JP2015506052A - チャネルに沿って断面積が変化するトーラス状のプラズマチャネル - Google Patents
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Abstract
トーラス状のプラズマチャンバを含む、ガス流のパターンと、ガスとプラズマとの相互作用とを調節するためのアセンブリ。トーラス状のプラズマチャンバは、注入部と、出力部と、第1側方部材と、第2側方部材とを有しており、これらは全て接続されている。第1側方部材は、第1側方部材の少なくとも1つの部分において第1内断面積を有し、第1側方部材の少なくとも別の部分において第2内断面積を有し、第1内断面積と第2内断面積とは異なっている。第2側方部材は、第2側方部材の少なくとも1つの部分において第3内断面積を有し、第2側方部材の少なくとも別の部分において第4内断面積を有し、第3内断面積と第4内断面積とは異なっている。
Description
本発明は、一般に、トーラス状(トロイダル型)プラズマ装置に関し、より詳細には、様々なプラズマのサイズに対して調節すべくサイズが変化することの可能なチャネルを有するトーラス状のプラズマ装置に関する。
プラズマ放電は、ガスを励起し、イオン、フリーラジカル、原子、及び分子を含む活性化ガスを生成させるべく、使用され得る。活性化ガスは、半導体ウェハ等の固体材料、粉体、及び他のガスを処理することを含む、多くの工業的及び科学的な用途のために使用される。プラズマのパラメータや、処理される材料に対するプラズマ曝露条件は、用途に応じて大きく異なる。
プラズマは、直流(DC)放電、高周波(RF)放電、及びマイクロ波放電を含む様々な手法により生成され得る。DC放電は、ガス中の2つの電極間に電位を印加することによって得られる。RF放電は、電源からのエネルギを静電的に又は誘導的にプラズマと結合させることによって得られる。平行極板は、典型的には、エネルギを静電的にプラズマと結合させるために使用される。誘導コイルは、典型的には、電流をプラズマに誘導するために使用される。マイクロ波放電は、マイクロ波のエネルギを、マイクロ波透過窓(microwave−passing window)を通じてガスを含む放電チャンバと直接結合させることによって得られる。マイクロ波放電は、高電離(高イオン化)電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマを含む、広範な放電条件をサポートするために使用され得るので、有利である。RF放電やDC放電では、その性質として高エネルギのイオンが生成されるので、RF放電やDC放電は、処理される材料がプラズマと直接的に接触する用途においてプラズマを発生させるのにしばしば使用される。マイクロ波放電によって、高密度でイオンエネルギの低いプラズマが生成されるので、マイクロ波放電は、“下流”の処理のために活性化ガス流を生成するのにしばしば使用される。また、マイクロ波放電は、低エネルギのイオンを発生させ、そのイオンを次いで電位の印加された処理表面に向けて加速させることが所望される用途においても有用である。
トーラス状のプラズマ装置では、誘導放電によりプラズマを発生させ、この誘導放電において、プラズマ電流はトーラス状のプラズマチャネルを循環する。静電的な結合を除去することによって、トーラス状のプラズマ装置において電極又はチャンバ壁はプラズマ電流の終端とならない。このことによって、容量性の結合放電と比べ、イオンエネルギ及び表面の腐食が相当に低減される。既存のトーラス状のプラズマ装置では、トーラス状のプラズマチャンバは、典型的には、ほぼ断面積が一様なプラズマチャネルを有する。ガスの注入は、プラズマチャネル内においてガス流のパターンと、ガスとプラズマとの相互作用とを調節するための手段となり得る。しかしながら、プラズマ装置の性能は、チャンバの設計によって依然として制限されている。
トーラス状のプラズマチャネルは、ガスの温度、組成、イオン化率、及びプラズマインピーダンスは、チャネルの寸法に沿って一定でない。ガスは、プラズマの満ちたチャネルに沿って流れるので、そのプラズマによって加熱されて解離する。ほぼ一様な断面積を有する既存のトーラス状のプラズマチャネルの設計では、ガス又はプラズマの状態におけるそれらの変化によって、所望されない又は制御されないガス流のパターンやプラズマのプロファイルが生じる。スワールインジェクタによるガス流のパターンの制御は、インジェ
クタが配置されているインレット付近では有効であるものの、ガスがプラズマチャネルに沿ってさらに流れるにつれて弱められる。結果として、プラズマ装置は、プラズマチャネル全体において最適化されてはいない。ガスとプラズマとの相互作用が不十分であり、またプラズマと表面との相互作用は過剰であるので、必要なガスの解離を得るには、より多くの電力が使用される。プラズマチャネルにおける腐食も大きく、特に、プラズマがチャンバ壁に向かって進む領域や、高温で解離された原子種の密度が高い出口付近において大きい。プラズマチャネルにおける腐食する位置は、電力、流れ、圧力、及び種に依存するので、予測も困難である。結果として、トーラス状のプラズマ装置の寿命は制限されている。
