TW202232573A

TW202232573A - 用於生成等離子體的ｈｔｃｃ天線

Info

Publication number: TW202232573A
Application number: TW110146551A
Authority: TW
Inventors: 肖恩布里格林; 麥可佛勒羅; 約翰威利; 馬里奧韋德
Original assignee: 美商英福康公司
Priority date: 2020-12-11
Filing date: 2021-12-13
Publication date: 2022-08-16
Also published as: IL303568A; KR20230116819A; WO2022125745A1; US20240047178A1; EP4260049A1; CN117377872A

Abstract

一種用於生成等離子體的等離子體生成設備包括支撐物，所述支撐物具有第一側和相對的第二側。所述支撐物由陶瓷基體組成，並且裂環導體被嵌入所述陶瓷基體中。氣密密封的通孔從所述裂環導體延伸到所述支撐物的第二側，並連接到電源。在所述支撐物的第二側上形成接地平面。鄰近所述支撐物的第一側而生成等離子體，並且所述支撐物密封到所述室的壁，使得所述第一側暴露於所述室內部的所述一種或多種氣體，並且所述第二側與所述等離子體和所述室內部的所述一種或多種氣體隔離。

Description

用於生成等離子體的ＨＴＣＣ天線

相關申請的交叉引用本申請要求2020年12月11日提交的美國臨時專利申請No. 63/124,401的權益和優先權，該美國臨時專利申請的全文通過引用併入本文。本發明總體上涉及用於點火和維持等離子體的電氣天線的領域，且具體涉及下述領域：其中，電氣天線是利用用於光譜分析的等離子體發射以確定氣體混合物的性質的氣體感測器的部件。

半導體處理工具要求超潔淨晶片處理室，該超潔淨晶片處理室保持對在晶片處理期間使用或產生的許多氣體的嚴密控制。對處理工具的操作來說重要的是準確地測量這些工藝氣體的組成。工藝氣體的準確測量有助於優化工藝配方，且還提供端點控制。確保超潔淨晶片處理時的另一因素是快速檢測和定位半導體處理工具中的洩漏。另外，在週期性保持之後表徵諸如水或碳氫化合物污染物之類的背景也是重要的，以便保持產品產量和品質。許多半導體工具使用等離子體以促進沉積和蝕刻處理。例如，等離子體對於大多數濺射沉積工藝而言是必要的，且還在等離子體增強原子層沉積、等離子體輔助化學氣相沉積和大多數蝕刻工藝中起作用。有時通過工藝室中的視窗來監視從這些等離子體直接發射的光，以使用被稱為光學發射光譜術(OES)的方法來實現上面提及的品質控制測量。然而，有時期望的是：當等離子體源未被啟用時或者在其中等離子體源未被使用的室(諸如緩衝/傳送或排氣室)中，監視工藝室中的氣體。在其他情況下，等離子體源可以是離開或遠離工藝室而定位的，使得僅化學產品進入工藝室。因此，對於上面提及的情形，使用工藝室的等離子體源以分析工藝氣體不是始終可能的。在一些實例中，可以利用殘餘氣體分析器、基於質譜測定法來監視氣體和洩漏。不幸的是，質譜測定器針對操作而要求比在大多數半導體處理期間使用的壓強低的壓強。因此，為了使用質譜測定法，要求附加泵送以便降低用於分析的樣本壓強。該附加泵送增加了成本且減慢了系統的回應時間。另外，質譜測定器的離子光學透鏡系統特別易受來自在建築物半導體設備中使用的許多薄膜沉積的損壞影響。電介質的每個非常薄的層導致電荷積累，這使分光計性能降級且可能阻止質譜測定器工作。質譜測定法或監視工藝等離子體的一個可替換方案是使用提供其自身等離子體源的感測器。這種感測器可以以與上面描述的等離子體OES測量相似的方式進行操作，但可以被安裝在其中不存在等離子體源的室中，或可以在內部等離子體源未操作時的時間期間被使用。該類型的感測器下文中被稱作自等離子體OES(SP-OES)感測器。(參見例如US7309842、US7123361、WO10129277A2、US20200273676和US10262841。還參見https:// products. inficon.com/en-us/nav-products/product/detail/p-quantus-lp100/、http://www.nanotek.com/eng/products/ products. php?ptype=view&prdcode=1608050006&catcode=181000&page=1&catcode=181000&searchopt=&searchkey=)。這些感測器(INFICON Quantus LP-100、Nanotek AEGIS等)能夠在約1e-3 mbar與約1 mbar之間的壓強處進行操作。該壓強範圍覆蓋一些半導體工藝，然而，許多工藝室在工藝的至少某個部分期間在該壓強範圍以上進行操作。例如，像ALD和CVD之類的重要工藝典型地在數十毫巴處進行操作。在更低壓強處創建等離子體利用了電子的更長平均自由程(例如，對於1 mbar以下的壓強，約380 μm或更多)，以便使用相當低的電場，以將足夠能量施加到電子，以電離氣體分子，從而創建期望的等離子體。例如，氬(Ar)的第一電離能是15.8 eV。因此，如果電子將要導致氬的電離，則電場必須足夠高以在與周圍氣體分子的碰撞之間將該較多能量施加到自由電子。這暗示了：在1 mbar壓強處對氬進行電離所要求的電場是15.8 eV/( e*380 μm)或41.6 kV/m(其中 e是電子上的電荷的量值)。隨著壓強降低，電子在與背景氣體的碰撞之間行進的平均路徑長度增大，並且因此，它們在針對給定電場的碰撞之間獲取的能量增大。相應地，更低壓強要求更低電場以撞擊等離子體。這也暗示了：在更高壓強處創建等離子體典型地要求更高電場，以在短得多的平均自由程上實現電離能。例如，在50托處對Ar進行電離將要求約2E6 V/m，這是由於電子在該壓強處的平均自由程僅約8 μm，並且，仍然要求15.8 eV以對Ar進行電離。已經研究了用於生成可在更高壓強處操作的微等離子體(這些等離子體常常被稱為微等離子體，這是因為它們典型地具有小於約1 mm的特性長度)的一些方案。這些方案包括DC放電、高頻AC放電以及還有微波放電。例如，包括以微帶裂環諧振器的形式存在的天線的微波諧振電路已經是一種這樣的方案。Hopwood的美國專利No. 6,917,165公開了以在諧振器端部處具有小間隙的環的形狀存在的微波微帶諧振器或者裂環諧振器的構造。該結構以金屬而被圖案化到薄介電襯底上，其中在介電襯底的相對面上具有金屬接地平面。諧振頻率由環周界確定，使得該長度對應於導體中的一半波長。阻抗由沿諧振器的在其處諧振器被驅動的位置和微帶的特性阻抗設定。驅動具有小型低功率RF放大器(諸如，現在可用于電信和藍牙的那些)的諧振器在彼此異相180°的諧振器端部處生成電勢。這在諧振器間隙附近創建電場，該電場足以在許多氣體中以及在從低於1 mbar直到1000 mbar和稍稍高於1000 mbar的範圍內變化的壓強處點火和維持微等離子體。存在針對包括消毒的微等離子體且作為受控制的光源的許多可能用途。在一個應用中，等離子體源可以暴露於SP-OES中的工藝氣體。裂環諧振器連同具有暴露電極的許多其他類型的高壓等離子體源一起遭受有限壽命，這是因為諧振器的尖端被等離子體自身快速腐蝕。隨著裂環諧振器的尖端的幾何結構改變，該腐蝕減小所生成的電場。尖端幾何結構中的改變還導致電氣特性(諸如，諧振頻率和阻抗)中的改變。裂環諧振器的另一劣勢是：來自腐蝕裂環導體的材料可能再沉積到介電襯底的其他區域上，這降低了諧振器的品質因數。隨著品質因數下降，最大生成電場下降，這降低了等離子體源的效率，且還減小了等離子體源可在其上操作的壓強範圍。裂環導體的材料還可能再沉積到用於收集針對OES的光的視窗上，從而導致所收集的光的不期望的損耗。此外，裂環導體到半導體工藝室中的濺射是不可接受的。具有該濺射材料的工藝的污染可能毀壞所生產的晶片。導體的濺射還可能創建可能損壞一些半導體工藝的粒子。利用電介質(諸如，玻璃)的薄層覆蓋設備天線已經被證明防止環的腐蝕。然而，不均勻熱膨脹和化學不相容性阻止大多數玻璃在半導體工藝中的使用。最大溫度和工藝化學作用進一步阻止可能用於覆蓋諧振器的材料(像矽玻璃或聚醯亞胺塑膠)的使用。另外，某些金屬由於使工藝有毒的危險而必須絕對不暴露於半導體工藝。例如，甚至來自於感測器的超痕量的金或銅也可能毀壞其處理正在被監視的矽晶片的電氣屬性。由此，即使在過度溫度和/或暴露於蝕刻化學作用的情況下，導體材料也必須以使它們與工藝室隔離的方式被完全封裝。對於被設計成在半導體工業的惡劣環境中操作的感測器，在被視為可接受的變濕的材料中存在限制。諸如蝕刻和室清洗之類的工藝使用腐蝕性氣體(諸如三氟化氮(NF ₃))和可在400℃以上的範圍內變化的高工藝溫度。因此，任何感測器必須被設計成防止不可接受的材料暴露於半導體工藝，同時足夠魯棒以倖存於半導體工藝的惡劣狀況。利用大多數包含矽的玻璃覆蓋生成等離子體的天線會失效，這是因為這些玻璃受被配置成移除矽的蝕刻氣體快速腐蝕(例如，NF ₃與Si反應以製成揮發性的四氟化矽(SiF ₄))。具有ALD氧化鋁的天線上的薄塗層(數十納米)不會倖存於大多數半導體工藝。可替換地，天線上的厚氧化鋁塗層(像等離子體噴塗)遭受黏附問題。如果厚氧化鋁塗層失效，那麼氧化鋁粒子的釋放可能毀壞半導體工具和工藝晶片。此外，等離子體源天線必須在成本方面足夠低以使得它可以在領域中被容易地替代。對於被設計成在從約1 mbar至約1000 mbar的壓強處操作的測量系統，存在附加問題。在該壓強範圍內，氣體分子的平均自由程典型地相對於感測器的尺寸而言非常短。如果以一定方式構造氣體隔室外殼、等離子體源和用於光收集的視窗以使得正在監視的氣體必須行進長距離以進入隔室和從隔室出來，那麼通過擴散的界限，感測器不會足夠快速地作出回應以解決半導體工業中的一些常見問題。例如，當縫閥被短暫地打開以允許晶片從傳送室且到工藝室中移動時，一種類型的洩漏可能發生。該洩漏可能在持續時間方面非常短，並且快速回應是檢測該洩漏並識別源所必需的。因此，重要的是，設計可與具有最小居間通道的工藝環境密切連通的感測器。存在與當前處於使用中的自等離子體OES感測器相關聯的問題中的僅一些，尤其是關於監視半導體處理工具。

