專(zhuān)利名稱(chēng)：環(huán)形低場(chǎng)活性氣體和具有絕緣真空容器的等離子體源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及等離子體產(chǎn)生和處理裝置，尤其涉及用于等離子體點(diǎn)火和等離子體容器冷卻的方法和裝置。
背景技術(shù)：
等離子體放電可用來(lái)分離氣體以生成包含離子、自由基、原子和分子的活性化氣體?；钚詺怏w可用于許多工業(yè)和科學(xué)應(yīng)用，包括處理諸如半導(dǎo)體晶片、粉末和其它氣體的材料。等離子體的參數(shù)和等離子體照射所處理材料的條件取決于應(yīng)用而有很大的變化。例如，某些應(yīng)用需要使用低動(dòng)能(即幾個(gè)電子伏特)的離子，因?yàn)樗幚聿牧蠈?duì)損害敏感，或者因?yàn)樾枰獙?duì)一種材料作相對(duì)于另一種材料的選擇性蝕刻。其它應(yīng)用，諸如各向異性蝕刻或平面絕緣沉積，需要使用高動(dòng)能的離子。某些應(yīng)用需要所處理材料直接高密度的等離子體。這樣的應(yīng)用包括激活離子的化學(xué)反應(yīng)以及將材料蝕刻并沉識(shí)成高長(zhǎng)寬比的結(jié)構(gòu)。其它應(yīng)用需要將所處理材料與等離子體屏蔽開(kāi)，因?yàn)樵摬牧蠈?duì)離子造成的損害敏感，或因?yàn)樵撎幚砭哂休^高的選擇性要求。等離子體可用各種方法生成，包括直流(DC)放電、射頻(RF)放電、以及微波放電。 DC放電通過(guò)在氣體中兩個(gè)電極之間施加電勢(shì)來(lái)獲得。RF放電通過(guò)電容性地或電感性地將電源的能量耦合到等離子體來(lái)獲得。平行板可用來(lái)電容性地將能量耦合到等離子體。感應(yīng)線(xiàn)圈可用來(lái)將電流感應(yīng)到等離子體。微波放電可通過(guò)將微波能量源耦合到包含氣體的放電室來(lái)生成。等離子體放電可以這樣的方式生成，從而構(gòu)成等離子體的充電核素以及可由等離子體激活的中性核素都與所處理的材料緊密接觸?；蛘撸入x子體放電可遠(yuǎn)離所處理材料生成，從而相對(duì)較少的充電核素會(huì)與所處理材料接觸，而中性核素則仍然能接觸它。這樣的等離子體放電通常稱(chēng)為遠(yuǎn)程或下游等離子體放電。取決于其結(jié)構(gòu)、相對(duì)于所處理材料的位置、以及操作條件(氣體核素、壓力、流速、以及注入等離子體的功率)，等離子體源可具有這兩種基本類(lèi)型之一或兩者都有的特征。現(xiàn)有的遠(yuǎn)程等離子體源一般利用RF或微波功率來(lái)生成等離子體。盡管現(xiàn)有的源成功支持了許多應(yīng)用，這些源的實(shí)際使用仍然具有若干技術(shù)限制?；谖⒉ǖ倪h(yuǎn)程等離子體源一般比RF源昂貴，因?yàn)槲⒉üβ释ǔ．a(chǎn)生、傳遞、并與負(fù)載相匹配更化錢(qián)。微波源和功率傳遞系統(tǒng)通常也比RF源龐大，并需要周期性地替換生成微波功率的管。具有一定程度電容性以及電感性耦合的RF遠(yuǎn)程等離子體源可比相應(yīng)的微波源便宜一些并小一些。然而，有助于等離子體點(diǎn)火處理的電容性耦合也會(huì)因等離子體所產(chǎn)生的具有能量的離子對(duì)等離子體容器的受照射的壁的轟擊而導(dǎo)致這些受照射的壁的退化。利用電感性RF耦合而最小化相關(guān)聯(lián)電容性耦合的RF遠(yuǎn)程等離子體源，可顯示較小的離子所導(dǎo)致的等離子體容器表面的退化。然而，電容性耦合的減少或消除可使得等離子體點(diǎn)火更難獲得，特別是在大范圍處理?xiàng)l件下。現(xiàn)有的遠(yuǎn)程等離子體源的第二個(gè)困難是去除在等離子體內(nèi)產(chǎn)生的并傳到等離子體容器壁上的熱量。特別是在等離子體容器具有復(fù)雜的形狀時(shí)，且它由絕緣材料組成時(shí)的情形，用與絕緣容器接觸的大量流體直接冷卻是不需要或不實(shí)用的。這具有限制能可靠地耦合到等離子體的功率的效果。例如，現(xiàn)有的環(huán)形等離子體系統(tǒng)可用使RF能量與等離子體耦合的方式來(lái)高度地感應(yīng)。例如，等離子體可通過(guò)電容耦合的RF點(diǎn)火放電或通過(guò)紫外線(xiàn)輻射來(lái)點(diǎn)燃。等離子體系統(tǒng)可根據(jù)特定的氣體核素、壓力和流速要求來(lái)要求各個(gè)等離子體點(diǎn)火步驟。特定的要求可因操作條件要求而不同。這些約束會(huì)在結(jié)合等離子體系統(tǒng)使用的真空和氣體處理系統(tǒng)的元件中增加復(fù)雜性，并增加用于處理所需的全部時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明表征為能部分地提供容器內(nèi)等離子體的可靠點(diǎn)火，并提供容器的有效和可靠的冷卻的裝置和方法。結(jié)果，本發(fā)明表征為比現(xiàn)有等離子體系統(tǒng)更大的區(qū)域和/或更長(zhǎng)的點(diǎn)火電極，在點(diǎn)火期間將輸入空氣旁通到等離子體容器中，在等離子體容器的空氣輸入端附近點(diǎn)火，以及布置在散熱片和容器之間的散熱結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的特征使先前等離子體系統(tǒng)中不可用的有了應(yīng)用范圍。本發(fā)明各特征的某些實(shí)現(xiàn)包括絕緣容器。絕緣容器可使各表面浸潤(rùn)在具有更高純度的等離子體中，該等離子體向諸如0、N、H、F、C1和Br的活性中性核素提供比從金屬容器或包鍍金屬容器中可獲得的更低的復(fù)合率。本發(fā)明可在比例如先前環(huán)形等離子體系統(tǒng)中可用的更大處理范圍上提供等離子體的點(diǎn)火。填充容器中通道的比先前系統(tǒng)更大的體積部分的電容性放電可在較大范圍的氣體參數(shù)上(例如氣體類(lèi)型、流速、以及氣體壓力)提供點(diǎn)火。經(jīng)改進(jìn)的點(diǎn)火可支持比例如具有更困難和/或更多點(diǎn)火步驟的先前系統(tǒng)更多的可重復(fù)處理以及更短的處理結(jié)果。本發(fā)明部分地提供填充大部分等離子體容器體積以幫助點(diǎn)火的分布式電容性放電。較簡(jiǎn)便的點(diǎn)火可支持更快和更穩(wěn)定的點(diǎn)火處理。在操作條件上或接近操作條件地點(diǎn)燃等離子體的能力對(duì)例如具有諸如原子層沉積(ALD)的較短周期的處理是有利的。本發(fā)明某些實(shí)施例表征為與容器相鄰的較大的和/或空間分布的電容性耦合電極，以提供分布式電容性放電。電極可通過(guò)在容器內(nèi)的大部分通道上施加電離電場(chǎng)來(lái)點(diǎn)燃等離子體。因而可在氣體核素中以某些先前等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)中不可用的流速獲得點(diǎn)火。 點(diǎn)火電極可以是冷卻外殼和絕緣容器之間的冷卻組件和/或熱界面組件的一部分。本發(fā)明某些實(shí)現(xiàn)包括位于和/或接近于容器的一個(gè)或多個(gè)輸入端的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)火電極。這些電極可單獨(dú)或結(jié)合其它電極和/或其它點(diǎn)火裝置放電，用電離核素使容器中氣體活化(seed)以點(diǎn)燃等離子體。本發(fā)明可在高達(dá)100千瓦的功率級(jí)和以上水平提供絕緣容器的冷卻，而無(wú)需鼓風(fēng)機(jī)或絕緣容器的直接流體冷卻。冷卻外殼形式的散熱片可接近容器放置，其間有包含熱傳導(dǎo)和/或可變形材料的間隙，這些材料包括例如金屬、聚合體、和/或合成或片狀材料。填充間隙的材料在冷卻外殼和絕緣容器之間提供一熱傳導(dǎo)路徑。該材料可具有變化的彈性，且冷卻外殼可裝有緊密接觸絕緣容器的外面和冷卻外殼的表面的填充間隙材料。這可有助于確保絕緣容器、填充間隙材料和冷卻外殼之間的良好熱接觸。在一優(yōu)選實(shí)現(xiàn)中，環(huán)形低場(chǎng)活性氣體源用絕緣材料構(gòu)成的真空容器來(lái)構(gòu)建。該容器的冷卻在廣泛的負(fù)載功率范圍上提供可靠的操作。該源的應(yīng)用包括半導(dǎo)體處理和處理室清洗。其它應(yīng)用包括，例如，提供化學(xué)處理中的活化氣體核素，并從排出氣流中轉(zhuǎn)換或移除有害或不需要的氣體核素。在某些優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明表征為被冷卻外殼包圍的環(huán)形絕緣容器。冷卻外殼可由諸如上述填充間隙材料的熱界面與容器分隔開(kāi)，該熱界面提供熱感應(yīng)尺寸變化的機(jī)械調(diào)節(jié)。該熱界面可包括一種或多種具有彈性和/或可塑性機(jī)械屬性的材料，以吸收因冷卻外殼和絕緣容器之間熱-機(jī)械配合不當(dāng)所引起的尺寸變化。該熱界面可限定容器和外殼之間很小的間隙。在某些實(shí)施例中，冷卻外殼通過(guò)裝有彈簧的裝置被有效地壓在絕緣容器的外表面上，以保持熱界面緊密接觸絕緣容器和冷卻外殼的外面。