クタが配置されているインレット付近では有効であるものの、ガスがプラズマチャネルに沿ってさらに流れるにつれて弱められる。結果として、プラズマ装置は、プラズマチャネル全体において最適化されてはいない。ガスとプラズマとの相互作用が不十分であり、またプラズマと表面との相互作用は過剰であるので、必要なガスの解離を得るには、より多くの電力が使用される。プラズマチャネルにおける腐食も大きく、特に、プラズマがチャンバ壁に向かって進む領域や、高温で解離された原子種の密度が高い出口付近において大きい。プラズマチャネルにおける腐食する位置は、電力、流れ、圧力、及び種に依存するので、予測も困難である。結果として、トーラス状のプラズマ装置の寿命は制限されている。
一態様では、本発明は、ガス流と、ガスとプラズマとの相互作用とを最適化すべく、チャネルに沿って様々な断面積を有するトーラス状のプラズマチャネルを特徴とする。このプラズマチャネルは、以前のトーラス状のプラズマチャネルの設計において見られたような、ある特定の流量における解離度の急な低下の排除もし得る。さらに、プラズマ流と、ガスとプラズマとの相互作用とは、特定の用途又は使用に応じて作られたチャネルの設計を利用することによって最適化され得る。さらに、このプラズマチャネルの設計によって、チャネルにおいてプラズマを中央に置きプラズマのプロファイルを制御することにより、表面の腐食が低減され得る。これによって、プラズマチャンバの耐用寿命が延ばされる。
1つの態様では、ガス流のパターンと、ガスとプラズマとの相互作用とを調節するためのアセンブリであって、トーラス状のプラズマチャンバと、ガスインジェクタとを備えるアセンブリが存在する。トーラス状のプラズマチャンバは、注入部と、出力部と、第1側方部材と、第2側方部材とを備える。第1側方部材及び第2側方部材は、注入部と出力部とに接続される。第1側方部材は、第1側方部材の少なくとも1つの部分において第1内断面積を有し、第1側方部材の少なくとも別の部分において第2内断面積を有し、第1内断面積と第2内断面積とは異なる。第2側方部材は、第2側方部材の少なくとも1つの部分において第3内断面積を有し、第2側方部材の少なくとも別の部分において第4内断面積を有し、第3内断面積と第4内断面積とは異なる。ガスインジェクタによって、トーラス状のプラズマチャンバ中にガスが注入され、トーラス状のプラズマチャンバ内におけるプラズマ形成のためのガス流が生じ得る。
別の態様では、ガス流のパターンと、ガスとプラズマとの相互作用とを調節するためのアセンブリであって、トーラス状のプラズマチャンバを備えるアセンブリが存在する。トーラス状のプラズマチャンバは、注入部と、出力部と、第1側方部材と、第2側方部材とを備える。第1側方部材及び第2側方部材は、注入部と出力部とを接続する。第1側方部材は、第2側方部材の内断面積とは異なる内断面積を有する。ガスインジェクタは、トーラス状のプラズマチャンバ中にガスを注入するために使用され、これによりガスの注入によって、トーラス状のプラズマチャンバ内におけるプラズマ形成のためのガスの流れが生じる。
さらに別の態様では、トーラス状のプラズマチャンバを組み立てるためのキットであって、ガスを受け取り送出することが可能な注入部と、解離したガスをトーラス状のプラズマチャンバの外へ流出させることの可能な出力部とを備える、キットが存在する。第1側方部材及び第2側方部材は、それぞれ少なくとも第1部分における第1内断面積及び少なくとも第2部分における第2内断面積を通じて、ガス及びプラズマを流すことが可能である。さらに、キットは、注入部及び出力部のいずれかの接続部分の内断面積よりも小さい第1内断面積と、注入部又は出力部のいずれかの接続部分の内断面積よりも小さい第2内断面積とを含む。水により冷却される水冷コネクタによって、ガス及びプラズマの漏れを
抑制する真空シールと、電気的遮断とが生じる。
抑制する真空シールと、電気的遮断とが生じる。
さらに別の態様では、ガス流のパターンと、ガスとプラズマとの相互作用とを調節するための方法であって、第1の所与のプラズマのサイズに基づく第1内断面積を有する第1側方部材をトーラス状のプラズマチャンバ中に挿入する工程と、第2の所与のプラズマのサイズに基づく第2内断面積を有する第2側方部材をトーラス状のプラズマチャンバ中に挿入する工程とを備える方法が存在する。さらに、その方法は、トーラス状のプラズマチャンバ中にガスを注入する工程と、トーラス状のプラズマチャンバ内においてガスの流れを生じさせる工程と、トーラス状のプラズマチャンバ内においてプラズマを生成する工程であって、これによってプラズマが第1側方部材の開口部を通じて、また第2側方部材の開口部を通じて流れる、工程とを備える。