當前公開涉及可直接暴露於具有最小居間通道的工藝環境的感測器。等離子體生成源的實施例包括裂環諧振器微帶，所述裂環諧振器微帶包括裂環導體和陶瓷介電基體。介電基體被配置成：支撐所述裂環諧振器微帶，其中裂環特徵被嵌入陶瓷基體內。在實施例中，電介質大部分由Al ₂O ₃或其他工藝相容材料組成。在實施例中，所述裂環導體由難熔金屬組成。在實施例中，陶瓷基體是氣密的，且被配置成使所述裂環導體與工藝隔離，並且所述等離子體生成源是在前面處密封的。等離子體生成設備可以進一步包括被配置成從凸緣突出的光收集組件。在實施例中，所述光收集組件是鄰近所述裂環導體而定位的准直透鏡，且包括被配置成將等離子體光與光纖或分光計的輸入視野相匹配的曲率。用於從室內部的一種或多種氣體生成等離子體的等離子體生成設備的實施例包括支撐物，所述支撐物包括陶瓷基體且具有第一側和相對的第二側。裂環導體被嵌入所述陶瓷基體中，並且氣密密封的通孔從所述裂環導體延伸到所述支撐物的第二側。氣密通孔被配置成連接到電源，並且，在所述支撐物的第二側上形成接地平面。等離子體被配置成鄰近所述支撐物的第一側而生成。所述支撐物被配置成密封到所述室的壁，使得所述第一側暴露於所述室內部的所述一種或多種氣體，並且所述第二側與所述等離子體和所述室內部的所述一種或多種氣體隔離。在實施例中，所述陶瓷基體由Al ₂O ₃和AlN中的至少一個組成。在實施例中，所述陶瓷基體由與所述等離子體和所述室內部的所述一種或多種氣體相容的一種或多種材料組成。在實施例中，所述裂環導體由難熔金屬組成。在另一實施例中，所述等離子體生成設備包括：至少一個等離子體啟動電極，其中每個電極包括氣密密封的通孔，所述通孔延伸通過所述陶瓷基體從所述支撐物的第一側到第二側。在實施例中，所述至少一個啟動電極由難熔金屬組成。在又一實施例中，所述等離子體生成設備包括多個啟動電極，所述多個啟動電極相對於彼此以預定距離間隔開，以使得能夠在預定壓強範圍內啟動等離子體，使得啟動電極之間的距離可以取決於所述等離子體生成設備將用於在什麼壓強範圍內生成等離子體而增大或減小。在實施例中，所述等離子體生成設備還包括：光收集組件，橫越所述陶瓷基體和所述接地平面。所述光收集元件被配置成：收集由所述等離子體發射的光；以及通過所述陶瓷基體和所述接地平面來傳輸所述光，以用於從所述支撐物的第二側觀察。所述光收集組件是抵靠所述陶瓷基體而氣密密封的。在實施例中，所述光收集組件是鄰近所述裂環導體而定位的透鏡。在實施例中，所述透鏡包括被配置成對所述光到下述各項之一的輸入視野的傳送進行優化的曲率：(1)光纖；(2)光纖束；以及(3)分光計。氣體感測器的實施例包括裂環諧振器微帶，所述裂環諧振器微帶包括裂環導體，所述裂環導體被陶瓷基體包圍且被配置成生成等離子體。被配置成收集等離子體光的光學元件穿透所述陶瓷基體中的通孔。使用釺焊密封和壓縮密封之一將所述光學元件氣密密封到所述陶瓷基體，並且所述陶瓷基體包括氧化鋁。在實施例中，所述光學元件包括藍寶石。所述藍寶石可以被配置成將所述陶瓷基體的氧化鋁和所述裂環導體熱匹配。在實施例中，所述光學元件包括透鏡形狀。在實施例中，所述光學元件包括光管。所述光管可以終止於下述角度處：所述角度被配置成接受來自所述裂環諧振器的端部的中心附近的光，並通過所述裂環諧振器來導向所述光。在另一實施例中，所述氣體感測器進一步包括：天線連接，被配置成從線纜接收RF能量並通過光纖將光發送出去。在實施例中，所述氣體感測器被配置成與遠端電子器件一起被操作，且在120℃以上的溫度處進行操作。在實施例中，所述氣體感測器被配置成被直接安裝到測試室中。在另一實施例中，所述氣體感測器進一步包括等離子體遮罩物和光擋板。氣體感測器的實施例包括：等離子體生成設備，具有第一側和相對的第二側。所述等離子體生成設備包括裂環導體，所述裂環導體被陶瓷基體包圍且被配置成鄰近所述第一側而生成等離子體。光學元件在所述第一側與所述第二側之間延伸通過所述陶瓷基體，且被配置成收集由所述等離子體發射的光。連接器電連接到所述裂環導體。使用下述各項之一將所述光學元件氣密密封到所述陶瓷基體：(1)釺焊密封；以及(2)壓縮密封。在實施例中，所述氣體感測器的連接器是被配置成從線纜接收RF能量的天線連接器，並且光纖連接到所述光學元件，且被配置成接收由所述光學元件收集的光。在實施例中，所述氣體感測器進一步包括：遠端電子器件，被配置成憑藉所述線纜和所述光纖來與所述氣體感測器交互，其中操作在120℃以上的溫度處發生。在實施例中，所述等離子體生成設備被配置成暴露於工藝室內的一種或多種氣體，且充當所述工藝室的壁的一部分。在實施例中，所述等離子體生成設備的第一側包括經拋光的表面。製造裂環諧振器微波等離子體源的方法的實施例包括：使用絲網印刷工藝來對陶瓷帶與導體的堆疊進行圖案化，以生產包括導體跡線的氣密密封的天線。在另一實施例中，所述方法進一步包括：在諧振器電極上對燒結態(as-fired)電介質進行拋光。在另一實施例中，所述方法進一步包括：將示位標(witness mark)添加到導體跡線層。在切割工藝期間，所述示位標被暴露且用於將拋光引導到目標厚度。製造等離子體生成設備的方法的另一實施例包括：由生坯狀態中的陶瓷基體形成支撐物，其中所述支撐物包括第一側和相對的第二側。裂環導體和氣密密封的通孔在所述支撐物的形成期間被嵌入所述陶瓷基體中，其中所述通孔從所述裂環導體延伸到所述支撐物的第二側。然後燃燒具有所嵌入的裂環導體的陶瓷基體，並且在所述燃燒之前或之後鄰近所述支撐物的第二側而定位接地平面。對所述支撐物的第一側進行拋光，以實現所述第一側與所述裂環導體之間的陶瓷基體的期望厚度，其中所述陶瓷基體的期望厚度對應於期望諧振頻率。自等離子體光學發射光譜術(SPOES)系統的實施例包括等離子體生成設備和溫度感測器，所述溫度感測器與所述等離子體生成設備熱連通以確定所述等離子體生成設備的溫度。所述等離子體生成設備的溫度在所述SPOES系統的操作期間被考慮。在實施例中，所述SPOES系統進一步包括：加熱器，與所述等離子體生成設備熱連通。所述加熱器和所述溫度感測器被配置成控制所述等離子體生成設備的溫度。在另一實施例中，所述SPOES系統包括等離子體生成設備和光收集設備、VCR壓蓋、以及ConFlat®凸緣和KF凸緣之一，其中所述等離子體生成設備和所述光收集設備被釺焊到所述VCR壓蓋、所述ConFlat®凸緣和所述KF凸緣之一上。在實施例中，兩連接流通式氣體隔室被構造成使得氣體流在很大程度上平行於光學視窗和天線的平面，並且其中氣體通道或等離子體室沒有特徵在對氣體流的主要方向來說很大程度上法向的方向上大於約10 mm。氣體感測系統的實施例包括等離子體生成設備，所述等離子體生成設備包括裂環諧振器微帶。裂環諧振器微帶包括裂環導體和陶瓷基體，所述陶瓷基體被配置成包圍和支撐所述裂環導體。溫度感測器與所述等離子體生成設備熱連通，以確定所述等離子體生成設備的溫度，使得所述等離子體生成設備的溫度在所述氣體感測系統的操作期間被考慮。在實施例中，所述氣體感測系統包括與所述等離子體生成設備熱連通的加熱器。在該實施例中，所述加熱器和所述溫度感測器被配置成控制所述等離子體生成設備的溫度。氣體感測系統的另一實施例包括等離子體生成設備，所述等離子體生成設備包括裂環諧振器微帶。所述裂環諧振器微帶包括裂環導體和陶瓷基體，所述陶瓷基體被配置成支撐所述裂環諧振器微帶。所述裂環導體被嵌入所述陶瓷基體內。在實施例中，所述氣體感測系統還包括：兩連接流通式氣體隔室，限定穿過等離子體室的氣體通道。大致跨所述等離子體室從所述等離子體生成設備的陶瓷基體且平行於所述等離子體生成設備的陶瓷基體而定位光學視窗。所述氣體隔室被配置成：在大致與所述等離子體生成設備的平面和所述光學視窗的平面平行的方向上提供氣體流。所述氣體通道和所述等離子體室由沿對氣體流的方向來說大致法向的方向的比約10 mm小的大小的特徵組成。高溫共燒陶瓷或HTCC是用於生產金屬和陶瓷部件的工藝。在該工藝中，在許多層中將生坯陶瓷帶構建起來。在這些層中的任一個中間，可以使用由難熔金屬製成的金屬化部以限定裂環諧振器電極。該金屬化部可以是通過絲網印刷來圖案化的、被墨噴印刷、或者是使用任何其他典型HTCC金屬化工藝來製成的。然後在超過1200℃的溫度處燃燒生坯材料和金屬化部，以燒結材料並移除黏合劑。以該方式構建，裂環諧振器的金屬特徵被完全嵌入陶瓷中，除了到穿過與生產等離子體的側相對的背側從陶瓷出來的單個通孔的連接。電連接器附著到的正是該通孔，使得可以從適當電源將RF功率遞送到諧振器。通過在室上安裝諧振器或天線從而將通孔和連接器保持在工藝外，然後暴露於工藝的氣體感測器的所有部分可以倖存於某個半導體處理，包括在高溫和侵蝕性化學作用處倖存。通過使用由難熔金屬(例如，鎢)組成的裂環導體和由氧化鋁組成的電介質，可以使設備的這些部分倖存於超過1200℃的溫度。針對超過300℃的溫度處的操作而要求金屬密封(例如，c密封或導線密封)，以將天線密封到其感測器室或者在不存在感測器室的情況下將它密封到凸緣。由於天線是利用高溫材料構造的，因此它還與實現釺焊進去的視窗和釺焊的連接的釺焊工藝相容。

