TWI494029B - 電漿產生器之系統和形成電漿之方法 - Google Patents

電漿產生器之系統和形成電漿之方法 Download PDF

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Description

電漿產生器之系統和形成電漿之方法
本發明一般關於用於形成電漿的系統與方法，更特別的是，關於使用這一類的電漿產生器系統形成電漿的電漿產生器系統與方法。
電漿被用在各種處理以用於物理上及/或化學上變更工件的表面。舉例來說，電漿可以用於沉積或噴塗一層材料在工件上，從工件蝕刻或濺離不欲材料，或是在工件上實行灰化或剝離處理。典型地來說，使用電漿產生器產生電漿，電漿產生器可以包括管路、線圈與處理氣體源。該管路可以由介電性材料組成，像是石英或是鋁/藍寶石，而且可以至少部分由線圈圍繞。該管路的內部表面定義了電漿腔室，該電漿腔室與處理氣體源流通通聯以接收處理氣體。為了在注入處理氣體進入電漿腔室前擴散處理氣體，可以配置氣體流分配接收器在其中的入口上。
在操作期間，提供能量給線圈以產生橫跨電漿腔室的電場。當處理氣體流流經電場時，處理氣體的一部分轉換成電漿，電漿可以包括像是下列種類：電子、離子與反應自由基。該電漿種類流通至工件，並且視使用電漿的特定處理而定，可以沉積在工件上以形成一個層或可以與在工件上的材料反應以形成可移除的種類。
雖然上述系統會產生高品質電漿，該系統可以被改良。舉例來說，可以供應高電壓(例如比5千伏特還大)至線圈以維持電漿的產生；然而，假如施加該高電壓被超過臨界時段，或是超過臨界電壓，離子可以形成撞擊或噴濺在管路表面。結果，管路及/或周遭元件可能具有變短的生命週期以及所不欲的頻繁維修。為了至少部分緩和該效應，可以配置法拉第屏蔽在管路與線圈之間；但是這樣一個組構可能會增加系統的複雜度與成本。在另一例子中，在某些組構中，電漿會從電漿區域流通在具有較小直徑(例如大約76公釐)的管路至具有較大直徑(例如大約300公釐)的分配區域，因此減少了電漿從區域到區域之間的密度。結果，離子化氣體解離成反應自由基的速率也可能變動，可能導致比預期更長的處理持續時間。
從而，所希的是改良式的電漿產生器系統，可以導致本身系統元件的最小離子撞擊及/或噴濺。除此之外，所希的是該電漿產生系統包括像是以下的元件：氣體流分配接收器與管路，與傳統電漿產生器系統的元件相比具有改良式的有用生命週期，因此減少了這些系統的維護成本。進一步來說，本發明的其他所希特徵與特性將從本發明隨後的詳細說明與隨附申請專利範圍之連結隨附圖式與本發明的背景而變得明顯。
本發明提供了用於形成電漿的系統與方法。在一實施例中，提供了電漿產生器系統，包括：容器；配置在容器周圍的單一線圈，該單一線圈為單一構件並具有第一終端、第二終端、第一繞線與第二繞線，其中第一繞線從第一終端延伸，而第二繞線整合形成第一繞線的一部分並且延伸至第二終端；直接電氣耦合至該單一構件之第一終端的能量源；及直接電氣耦合至該單一構件之第二終端的電容。
在另一實施例中，提供一種電漿產生器系統，包含：定義腔室且具有入口的容器；配置在容器入口的氣體流分配接收器，該氣體流分配接收器包括複數個開口，該複數個開口以相對經由該接收器延伸之縱軸的氣體注入角度形成；其中該單一線圈調適提供橫跨該容器之該腔室的電場以在該腔室內形成電漿區以回應至供應至此的能量，及其中當氣體供應至該氣體流分配接收器，流經該複數個開口的大部分氣體被指引到電漿區。
在另一實施例中，提供一種形成電漿的方法，該方法包含下列步驟：供應電流至圍繞在容器之單一線圈的第一終端以提供能量給從第一終端延伸的第一繞線及延伸至該單一線圈之第二終端的第二繞線；及藉由讓電流流經電氣耦合至在該第二繞線下游之單一線圈之第二終端的電容以減少以該電流為基礎之電壓的阻抗來形成電場；注入處理氣體進入該電場以在該容器中形成電漿。
下列本發明的詳細說明在本質上僅僅為例示性的，而不意圖限制本發明或本申請案與本發明的用途。進一步來說，本發明無意被限制在先前的發明背景或下列本發明的詳細說明中所呈現的任何理論。
圖1為根據本發明之例示性實施例之電漿產生器系統100的簡化橫截面視圖。該電漿產生器系統100組構以產生電漿，該電漿可能用於沉積材料在工件102上或從工件102上移除材料。舉例來說，電漿產生器系統100可能與用於各種電漿處理技術的系統與元件連結，這些技術像是電漿強化化學氣相沉積、電漿蝕刻、電漿剝除或灰化、濺鍍、電漿噴濺與其類似物。從而，工件102可能是一基板，可能經受一或多個上述處理。舉例來說，在一實施例中，工件102可以由相當純的矽、鍺、砷化鎵或典型用於半導體產業的其他半導體材料，或是矽摻雜一或多種額外元素像是鍺、碳及其類似物。在另一實施例中，工件102可以是半導體基板，具有經由傳統半導體製程沉積在其上的多個層。在又另一實施例中，工件102可以是一元件，像是可能經受電漿處理的玻璃薄片、陶瓷薄片或金屬薄片。
