TW200833182A - Applicators and cooling systems for a plasma device - Google Patents

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200833182 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體上係關於電漿產生及處理裝備。詳言之，本 發明係關於用於一電漿設備之反應腔及冷卻系統。 【先前技術】 電漿放電可用以解離氣體以產生含有離子、自由基、原 子及分子之活化氣體。活化氣體用於多種工業及科學應 用，包括處理諸如半導體晶圓、粉末及其他氣體之材料: 電漿之參數及電漿暴露於所處理材料之條件視應用而廣泛 變化。 舉例而言，一些應用要求使用具有低動能（例如，幾個 電子伏特）之離子，因為所處理之材料對損傷敏感，或因 為存在對相對於另一材料選擇性蝕刻一材料之要求。諸如 各向異性蝕刻或平面化介電沈積之其他應用要求使用具有 南動能之離子。 一些應用要求將所處理之材料直接暴露於高密度電槳。 此等應用包括離子活化化學反應及將材料蝕刻及沈積為高 縱橫比結構。其他應用要求將所處理之材料與電漿屏蔽， 因為材料對由離子引發之損傷敏感或因為處理具有高選擇 性要求。 電漿可以各種方式產生，包括直流（DC)放電、射頻（RF) 放電及微波放電。DC放電係藉由在氣體中兩個電極之間 施加電位來達成。RF放電係藉由將來自電源之電能電容性 或電感性麵合入電漿來達成。舉例而言，可使用平行板將 125327.doc 200833182 電能電容性輕合入電漿且可使用感應線圈在電聚中誘發電 流。微波放電可藉由將微波能源耦合至含有氣體之放電腔 室來產生。 電水放電可以使传構成電黎之帶電物質及可由電喷活化 之中性物質皆與所處理之材料緊密接觸之方式來產生。或 者，電聚放電可在所處理材料之遠端產生，以便相對少量 帶電物質與所處理之材料接觸，同時中性物質仍可盘轉 觸。此電漿放電通常稱為遠距或順料電聚（“崎刪 plasmamf。視其構造、相對所處理材料之位置，及操作 條件（進人電漿之氣體物f、壓力、流動速率及功率）而 定’電=源可具有此等兩個類型中之—者或兩者的特徵。 現有遇距電聚源通f利用RF或微波能產生電漿^儘管卷 前電漿源成功地支持許多應用，但是關於此等電漿設備： 實際使用仍存在若干侷限性。—個此侷限性存在於電聚反 應腔（亦即，電聚容器）内。舉例而言，電漿反應腔可隨時 間由於使用而變得破損。特定言之，反應性物質可沈積或 ㈣電漿反應腔之壁。歸因於複雜安裝及冷卻配置，當前 設計並不允許反應腔之有效再磨光。另外，當前電漿反應 腔係由經處理之材料製成（例如’形成反應腔内流動路徑 之通道經鑽入或餘刻入起始物質的區塊）。結果，該等通 道通系含有大量表面缺陷’其在電聚產生期間可導致更多 微粒/污染物產生。 此外，一些應用要求使用極度腐蝕性氣體及/或電漿（例 如含F氣體及電漿）。此等應用要求使用由處理起來昂貴 125327.doc 200833182 之材料c諸如藍寶石）製成、可耐受在腐钱性環境下之暴露 而、口構上亚不文損的電漿反應腔。未涉及腐兹性材料之其 他應用可使用由較不昂眚之, 备 ^ 罕乂不吁貝之材枓（诸如，石英）製成的反應 ㉟來^現°當前設計侷限於使用抗腐#、昂貴之反應腔或 不，貝不抗腐蝕之反應腔。結果，使用者需要具有至 少一種用於腐蝕性應用之專屬電漿源。 關於現有遠距電漿源之第二困難為移除電漿中產生且轉 移至電漿容器壁的熱量。此在電漿容器具有複雜形狀且其 由"電材料（對其而吕以大量流體與介電容器接觸直接冷 卻不合乎需要或不切實際）構成時尤其如此。^ _ 冷卻複雜形狀之電漿反應腔之冷卻組件進一步限制破損反 應腔的再磨光或一反庫肿盘_ >r „ 汉應股與不冋材料類型反應腔之可互 換性。 【發明内容】 一般而言’本發明之-態樣特徵在於-種由具有介電内 • 冑表面之複數個成長管形成之電漿裝置。利用電漿裝置中 成長管之優勢中之-者為使得導致電裝系統中微粒產生的 缺陷最小化0亦即，佬用姐丁 >这> 便用I加工之官或通道之電漿裝置通 常沿通道壁具有高缺陷濃度。在雪將芦拉 、 阳，辰沒在電漿^境之影響下，形成 缺陷（及/或在經加工之營P妳本；老田 &已絰表面處理之情形下覆蓋缺陷） 之材料的微粒或塊可脫離從而導致電裝系統之微粒污染。 利用成長管之電衆裝置通常不具有如此高缺陷濃度，且因 此與經歷先前技術之電漿系統相比自管壁發出較少微粒。 本發明之另-紐特徵在於—種電㈣置，其包括具有 125327.doc 200833182 -介電内部表面之複數個大體上線性管、流體連接複數個 大體上線性管中的至少兩者之連接器，及氣體喷射器，其 連接至複數個大體上線性管中之至少—者或連接器^之^ 少一者。 本發明之此態樣可包括以下特徵中之一或多者。大體上 線性管可由諸如藍寶石管、石英管、氧化紀管、說化鎂 管、氧化銘管或前述管之組合之介電管形成。在一些實施 例中’大體上線性管由具有塗佈於内部管表面上之介電薄 膜之金屬管形成。在某些實施例中，電裝裝置可進一步包 括-與連接器中之至少-者流體連接之氣體傳遞琿。複^ 個大體上線性管可包括安置於外部管表面上之紫外線阻斷 溥膜(例如，氧化銘薄膜、氧化釔薄膜、二氧化鈦薄膜、 氟化㈣膜'氧化鎂薄膜、二氧切薄膜、全氟化物薄 膜、錢鍍金屬薄臈、由油漆與諸如二氧化石夕、二氧化欽或 黏土之紫外線阻斷填充物的組合形成之薄膜，或由前述材 科之組合形成的薄膜）。在一些實施例中，連接器由包括 塗佈有介。電材料之内部表面之金屬形成。在其他實施例 ^連接為由介電材料形成。$數個大體上線性管及連接 可經配置以^形士、四 _ 形成裱形容器。在某些實施例中，氣體噴射 器沿複數個大體上線性管中之一者之壁定位。氣體喷射器 :形成為圍繞安置於管壁内之複數個孔之歧管。在其他實 轭例中’ *1體噴射器可相對於連接器中之一者安置