具體實施方式以下討論涉及用於生成等離子體或微等離子體的HTCC天線的各種實施例。應當理解，本文描述的實施例是圖示了如本文詳述的某些發明構思的示例。為此，其他變型和修改對本領域技術人員來說將容易變得明顯。另外，遍及該討論而使用某些術語，以便提供關於圖式的合適參照系。諸如「上」、「下」、「前」、「後」、「內部」、「外部」、「正面」、「背面」、「頂部」、「底部」、「內」、「外」、「第一」、「第二」等等之類的這些術語不意在限制這些構思，除非如此具體指示。如本文使用的術語「約」或「大致」可以指代要求保護或所公開的值的80%-125%的範圍。關於圖式，它們的目的是描繪用於生成等離子體或微等離子體的HTCC天線的突出特徵，而不是具體按比例提供。參考圖1-3，本文中被用作等離子體生成設備100的微波微帶天線的實施例被配置成：創建與周圍環境交互的高電場或電磁波，以生成等離子體，其被指示為圓形/橢圓形400。所生成的等離子體400充當具有下述光譜的光源：該光譜尤其取決於從其生成該光譜的氣體混合物的組成。該光譜的分析可以用於確定周圍環境氣體的成分。以該方式，可以檢測不想要的氣體或蒸汽的存在。等離子體生成設備100包括：天線跡線110，其被嵌入由陶瓷基體150組成的介電支撐物中。在實施例中，陶瓷基體150是高溫共燒陶瓷(HTCC)基體。如本文所使用，術語「封裝(的)」和「嵌入(的)」在用於指代天線跡線110相對於陶瓷基體150的位置時意味著：天線跡線110被完全封閉在陶瓷基體150內，使得天線跡線110沒有部分被暴露。參考圖1，天線跡線110以虛線示出，指示它被嵌入陶瓷基體150內，然而在一些實施例中，天線跡線110仍然可以通過陶瓷基體150可見，儘管它沒有部分被暴露。在實施例中，天線跡線110是裂環導體或裂環諧振器。天線跡線110可以是在它進行諧振的特定頻率(例如，2.45 GHz)處操作的。頻率的選擇將影響天線跡線110的大小。天線跡線110限定具有跨越天線跡線110的兩端之間的距離的寬度的縫隙或間隙107。間隙107可以在寬度方面變化，但一般優選為處於25微米至100微米的範圍內。高電場在間隙107附近的區域內或中生成，且可以發起間隙107附近的區域(諸如，間隙107上面的區域)中的等離子體400形成。在該實施例中，間隙107完全填充有陶瓷基體150，並且等離子體生成鄰近第一側101的頂表面130而發生。在實施例中，天線跡線110的導體可以由鎢組成，並且HTCC基體可以由氧化鋁(Al ₂O ₃)、氮化鋁(AlN)或其他相似材料組成。將天線跡線110嵌入陶瓷基體150中起作用以將它與可存在於工藝室中的腐蝕性環境隔離。儘管已經參考天線跡線110的某些實施例使用了術語「環」，但該術語不意在限於圓環，而是可以包括所有圓形和非圓形諧振器，諸如矩形、橢圓形和其他形狀。等離子體生成設備100可以是在晶片200上形成的，如圖2中所圖示。每個等離子體生成設備100具有由陶瓷基體150組成的支撐物，該支撐物具有：第一側101、工藝側或等離子體側，其將在使用時暴露於半導體生產工藝或工藝室；以及第二側102、非工藝側或非等離子體側(圖3A)，被保護以免於或以其他方式不暴露於半導體工藝或工藝室。在天線跡線110的金屬化期間，在HTCC堆疊工藝中的相同級別處添加特徵120。這些將在稍後討論的最終拋光步驟期間充當導向器或示位元標。燃燒等離子體生成設備100並且然後從晶片切出等離子體生成設備100，以將個體設備製成經切塊的正方形112，如圖1中所圖示，或者將等離子體生成設備100鐳射切割或水射流切割成期望形狀(例如，作為如圖2中所示的圓形114或者如所要求的其他形狀)。等離子體生成設備100的切割通過特徵120而發生。特徵120被定位為在切割工藝期間被切穿，且在圖1中以虛線示出，指示它位於陶瓷基體150內，然而在一些實施例中，特徵120可以通過陶瓷基體150可見。圖3A-B圖示了沿線G-G的圖2的晶片200上的等離子體生成設備100之一的橫截面。如所示的那樣，天線跡線110被嵌入HTCC基體150中。特徵120在切塊或切割工藝之後暴露在等離子體生成設備100的邊緣處，且充當導向器以測量天線跡線110上面的陶瓷基體150的厚度152，其在圖3B中所示的示意性橫截面中更好看出。如所示的那樣，天線跡線110和特徵120位於距頂表面130或前面某個距離處。換言之，平面 P延伸通過天線跡線110和特徵120兩者，使得它們位於陶瓷基體150內相對於頂表面130的相同深度處。嚴密控制在導體跡線110上面設置的陶瓷基體的厚度152是實現期望諧振頻率和產生高電場所必需的，該高電場是創建等離子體400所必需的。向下拋光頂表面130，直到特徵120處於從頂表面130起的目標厚度(或距離)，並且因此，導體跡線110處於從頂表面130起的相同目標厚度(或距離)。在實施例中，特徵120是示位元標(諸如平坦部(flat)或凸舌(tab))。例如，利用33 dBm的RF功率和100微米的天線間隙107，當從頂表面130到示位標120的厚度154是0.001英寸時，生成足夠的電場以創建期望等離子體400，同時仍提供良好的抗蝕刻性和抗濺射性，使得天線跡線110可以持續許多年。相比而言，當頂表面130與示位標120之間的厚度154小於0.001英寸時，所得到的天線跡線110不被保護得那麼好。然而，當厚度154基本上大於0.001英寸時，那麼間隙中的期望高電場被阻止。用於評估頂表面130與示位標120之間的陶瓷基體150的厚度154的其他技術(諸如，光學干涉度量法或光譜反射比)典型地由於陶瓷基體150的不透明光學品質而失效。厚度154可以使得天線跡線110(和示位標120)通過陶瓷基體150可見，即使天線跡線110被嵌入陶瓷基體150內亦如此。將接地平面160定位在陶瓷基體150的背側或非工藝側102上，以完成等離子體生成設備100。在實施例中，接地平面160可以是在等離子體生成設備被燒結之前或之後被定位的。接地平面160是地參考，且由黏附層(諸如，鈦)後跟有高傳導性材料(諸如，金)的鍍層組成。該區由於在外邊緣之間進行密封而不暴露於半導體工藝，或者不暴露於陶瓷基體150的頂表面130(圖3A、3B和4)以及將在其中生成和觀察等離子體的隔室408(圖4)的壁。經填充的通孔172在饋送點174(圖1)處將天線跡線110電耦合到焊盤170(圖3A)。焊盤170一般位於與接地平面160相同的水準處，但與接地平面160電氣隔離。另外，可以在黏附層上電鍍鎳或其他合適金屬的環173，以用於作出到外殼或凸緣的釺焊連接。在圓形設備的情況下，該特徵可以可替換地處於等離子體生成設備100的外圓柱表面上。在尚待描述的包括釺焊工藝的某些實施例中，接地平面160的電鍍或者金或銅金屬化應當在釺焊步驟之後發生，使得接地平面不被高釺焊溫度毀壞。圖4圖示了包括等離子體生成設備100的氣體隔室組件429的截面。氣體隔室元件429被配置成連接到半導體工藝室、排氣室或傳送室。如所示的那樣，等離子體生成設備100的工藝側101變為隔室408的壁，使得經封裝的裂環導體或天線跡線110將處於氣體隔室元件429的隔室408內部，或者以其他方式暴露於氣體隔室元件429的隔室408，如果不是對於包圍它的陶瓷基體150的話。通過連接器406來遞送RF能量，連接器406被焊接到等離子體生成設備100中的通孔172，以使等離子體生成設備100發生諧振並遞送在隔室408中點火和維持等離子體400所必需的功率。隔室408經由工藝連接凸緣420連接到正在監視的工藝室，工藝連接凸緣420可以是KF-25(儘管可以使用其他凸緣樣式)。