さらに別の態様では、トーラス状のプラズマチャンバの側方部材を取り替えるための方法において、第1側方部材と注入部とを接続する第1コネクタを取り除く工程と、第1側方部材と出力部とを接続する第2コネクタを取り除く工程と、トーラス状のプラズマチャンバから第1側方部材を取り除く工程と、トーラス状のプラズマチャンバに第2側方部材を取り付ける工程であって、第2側方部材は第1側方部材の取替部品である、工程とを備える、方法が存在する。さらに、その方法は、第2側方部材及び注入部を接続すべく、第1コネクタを取り付ける工程と、第2側方部材及び出力部を接続すべく、第2コネクタを取り付ける工程とを備える。
上述した各態様には、1つ以上の次の特徴が含まれ得る。実施形態では、アセンブリ、キット、又は方法の性能を向上させるべく、第1側方部材と第2側方部材とは、様々な形状及び構成で実現される。例えば、一実施形態では、第1内断面積(例えば、第1側方部材のセクション)と第3内断面積(例えば、第2側方部材のセクション)とは同じである場合がある。様々な実施形態では、第1側方部材と第2側方部材は相補的な形状を有する。ある実施形態では、第1側方部材と第2側方部材とは平行である場合がある。実施形態では、第1側方部材に沿った内断面の領域と第2側方部材に沿った内断面の領域とは、流体を連続的に流すべく滑らかな外形により接続されている場合がある。
ある実施形態では、第1側方部材及び第2側方部材は、サイズが異なり得る内断面積を有する。第1内断面積及び第3内断面積は、2〜50cm2の範囲にある場合がある。第2内断面積及び第4内断面積は、3〜80cm2の範囲にある場合がある。第1内断面積と第3内断面積とは、トーラス状のプラズマチャンバに沿ってそれぞれ第2内断面積と第4内断面積との下流にある場合がある。
様々な実施形態では、第1側方部材及び第2側方部材は着脱可能である。第1側方部材及び第2側方部材の両方は、注入部と出力部とに対し、ガス及びプラズマの漏れを抑制する真空シールと、電気的遮断とを生じるコネクタによって接続され得る。ある実施形態では、コネクタは流体により冷却され得る。第1側方部材及び第2側方部材は着脱可能な場合がある。第1側方部材と第2側方部材のサイズは、トーラス状のプラズマチャンバを通じて流れるプラズマのサイズに実質的に一致し得る。
本発明の上述した態様は、従来の程度を超える多くの利点を有する。例えば、本発明によって、ガス流と、プラズマのプロファイルとが制御され得る。さらに、本発明によって、反応性ガスの解離度が増大し、トーラス状のプラズマチャネルの腐食が低減され得る。これによって製品寿命が可能な限り延ばされ得る一方、電力効率が増大し、プラズマ安定性が改良される。さらに、本発明によって、製造コストが低下し、保守性が改良され得る。
上述した本発明の利点はさらなる利点とともに、添付の図面とともに考慮して以下の記載を参照することによってより良く理解され得る。図面は必ずしも縮尺通りではなく、その代わり一般に、本発明の原理を示すことに重点が置かれている。
本発明は、ガス流のパターンと、ガスとプラズマとの相互作用とを調節するトーラス状のプラズマ装置を使用するためのアセンブリ、キット、及び方法を提供する。一般的には、トーラス状のプラズマ装置は、トーラス状のプラズマチャンバを有する。
図1は、トーラス状のプラズマチャンバ101の先行技術の一実施形態を示す。トーラス状のプラズマチャンバ101は、第1側方部材105と、第2側方部材109とを有する。さらに、トーラス状のプラズマチャンバ101は、注入部113と、出力部117とを有する。注入部113は、ガスがトーラス状のプラズマチャンバ101に導入される入口点である。出力部117は、ガスがトーラス状のプラズマチャンバ101から出され得る出口点である。ガス流は、第1側方部材105と第2側方部材109の両方を通過し、トーラス状のプラズマチャンバ101の内部のチャネルを巡回する。
既存のトーラス状のプラズマ装置では、プラズマチャネルは、ほぼ均一な断面積を有する。第1側方部材105は、その全長に沿って実質的に均一な断面積を有する。第2側方部材109も、その全長に沿って実質的に均一な断面積を有する。第1側方部材105と第2側方部材109は、実質的に同じサイズの均一な断面積を有し得る。ある実施形態では、第1側方部材105と第2側方部材109は、同一である。さらに、第1側方部材105と注入部113との間の接続点と、第1側方部材105と出力部117との間の接続点は、同じ断面積を有し得る。第2側方部材109と注入部113との間の接続点と、第2側方部材109と出力部117との間の接続点は、同じ断面積を有し得る。ガスの注入
は、ガス流のパターンと、ガスとプラズマとの相互作用とを調節するために使用され得るが、しかしながら、この方法はプラズマ装置の性能を制限している。
は、ガス流のパターンと、ガスとプラズマとの相互作用とを調節するために使用され得るが、しかしながら、この方法はプラズマ装置の性能を制限している。
