用于ICP源的冷却屏蔽体的制作方法

用于icp源的冷却屏蔽体
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年12月30日提交的名称为“用于icp源的冷却法拉第屏蔽体(cooled faraday shield for icp source)”的美国临时申请序列号63/130,988的优先权，其全部内容通过引用并入本文。本技术要求于2021年6月2日提交的名称为“用于icp源的冷却屏蔽体(cooled shield for icp source)”的美国临时申请序列号63/195,923的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本公开大体上涉及用于工件的等离子体处理的装置、系统和方法。


背景技术：

4.等离子体处理广泛用于半导体工业中，用于半导体晶片和其他基材的沉积、刻蚀、抗蚀剂去除和相关处理。等离子体源(例如微波、ecr、电感耦合等)通常用于等离子体处理，以产生用于处理基材的高密度等离子体和反应性物质。在等离子体干式剥离工艺中，来自远程等离子体室中生成的等离子体的中性物质(例如自由基)穿过隔栅进入处理室以处理工件，诸如半导体晶片。在等离子体刻蚀工艺中，直接暴露于工件的等离子体中生成的自由基、离子和其他物质可用于刻蚀和/或去除工件上的材料。


技术实现要素：

5.本公开的实施方式的方面和优点将在以下描述中部分阐述，或者可以从描述中获悉，或者可以通过实践实施方式而获悉。
6.本公开的多方面涉及一种等离子体处理设备，包括等离子体室和感应耦合的等离子体源，该等离子体室包括具有外表面的介电壁，该感应耦合的等离子体源被配置为在该等离子体室中生成等离子体。该设备进一步包括设置在介电壁的外表面和感应耦合的等离子体源之间的屏蔽装置。屏蔽装置包括顶环形部分、底环形部分和多个热垫，这些热垫通过一个或多个保持构件接合到顶环形部分和/或底环形部分。一个或多个保持构件提供压缩力以抵靠介电壁的外表面固定一个或多个热垫。此外，多个热垫被配置为调节从介电壁到相应热垫的热通量。
7.本公开的多方面还涉及一种等离子体处理系统，包括等离子体室和感应耦合的等离子体源，该等离子体室包括具有外表面的介电壁，该感应耦合的等离子体源被配置为在该等离子体室中生成等离子体。该系统进一步包括设置在介电壁的外表面和感应耦合的等离子体源之间的屏蔽装置。屏蔽装置包括顶环形部分、底环形部分和多个热垫，这些热垫通过一个或多个保持构件接合到顶环形部分和/或底环形部分。一个或多个保持构件提供压缩力以抵靠介电壁的外表面固定一个或多个热垫。此外，多个热垫被配置为调节从介电壁到相应热垫的热通量。该系统进一步包括温度测量系统，该温度测量系统被配置为监测介电壁和控制器的温度。该控制器被配置为执行一个或多个操作。该一个或多个操作包括调
节流向多个热垫中的一个或多个热垫的热交换流体的流体流量，和/或调节输入到感应耦合的等离子体源的功率。
8.本公开的多方面还涉及一种加工工件的方法。该方法包括将工件放置在等离子体处理设备的处理室中设置的工件支撑件上，并在等离子体处理设备的等离子体室中用感应耦合的等离子体源生成等离子体，该等离子体室包括介电壁。该方法还包括将工件暴露于等离子体中的一种或多种物质以提供用于工件的处理工艺，以及用屏蔽装置将等离子体室与感应耦合的等离子体源屏蔽。屏蔽装置包括顶环形部分、底环形部分和多个热垫，这些热垫通过一个或多个保持构件接合到顶环形部分和/或底环形部分。一个或多个保持构件提供压缩力以抵靠介电壁的外表面固定一个或多个热垫。多个热垫被配置为调节从介电壁到相应热垫的热通量。
9.参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解各种实施方式的这些和其他特征、方面和优点。并入本说明书中并构成其一部分的附图示出了本公开的实施方式，并且与说明书一起用于解释相关的原理。
附图说明
10.在参考附图的说明书中阐述了针对本领域一般技术人员而言的实施方式的详细讨论，其中：
11.图1描绘了根据本公开的示例性实施方式的示例性等离子体处理设备；
12.图2描绘了根据本公开的示例性实施方式的示例性屏蔽体的侧面图；
13.图3描绘了根据本公开的示例性实施方式的示例性屏蔽体的俯视图；
14.图4描绘了根据本公开的示例性实施方式的示例性屏蔽体的仰视图；
15.图5描绘了根据本公开的示例性实施方式的通过多个示例性安装支架连接并且具有热垫设置在其间的屏蔽体的某些部件；
16.图6描绘了根据本公开的示例性实施方式的通过多个示例性安装支架连接的屏蔽体的某些部件；
17.图7描绘了根据本公开的示例性实施方式的安装支架的一端的放大图；
18.图8描绘了根据本公开的示例性实施方式的通过多个示例性安装支架连接的屏蔽体的某些部件；