光學擋板410保護等離子體生成設備100免于其他光源，且保護半導體工藝室的其他光敏部件免於由等離子體400生成的光，而不顯著妨礙氣體流。隔室408的尺寸是從約5 mm至約20 mm，這足以在感興趣的大多數工藝壓強(例如，在約1托與50托之間)處包含等離子體400。利用可位於O形環槽409中的O形環431和432進行密封。提供了視窗405，以使光能夠離開隔室以用於光譜分析。擋板410還減少了在某些半導體工具安裝中來自正在監視的工藝的工藝材料到窗口405上的沉積。隔室408可以由不銹鋼、Hastelloy®、鋁、或Inconel®或任何其他相容材料形成。壓板444按壓等離子體生成設備100抵靠O形環431以進行氣密密封，且還充當散熱器以減少由等離子體阻抗中的改變引起的、或者在熄滅或啟動等離子體之後的、或者在工具配方中的改變之後的等離子體生成設備100的熱膨脹或收縮。該熱改變將連同諧振頻率一起更改等離子體生成設備100的特性阻抗，這可能降低品質因數並阻止高效操作、阻止重啟等離子體，或者可能導致信號漂移。壓板444可以由不銹鋼或熱導性更高的材料(諸如，鋁或銅)形成。關於一些壓強和工藝，由等離子體生成設備100的隔室408中遠離工藝連接凸緣420的定位給予的等離子體400的隔離是期望的。然而，關於其他工藝和壓強，諸如當壓強高於1托並且要測量的工藝改變較快(＜10 s)時，那麼到等離子體400的曲折路徑是不合適地長的。針對氣體中的分子的平均自由程相比於特性系統尺寸的比率被稱作克努森數 Kn。當 Kn大於1時，氣體分子在擊中彼此之前擊中室壁，並且流被視為分子的。當 Kn處於1與0.01之間時，流體制被視為傳統的，並且當 Kn小於0.01時，氣體分子擊中彼此比室壁多得多，並且流被稱為黏性的。如果氣體的平均自由程比感測器隔室和連接部件的尺寸短得多，低 Kn，那麼隔室中的依賴於時間的氣體成分滯後於正在監視的工藝室中的氣體成分，並且有效感測器回應時間太慢而沒有用。例如，在40托處的氬載體的典型原子層沉積(ALD)工藝條件處，針對典型試劑分子的平均自由程將小於1 μm，而從工藝連接凸緣420到等離子體400位置的路徑長度在氣體隔室組件429中大致為7 cm。這將意味著：如果氣體正在流動，則它將處於黏性流中。然而，利用如氣體隔室組件429中的盡頭(dead-end)佈置，正在監視的工藝中的氣體成分中的任何改變將僅通過擴散而被傳送到等離子體體積，具有大約許多秒的時間常量，其特別地取決於擴散種類的分子品質的平方根和工藝溫度。因此，這將極其慢以不能監視許多現代半導體工藝，諸如具有次秒級持續時間氣體脈衝和次十秒級泵出時間的ALD。圖5A-C圖示了等離子體生成設備100的另一安裝佈置，意在在其中平均自由程比隔室408的尺寸短的室壓強中提供更好的回應時間。Kovar®或其他金屬環189可以被釺焊到等離子體生成設備100的邊緣，且後續被焊接或釺焊到凸緣191。可以使用具有大致780℃熔點的釺焊，諸如銀銅。在其他實施例中，可以使用更高溫釺焊，諸如35:65金銅釺焊。背部上的釺焊提供了使這些材料與等離子體400隔離的額外收益。如圖6中所示，可以使用遮罩元件701(諸如，等離子體生成設備100的邊緣中的階梯)以防止等離子體到達釺焊金屬化部702。該特徵可以在燃燒之前被構建到用於形成等離子體生成設備100的陶瓷帶的堆疊層中，或者可替換地，可以在燃燒之後憑藉陶瓷加工而被研磨到等離子體生成設備100中。在一個實施例中，不是將與等離子體生成設備分離的視窗用於光收集，而是可以通過等離子體生成設備100的陶瓷基體150來密封(經由釺焊、壓縮密封或其他附著工藝來附著)視窗、光管、光收集元件或其他光收集裝置。在燒結之後鐳射切割出孔，但是還可以在稍後描述的製作方法期間在生坯陶瓷帶中打孔出孔。光收集裝置可以被安裝在該孔中。將光收集裝置包括在等離子體生成設備中使得能夠將等離子體生成設備100直接安裝到工藝室或傳送室中，從而得到更快的回應時間並且允許在工藝室500或工具室上使用單個埠的安裝。分離的光收集設備(視窗)不是必需的，這允許緻密得多的SP-OES系統感測器。儘管O形環密封對於該幾何結構是可能的，但它們不允許一些應用所期望的高溫操作。仍然參考圖5A-C，可以對視窗或光管300進行研磨以使光准直，以用於高效地傳送到光纖、光纖束或分光計中，或者視窗300可以包括第一端320和第二端330。可以以一定角度切割第一端320以將來自等離子體400的光反射通過等離子體生成設備100，並且第一端320可以充當限定外表面321且被配置成將光高效地傳送到光纖連接器504中的光管。光學元件505可以改進所收集的光到分光計中的光學耦合。藍寶石光學部件的使用允許使用釺焊操作以及與等離子體生成設備100的熱膨脹匹配(對於高溫操作)，連同具有從200 nm至2000 nm的波長的光的傳輸。在191處作出到室500的凸緣的連接。O形環和鋁刀邊緣密封對於該KF凸緣是可能的，但其他凸緣配置也是可能的，諸如VCR和ConFlat®，其典型地針對高溫操作而利用所有金屬密封。圖7圖示了至少部分地被工藝室壁510包圍的工藝室500，其中SP-OES感測器的凸緣被安裝到室500上的凸緣。這允許等離子體生成設備100被安裝，使得它處於室500附近、與室500齊平或被插入到室500中，這消除了由到氣體隔室元件429中的擴散引起的任何延遲，如果氣體隔室元件429正在被使用的話。該配置中的等離子體生成設備100沉浸在半導體製造工藝中。RF相容連接器503用於將RF能量帶到等離子體生成設備中，並且光纖連接器504用於將等離子體生成的光傳輸出去。放大器501生成微波頻率能量，並且區段502包含用於測量來自等離子體400中的工藝氣體的光的分光計或濾光器光電二極體系統。分光計被配置成測量作為某個範圍(例如，200-850 nm)內的波長的函數的光強度。從這些光譜，可以匯出與等離子體中的氣體的組成有關的資訊。可替換地，僅當特定已知波長帶是感興趣的時，才可以使用通過該帶的濾光器和光電二極體或光電倍增管以監視等離子體光。線纜佈置532、534允許等離子體生成設備100被安裝在有限空間中且在某個距離處安裝電子器件和分光計或光電二極體，使得電子器件和分光計可以保持合適地冷卻，如部件規範所確定的那樣，即使當在升高的溫度處操作工藝室500時亦如此。在實施例中，電子器件可以實現氣體隔室元件和/或工藝室的遠程操作。圖8圖示了圖4中描繪的附屬物幾何結構的另一可替換方案。流通式隔室600所具有的幾何結構使得氣體直接在跨來自隔室視窗620的氣體路徑而定位的等離子體生成設備100上流動。在沒有未波及的體積的情況下使該隔室成流線型，使得它可以提供對流動的氣體流中(諸如，氣體遞送線路或泵線路中)的氣體濃度中的改變的快速回應。對該幾何結構的限制是：它要求兩個連接602、603，這對於一些其他應用中的安裝而言是不期望的。在圖9A-B中示出了等離子體生成設備100A的另一實施例。類似於前面討論的其他實施例，導體跡線110被陶瓷基體150包圍。像那些實施例那樣，等離子體生成設備100A包括：第一氣密密封通孔506，用於傳輸來自焊接到非工藝或非等離子體側102的RF相容連接器503(諸如，SMA連接器)的功率，中途通過陶瓷基體150，到等離子體生成設備100A的經封裝的天線跡線110，經封裝的天線跡線110在其端部附近(在間隙107中)生成電場以點亮和維持等離子體400(圖3A)。氣密通孔506是氣密密封的，使得它關於陶瓷基體150是氣密的。