A)、236(B)可设置在封闭主体212的内部腔室216内，并且平行的导管段236(A)、236(B)封闭内部空间246(A)、246(B)，所述内部空间246(A)、246(B)与第一通道238和第二通道242两者连通。平行的导管段236(A)、236(B)可从第二交叉导管段234分别延伸至远端245(A)、245(B)，以便在可移除接口247(A)、247(B)处从第一交叉导管段232的第一通道238接收前体气体204。第一交叉导管段232包括至少两个开口243(A)、243(B)以用于可移除地接收平行的导管段236(A)、236(B)的远端245(A)、245(B)。相比之下，平行的导管段236(A)、236(B)可与第二交叉导管段234整合，以便当等离子体202离开平行的导管段236(A)、236(B)的内部空间246(A)、246(B)而进入第二交叉导管段234的第二通道242时更好地将等离子体202与内部表面214隔离。具有与第二交叉导管段234整合的平行的导管段236(A)、236(B)的另一个优点在于，考虑到远程等离子体源200的一些竖直的定向，在定位套管230(A)、230(B)与平行的导管段236(A)、236(B)之间生成的粒子50较不可能进入第二通道242。以此方式，内部空间246(A)、246(B)可接受来自第一通道238的前体气体204，并且将在内部空间246(A)、246(B)内生成的等离子体202转移至第二通道242。

此外，平行的导管段236(A)、236(B)可包含形成内部空间246(A)、246(B)的第三内表面248(A)、248(B)。以此方式，内部空间246(A)、246(B)可经配置以设置在等离子体202与封闭主体212的内部表面214之间，并且引导等离子体202远离内部表面214。注意，图3B中所示的示例性实施例描绘数量为两个(2)的平行的导管段236(A)、236(B)，但是在其他实施例(未显示)中，多于两个(2)也是可能的。

图3C和图3D描绘用于促进电介质导管组件206在封闭主体212内的容易的组装和拆解的电介质导管组件206的可移除接口247(A)、247(B)。在这方面，第一交叉导管段232进一步包括分别形成第一交叉导管段232的多个开口243(A)、243(B)的多个第一表面249(A)、249(B)。多个第一表面249(A)、249(B)中的每一个都包括平行于或基本上平行于第一交叉导管段232的纵轴A₁的两个第一共平面表面250A、250B。以此方式，两个第一共平面表面250A、250B可经配置以形成可移除接口。

平行的导管段236(A)、236(B)的远端245(A)、245(B)可用于支撑第一交叉导管段232并形成可移除接口。具体而言，可由多个次表面252(A)、252(B)形成平行的导管段236(A)、236(B)的远端245(A)、245(B)中的每一个。次表面252(A)、252(B)中的每一个都包括两个次级共平面的表面254A、254B，所述次级共平面的表面成角度至每一个平行的导管段236(A)、236(B)的相应一个纵轴A₃(A)、A₃(B)。以此方式，可使用两个次级共平面的表面254A、254B来紧靠第一交叉导管段232的两个第一共平面的表面250A、250B，以便支撑第一交叉导管段232。

此外，继续参考图3C和图3D，平行的导管段236(A)、236(B)中的次表面252(A)、252(B)中的每一个可经定位以避免阻碍前体气体204流动至平行的导管段236(A)、236(B)的内部空间256(A)、246(B)。在这方面，平行的导管段236(A)、236(B)的远端245(A)、245(B)中的每一个的次表面252(A)、252(B)可进一步包括连接两个次级共平面的表面254A、254B(也参见图4I)的两个轮廓内侧表面256A、256B。这两个轮廓内侧表面256A、256B可设置以在两个次级共平面的表面254A、254B支撑两个第一共平面表面250A、250B时遵循第一交叉导管段232的第一内表面240的形状。所述形状可以是例如圆柱。以此方式，前体气体在第一交叉导管段232的第一通道238中的流动可免于阻碍。