電漿產生器系統100可能是遠端站立設備或是臨場併入處理系統的模組。顯示在圖1的電漿產生器系統100是遠端設備的例子。根據本發明的例示性實施例，電漿產生器系統100包括容器104、線圈108、能量源110，氣體流分配接收器106與噴淋頭112。雖然臨場模組可能不會以顯示於圖1的同樣方式組構，它可能包括相似的元件。
容器104組構以接收處理氣體，該氣體可以被電場離子化並且轉換成電漿，包括像是以下種類：電子、離子與反應自由基，用於沉積材料在工件102上或從工件102移除材料。在一例示性實施例中，容器104由可以強化電場的材料形成。舉例來說，容器104可以由介電材料形成，該介電材料包括，但並不限於：石英、鋁/藍寶石與陶瓷。為了容納電漿於其中，容器104具有定義電漿腔室118的邊壁116。邊壁116具有適於容納電漿在該容器104中的任何厚度，而且並不阻礙由該線圈108產生的電場。在一例示性實施例中，邊壁116具有範圍在約4公釐到6公釐的厚度。在另一例示性實施例中，邊壁116沿著它的全部軸長具有大致上一致的厚度(例如加減0.5公釐)。在另一實施例中，邊壁116沿著它自己的軸長具有變動的厚度。
邊壁116與電漿腔室118因此被塑形成允許指引電漿向工件102。在一例示性實施例中，邊壁116且具有沿著它本身軸長變化的形狀，如同圖1中所描述的。舉例來說，邊壁116可能包括從電漿容納部分124的入口端122延伸的頸部120，與從電漿容納部分124的出口端128延伸的管路部分126。頸部120可以是圓筒狀的，而且可以具有入口130與嵌接末端132，從靠近入口130的頸部120的終端134往外輻射凸出。在一例示性實施例中，頸部120沿著它的本身軸長具有一大致上一致的直徑(顯示為虛線113)(例如加減0.5公釐)。在另一例示性實施例中，頸部120具有變動的直徑。在又另一實施例中，直徑113的範圍從約30公釐到約60公釐。在其他實施例中，容器104可以不包括頸部120。
無論如何，電漿容納部分124包括通往電漿腔室118的入口148。根據一較佳實施例，電漿容納部分124可以是圓錐形，而且具有比入口端直徑(顯示為虛線117)還大的出口端直徑(顯示為虛線115)。在一例示性實施例中，出口端直徑115也比頸部120的直徑113還大，在另一例示性實施例中，出口端直徑115範圍從大約150公釐到350公釐，而頸部120的直徑113範圍從大約30公釐到大約60公釐。在其他實施例中，直徑115、113可以比上述範圍大或小。
根據本發明的另一例示性實施例，管路部分126具有大致上一致的直徑(顯示為虛線119)，該直徑大致上等於(例如加減0.5公釐)電漿容納部分124的出口端直徑115。在另一例示性實施例中，管路部分126的直徑119範圍從大約150公釐到大約350公釐，而且電漿容納部分124的出口端直徑115範圍可以在大約75公釐到大約300公釐。在其他實施例中，直徑119、115可以比上述範圍大或小。
管路部分126包括來自電漿腔室118的出口138，至少可以和工件102的直徑一樣大。在一例示性實施例中，出口138具有範圍從大約150公釐到350公釐的直徑(以虛線121描述)。在另一實施例中，出口138具有比上述範圍大或小的直徑121。舉例來說，在實施例中，其中只有工件102的所希部分將經受電漿處理，出口138的直徑121對應至該所希部分的尺寸。
根據本發明的一例示性實施例，頸部120、電漿容納部分124與管路部分126具有大致上彼此不相等的軸長。在一例示性實施例中，頸部120具有足夠長的軸長以穩定在容器104中的氣體流分配接收器106，但是沒有長到足以妨礙氣體流至電漿腔室118，如同以下將進一步討論的。
在這種狀況下，頸部120的軸長比電漿容納部分124的軸長還短，而且也比管路部分126的軸長還短。在一例示性實施例中，頸部120的軸長可以是電漿容納部分124的軸長的三分之一或更短。在另一例示性實施例中，頸部120與管路部分126具有大致上彼此相等但是比電漿容納部分124的軸長還短的軸長。無論如何，電漿容納部分124較佳地具有比管路部分126之軸長還長的軸長，不論頸部120的軸長，因為如同以下將更詳細討論的，這樣一個組構連結線圈108使用時，可以在電漿腔室118的所希部分造成具有更均勻密度的高濃度電漿。在一特定的例子中，電漿容納部分124的軸長比管路部分126軸長的兩(2)倍還長。在一例示性實施例中，電漿容納部分124的軸長範圍從大約100公釐到大約300公釐，而管路部分126的軸長從大約30公釐到大約150公釐。在其他實施例中，電漿容納部分124的軸長與管路部分126的軸長可以更長或更短，視週遭元件的特定尺寸而定。