図2は、トーラス状のプラズマチャンバにおける他の全ての部品の直径よりも小さな直径を有する複数の側方チャネルを備えるトーラス状のプラズマチャンバを示す。トーラス状のプラズマチャンバ201は、第1側方部材205と、第2側方部材209とを有する。第1側方部材205の1つの部分は、第1側方部材205の別の部分よりも小さな断面積を有する(例えば、第1側方部材205の頂部分及び底部分は、中間部分よりも大きな直径を有する)。第2側方部材209の1つの部分は、第2側方部材209の別の部分よりも小さな断面積を有する(例えば、第2側方部材209の頂部分と底部分は、中間部分よりも大きな直径を有する)。さらに、トーラス状のプラズマチャンバ201は、注入部213と、出力部217とを有する。
プラズマチャネルの設計では、変化するガス流やプラズマの状態により良く順応するべく、プラズマチャネルに沿って均一でない断面積、形状、又はその両方を有し得る。例えば、図2に示すように、セグメントに分けられたプラズマチャネルの(例えば、第1側方部材205又は第2側方部材209の)中間セクション(大抵のガスとプラズマとの相互作用が起こる)は、インレットセクション及び出口セクションよりも小さく作られ得る。幾つかの実施形態では、中間のプラズマチャネルのセクションの直径は、例えば、3.18cm(1.25インチ)から約2.54cm(1インチ)まで低減される一方、インレットセクション及びアウトレットセクションは3.18cm(1.25インチ)のままである。インレットセクション(例えば、注入部213)によってガス流のパターンが制御され得る一方、出口セクション(例えば、出力部217)によって活性化ガスはプラズマチャネルの外へ滑らかに流出させられ得る。その低減がされた中間セクションの内部外形は、プラズマチャネル表面の腐食を避けるべく、大きな直径の領域から滑らかに遷移することを確実にするように輪郭が形成され得る。ある実施形態では、腐食をさらに避けるべく、コーティングがプラズマチャネルに施され得る。
プラズマチャネルの内部領域のカスタマイズによって、ガス相互作用の頻度がより低い低圧力においてさえも、ガスの解離における改良が可能である。すなわち、中間セクションにおける比較的小さな(すなわち、調整された)断面積によって、ガスがプラズマと反応する確率を、より高くすることができる。プラズマチャネルへのコーティングは様々な実施形態において使用され得る。その実施形態は、例えば、トーラス状のプラズマチャンバの各部分を形成する材料がプラズマに対し反応性である実施形態を含む。プラズマチャネルの直径には、コーティングの厚さが考慮され得る。すなわち、プラズマと相互作用しない誘電材料又は他の材料は、チャンバ壁に提供され得る。例えば、ある実施形態では、プラズマチャネルはアルミニウム等の金属から作られ、内側の表面(例えば、領域)は、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化イットリウムアルミニウム、又は他の誘電材料の層で覆われる。他の実施形態では、プラズマチャネルは、石英等の誘電体からも作られ得る。石英のトーラス状のプラズマチャンバの表面は、覆われていなくてもよく、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化イットリウムアルミニウム等のコーティング材料を備えていてもよい。
プラズマチャネルの最適化によって、トーラス状のプラズマチャンバの性能が改良され得る。プラズマチャネルを最適化することによって、プラズマのプロファイルが制御される場合があり、プラズマは中央に置かれ得る。トーラス状のプラズマチャンバの直径(又は、円形ではない断面については、断面の寸法)がプラズマの直径よりもわずかに大きいことは、トーラス状のプラズマチャンバについて最適な場合がある(例えば、トーラス状のプラズマチャンバの摩耗を最小限にする)。さらに、最適化によって、トーラス状のプラズマチャンバの部品の潜在的な寿命が増大し得る。さらに、一定の部品は、犠牲部品と
なるように設計され得る。トーラス状のプラズマチャンバは、一定の部品又は領域が腐食による影響をより受けやすくなるように設計され得る。犠牲部品を有すると、それらの部品しか取り替えられる必要がないので(トーラス状のプラズマチャンバ全体の場合とは対照的に)、コストが低減され得る。ある実施形態では、側方チャネルは犠牲となるように設計される。
なるように設計され得る。トーラス状のプラズマチャンバは、一定の部品又は領域が腐食による影響をより受けやすくなるように設計され得る。犠牲部品を有すると、それらの部品しか取り替えられる必要がないので(トーラス状のプラズマチャンバ全体の場合とは対照的に)、コストが低減され得る。ある実施形態では、側方チャネルは犠牲となるように設計される。
図3Aは、複数の側方チャネルの各々が異なる断面の直径を2つ有する側方チャネルを備えるトーラス状のプラズマチャンバ301を示す。第1側方部材305と、第2側方部材309とはそれぞれ、2つの断面積を有する。第1側方部材305は、第1内断面積313と、第2内断面積317とを有する。第2側方部材309は、第3内断面積321と、第4内断面積325とを有する。さらに、トーラス状のプラズマチャンバ301は、注入部329と、出力部333とを有する。