此外，第一交叉导管段232的每一个第一表面249(A)、249(B)可经定位以减少内部表面214暴露至可能损伤内部表面214并生成粒子50的等离子体202和/或前体气体204。在这方面，第一表面249(A)、249(B)中的每一个都进一步包括两个第一内侧表面258(A)、258(B)。这两个第一内侧表面258(A)、258(B)中的每一个都可连接两个第一共平面表面250A、250B的端部，并且经设置以便在两个次级共平面的表面254A、254B支撑两个第一共平面表面250A、250B时遵循平行的导管段236(A)、236(B)中的相应的一者的外部表面260(A)、260(B)的形状。间隙262(A)、262(B)可形成在两个第一内侧表面258A、258B之间，并且外部表面260(A)、260(B可在高达例如五百(500)微米的范围内。以此方式，第一交叉导管段232的每一个第一表面249(A)、249(B)可经定位以减少内部表面214暴露至可能损伤封闭主体212的内部表面214并生成粒子50的等离子体202和/或前体气体204。也应注意，如果以竖直的定向形成间隙262(A)、262(B)，则重力将进一步减少在封闭主体212的内部表面214处生成的粒子50穿过间隙262(A)、262(B)而向上行进以进入内部空间246(A)、246(B)并造成污染的可能性。

既然电介质导管组件206已相关于远程等离子体源200的功能性介绍了电介质导管组件206，现在将提供电介质导管组件206的细节。在这方面，图4A至图4I分别为图3B的电介质导管组件的透视图、左侧图、前侧图、背侧图、背部剖面图、顶侧图、底侧图、侧面剖面图以及分解图，所述电介质导管组件包括第一交叉导管段232、平行的导管段236(A)、236(B)以及第二交叉导管段234。

第一交叉导管段232可包括具有均匀或基本上均匀厚度的柱状形状。以此方式，可沿第一交叉导管段232的纵轴A₁将此第一交叉导管段232滑动至封闭主体212中(见图6)。第一交叉导管段件232可沿此第一交叉导管段232的纵轴A₁而从第一侧264延伸至第二侧266。第一侧264可包含开口268以允许前体气体204从封闭主体212的输入端口220进入第一通道238。第二侧266可封闭以促进前体气体204流动至平行的导管段236(A)、236(B)的内部空间246(A)、246(B)并引导前体气体204和/或等离子体202远离封闭主体212的内部表面214。

继续参考图4A至图4I，平行的导管段236(A)、236(B)可与第一交叉导管段232对接，使得平行的导管段236(A)、236(B)的纵轴A₃(A)、A₃(B)可分别与第一交叉导管段232的纵轴A₁正交或基本上正交，如图4I中的θ₃所描绘。以此方式，使平行的导管段236(A)、236(B)之间的空间270最大化以高效地容纳能量源224(A)、224(B)(图3B)。

参考图4I，注意，可通过分别改变在开口243(A)、243(B)处、第一交叉导管段232与与平行的导管段236(A)、236(B)的远端245(A)、245(B)的角度关系来调整间隙262(A)、262(B)。在这方面，当安装电介质导管组件206时，分别定位第一交叉导管段232的分别两个第一内侧表面258A、258B的角度θ₁和θ₂可以是例如距纵轴A₃(A)、A₃(B)四十五(45)度。此外，分别衡量平行的导管段236(A)、236(B)的两个轮廓内侧表面256A、256B的角度θ₄和角度θ₅可以是例如距纵轴A₃(A)、A₃(B)一百三十五(135)度。以此方式，可使间隙262(A)、262(B)最小化，并且可更好地保护封闭主体212的内部表面214免受前体气体204和/或等离子体202。

既然已讨论了电介质导管组件206的细节，现在将讨论用于将电介质导管组件206安装至远程等离子体源200的封闭主体212中的示例性方法272。在这方面，图5是示例性方法272的流程图，并且将使用上文中相对于图6至图7讨论的术语来讨论。

在这方面，方法272可包含以下步骤：提供封闭主体212，所述封闭主体212形成内部腔室216、输入端口220和输出端口222(图5的操作274A)。方法272也可包含以下步骤：提供电介质导管组件206(图5的操作274B)。电介质执导管组件206可包含封闭第一通道238的第一交叉导管段232。电介质导管组件206也可包含封闭第二通道242的第二交叉导管段234。电介质导管组件206也可包含从第二交叉导管段234延伸至远端245(A)、245(B)的至少两个平行的导管段236(A)、236(B)。分别封闭内部空间246(A)、246(B)的平行的导管段236(A)、236(B)可经配置以与第二通道242连通。第一交叉导管段232可包含开口243(A)、243(B)以用于接收平行的导管段236(A)、236(B)的远端245(A)、245(B)。以此方式，可准备封闭主体212以进行电介质导管组件206安装。