如，安置於i車挺盟A 、 接叩中之一者内或流體耦合至連接器中之一 7 t置亦可包括氣體傳遞埠。氣體傳遞埠可流體 125327.doc 200833182 耦。至連接器t之-者或複數個大體上線性 。 可形成為歧管。在某些實施例中，電漿裝置包 將腐敍性氣體傳遞至電裝裝置中之第二氣體喷射 » -乳體贺射器係定位於氣體傳遞槔附近（亦即，鄰 仏電漿裝置亦可包括安置於複數個大體上線性管中之 連接器中之—者之間的接面處之密封元件，諸如金

鸯之型㈣抗助型環。連接器可接收 :固大體上線性管中之一或多者之末端部分。電漿裝置 /、可。括冷部系統’其包括相對於複數個大體上線性管定 、之政熱片。政熱片可經流體冷卻，諸如藉由流體冷卻之 、P f系統亦可包括定位於散熱片與複數個大體上 線r生吕之間的中間材料，諸如熱轉移材料（例如，軟灌封 材料或熱襯塾)。在一些實施例中，冷卻系統之散熱片包 括由至少一個彈簧負載機構耦合之至少兩個區段。 本發明之此恶樣之優勢中的一者在於歸因於由個別管而 2由T有形成於其中之通道之材料的固體區塊形成，電漿 ，置可易於組態為合適之形狀且可易於經由個別管中之一 或夕者的清潔及/或更換而再磨光。 叙而S，本發明之另一態樣特徵在於一種電漿裝置， 其包括複數個具有介電内部之成長管、氣體喷射器及具有 I電内邻σ[5分的連接器。複數個成長管中之每一者接合至 至少——個其他成長管以形成具有氣體傳遞埠之電漿容器。 氣體噴射器流體連接至電漿容器且連接器流體連接至氣體 傳遞埠。 125327.doc 200833182 本發明之此態樣可包括以下特徵中之一或多者。諸如、少 積腔室之電漿工具可流體附接至連接器。成長管之間的接 合可藉由銅焊、焊接或擴散接合技術形成。複數個成長管 可由石英管形成。氣體喷射器可流體連接至複數個成 +之至少-者。在-些實施例中，氣體噴射器由圍繞安置 於管壁内之複數個孔之歧管形成。在其他實施例中，氣體 喷射器流體連接至氣體流入埠。連接器可由諸如藍寶石或 # 氧化鋁之介電材料形成。氣體傳遞埠可由複數個成長管中 之一者之非接合第一末端及複數個成長管中的另一者之非 接合第二末端界定。非接合第一及第二末端可彼此以優化 流經連接器之氣體流之角度定位。合適角度之實例包括約 度與約18G度之間的角度。對於由三個管形成之容器， 角度可在約1〇度與9〇度之間。對於由四個管形成之容器， 角度可在約10度與90度之間。電漿容器可進一步包括安置 於外部容器表面上之紫外線阻斷薄膜。在一些實施例中， ⑩ Y 7凌置之電漿各器進一步包括冷卻系統，其包括相對於 “ 7 &仏之政熱片。散熱片可包括水冷卻之冷卻板。 -只知例中’散熱片可包括藉由至少一個彈簧負載機 :冓:口之兩個或兩個以上區段。在某些實施例中，冷卻系 I括疋位於散熱片與電漿容器之間的中間材料，諸如熱 轉移材料(例如，軟灌封材料或熱襯墊)。 另 恕樣中，本發明特徵在於一種電漿處理裝置。電 漿處理裝¥ 匕括包含複數個流體連接之具有介電内部表面 之成長管的严 h 衣形容器，包含磁心及圍繞容器一部分之初級 125327.doc -12 - 200833182 、^〇、、且的是壓器，及將電力供應至初級繞組以產生電漿的電 源〇 在另一態樣中，本發明特徵在於一種將氣體提供至由具 有介電内部表面之管形成之電漿容器中的方法。該方法包 括將氣體源連接至歧管’該歧管圍繞且流體耦合至形成於 管中之—者之壁中的複數個孔；及將來自該氣體源之氣體 經由歧管及形成於管中之—者中之壁中的複數個孔傳遞至 電漿容器中。

在另一態樣中，本發明特徵在於一種製造電漿裝置之方 法。該方法包括連接複數個大體上線性管及連接器以形成 環形電漿容器（複數個大體上線性管中之每一者具有介電 内部表面在大體上線性管中之一者之壁内形成流體 埠；及將氣體喷射器附接至流體埠。此態樣之一些實施例 ，徵在於以諸如0型環之密封元件緊固複數個大體上線性 官及連接器。在其他實施例中，該方法特徵在於藉由銅 焊、焊接或擴散接合連接複數個大體上線性管及連接器。 在另一態樣中，本發明特徵在於一種製造電漿裝置之方 法。該方法包括彎曲具有第一末端及第二末端之介電管以 形成電漿容器<-部>;將介電管之第一末端#合至介電 連接器；將介電管之第二末端連接至第二介電管或第二介 電連接器以形成電漿容器。 本發明之此態樣包括以下特徵中之一或多者。在某些· 施例中，將介電管之第一末端接合至介電連接器包括二 焊、焊接或擴散接合。在另-實施例巾，連接包含以至少 125327.doc -13- 200833182 一個密封元件緊固。在一些實施例中，連接包含銅焊、焊 接或擴散接合。 在另一態樣中，本發明特徵在於一種電漿設備，其包括 具有介電内部表面及外部表面之管、具有介電内部部分之 連接器及密封元件。管及連接器經接合以形成重疊部分且 松封元件經定位鄰近該重疊部分且與管之外部表面接觸。