與裝有彈簧的裝置彼此相連的具有多個(gè)分段的冷卻外殼可支持使用具有諸如環(huán)形的復(fù)雜形狀容器，并可提供調(diào)節(jié)容器和外殼之間熱失配應(yīng)力的自承重冷卻結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明某些實(shí)施例中，絕緣真空容器的外表面可涂上一層，該層阻止由等離子體產(chǎn)生的紫外線(xiàn)通過(guò)絕緣容器進(jìn)入間隙，在那里它可導(dǎo)致熱界面材料的退化和/或產(chǎn)生臭氧。該涂層可以是不太透明的，和/或具有反射和/或吸收屬性。外部涂層可作為放熱層， 因而有助于冷卻絕緣真空容器。在某些實(shí)施例中，真空容器的內(nèi)表面加以涂層，以抵抗高能粒子或活性中性核素的轟擊。涂層可提供降低的等離子體組分復(fù)合率。內(nèi)部涂層的示例包括氮化硅、二氧化硅、 氧化鋁、氮化鋁、鉆石以及聚合體材料。根據(jù)本發(fā)明原理，等離子體源和系統(tǒng)對(duì)例如處理諸如固體表面、粉塵和氣體等的許多材料是有用的。該系統(tǒng)還對(duì)清洗諸如薄膜式沉積和蝕刻系統(tǒng)的半導(dǎo)體(加工設(shè)備)中的凈化處理室有用。等離子體源還可用于為離子注入和離子銑削系統(tǒng)提供離子。此外，等離子體源可支持用來(lái)制造半導(dǎo)體器件的蝕刻系統(tǒng)(以蝕刻例如硅、二氧化硅、氮化硅、鋁、鉬、鎢以及諸如光致抗蝕劑的有機(jī)材料、聚酰亞胺以及其它聚合體材料)。 等離子體源還可支持由例如鉆石、二氧化硅、氮化硅、以及氮化鋁構(gòu)成的薄膜材料的等離子體增強(qiáng)沉積。高介電常數(shù)材料和低介電常數(shù)材料以及導(dǎo)電和半導(dǎo)電材料可通過(guò)等離子體增強(qiáng)沉積來(lái)沉積。該系統(tǒng)還可用于產(chǎn)生活性氣體，諸如原子氟、原子氯、原子溴、原子氫、原子氮、以及原子氧。這樣的活性氣體可用于還原、轉(zhuǎn)換、安定或鈍化各種半導(dǎo)體材料，諸如硅、鍺和砷化鎵、以及諸如二氧化硅、氧化鉭、二氧化鉿、氧化錫、氧化鋅、氧化釕以及銦錫氧化物。應(yīng)用包括無(wú)焊劑焊接、從硅表面去除二氧化硅、在晶片處理之前鈍化硅表面、以及沉積或蝕刻各種材料。其它應(yīng)用包括更改聚合體、金屬、陶瓷和紙張的表面屬性。系統(tǒng)還可支持消除有害或不合環(huán)境需要的氣體，包括諸如cf4、NF3、C2F6、CHF3、SF6的含氟化合物、諸如二氧(雜)芑和呋喃的有機(jī)化合物、以及其它易揮發(fā)的有機(jī)化合物。系統(tǒng)可產(chǎn)生用于殺菌的高流量的原子氧、原子氯、或原子氟。系統(tǒng)可支持大氣壓力下放電。因此，在第一方面，本發(fā)明表征為等離子體點(diǎn)燃裝置。該裝置包括一容器和與該容器相鄰的至少一個(gè)點(diǎn)火電極。該電極具有與容器所包圍通道的相鄰部分對(duì)準(zhǔn)的尺寸。至少一個(gè)點(diǎn)火電極的總長(zhǎng)度大于通道長(zhǎng)度的10%該至少一個(gè)點(diǎn)火電極可對(duì)通道內(nèi)氣體施加一電場(chǎng)以啟動(dòng)氣體的等離子體放電。該裝置可包括結(jié)合點(diǎn)火電極工作的參考電極。該參考電極和/或點(diǎn)火電極還可作為從容器去熱的散熱片。在第二方面中，本發(fā)明表征為包括至少一個(gè)點(diǎn)火電極的等離子體點(diǎn)火裝置，該點(diǎn)火電極具有比容器的總外表面面積大的面積。該裝置可包括一參考電極，其中該參考電極和至少一個(gè)點(diǎn)火電極的總表面面積在容器總的外表面面積的2% 100%范圍內(nèi)。涉及這些特征的某些實(shí)施例包括絕緣等離子體容器；其它實(shí)施例包括金屬等離子體容器，且至少一個(gè)點(diǎn)火電極具有比該金屬容器的總外表面面積大10%的面積。在第三方面中，本發(fā)明表征為包括至少三個(gè)點(diǎn)火電極的等離子體點(diǎn)火裝置。在第四方面中，本發(fā)明表征為等離子體點(diǎn)火裝置，包括具有氣體輸入端和氣體輸出端的容器，以及與氣體輸入端相鄰的點(diǎn)火電極，用于對(duì)接近容器輸入端的流動(dòng)氣體施加電場(chǎng)。該點(diǎn)火電極可位于氣體輸入端的上游。在第五方面中，本發(fā)明表征為等離子體裝置。該裝置包括由絕緣材料、與容器相鄰的散熱片、以及熱界面構(gòu)成的環(huán)形容器。該熱界面置于容器和散熱片之間并與其具有機(jī)械連接。熱界面限定散熱片和容器之間的間隙，該間隙響應(yīng)熱感應(yīng)尺寸變化而調(diào)節(jié)熱界面、散熱片、和/或容器的移動(dòng)。散熱片可包括一個(gè)以上部分，且各部分可通過(guò)裝有彈簧的裝置來(lái)連接，以調(diào)節(jié)容器的形狀和尺寸變化?？稍谌萜鞯耐獗砻婕右煌繉右宰钃醯入x子體中產(chǎn)生的紫外線(xiàn)進(jìn)入散熱片和容器之間的空隙。該涂層還可有助于絕緣容器的冷卻。在第六方面中，本發(fā)明表征為用于點(diǎn)燃等離子體的方法。該方法包括提供具有氣體輸入端和輸出端的一容器，通過(guò)輸入端使氣體流入通道，并在氣體流入通道時(shí)通過(guò)對(duì)接近氣體輸入端的氣體施加電離電場(chǎng)來(lái)點(diǎn)燃通道中的氣體。在第七方面中，本發(fā)明表征為用于點(diǎn)燃等離子體的方法。該方法包括提供具有流速和壓力的氣體，并將氣體流速的一部分引入容器通道。氣體在通道中點(diǎn)燃，同時(shí)流速的至少一部分被引離通道。部分或全部的流速可在點(diǎn)燃?xì)怏w之后被引入通道。


本發(fā)明用所附權(quán)利要求書(shū)中的特殊性來(lái)進(jìn)行描述。本發(fā)明的以上和其它優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)以下參閱附圖的描述得到更好的理解，其中圖1是環(huán)形等離子體系統(tǒng)的實(shí)施例橫截面視圖。圖2A是等離子體系統(tǒng)一部分的實(shí)施例的橫截面的頂視圖。圖2B是圖2A的那部分等離子體系統(tǒng)的實(shí)施例的橫截面的側(cè)視圖。圖3是等離子體系統(tǒng)一部分的實(shí)施例的橫截面的頂視圖。
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圖4A、4B和4C分別是等離子體系統(tǒng)一部分的實(shí)施例的頂視圖、橫截面(沿平面B) 的側(cè)視圖、以及橫截面(沿平面C)的端視圖。圖5A、5B、5C和5D是等離子體系統(tǒng)一部分的四個(gè)實(shí)施例的頂視圖。圖6是包括類(lèi)似于圖5所示的容器的系統(tǒng)實(shí)施例的一部分橫截面視圖。圖7是用于分離氣體的方法實(shí)施例的流程圖。圖8是包括具有氣體輸入端和氣體輸出端的直線(xiàn)形狀容器的等離子體系統(tǒng)的實(shí)施例的頂視圖。圖9是包括具有氣體輸入端和氣體輸出端的環(huán)形容器的等離子體系統(tǒng)的實(shí)施例的頂視圖。圖10是用于分離氣體的方法實(shí)施例的流程圖。圖11是可實(shí)現(xiàn)圖10方法的等離子體系統(tǒng)的實(shí)施例的框圖。圖12是包括有助于等離子體容器散熱的組件的實(shí)施例的一部分橫截面視圖。圖13是圖12容器和冷卻相關(guān)組件的分解圖。圖14A和14B是可包括在熱界面的彈性部分中的彈性體實(shí)施例的側(cè)視圖。圖14C是可用作熱界面彈性部分的彈簧部分實(shí)施例的斜三維視圖。圖15是包括正方形橫截面容器和四個(gè)通過(guò)裝有彈簧的裝置彼此相連的散熱部分的等離子體系統(tǒng)的實(shí)施例的一部分橫截面視圖。圖16是等離子體處理系統(tǒng)的實(shí)施例的框圖。圖17A和17B是進(jìn)氣口噴頭實(shí)施例的平面視圖。圖18A和18B是等離子體系統(tǒng)的點(diǎn)火電極和相鄰部分的實(shí)施例的橫截面視圖。
具體實(shí)施例方式定義-“等離子體系統(tǒng)”是包括等離子體發(fā)生組件的裝置，并可包括材料處理組件。 等離子體系統(tǒng)可包括一個(gè)或多個(gè)容器、電源組件、測(cè)量組件、控制組件和其它組件。處理可在一個(gè)或多個(gè)容器中和/或在與一個(gè)或多個(gè)容器相連的一個(gè)或多個(gè)處理室中進(jìn)行。等離子體系統(tǒng)可以是等離子體或在等離子體中產(chǎn)生的活性氣體核素的源，或者可以是一種完全處