19.图9描绘了根据本公开的示例性实施方式的贴附到热垫的多个保持构件；
20.图10描绘了根据本公开的示例性实施方式的保持构件的放大图；
21.图11描绘了根据本公开的示例性实施方式的以圆形形式布置的多个示例性热垫；
22.图12描绘了根据本公开的示例性实施方式的示例性热垫，其中插头选择性地插入到冷却通道中；
23.图13描绘了根据本公开的示例性实施方式的图12的示例性热垫的透视图；
24.图14描绘了根据本公开的示例性实施方式的具有连接到其上的入口管和出口管的示例性热垫；
25.图15描绘了根据本公开的示例性实施方式的由示例性感应线圈环绕的屏蔽体；
26.图16描绘了根据本公开的示例性实施方式的由示例性感应线圈环绕的屏蔽体；
27.图17描绘了根据本公开的示例性实施方式的安装支架中的孔口的详细视图；和
28.图18描绘了根据本公开的示例性实施方式的处理工件的示例性方法的流程图。
具体实施方式
29.本公开的示例性方面涉及用于等离子体源的电磁屏蔽体(例如法拉第屏蔽体)，其另外提供了从等离子体源去除热量。等离子体源的一些现有设计存在涉及过热的问题。例如，等离子体源可以包括其中含有等离子体的介电室或管。在高功率应用中，通过介电材料传输以激励等离子体的能量加热介电材料并引起材料劣化，在一些情况下会导致故障或破损(例如，陶瓷介电室的破裂)。这个问题对于感应耦合的等离子体源来说是复杂的，它通常能够包括环绕介电管的高功率感应线圈。在这种配置中，通常暴露于最高热量的区域是位于感应线圈附近的区域。因此，期望使用例如法拉第屏蔽体将介电室与线圈屏蔽，以限制介电室内的感应线圈和等离子体之间的电容耦合。提供用于介电室冷却的同时也将介电室与线圈屏蔽提出了特殊的挑战。一种解决方案包括增加线圈直径，以同时适应冷却夹套和屏蔽体。然而，此种改变会降低rf功率效率，减少碰撞和工艺窗口，生成较高rf电压，并增加线圈电弧放电风险。
30.在一些实施方式中，根据本公开的多方面的屏蔽体可包含多个热垫，多个热垫部分或完全地围绕并接触等离子体室的介电壁。通过将热垫彼此连接并连接到所期望的参考电位(例如接地、浮动参考等)，导电“笼”能够环绕介电室以提供所期望的屏蔽效果。
31.在一些示例性中，热垫还可以连接到散热器(例如传导散热器、对流散热器、辐射散热器和/或它们的组合)。在一些实施方式中，每个热垫单独地连接到散热器。例如，每个热垫可以包括移入用于热交换流体(例如冷却剂)流动的冷却通道。以这种方式，每个热垫可以单独地提供热交换流体，从而可以通过控制流过每个热垫的热交换流体的流量来监测和/或控制从每个热垫提取的热量。在一些实施方式中，向热垫提供热交换流体的管可由对从icp源线圈发射的rf场透射的介电材料形成。以此方式，柔性管可用于减少因热膨胀和收缩导致的冷却剂泄漏的可能性。
32.在一些示例性中，热垫可以弹性地悬挂在等离子体源的外壳，以在介电室上维持期望的接触压力，从而提供充足的热传递。热垫的弹性安装件可以被配置为具有足够的运动范围以适应介电壁的热膨胀和收缩。此外，弹性安装件可以被配置为使得热垫的预期操作位置(例如在介电室在其操作温度下膨胀到操作尺寸之后)位于弹性安装件的线性范围内，使得随介电壁在操作循环期间的膨胀和收缩，热垫和介电壁之间的接触压力基本恒定。以这种方式，施加在介电壁上的压力可以被管理为保持小于任何临界阈值(例如与等离子体源和/或其外壳的任何部分的损坏相关联)，同时维持足够的压力以提供来自介电壁的充足热传递。
33.在一些实施方式中，弹性安装件可以形成导电屏蔽体的一部分。例如，热垫可以通过导电保持构件(例如弹性带)自等离子体源的接地外壳或框架悬挂。例如，可以预先形成一个或多个铜带(例如铍铜，可选镀银)，使得一旦安置成抵靠介电壁的侧面悬挂热垫，则保持构件弹性变形以抵靠介电室的侧面夹持热垫。
34.因此，本公开的多方面提供了许多技术效果和益处。有利地，根据本公开的示例性方面的器件和系统提供用于等离子体源的屏蔽体，该屏蔽体另外提供用于从含有生成的等离子体的介电室去除热量。进一步的优点是根据本公开的某些方面的屏蔽体的实施方式可
以随着介电室因温度变化而膨胀和收缩来适应介电室的热“呼吸”，同时在屏蔽体和介电室之间维持良好的热导率。除了适应热膨胀和收缩外，根据本公开的多方面的屏蔽体的各实施方式可以围绕介电室圆周提供更均匀的温度分布，有助于减轻介电室壁内的过度热致材料应力。此外，本公开的各实施方式可以通过降低制造复杂性来降低生产成本。例如，为冷却剂流动移入每个热垫可以比移入标准法拉第笼更便宜。