在實施例中，第二氣密密封通孔508從第二SMA連接器513或者也在非工藝側102上焊接的其他合適高電壓連接器延伸。第二通孔508不在掩埋的導體處終止於陶瓷基體150內部，而是相反，它延伸通過陶瓷基體150的工藝面，在該工藝面處，其端部作為導電電極514而暴露於正在監視的工藝環境。導電電極514具有足夠的厚度以使得在處理步驟被執行之後，它保持暴露在等離子體生成設備100A的工藝側101的表面上。例如，可以執行拋光步驟以移除一定量的電介質，同時仍保持天線跡線110掩埋在陶瓷基體150的層下方，但該電極514仍將存在。在某些壓強或氣體成分下，處於天線跡線110中的間隙107附近且延伸通過電介質的電場太低而不能發起等離子體400。在那些實例中，經由連接器513將高電壓信號(諸如，-3 kV的10 Hz方波)應用於該第二通孔508達若干秒。這導致了工藝室500的壁與在通孔508的頂部處暴露的導電電極514之間的一系列弧光放電。該電弧生成光子、電子和離子，並且這些種類降低了裂環導體110中的間隙107附近的擊穿電勢，這允許在更寬範圍的壓強和/或氣體條件下啟動等離子體400。一旦該等離子體400被啟動，它一般就可以在沒有電極514的持續燃燒的情況下被保持。在一些實施例中，像第一通孔506和天線跡線110那樣，第二通孔508和導電電極514也是鎢。鎢是期望的，這是因為它具有高品質密度和低濺射橫截面。第二通孔508被定位成使得電弧出現在接地的壁處且與天線跡線110中的間隙107足夠接近以快速點火等離子體400。同時，第二通孔508被定位為距天線跡線110的間隙107足夠遠，使得它在等離子體400的生成期間不被損壞。在實施例中，第二通孔508被定位在距工藝室500的壁1 mm且與裂環導體110的間隙107相距7 mm的距離處。在一些實施例中，在FPGA或微控制器中分析來自光電二極體的信號或來自所附著的分光計的信號，以檢測等離子體關斷狀態並在等離子體啟動電極514處發起高電壓波形。可以在極低或沒有附加成本的情況下將這種等離子體啟動設備添加到等離子體生成設備100、100A，同時仍生產低調的等離子體生成設備100、100A。傳統等離子體啟動器(像釺焊饋通管腳)更昂貴，並且它們更加難以放置在主要等離子體源附近，這在高壓強處是重要的。在一些實施例中，添加多於一個附加導電電極514。在這種情況下，可以選擇電極514之間和/或電極與工藝室500的(一個或多個)壁之間的距離，以便於不同壓強處的等離子體點火。知道目標壓強和氣體種類，就可以從作為距離和壓強的乘積的函數的擊穿電壓的帕邢曲線中讀出針對給定電源的最佳間隔，或者可替換地選擇電源以適合於可用幾何結構。在實施例中，導電電極514包括圓形或環形，且是它們相應的通孔508的延伸部。在另一實施例中，導電電極514包括除圓形或環形外的形狀(諸如，星形)，以便產生更高電場。在又一實施例中，甚至更多電極可以被包括在等離子體生成設備100A中，且被定位在距彼此和距室壁510各種距離處，以便使得能夠在更寬壓強範圍內啟動等離子體400。它們可以是從多個連接器和電壓源驅動的。在其他實施例中，多個電極可以連接在一起，且從相同連接器驅動，如果意圖是它們形成電弧到室或感測器壁的話。每個電極可以位於距壁不同距離處。僅有的真實限制將是等離子體生成設備的可接受的大小和複雜度。現在將描述生產等離子體生成設備100、100A(諸如前面描述的實施例)的方法。一般地，使用生坯陶瓷帶的多個層以將支撐物構建起來。生坯陶瓷帶是尚未燃燒(或燒結)的陶瓷帶。在生坯陶瓷帶的這些層中的任一個之間，使用由難熔金屬製成的金屬化部以限定裂環諧振器電極。該金屬化部可以是通過絲網印刷來圖案化的、被墨噴印刷、或者是使用任何其他典型HTCC金屬化工藝來製成的。對生坯陶瓷帶的該多個層進行堆疊(堆疊工藝可以採用一個或多個黏合劑)，並且然後在1200℃左右的溫度處燃燒該多個層，以燒結經堆疊的材料並移除黏合劑。結果是具有在陶瓷基體中封裝的裂環導體110的氣密密封的天線結構，除了到延伸通過支撐物的陶瓷基體150的第二側102(與生成等離子體的側相對的側)的單個通孔的連接。然後在裂環導體110上的區域中對氣密密封的天線結構進行拋光，以實現第一側與裂環導體110之間的陶瓷基體150的期望厚度。第一側101與裂環導體110之間的陶瓷基體的期望厚度對應於期望諧振頻率。換言之，可以通過改變第一側101的頂表面130與裂環導體110之間的陶瓷基體150的厚度，來調諧或以其他方式改變等離子體生成設備100、100A的諧振頻率。現在轉至圖10-12，示出了等離子體生成設備800的另一實施例。在該實施例中，等離子體生成設備800包括：介電支撐物818，具有工藝面向側801或第一側和非工藝側802或第二側，工藝面向側801或第一側暴露於工藝室500、隔室408的內部或以其他方式暴露於半導體製造工藝。非工藝面向側802包括沉積在介電支撐物818上的天線跡線、諧振器或導體跡線810。在實施例中，介電支撐物818和導體跡線810由HTCC工藝製備。如所示的那樣，導體跡線810具有限定與前面討論的其他實施例類似的間隙807的裂環配置。導體跡線810進一步連接到對等離子體生成設備800供電的連接器803，諸如RF連接器。非工藝側802相對於接地平面860而定位成使得存在在接地平面860與支撐物818的非工藝側802之間限定的空間862。一般地且最方便地，該空間填充有大氣壓處的作為電介質的環境空氣，儘管考慮到穩定性或升高的擊穿電壓，可以選擇其他材料以填充空間862。在實施例中，接地平面860是針對導體跡線810的地參考。相應地，可能通過增大或減小在接地平面860與支撐物818的非工藝側802之間限定的空間862來調整導體跡線810的諧振頻率。在實施例中，這可以是通過相對於支撐物818移動接地平面860來完成的。空間862可以進一步被配置成使等離子體生成設備800的溫度穩定，以防止在操作等離子體生成設備800時諧振頻率的漂移。支撐物818的工藝側801包括由鋁組成的多個發射器806、808(例如，兩個(2個)發射器)。在實施例中，在存在半導體製造工藝的情況下，發射器806、808可以進一步塗覆有或部分塗覆有介電材料的薄層，以增大它們的惰性。如所示的那樣，兩個發射器806、808存在，且鄰近於彼此而定位，從而在它們之間限定空間或間隙817。每個發射器806、808通過氣密密封的通孔805連接到支撐物818的非工藝側801上的導體跡線810。相應地，氣密密封的通孔805跨壓強閾值將發射器806、808連接到導體跡線810。如所示的那樣，發射器806、808包括淚滴形狀，且被定位成使得在發射器806、808的相對指向的端部之間形成間隙817。換言之，發射器806、808被定位為彼此的跨平面 P的鏡像圖像，如圖10中所示。在操作中，在發射器806、808之間的間隙817中產生的高電場生成與前面描述的實施例類似的等離子體400(圖3A)。然而，因為導體跡線810被定位在支撐物818的非工藝側802上，所以它不需要被掩埋在陶瓷基體中，且因而可以由更好、更高傳導性的材料(諸如，銅或銀)組成。在實施例中，導體810由傳統厚膜和薄膜工藝製備，而不是限於更低傳導性的金屬，諸如與HTCC工藝相容的鎢。儘管已經參考某些示例性實施例具體示出和描述了本發明，但本領域技術人員應當理解，可以在不脫離可得到所撰寫的說明書和圖式支援的本發明的精神和範圍的情況下在本發明中實現細節中的各種改變。進一步地，在參考某數目的元件描述示例性實施例的情況下，應當理解，可以利用少於或多於該某數目的元件來實踐示例性實施例。