為了提供橫跨電漿腔室118的電場，線圈108圍繞容器104的至少一部分。在一例示性實施例中，線圈108是由傳導材料形成的單一構件，該材料像是銅。根據另一例示性實施例，線圈108具有介於形成在容器104周圍的至少二繞線140、142之間的第一終端136與第二終端138。第一終端136電氣耦合至能量源110。第一繞線140從第一終端136延伸並且繞著容器104周圍完整的旋轉了一圈。第二繞線142與該第一繞線140整合並且圍繞容器104一次，並在第二終端138處結束，第二終端138電氣耦合至電容158與電氣接地159。
在一例示性實施例中，像是顯示於圖1中的，第一繞線140位在第二繞線142底下。在這種狀況下，因為第一繞線140配直在電漿容納部分124的一部分周圍，而電漿容納部分124具有比其中另一部分還大的直徑，所以第一繞線140相對地具有比第二繞線142還大的直徑。第一繞線140具有範圍在約10公分到約40公分之間的直徑，而第二繞線142可以具有範圍在約10公分到約35公分的直徑。然而應該了解的是，繞線140、142的尺寸可以視容器104外部直徑的尺寸比上述的範圍來得更大或更小。
相關於第二繞線142之第一繞線140的特定位置可以視環形螺管形狀區或「電漿區」176在容器104中的所希位置而定，在該所希位置將存在最大的電漿密度。特定地來說，電漿區176典型地形成在電漿腔室118最靠近第一繞線140的部分，因為第一繞線140從能量源110散逸比線圈108之任何部分的更多能量進入該處理氣體。結果，由第一繞線140接收的電流產生了比線圈108部分的任何其他部分還高的電壓。因此，假如電漿區176的所希位置是位在距離工件102的特定軸距，接著第一繞線140從而沿著容器104軸長的位置被配置。根據一例示性實施例，包括至少兩個繞線140、142。特別的是， 第一繞線140確保形成至少一閉路以因此在電漿腔室118中產生更穩定的電漿，而第二繞線142的納入也強化了電漿在電漿腔室118中的均勻性。當額外線圈的納入沒有造成不良影響，也沒有大致上改進在電漿區176中電漿的產量或品質時，雖然更多線圈被包括在其他實施例中，但它們是不必要的。
為了形成電漿區176，能量源110電氣耦合至線圈108的第一終端136以形成電路。圖2是根據本發明之一實施例之包含線圈108之電路200的簡化概略圖，而且也可以連結圖1來參考，如同本發明之一例示性實施例，相似的元件可以由相似的元件代號代表。能量源110可以是一射頻(RF)電壓源或其他可以提供線圈108能量以形成電場的能量源。在一例示性實施例中，能量源110包括RF產生器152，該RF產生器152可以被挑選以操作在一所希頻率並且供應一訊號至線圈108。舉例來說，該RF產生器152可以被挑選以操作在約0.2百萬赫茲到約20.0百萬赫茲的頻率範圍內。在一例示性實施例中，RF產生器152可以操作在13.56百萬赫茲。在一例示性實施例中，能量源110可以包括配置在RF產生器152與線圈108之間的匹配網路154。匹配網路154可以是阻抗匹配網路，組構以讓RF產生器152的阻抗匹配於線圈108的阻抗。關於這一點，匹配網路154可以由元件的組合組成，像是相位角偵測器與控制馬達；然而，在其他實施例中，將可以了解的是，也可以包括其他元件。
在該電路200的例示性實施例中，包括電容158以限制流經線圈108的電壓。關於這一點，電容158被挑選以具有將流經線圈108的峰對峰電壓限制在臨界電壓的電容值。根據本發明的一例示性實施例，該臨界電壓可能視線圈108的阻抗值與RF產生器152而定。在一例子中，電容158可以被挑選以用於可以減少流經線圈108的電壓至大約50%的初始電壓輸入。根據本發明的另一例示性實施例，電容158也被挑選為可以強化匹配網路154的阻抗匹配能力以讓RF產生器152的阻抗匹配於線圈108的阻抗。無論如何，電容158電氣耦合至介於線圈108與電氣接地159之間的線圈108的第二終端138。藉由放置單一電容158在線圈108下游並靠近能量源110，相對於在能量源110與線圈108之間及/或繞線140、142之間包括一或多個電容，可以使用較低電壓形成在電漿區176中的電漿。結果，沿著線圈108所經歷的與介於繞線140、142之間的壓降可以比在其他電路組構中還低，減少了在容器104表面、繞線140與142之間的電弧與週遭元件的離子撞擊與噴濺。