理工具?！叭萜鳌笔前瑲怏w和/或等離子體的容器或容器的一部分，且在其中可點(diǎn)燃和/ 或維護(hù)等離子體。環(huán)形容器包括至少一個(gè)絕緣部分，或者完全由絕緣材料構(gòu)成。容器還可稱(chēng)為等離子體。容器可與諸如功率產(chǎn)生和冷卻組件的其它組件組合來(lái)構(gòu)成等離子體處理系統(tǒng)。容器可限定具有各種形狀的通道。例如，通道可具有直線(xiàn)形狀，或可具有環(huán)形形狀(例如，以支持環(huán)形等離子體)?！巴ǖ馈笔侨萜魉薅ê桶鼑捏w積。通道可包含氣體和/或等離子體，并可與容器的一個(gè)或多個(gè)輸入端和一個(gè)或多個(gè)輸出端相連，用于收放氣體和等離子體核素。等離子體系統(tǒng)可包括在通道內(nèi)施加DC或振蕩電場(chǎng)的裝置。該電場(chǎng)可在通道內(nèi)維護(hù)等離子體，并可獨(dú)立地或結(jié)合其它裝置點(diǎn)燃通道內(nèi)的等離子體?！巴ǖ篱L(zhǎng)度”是等離子體可駐留的總路徑長(zhǎng)度。對(duì)于環(huán)形通道，長(zhǎng)度可定義為圍繞通道一圈的距離。因而，圓形通道具有等于與通道中心相關(guān)聯(lián)的圓的周長(zhǎng)的長(zhǎng)度?！暗入x子體”是包括與氣體相關(guān)的帶電粒子集合的物態(tài)。當(dāng)在此使用時(shí)，等離子體可包括中性原子和/或與電離核素相關(guān)聯(lián)的分子。容器內(nèi)的物質(zhì)在點(diǎn)火后在此被泛指為等離子體，而并非旨在將這種物質(zhì)限于完全由等離子態(tài)中的核素組成?！碍h(huán)形等離子體”是閉合回路形式的等離子體，且在該閉合回路中有等離子流在其中循環(huán)。環(huán)形等離子體可駐留于由“環(huán)形容器”所包圍的“環(huán)形通道”中?！包c(diǎn)火”是導(dǎo)致氣體中的初始分解以形成等離子體的過(guò)程?！包c(diǎn)火電極”是與容器電容性耦合的電極，并可對(duì)其施加用于點(diǎn)火容器中氣體的電壓。點(diǎn)火電壓可在例如點(diǎn)火電極和參考電極之間或在點(diǎn)火電極和容器的導(dǎo)電部分之間施加。一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)火電極可與容器的內(nèi)或外表面相鄰(在此所述的說(shuō)明性實(shí)施例包括與外表面相鄰的點(diǎn)火電極)。術(shù)語(yǔ)“參考電極”取決于此處的上下文應(yīng)當(dāng)被廣泛解釋為結(jié)合一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)火電極動(dòng)作的一個(gè)或多個(gè)電極和/或容器的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電部分。“惰性氣體”是在許多環(huán)境中非活性的或具有較低活性率的氣體，包括氬氣或其它稀有氣體?！跋∮袣怏w”是一組包括氦、氖、氬、氪、氙、以及有時(shí)包括氡的呈現(xiàn)化學(xué)穩(wěn)定性和低活性率的稀有氣體?！盎钚詺怏w”是包含傾向于參與一個(gè)或多個(gè)化學(xué)反應(yīng)的某些核素的氣體?；钚詺怏w包括不是惰性氣體的氣體?！盎罨瘹怏w”包括離子、自由基、中性活性原子以及分子的任一種?！吧崞笔前ㄓ糜谖?、消散和/或去除熱的一個(gè)或多個(gè)部分和/或組件的結(jié)構(gòu)。散熱片還可以是例如點(diǎn)火電極和參考電極的電極。本發(fā)明的上述和其它特征將在首先參照?qǐng)D1和2描述環(huán)形等離子體系統(tǒng)的某些結(jié)構(gòu)和操作方面之后進(jìn)行更詳細(xì)的描述。圖1是環(huán)形等離子體系統(tǒng)100的實(shí)施例的一部分橫截面視圖。該部分包括限定通道114、磁芯102、104、106和108、氣體進(jìn)口 118、出口 119、以及配合面116的容器110。容器110可完全由一種或多種絕緣材料構(gòu)成，或可由導(dǎo)電和絕緣材料構(gòu)成。適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料包括諸如鋁、銅、鎳和鋼的金屬。容器100還可由加涂層的材料構(gòu)成，諸如陽(yáng)極氧化鋁或鍍鎳鋁。在本發(fā)明某些實(shí)施例中，如下詳述，容器110由絕緣材料構(gòu)成，并且用散熱材料環(huán)繞以有助于絕緣材料的散熱。容器110包括在例如配合面116上的至少一個(gè)絕緣區(qū)域，它電隔離容器110的一部分，使得容器110周?chē)碾娺B續(xù)性得以間斷。如果容器完全由絕緣材料構(gòu)成，則容器110 可由不具有結(jié)合面的單片材料構(gòu)成，因而也不包括配合面116。容器110的結(jié)合面可提供高真空密封。該密封可包括橡膠密封墊或可以是諸如銅焊的永久密封。如圖所示，磁芯102、104、106和108圍繞容器110的各個(gè)部分，即通道114的各個(gè)部分。磁芯102、104、106和108與變壓器的主線(xiàn)圈(未示出)一起導(dǎo)致與通道114對(duì)齊的電場(chǎng)和電流，如在Smith等人的專(zhuān)利號(hào)為6，150,628的美國(guó)專(zhuān)利中所述。通道114中的等離子體完成變壓器的次級(jí)電路。變壓器可包括構(gòu)成附加次級(jí)電路的附加磁芯和導(dǎo)電主線(xiàn)圈。主線(xiàn)圈可由具有在例如小于10千赫到大于20兆赫的范圍內(nèi)頻率的AC電源來(lái)提供電源。頻率的選擇可取決于
8所需功率和要施加到等離子體上的電壓。最優(yōu)工作頻率的選擇可取決于應(yīng)用、AC電源、以及磁芯材料。例如具有1 10乇范圍壓力的諸如氧和氮的氣體，可在從50千赫到14兆赫的頻率上使用具有特定優(yōu)點(diǎn)。磁芯102、104、106和108可具有可調(diào)的主繞組。這可允許例如最優(yōu)化施加于等離子體上的電壓和電流，用于點(diǎn)火和特定的處理操作條件(例如用于特定壓力、流速和氣體核素條件)。電子組件可在AC電源的輸出以及磁芯102、104、106和108之間的電路路徑中。這些組件可包括電阻器、電容器和/或電感器。例如，一系列電感器可用來(lái)平緩施加在等離子體上的電壓波形，從而提高等離子體的穩(wěn)定性。組件可以是固定或可變的，其可變性通過(guò)例如電子或機(jī)械裝置來(lái)控制。各組件可形成阻抗可變電路或阻抗匹配網(wǎng)路。AC電源輸出端或內(nèi)置于AC電源的諧振電路可用來(lái)增大點(diǎn)火電壓和用于點(diǎn)火目的的回路電壓(即通道上的電壓降)。諧振電路還可減小因AC線(xiàn)路波動(dòng)引起的等離子體的不
穩(wěn)定性。與AC電源輸入端相連的DC電源可通過(guò)整流和過(guò)濾AC線(xiàn)電壓來(lái)獲取。DC電源電壓可通過(guò)其它電路來(lái)調(diào)節(jié)，以穩(wěn)定施加在等離子體上的電壓，并提供與AC線(xiàn)電壓的可變性相關(guān)的調(diào)節(jié)。DC電源電壓和電流也可用來(lái)控制傳遞給等離子體的功率。需要監(jiān)視各個(gè)參數(shù)，諸如功率、電流和電壓。傳遞給等離子體的功率可通過(guò)例如測(cè)量由DC電源輸出的功率來(lái)估算。功率測(cè)量可通過(guò)測(cè)量或估算置于DC電源輸出端和等離子體之間的電子元件的電損耗來(lái)改進(jìn)。功率也可在例如AC電源的輸出端上測(cè)量。傳遞給等離子體的功率可通過(guò)若干手段控制，例如通過(guò)改變DC電源電壓的幅度；施加在等離子體上的峰值電流；施加在等離子體上的AC電源的負(fù)載周期；施加在等離子體上的AC電壓的幅度；以及施加在等離子體上的AC電源的頻率?？筛淖?cè)贏C電源的輸出端和等離子體之間的功率傳送效率，來(lái)改變施加在等離子體上的功率。為了降低成本并減少等離子源及其AC電源和控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，這些組件可集合到單個(gè)外殼內(nèi)?；蛘?，為了增加靈活性，等離子體源可與以下任一個(gè)分離AC電源、DC電源、以及控制系統(tǒng)。絕緣等離子體容器和相關(guān)的冷卻和安裝組件可獨(dú)立于其它組件以有助于組件在場(chǎng)內(nèi)的移位。容器110的形狀可更改。例如，容器110可以是正方形的環(huán)狀(如圖所示)、長(zhǎng)方形的環(huán)狀、圓形環(huán)狀等。在操作中，送進(jìn)氣流進(jìn)入氣體入口 118。氣體可注入通道114中，直到達(dá)到例如 0. 001乇和1000乇之間的壓力。氣體可包括惰性氣體、活性氣體、或至少一種惰性氣體和至少一種活性氣體的混合物。氣體化合物可例如通過(guò)提供用于點(diǎn)火的一種化合物以及用于處理操作條件的第二種化合物而變化。等離子體的各部分可通過(guò)出口 119從通道114傳遞。在某些實(shí)施例中，等離子體系統(tǒng)被配置成使很少或沒(méi)有電離核素離開(kāi)等離子體容器。在其它實(shí)施例中，某些電離核素從容器中傳遞以例如有助于在與容器相連的腔室中進(jìn)行處理。在另外的實(shí)施例中，容器結(jié)合有處理腔室使得等離子體可在腔室內(nèi)生成。一旦氣體被電離，等離子體形成并完成變壓器的次級(jí)電路。等離子體中的電場(chǎng)可在小于1伏/厘米到大于100伏/厘米的范圍內(nèi)。如果在容器110中僅存在稀有氣體，則到1伏/厘米甚至更低。然而，如果在該腔室中出現(xiàn)了電負(fù)性氣體， 則等離子體中的電場(chǎng)可比1伏/厘米大許多。因?yàn)榈入x子體和腔室之間的低電勢(shì)差可降低因高能離子導(dǎo)致的腔室腐蝕和所處理材料的相關(guān)污染，操作在通道114中具有較低電場(chǎng)的容器110是有利的。容器110可包括用于提供點(diǎn)燃容器110內(nèi)等離子體的初始電離事件的自由電荷的裝置。