100:等離子體生成設備 100A:等離子體生成設備 101:工藝側 102:非工藝側或非等離子體側 107:間隙 110:天線跡線 112:經切塊的正方形 114:圓形 120:特徵 130:頂表面 150:陶瓷基體 152:厚度 154:厚度 160:接地平面 170:焊盤 172:通孔 173:環 174:饋送點 189:金屬環 191:凸緣 200:晶片 300:窗口或光管 320:第一端 321:外表面 330:第二端 400:等離子體 405:窗口 406:連接器 408:隔室 409:O形環槽 410:擋板 420:工藝連接凸緣 429:氣體隔室組件 431:O形環 432:O形環 444:壓板 500:工藝室 501:放大器 502:區段 503:RF相容連接器 504:光纖連接器 505:光學元件 506:第一氣密密封通孔 508:第二氣密密封通孔 510:工藝室壁 513:第二SMA連接器 514:導電電極 532:線纜佈置 534:線纜佈置 600:流通式隔室 602:連接 603:連接 620:隔室窗口 701:遮罩元件 702:釺焊金屬化部 800:等離子體生成設備 801:工藝面向側 802:非工藝面向側 803:連接器 805:氣密密封的通孔 806:發射器 807:間隙 808:發射器 810:導體跡線 817:間隙 818:支撐物 860:接地平面 862:空間