為了最大化系統的可操作性，線圈108被配置在容器104周圍的最佳位置，最小化了在電漿腔室118中由電漿區176佔據的體積，並且最大化了電漿區176中的電漿密度。各種因素導致了最佳位置的決定，這些因素包括但不限於：電容158所允許的最大峰對峰電壓流。在這樣的狀況下，最大電壓可以決定線圈108與電容158可允許的阻抗，以及RF產生器152可允許的阻抗。這些因素可以輪流實施以決定線圈108的總長度。因此，視所欲系統參數而定，線圈108的總長度可以相當長(例如具有大約5公尺的長度)或可以相當短(具有比1公尺還短的長度)，具有在容器104附近合適的對應數目的繞線140、142。此外，每一繞線140、142被配置距離容器104表面合適且大致上一致的距離，如此一來電漿區176形成在鄰近容器104之內表面163的電漿腔室118內。以這種方式，容器內表面163可以在處理期間引導該反應自由基往腔室出口138。舉例來說，在一例示性實施例中，線圈108可以在離該容器10公釐到30公釐的範圍內。
如同上面所提到的，為了強化電漿的穩定性與均勻度，不管線圈108的總長度為何，包括至少兩繞線。從而，每一繞線可以具有特定的最大直徑，該最大直徑可以限制在容器104周圍可以放置線圈108與繞線的實際位置。此外，線圈108的實際位置可以視容器104的形狀而定(例如容器104是否沿著它的軸長具有大致上一致的直徑或變動的直徑)。舉例來說，在一例示性實施例中，容器104可以沿著它的軸長具有變動的直徑，像是如圖1所示；因此，線圈108可以配置在沿著容器104軸長上容器104具有最小直徑的位置。在一例示性實施例中，電漿容納部分124可以具有容器104的最小直徑，而且線圈108可以圍繞電漿容納部分124的至少一部分。在本發明的另一例示性實施例中，其中電漿容納部分124具有圓錐形狀，線圈108可以位在電漿容納部分124的入口端與出口端122、128，如圖1所說明。
可以在注入電漿腔室118之前擴散處理氣體以大致上均勻地分配氣體至電漿區176。關於這一點，在一例示性實施例中，氣體流分配接收器106配置在電漿腔室入口148並且具有各種形狀中任何一種形狀，視電漿區176在容器104中的位置而定。根據一例示性實施例，氣體流分配接收器106包括杯狀構件，該杯狀構件由非傳導材料所組成，並且在暴露在空氣中時可以抵擋衝撞。舉例來說，合適的材料包括像是石英的介電材料。
杯狀構件150可以包括圓筒部分156與圓形部分160。圓筒部分156可以定義具有開口端161之接收腔室164的一部分。此外，圓筒部分156可以具有比電漿腔室入口148的內半徑還少的外半徑。在一例示性實施例中，凸緣166從圓筒部分156向外以輻射狀延伸。可以使用凸緣166以維持氣體流分配接收器106在容器104中的正確位置，也可以被夾在封口168與容器104之間。關於這一點，凸緣166的外半徑比頸部入口130的內部直徑還大。在一例示性實施例中，凸緣166的外半徑大致上等於(例如加減0.5公釐)容器嵌接末端132的外半徑。在其他例子中，凸緣166的外半徑可以更大或更小。在另一例示性實施例中，封口168具有大致上等於(例如加減0.5公釐)或大於凸緣166之直徑的直徑。舉例來說，凸緣166可以具有範圍從大約40公釐到大約70公釐的外直徑，而封口168具有更大的直徑。夾持裝置167可以圍繞至少凸緣166、封口168與容器嵌接末端132以確保氣體流分配接收器106維持配置在容器104的所希位置。為了允許存取進入接收腔室164，封口168可以包括一或多個開口170。開口170可以組構以接收一或多個對應氣體連接線172以提供與處理氣體源177的氣流通聯。
圓形部分160一般而言是半球形的，而且具有因此延伸與經由接收腔室164延伸的縱軸171。氣體注入開口182被包括在圓形部分160內，並且調適以提供介於接收腔室164與電漿腔室118之間的氣流通聯。為了控制處理氣體被注入電漿腔室118的方式，氣體注入開口182可以形成並定位，如此一來處理氣體沿著預定氣體注入路徑流動。氣體注入路徑一般而言允許氣體沿著軸向流動，從在接收腔室164中的第一位置經由開口182往大致上(例如加減0.5公釐)鄰近於或在電漿區176之上的第二位置流動。
雖然電漿區176因為線圈108在容器104之電漿容納部分124周圍的放置而呈環狀螺線的形狀，電漿區176也可以在一中心具有峰值密度；因此，電漿區176在其他實施例中可以是圓盤狀。在一例示性實施例中，第一位置是在接收腔室164的一個點，最佳化了在接收腔室164與電漿腔室118之間的壓力差異以因此最大化處理氣體的速度，最小化至電漿區176的距離。舉例來說，第一位置可以是在接收腔室164中的點，大致上與圓形部分160的內表面的圓周上的每一點等距(例如加減0.5公釐)。將可了解的是，在杯狀構件150上的開口182的位置也可以視在腔室118中電漿區176的特定位置而定。