本發明之此態樣之實施例可包括以下特徵中之一或多 者。電漿設備中使用之密封元件包括0型環，且在一些實 加例中包括〇型環與破碎板的組合。在某些實施例中，〇 型環可進一步經扣件壓縮。〇型環可由金屬製成或經金屬 塗佈。在一些實施例中，電漿設備可包括複數個管且複數 個管中之兩者可使用三個密封元件接合至連接器。 【實施方式】 圖1說明先前技術電漿設備10。先前技術電漿設備10包 括氣體源20及環形電漿容器（亦即，反應腔）3〇,其包括由 與AC電源50電連通之至少一個磁心4〇圍繞之電漿通道 32。卩現著來自氣體源2〇之氣體進入電漿容器3〇之通道w， 由電源50供電之磁心40輻射之電感能使氣體離子化以產生 電漿。此電漿接著射出通道32且進入含有待處理之至少一 個工件之電漿處理腔室70。 -般而言’電漿容器30由介電材料或塗佈有介電材料之 金屬材料形成。此等整體電漿容器3〇具有諸如由環形管呈 現之形狀之環形形狀（亦即，迴路形狀）。在某些實施例 中，容器30可具有如圖⑴斤示之矩形環形管形狀或任何 125327.doc •14- 200833182 類型之經修改的環形管形狀，諸如正方形環形管形狀、圓 形壤形官形狀或環狀環形管形狀。容器130内之通道32係 藉由鑽入、蝕刻或機磨形成通道壁之材料來形成。結果， 電漿容益30具有獨特、複雜形狀，其可在整個通道壁35具 有變化之厚度。又，通道壁35歸因於苛刻處理條件而含: 高濃度之表面缺陷(例如’多於約2〇%之通道壁表面面積充 滿缺陷)。此等表面缺陷在電漿處理期間充當用於微粒產 生之不期望之成核位點。舉例而言，如微裂縫之缺陷具有 高於無缺陷或具有最小缺陷之平滑表面的表面能。希望不 受理論束缚，咸信電漿或其他活化物質侵入性蝕刻(亦 即以車又问速率）含有較高表面能之區域。結果’通道壁 ®繞缺陷之微粒或塊脫離’進而將污染物引入電聚系統中 且最終使電聚容器30破裂或失效。為減少微粒脫離量，通 道壁可經預蝕刻、拋光或退火以減少微裂縫以在缺陷上形 成平滑皮膚層。鈇而，羋、、典士 ♦旺“ 、 千β皮膚層奴時間可由電漿蝕刻移 除，且污染物將再次被引入。 亦包括氣體旁通閱6。及旁通氣體管線65以將來幽 軋體源20之氣體之所有 7n a、s > ^ 二口Ρ刀直接引導至處理腔室 。方通軋體管線65可用以沖、、务脾〜 電滎啟始，或改良電变容号财^至或對腔室加壓以輔助 設備H)進-步==電漿之均-性及穩定性。 一般而t，么、人，、一’、水备器30熱連通之冷卻系統8〇。 3〇中形成之:甬“P ;1電體各器3〇，冷卻系統80需要與容器 =成=道壁35緊密'直接連接。若通道壁35未經恰 部則谷器可破裂或崩解，進而致壞環形容器之閉合 125327.doc 200833182 環形、環路性質。實際上，鑽入或形成於容器30内之通道 32之冷卻效率低下且難以執行，尤其考慮到通道壁35的變 化之厚度。結果，操作者由於懼怕使容器30過熱而關於自 電源50可施加至容器3〇之電能量受到限制。 電漿容器 參看圖2，說明根據本發明之一實施例