ある実施形態では、第1内断面積313と第3内断面積321は、2〜50cm2の範囲にある場合がある。第2内断面積317と第4内断面積325は、3〜80cm2の範囲にある場合がある。内断面積同士は、流体を連続的に流すべく滑らかな外形により接続され得る。
チャネルに沿って断面積が変化するプラズマチャネルは、ガス流と、ガスとプラズマとの相互作用とを最適化するために使用され得る。ガスの解離度は、幾つかの閾値電力レベルにより増大し得る。比較的大きな電力が使用される場合、解離度は飽和するか、又はほぼ飽和する。ある実施形態では、2〜30kWの電力が、トーラス状のプラズマ装置に使用される。さらに、比較的大きな電力によって、ある特定の流量における解離度の急な低下が除去され得る。トーラス状のプラズマ装置は、毎分1〜100リットルの流量において13.3〜6670Pa(0.1〜50トル)の圧力を加え得る。本発明に従ったプラズマチャネルの設計によって、ある実施形態では、プラズマの流れが管の中央の実質的に下方に進ませられ得る。プラズマの流れを制御することによって、プラズマがチャネルの側部に触れることを抑制でき、プラズマがチャネルの側部に接触する場合に起こり得る重大な腐食が低減又は除去される。すなわち、ある実施形態では、プラズマチャンバの寿命を増大させたり、所望されるプラズマ流のパターンに順応したりするべく、側方部材は取り除かれて、異なる断面の寸法を有する側方部材と取り替えられ得る。他の実施形態では、側方部材は取り除かれて、必要に応じ同一の側方部材と取り替えられ得る。
図3Bは、第2側方部材359の内断面積とは異なる内断面積を有する第1側方部材355を備えるトーラス状のプラズマチャンバ351を示す。2つの入口のガス又はガスの混合物は、ガス入口363とガス入口367を通じてプラズマチャネルに流入させられ、ガス入口363とガス入口367は、注入部371の部品であり、第1側方部材355と第2側方部材359に近接してそれぞれ配置されている。ガスは、プラズマチャネルの第1側方部材と第2側方部材において励起された後、出力部375において混合し、その次にプラズマチャンバ351の外へ流出する。第1側方部材355と第2側方部材359の内断面積は、ガスの特性(流量及び化学特性)及びプラズマの特性(例えば、抵抗率、電子寿命、プラズマの拡散長)に基づいて選択され得る。これによって、エネルギ効率、ガスの化学の制御、又はその両方の最適化がなされ得る。
プラズマのサイズは、構成(例えば、流量、温度、圧力等)によって変化するのみならず、トーラス状のプラズマ装置内においても変化し得る。様々なプラズマのサイズに順応すべく、トーラス状のプラズマチャンバは、多くの形状及びサイズで構成され得る。図4は、トーラス状のプラズマチャンバのための複数の様々な構成を示す。トーラス状のプラズマチャンバの様々な部品は、所望されるプラズマ流のパターンに順応すべく、任意の形状又はサイズを取り得る。トーラス状のプラズマチャネルが構成され得る様式は、図4に
示される例示的な形に限定されない。ある実施形態では、複数の側方部材は相補的な形状を有し得る(例えば、図4C及び図4Dに示される側方部材A及び側方部材B)。他の実施形態では、複数の側方部材は平行な場合がある(例えば、図4A、図4B、図4E、及び図4Fに示される側方部材A及び側方部材B)。さらに、トーラス状のプラズマチャンバの部品は、取替可能であり、また交換可能である。実施形態では、注入部又は出力部は、サイズ、形状、又はその両方において変化するトーラス状のプラズマチャネルの部品の場合がある(例えば、図4A及び図4Bに示される)。他の実施形態では、注入部又は出力部は、第1側方部材又は第2側方部材と同じ部材の部品の場合がある(例えば、図4Fに示される)。様々な実施形態では、トーラス状のプラズマチャンバは、5つ以上の部品を有する場合もあれば、4つ未満の部品を有する場合もある(例えば、部品は、注入部、出力部、第1側方部材、及び第2側方部材だけに限定されない)。チャンバの形状は、プラズマとチャンバとの相互作用を最小限にするべく、又はその相互作用の場所を容易に取替可能なチャンバ部品とするべく、プラズマ流に順応するように特定の用途における使用のために選択され得る。
示される例示的な形に限定されない。ある実施形態では、複数の側方部材は相補的な形状を有し得る(例えば、図4C及び図4Dに示される側方部材A及び側方部材B)。他の実施形態では、複数の側方部材は平行な場合がある(例えば、図4A、図4B、図4E、及び図4Fに示される側方部材A及び側方部材B)。さらに、トーラス状のプラズマチャンバの部品は、取替可能であり、また交換可能である。実施形態では、注入部又は出力部は、サイズ、形状、又はその両方において変化するトーラス状のプラズマチャネルの部品の場合がある(例えば、図4A及び図4Bに示される)。他の実施形態では、注入部又は出力部は、第1側方部材又は第2側方部材と同じ部材の部品の場合がある(例えば、図4Fに示される)。様々な実施形態では、トーラス状のプラズマチャンバは、5つ以上の部品を有する場合もあれば、4つ未満の部品を有する場合もある(例えば、部品は、注入部、出力部、第1側方部材、及び第2側方部材だけに限定されない)。チャンバの形状は、プラズマとチャンバとの相互作用を最小限にするべく、又はその相互作用の場所を容易に取替可能なチャンバ部品とするべく、プラズマ流に順応するように特定の用途における使用のために選択され得る。
