TWI793347B - 具有經改良電漿抗性的具有介質電漿腔室的電漿源 - Google Patents

具有經改良電漿抗性的具有介質電漿腔室的電漿源 Download PDF

Info

Publication number
TWI793347B
TWI793347B TW108124601A TW108124601A TWI793347B TW I793347 B TWI793347 B TW I793347B TW 108124601 A TW108124601 A TW 108124601A TW 108124601 A TW108124601 A TW 108124601A TW I793347 B TWI793347 B TW I793347B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
plasma
flange
section
plasma chamber
width
Prior art date
Application number
TW108124601A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202014056A (zh
Inventor
新 陳
艾亞 波奇朵
艾圖 古柏塔
Original Assignee
美商Ｍｋｓ儀器公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商Ｍｋｓ儀器公司 filed Critical 美商Ｍｋｓ儀器公司
Publication of TW202014056A publication Critical patent/TW202014056A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI793347B publication Critical patent/TWI793347B/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32357—Generation remote from the workpiece, e.g. down-stream
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32458—Vessel
    • H01J37/32467—Material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32458—Vessel
    • H01J37/32513—Sealing means, e.g. sealing between different parts of the vessel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32458—Vessel
    • H01J37/32522—Temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32532—Electrodes
    • H01J37/3255—Material

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)

Abstract

本發明提供一種電漿處理系統之電漿腔室。該電漿腔室界定電漿通道，該電漿通道具有沿其長度相對安置之第一側及第二側。該電漿腔室包含由介質材料建構之第一區段及第二區段，且包含在該第一區段之第一凸緣與該第二區段之第三凸緣之間及在該第一區段之第二凸緣與該第二區段之第四凸緣之間處將該第一區段與該第二區段黏結在一起的界面。