可以通過參考所描述的實施例來進行上面簡要總結的本發明的更具體描述，所描述的實施例中的一些在圖式中圖示。然而，應當注意，圖式僅圖示了本發明的典型實施例，且因而不應被視為對其範圍的限制，這是由於本發明可以允許其他等同地有效的實施例。因此，為了進一步理解本發明的性質和目的，可以參考結合圖式而閱讀的以下詳細描述，在圖式中： [圖1]圖示了等離子體生成設備的實施例的頂視圖； [圖2]圖示了由圖1的多個等離子體生成設備組成的晶片的實施例的頂部平面圖； [圖3A]圖示了沿線G-G的圖2的等離子體生成設備的部分橫截面視圖； [圖3B]示意性地圖示了等離子體生成設備的實施例的橫截面的近視圖； [圖4]圖示了包括等離子體生成設備的實施例的氣體隔室組件的實施例的橫截面視圖； [圖5A]圖示了具有等離子體生成設備的實施例的氣體感測器元件的另一實施例的橫截面視圖； [圖5B]圖示了具有生成等離子體的HTCC天線的實施例的氣體感測器的實施例的橫截面視圖； [圖5C]圖示了圖5A和5B的氣體感測器元件的實施例的部分的擴大示意圖； [圖6]圖示了遮罩組件的實施例的示意表示； [圖7]圖示了具有等離子體生成設備的實施例且連接到放大器和分光計或濾光器光電二極體系統的氣體隔室元件的實施例的示意圖； [圖8]圖示了其中存在針對氣體流的入口和出口兩者連接的具有等離子體生成設備的實施例的氣體隔室組件的實施例的橫截面視圖； [圖9A]圖示了等離子體生成設備的另一實施例的透視頂視圖； [圖9B]示意性地圖示了沿線H-H的圖9A的實施例的截面圖； [圖10]圖示了等離子體生成設備的另一實施例的透視頂視圖； [圖11]圖示了其中部分被移除的圖10的等離子體生成設備的實施例的透視頂視圖；以及 [圖12]圖示了圖10的等離子體生成設備的實施例的透視側視圖。