为了保护封闭主体212免受前体气体204和/或从此封闭主体212中的前体气体204中生成的等离子体202，电介质导管组件206可设置在封闭主体212中。方法272也可包含以下步骤：通过输入端口220而将电介质导管组件206的第一交叉导管段232插入到封闭主体212的内部腔室216中(图5的操作274C)。方法272也可包含以下步骤：通过输出端口222而将第二交叉导管段234以及平行的导管段236(A)、236(B)插入到内部腔室216中(图5的操作274D)。方法272也可包含以下步骤：在第一交叉导管段232的开口243(A)、243(B)中接收平行的导管段236(A)、236(B)的远端245(A)、245(B)(图5的操作274E)。一旦电介质导管组件206被安装在封闭主体212内，就可通过输入端口220来接收可移除输入插塞276。可移除输入插塞276可包含输入通道278以用于引导前体气体204通过输入端口220。输入端口220可包含尺度Di，所述尺度Di允许穿过此输入端口插入和移除第一交叉导管段232。也应注意，可通过输出端口222来接收可移除输出插塞280。可移除输出插塞280可包含输出通道282以用于引导等离子体202通过输出端口222。输出端口222可包含尺度Do，所述尺度Do允许穿过所述输出端口插入和移除第二交叉导管段234与平行的导管段236(A)、236(B)。可使用可移除输出插塞280(图6和图7)来支撑电介质导管组件206和/或更好地密封封闭主体212。以此方式，可将电介质导管组件206安装到远程等离子体源200的封闭主体212中，并且封闭主体212可经配置以接收前体气体204并排放等离子体202。

既然已介绍了用于将电介质导管组件206安装到远程等离子体源200的封闭主体212中的示例性方法272，图8描绘远程等离子体源200被用作示例性反应器300的部分。可在远程等离子体源200中，从前体气体204中生成等离子体202，所述前体气体204从气源301通过输入端口202而被递送至远程等离子体源200。在远程等离子体源200中生成的等离子体202流过输出端口222而进入出口管302，所述出口管302引导至气体分布集气室304中以便稍后引入到处理腔室305中。基板支座306可用于支撑工件(未示出)，所述工件可暴露于等离子体202。以此方式，采用电介质导管组件206的远程等离子体源200可用作反应器300的部分。

既然已将采用电介质导管组件206的远程等离子体源200介绍为反应器300的部分，图9A至图14描绘性能比较结果。这些结果基于暴露于反应器300内的等离子体的工件，并且由采用电介质导管组件206的图3C的远程等离子体源200或采用常规的石英衬垫12的图1A的常规的等离子体生成系统10供应。

图9A是灰化率(ashrate)对于腔室压力的过程图，此过程图描绘当替代地安装为使用O₂/N₂等离子体的图7的反应器的部分时，相比常规的等离子体生成系统10的灰化率的、远程等离子体源200的改善的灰化率。使用采用电介质导管组件206的远程等离子体源200的灰化率结果400比常规的等离子体生成系统10的可比较的灰化率结果402好百分之二十(20)至三十(30)。此外，图9B显示出相比常规的石英衬垫12的较大的均匀性误差结果406，使用采用电介质导管组件206的远程等离子体源200的均匀性误差404改善大约百分的二(2)至百分的四(4)。相应地，虽然采用电介质导管组件206的远程等离子体源200可能具有减少粒子50生成的主要目的，但也具有关于当使用O₂/N₂等离子体时改善灰化率和均匀性的可测量的次要益处。