Description

具有經改良電漿抗性的具有介質電漿腔室的電漿源
本發明大體上係關於電漿產生及處理設備之領域，且更特定言之，係關於對電漿化學物質及污染具有經改良抗性之電漿產生及處理的設備及方法。
電漿放電可用於激發氣體以產生含有離子、自由基、原子及分子的活化氣體。活化氣體用於許多工業及科學應用，包括對諸如半導體晶圓之固體材料、粉末及其他氣體之處理。電漿之參數及電漿暴露於正經處理之材料的條件視應用而廣泛變化。
舉例而言，由於正經處理之材料對破壞具有敏感性，因此一些應用需要使用具有低動能(亦即，少量電子伏)之離子。諸如各向異性蝕刻或平坦化之介質沈積之其他應用需要使用具有高動能之離子。諸如反應性離子束蝕刻之又其他應用需要對離子能量進行精確控制。
一些應用需要將正經處理之材料直接暴露於高密度電漿。一種此類應用產生離子活化化學反應。其他應用包含對材料進行蝕刻且將其沈積成高縱橫比結構。由於正經處理之材料對由離子造成之破壞具有敏感性，或由於該製程具有高選擇性要求，其他應用需要保護該材料以免受 電漿處理。
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放電係由在氣體中的兩個電極之間施加電位達成。RF放電係由將來自電源供應器之能量電容耦合或電感耦合至電漿中達成。微波放電可藉由將微波能量源耦合至含有氣體之放電腔室產生。
電漿放電可以使得構成電漿之帶電物種及可由電漿活化之中性物種兩者與正經處理之材料緊密接觸的方式產生。或者，電漿放電可由正經處理之材料遠端產生，使得相對少數帶電物種與正經處理之材料接觸，而中性物種仍可接觸該材料。此類電漿放電通常被稱為遠端電漿放電或下游電漿放電。視電漿源之建構、相對於正經處理之材料的定位及操作條件(例如，氣體物種、壓力、流動速率及耦合於電漿中之功率)而定，電漿源可具有此等兩種一般類型中之任一者或兩者之特徵。
現有遠端電漿源通常利用RF或微波功率來產生電漿。儘管當前電漿源成功地支持許多應用，但在彼等電漿源之實際使用中依然存在若干技術限制。舉例而言，基於微波之遠端電漿源通常比RF電漿源要昂貴，因為微波功率之產生、遞送及負載匹配更為昂貴。微波電漿源及功率遞送系統通常亦比RF電漿源更龐大，且需要定期替換產生微波功率的管。
具有一定程度的電容以及電感耦合的RF遠端電漿源可能比相應微波電漿源要便宜且更小。然而，幫助電漿點火製程的電容耦合可能會導致電漿腔室之暴露壁發生降解，其歸因於電漿中所產生之高能離子對彼等暴露壁的轟擊。利用電感RF耦合但使相關電容耦合降至最低的RF遠端電漿源可展示出電漿容器表面發生較少離子誘發性降解。然而，減少或 消除電容耦合可使電漿點火較難以達成，尤其在寬範圍之製程條件內。
現有遠端電漿源之第二難點為對產生於電漿中且沈積於電漿腔室之壁上的熱量進行移除。當電漿腔室具有複雜形狀及/或當其由介質材料構成時，情況尤其如此，對其而言，用與介質電漿腔室接觸之大量流體直接冷卻為非所期望或不切實際的。此對於能可靠地耦合至電漿中的功率具有限制效應。
現有電漿腔室中之一些，諸如美國專利第7,659,489號中所描述之電漿腔室係使用石英材料藉由將高溫成型與焊接組合以產生所需形狀(例如，環狀)製造。石英電漿腔室的一個主要缺點為當暴露於氫及/或鹵素電漿化學物質，諸如氫(H*)、氟(F*)及/或氯(Cl*)時，歸因於石英之化學及物理之高侵蝕速率，該電漿腔室與此等化學物質不相容。
另外，一些現有電漿腔室，諸如美國專利第7,166,816號中所描述之電漿腔室係藉由對來自鋁之若干電漿塊進行機械加工而製造，其中將該等電漿塊連接形成具有所需形狀(例如，環狀)的電漿通道。可使用沈積製程(例如，化學氣相沈積、物理氣相沈積或電漿噴塗)或轉化製程(例如，硬式陽極處理)來塗佈電漿通道之內表面，以在基材金屬與電漿之間形成介質屏障。具有介質塗層的由鋁電漿塊製成的電漿腔室之一個缺點為塗層通常較薄，呈約數微米至數十微米，且因此歸因於介質塗層之電擊穿而無法耐受對製程內氣體進行點火所需的高電漿點火電壓。可使用諸如氬氣之惰性氣體作為點火氣體以降低點火電壓，但自點火氣體至製程氣體之轉變會導致降低脈衝電漿應用中之輸貫量的時間延遲。關於薄塗層的另一缺點為：若塗層中之缺陷使下伏鋁暴露於電漿腔室中之反應性氣體，則其不能充分保護電漿腔室主體。此外，在諸如使用硬式陽極處理之轉化塗 層之情況下，直接暴露於電漿之塗層的純度視基材鋁合金的純度而定。舉例而言，6061鋁之鋁含量為95.8%至98.6%，剩餘部分為其他金屬合金元素。此等其他金屬雜質可在半導體處理中變為潛在污染源。此外，許多經機械加工之電漿通道幾何形狀具有縱橫比(長度與直徑之比率)在2：1至10：1範圍內的深孔口。此類高縱橫比孔口對於使用物理氣相沈積(PVD)或電漿噴塗方法塗佈來說為不切實際的，因為此等塗層係自開口端施加且可在難以到達之區域產生比必需塗層厚度小得多的厚度。舉例而言，可使用諸如化學氣相沈積(CVD)或原子層沈積(ALD)之其他沈積製程對高縱橫比孔口進行保形塗佈。然而，CVD及ALD之沈積速率比噴塗之沈積速率要低得多，使得此等沈積製程緩慢且過分昂貴。
此外，一些現有電漿腔室，諸如美國專利第8,053,700號中所描述之電漿腔室係藉由將多個大體上線性之介質管連接達成所需形狀(例如，環狀)形成。儘管使用大體上線性之管作為電漿腔室之構建塊拓寬了可用材料之範圍，但主要缺點為其增加了製造複雜性及成本。
需要對某些電漿化學物質(諸如氫及/或鹵素電漿化學物質)具有經改良抗性，同時使半導體處理中的金屬污染降至最低的電漿腔室。亦需要對可以較低複雜性及成本製造的電漿腔室。
本發明提供能夠對製程內氣體進行點火的厚壁電漿腔室，其中該等電漿腔室可由與諸如氫及/或鹵素電漿化學物質之(例如具有低侵蝕速率)電漿化學物質相容的高純度介質材料製成。高純度介質材料亦可使半導體處理中之金屬污染降至最低。高純度介質材料進一步提供經改良之熱機械特性。
在一個態樣中，提供一種電漿處理系統之電漿腔室。電漿腔室界定電漿通道，該電漿通道具有沿其長度相對安置之第一側及第二側。電漿腔室包含由介質材料建構之第一區段。第一區段具有(i)沿電漿通道之第一側定位且延伸超出第一側第一寬度的第一凸緣，及(ii)沿電漿通道之第二側定位且延伸超出第二側第二寬度的第二凸緣。電漿腔室亦包含由介質材料建構之第二區段。第二區段具有(i)沿電漿通道之第一側定位且延伸超出第一側第一寬度的第三凸緣，及(ii)沿電漿通道之第二側定位且延伸超出第二側第二寬度的第四凸緣。電漿腔室進一步包含在第一凸緣與第三凸緣之間及第二凸緣與第四凸緣之間將第一區段與第二區段黏結在一起的界面。
在另一態樣中，提供一種製造電漿處理系統之電漿腔室的方法。電漿腔室界定電漿通道，該電漿通道具有沿其長度相對安置之第一側及第二側。該方法包含由介質材料建構第一區段。第一區段具有(i)沿電漿通道之第一側定位且延伸超出第一側第一寬度的第一凸緣，及(ii)沿電漿通道之第二側定位且延伸超出第二側第二寬度的第二凸緣。該方法亦包含由介質材料建構第二區段。第二區段具有(i)沿電漿通道之第一側定位且延伸超出第一側第一寬度的第三凸緣，及(ii)沿電漿通道之第二側定位且延伸超出第二側第二寬度的第四凸緣。該方法進一步包含將第一區段與第二區段黏結在一起以形成具有用於在其中容納電漿之電漿通道的電漿腔室。將第一區段與第二區段黏結包含在第一凸緣與第三凸緣之間形成黏結以產生具有第一寬度的第一黏結凸緣且在第二凸緣與第四凸緣之間形成黏結以產生具有第二寬度的第二黏結凸緣。
以上態樣中之任一者可包括以下特徵中之一或多者。在一 些實施例中，介質材料為氧化鋁(Al2O3)陶瓷。在一些實施例中，介質材料為第II族元素、第III族元素、鑭系元素中之一者的氧化物或氮化物或其混合物。在一些實施例中，介質材料為Y2O3、Sc2O3、La2O3、Ce2O3或MgO中之一者。在一些實施例中，介質材料為AlN、BN或YN中之一者。
在一些實施例中，將塗層安置於電漿腔室之內表面上，該內表面形成暴露於其中之電漿的電漿通道之至少一部分。塗層可包含Al2O3、Y2O3、Sc2O3、La2O3、Ce2O3、MgO、SiO2、B4C或包括YAG之合金中之一者。
在一些實施例中，第一區段與第二區段實質上相同。在一些實施例中，第一區段或第二區段之壁的厚度在約0.04吋與約0.12吋之間。在一些實施例中，第一區段或第二區段係藉由對生坯狀態下之介質材料進行機械加工來建構。