図4Aは、他の部材の直径よりも大きな直径を有する出力部を備える例示的なトーラス状のプラズマチャンバを示す。図4Bは、他の部材の直径よりも大きな直径を有する注入部を備える例示的なトーラス状のプラズマチャンバを示す。図4Cは、例示的な楕円形のトーラス状のプラズマチャンバを示す。図4Dは、両側方部材よりも大きな直径を有する出力部と注入部とを備える別の例示的な楕円形のトーラス状のプラズマチャンバを示す。図4Eは、ボウタイ形状の側方チャネルを備える例示的なトーラス状のプラズマチャンバを示す。図4Fは、異なるサイズの直径を有する側方チャネルを備える例示的なトーラス状のプラズマチャンバを示す。さらに、図4Fは、注入部を含む第1側方部材と、出力部を含む第2側方部材とを備える例示的なトーラス状のプラズマチャンバを示す。
図5は、コネクタ501の拡大図とともにトーラス状のプラズマチャンバを示す。コネクタ501は、注入部505と第1側方部材509を接合する。図5では、4つのコネクタが存在する(例えば、W,X,Y,Zの各々に1つのコネクタが配置される)。
ある実施形態では、コネクタ501によって、ガス及びプラズマの漏れを抑制する真空シールが生じ得る。さらに、コネクタ501によって、トーラス状のプラズマ装置のために電圧の遮断又は電気的遮断が生じ得る。例えば、ある実施形態では、コネクタ501には、電気的遮断を形成するべくコネクタ501に配置される誘電体スペーサが含まれる。図5に示される実施形態では、電気的遮断は、コネクタ501の内面、外面、及び端面に施されるコーティングである。ある実施形態では、電気的遮断は、コネクタの1つ以上の内面、外面、及び端面に施されるコーティングである。例示的なコーティング材料には、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化イットリウム、及び酸化イットリウムアルミニウムが含まれるが、これらに限定されない。
コネクタ501が真空シールを含む実施形態では、誘電体スペーサによって、真空シールを形成するエラストマ(elasmer)Oリングに対する機械的支持も提供される。これらの実施形態では、電気的遮断は、プラズマと、プラズマから放射される紫外光とからOリングを保護する要素ないし部材である。さらに、コネクタ501は、トーラス状のプラズマチャンバの様々な部品同士の滑らかな接続を確実にし得る。これによって、トーラス状のプラズマチャンバの複数の部品は、内部のチャネルの滑らかさにほとんど又は全く影響を与えないように一体化し得るので、トーラス状のプラズマチャンバを通じて、実質的な崩壊又は中断を起こさずにプラズマを流すことが可能となる。
ある実施形態では、プラズマチャンバの部材はチャンバから着脱可能である。例えば、第1側方部材509は、チャンバを破壊することなくコネクタ501において接続を解除
することによって、トーラス状のプラズマチャンバから取り除かれる。これによって、コネクタ501、注入部505、第1側方部材509のうちの少なくとも1つは、プラズマ装置の寿命を増大させるべく、除去されて取り替えられ得る。例えば、第1側方部材509が摩耗した場合、コネクタ501は解放され、第1側方部材509は注入部505から接続を解除され得る。これによって、第1側方部材509は除去され得る。新しい側方部材は、摩耗した側方部材と交換され得る。あるいは、又はさらに、コネクタ501が摩耗した場合、コネクタは新しいコネクタと交換され得る。コネクタ501は再使用可能な場合がある。さらに、コネクタ501は、異なる形状及びサイズで実現されるトーラス状のプラズマチャンバの部品であって、複数の異なる交換可能な部品とともに使用され得る。
することによって、トーラス状のプラズマチャンバから取り除かれる。これによって、コネクタ501、注入部505、第1側方部材509のうちの少なくとも1つは、プラズマ装置の寿命を増大させるべく、除去されて取り替えられ得る。例えば、第1側方部材509が摩耗した場合、コネクタ501は解放され、第1側方部材509は注入部505から接続を解除され得る。これによって、第1側方部材509は除去され得る。新しい側方部材は、摩耗した側方部材と交換され得る。あるいは、又はさらに、コネクタ501が摩耗した場合、コネクタは新しいコネクタと交換され得る。コネクタ501は再使用可能な場合がある。さらに、コネクタ501は、異なる形状及びサイズで実現されるトーラス状のプラズマチャンバの部品であって、複数の異なる交換可能な部品とともに使用され得る。