初始電離事件可以是施加在等離子體腔室上的短暫的高壓脈沖。該脈沖可具有約 500 20，000伏的電壓，并可持續(xù)約0. 1 10微秒。初始電離事件也可利用持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng) (約10微秒 3秒)的高壓脈沖(可能是RF脈沖)來(lái)產(chǎn)生。諸如氬氣的惰性氣體可注入通道以降低點(diǎn)燃等離子體所需的電壓。紫外線(xiàn)也可用來(lái)在容器110中生成自由電荷，該自由電荷提供在容器110中點(diǎn)燃等離子體的初始電離事件。在一實(shí)現(xiàn)中，短暫的高壓電脈沖被施加在磁芯的主線(xiàn)圈上以提供初始電離事件。 在另一實(shí)現(xiàn)中，短暫的高壓電脈沖被施加在位于容器110之中或之上的電極上。點(diǎn)火參照本發(fā)明的其它說(shuō)明性實(shí)施例進(jìn)行如二更詳細(xì)地描述?，F(xiàn)在參照?qǐng)D2A和2B，在此所述的大多數(shù)實(shí)施例都涉及對(duì)稱(chēng)的環(huán)狀絕緣容器，盡管本發(fā)明的各原理可應(yīng)用于具有各種容器配置和材料組件的等離子體系統(tǒng)。因此，各說(shuō)明性實(shí)施例不應(yīng)解釋為將本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)限制在對(duì)稱(chēng)的或包括環(huán)狀容器的系統(tǒng)，或限制于具有完全由絕緣材料構(gòu)成的容器的系統(tǒng)。圖2A和2B分別是等離子體系統(tǒng)200 —部分的實(shí)施例的橫截面的頂視圖和側(cè)視圖。系統(tǒng)200包括容器210和磁芯220d (三個(gè)可任選磁芯220a、220b和220c用虛線(xiàn)示出)。 圖2B示出通過(guò)磁芯220d和容器210的部分。系統(tǒng)200的可選實(shí)施例包括兩個(gè)、三個(gè)、或四個(gè)以上磁芯。容器210圍住通道215，該通道215具有正方形的橫截面形狀，且在容器內(nèi)可維護(hù)等離子體。容器210可由單件絕緣材料構(gòu)成。絕緣材料可以是例如石英、蘭寶石、氧化鋁、 氮化鋁或其它陶瓷材料。用來(lái)構(gòu)成容器210的材料可基于系統(tǒng)200的計(jì)劃應(yīng)用來(lái)選擇。例如，可基于計(jì)劃的操作功率、等離子體核素和/或所需純度來(lái)選擇材料。容器210支持環(huán)形等離子體，并具有正方形橫截面的圓環(huán)狀。支持環(huán)形等離子體的其它容器可具有各種形狀。這種形狀包括例如以下輪廓形狀的任一種橢圓形環(huán)狀、正方形環(huán)狀、長(zhǎng)方形環(huán)狀、以及多邊形環(huán)狀，并可具有圓形橫截面或橢圓橫截面。容器210可包括一個(gè)或多個(gè)氣體入口端以及一個(gè)或多個(gè)出口端?？砂ǘ鄠€(gè)端口在容器210中對(duì)等離子體提供其它控制。氣流的控制，特別是在點(diǎn)火期間的控制如下進(jìn)行更詳細(xì)地描述?，F(xiàn)在參看圖3到圖11，描述了涉及改進(jìn)的點(diǎn)火裝置和方法的本發(fā)明的各方面。圖 3是等離子系統(tǒng)300實(shí)施例的一部分的頂視圖。該系統(tǒng)300包括容器310(所示部分)和與容器310相鄰的點(diǎn)火電極330。在系統(tǒng)300的不同實(shí)現(xiàn)中，容器310的形狀可定形以限定例如直線(xiàn)通道或環(huán)形通道。系統(tǒng)300可包括其它點(diǎn)火電極330 (如虛線(xiàn)所畫(huà)電極330所示)，并可包括向電極330 提供電壓的互連331。以下描述可應(yīng)用于具有一個(gè)點(diǎn)火電極330或一個(gè)以上電極330的系統(tǒng) 300。電極330具有與限定于容器310內(nèi)的通道對(duì)齊的尺寸D (由虛線(xiàn)示出)。電極330的尺寸D具有長(zhǎng)度。在圖3示例中，電極330具有長(zhǎng)度與通道對(duì)齊的長(zhǎng)方形形狀。因而，在該示例中，電極330的尺寸D的長(zhǎng)度與長(zhǎng)方形的長(zhǎng)度相等。當(dāng)包括一個(gè)以上電極330時(shí)，與通道對(duì)齊的尺寸的總長(zhǎng)度在此被理解為每個(gè)電極330的組合尺寸長(zhǎng)度?？上胂癖葓D3所示更為復(fù)雜的點(diǎn)火電極的分布。例如，除圖3的線(xiàn)性分布之外，點(diǎn)火電極可并列或交錯(cuò)放置。因而，點(diǎn)火電極的尺寸的總長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于由一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)火電極覆蓋的通道的長(zhǎng)度。電壓施加在電極330上以點(diǎn)燃通道中的氣體或支持其點(diǎn)燃。系統(tǒng)300可包括結(jié)合點(diǎn)火電極330使用的參考電極，以對(duì)通道中的氣體施加電場(chǎng)。該參考電極可以是接地電極。 或者，點(diǎn)火電極330可以是接地電極，而電壓施加在參考電極上。該參考電極可包括一個(gè)或多個(gè)部分。在容器內(nèi)包括導(dǎo)電部分的實(shí)現(xiàn)可利用容器的導(dǎo)電部分，作為參考電極或點(diǎn)火電極。點(diǎn)火電極330可具有提供與以前等離子體系統(tǒng)中所用相關(guān)的改進(jìn)的點(diǎn)火的形狀、 尺寸和/或位置。電極330支持電容性點(diǎn)火放電，它沿著容器310限定的通道分布。長(zhǎng)電極330和/或多個(gè)電極330可沿著通道同時(shí)點(diǎn)燃連續(xù)或接近連續(xù)的等離子體。該一個(gè)或多個(gè)電極330沿著通道具有例如約大于通道長(zhǎng)度的5%的總長(zhǎng)度。點(diǎn)火性能可通過(guò)增大總長(zhǎng)度來(lái)改進(jìn)。例如，大于10%的總長(zhǎng)度可提供改進(jìn)的點(diǎn)火。本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)現(xiàn)包括點(diǎn)火電極尺寸在總長(zhǎng)度的10% 80%或更多的范圍內(nèi)?？傞L(zhǎng)度可以是容器長(zhǎng)度的100% (在環(huán)形容器的情形中，只要點(diǎn)火電極具有至少一個(gè)電中斷點(diǎn)，總長(zhǎng)度就可以是容器長(zhǎng)度的100%，即容器中間通道的圓周)。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，電極長(zhǎng)度與通道長(zhǎng)度之比取決于對(duì)通道長(zhǎng)度的選是顯然的。為了方便，通道長(zhǎng)度在此被選定為與最大電極長(zhǎng)度相對(duì)應(yīng)。顯然，通道長(zhǎng)度無(wú)需選定為與中間通道相對(duì)應(yīng)，且電極可置于中間通道上的任何地方?；蛘?，根據(jù)本發(fā)明原理，點(diǎn)火電極可根據(jù)面積來(lái)限定(在此點(diǎn)火電極的面積被理解為面向容器的電極表面的面積)。因此，一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)火電極330可具有與容器310的尺寸相關(guān)的較大總面積。點(diǎn)火電極330的面積與容器尺寸之間的關(guān)系可被表達(dá)為例如電極330的總面積與容器310的外或內(nèi)表面的總面積之比。在大多數(shù)實(shí)現(xiàn)中，點(diǎn)火電極330的總面積可以是容器310的外表面的總面積最多 100%。然而，顯然本發(fā)明的各個(gè)原理可用不與容器外表面相鄰地駐留的點(diǎn)火電極部分來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而使得面積比大于100%。此外，例如，具有不規(guī)則表面的點(diǎn)火電極可提供大于100% 的面積比。通常并不需要用點(diǎn)火電極完全覆蓋容器310，因?yàn)橛悬c(diǎn)火電極面積和參考電極面積的最佳比例。因此，點(diǎn)火電極330的總面積可小于容器310的外表面面積的50%，同時(shí)仍然用電極覆蓋容器310的大部分。在某些實(shí)現(xiàn)中，點(diǎn)火和參考電極的總面積在容器310內(nèi)表面的總面積的 99%的范圍內(nèi)。在系統(tǒng)300的某些優(yōu)選實(shí)現(xiàn)中，點(diǎn)火電極330和參考電極的組合總面積在相鄰容器的內(nèi)表面面積的3% 75%的范圍內(nèi)。總之，點(diǎn)火電極330面積和/或參考電極面積中的增大可增大系統(tǒng)300的點(diǎn)火階段的操作范圍。根據(jù)本發(fā)明各原理，優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)包括盡可能多的兩個(gè)、三個(gè)、或多個(gè)點(diǎn)火電極330 來(lái)提供。電極330可沿著容器的長(zhǎng)度分布，并可沿容器310均勻間隔。