本發明之電漿容器13 0可用作先前技術電漿容器3 〇之替代 且可用於類似於先前所描述之電漿設備的電漿設備1〇中。 如圖2中所示，電漿容器130包括接合在一起以形成環形容 器之三個大體上線性管132及連接器134。三個大體上線性 管132中之每一者藉由一連接器134流體連接至至少兩個其 他管。電漿容器亦包括允許氣體進入136及流出138電漿容 器13 0之氣流喷射器。根據本發明之氣體噴射器展示於圖 6、圖7A及圖7B中且將在以下部分中描述。 管132為具有厚度大體均勻之壁135之成長管（亦即，未 藉由鑽或蝕刻處理為具有管形狀）。管132及連接器包 括可暴露於電漿之介電内部表面，及與冷卻系統（圖8至圖 11中所示且在以下描述）熱接觸之外部表面。另外，因為 管132未處理為管形狀，所以此等管之内部表面具有最小 濃度之表面缺陷（例如，通道之小於5%表面面積/充滿缺陷 且在-些實施例中，通道壁無缺陷)取，與先前技術 電漿容器相比，具有較低濃度的不期望微粒產生位點此 等管⑽連接器134可完全由介電材料製成，諸如” 石、石英、氧化紀、氟化鎂或氧化銘。在其他實施例;貝 125327.doc -16- 200833182 管132及蜮連接器134可由塗佈介電質之金屬形成，諸如 ”有塗佈g及連接器之内部表面之介電薄膜的銘或不鐘 鋼0 在二實轭例中，且較佳地，在包括完全由半透明介電 材料形成之管132或連接器134之實施例中，管132及/或連 接器34的外。p表面塗佈有紫外線阻斷薄膜以防止自電漿 發出之紫外光傳輸至電漿容器13〇以夕卜。紫外線阻斷薄旗 可由乂下各物中之一或多者形成：介電阻斷—化合物(例 如’乳化銘、氧化紀、二氧化鈦、氣化鎮、氧化鎮及二氧 化石夕）、全敦化合物（例#，伸乙基四氟乙稀）及滅鐘金屬材 料（例如’金、銘聽）。在某些實施例中，紫外線阻斷薄 媒塗覆為包括UV阻斷填充物（諸如，二氧化石夕、二氧化欽 ^黏土）之油漆。一般而言，具有數微米厚度之紫外線阻 斷薄膜將防止紫外光傳輸。在其他實施例中，具有大於或 J於數微米之厚度之紫外線阻斷薄膜亦可用以防止紫外光 傳輸。 將& 132及連接器134與密封元件一起接合以形成防漏結 構八可以來自氣體源20之氣體填充。參看圖3 A及圖 把:電漿容器130包括每連接器134三個密封元件15〇以密 =吕132與連接器134之間的每一接面。密封元件15〇包括 當在兩個表面之間受壓時將變形以填充兩個表面之間的空 隙或間隙進而防止流體洩漏之彈性材料。在某些實施例 中在封元件150包括〇型環152或與破碎板154組合之〇型 袠52螺桿或其他扣件155亦可用以徹底壓縮〇型環及/或 125327.doc •17- 200833182 破碎板以獲得改良之密封。 為限制對密封元件15〇之損害，0型環應由可耐受電漿暴 露之材料製成。結果，在某些實施例中，〇型環由可耐受 有限電漿暴露之金屬（諸如鋁）形成，或經金屬塗佈，例如 塗佈鋁之全氟彈性體0型環。為進一步保護密封元件免受 電漿損害，密封元件150可經定位或安置於鄰近管132與連 接器134之間的接面處且沿管132及連接器134兩者之外部 _ 表面之位置處。參看圖4A至圖4D，說明包括〇型環152及 破碎板154之密封元件150之較佳位置在管132與連接器134 之間的接面附近。 在圖4A中所示之實施例中，管132插入於連接器134内且 密封元件150定位於連接器134位於管132之外部表面上的 末鳊處。密封元件150不僅藉由位於管132及連接器 之外邛表面上而受保護，而且藉由重疊部分i 56受保護。 為使電漿或活化腐蝕性氣體產物與密封元件15〇接觸，電 • 漿7產物必須沿長度I58回填。隨著長度158增加，電漿暴 露之可能性降低。然而，應注意，管132經由管之外部表 面與冷卻系統之直接熱接觸而冷卻。因此，隨著長度158 增加，管！32之外部表面之量減少，其最終影響冷卻及電 裝5又備之效率。 在圖4B中所示之實施例中，連接器134之内部表面之一 部分經移除以錢管132之末端部分。結果，㈣環電漿暴 露之可能性相比於圖4八中所示之實施例進一步減少，而未 降低管m的冷卻。特定言之，電聚/產物為達到密封元件 125327.doc -18- 200833182 150行進之路徑長度相比於圖4A中所示之實施例已增加。 在此實施例中，路徑長度不僅包括長度158，而且亦包括 步進1 6 0。 圖4C及圖4D中所示之實施例藉由包括連接器134之末端 中的凹口部分162相比於圖4A及圖4B中所示實施例之路徑 長度進一步增加路徑長度。管132插入凹口，此產生等於 距離164之路徑長度。藉由包括連接器134中之凹口，電漿 /活化氣體產物為達到密封元件15〇必須行進之路徑長度相 比於圖4A及圖4B中所示的路徑長度增加，然而，保留管 狀外部表面之量用於直接冷卻。結果，〇型環電漿暴露之 可此性進一步降低，而冷卻及設備效率相比於圖4a及圖 4B中所示之實施例得以維持。 在一些實施例中，諸如圖5A至圖5E中所示之實施例， 電漿容器130可包括藉由（例如）銅焊、焊接或擴散接合接合 在一起之兩個或兩個以上管。參看圖5八，展示具有一具有 氣體入口 136及氣體出口 138之正方形環形組態之電漿=器 13〇。管132a及管132b經焊接在一起以形成正方形之一半 且官132c及管I32d經焊接在一起以形成正方形電漿容器 130之另一半。連接器13扣及13朴藉由將管13以與管η。 流體連接且將管132b與管132d流體連接來完成正方形電漿 容器130。如以上所述定位之密封元件用以形成管η]與連 接器134之間的防漏密封。 一般而言，某些材料比其他材料更易於接合在—起（亦 即，接合更十夬’接合更低廉，產生更可靠之接合卜舉例 125327.doc •19· 200833182 而吕，石英比具有較高軟化溫度之藍寶石更易於接合在一 起。 圖5Β说明包括兩個或兩個以上接合之管之另一實施例。 圖5Β中所示之電漿容器13〇具有六邊形環形組態，其具有 氣體輸入136及氣體輸出138。將管132a焊接至管n2b以形 成電漿容器130之第一部分且將管132c焊接至管132d。為 完成谷益130 ’將管132a及132c各自焊接至連接器134a且 將管132b及132d銅焊至連接器132b。因為管13以及132〇及 連接器134a焊接在一起，所以在未使用如以上所述之密封 元件150之情形下形成防漏接頭。 圖5C、圖5D及圖5E說明使用管132與連接器134之焊接 以形成電漿容器130之其他實施例。在圖5C、圖5D及圖5E 中，大體上線性管132在溫度及壓力下彎曲以形成電漿容 器130之一部分。在使管彎曲以具有所要形狀（例如，有角 形狀、曲線或圓形形狀）之後，管經焊接至連接器134以形 成具有氣體輸入136及氣體輸出138之防漏電漿容器130。 在一些實施例中，諸如圖5D中所示之實施例，氣體輸出 138具有比管132之内徑大（寬）之内徑。藉由使氣體輸出ι38 比管132内徑大，可達成更佳之層狀流動性質。另外，藉 由增加内徑亦達成每單位面積中熱量之減少。因此，氣體 輸出138之表面溫度相比於管132降低。 圖5F及圖5G中所示之電漿容器130實施例利用焊接之管 132及連接器134之組合。特定言之，圖5E中所示之電漿容 器130包括焊接在一起以形成三角形形狀電漿容器之一部 I25327.doc -20- 200833182 分的三個管132a、132b及132c。為完成電漿容器，連接器 134藉由密封元件150附接至管132a及132c之非焊接末端以 形成三角形之頂點。連接器134進一步附接至電漿處理腔 室或工具17〇，其中工件暴露於形成於電漿容器13〇内之電 漿。