在一些實施例中，電漿腔室進一步包括(i)由將第一凸緣與第三凸緣黏結形成的第一黏結凸緣，其中第一黏結凸緣具有第一寬度；及(ii)由將第二凸緣與第四凸緣黏結形成的第二黏結凸緣，其中第二黏結凸緣具有第二寬度。在一些實施例中，第一黏結凸緣之第一寬度或第二黏結凸緣之第二寬度在約0.06吋與約1吋之間。舉例而言，第一寬度或第二寬度可為約0.25吋。
在一些實施例中，黏結界面包含呈玻璃料、共熔混合物或環氧樹脂中之一者的黏結劑。舉例而言，共熔混合物可包含Al2O3、Y2O3、Sc2O3、Ce2O3、MgO、CaO或ZrO2中之一或多者。在一些實施例中，第一區段及第二區段係藉由將第一區段與第二區段燒結在一起以在第一黏結凸緣及第二黏結凸緣處產生氣密密封而黏結在一起。在一些實施 例中，在燒結之前可將合金用劑(alloying agent)之層安置於第一區段或第二區段中之至少一者的內表面上。內表面經調適形成暴露於其中之電漿的電漿通道之至少一部分。藉由將第一區段與第二區段黏結之燒結製程在具有上面安置有合金用劑之層的內表面之至少一部分上產生合金化塗層。
在一些實施例中，電漿通道形成環狀迴路。環狀電漿通道形狀可為圓形、卵形、橢圓形或多邊形。在一些實施例中，電漿通道為線性的。在一些實施例中，電漿通道之截面形狀為圓形、矩形或卵形。電漿通道之截面的面積可在約0.2cm2與約50cm2之間。
100:電漿腔室
102:第一側/內側
104:第二側/外側
110:黏結凸緣/第一黏結凸緣/內黏結凸緣
112:黏結凸緣/第二黏結凸緣/外黏結凸緣
204:區段/第一區段
206:區段/第二區段
207:黏結界面
208:壁部分/第一壁部分
210:凸緣/第一凸緣
212:凸緣/第二凸緣
214:壁部分/第二壁部分
216:凸緣/第三凸緣
218:凸緣/第四凸緣
300:環狀電漿腔室
400:環狀電漿腔室
500:環狀電漿腔室
502:電漿通道
504:截面
506:矩形內輪廓
508:矩形外輪廓
600:環狀電漿腔室
602:電漿通道
604:截面
606:圓形內輪廓
608:圓形外輪廓
700:環狀電漿腔室
702:電漿通道
704:截面
706:圓形內輪廓
708:六邊形外輪廓
800:電漿處理系統
802:電漿通道
804:磁芯
806:氣體入口
808:出口凸緣
810:散熱件
810a:區段/散熱件/散熱件區段
810b:區段/散熱件/散熱件區段
812:熱界面
814:介質間斷件
818:支撐結構
822:電力變壓器
824:初級線圈
826:介質液壓聯軸器
828:流體入口
830:流體出口
1102:電源供應器
1104:氣體/製程氣體
1106:電擊穿
1200:電漿腔室
1300:製程
1302:步驟
1304:步驟
1306:步驟
1308:步驟
1400:電漿腔室
1404:區段/第一區段
1406:區段/第二區段
1407:黏結界面
1410:凸緣
1412:凸緣
A-A:截面線/截面
B-B:截面線/截面
x:軸
y:軸
z:軸
可藉由結合隨附圖式參考以下描述較佳地理解上文所描述之本發明優點以及其他優點。該等圖式未必按比例繪製，實際上重點通常在於說明技術原理。
圖1展示了根據本發明之一些實施例之例示性電漿腔室。
圖2展示了根據本發明之一些實施例之用於形成圖1之電漿腔室的例示性組件。
圖3展示了根據本發明之一些實施例之具有形狀為矩形的環狀電漿通道的環狀電漿腔室。
圖4展示了根據本發明之一些實施例之具有形狀為卵形的環狀電漿通道的環狀電漿腔室。
圖5展示了根據本發明之一些實施例之具有電漿通道的環狀電漿腔室之一部分，該電漿通道具有伴隨矩形內輪廓及矩形外輪廓之截面。
圖6展示了根據本發明之一些實施例之具有電漿通道的環 狀電漿腔室之一部分，該電漿通道具有伴隨圓形內輪廓及圓形外輪廓之截面。
圖7展示了根據本發明之一些實施例之具有電漿通道的環狀電漿腔室之一部分，該電漿通道具有伴隨圓形內輪廓及六邊形外輪廓之截面。
圖8a展示了根據本發明之一些實施例之包括圖1中之電漿腔室的例示性電漿處理系統。
圖8b展示了根據本發明之一些實施例之包括圖1之電漿腔室的例示性電漿處理系統的剖視圖。
圖8c展示了根據本發明之一些實施例之包括圖1之電漿腔室的例示性電漿處理系統的側視圖。
圖9展示了根據本發明之一些實施例之圖8c之電漿處理系統的截面圖。
圖10展示了根據本發明之一些實施例之具有電分隔散熱件區段之圖8c中所示之電漿處理系統的另一截面圖。
圖11展示了根據本發明之一些實施例之包括由散熱件區段囊封之電漿腔室的組件之截面圖。
圖12a及圖12b分別展示了根據本發明之一些實施例之具有第一黏結凸緣及第二黏結凸緣之圖1之電漿腔室及不具有黏結凸緣之電漿腔室的模擬溫度分佈。
圖13示出了根據本發明之一些實施例之用於製造圖1之電漿腔室的例示性製程。
圖14a至圖14c示出了根據本發明之一些實施例之例示性電 漿腔室。
圖15a至圖15d展示了根據本發明之一些實施例之使用圖8a至圖8c中所示之電漿處理系統作為遠端電漿源的各種例示性脈衝操作。
相關申請案之交叉引用
本申請案主張2018年7月13日申請的美國專利申請案第16/035,551號之權益，該申請案以全文引用的方式併入本文中。
圖1展示了根據本發明之一些實施例之例示性電漿腔室100。一般而言，電漿腔室為含有氣體及/或電漿且可在其中對電漿進行點火及/或維持的容器或容器之一部分。電漿腔室經調適與諸如發電及冷卻組件之其他組件組合來形成電漿處理系統。電漿腔室通常對具有多種形狀之一或多個電漿通道進行界定。舉例而言，電漿通道可具有線性形狀或環形形狀(例如，以支持環狀電漿)。如圖1中所示，電漿腔室100可為環狀迴路，其界定為形成具有閉合路徑之環狀內部電漿通道(未示出)以在閉合路徑中支持電漿電流循環。電漿腔室100可以係圓形環狀的。
包括電漿通道之電漿腔室100具有沿電漿通道長度相對安置之第一側102及第二側104。電漿腔室100亦包括自第一側102延伸了第一寬度的第一黏結凸緣110。電漿腔室100進一步包括自第二側104延伸了第二寬度的第二黏結凸緣112。具體言之，針對圖1中所示之電漿腔室100，第一黏結凸緣110自第一側/內側102向內延伸了第一寬度，且第二黏結凸緣112自第二側/外側104向外延伸了第二寬度。一般而言，電漿腔室100的尺寸，諸如內半徑(亦即，自電漿腔室100之中心至第一側102)及外 半徑(亦即，自電漿腔室100之中心至第二側104)係基於電漿通道中之製程氣體的所需流動速率及所需電漿功率界定。在一些實施例中，電漿腔室100的外半徑為約6吋。
圖2展示了根據本發明之一些實施例之用於形成圖1之電漿腔室100的例示性組件。電漿腔室100係由若干離散區段建構，該等離散區段包括可形成電漿腔室100之底半部的第一區段204、可形成電漿腔室100之頂半部的第二區段206及將電漿腔室100之第一區段204與第二區段206黏結在一起的黏結界面207(圖1中所示)。第一區段204及第二區段206以及黏結界面207可由相同介質材料或兩種或多於兩種的不同介質材料建構。
如所示，第一區段204界定(i)具有界定電漿通道之一部分之內表面的第一壁部分208，(ii)沿電漿通道之第一側102定位且延伸超出第一側102第一寬度的第一凸緣210，及(iii)沿電漿通道之第二側104定位且延伸超出第二側104第二寬度的第二凸緣212。類似地，第二區段206界定(i)具有界定電漿通道之另一部分之內表面的第二壁部分214，(ii)沿電漿通道之第一側102定位且延伸超出第一側102第一寬度的第三凸緣216，及(iii)沿電漿通道之第二側104定位且延伸超出第二側104第二寬度的第四凸緣218。黏結界面207係藉由分別在第一凸緣210與第三凸緣216之間且在第一區段204及第二區段206之第二凸緣212與第四凸緣218之間將第一區段204與第二區段206黏結在一起而形成。具體言之，黏結界面207處之黏結經調適形成呈單體結構之電漿腔室100，其包含：(i)協同界定用於在其中容納氣體及/或電漿之電漿通道的第一壁部分208及第二壁部分214，(ii)協同界定具有第一寬度之第一黏結凸緣110的第一凸緣210及第三凸緣 216，及(iii)協同界定具有第二寬度之第二黏結凸緣112的第二凸緣212及第四凸緣218。在一些實施例中，第一黏結凸緣110之第一寬度及/或第二黏結凸緣112之第二寬度在約0.06吋與約1吋之間。舉例而言，第一寬度或第二寬度均可為約0.25吋。