在某些實(shí)現(xiàn)中，RF電壓或脈沖電壓被施加在點(diǎn)火電極330上以點(diǎn)燃通道中的氣體。較大點(diǎn)火電極330的面積可增加電容性耦合度，以提供初始等離子體分解的較大密度， 并通過(guò)等離子體容器的較大部分提供初始等離子分解，從而簡(jiǎn)化環(huán)形等離子體的形成。施加在電極330的峰值電壓可在500伏到2萬(wàn)伏的范圍內(nèi)，或?yàn)檩^低或較高的電壓。因而，容器310的操作可從電容性耦合放電開(kāi)始，隨后是由一個(gè)或多個(gè)磁芯施加的電感性耦合放電。點(diǎn)火步驟期間的通道壓力可在從0.001乇到1000乇的范圍內(nèi)。紫外線(xiàn)(UV)可通過(guò)創(chuàng)建與容器310的內(nèi)表面相鄰的光電子來(lái)幫助點(diǎn)火。容器310可具有各種配置。某些可選配置的示例參照?qǐng)D4到6中所示的本發(fā)明各實(shí)施例來(lái)描述。圖4A、4B和4C分別是等離子體系統(tǒng)400的一部分的實(shí)施例的頂視圖、橫截面?zhèn)纫晥D(通過(guò)平面B的橫截面)、以及橫截面端視圖(通過(guò)平面C的橫截面)。系統(tǒng)400包括限定通道415的容器410，以及與容器410相鄰的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)火電極430。容器410具有氣體輸入端441和輸出端442。容器410具有直線(xiàn)形狀并限定直線(xiàn)形通道415。電極430具有正方形形狀。根據(jù)本發(fā)明各原理的系統(tǒng)的可選實(shí)施例可包括混合尺寸、形狀、和/或沿容器間隔的點(diǎn)火電極。然后描述包括環(huán)形容器的等離子體系統(tǒng)的某些實(shí)現(xiàn)。圖5A、5B、5C和5D是等離子體系統(tǒng)500A、500B、500C和500D的各部分的四個(gè)實(shí)施例的頂視圖。如圖所示，每個(gè)系統(tǒng) 500A、500B、500C 和 500D 包括容器 510a、510b、510c、510d 以及與容器 510a、510b、510c、 510d相鄰的至少一個(gè)點(diǎn)火電極530a、530b、530c、530d。容器510a、510b、510c、510d具有限定環(huán)形等離子體的圓形通道的圓形形狀。容器510a、510b、510c、510d可完全由絕緣材料構(gòu)成，以獲得例如上述優(yōu)點(diǎn)。點(diǎn)火電極530a、530b、530c、530d具有與通道對(duì)齊的尺寸D，如以上圖3所述。這些實(shí)施例中點(diǎn)火電極530a、530b、530c、530d的形狀遵從圓形通道的曲率。因此，每個(gè)點(diǎn)火電極530a、530b、530c、530d的尺寸D如圖所示遵從其關(guān)聯(lián)電極530a、530b、530c、530d的曲率。因此，尺寸D的長(zhǎng)度沿著尺寸D的彎曲路徑被測(cè)量。系統(tǒng)500A、500B、500C和500D在每一情形中可包括一個(gè)以上點(diǎn)火電極530a、530b、 530c、530d，由虛線(xiàn)所示。如上所述，點(diǎn)火電極530a、530b、530c、530d的面積、數(shù)量和分布的增加可改進(jìn)系統(tǒng)500A、500B、500C和500D的點(diǎn)火性能。圖6是系統(tǒng)600實(shí)施例的一部分橫截面的示意圖，該系統(tǒng)600包括與圖5中所示相似的容器610。系統(tǒng)600還包括與容器610的上表面相鄰的點(diǎn)火電極630，以及與容器610 的下表面和側(cè)面相鄰的參考電極640。電壓V在點(diǎn)火電極630和參考電極640之間施加，以啟動(dòng)容器610中氣體的放電。因而，在點(diǎn)火期間，電離電場(chǎng)在點(diǎn)火電極630和參考電極640 之間出現(xiàn)(由電場(chǎng)線(xiàn)650所示)。點(diǎn)火電極630可由例如金屬薄片構(gòu)成，并置于與容器610相鄰的位置上。或者，電極630可例如通過(guò)厚膜或薄膜沉積技術(shù)在容器610上構(gòu)成。參考電極640可包括在容器610的下表面、內(nèi)表面和外表面上的獨(dú)立部分?；蛘?， 各部分可相連(參見(jiàn)虛線(xiàn)部分)以提供包圍在容器610外面的單個(gè)部分。參考電極640具有位于容器610周?chē)囊粋€(gè)或多個(gè)斷點(diǎn)，如上述相同原因?yàn)辄c(diǎn)火電極所需。
在系統(tǒng)的可選實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)火電極可放置為與正方形橫截面的環(huán)狀容器的側(cè)面相鄰。類(lèi)似地，參考電極可在該容器的上或下表面附近放置。根據(jù)本發(fā)明各原理，使用較大的點(diǎn)火電極可改進(jìn)點(diǎn)火電極和等離子體之間的耦合效率，因而可提供更為強(qiáng)烈的初始?xì)怏w分解。如下所述，改進(jìn)的初始?xì)怏w分解對(duì)各種處理都有利。等離子體在大多數(shù)情形中都呈現(xiàn)負(fù)阻抗，即等離子體的阻抗隨著等離子體密度和電子溫度的增加而下降。增加的初始等離子體密度和電子溫度可降低構(gòu)成和/或維護(hù)等離子體所需的感應(yīng)電場(chǎng)的電平。在具有線(xiàn)性或環(huán)狀的較大或較長(zhǎng)等離子通道的等離子體容器中，沿等離子體通道創(chuàng)建強(qiáng)烈的基本連續(xù)的初始分解可簡(jiǎn)化主等離子體的形成。本發(fā)明的點(diǎn)火優(yōu)點(diǎn)在點(diǎn)燃諸如氟或氧的帶負(fù)電氣體時(shí)有幫助，其中由于電子附于氣體分子而使電子的損耗較為嚴(yán)重。容器表面的等離子體轟擊可通過(guò)形成主要感應(yīng)等離子體之后快速移除對(duì)電容性耦合點(diǎn)火電極的功率來(lái)減少。為此，根據(jù)本發(fā)明各原理的系統(tǒng)的某些實(shí)施例包括一啟動(dòng)等離子體就從點(diǎn)火電極移除功率的控制電路。表面腐蝕可因點(diǎn)燃等離子體之后，而在移除點(diǎn)火電極的電壓之前的高能離子的轟擊而導(dǎo)致。因而，控制電路包括為通過(guò)測(cè)量例如電源的電壓和/或電流波形或測(cè)量從等離子體的光線(xiàn)發(fā)射來(lái)檢測(cè)等離子體的點(diǎn)燃。然后控制電路在等離子體形成之后移除點(diǎn)火電極的功率，以限制表面腐蝕。諸如電極630的點(diǎn)火電極，可由沉積或?qū)訅涸诮^緣等離子體容器的表面的金屬膜構(gòu)成。該金屬膜可包括例如銅或鋁，或者在關(guān)注金屬擴(kuò)散或電遷移時(shí)，可由耐熱材料制成， 諸如鈦、鉭、或鎢、或者諸如TiN的合金或化合物導(dǎo)電材料。圖7是用于點(diǎn)燃?xì)怏w中放電的可啟動(dòng)等離子體的方法實(shí)施例的流程圖。該方法包括提供具有氣體輸入端和輸出端的容器(步驟710)。該容器限定用于包含氣體的通道。該方法包括通過(guò)輸入端使氣體流入通道(步驟720)，并通過(guò)將電離電場(chǎng)施加在接近氣體輸入端的氣體而點(diǎn)燃通道中的氣體，同時(shí)該氣體流入通道(步驟730)。參照?qǐng)D8和9，描述了可實(shí)現(xiàn)方法700的說(shuō)明性裝置。圖8是包括線(xiàn)性形狀容器810的等離子體系統(tǒng)800的一個(gè)實(shí)施例，該容器800限定用于包含氣體的通道并具有氣體輸入端841和輸出端842。系統(tǒng)800包括與容器810的輸入端相連的流體中的上游部分880。系統(tǒng)800還包括與氣體輸入端841相鄰的至少一個(gè)點(diǎn)火電極890，以將電場(chǎng)施加于接近容器810的輸入端841的流動(dòng)氣體上(點(diǎn)火電極890的兩個(gè)可選位置由虛線(xiàn)示出)。如圖所示，點(diǎn)火電極890可接近容器810的表面或接近上游部分880的表面放置。 該上游部分880可以是例如用于配合氣體傳送管的法蘭。該上游部分880和容器810可由單片材料構(gòu)成，例如單片熔化石英。一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)火電極890可在輸入端841的上游或下游，或與輸入端841交迭。用系統(tǒng)800實(shí)現(xiàn)的方法700可提供經(jīng)改進(jìn)的點(diǎn)火。與氣體輸入端841相鄰的點(diǎn)火電極890可點(diǎn)燃在容器810的氣體入口處附近的流動(dòng)氣體。點(diǎn)火處結(jié)合電離組件的流動(dòng)，可有助于沿整個(gè)通道來(lái)活化等離子。圖9是包括具有氣體入口端941和輸出端942的容器910的系統(tǒng)900的一個(gè)實(shí)施例。容器910限定用于包含氣體的通道。該系統(tǒng)包括與氣體的輸入端941相連的流體中的