開口182的數目、開口182的尺寸與開口182相對於容器106的外表面169形成的方向可以被進一步挑選以控制氣體注入的方式。舉例來說，為了大致上在電漿腔室118中平均分配處理氣體，可以包括三十到四十個開口182。在一特定的例子中，可以包括二十四個開口182。在其他實施例中，可以包括更多或更少的開口182。在一例示性實施例中，開口182在縱軸171附近以對稱方式配置，並且大致上平均間隔圓形部分160的圓周以形成圓環。在另一實施例中，開口182沒有在圓形部分160的圓周附近有平均的間隔。舉例來說，二或更多組開口可以一起靠近形成，而且每一組可以用相等距離間隔縱軸171。無論如何，開口182被間隔，如此一來處理氣體可以大致上平均注入電漿腔室118。
在本發明的一例示性實施例中，每一開口182具有大致上相等(例如加減0.5公釐)於鄰近開口182的直徑。舉例來說，每一開口182具有位在從大約0.5公釐到大約3.0公釐範圍內的直徑。在其他例子中，開口182可以比上述直徑範圍更大或更小。
現在換成參照圖3，提供了氣體流分配接收器106之圓形部分的特寫橫截面視圖。每一開口182經由接收器106以相對縱軸171以一氣體入射角(α)延伸。在一例示性實施例中，為了更平均地散佈處理氣體進電漿腔室118中，氣體入射角(α)相對於縱軸171比0°還大，並且較佳的 是，在從45°到90°的範圍中。舉例來說，氣體入射角(α)大約是60°。在其他實施例中，氣體入射角可以小於或大於上述範圍。
回來參照圖1，當能量源110提供線圈108能量，電場形成在電漿腔室118的選定部分以因此離子化可能流經其中而形成離子化氣體的處理氣體。如同這裡所使用的，用語「離子化氣體」可以包括，但並不限於離子、電子、中性種類、激發種類、反應自由基、解離自由基以及其他當處理氣體流經電場時可能形成的其他種類。為了控制離子化氣體在工件102上的散佈，噴淋頭112可以位在電漿腔室出口138。在一例示性實施例中，噴淋頭112包括平板184。平板184可以由任何合適的材料組成，對於電漿不起反應，像是鋁或陶瓷。一般而言，平板184依尺寸製作以允許氣體在整個工件102上的散佈，並且因此具有對應的合適直徑。
為了允許氣體通過其中，平板184是相當多孔的。特別的是，平板184包括合適地依尺寸製作與間隔且以大致上均勻的方式分佈離子化氣體在該工件102上的穿孔186。在一例示性實施例中，穿孔186具有範圍從大約2公釐到大約10公釐的直徑。在另一例示性實施例中，穿孔186以範圍從大約0.005孔數/平方公釐到大約0.2孔數/平方公釐的表面密度出現。在其他實施例中，穿孔186具有比先前提供的範圍更大或更小的尺寸。在另一實施例中，穿孔186是大致上均勻依尺寸製作的(例如加減0.5公釐)。除此之外，在一例示性實施例中，穿孔186以大致上均勻的圖案配置在噴淋頭112上，但是在另一例示性實施例中，穿孔186以非均勻的圖案配置。
在本發明的例示性實施例中，噴淋頭112直接耦合至容器104，如同圖1所示。舉例來說，噴淋頭112可以包括從平板184軸向延伸的邊壁188，該邊壁經由栓鎖、夾子、黏著劑或其他固定機制耦合至容器104。可以使用邊壁188以提供在電漿區176與工件102之間的額外距離，並且從而可以因此組構。
應該了解的是，雖然圖1說明了包括特定元件的電漿產生器系統100的一實施例，但或者可能施用與顯示在圖1中不同的額外的元件或元件。舉例來說，根據本發明的另一實施例，圖4說明了包括和系統100大致上相同元件的電漿產生器系統400，除了該系統400的容器404的電漿容納部分424是圓頂形狀外。在這個實施例中，該圓頂形狀電漿容納部分424的軸長比該容器404的管路部分426的軸長還長。雖然頸部420顯示為從電漿容納部分424延伸，其他的實施例可以不包括頸部420。此外，雖然線圈408的第一繞線440與第二繞線442顯示為配置在電漿容納部分424周圍，在另一例示性實施例中，該線圈408的繞線440、442或者也可以配置在管路部分426與電漿容納部分424之間。
圖5為根據本發明之又另一實施例之電漿產生器系統500的橫截面視圖。在這裡，電漿產生器系統500包括和系統100與400大致上相同的元件，除了該系統500的容器504沿著它全部的軸長具有大致上一致的直徑以外。從而，線圈508圍繞著該容器504的一部分並且包括第一繞線540與第二繞線542，這兩者具有大致上彼此相等的直徑。此外，如圖5所示，噴淋頭512、工件502與氣體流分配接收器506相對於線圈508的放置因為容器504的形狀而可能與系統100、400不同。