ある実施形態では、コネクタ501は複数のセグメントから形成される。コネクタ501は、複数のセグメント(例えば、2,3,4,5つ)からなる場合がある接合部からなる場合がある。ある実施形態では、コネクタ501は、4〜8つのセグメントの場合がある。複数の部品から形成されるコネクタの利点は、トーラス状のプラズマチャネルに沿って電位を分配できることや、コネクタの1つの部分(又は1つのセグメント)だけを取替ないし交換できることである。別の利点は、材料の機能に基づいて異なる材料からセグメントを形成することである。この利点によって、高価な材料を含めることは必要とされる領域のみに限定され得るので、コストが節約され得る。
ある実施形態では、コーティングは、コネクタの全体に施され得る。コーティングは、コネクタが接続しているトーラス状のプラズマチャンバの部品のみならず、コネクタを保護するためにコネクタ501に施され得る。ある実施形態では、コーティングは、犠牲となる部品のみに施される。コーティングは、用途によっては、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化イットリウム、又は酸化イットリウムアルミニウム等の材料からなる場合がある。
ある実施形態では、コネクタ501は水により冷却もされ得る。図6は、トーラス状のプラズマチャンバ用の水冷装置601を示す。水冷装置601は、図5のコネクタW,X,Y,Zを冷却するための4つのコネクタ冷却領域605を有する。
ある実施形態では、コネクタ501は、任意の種類の継手、アダプタ、又はカップリングの場合がある。ある実施形態では、コネクタ501は必要ではなく、第1側方部材(例えば、上記において図3に示した第1側方部材305)又は第2側方部材(例えば、上記において図3に示した第2側方部材309)は、別の構成要素を必要とすることなく、トーラス状のプラズマチャンバに取り付けられ得る。ある実施形態では、側方部材は、注入部又は出力部に螺着されるようにねじ部が形成される。注入部又は出力部が側方部材に嵌合するように、側方部材が、かしめ固定されてもよい。コネクタ501を用いない接続の他の形態であって、当業者に既知の形態も使用され得る。
水冷装置601によって、対流冷却を通じてトーラス状のプラズマチャンバは冷却され得る。ガスが解離されるとき、トーラス状のプラズマチャンバ内において熱が生成される。水冷装置601によって、トーラス状のプラズマチャンバは流通する水を介して熱が奪われることにより、冷却され得る。コネクタにおける電気的遮断に適合する間隙を水冷装置601が有するように、図5のコネクタは嵌合させられ得る。例えば、ある実施形態では、コネクタ冷却領域605a及びコネクタ冷却領域605cによって注入部の側からのコネクタが冷却される一方、コネクタ冷却領域605b及びコネクタ冷却領域605dによって複数の側方部材のうちの1つの側からのコネクタが冷却される。
本発明は、本発明の趣旨又は本質的特徴から逸脱することなく、他の具体的な形態において具現化され得ると、当業者によって了解される。したがって、以上の実施形態は、本
明細書に記載された本発明を限定するというよりは例示であると全ての点において考慮される。よって、本発明の範囲は、以上の記載よりは添付の特許請求の範囲によって示されており、したがって、特許請求の範囲と等価な意図及び範囲に属する全ての変形は、本発明に含まれると意図されている。
明細書に記載された本発明を限定するというよりは例示であると全ての点において考慮される。よって、本発明の範囲は、以上の記載よりは添付の特許請求の範囲によって示されており、したがって、特許請求の範囲と等価な意図及び範囲に属する全ての変形は、本発明に含まれると意図されている。
Claims (17)
- ガス流のパターンと、ガスとプラズマとの相互作用とを調節するためのアセンブリにおいて、
トーラス状のプラズマチャンバであって、注入部と、出力部と、第1側方部材と、第2側方部材とを備え、前記第1側方部材及び前記第2側方部材は、前記注入部と前記出力部とを接続しており、
前記第1側方部材は、該第1側方部材の少なくとも1つの部分において第1内断面積を有し、前記第1側方部材の少なくとも別の部分において第2内断面積を有し、前記第1内断面積と前記第2内断面積とは異なっており、
前記第2側方部材は、該第2側方部材の少なくとも1つの部分において第3内断面積を有し、前記第2側方部材の少なくとも別の部分において第4内断面積を有し、前記第3内断面積と前記第4内断面積とは異なっている、前記トーラス状のプラズマチャンバと、
前記注入部を通じて前記トーラス状のプラズマチャンバ中にガスを注入するためのガスインジェクタであって、該ガスの注入によって、前記トーラス状のプラズマチャンバ内におけるプラズマ形成のためのガスの流れが生じる、前記ガスインジェクタと、を備えるアセンブリ。 - 前記第1内断面積と前記第3内断面積とは同じである、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記第1側方部材と前記第2側方部材とは相補的な形状を有する、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記第1側方部材と前記第2側方部材とは平行である、請求項3に記載のアセンブリ。