13上游部分980。系統(tǒng)900還包括與氣體輸入端941相鄰的至少一個(gè)點(diǎn)火電極990，以將電場(chǎng)施加于接近容器910的輸入端941的流動(dòng)氣體上。系統(tǒng)900具有與系統(tǒng)800相似的特征，但是用環(huán)形容器910替代了線(xiàn)性容器810。 系統(tǒng)900可實(shí)現(xiàn)方法700，并提供參照?qǐng)D8所述的優(yōu)點(diǎn)。如上所述，上游點(diǎn)火處可將電子播撒到輸入氣流中。然后電子可與氣體一起沿通道流動(dòng)，并有助于例如等離子體的感應(yīng)式點(diǎn)燃。方法700和系統(tǒng)800、900可提供等離子體系統(tǒng)制造成本的降低、較簡(jiǎn)便的現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)，并提供對(duì)容器810、910內(nèi)表面的減少腐蝕。現(xiàn)在參看圖10和11，描述了涉及因等離子體系統(tǒng)的氣體旁路而便于點(diǎn)火的本發(fā)明各方面。圖10是用于點(diǎn)燃?xì)怏w以啟動(dòng)等離子體的方法1000的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。方法 1000包括提供限定封閉通道的容器(步驟1010)，在通道外提供具有流動(dòng)速率和壓力的氣體(步驟1020)，將氣體流速的一部分引入通道(步驟1030)，并在通道中點(diǎn)燃?xì)怏w，同時(shí)將流速的剩余部分引離通道(步驟1040)。在點(diǎn)火期間一部分氣流的旁路可擴(kuò)展能成功點(diǎn)燃的流速和壓力的范圍。點(diǎn)燃通道中的氣體通過(guò)限制在點(diǎn)火期間進(jìn)入通道的流速部分來(lái)簡(jiǎn)化。例如，該流速部分可小至零 (即通道中不流動(dòng)的氣體)。同時(shí)，通道中的壓力可與通道外的氣體壓力相同。例如，壓力可以是點(diǎn)燃等離子體后所需的操作壓力。方法1000可包括在點(diǎn)燃?xì)怏w之前使得流速固定為一個(gè)值，用于操作容器(步驟 1025)。將流速設(shè)置為在通道中形成等離子體后操作所需的流速可提供改進(jìn)的系統(tǒng)穩(wěn)定性。 因而，例如，在點(diǎn)火之前，由氣源提供的氣體流速可在使用條件下穩(wěn)定，且使用壓力也可在通道內(nèi)穩(wěn)定。方法1000還可包括在點(diǎn)燃通道中的氣體之后，將流速的增加部分或全部引入通道(步驟1050)。因而，與以前方法相比，從點(diǎn)火到操作等離子體條件的轉(zhuǎn)換可以是快速并穩(wěn)定的。圖11是可實(shí)現(xiàn)方法1000的等離子體系統(tǒng)1100的一個(gè)實(shí)施例的框圖。系統(tǒng)110 包括氣體輸入管1151、控制流經(jīng)管1151的氣流的旁路閥1171、以及旁路氣管1152。為了實(shí)現(xiàn)方法1000，旁路閥1171可例如將氣體流速的部分或全部從輸入管1151引入旁路氣管 1152。輸入管1151可與容器1110流體相連。系統(tǒng)1100可包括處理室1190，以及與容器 1110和室1190相連的等離子體產(chǎn)出管1153。系統(tǒng)1100可包括限制瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)氣流的孔1173。該孔1173可有助于將旁路管 1152中的一部分氣流重新導(dǎo)入氣體輸入管1151。系統(tǒng)可包括旁路管1152中的閥1172。該旁路管1152可與等離子體產(chǎn)出管1153、 室1190和/或排氣管的流體相連。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然可使用各種數(shù)量、類(lèi)型以及位置的閥和孔來(lái)實(shí)現(xiàn)方法1000。例如，與系統(tǒng)1100相關(guān)的可選實(shí)現(xiàn)可包括單個(gè)旁路閥、單個(gè)旁路閥和一個(gè)孔、兩個(gè)旁路閥、以及兩個(gè)旁路閥和一個(gè)孔。方法1000可提供當(dāng)氣體輸入管1151正在傳送例如高流速和高壓力使用條件下的處理氣體時(shí)的點(diǎn)火。例如，氣體輸入管可提供壓力為2乇的氣體，其中該氣體包括O2和N2 的混合體，A為6slm(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)和隊(duì)為0. 6slm的混合流速。方法1000可提供在例如這些條件下的可靠點(diǎn)火。參照?qǐng)D12到14，接著描述用于等離子體系統(tǒng)的改進(jìn)冷卻的方法和裝置(諸如以上所述)。根據(jù)本發(fā)明各原理的冷卻特征，在應(yīng)用于絕緣等離子體容器時(shí)特別有利。圖12是包括有助于從等離子體容器中散熱的各組件的系統(tǒng)1200的一個(gè)實(shí)施例的一部分橫截面示圖。系統(tǒng)1200包括容器1210、與容器1210相鄰的散熱片1220、以及置于容器1210和散熱片1220之間的熱界面1230 (在此也稱(chēng)為機(jī)械調(diào)節(jié)層)。散熱片1220還可用作電極，例如點(diǎn)火電極630和/或參考電極640(參見(jiàn)圖6)。散熱片可通過(guò)流經(jīng)散熱片 (或附近)的冷卻液來(lái)冷卻，諸如水、油或空氣。系統(tǒng)1200可任選地包括裝有彈簧的裝置1四0，它可控制地將壓力施加在散熱片 1220上。裝有彈簧的裝置1290的某些實(shí)現(xiàn)如下所述。熱界面1230可包括具有均勻含量的材料。例如，熱界面1230的材料可以是單一材料或混合材料，例如合成或?qū)訅翰牧?。熱界?230可以是不連續(xù)的，或可均勻地填充散熱片1220和容器1210之間的空隙。在某些可選實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)通路可包括在熱界面1230中，以提供與位于熱界面1230和容器1210之間的點(diǎn)火電極的電接觸途經(jīng)。熱界面1230具有一個(gè)或多個(gè)機(jī)械屬性，這些屬性可允許熱界面調(diào)節(jié)由散熱片 1220施加的壓力以及壓力中的變化。屬性可包括彈性和塑性變形性能。該熱界面1230可具有變化的彈性和靈活性程度。例如，熱界面1230是可變形的?？勺冃涡阅芸蓭椭{(diào)節(jié)系統(tǒng)1200的熱感應(yīng)尺寸變化。熱界面1230可以是包括具有不同熱和機(jī)械性能的材料的合成物或?qū)訅何铩＠纾?熱界面1230可包括聚合體和金屬成分，以獲取例如前者的變形性能和后者的熱傳導(dǎo)性能。在系統(tǒng)1200的某些可選實(shí)施例中，熱界面1230包括一個(gè)以上層。在這樣的實(shí)施例中，熱界面1230包括在多個(gè)接觸點(diǎn)與散熱片1220和容器1210機(jī)械聯(lián)系的可變形部分 1231?？勺冃尾糠?231剛性或彎曲的，并且可彈性或塑性變形。例如，可變形部分1231可變形以幫助調(diào)節(jié)組裝件和/或調(diào)節(jié)因例如熱效應(yīng)引起的系統(tǒng)1200的尺寸變化。熱界面1230可包括其它部分1232、1233、1234，它們可部分地作為可變形部分 1230和散熱片1220和/或容器1210之間的中間接觸。以下描述其它部分1232、1233、1234 的某些實(shí)現(xiàn)。熱界面1230、散熱片1220以及容器1210的彈性部分限定散熱片1220和容器1210 之間的間隙。該間隙可調(diào)節(jié)因熱效應(yīng)引起的組件移動(dòng)。該間隙可增強(qiáng)熱界面1230的彈性部分的變形范圍。參照?qǐng)D13和14，可變形部分1231可包括各種材料和結(jié)構(gòu)。圖13是圖12的等離子體系統(tǒng)1200的更詳細(xì)實(shí)現(xiàn)的容器1220和冷卻相關(guān)組件的部分分解圖。在該實(shí)現(xiàn)中，可變形層1231是橡膠層1231a。橡膠層包括橡膠材料的間隔部分或者，可變形層1231可以是依從相鄰材料表面的適應(yīng)層。熱界面1230還可包括擋光層1234a，以阻擋例如由等離子體發(fā)射的UV線(xiàn)抵達(dá)并破壞橡膠材料。UV線(xiàn)還可引起不需要的臭氧的形成。擋光層123 還可有助于冷卻容器 1210。