圖6為根據本發明之又另一實施例之電漿產生器系統600的橫截面視圖。系統600近似於上面所述的系統100，但是包括了氣體流分配接收器606，該氣體流分配接收器606形成以作為容器604之頸部620的一部分。特別的是，平板684配置在至電漿腔室618的入口上游的地方。平板684包括開口682，處理氣體在操作期間流經該開口682，而開口682大致上形成相似於包括在圖1的氣體分配接收器106的開口。
在本發明的又另一實施例中，圖7為近似於上述所明的系統600之電漿產生器系統700的橫截面視圖，除了平板784配置在容器704的電漿容納部分724之內。根據一例示性實施例，圓筒形邊壁780從容器的頸部720延伸進入由電漿容納部分724定義的電漿腔室718，而平板784包覆了頸部720的終端。形成在平板784的開口782大致上與包括在系統600中的開口相似。
不論系統100的特定物理實施例，每一實施例根據相似方法形成電漿。圖8為根據本發明之一例示性實施例之形成電漿之方法800的流程圖，這個流程圖可以被用於系統100、400、500、600與700。在一例示性實施例中，來自電流產生器的電流被供應至圍繞容器之單一線圈的第一終端以提供能量給從第一終端延伸的第一繞線與延伸該該單一線圈之第二終端的第二繞線，在步驟802。接下來在步驟804，以供應電流為基礎之電壓的阻抗被減少，而電場被形成。根據另一例示性實施例，在步驟806，藉由流通電流經過匹配於具有單一線圈阻抗值的阻抗值的阻抗匹配網路，可以達成阻抗的減少。根據本發明的另一例示性實施例，在步驟808，藉由流通電流經過電氣耦合至該第二繞線下游與接地上游的單一線圈的第二終端，可以進一步達成阻抗減少。
在步驟810，處理氣體可以流經電場以形成電漿。根據一例示性實施例，處理氣體可以經由位於該容器之入口的氣體分配接收器被注入該容器。該容器可以整合性地形成該容器的一部分，或是從該容器分離。在一例子中，該氣體分配接收器可以具有複數個形成在其中的開口，開口相對於一縱軸以一角度在其中延伸以允許大部分的處理氣體流經該電場。舉例來說，在一實施例中，處理氣體可以以相對於該縱軸介於45°到90°之間的角度經由該開口注入。在另一例子中，處理氣體可以以相對於該縱軸60°的角度經由該開口注入。此外，每一開口可以具有大致上相等於(例如加減0.5公釐)鄰近開口之直徑的直徑。
選定用於處理氣體的特定氣體可以視可能使用電漿的特定處理而定。在一例示性實施例中，處理氣體包括含氟氣體。適用的含氟氣體的例子包括三氟化氮(NF3 )、六氟化硫(SF6 )、六氟乙烷(C2 F6 )、四氟甲烷(CF4 )、三氟甲烷(CHF3 )、二氟甲烷(CH2 F2 )、八氟丙烷(C3 F8 )、八氟環丁烷(C4 F8 )、八氟[1-]丁烷(C4 F8 )、八氟[2-]丁烷(C4 F8 )、八氟異丁烷(C4 F8 )、氟(F2 )與其類似物。在另一實施例中，處理氣體可以額外包含含氧氣體。舉例來說，含氧氣體可以額外包含鈍氣，舉例來說像是氮(N2 )、氦、氬與其類似物。在一例示性實施例中，處理氣體可以用於電漿移除處理，而且可以是氣體的混合物，像是O2 /N2 /CF4，以20：8：1的比例之流量百分比。在其他實施例中，混合物可以包括不同比例的上述氣體。在另一實施例中，可以使用不同的氣體與比例。
在形成電漿之後，它可以被使用於可能施用電漿以變更工件表面的各種處理。舉例來說，在一例示性實施例中，電漿可以被使用於電漿移除或灰化的處理。在這個狀況下，處理氣體被連續供應輸入該容器，並且被允許流通其中且經過電場。一部分的氣體解離成反應自由基。根據本發明的例示性實施例，反應自由基流動至配置在容器出口的工件。舉例來說，在一實施例中，其中處理氣體包括含氟氣體，含氟氣體的一部分離子化以形成電漿，包括電子、氟離子與反應性氟自由基。在本發明的一例示性實施例中，一些反應性氟自由基可以流經該電漿腔室，經過噴淋頭，而且可以沉積在工件上，而反應性氟自由基的另一部分可以重新在沉積在工件上之前流通在該電漿腔室內。舉例來說，離子化氣體(包括反應自由基)從電漿腔室流通，經由該噴淋頭，到該工件上。
現在提供與傳統電漿產生器系統相比對於系統元件具有減少的離子撞擊及/或噴濺的系統。因為離子撞擊與噴濺的減少，現在包括像是氣體流分配接收器與管路等元件的改良式電漿產生器系統具有與傳統電漿產生器系統的元件相比較為改善的可用壽命。結果也減少了系統的維護費用。
當至少一例示性實施例出現在先前本發明的詳細說明中時，應該了解的是可能存在大量的變動。應該也要了解的是該例示性實施例或該等例示性實施例只是例子，而且不意欲以任何方式限制本發明的範疇、可應用性或組構。反之，先前的詳細說明將提供習於此技術者施行本發明例示性實施例的傳統地圖。可以了解的是，在一例示性實施例所說明的功能與元件配置可以進行各種改變而不偏離在隨附申請專利範圍中提出之本發明的範疇。
100．．．電漿產生器系統
102．．．工件
104．．．容器
106．．．氣體流分配接收器