一般而言，在黏結界面207處用於形成第一黏結凸緣110或第二黏結凸緣112的黏結強度與黏結界面207處的表面積之量成比例。在不存在黏結凸緣110、112的情況下，電漿腔室100之相對較薄的第一壁部分208及/或第二壁部分214經調適產生可損害黏結可靠度的薄黏結界面207，即使該等薄壁有益於緩和熱應力。因此，第一黏結凸緣110及第二黏結凸緣112係用於確保電漿腔室100之第一區段204與第二區段206之間更可靠且堅固的黏結。此有利地允許對第一壁部分208及第二壁部分214的厚度獨立地進行最佳化以使熱機械應力降至最低。
在一些實施例中，電漿腔室100之第一區段204及第二區段206實質上相同。在一些實施例中，第一區段204及第二區段206中之每一者係由介質材料形成且在生坯狀態下進行機械加工。電漿腔室100之此等兩個區段204、206可由以下黏結方法中之任一者黏結，其包括：(i)在凸緣210、212、216、218處施加且熔融玻璃料以在黏結凸緣110、112處形成玻璃接頭，(ii)在凸緣210、212、216、218處施加包含Al2O3、Y2O3、Sc2O3、Ce2O3、MgO、CaO或ZrO2中之一或多者的共熔混合物且將兩個區段204、206燒結在一起以形成黏結凸緣110、112，(iii)將兩個區段204、206共燒在一起以形成黏結凸緣110、112，或(iv)在凸緣210、212、216、218處施加高溫環氧樹脂且將兩個區段204、206固化在一起以形成黏結凸緣110、112。可在黏結凸緣110、112處形成強氣密密封。
如上文所描述，包括第一區段204及第二區段206的電漿腔室100可由相同介質材料或不同介質材料製成。通常，依據蝕刻速率(例如，以微米/分鐘為單位而量測之每單位時間的材料移除速率)來量測特定材料對電漿之抗性。在一些實施例中，用於建構電漿腔室100之介質材料係高純度(例如，約99.5%至約99.9%)氧化鋁(Al2O3)陶瓷材料，其係歸因於在鹵素電漿中之較低蝕刻速率而加以選擇。此外，氧化鋁已展現出良好的抗熱震性，其就熱應力應用之材料選擇而言為另一關鍵參數。針對抗熱震性之式展示於等式[1]中：
Figure 108124601-A0305-02-0014-1
其中R表示抗熱震度，σF表示材料之撓曲強度(MPa)，ν表示泊松比(Poisson ratio)，K表示熱導率(W/mK)，E表示楊氏管模數(Young's modulus)(GPa)，且α表示熱膨脹係數(μm/mK)。等式[1]藉由產生指示材料對熱應力之抗性程度的單一數值使對熱應力抗性至關重要之若干材料特性得以結合。抗性值愈高，材料愈好地應對熱應力。舉例而言，用於一些現有電漿腔室中之介質材料，石英之抗熱震因數為約2500。相比之下，氧化鋁之抗熱震度為約3400，其主要歸因於其高強度與高熱導率之組合。因此，從應對熱應力角度出發，對於建構電漿腔室，氧化鋁作為結構性材料要比石英好約1.4倍。
在一些實施例中，用於建構電漿腔室100之介質材料為第II族元素、第III族元素、鑭系元素中之一者的氧化物或氮化物或其混合物。舉例而言，介質材料可為Y2O3、Sc2O3、La2O3、Ce2O3或MgO中之一者。作為另一實例，介質材料可為AlN、BN或YN中之一者。
在一些實施例中，藉由將用於形成電漿腔室100之介質材 料(例如，Al2O3)與少量第II族或第III族元素中之一者的氧化物(諸如Y2O3、Sc2O3或MgO)摻雜或合金化來增強電漿腔室100之電漿抗性。已展示，將Al2O3粉末與少量Y2O3、Sc2O3或MgO粉末混合且將混合物加熱至約1700℃的溫度，引起形成AlxYyOz、AlxScyOz或AlxMgyOz形式之化學計量合金。相較於單獨的Al2O3，在經歷諸如F*、Cl*及Br*之鹵素電漿化學物質時，此類合金已展示出具有較低的侵蝕速率。
在一些實施例中，在黏結界面207處將兩個區段黏結在一起之前，將塗層施加至電漿腔室100之第一區段204之第一壁部分208的內表面及/或第二區段206之第二壁部分214的內表面。如上文所描述，兩個壁部分208、214經調適形成暴露於其中之電漿的電漿通道。因此，可將塗層施加至此等兩個區段的內表面，使得其直接面向電漿。塗層可包含氧化釔(Y2O3)、Sc2O3、La2O3、Ce2O3、MgO、SiO2、B4C或YAG之合金中之一或多者，相較於Al2O3，該等合金在鹵素電漿中具有較低的蝕刻速率。塗層亦可包含Al2O3。一般而言，較厚塗層之使用壽命比較薄塗層要長，因為較厚塗層之由侵蝕所致之蝕穿需要耗費較長時間。然而，塗層與電漿腔室表面之黏著力係與塗層厚度相關。當溫度變化時，塗層材料與基底材料之熱膨脹係數的失配會在界面處且在塗層材料中產生熱機械應力。此類應力隨溫度或溫度梯度而增加，且可導致塗層失效。對於大多數上述塗層材料而言，最佳塗層厚度在5μm至1000μm範圍內。在一些實施例中，較佳塗層厚度在10μm與100μm之間。
在一些實施例中，諸如電漿或火焰噴塗之塗佈製程係用於將材料之緻密塗層沈積至第一壁部分208之內表面及/或沈積至第二壁部分214之內表面，其中塗層厚度為大約數微米至數百微米。然而，噴塗(亦稱 為視線塗佈(line-of-sight coating))需要良好暴露塗層表面以達成相對均勻的塗層厚度。如圖2中所示，電漿源100的分段結構尤其適合於噴塗，因為在黏結兩個區段204、206之前，形成電漿腔室100之所得電漿通道的第一壁部分208及第二壁部分214之內表面容易接近的且良好暴露。
在例示性塗佈製程中，在生坯狀態下對兩個區段204、206進行機械加工之後，但在黏結兩個區段204、206之前，將合金用劑(例如，Y2O3、Sc2O3或MgO)之薄層沈積於第一區段204之第一壁部分208或第二區段206之第二壁部分214中之至少一者的內表面上，如圖2中所示。當使用所需黏結製程(例如，共燒、燒結等)將兩個區段204、206在黏結界面207處進行黏結時，在內表面之至少一部分上產生合金化塗層之薄層，諸如呈AlxYyOz、AlxScyOz或AlxMgyOz形式。在一些實施例中，亦將相同的合金用劑(例如，Y2O3、Sc2O3或Y2O3與Al2O3的混合物)製成漿料且作為黏結劑施加至黏結界面207使得兩個區段204、206共熔黏結以形成第一黏結凸緣110及第二黏結凸緣112。可在同一黏結製程中達成形成共熔黏結及合金塗層。
在一些實施例中，電漿腔室100之第一壁部分208的厚度及/或第二壁部分214的厚度在約0.04吋與約0.12吋之間。介質電漿腔室(例如，電漿腔室100)之主要限制為由電漿熱負荷產生的熱機械應力。存在測定與熱機械應力相關之最佳壁厚度的兩個競爭因素。一方面，電漿腔室之壁愈薄，穿過壁厚度的熱梯度愈小。另一方面，電漿腔室之壁需要足夠厚以具有足夠機械強度以抵抗熱應力及電漿腔室在裝配期間經受之其他應力。因此，需要此等兩個因素(亦即，機械強度及低熱梯度)之間的最佳平衡以減輕熱應力。可選擇在約0.04吋與約0.12吋之間的電漿腔室100之第 一壁部分208及/或第二壁部分214的厚度來平衡此等兩個競爭因素。
儘管圖1及圖2展示了電漿腔室100具有整體形狀為圓形的環狀電漿通道，但其他環狀通道形狀亦係可能的，諸如卵形、橢圓形或多邊形。舉例而言，圖3展示了根據本發明之一些實施例之具有形狀為矩形的環狀電漿通道之環狀電漿腔室300。圖4展示了根據本發明之一些實施例之具有形狀為卵形的環狀電漿通道之環狀電漿腔室400。上文所描述的關於電漿腔室100的特性及分段製造方法同樣適用於線性電漿腔室。舉例而言，在一替代性實施例中，本發明之電漿腔室呈由所揭示之黏結製程形成的線性電漿通道形式。
本發明之電漿通道的截面可具有不同形狀，諸如圓形、卵形、橢圓形、多邊形或矩形/正方形。此外，電漿通道截面的外輪廓及內輪廓可具有相同或不同形狀。舉例而言，圖5展示了根據本發明之一些實施例之具有電漿通道502的環狀電漿腔室500之一部分，該電漿通道具有伴隨矩形內輪廓506及矩形外輪廓508的截面504。圖6展示了根據本發明之一些實施例之具有電漿通道602的環狀電漿腔室600之一部分，該電漿通道具有伴隨圓形內輪廓606及圓形外輪廓608的截面604。704圖7展示了根據本發明之一些實施例之具有電漿通道702的環狀電漿腔室700之一部分，該電漿通道具有伴隨圓形內輪廓706及六邊形外輪廓708的截面704。在一些實施例中，電漿通道之截面的面積在約0.2cm2與約50cm2之間。