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擋光層123 可以是例如一薄片材料，或可以是施加在例如容器1210上的薄層。 擋光層123 可由諸如銅的金屬或其它適當(dāng)材料來(lái)構(gòu)成。橡膠材料可部分地用陶瓷或金屬材料來(lái)填充。這樣的材料可包括例如氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、鉆石、以及石墨，它們可更改橡膠材料的熱和機(jī)械屬性。橡膠層1231a的配置可允許響應(yīng)于張力、壓力和/或剪切應(yīng)力而變形。橡膠層 1231a可有選擇地包括裂縫和/或空洞。橡膠層1231a可得自薄片材料，或可由密封化合物來(lái)構(gòu)成。橡膠層1231a的厚度可在25微米或小于2毫米的范圍(或更大)內(nèi)。在優(yōu)選實(shí)現(xiàn)中，橡膠層1231a覆蓋了容器 1210的外表面面積的約25% 100%。在圖12的系統(tǒng)1200的另一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，熱界面1230包括諸如銅絲絨的纖維、燒結(jié)金屬、壓花金屬、和/或彈簧。金屬材料可提供比許多橡膠材料更大的熱傳導(dǎo)性和更大的溫度額定值。參照?qǐng)D14A、14B和14C，描述可由金屬構(gòu)成的彈性部分1231的某些實(shí)現(xiàn)。圖14A和14B是可包括在熱界面1230的可變形部分1231內(nèi)的彈性體1300a、1300b 的實(shí)施例的側(cè)視圖。如圖所示或各種其它形狀的彈性體1300a、1300b，可響應(yīng)于所述的熱感應(yīng)組件移動(dòng)而彎曲。彈性體1300a、1300b可由金屬材料構(gòu)成。圖14C是可用作熱界面1230的可變形部分1231的彈簧部分1231b的一個(gè)實(shí)施例的三維側(cè)視圖。部分1231b包括多個(gè)懸臂指。這些懸臂指可由例如銅或鈹銅構(gòu)成。這些懸臂指可通過(guò)例如電化學(xué)蝕刻形成，隨后懸臂指塑性變形來(lái)給出最后的形狀。可變形部分 1231的塑性變形可在最后裝到容器1210期間進(jìn)行。彈簧部分1231b可以銅焊或焊接或粘結(jié)到散熱片1220和/或容器1210上，以例如有助于傳熱。在某些實(shí)現(xiàn)中，部分1231b提供約為0. 25到25毫米的間隙厚度。或者，熱界面1230可包括橡膠和金屬成分。例如，其它部分1232、1233的任一個(gè)或全部可以是橡膠層，它們被包括為中間媒介來(lái)傳遞可變形部分1230和散熱片1220和容器1210之間的接觸。這種配置可提供至少兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)(1)某些金屬材料的熱傳導(dǎo)性和高溫耐受力；以及( 某些橡膠材料的柔性、彈性和界面屬性。熱界面1230還可用作墊片，以在容器1210和散熱片1220之間提供具有可控厚度的間隙。該間隙可用氣體(例如空氣或氦)來(lái)填充。氣體可支持例如通過(guò)小于約100微米的厚度的熱傳遞。進(jìn)一步的改進(jìn)可得小于25微米甚至小于12微米的厚度?；蛘?，該間隙可用液體或半液體(諸如油脂)來(lái)填充，以幫助熱傳遞，液體的量因較小的間隙厚度而較小。散熱片1220(這里也稱(chēng)為冷卻外殼)可緊鄰于容器1210，并可通過(guò)循環(huán)液體直接冷卻和/或通過(guò)另一熱界面冷卻傳導(dǎo)到另一冷卻表面。散熱片1220也可由空氣冷卻。散熱片1220可由例如金屬、陶瓷和合成材料的任何組合(例如銅、鋁、黃銅、氮化鋁、硅鋁合金碳化物、以及金屬基質(zhì)陶瓷合成物)來(lái)構(gòu)成。如果散熱片1220由電傳導(dǎo)材料構(gòu)成，則在散熱片1220中應(yīng)存在至少一個(gè)絕緣間隙用于環(huán)容器1210。散熱片1220中的多個(gè)絕緣間隙可被包括為降低絕緣間隙上的電場(chǎng)峰值。由于散熱片和等離子體容器1210之間的物理接近，散熱片間隙上的電場(chǎng)可耦合到等離子體容器1210，并造成等離子體容器1210內(nèi)局部高電場(chǎng)，以及相應(yīng)的等離子體破壞。使用具有一個(gè)以上電間隙的散熱片1220可將感應(yīng)電場(chǎng)分布到多個(gè)間隙上，從而降低峰值電場(chǎng)并減少等離子體的破壞。由多個(gè)散熱片部分構(gòu)成多個(gè)散熱片部分1220還可簡(jiǎn)化等離子體系統(tǒng)1200的組裝。散熱片1220可由多個(gè)剛性分段構(gòu)成?；蛘?，散熱片可由多個(gè)柔性部分構(gòu)成，以進(jìn)一步有助于調(diào)節(jié)尺寸和形狀的熱感應(yīng)變化。散熱片1220最好包括基本上包圍容器1210的全部的至少兩個(gè)分割的部分。散熱片1220的分段可幫助組裝系統(tǒng)1200，該系統(tǒng)包括具有諸如環(huán)形的復(fù)雜形狀的容器1210。 對(duì)于環(huán)形絕緣容器，兩個(gè)部分可以是“C”形，以在組裝后的散熱片1220中提供間隙。散熱片1220可由諸如銅或鋁的電傳導(dǎo)材料制成。對(duì)于具有正方形橫截面的環(huán)形容器，示例如圖 6所示，散熱片1220最好包括16個(gè)部分，即環(huán)形的四個(gè)“表面”(即環(huán)形的上、下、內(nèi)和外部分)的每一個(gè)有4個(gè)部分。再參看圖12，并如上所述，系統(tǒng)1200可包括裝有彈簧的裝置1四0，以維持壓在等離子體容器1210外面的散熱片1220和熱界面1230。裝有彈簧的裝置1290可包括諸如螺絲釘或夾鉗的散熱觸點(diǎn)1四1、以及彈簧1292。彈簧1292通過(guò)觸點(diǎn)1291將壓力加到散熱片1220上。所施加的壓力可進(jìn)行選擇以維持并控制容器1210、熱界面1230和散熱片1220之間的機(jī)械和熱交互?？墒褂靡粋€(gè)或多個(gè)夾鉗或螺絲釘。一個(gè)或多個(gè)彈簧1292調(diào)節(jié)因熱效應(yīng)引起的尺寸變化。因而，所施加的壓力可在溫度變化期間維持在有效恒定水平。裝有彈簧的裝置1290可拉緊以獲得所需力，該力然后由一個(gè)或多個(gè)彈簧1292的作用來(lái)保持。裝有彈簧的裝置1290能夠可控制地將壓力施加在例如絕緣環(huán)形容器和散熱片 1220之間的熱界面1230上。該熱界面1230由裝有彈簧的裝置1290活動(dòng)壓縮，以維持容器 1210和散熱片1220之間的熱接觸。環(huán)形絕緣等離子體容器具有相對(duì)復(fù)雜的幾何形狀，并可具有較薄的壁以促進(jìn)散熱。絕緣等離子體容器還可由不具有與散熱材料兼容的熱-機(jī)械屬性的材料制成。包括這種容器的等離子體系統(tǒng)1200的實(shí)現(xiàn)可有利地包括分段的散熱片1220，如上所述。在系統(tǒng)1200的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，系統(tǒng)1200具有分段的并覆蓋容器1210的大部分或全部表面的散熱片1220，該容器1210在該實(shí)現(xiàn)中由絕緣材料構(gòu)成；散熱片1220用使用裝有彈簧的裝置1290控制的力量壓在容器1210上；熱界面1230依從容器1210。系統(tǒng) 1200的該實(shí)現(xiàn)提供具有絕緣等離子體容器的可靠的環(huán)形等離子體源。圖15是等離子體系統(tǒng)1500a的實(shí)施例的一部分橫截面示圖。系統(tǒng)1500a包括正方形橫截面的容器1501a以及通過(guò)裝有彈簧的裝置1290a彼此相連的四個(gè)散熱分段1530a。 裝有彈簧的裝置U90a包括擰入分段1520a之一的螺絲釘1291a，以及位于螺絲釘1291a的頭部和相鄰部分1530a之間的彈簧1292a。裝有彈簧的裝置1290a的可選配置對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯然的。散熱部分1530a和裝有彈簧的裝置1290a的組合提供了自承重的冷卻外殼。該自承重的冷卻外殼支持容器1501a的有效冷卻，同時(shí)調(diào)節(jié)組合的容器1501a和冷卻外殼的熱錯(cuò)配感應(yīng)的尺寸變化。圖16是包括所述的本發(fā)明結(jié)構(gòu)特征并可實(shí)現(xiàn)方法1000的等離子體處理系統(tǒng)1500 的一個(gè)實(shí)施例的框圖。系統(tǒng)1500包括由至少一個(gè)磁芯1520圍繞的絕緣容器1510，該磁芯1520與AC電源1560有電連接。該絕緣容器1510具有氣體輸入端1541和輸出端巧42。 16個(gè)散熱分段1530位于絕緣容器1510四周，并可用作電極，例如點(diǎn)火和/或參考電極?；蛘撸c(diǎn)火和/或參考電極可駐留于各分段1530和容器1510之間。一個(gè)或多個(gè)磁芯1520具有用作變壓器主線(xiàn)圈的線(xiàn)圈，以導(dǎo)致與絕緣容器1510所限定的通道對(duì)齊的電場(chǎng)和等離子流。通道中的等離子體完成了變壓器的次級(jí)電路?？芍С汁h(huán)形等離子體的磁芯和相關(guān)聯(lián)AC電源的某些實(shí)現(xiàn)在Smith等人的專(zhuān)利號(hào)為6，150，628的美國(guó)專(zhuān)利中描述。容器1510具有正方形橫截面，且四個(gè)散熱部分1530與容器1510所限定的四個(gè)表面(即上、下、內(nèi)和外表面)的每一個(gè)相鄰。散熱片的分段有助于組裝和調(diào)節(jié)熱感應(yīng)的尺寸變化。系統(tǒng)1500還包括與輸入端1541相連的氣體輸入管1551、旁路氣管1552、旁路閥 1571、以及限定與絕緣容器1510的輸出端1542相連的處理室的處理容器1590。為了實(shí)現(xiàn)方法1000，在等離子體點(diǎn)火期間，旁路閥1571可將氣流的一部分或全部從輸入管1551引入旁路氣管1552。