氣體源20經由氣體輸入136及下文進一步詳細描述之氣 體歧管200連接至電漿容器130。電漿容器之形狀及組態與 電漿氣體參數（例如，流動速率、電漿控制器内之壓力及 溫度）之組合在確定電漿輸出138參數中起作用。亦即，電 漿谷器内電漿之流動將不僅取決於注入電漿容器中之氣體 流，而且亦取決於電漿容器自身的形狀。舉例而言，角 180可具有約1〇度與約180度之間的任何值。針對角°18〇所 選之值將在確定流經部件134之電漿之流動中起作用。在 相同氣體輸入參數之影響下，角180之一些值將產生流經 部件134的層狀有效流動。對於相同氣體輸入參數，角“ο 之其他值將產生流經部件134之擾流低效流動。對於圖汀 中所示之特^組態’約職至約9G度之值提供流經部件 13 4之有效電漿流動條件。 儘管在大部分實施例中，出於簡化設計之㈣，管132 及'接器134將通常由相同材料形成，但在某些實施例 二，官132及134可由不同材料形成。舉例而言，圖π中之 管132可由石英形成，而連接器134可由藍寶石形 ::::二電漿容器130提供電襞容器13〇之頂部部分205 ”而、文4蝕性軋環境之底部部分21〇的焊接容易性。因 125327.doc -21· 200833182 此，具有由石英形成之頂部部分205及由藍寶石形成之底 部部分210的電漿容器130可另外包括安置於連接器134内 用於將氟向下游注入電漿流出138電漿容器13〇之氟氣體噴 射器。 氣流噴射器 為在電漿容器130内形成電漿，電漿氣體必須經由氣體 噴射器200注入電漿容器130中。在某些實施例中，諸如圖 5A至圖5B中所展示之實施例，氣體噴射器安置於連接器 中之一者（例如，連接器134a)中。亦即，來自氣體源2〇之 氣體經由連接器134中之一者進入電漿容器13〇中。參看圖 6,安置於連接器134中之氣體噴射器2〇〇經組態以在氣體 進入容器時使其形成漩渦。隨著氣體流經氣體噴射器 200，其流動改變以產生漩渦模式，該模式使得一旦進入 電漿容器則更易於引發為電漿。圖6中所示之氣體噴射器 200可插入凸緣氣體入口開口，諸如圖5B中所示之連接器 134a中之凸緣開口。 在其他實施例中，諸如圖7A至圖π中所說明之實施 例，氣體喷射器200沿形成電漿容器13〇之管132中之一者 定位。特定έ之，經由氣體入口 136與氣體源2〇流體連通 之氣體喷射器200包括圍繞安置於管m之壁η;内的複數 個孔225之氣體歧管220。為在氣體歧管220與管132之間產 生防漏密封，使若干（例如，兩個、三個、四個、五個或 六個）密封元件15〇在管132與氣體歧管22〇之間受壓變形。 在某些實施例中，可使用多個氣體噴射器2〇〇。舉例而 125327.doc -22- 200833182 δ ’第一流動喷射器可用以給電漿容器13〇提供用以產生 電聚之氣體’第二氣體噴射器可經提供以自第一氣體噴射 益下游添加含有一或多種腐蝕性物質之氣體（諸如氟或 CHF3氣體）’且第三氣體噴射器可經提供以將形成於電漿 谷器130内的電漿傳輸至電漿腔室17〇中。 冷卻系統 為提供穩定、可再生、高能電漿，電漿容器必須經均勻 冷卻以避免局部加熱及所得損傷。本文中所描述之電漿容 器130可在兩個散熱片3〇〇(例如，冷卻板）之間冷卻，如圖 8A及圖8B中所示。（圖8A及圖8B說明散熱片300之相同透 視圖，然而頂部冷卻板之部分在圖8A中經移除以暴露電漿 谷斋130之定位。）散熱片300極接近電漿容器130且可由在 内埋式笞3 02中之循環流體直接冷卻，且/或經由與另一散 熱片之熱接觸傳導式冷卻，或經由散熱片3〇〇上方及下方 流動之空氣冷卻。 散熱片可由多個剛性區段形成。或者，散熱片可由採納 電漿容器形狀之多個柔性區段形成。柔性散熱片可包括熱 轉移材料（諸如，可自 cleveland，〇HiThermag〇n，inc•購 得之Τ-ρΠ 220)及一些灌封材料（諸如，可自Cant〇n，ma之 Emerson及Cummings，Inc購得之8加如5954，或可自 Midland，MI之 Dow Corning，Inc•購得之3_6655)。在某些實 ^ Μ中’政熱片由剛性區段與柔區段之組合形成。舉例 而=在某些實施例中，熱襯墊或灌封材料可定位於電漿 谷器130與冷部板之間。柔性熱轉移材料變形為電漿容器 125327.doc -23- 200833182 130及冷部板之形狀，進而提供電漿容器與散熱片300之間 的更佳熱接觸。如圖8B中所示，散熱片300可包括形成散 熱片300之二個區段之間的介電裂口 3〇4(例如，小間隙）。 圖9為與包括冷卻板3〇5及熱轉移材料31〇之散熱片3〇〇熱接 觸之電漿容器130的橫截面視圖。 參看圖10，散熱片3〇〇可進一步包括施壓以維持散熱片 300與電漿容器13〇之間的熱接觸之彈簧負載機構）。。彈 貝負載機構3 15可為在兩個表面之間施加壓縮力之任何類 型之彈簧或扣件，諸如螺桿、夾持件或彈簧。 除應用於電漿容器13 0下方及上方之散熱片3〇〇之外，在 某些實施例（參看圖11)中，額外之散熱片35〇圍繞用以電感 性賦能電漿容器内的電漿之肥粒鐵變壓器355。包括變壓 器355之此等散熱片350經定位以經由中心或“環形開口，，環 繞電漿容器之管。在其他實施例中，諸如圖12中所示之實 施例，變壓器360係藉由與冷卻板3〇5之熱接觸來冷卻。 電漿容器及設備之製造 電漿容器130由連接在一起以形成環形電漿容器之複數 個成長管132及經機器加工之連接器134形成。如先前所描 述，管132及連接器具有介電内部表面且在一些實施例 中，僅由介電材料製成。 為將管132及連接器134接合，將管之末端插入連接器 134内經機器加工之開口中。管之末端及連接器之開口經 類似地設定尺寸以便產生緊密配合或接頭。接頭係藉由將 密封元件（例如，具有破碎板之〇型環）定位於管之外部表 125327.doc -24- 200833182 面上之接頭附近或藉由使用_ ^ 從用銅~、焊接或擴散接合技術接 合該接頭來緊固及密封以防止茂漏。一般而言，密封元件 為可拆換的。結果，以密封分放分 山封凡件岔封之接頭可在使用之後 拆開以更換管m或連接器134中之—或多者。以銅焊、焊 接或擴散接合技術密封之接頭為不允許更換電漿設備内單 一管132或連接器134之永久密封。