圖8a至圖8c展示了根據本發明之一些實施例之例示性電漿處理系統800的視圖。圖8a展示了包括圖1之電漿腔室100的例示性電漿處理系統800。圖8b展示了圖8a之電漿處理系統800的剖視圖。圖c展示了圖 8a之例示性電漿處理系統800的側視圖。如所示，電漿處理系統800包括具有至少一個氣體入口806及至少一個由出口凸緣808表示的氣體出口之電漿腔室100。
電漿腔室100由散熱件810環繞，用於自電漿腔室100移除熱量。散熱件810可由多個區段形成，諸如實質上包圍電漿腔室100的至少兩個區段810a、810b。散熱件810之分段可輔助系統800之裝配，尤其當電漿腔室100具有諸如環狀之複雜形狀時。在一些實施例中，將散熱件810沿方位角平面(亦即，如圖8b中所指示之X-Z平面)分成兩個區段。所得兩個散熱件區段810a、810b可實質上相同且沿y軸對準以形成總散熱件810。在一些實施例中，形成呈單一單體組件之散熱件810。
電漿處理系統800包括將電磁能耦合至電漿腔室100中之電力變壓器822。電力變壓器822包括高磁導率磁芯804、初級線圈824及電漿腔室100。電漿腔室100允許電漿形成變壓器822之次級電路。磁芯804可藉由支撐結構818支撐及冷卻。電力變壓器822可包括形成額外初級電路或次級電路的額外磁芯及導線圈。舉例而言，圖8a至圖8c中所示之系統800展示了由四個變壓器磁芯(例如，磁芯804及三個額外磁芯(未標記))包圍的電漿腔室100。
圖9展示了沿圖8c中所示A-A截面線之電漿處理系統800的截面圖。電漿處理系統800包括含電漿腔室100及散熱件810的組件，其置放於變壓器822內。包括磁芯804及一或多個初級線圈824(未圖示)之變壓器822經調適將電功率耦合(例如，電感耦合)至由電漿腔室100之電漿通道802界定的電漿產生區域中。磁芯804連同初級線圈一起感應與電漿通道802對準之電場及電流，其允許對電漿通道802中的電漿進行點火且維持 形成變壓器822之次級電路。
具體言之，在操作中，可經由氣體入口806將氣體饋入至電漿通道802中，直至達至例如在約0.001托與約1000托之間的壓力。變壓器822感應使電漿腔室100之電漿通道802中的氣體發生電離的電場以形成使變壓器822之次級電路接通的電漿。電漿通道802中的電漿或活化氣體之至少一部分可經由出口凸緣808遞送離開系統800。在一些實施例中，在將所感應之電功率耦合至電漿之前，電漿通道802內部之氣體由施加至電漿通道802的電場點火以產生初始電擊穿。若干點火方案描述於美國專利第6,150,628號、第7,166,816號及第7,659,489號中，且讓渡給Andover，MA之MKS Instruments公司，該等專利之揭示內容特此以全文引用之方式併入本文中。
在一些實施例中，散熱件810實質上囊封/環繞具有安置在散熱件810與電漿腔室100之間的熱界面812的電漿腔室100。經組態自電漿腔室100移除熱量之散熱件810可由諸如銅之導電材料形成。在一些實施例中，經由流體入口828將冷卻流體供應至冷卻套，且經由流體出口830將其移除。熱界面812可為柔性導熱墊或封裝化合物。熱界面812具有一或多種機械特性，當介質腔室經歷來自電漿之熱負荷時，該等特性准許該熱界面適應由散熱件810內部之電漿腔室100的熱變形誘發的壓力。熱界面812可具有不同程度之柔性，諸如易於變形，其可有助於適應系統800之熱誘發的尺寸變化。熱界面812亦可具有足夠高的熱導率以使熱量離開介質電漿腔室100，向散熱件810有效傳導。可藉由在材料中引入少量孔隙(0.1體積%至10體積%)而將熱界面812製為可壓縮的。在一些實施例中，用熱界面812填充電漿腔室100與散熱件810之間的間隙，且間隙寬 度為約0.020吋。
在一些實施例中，藉由沿電漿通道802之第二側/外側104及/或第一側/內側102定位的一或多個介質間斷件(dielectric break)814將兩個散熱件區段810a、810b彼此電分隔/隔離。舉例而言，介質間斷件814可沿著電漿腔室100之第一黏結凸緣/內黏結凸緣110及/或第二黏結凸緣/外黏結凸緣112置放。此等介質間斷件814亦為熱界面812提供了間隔。舉例而言，介質間斷件814可經組態以在電漿腔室100與散熱件810之間的間隙內容納熱界面材料，且防止熱界面材料自散熱件810與電漿腔室100之間的間隔漏泄。
在一些實施例中，將兩個散熱件區段810a、810b沿電漿腔室100之環狀方向進一步電分隔。環狀方向上之散熱件810的此類分段防止電流在散熱件810中受到感應，該感應可使由電漿通道802中之電漿形成的變壓器次級電路短路。
圖10展示了沿圖8c中所示B-B截面線之電漿處理系統800的另一截面圖。如所示，電漿腔室100係由呈方位角分段式的散熱件810a及810b環繞，且由磁芯(例如，磁芯804)包圍。B-B截面線穿過呈環狀分段式散熱件810之接頭，伴隨冷卻流體穿過介質液壓聯軸器826在分段散熱區段之間傳導。在一些實施例中，介質液壓聯軸器826係由高溫塑膠製成。類似的散熱件分段配置描述於美國專利第7,501,600號及第7,659,489號中，讓渡給MKS Instruments公司(Andover,MA)，該等專利之揭示內容特此以全文引用之方式併入本文中。
除能夠在電漿腔室100之兩個區段204、206(參見圖2)之間實現強黏結以外，第一黏結凸緣110及第二黏結凸緣112在降低溫度及熱 應力方面亦提供益處。具體言之，由於第一黏結凸緣110及第二黏結凸緣112分別延伸超出電漿通道802之第一側102及第二側104，因此其增加了電漿腔室100的主體與散熱件810之間的接觸表面積之量，如圖9及圖11中所示。此額外接觸表面可引起介質電漿腔室100中的峰值溫度降低。
圖12a展示了根據本發明之實施例之具有第一黏結凸緣110及第二黏結凸緣112之圖1的電漿腔室100的模擬溫度分佈。圖12b展示了不具有黏結凸緣之電漿腔室1200的模擬溫度分佈。用於圖12a之模擬中的第一黏結凸緣110及第二黏結凸緣112均具有0.25吋的寬度。模擬使用30℃的入口冷卻水溫度及6千瓦(kW)的操作功率負荷。如所示，根據本發明之例示性實施例，不具有黏結凸緣的電漿腔室1200中的峰值溫度為約185℃，而具有黏結凸緣110、112的峰值溫度為約153℃。其展示出使用黏結凸緣110及112可使電漿腔室100中的峰值溫度上升降低約20%。
另外，第一黏結凸緣110及第二黏結凸緣112充當電漿腔室100之第一側/內側102及第二側/外側104周圍的加強肋，其可降低電漿腔室100在熱負荷下的變形及熱應力。
在另一態樣中，由介質間斷件814及電漿腔室100之黏結凸緣110、112所提供的兩個散熱件區段810a、810b之電分隔/隔離允許其按相反電壓偏置以供電漿點火。圖11展示了包括由圖8a、圖8b、圖10及圖11所示之散熱件區段810a、810b囊封的電漿腔室100之組件的截面圖。散熱件區段810a、810b可充當電容耦合至電漿腔室100的點火電極，且可向其施加電壓以供對電漿腔室100中的氣體1104進行點火。如所示，當連接至可為DC、RF或脈衝式電源供應器之電源供應器1102時，兩個散熱件區段810a、810b可按相反極性偏置，且所施加電壓可為約數百伏至數千 伏。作為一實例，呈散熱件區段810a、810b形式之點火電極可使用400KHz的RF電源供應器在約2kV至5kV的峰間電壓下偏置。施加電壓後，在電漿腔室100之電漿通道中所容納之氣體1104內部產生電擊穿(例如，電擊穿1106)。由於呈散熱件區段810a、810b形式之點火電極實質上覆蓋電漿通道的整個第二側/外側104，因此電擊穿1106經調適覆蓋大量的製程氣體1104。此特徵與電漿腔室100之環狀方向上的感應電場之使用組合使得環狀電漿能夠形成於電漿腔室100中。