图10A是灰化率对于腔室压力的过程图，此过程图描绘当替代地安装为使用H₂O等离子体的图7的反应器的部分时，相比常规的等离子体生成系统10的灰化率的、远程等离子体源200的改善的灰化率。使用采用电介质导管组件206的远程等离子体源200的灰化率结果408比常规的石英衬垫12的可比较的灰化率结果410好百分之十五(15)至二十(20)。此外，图10B显示，相比由常规的石英衬垫12提供的均匀性误差结果414，均匀性误差对于使用采用电介质导管组件206的远程等离子体源200的均匀性结果412对于一些数据点是类似的和/或改善的。相应地，虽然采用电介质导管组件206的远程等离子体源200可能具有减少粒子50生成的主要目的，但是也具有关于当使用H₂O等离子体时改善灰化率和均匀性的可测量的次要益处。

图11A和图11B示出分别使用656纳米波长和777纳米波长的、通过点燃(I)、钝化(II)、第一剥除(III)和第二剥除(IV)阶段的光学发射光谱(OES)强度随时间的结果。光学发射光谱是研究等离子体202内的原子、离子和分子的非侵入性方式。此途径可提供关于特性的信息，所述特性例如，物质密度、碰撞效应、物质的能量分布、等离子体成分之间的电荷转移以及电场和磁场。在这种情况下，所描绘的低强度的值作为对不具有污染物(诸如，粒子50)的等离子体的衡量是理想的。由采用电介质导管组件206的远程等离子体源200提供的这些阶段的OES强度结果418、422至少与由常规的石英衬垫12提供的OES强度结果416、420一样理想。

图12至图14是分别描绘在钝化阶段、第一剥除阶段以及第二剥除阶段期间产生的等离子体的OES发射光谱的过程图。OES发射光谱分析可用于更好地理解该等离子体的组成。在这种情况下，低强度值作为对不具有污染物(例如，粒子50)的等离子体的衡量是理想的。针对由采用电介质导管组件206的远程等离子体源200分别产生的等离子体202测量的OES发射光谱峰426A、426B、424C、424D、430A、430B、430C和434相比由常规的石英衬垫12提供的OES发射光谱峰424A、424B、424C、424D、428A、428B、428C、432一样好或更好。以此方式，由采用电介质导管组件206的远程等离子体源200产生的等离子体202似乎生成更少的污染物(诸如，粒子50)。

如本领域技术人员可轻易地意识到，未描述各种常规的部件以使人能够更好地理解本发明。此外，根据为本领域普通技术人员公知的多种方法中的任何一种方法来提供各种组装指导以实现对部件的安装，以便进行生成以及进行维修。

将由实施例所涉及领域内的技术人员想到，未在本文中陈述的许多修改和其他实施例具有在上述说明书和相关联的附图中呈现的教导的益处。将理解到，说明书和权利要求书不旨在限于所公开的特定实施例，并且修改和其他实施例旨在被包含在所附权利要求书的范围内。加入实施例的修改和变型落在所附权利要求书及其等效方案的范围内，则实施例旨在涵盖实施例的这些修改和变型。虽然在本文采用了特定的术语，但是仅以通用的描述性含义使用这些术语，并且这些术语不用于限制目的。

虽然上文涉及本发明的实施例，但是可设计本发明的其他和进一步的实施例而不背离本发明的基本范围，并且本发明的范围由所附权利要求书来确定。

Claims

1.一种等离子体生成系统，所述等离子体生成系统包括：

封闭主体，所述封闭主体形成内部腔室、输入端口和输出端口；以及

电介质导管组件，所述电介质导管组件设置在所述内部腔室中，所述电介质导管组件包括；

第一交叉导管段，所述第一交叉导管段封闭与所述输入端口相邻的第一通道；

第二交叉导管段，所述第二交叉导管段封闭与所述输出端口相邻的第二通道；以及

至少两个平行的导管段，所述至少两个平行的导管段从所述第二交叉导管段延伸至远端，每一个平行的导管段都封闭与所述第二通道连通的内部空间，其中所述第一交叉导管段具有至少两个开口以接收所述平行的导管段的所述远端。

2.如权利要求1所述的等离子体生成系统，其中所述第一交叉导管段、所述第二交叉导管段以及所述至少两个平行的导管段包括包含石英的材料，并且其中所述封闭主体由包括铝的材料形成。