在將管及連接器密封在一起之後，將一或多個氣體喷射 益附接至電㈣備。將第_氣體噴射器謂連接至氣體入 口 136’ #又連接至氣體源。此氣體喷射器定位於連接器 m中之-者内或沿管132中之一者的長度定位。用以將電 水奋器130内產生之電漿傳輸至處理腔室17〇之第二氣體喷 射器定位於第一氣體喷射器的下游。在某些實施例中，用 以注入氟或另一腐蝕性氣體物質之第三氣體喷射器在第一 氣體噴射器之下游，但在第二氣體噴射器的上游之位置附 接至電漿容器。 為形成完整電漿設備，將包括複數個管及附接之連接器 之電漿容器夾於兩個散熱片之間。舉例而言，在一實施例 中，將可變形之發泡體基灌封材料（諸如可自canton，MA 之 Emerson 及 CummingS，Inc•購得 2Stycast 5954 或可自 Midland，MI 之 Dow Corning，lne.購得之 3_6655)注入至冷卻 板305之表面上，進而產生可變形層31〇。電漿容器接 著定位於可變形層310之頂部。接著將第二灌封材料層31〇 噴塗於第二冷卻板之表面上。第二冷卻板3〇5定位於電漿 容器130之頂部以便容器與第一及第二可變形層31〇中之至 125327.doc -25- 200833182 少一者直接接觸且容器所有側面均被其圍繞，如圖9中所 示。彈簧負載機構315接著如圖1〇中所示緊固於第一與第 二冷卻板305之間以將冷卻板及可變形層主動壓向電聚容 器。 由第一及第二冷卻板305及第一及第二可變形層310圍繞 之電聚谷^§ 130接者連接至氣體源20及處理腔室170。將包 括磁心及至少一個繞組之變壓器插入環形電槳容器之環形 開口中且圍繞電漿容器130之至少一個管132包覆以完成電 漿設備10。 如以上所裝配，電漿容器可用以處理樣本。舉例而言， 定位於處理腔室17 0内之固持件中之矽晶圓可經由使用電 漿谷器130中產生且經由氣體輸出138傳輸至處理腔室17〇 中之電漿選擇性蝕刻。 在處理樣本之後，電裝容器130可變得破損或可具有塗 佈介電内部表面之物質沈積物。為再磨光電漿容器，將其 中容納電漿容器之冷卻板斷開以不圍繞電漿設備丨〇。移除 彈黃負載機構315，進而釋放冷卻板3〇5、可變形層31〇及 電漿谷器130之主動壓縮。將冷卻板3〇5及鄰近可變形層 310中之一者移除以暴露電漿容器130。 視破損或沈積物之程度而定，可將整個電漿容器13〇或 電漿容器130之一部分清潔或更換。舉例而言，若圖2中所 示之電漿谷器之管132中的僅一個或兩個受損，則操作者 可選擇僅更換受損之管132。為移除管132，首先將密封元 件150鬆開且移除以允許連接器自管132之末端脫離。連接 125327.doc -26- 200833182 器可在提供新管以更換受損或已使用管丨3 2之前以酸或界 面活性劑清潔。除清潔連接器之外，附接至管或連接器之 氣體噴射器220亦可經清潔或更換。 在一些實施例中，尤其在包括焊接在一起之管之實施例 中，可將非焊接型連接器脫離且清潔或更換。在某些情形 下，操作者可決定，以新容器更換整個電漿容器為最有效 的0

在再磨光包括氣體噴射器之電漿容器之所有或一部分之 後，操作者可重新使用冷卻板及可變形層以圍繞新的或經 再磨光之電漿容器。—般而言，可變形層具有足以接受已 使用電漿容器與新的或經再磨光之容器 差異之順應性，尤其在由«負載機龍料。結果戈^ 效及局效冷卻即使在電漿容器再磨光或更換之後仍可得以 維持。由冷卻板及可變形層圍繞之電漿容器可接著重新附 接至電漿設備且如以上所描述加以操作。 雖然已參考料#_特定展減描述本發κ曰 此項技術者應瞭解，在未悖 … 牡木Γ子離申凊專利範圍界定之本發明 之精神及範疇之情形下，可進行形^ > 進仃形式及細卽之各種變化。 舉例而吕’雖然圖5E中所示之電赞 电水谷已在一實施例φ j+a 述為包括連接至單— 能由遠接〇 個石英管，但有可 4夕個k寳石冑接器之 英焊接管製造電漿 W㈣上石 、击# w ^ 在具有四個石英管及單一 β寶石

連接器之^财，兩個未 J 角度可具有約1〇度至約18〇声（、早錢狀間的 又之值，且較佳具有約10度至 I25327.doc -27 - 200833182 約90度之值。 【圖式簡單說明】 圖1為說明包括先前技術電漿容器之電漿設備之方塊 圖0 圖2為根據本發明之一實施例之電漿容器的透視圖。 圖3 A為圖1之電漿容器之一部分的橫截面視圖。 圖3B為圖1之電漿容器之一部分的正視圖。