圖13說明了根據本發明之一些實施例之用於製造圖1的電漿腔室100的例示性製程1300。電漿腔室100界定內部電漿通道，其具有第一側102(亦即，若電漿通道為環狀，則為內側)及第二側104(亦即，若電漿通道為環狀，則為外側)。在步驟1302處，電漿腔室100的第一區段204係由介質材料，例如藉由對生坯狀態下之介質材料進行機械加工來建構。在步驟1304處，電漿腔室100的第二區段206係由相同介質材料或不同介質材料，例如藉由對生坯狀態下之介質材料進行機械加工來建構。第一區段204或第二區段206可為電漿腔室100的頂半部或底半部。第一區段204具有(i)沿電漿通道之第一側102定位且延伸超出第一側102第一寬度的第一凸緣210，及(ii)沿電漿通道之第二側104定位且延伸超出第二側104第二寬度的第二凸緣212。類似地，第二區段206具有(i)沿電漿通道之第一側102定位且延伸超出第一側102第一寬度的第三凸緣216，及(ii)沿電漿通道之第二側104定位且延伸超出第二側104第二寬度的第四凸緣218。
在一些實施例中，在步驟1304之後但在步驟1306將第一區段204與第二區段206黏結之前，在步驟1308處將塗層分別施加於第一區段204或第二區段206中之至少一者的第一壁部分208及/或第二壁部分214 的內表面上，其中第一壁部分208或第二壁部分214的內表面形成暴露於其中之電漿的電漿通道之至少一部分。在一些實施例中，塗層為沈積於第一區段204或第二區段206中之至少一者的第一壁部分208及/或第二壁部分214之內表面上的合金用劑之層。
在步驟1306處，將第一區段204與第二區段206黏結以形成電漿腔室100。將第一區段204與第二區段206黏結涉及(i)分別在第一區段204及第二區段206之第一凸緣210與第三凸緣216之間形成黏結，以產生第一黏結凸緣110，及(ii)分別在第一區段204及第二區段206之第二凸緣212與第四凸緣218之間形成黏結，以產生第二黏結凸緣112。在此黏結製程期間，若合金用劑之層已安置於第一壁部分208及/或第二壁部分214的內表面，則內表面上之合金化塗層可藉由相同黏結製程由合金用劑之層產生。儘管製程1300係根據具有環狀電漿通道之環狀電漿腔室加以解釋，但相同製程1300亦適用於其他形狀的電漿腔室，諸如具有線性電漿通道的電漿腔室。
在一些實施例中，可使用高溫低蒸氣壓環氧樹脂或玻璃料黏結將第一區段204與第二區段206黏結在一起。在此類實施例中，在黏結之前，對第一區段204及第二區段206進行燒製/燒結。環氧樹脂或玻璃料可施加至第一區段204之至少第一凸緣210及第二凸緣212。第一凸緣210與第三凸緣216及第二凸緣212與第四凸緣218之黏結係藉由協同加熱第一區段及第二區段以固化環氧樹脂或熔融玻璃料以形成黏結界面207而實現。環氧樹脂的固化溫度通常在約200℃至400℃之間，且玻璃的熔融溫度約為1000℃至1500℃，兩者均實質上低於高溫陶瓷材料的燒結溫度。舉例而言，氧化鋁(Al2O3)陶瓷之燒結溫度為約2000℃。歸因於在此 類實施例中環氧樹脂的固化/玻璃的熔化溫度與陶瓷燒結溫度之間的差異，燒結及黏結步驟必須分開進行。
圖14a至圖14c展示了根據本發明之一些實施例之用於形成電漿腔室的另一例示性組件。電漿腔室1400係由包括第一區段1404及第二區段1406的兩個離散區段建構，如圖14b及圖14c中所示。第一區段1404及第二區段1406中之每一者可包含電漿腔室1400之一半，其中一個區段包括電漿腔室1400的氣體入口且另一區段包括氣體出口。可使用黏結劑將兩個區段在凸緣1410及1412處黏結在一起。在一些實施例中，區段1404與區段1406在幾何形狀上相同。在一些實施例中，區段1404及區段1406具有用於容納或產生沿電漿腔室1400之氣體流型不同的幾何形狀。區段1404、區段1406及黏結界面1407可由相同介質材料或由兩種或多於兩種的不同介質材料建構。在一些實施例中，將塗層安置於電漿腔室之內表面上，該內表面形成暴露於其中之電漿的電漿通道之至少一部分。塗層可包含Al2O3、Y2O3、Sc2O3、La2O3、Ce2O3、MgO、SiO2、B4C或包括YAG之合金中之一者。可用不同材料塗佈入口及出口區段的內表面而使電漿效能最佳化。
在另一態樣中，本發明之電漿腔室及電漿處理系統可用於多種應用中，諸如用於需要鹵素電漿的半導體晶圓製程中。稱為原子層蝕刻(ALE)的一個例示性半導體晶圓製程需要使用Cl*電漿及電漿源之脈衝操作。本發明之介質電漿腔室(例如，電漿腔室100)與兩種此等要求相容，因為其在Cl*電漿中具有低侵蝕速率，且歸因於其具有對製程內氣體進行快速點火的能力而可用於脈衝模式中。
在一些實施例中，本發明之電漿處理系統(諸如電漿處理系 統800)在高密度電漿環境中具有低離子轟擊能，因此提供優於其他歸因於來自電漿的離子轟擊而遭受面向電漿表面之侵蝕的電容耦合電漿源或電感耦合電漿源的優點。因此，本發明之電漿處理系統在高電漿功率密度下具有低粒子產生及較長使用壽命(例如，以RF小時量測)。較低粒子缺陷在通常對可在裝置上產生缺陷之次微觀粒子敏感之半導體裝置製造中能夠實現較高產率。
傳統電漿處理系統通常由在內部表面上具有介質塗層的金屬(例如，鋁)製成，以提供足夠的熱傳導來在高功率電漿操作條件下將電漿腔室的溫度維持在合理界限內。相較於典型介質材料，選擇此材料係歸因於鋁之極好(例如，大於10倍)熱導率。對於既定熱通量(Q W/m2)，以ΔT=Q*Thx/k計算跨越固體的溫度差，其中k為固體的熱導率且Thx為跨越其進行傳熱之固體的厚度。因此，為使跨越固體之溫度差降至最低，需要使k/Thx達至最大。此暗示對材料的選擇需要為具有高熱導率的金屬或具有較低熱導率的較薄介質材料。使用純介質電漿腔室的優點為其能夠應對對電漿製程內氣體進行快速點火所必需的較大電壓(例如，高達數十kV)，而金屬電漿腔室在此類能力方面受限制且通常需要良好點火條件(諸如，氬氣作為點火氣體)，且進一步需要轉變成製程化學物質來維持電漿。
此介質電漿腔室之點火能力的優點使得能夠在點火期間用負電性氣體(例如O2、NF3、F2、Cl2等)填充介質電漿腔室，而無需進行與自惰性氣體/正電性氣體變成製程氣體相關的額外轉變。此類能力亦使得電漿能夠脈衝(亦即在開啟與關閉狀態之間的捺跳開關)，此對於原子層處理應用(諸如ALE及ALD)至關重要。因此，相比於諸如遠端感應耦合電漿 源或基於微波或介質阻擋放電的電漿源之替代方案，介質電漿腔室成為用於脈衝自由基遞送應用之遠端電漿源中的最佳架構。
此外，可操作本發明之變壓器耦合之電漿處理系統(諸如電漿處理系統800)以在短時段內遞送特定化學反應物。圖15a至圖15d展示了根據本發明之一些實施例之使用圖8a至圖8c的電漿處理系統800作為遠端電漿源的各種例示性脈衝操作。具體言之，圖15a展示了當前驅體B穿過遠端電漿源800、遠端電漿源800下游之入口流動至電漿腔室100中或直接流動至電漿腔室100中時，僅操作(亦即，接通)遠端電漿源800時的例示性脈衝操作。操作作為遠端電漿源之電漿處理系統800之其他模式亦為可能的，諸如圖15b中所示之僅針對前驅體A接通遠端電漿源，或如圖15c中所示之針對前驅體A及B兩者接通遠端電漿源。
若存在具有恆流的單一前驅體，且僅對遠端電漿源進行捺跳開關即允許進行在整個製程內持續特定時間的基於自由基之處理，則可使用相同原理，其中基於前驅體之製程係用於調整遠端電漿源下游之反應的速率及類型。一種此類實例為如圖15d中所示之ALE製程，其中流經遠端電漿源之前驅體可包括Cl2或其他鹵素氣體，按週期性間隔將其轉化成包括原子氯之自由基且出於高反應性激發氯分子，其中在基板上使用獨立偏壓間歇性地在基板上進行一些離子轟擊來活化表面。一般而言，存在最佳化此等組合以實現特定應用的多種方式。一種常見特徵為能夠具有低粒子產生遠端電漿源，其可提供原子層面上化學反應所需的自由基通量，且該遠端電漿源可基於製程需要快速地進行捺跳開關以允許進行製程氣體內之點火。此類能力可藉由本發明之電漿腔室及電漿處理系統達成。舉例而言，本發明之電漿腔室可由介質材料形成且由蚌式幾何形狀黏結，其使得 新型塗料能夠整合至與所需製程化學物質相容的面向電漿之表面中。
在本發明之上下文中，術語「約(about)」定義為在術語「約」之後之值的±50%內。雖然已參考特定實施例特別地展示且描述了本發明，但熟習此項技術者應理解，可在不脫離如由所附申請專利範圍界定的本發明之精神及範疇的情況下在其中進行形式及細節上的各種改變。
100:電漿腔室
102:第一側/內側
104:第二側/外側
110:第一黏結凸緣
112:第二黏結凸緣
207:黏結界面