100:等離子體生成設備

101:工藝側

102:非工藝側或非等離子體側

110:天線跡線

120:特徵

130:頂表面

150:陶瓷基體

170:焊盤

172:通孔

173:環

400:等離子體

P:平面

Claims

一種用於從室內部的一種或多種氣體生成等離子體的等離子體生成設備，所述等離子體生成設備包括：支撐物，具有第一側和相對的第二側，其中所述支撐物包括陶瓷基體，裂環導體，被嵌入所述陶瓷基體中，氣密密封的通孔，從所述裂環導體延伸到所述支撐物的第二側，且被配置成連接到電源，以及在所述支撐物的第二側上形成的接地平面，並且其中等離子體被配置成鄰近所述支撐物的第一側而生成，並且其中所述支撐物被配置成密封到所述室的壁，使得所述第一側暴露於所述室內部的所述一種或多種氣體，並且所述第二側與所述等離子體和所述室內部的所述一種或多種氣體隔離。
如請求項1所述的等離子體生成設備，其中所述陶瓷基體由Al ₂O ₃和AlN中的至少一個組成。
如請求項1所述的等離子體生成設備，其中所述陶瓷基體由與所述等離子體和所述室內部的所述一種或多種氣體相容的一種或多種材料組成。
如請求項1所述的等離子體生成設備，其中所述裂環導體由難熔金屬組成。
如請求項1所述的等離子體生成設備，進一步包括：至少一個等離子體啟動電極，每個電極包括氣密密封的通孔，所述通孔延伸通過所述陶瓷基體從所述支撐物的第一側到第二側。
如請求項5所述的等離子體生成設備，其中所述至少一個啟動電極由難熔金屬組成。
如請求項5所述的等離子體生成設備，其中多個啟動電極相對於彼此以預定距離間隔開，以使得能夠在預定壓強範圍內啟動等離子體。
如請求項1所述的等離子體生成設備，進一步包括：光收集組件，橫越所述陶瓷基體和所述接地平面，其中所述光收集元件被配置成：收集由所述等離子體發射的光；以及通過所述陶瓷基體和所述接地平面來傳輸所述光，以用於從所述支撐物的第二側觀察，其中所述光收集元件是抵靠所述陶瓷基體而氣密密封的。
如請求項8所述的等離子體生成設備，其中所述光收集組件是鄰近所述裂環導體而定位的透鏡，並且其中所述透鏡包括被配置成對所述光到下述各項之一的輸入視野的傳送進行優化的曲率：(1)光纖；(2)光纖束；以及(3)分光計。
一種氣體感測器，包括：等離子體生成設備，具有第一側和相對的第二側，所述等離子體生成設備包括：裂環導體，被陶瓷基體包圍且被配置成鄰近所述第一側而生成等離子體，光學元件，在所述第一側與所述第二側之間延伸通過所述陶瓷基體，其中所述光學元件被配置成收集由所述等離子體發射的光；以及連接器，電連接到所述裂環導體，其中使用下述各項之一將所述光學元件氣密密封到所述陶瓷基體：(1)釺焊密封；以及(2)壓縮密封。
如請求項10所述的氣體感測器，其中所述連接器是被配置成從線纜接收RF能量的天線連接器，並且其中光纖連接到所述光學元件，且被配置成接收由所述光學元件收集的光。
如請求項11所述的氣體感測器，進一步包括：遠端電子器件，被配置成憑藉所述線纜和所述光纖來與所述氣體感測器交互，其中操作在120℃以上的溫度處發生。
如請求項10所述的氣體感測器，其中所述等離子體生成設備被配置成暴露於工藝室內的一種或多種氣體，且充當所述工藝室的壁的一部分。
如請求項10所述的氣體感測器，進一步包括：在所述等離子體生成設備的第二側上形成的接地平面。
如請求項10所述的氣體感測器，其中所述裂環導體由難熔金屬組成。
如請求項10所述的氣體感測器，其中所述等離子體生成設備的第一側包括經拋光的表面。
一種製造等離子體生成設備的方法，所述方法包括：由生坯狀態中的陶瓷基體形成支撐物，其中所述支撐物包括第一側和相對的第二側；作為所述支撐物的形成的一部分，將裂環導體和氣密密封的通孔嵌入所述陶瓷基體中，其中所述氣密密封的通孔從所述裂環導體延伸到所述支撐物的第二側；燃燒具有所嵌入的裂環導體的所述陶瓷基體；在所述燃燒之前或之後鄰近所述支撐物的第二側而定位接地平面；以及對所述支撐物的第一側進行拋光，以實現所述第一側與所述裂環導體之間的陶瓷基體的期望厚度，其中所述陶瓷基體的期望厚度對應於期望諧振頻率。
一種製造裂環諧振器等離子體生成設備的方法，所述方法包括：提供多個陶瓷帶；在所述多個陶瓷帶中的至少一個上創建至少一個金屬化圖案，其中所述至少一個金屬化圖案包括裂環諧振器；對所述多個陶瓷帶進行堆疊；燃燒所述堆疊，以產生包括陶瓷基體中的裂環導體的氣密密封的天線結構；以及在所述裂環導體上的區域中對氣密密封的天線結構進行拋光。
如請求項18所述的方法，其中使用諸如諧振頻率、品質因數和介電厚度之類的所述天線結構的一個或多個特性的一個或多個測量結果，以確定拋光的端點。
如請求項18所述的方法，進一步包括：將示位標添加到與所述裂環導體相同的金屬化圖案，其中在切割工藝期間，所述示位標被暴露以用於將拋光引導到目標厚度。
一種氣體感測系統，包括：等離子體生成設備，包括：裂環諧振器微帶，包括：裂環導體，以及陶瓷基體，被配置成包圍和支撐所述裂環導體；以及溫度感測器，與所述等離子體生成設備熱連通，以確定所述等離子體生成設備的溫度，其中所述等離子體生成設備的溫度在所述氣體感測系統的操作期間被考慮。
如請求項21所述的氣體感測系統，進一步包括與所述等離子體生成設備熱連通的加熱器，其中所述加熱器和所述溫度感測器被配置成控制所述等離子體生成設備的溫度。
一種氣體感測系統，包括：等離子體生成設備，包括：裂環諧振器微帶，包括：裂環導體，以及陶瓷基體，被配置成支撐所述裂環諧振器微帶，其中所述裂環導體被嵌入所述陶瓷基體內；以及兩連接流通式氣體隔室，限定穿過等離子體室的氣體通道，其中所述氣體隔室包括基本上跨所述等離子體室從所述等離子體生成設備的陶瓷基體且平行於所述等離子體生成設備的陶瓷基體而定位的光學視窗，其中所述氣體隔室被配置成：在基本上與所述等離子體生成設備的平面和所述光學視窗的平面平行的方向上提供氣體流，其中所述氣體通道和所述等離子體室包括沿對氣體流的方向來說基本上法向的方向的比約10 mm小的大小的特徵。