圖4A至圖4D為用以形成電漿容器之管與連接器之間的 界面之橫截面視圖。 圖5 A至圖5 G為根據本發明之電漿容器之不同實施例的 說明。 圖6為根據本發明之一實施例之氣體噴射器的透視圖。 圖7A至圖7B說明㈣本發明《另一實施例的氣體喷射 器。 圖8A及圖8B δ兒明圍繞根據本發明之一實施例之電漿容 器的散熱片。 圖9為根據本發明$ $ ^ , 乃之另一實施例由散熱片圍繞的電漿容 器之橫截面視圖。 圖10為根據本發明之另 ^ . Θ之另一實施例由散熱片圍繞的電漿容 器之橫截面視圖。 圖11為展不根據本發明 ^月之一實施例由散熱片及變壓器圍 繞的電漿容器之透視圖。 圖12為根據本發明$ <另一實施例由散熱片及變壓器圍繞 的電漿容器之暴露之部分視圖。 125327.doc •28- 200833182 【主要元件符號說明】

10 先前技術電漿設備 20 氣體源 30 環形電漿容器 32 通道 35 通道壁 40 磁心 50 電源 60 氣體旁通閥 65 旁通氣體管線 70 電漿處理腔室 80 冷卻系統 130 電漿容器 132 大體上線性管 132a 管 132b 管 132c 管 132d 管 134 連接器 134a 連接器 134b 連接器 135 壁 136 氣體入口 138 氣體出口 -29- I25327.doc 200833182 150 密封元件 152 0型環 154 破碎板 155 扣件 156 重疊部分 158 長度 160 步進 164 距離 170 電漿處理腔室或工具 180 角 200 氣體喷射器 205 頂部部分 210 底部部分 220 氣體歧管 225 孔 300 散熱片 302 内埋式管 304 介電裂口 SO 5 冷卻板 310 熱轉移材料/可變形層 315 彈簧負載機構 355 肥粒鐵變壓器 360 變壓器 125327.doc • 30 -

Claims (1)

1. 200833182 十、申請專利範圍： 1 · 一種電漿裝置，其包含： 複數個大體上線性管，其具有一介電内部表面； 連接器，其流體連接該複數個大體上線性管中之至少 兩者；及 一氣體噴射器，其連接至該複數個大體上線性管中之 至少一者或該等連接器中之至少一者。 2·如請求項丨之電漿裝置，其中該等大體上線性管包含介 電管。 3.如請求項2之電漿裝置，其中該等介電管係選自由藍寶 欣石奂管、氧化紀管、氟化鎂管、氧化鋁管或其缸 合組成之群。 /… 5. I如明求項1之電漿裝置，其中該等大體上線性管包含具 有』塗佈於一内部管表面上之介電薄膜之金屬管。 如凊求項1之電漿裝置，其進一步包含·· % i、《體傳遞埠，其流體連接至該等大體上線性管中之 6. 至少—者或該等連接器中之至少一者。 括一 j員1之電漿裝置，其中該複數個大體上線性管包 7如社^置於—外部官表面上之紫外線阻斷薄膜。 由該紫外線阻斷薄膜係選自 化石夕、心、-乳化鈦、氟化鎂、氧化鎖、二氣 &如請求Γ化合物1鍍金屬材料及其組合組成之群。 成，复項1之電讓裝置，其中該等連接器由一 、包括—塗佈一介電材料之内部表面。 形 125327.doc 200833182 9.如請求項1之電漿裝置，其中該等連接器由一介電材料 形成。 1 0·如請求項1之電漿裝置，其中該複數個大體上線性管及 連接器形成一環形容器。 ^ 1 1 ·如請求項1之電漿裝置，其中該氣體噴射器沿該複數個 ^ 大體上線性管中之一者之一壁定位。 12·如請求項U之電漿裝置，其中該氣體噴射器包含一圍繞 • 安置於—管壁内之複數個孔之歧管。 13·如請求項1之電漿裝置，其中該氣體噴射器相對於該等 連接器中之一者定位。 14·如請求項13之電漿裝置，其中該氣體喷射器包含一與該 等連接器中之一者流體連通之歧管。 15·如請求項5之電漿裝置，其中該氣體傳遞埠沿該複數個 大體上線性管中之一者之一壁定位。 月求項15之電漿裝置’其中該氣體傳遞埠包含一圍繞 φ 安置於—管壁内之複數個孔之歧管。 17·如請求項1之電漿裝置，其中該氣體傳遞璋相對於該等 連接器中之一者定位。 18·如請求項17之電漿裝置，其中該氣體傳遞埠包含一與該 ，等連接器中之一者流體連通之歧管。 19·如請求項5之電漿裝置，其進一步包含一用於將一腐蝕 性氣體傳遞至該電漿裝置中之第二氣體喷射器，該第二 氣體噴射器係與該氣體傳遞埠相鄰。 2〇·如明求項1之電漿裝置，其進一步包含安置於一位於該 125327.doc 200833182 複數個大體上線性管中之一者與該等連接器中之一 間的接合處之密封元件。 之 I如請求項20之電漿裝置，其中該等密封元件為 金屬塗佈且係選自由徑向〇型環及抗壓〇型環組成之群-1如請求項！之電漿裝置，其中該等連接器中之每 收該複數個大體上線性管中之一或多者的一末端部分接 23. 如凊求項!之電漿裝置’其進一步包含_包括 該複數個大體上線性管定位之散熱片之冷卻系统。、 24. 如請求項23之電漿裝置，其中 之冷卻板。 ’、、、片包括-流體冷卻 25. ::求項23之電漿裝置，其中—中間材料定 片與該複數個大體上線性管之間。 狀…、 26. 如請求項25之電漿裝置，其中該 材料。 門材枓包含-熱轉移 27·如請求項23之電漿裝置，其中該散熱 個彈簧負載機構耦合之至少兩個區段。匕糟由至少一 28· —種電漿裝置，其包含： 複數個成長官，其具有一介電内部， 每一者接合至具有一介電内部之至少：專成長管中之 形成-具有-氣體傳遞埠之電聚容l自其他成長管以 一氣體噴射器，其流體連接至該電毀容器. 一連接器’其具有一介電内部部八 ° 接至該氣體傳遞埠。 〃’該連接器流體連 29.如請求項28之電漿裝置，其進一步包八· 125327.doc 200833182 一電漿工具輸出埠，其流體連接至該連接器。 30·如請求項28之電漿裝置，其中該等成長管之間的接合係 藉由銅焊、焊接或擴散接合技術形成。 31·如請求項28之電漿裝置，其中該複數個成長管包含石英 管。 、 32·如請求項28之電漿裝置，其中該氣體噴射器係流體連接 至該複數個成長管中之至少一者。 33_如請求項32之電漿裝置，其中該氣體噴射器包含一圍繞 安置於一管壁内之複數個孔之歧管。 34·如请求項28之電漿裝置，其中該氣體噴射器係流體連接 至一氣體流入埠。 35·如請求項28之電漿裝置，其中該連接器包含一藍寶石或 氧化鋁連接器。 36. 如請求項28之電漿裝置，其中該氣體傳遞埠係由該複數 個成長管中一者之一非接合第一末端及該複數個成長管 中另一者之一非接合第二末端界定。 37. 如請求項36之電漿裝置，其中該非接合第一末端及該非 接合第二末端彼此以一優化流經該連接器之氣流之角度 定位。 38. 如請求項37之電漿裝置，其中該角度在約ι〇度與約18〇 度之間。 39·如請求項38之電漿裝置，其中該容器由三個管形成且該 角度在約1〇度與90度之間。 40.如明求項38之電漿裝置，其中該容器由四個管形成且該 125327.doc 200833182 角度在約10度與90度之間。