Claims (27)

  1. 一種電漿處理系統之電漿腔室，該電漿腔室界定一電漿通道，該電漿通道具有一第一側及沿該電漿通道的之一長度相對安置之一第二側，該電漿腔室包含：由一介質材料建構之一第一區段，該第一區段具有(i)沿該電漿通道之該第一側定位且延伸超出該第一側一第一寬度的一第一凸緣(flange)，及(ii)沿該電漿通道之該第二側定位且延伸超出該第二側一第二寬度的一第二凸緣；由該介質材料建構之一第二區段，該第二區段具有(i)沿該電漿通道之該第一側定位且延伸超出該第一側該第一寬度的一第三凸緣，及(ii)沿該電漿通道之該第二側定位且延伸超出該第二側該第二寬度的一第四凸緣；及一界面，其在該第一凸緣與該第三凸緣之間及該第二凸緣與該第四凸緣之間處將該第一介質區段與該第二介質區段黏結在一起，以在該第一凸緣與該第三凸緣之間及該第二凸緣與該第四凸緣之間產生一氣密密封(hermetic seal)。
  2. 如請求項1之電漿腔室，其中該介質材料為氧化鋁(Al2O3)陶瓷。
  3. 如請求項2之電漿腔室，其中該介質材料為一第II族元素、一第III族元素、一鑭系元素中之一者的一氧化物或一氮化物或其混合物。
  4. 如請求項3之電漿腔室，其中該介質材料為Y2O3、Sc2O3、La2O3、Ce2O3或MgO中之一者。
  5. 如請求項3之電漿腔室，其中該介質材料為AlN、BN或YN中之一者。
  6. 如請求項1之電漿腔室，其進一步包含在該電漿腔室之一內表面上的一塗層，該內表面形成暴露於其中之一電漿的該電漿通道之至少一部分。
  7. 如請求項6之電漿腔室，其中該塗層包含Al2O3、Y2O3、Sc2O3、La2O3、Ce2O3、MgO、SiO2、B4C或包括YAG之合金中之一者。
  8. 如請求項1之電漿腔室，其中該界面包含為一玻璃料、一共熔混合物、或一環氧樹脂中之一者的一黏結劑。
  9. 如請求項1之電漿腔室，其中該第一區段與該第二區段實質上相同。
  10. 如請求項1之電漿腔室，其中該第一區段或第二區段之一壁的一厚度在約0.04吋與約0.12吋之間。
  11. 如請求項1之電漿腔室，其進一步包含：由將該第一凸緣與該第三凸緣黏結形成的一第一黏結凸緣，其中該第一黏結凸緣具有該第一寬度；及 由將該第二凸緣與該第四凸緣黏結形成的一第二黏結凸緣，其中該第二黏結凸緣具有該第二寬度。
  12. 如請求項11之電漿腔室，其中該第一黏結凸緣之該第一寬度或該第二黏結凸緣之該第二寬度在約0.06吋與約1吋之間。
  13. 如請求項12之電漿腔室，其中該第一寬度或該第二寬度為約0.25吋。
  14. 如請求項1之電漿腔室，其中該電漿通道形成一環狀迴路(toroidal loop)。
  15. 如請求項14之電漿腔室，其中該環狀電漿通道形狀為圓形、卵形、橢圓形或多邊形。
  16. 如請求項1之電漿腔室，其中該電漿通道為線性的。
  17. 如請求項1之電漿腔室，其中該電漿通道之一截面形狀為圓形、矩形或卵形。
  18. 如請求項17之電漿腔室，其中該電漿通道之該截面的一面積在約0.2cm2與約50cm2之間。
  19. 一種製造如請求項1之電漿腔室的方法，該方法包含：由該介質材料建構該第一區段；由該介質材料建構該第二區段；及將該第一區段與該第二區段黏結在一起以形成該電漿腔室，該電漿腔室具有容納一電漿在其中之一電漿通道，將該第一區段與該第二區段黏結包含在該第一凸緣與該第三凸緣之間形成黏結以產生具有一第一寬度的一第一黏結凸緣且在該第二凸緣與該第四凸緣之間形成黏結以產生具有一第二寬度的一第二黏結凸緣。
  20. 如請求項19之方法，其中建構該第一區段或該第二區段包含對一生坯狀態(green state)下之該介質材料進行機械加工。
  21. 如請求項19之方法，其中將該第一區段與該第二區段黏結在一起包含將該第一區段與該第二區段燒結在一起以在該第一黏結凸緣及該第二黏結凸緣處產生該氣密密封。
  22. 如請求項21之方法，其進一步包含：在燒結之前將合金用劑(alloying agent)之一層安置於該第一區段或該第二區段中之至少一者的內表面上，該內表面經調適形成暴露於其中之該電漿的該電漿通道之至少一部分；及藉由將該第一區段與該第二區段黏結之燒結製程在具有上面安置有該合金用劑之層的該內表面之至少一部分上產生一合金化塗層。
  23. 如請求項19之方法，其中該介質材料為氧化鋁(Al2O3)陶瓷。
  24. 如請求項23之方法，其中該介質材料為一第II族元素、一第III族元素、一鑭系元素中之一者的一氧化物或一氮化物或其混合物。
  25. 如請求項19之方法，其中該第一區段或該第二區段之一壁的一厚度在約0.04吋與約0.12吋之間。
  26. 如請求項19之方法，其中該第一黏結凸緣之第一寬度或該第二黏結凸緣之第二寬度在約0.06吋與約1吋之間。
  27. 如請求項26之方法，其中該第一寬度或該第二寬度為約0.25吋。
TW108124601A 2018-07-13 2019-07-12 具有經改良電漿抗性的具有介質電漿腔室的電漿源 TWI793347B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/035,551 2018-07-13
US16/035,551 US11019715B2 (en) 2018-07-13 2018-07-13 Plasma source having a dielectric plasma chamber with improved plasma resistance