108．．．線圈
110．．．能量源
112．．．噴淋頭
113．．．頸部120的直徑
115．．．出口端直徑
116．．．邊壁
117．．．入口端直徑
118．．．電漿腔室
119．．．管路部分126的直徑
120．．．頸部
121．．．出口138的直徑
122．．．入口端
124．．．電漿容納部分
126．．．管路部分
128．．．出口端
130．．．入口
132．．．嵌接末端
134．．．終端
136．．．第一終端
137．．．第二終端
138．．．出口
140．．．第一繞線
142．．．第二繞線
148．．．電漿腔室入口
150．．．杯狀構件
152．．．RF產生器
154．．．匹配網路
156．．．圓筒形部分
158．．．電容
159．．．電氣接地
160．．．圓形部分
161．．．開口端
163．．．內表面
164．．．接收腔
166．．．凸緣
167．．．夾持裝置
168．．．封口
169．．．外表面
170．．．開口
171．．．縱軸
172．．．氣體連接線
176．．．電漿區
177．．．氣體源
182．．．氣體注入開口
184．．．平板
186．．．穿孔
188．．．邊壁
200．．．電路
400．．．系統
404．．．容器
408．．．線圈
420．．．頸部
424．．．電漿容納部分
426．．．管路部分
440．．．第一繞線
442‧‧‧第二繞線
500‧‧‧電漿產生器系統
504‧‧‧容器
506‧‧‧氣體流分配接收器
508‧‧‧線圈
512‧‧‧噴淋頭
540‧‧‧第一繞線
542‧‧‧第二繞線
600‧‧‧電漿產生器系統
604‧‧‧容器
606‧‧‧氣體流分配接收器
618‧‧‧電漿腔室
620‧‧‧頸部
682‧‧‧開口
684‧‧‧平板
700‧‧‧氣體流分配接收器
704‧‧‧容器
718‧‧‧電漿腔室
720‧‧‧頸部
780‧‧‧圓筒狀邊壁
782‧‧‧開口
784‧‧‧平板
800‧‧‧形成電漿之方法
802-810‧‧‧形成電漿之方法的步驟
本發明已在這裡連結隨附圖式做說明，其中相似的元件代號代表相似元件，其中：
圖1為根據本發明之例示性實施例之電漿產生器系統的簡化橫截面視圖；
圖2為根據本發明之例示性實施例之可能被施行在電漿產生器系統之電路的簡化概略圖；
圖3為根據本發明之例示性實施例之圖1氣體流分配接收器之圓形部分的特寫橫截面視圖；
圖4為根據本發明之例示性實施例之電漿產生器系統的簡化橫截面視圖；
圖5為根據本發明之例示性實施例之電漿產生器系統的簡化橫截面視圖；
圖6為根據本發明之例示性實施例之電漿產生器系統的簡化橫截面視圖；
圖7為根據本發明之例示性實施例之電漿產生器系統的簡化橫截面視圖；及
圖8為根據本發明之例示性實施例之形成電漿方法的流程圖。
100．．．電漿產生器系統
102．．．工件
104．．．容器
106．．．氣體流分配接收器
108．．．線圈
110．．．能量源
112．．．噴淋頭
113．．．直徑
115．．．出口端直徑
116．．．邊壁
117．．．入口端直徑
118．．．電漿腔室
119．．．直徑
120．．．頸部
121．．．直徑
122．．．入口端
124．．．電漿容納部分
126．．．管路部分
128．．．出口端
130．．．入口
132．．．嵌接末端
134．．．終端
136．．．第一終端
137．．．第二終端
138．．．出口端
140．．．第一繞線
142．．．第二繞線
148．．．電漿腔室入口
150．．．杯狀構件
152．．．RF產生器
154．．．匹配網路
156．．．圓筒形部分
158．．．電容
159．．．電性基底
160．．．圓形部分
161．．．開口端
163．．．內表面
164．．．接收腔
166．．．凸緣
167．．．夾持裝置
168．．．封口
169．．．外表面
170．．．開口
171．．．縱軸
172．．．氣體連接線
176．．．電漿區
177．．．氣體源
182．．．氣體注入開口
184．．．平板
186．．．穿孔
188．．．邊壁

Claims (19)