   如請求項28之電襞裝置，其中 吻电漿容器包括 外部谷器表面上之紫外線阻斷薄膜。 41. 42·如請求項28之電漿裝置， 該電漿容器提供之散熱片 43·如請求項42之電漿裝置， 冷卻板。 44·如請求項42之電漿裝置， 片與該電漿容器之間。 45·如請求項44之電漿裝置， 材料。 一安置於 其進一步舍人 匕3 一包括一相對於 之冷卻系統。 其中該散^包括—水冷卻之 ’、中中間材料定位於該散熱 其中該中間材料包含—熱轉移

   认如請求項42之電裝裝置，其中該散熱片包括由至少 彈黃負載機構耦合之至少兩個區段。 〇· —種電漿處理裝置，其包含： 一個 %<形谷$ ’其包含複數個流體連接之具有—介電内 部表面之成長管； 一變壓器，1白人 1 _ 、 ，、匕3 一磁心及一圍繞該容器之一部分之 初級繞組；及 48. 一電源，其將Φ ω 士 、、％力供應至該初級繞組以在該容器 生一電漿。 種再磨光如請求項1之電漿裝置之方法，該方 含： 中產 法包 清潔連接器及氣 49.如請求項48之方法 體噴射器。 ，其進一步包含： 125327.doc 200833182 更換複數個大體上線性管中之至少一者。 50. —種再磨光如請求項28之電漿裝置之 二 含： 凌，该方法包 清潔氣體噴射器及連接器。 5 1 ·如請求項50之方法，其進一步包含： 更換由複數個接合管形成之電漿容器。 52. —種再磨光如請求項27之電漿裝置之方法， 人· Μ乃凌包

   清潔氣體噴射器。 53·如請求項52之方法，其進一步包含： 更換由複數個接合管及連接器形成之電漿容器 54·種將乱體提供至一由具有一介電内部表面之管形成之 電漿容器之方法，該方法包含·· 將一氣體源連接至一歧管，該歧管圍繞且流體耦合至 形成於該等管中之-者之一壁中的複數個孔；及 將來自該氣體源之該氣體經由該歧管及形成於該等管 中之一者中的該壁中之該複數個孔傳遞至該電漿容器 中0 55. —種製造一電漿裝置之方法，該方法包含： 連接複數個大體上線性管及連接器以形成/環形電漿 容器，該複數個大體上線性管中之每一者具有一介電内 部表面； 在該等大體上線性管中之一者之一壁内形成一流體 埠；及 125327.doc 200833182 ”體贺射器附接至該流體埠。 56.如請求項以+士 ^ 、方法’其中連接複數個大體上線性管及連 接器包令^ η ^ s Λ费封元件緊固該複數個大體上線性管及連接 器。 57. 如請求項55夕ne 、 <方法，其中連接複數個大體上線性管及連 接器包含鋼焊、焊接或擴散接合。 58. 一種製造—電«置之方法，該方法包含： 彎曲一ja ^ M卜

   有一弟一末端及一第二末端之介電管以形成 一電漿容器之一部分； 將忒介電管之該第一末端接合至一介電連接器； 一將4介電管之該第二末端連接至一第二介電管或一第 一 ’丨電連接器以形成該電漿容器。 人明求項58之方法’其中接合包含料、焊接或擴散接

   6〇·如請求項59之方法緊固。 61·如請求項60之方法 合0 其中連接包含以至少一個密封元件 其中連接包含料、焊接或擴散接 62. 一種電漿設備，其包含： 外部表面； :及 經接合以形成一重 部分定位且與該管 一官’其具有一介電内部表面及一 連接斋，其具有一介電内部部分 一密封元件，其中該管及該連接器 疊部分且該密封元件係相鄰於該重疊 之該外部表面接觸。 125327.doc 200833182 63. 如請求項62之電漿設備，其中該密封元件包括一 0型 環。 64. 如請求項63之電漿設備，其中該密封元件進一步包括一 破碎板。 65. 如請求項63之電漿設備，其中該密封元件進一步包括一 扣件，其經定位以壓縮該0型環。 66. 如請求項63之電漿設備，其中該Ο型環係由一金屬製成 或經金屬塗佈。 67. 如請求項62之電漿設備，其進一步包含複數個管。 68. 如請求項67之電漿設備，其中該複數個管中之兩者使用 三個密封元件接合至該連接器。

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