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202014056A TW202014056A (zh) 2020-04-01
TWI793347B true TWI793347B (zh) 2023-02-21

Family

ID=69139334

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW112103051A TW202332322A (zh) 2018-07-13 2019-07-12 具有經改良電漿抗性的具有介質電漿腔室的電漿源
TW108124601A TWI793347B (zh) 2018-07-13 2019-07-12 具有經改良電漿抗性的具有介質電漿腔室的電漿源

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW112103051A TW202332322A (zh) 2018-07-13 2019-07-12 具有經改良電漿抗性的具有介質電漿腔室的電漿源

Country Status (8)

Country Link
US (2) US11019715B2 (zh)
EP (1) EP3821454A4 (zh)
JP (2) JP7374169B2 (zh)
KR (2) KR102532163B1 (zh)
CN (1) CN112655068B (zh)
SG (1) SG11202013181YA (zh)
TW (2) TW202332322A (zh)
WO (1) WO2020014030A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11488796B2 (en) * 2019-04-24 2022-11-01 Applied Materials, Inc. Thermal break for high-frequency antennae
US11956885B2 (en) * 2021-08-19 2024-04-09 Mks Instruments, Inc. Method and apparatus for impedance matching in a power delivery system for remote plasma generation

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4406458A (en) * 1980-11-07 1983-09-27 Max-Planck-Gesellschaft Flange seal
US6815633B1 (en) * 1997-06-26 2004-11-09 Applied Science & Technology, Inc. Inductively-coupled toroidal plasma source
TW200505292A (en) * 2003-04-16 2005-02-01 Applied Science & Tech Inc Toroidal low-field reactive gas and plasma source having a dielectric vacuum vessel
TW201501775A (zh) * 2013-03-14 2015-01-16 Mks Instr Inc 環形電漿減量裝置及方法
CN105144849A (zh) * 2013-03-15 2015-12-09 普拉斯玛比利提有限责任公司 环形等离子体处理装置
CN105728970A (zh) * 2014-12-26 2016-07-06 马自达汽车株式会社 焊接结构体的制造方法及焊接结构体

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2179774A (en) * 1935-12-07 1939-11-14 Smith Corp A O Welded pressure vessel
US4515107A (en) * 1982-11-12 1985-05-07 Sovonics Solar Systems Apparatus for the manufacture of photovoltaic devices
EP0360932A1 (en) * 1988-09-28 1990-04-04 Norman A. Bostrom Microwave ion source
US4835359A (en) * 1988-02-18 1989-05-30 Commercial Shearing, Inc. Method of manufacturing hemispherical tank heads
US5457298A (en) * 1993-07-27 1995-10-10 Tulip Memory Systems, Inc. Coldwall hollow-cathode plasma device for support of gas discharges
US5824605A (en) * 1995-07-31 1998-10-20 Lam Research Corporation Gas dispersion window for plasma apparatus and method of use thereof
US7569790B2 (en) * 1997-06-26 2009-08-04 Mks Instruments, Inc. Method and apparatus for processing metal bearing gases
US6150628A (en) * 1997-06-26 2000-11-21 Applied Science And Technology, Inc. Toroidal low-field reactive gas source
US7166816B1 (en) 1997-06-26 2007-01-23 Mks Instruments, Inc. Inductively-coupled torodial plasma source
WO2002052060A1 (en) 2000-12-26 2002-07-04 Valery Godyak Inductively coupled plasma reactor
US20030015965A1 (en) * 2002-08-15 2003-01-23 Valery Godyak Inductively coupled plasma reactor
US8053700B2 (en) 2003-04-16 2011-11-08 Mks Instruments, Inc. Applicators and cooling systems for a plasma device
JP4704855B2 (ja) * 2005-08-25 2011-06-22 日立オートモティブシステムズ株式会社 ポンプ装置
AT502351A1 (de) * 2005-09-12 2007-03-15 Ziger Peter Anlage zur plasmaprozessierung von endlosmaterial
TW200732499A (en) * 2005-12-23 2007-09-01 Mks Instr Inc Methods and apparatus for downstream dissociation of gases
US8097105B2 (en) * 2007-01-11 2012-01-17 Lam Research Corporation Extending lifetime of yttrium oxide as a plasma chamber material
CN201153345Y (zh) * 2007-12-28 2008-11-19 中国航天科技集团公司第五研究院第五一〇研究所 一种低污染等离子体放电腔
KR200475462Y1 (ko) * 2009-03-27 2014-12-03 램 리써치 코포레이션 플라즈마 처리 장치의 교체 가능한 상부 챔버 섹션
MY179709A (en) * 2009-09-10 2020-11-11 Lam Res Corp Replaceable upper chamber parts of plasma processing apparatus
KR101314666B1 (ko) 2011-11-28 2013-10-04 최대규 하이브리드 플라즈마 반응기
US9653266B2 (en) * 2014-03-27 2017-05-16 Mks Instruments, Inc. Microwave plasma applicator with improved power uniformity
WO2016031964A1 (ja) * 2014-08-29 2016-03-03 新日鐵住金株式会社 接合構造
US10224210B2 (en) * 2014-12-09 2019-03-05 Applied Materials, Inc. Plasma processing system with direct outlet toroidal plasma source
KR102376982B1 (ko) 2015-04-14 2022-03-21 삼성전자주식회사 세라믹을 이용하여 파티클 저감 효과를 가지는 원격 플라즈마 발생장치
US10479532B2 (en) * 2015-05-07 2019-11-19 Keystone Engineering Company Stress relieved welds in positive expulsion fuel tanks with rolling metal diaphragms
WO2016187166A1 (en) * 2015-05-21 2016-11-24 Plasmability, Llc Toroidal plasma processing apparatus with a shaped workpiece holder
JP6548991B2 (ja) 2015-08-28 2019-07-24 株式会社ダイヘン プラズマ生成装置
US10157733B2 (en) * 2016-01-29 2018-12-18 Applied Materials, Inc. Methods for igniting a plasma in a substrate processing chamber

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4406458A (en) * 1980-11-07 1983-09-27 Max-Planck-Gesellschaft Flange seal
US6815633B1 (en) * 1997-06-26 2004-11-09 Applied Science & Technology, Inc. Inductively-coupled toroidal plasma source
TW200505292A (en) * 2003-04-16 2005-02-01 Applied Science & Tech Inc Toroidal low-field reactive gas and plasma source having a dielectric vacuum vessel
TW201501775A (zh) * 2013-03-14 2015-01-16 Mks Instr Inc 環形電漿減量裝置及方法
CN105144849A (zh) * 2013-03-15 2015-12-09 普拉斯玛比利提有限责任公司 环形等离子体处理装置
CN105728970A (zh) * 2014-12-26 2016-07-06 马自达汽车株式会社 焊接结构体的制造方法及焊接结构体

Also Published As

Publication number Publication date
US20210243876A1 (en) 2021-08-05
SG11202013181YA (en) 2021-01-28
KR20210021398A (ko) 2021-02-25
JP2021530616A (ja) 2021-11-11
JP2024003021A (ja) 2024-01-11
KR20230070073A (ko) 2023-05-19
US11019715B2 (en) 2021-05-25
TW202014056A (zh) 2020-04-01
JP7374169B2 (ja) 2023-11-06
WO2020014030A1 (en) 2020-01-16
EP3821454A1 (en) 2021-05-19
CN112655068B (zh) 2024-04-12
KR102532163B1 (ko) 2023-05-11
EP3821454A4 (en) 2022-03-30
US20200022246A1 (en) 2020-01-16
CN112655068A (zh) 2021-04-13
TW202332322A (zh) 2023-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102335248B1 (ko) 플라즈마 프로세싱 챔버 내의 엘라스토머 시일의 수명을 연장시키는 크기로 형성된 에지 링
EP1618588B1 (en) Toroidal low-field reactive gas and plasma source having a dielectric vacuum vessel
EP1145273B1 (en) Low contamination high density plasma etch chambers and methods for making the same
JP2024003021A (ja) プラズマ処理システムおよびプラズマ処理システムを操作する方法
US7291566B2 (en) Barrier layer for a processing element and a method of forming the same
JP2008047869A (ja) シャワープレート及びその製造方法、並びにそのシャワープレートを用いたプラズマ処理装置、プラズマ処理方法及び電子装置の製造方法
WO2004030011A2 (en) Improved upper electrode plate in a plasma processing system and manufacturing method for the electrode
KR20030086618A (ko) 반도체 공정 설비내의 세륨 옥사이드 함유된 세라믹 부품및 코팅
JP4554815B2 (ja) 汚染制御方法およびプラズマ処理チャンバ
JP4181069B2 (ja) プラズマ処理装置
KR101296156B1 (ko) 유전체로 코팅된 정전척