- 前記第1側方部材に沿った内断面の領域と前記第2側方部材に沿った内断面の領域とは、流体を連続的に流すべく滑らかな外形により接続されている、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記第1内断面積及び前記第3内断面積は、2〜50cm2の範囲にある、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記第2内断面積及び前記第4内断面積は、3〜80cm2の範囲にある、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記第1内断面積と前記第3内断面積とは、前記トーラス状のプラズマチャンバに沿ってそれぞれ前記第2内断面積と前記第4内断面積との下流にある、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記第1側方部材及び前記第2側方部材の両方は、前記注入部と前記出力部とに対し、ガス及びプラズマの漏れを抑制する真空シールと、電気的遮断とを生じるコネクタによって接続される、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記コネクタは流体により冷却される、請求項9に記載のアセンブリ。
- 前記第1側方部材及び前記第2側方部材は着脱可能である、請求項1に記載のアセンブリ。
- ガス流のパターンと、ガスとプラズマとの相互作用とを調節するためのアセンブリにおいて、
トーラス状のプラズマチャンバであって、注入部と、出力部と、第1側方部材と、第2側方部材とを備え、前記第1側方部材及び前記第2側方部材は、前記注入部と前記出力部とを接続しており、
前記第1側方部材は、前記第2側方部材の内断面積とは異なる内断面積を有する、前記トーラス状のプラズマチャンバと、
前記注入部を通じて前記トーラス状のプラズマチャンバ中にガスを注入するためのガスインジェクタであって、該ガスの注入によって、前記トーラス状のプラズマチャンバ内におけるプラズマ形成のためのガスの流れが生じる、前記ガスインジェクタと、を備えるアセンブリ。 - トーラス状のプラズマチャンバを組み立てるためのキットであって、
ガスを受け取り送出することが可能な注入部と、
解離したガスを前記トーラス状のプラズマチャンバの外へ流出させることの可能な出力部と、
ガス及びプラズマを流すことの可能な第1側方部材であって、少なくとも第1部分において第1内断面積を有し、該第1内断面積は前記注入部及び前記出力部のいずれかの接続部分の内断面積よりも小さい、前記第1側方部材と、
ガス及びプラズマを流すことの可能な第2側方部材であって、少なくとも第2部分において第2内断面積を有し、該第2内断面積は前記注入部及び前記出力部のいずれかの接続部分の内断面積よりも小さい、前記第2側方部材と、
水により冷却される水冷コネクタであって、ガス及びプラズマの漏れを抑制する真空シールと、電気的遮断とを生じる、前記水冷コネクタと、を備えるキット。 - 前記第1側方部材及び前記第2側方部材は着脱可能である、請求項13に記載のキット。
- ガス流のパターンと、ガスとプラズマとの相互作用とを調節するための方法であって、
第1の所与のプラズマのサイズに基づく第1内断面積を有する第1側方部材をトーラス状のプラズマチャンバ中に挿入する工程と、
第2の所与のプラズマのサイズに基づく第2内断面積を有する第2側方部材をトーラス状のプラズマチャンバ中に挿入する工程と、
注入部を通じて前記トーラス状のプラズマチャンバ中にガスを注入する工程と、
前記トーラス状のプラズマチャンバ内においてガスの流れを生じさせる工程と、
前記トーラス状のプラズマチャンバ内においてプラズマを生成する工程であって、これによってプラズマが第1側方部材の開口部を通じて、また第2側方部材の開口部を通じて流れる、前記工程と、を備える方法。 - 前記第1の所与のプラズマのサイズ及び前記第2の所与のプラズマのサイズは、前記トーラス状のプラズマチャンバを通じて流れるプラズマのサイズに実質的に一致する、請求項15に記載の方法。
- トーラス状のプラズマチャンバの側方部材を取り替えるための方法であって、
第1側方部材と注入部とを接続する第1コネクタを取り除く工程と、
前記第1側方部材と出力部とを接続する第2コネクタを取り除く工程と、
前記トーラス状のプラズマチャンバから前記第1側方部材を取り除く工程と、
前記トーラス状のプラズマチャンバに第2側方部材を取り付ける工程であって、該第2側方部材は前記第1側方部材の取替部品である、前記工程と、
前記第2側方部材及び前記注入部を接続すべく、前記第1コネクタを取り付ける工程と、
前記第2側方部材及び前記出力部を接続すべく、前記第2コネクタを取り付ける工程と
を備える、方法。
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