系統(tǒng)1500可包括在輸入端1541中或附近的氣體噴頭，以調(diào)節(jié)從管道1151 進(jìn)入輸入端1541的氣流。包括氣體噴頭1551可改進(jìn)等離子體的穩(wěn)定性，以及熱分布到容器內(nèi)表面的均勻性。氣體噴頭1551可改進(jìn)經(jīng)輸入端1541引入環(huán)形通道的氣體的分布。圖17A和17B示出被配置成主要沿等離子體容器的表面引導(dǎo)氣流的氣體噴頭的各個(gè)示例。圖17A示出可用作例如圖16的系統(tǒng)1500的噴頭1553的氣體噴頭1553a的一個(gè)實(shí)施例。該噴頭1553a限定成排的孔1610a在較小和/或較少的孔1620a的兩側(cè)。大多數(shù)進(jìn)入氣體通過(guò)成排的孔1610a，并沿著在或接近氣體入口端1541的容器的上下內(nèi)表面通行。圖17B示出可結(jié)合例如具有圓形橫截面的容器使用的氣體噴頭155 的一個(gè)實(shí)施例。噴頭1553b限定在較小和/或較少的孔1620b周?chē)囊蝗?610b。大多數(shù)進(jìn)入氣體通過(guò)該圈孔1610b并沿著容器的內(nèi)表面通行。由一個(gè)或多個(gè)氣體噴頭提供的改進(jìn)氣體分布可提供等離子體的改進(jìn)穩(wěn)定性以及容器內(nèi)的更均勻功率分布。限制湍流產(chǎn)生的噴頭可減少容器壁的腐蝕。感應(yīng)電場(chǎng)在電感性耦合的環(huán)形等離子體容器的內(nèi)徑上最大，導(dǎo)致內(nèi)徑壁上較高的熱分布。因?yàn)榈入x子體可傾向于留在環(huán)形等離子體通道的中央，將進(jìn)入氣體沿著等離子體通道的側(cè)壁注入可減少等離子體向內(nèi)徑壁的移位。在環(huán)形等離子體周?chē)惯M(jìn)入氣體流向內(nèi)徑壁還可使等離子體從內(nèi)表面上提升，導(dǎo)致在壁表面上更均勻的熱分布，并減少等離子體容器表面上的峰值功率消散。當(dāng)?shù)入x子體系統(tǒng)1500包括熔融的石英容器時(shí)，系統(tǒng)1500最好在將石英等離子體容器內(nèi)部的最高溫度限制在約900 1000°C (例如小于950°C)的條件下操作。在相對(duì)較高的溫度上，包括破壞的極小變化可在石英的內(nèi)表面上顯現(xiàn)。這樣的極小變化可導(dǎo)致不需要的極小微粒和其它污染。容器的加熱在當(dāng)進(jìn)入氣體嘗試將等離子體推向容器的內(nèi)表面時(shí)最大。此外，等離子體與內(nèi)表面的更大交互可加劇熱相關(guān)的表面破壞。因此，需要使這些位置保持比容器上其它位置更低的溫度。例如，需要將這些重要的壁表面保持在小于950°C的溫度，而其它壁表面可達(dá)接近或大于950°C的溫度。
現(xiàn)在參看圖18A和18B，點(diǎn)火電極的可選實(shí)現(xiàn)可改進(jìn)熱層1230的性能。圖18A示出等離子體系統(tǒng)的實(shí)施例的一部分橫截面示圖。該系統(tǒng)包括容器表面上或接近于容器表面的點(diǎn)火電極630a、熱界面1230b、散熱片1530b、以及電極墊片632。墊片632可填充由電極 630a在熱界面1230b和容器表面之間創(chuàng)建的間隙。圖18B示出等離子體系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的一部分橫截面示圖。該系統(tǒng)包括陶瓷基層635上的點(diǎn)火電極630b。組合的電極630b和陶瓷基層635置于容器表面上或與其相鄰。 該系統(tǒng)可包括置于散熱片1530b和陶瓷基層635之間的熱界面1230b。第二個(gè)熱界面1230b 可置于容器表面和陶瓷基層635之間。第二個(gè)熱界面1230b可具有柔性屬性，以允許第二個(gè)熱界面1230b適合組合的點(diǎn)火電極630b和陶瓷基層635的表面。點(diǎn)火電極630b可以是沉積或?qū)訅涸谔沾苫鶎?35上的金屬膜。具有較高熱傳導(dǎo)性的陶瓷材料，諸如AlN或AL2O3，被優(yōu)選為基層材料。熱傳導(dǎo)陶瓷基層635可降低絕緣等離子體容器和散熱片1530b之間的熱梯度，同時(shí)提供電極630b和散熱片1530b之間的電絕緣。陶瓷基層635也可例如改進(jìn)熱界面1230b的可靠性。本發(fā)明的另一實(shí)現(xiàn)表征為包括等離子體源部分、具有絕緣環(huán)形容器以及單板AC 電源的集成式環(huán)形等離子體系統(tǒng)；該等離子體源可從裝置中分離。等離子體容器以及相關(guān)聯(lián)的冷卻結(jié)構(gòu)被配置成允許從裝置底板中移除，而不拆卸單板電源。這就允許等離子體容器能夠在系統(tǒng)用戶(hù)的現(xiàn)場(chǎng)更換系統(tǒng)的消耗組件。盡管本發(fā)明已參照特定優(yōu)選實(shí)施例特別示出并描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，可在形式和細(xì)節(jié)中作各種變化，而不背離由所附權(quán)利要求書(shū)所定義的本發(fā)明的精神和范圍。 例如，系統(tǒng)可包括任意尺寸的兩個(gè)或多個(gè)點(diǎn)火電極，而不是特定尺寸或長(zhǎng)度的點(diǎn)火電極，并沿著容器相間放置以有效地支持分布式點(diǎn)火。各電極可這樣間隔放置，例如，一個(gè)電極的邊緣到相鄰電極的邊緣之間的最大間距不大于五厘米。
19
權(quán)利要求
1.一種用于點(diǎn)火等離子體的方法，所述方法包括提供限定封閉通道的容器；在所述通道外面提供具有流速和壓力的氣體；將所述氣體的流速的一部分引入所述通道；以及點(diǎn)燃所述通道中的氣體，同時(shí)將所述流速的剩余部分引離所述通道。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在點(diǎn)燃所述氣體之前將所述流速固定為所述容器的操作值。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述流速與所述容器的操作流速相關(guān)聯(lián)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在點(diǎn)燃所述通道中的氣體之后，將所述流速的全部引入所述通道。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述流速的一部分引入所述通道包括，在所述通道中提供至少與連接到所述容器的輸出的處理室中壓力相同的氣壓。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述通道中的氣壓大于0.01乇。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述流速的剩余部分引離所述通道包括從所述通道中弓丨離所述流速的全部。
8.一種用于等離子體處理的方法，所述方法包括提供一環(huán)形容器，所述容器基本上由絕緣材料構(gòu)成并限定封閉通道；提供與所述容器相鄰的散熱片；提供熱界面，所述熱界面置于所述容器和所述散熱片之間并與它們機(jī)械連接，其中所述熱界面限定所述散熱片和所述容器之間的間隙，所述間隙響應(yīng)于熱感應(yīng)的尺寸變化來(lái)調(diào)節(jié)熱界面、散熱片以及所述容器中至少之一的移動(dòng)；提供變壓器，所述變壓器包括磁芯和圍繞所述容器一部分的主線(xiàn)圈；從AC電源向主線(xiàn)圈供電，以在所述環(huán)形容器中保持等離子體；以及將活性氣體核素從所述環(huán)形容器弓I入由處理容器限定的處理室。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述散熱片包括至少兩個(gè)部分，并且還包括通過(guò)用裝有彈簧的裝置來(lái)連接所述至少兩個(gè)部分從而將所述至少兩個(gè)部分壓靠所述容器。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括將所述容器的溫度保持在950°C以下。
全文摘要
本申請(qǐng)涉及環(huán)形低場(chǎng)活性氣體和具有絕緣真空容器的等離子體源，描述了用于等離子體系統(tǒng)的等離子體點(diǎn)火和冷卻裝置和方法。裝置(300)包括容器(390)以及與該容器相鄰的至少一個(gè)點(diǎn)火電極(330)。該至少一個(gè)點(diǎn)火電極的尺寸(D)的總長(zhǎng)度大于容器通道長(zhǎng)度的10％。該裝置可包括絕緣環(huán)形容器、具有由裝有彈簧的裝置壓向容器的多個(gè)部分的散熱片、以及在容器和散熱片之間的熱界面。方法可包括提供具有流速和壓力的氣體，并將氣體流速的一部分引入容器通道。該氣體在通道中點(diǎn)燃，同時(shí)流速的剩余部分被引離該通道。
文檔編號(hào)H01J37/32GK102339717SQ20111028900
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2004年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月16日
發(fā)明者A·B·考韋, M·M·貝森, S·C·特魯利, W·M·霍爾伯, 小R·W·柯林斯, 邵壽潛, 陳星 申請(qǐng)人:Mks儀器股份有限公司