  1. 一種電漿產生器系統，包含：容器，其包含容器入口和容器出口；配置在容器入口的氣體流分配接收器，該氣體流分配接收器包括複數個開口；配置在該容器出口的噴淋頭，該噴淋頭包含多孔平板，用於分佈離子化氣體在位於該噴淋頭的該多孔平板之相對於該容器的另一側的工件上；配置在容器周圍的單一線圈，該單一線圈為具有第一終端、第二終端、第一繞線與第二繞線的單一構件，其中第一繞線從第一終端延伸及第二繞線與第一繞線整合在一起並延伸至第二終端，其中，該第一繞線定義在該容器內部的環形螺管形狀區，會在該電漿產生器系統的操作期間具有最大的電漿密度，且其中，該氣體流分配接收器的該複數個開口被配置以將氣體流指引到該環形螺管形狀區；直接電氣耦合至單一構件之第一終端的能量源；及直接電氣耦合至單一構件之第二終端的電容。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該能量源包含匹配網路及電氣耦合至此的射頻產生器。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之系統，進一步包含電氣接地，其中該電容配置在單一構件的第二終端與電氣接地之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該電容調適以將流經該線圈的峰對峰電壓限制在臨界電壓，該臨界電壓大約為輸入單一構件之第一終端之初始電壓的50%。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中第一繞線的直徑大於第二繞線的直徑。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該複數個開口以相對於經由該接收器延伸之縱軸的氣體注入角度形成。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之系統，其中該氣體注入角度範圍在大約45°到大約90°。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之系統，其中該複數個開口中的每一開口具有範圍介於在大約0.5公釐到大約5.0公釐之間的直徑。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中：該容器具有沿著其軸長而有變動直徑的電漿容納部分及從此延伸的管路部分，該管路部分沿著其軸長具有一致的直徑；及該單一線圈圍繞該電漿容納部分。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之系統，其中該單一線圈調適以提供橫跨該容器的電場以形成其中的電漿區，以回應至供應至此的能量，及該電漿區位於接近單一構件的第一繞線之處。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之系統，其中該容器管路部分的軸長小於該電漿容納部分的軸長。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之系統，其中該電漿容納部分具有圓錐形狀。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之系統，進一步包含配置在該容器出口的噴淋頭。
  14. 一種電漿產生器系統，包含：定義腔室且具有入口的容器；配置在容器周圍的單一線圈，該單一線圈為具有第一終端、第二終端、第一繞線與第二繞線的單一構件，其中第一繞線從第一終端延伸及第二繞線與第一繞線整合在一起並延伸至第二終端；直接電氣耦合至單一構件之第一終端的能量源；及直接電氣耦合至單一構件之第二終端的電容；及配置在容器入口的氣體流分配接收器，該氣體流分配接收器包括杯狀構件，該杯狀構件具有圓筒部分的一端和半球形部分的另一端，該圓筒部分接到該入口，而該半球形部分包括複數個開口，該複數個開口以相對於經由該接收器的該圓筒部分所定義的縱軸的氣體注入角度形成，其中該單一線圈調適以提供橫跨該容器之腔室的電場以在該腔室內形成電漿區以回應至供應至此的能量；及其中當氣體供應至該氣體流分配接收器，流經該複數個開口的大部分氣體被指引到電漿區。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之系統，其中該能量源包含匹配網路及電氣耦合至此的射頻產生器。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之系統，進一步包含電 氣接地，其中該電容配置在單一構件的第二終端與電氣接地之間。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之系統，其中該電容調適以將流經該線圈的峰對峰電壓限制在臨界電壓，該臨界電壓大約為輸入單一構件之第一終端之初始電壓的50%。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之系統，其中該氣體注入角度範圍在大約45°到大約90°。
  19. 如申請專利範圍第14項所述之系統，其中該複數個開口中的每一開口具有範圍介於在大約0.5公釐到大約5.0公釐之間的直徑。
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