3.如权利要求1所述的等离子体生成系统，其中所述封闭主体的所述输入端口接收可移除输入插塞，所述可移除输入插塞包含传递所述前体气体的通道，所述输入端口包含允许穿过所述输入端口插入和移除所述第一交叉导管段的尺度。

4.如权利要求1所述的等离子体生成系统，其中所述第一交叉导管段的宽度与所述至少两个平行的导管段的每一个宽度是相同的尺寸或基本上相同的尺寸。

5.如权利要求1所述的等离子体生成系统，其中所述第一交叉导管段的所述至少两个开口中的每一者都由多个第一表面形成，所述多个表面包括两个第一共平面表面，所述第一共平面表面成角度至所述第一交叉导管段的纵轴。

6.如权利要求5所述的等离子体生成系统，

其中所述平行的导管段的所述远端中的每一个远端都由多个次表面形成，所述多个次表面包括两个互补的共平面表面，所述两个互补的共平面表面成角度至所述至少两个平行的导管段的纵轴，并且

其中所述两个互补的共平面表面经配置以支撑所述两个第一共平面表面。

7.如权利要求6所述的等离子体生成系统，其中所述平行的导管段的所述远端中的每一个远端的所述多个次表面进一步包括两个轮廓内侧表面，所述两个轮廓内侧表面连接所述两个互补的共平面表面，所述两个轮廓内侧表面经设置以便当所述两个互补的共平面表面支撑所述两个第一共平面表面时遵循所述第一交叉导管段的内表面的形状。

8.如权利要求6所述的等离子体生成系统，

其中所述多个第一表面进一步包括两个第一内侧表面，所述两个第一内侧表面连接所述两个第一共平面表面的端部且经设置以便当所述两个互补的共平面表面支撑所述两个第一共平面表面时遵循所述至少两个平行的导管段中的相应的一个的外部表面的形状，并且

其中所述至少两个平行的导管段中的所述相应的一个的外部表面的形状与所述至少两个平行的导管段中的所述相应的一个的纵轴是同心或基本上同心的。

9.如权利要求7所述的等离子体生成系统，

其中所述第一交叉导管段的内表面的形状与所述第一交叉导管段的纵轴是同心或基本上同心的，并且

其中所述两个第一内侧表面中的每一个都设置在相应的至少两个平行的导管段的外表面的互补的形状中。

10.如权利要求6所述的等离子体生成系统，其中当所述两个互补的共平面表面支撑所述两个第一共平面表面时，所述平行的导管段的纵轴与所述第一交叉导管段的纵轴正交或基本上正交。

11.如权利要求6所述的等离子体生成系统，其中当所述两个互补的共平面表面支撑所述两个第一共平面表面时，所述平行的导管段的纵轴与所述第一交叉导管段的纵轴正交或基本上正交。

12.如权利要求1所述的等离子体生成系统，其中当由所述第一交叉导管段的所述至少两个开口接收所述至少两个平行的导管段的所述远端时，限制所述第一交叉导管段沿所述第一交叉导管段的纵轴平行地移动。

13.一种将电介质导管组件安装到远程等离子体源中的方法，所述方法包括以下步骤：

提供所述远程等离子体源的封闭主体，所述封闭主体形成内部腔室、输入端口和输出端口；以及

提供所述电介质导管组件，所述电介质导管组件包括：

第一交叉导管段，所述第一交叉导管段封闭第一通道；

第二交叉导管段，所述第二交叉导管段封闭第二通道；以及

至少两个平行的导管段，所述至少两个平行的导管段从所述第二交叉导管段延伸至远端，每一个平行的导管段都封闭与所述第二通道连通的内部空间，

其中所述第一交叉导管段具有至少两个开口以接收所述平行的导管段的所述远端。

14.如权利要求13所述的方法，所述方法进一步包括以下步骤：通过所述输入端口而将所述电介质导管组件的所述第一交叉导管段插入到所述封闭主体的所述内部腔室中。

15.如权利要求13所述的方法，所述方法进一步包括以下步骤：

通过所述输出端口而将所述第二交叉导管段以及将所述至少两个平行的导管段插入到所述内部腔室中；以及

在所述第一交叉导管段的所述至少两个开口中接收所述平行的导管段的所述远端。