35.现在将详细参考实施方式，附图中示出了实施方式的一个或多个示例。每个示例被提供用于解释实施方式，并非限制本发明。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下可以对实施方式进行各种修改和变化。例如，作为一个实施方式的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施方式一起使用以产生又一实施方式。因此，本公开的方面旨在涵盖此类修改和变化。
36.出于说明和讨论的目的，参考“工件”“晶片”或半导体晶片讨论本公开的方面。本领域普通技术人员使用本文提供的公开内容将理解本公开的示例性方面可以与任何半导体工件或其他合适的工件相关联使用。此外，术语“约”与数值结合使用将旨在指所述数值的百分之十(10％)以内。“基座”是指可用于支撑工件的任何结构。“远程等离子体”是指远离工件生成的等离子体，诸如在通过隔栅与工件分离的等离子体室中生成的等离子体。“直接等离子体”是指直接暴露于工件的等离子体，诸如在具有可操作以支撑工件的基座的处理室中生成的等离子体。
37.图1描绘了可用于实施根据本公开的示例性实施方式的工艺的示例性等离子体处理设备500。等离子体处理设备包括处理室110和与处理室110分离的等离子体室120。处理室110包括工件支撑件112或基座，基座可操作以保持待处理的工件114，诸如半导体晶片。在该示例性说明中，通过感应耦合的等离子体源135在等离子体室120(即，等离子体生成区)中生成等离子体502，并且期望的物质通过隔栅组件200从等离子体室120经通道输送至工件114的表面。
38.等离子体室120包括介电侧壁122和顶板124。介电侧壁122、顶板124和隔栅200限定等离子体室内部125。介电侧壁122可以由介电材料形成，诸如石英和/或氧化铝。介电侧壁122可由陶瓷材料形成。介电壁122可包括不面向等离子体室内部125的外表面。感应耦合的等离子体源135可包括源线圈组件，诸如感应线圈130，其被设置在等离子体室120周围的介电侧壁122附近。感应线圈130通过合适的匹配网络132耦合到rf功率发生器134。等离子体处理设备500可以包括围绕等离子体室120的屏蔽装置128(例如接地法拉第屏蔽体)(例如，以减少感应线圈130到等离子体502的电容耦合)。
39.工艺气体可以从气体供应部150和环形气体分配通道151或其他合适的气体引入机构被提供到室内部。根据本公开的示例性方面，设备100可以包括气体输送系统155，其被配置为例如经由气体分配通道151或其他分配系统(例如喷头)将工艺气体输送到等离子体室120。气体输送系统155可包括多个进料气体管线159。使用阀158和/或气体流量控制器185可以控制进料气体管线159，以将期望量的气体输送到处理室109中作为工艺气体。气体输送系统155可用于输送任何合适的工艺气体(例如工艺气体1、工艺气体2、工艺气体3、工艺气体4等)。示例性工艺气体包括含氧气体(例如o2、o3、n2o、h2o)、含氢气体(例如h2、d2)、含氮气体(例如n2、nh3、n2o)、含氟气体(例如cf4、c2f4、chf3、ch2f2、ch3f、sf6、nf3)、含烃气体(例如ch4)或其组合。可以根据需要添加含有其他气体的其他进料气体管线。在一些实施方式
中，工艺气体可以与可被称为“载体”气体(诸如he、ar、ne、xe或n2)的惰性气体混合。控制阀158可用于控制每个进料气体管线的流速，以将工艺气体流入等离子体室120。在实施方式中，气体输送系统155可以用气体流量控制器185控制。
40.进一步地，如图1所示，隔栅200将等离子体室120与处理室110分开。隔栅200可用于从由等离子体室120中的等离子体生成的混合物中执行离子过滤，以生成经过滤的混合物。经过滤的混合物可暴露于处理室中的工件114。在一些实施方式中，隔栅200可以是多板隔栅。例如，隔栅200可以包括彼此以平行关系间隔开的第一栅板210和第二栅板220。第一栅板210和第二栅板220可以分开一定距离。
41.第一栅板210可具有带有多个孔的第一栅图案。第二栅板220可以具有带有多个孔的第二栅图案。第一栅图案可以与第二栅图案相同或不同。带电粒子可以在它们穿过隔栅中的每个栅板210、220的孔的路径中的壁上重组。中性物质(例如自由基)可以相对自由地流经第一栅板210和第二栅板220中的孔。孔的尺寸和每个栅板210和220的厚度会影响带电粒子和中性粒子的透过率。
42.在一些实施方式中，第一栅板210可以由金属(例如铝)或其他导电材料制成和/或第二栅板220可以由导电材料或介电材料(例如石英、陶瓷等)制成。在一些实施方式中，第一栅板210和/或第二栅板220可以由其他材料制成，诸如硅或碳化硅。在由金属或其他导电材料制成栅板的情况下，栅板可以接地。
43.例如，隔栅组件200可用于过滤由等离子体生成的离子。隔栅200可具有多个孔。带电粒子(例如，离子)可以在它们穿过多个孔的路径中的壁上重组。中性物质(例如自由基)可以通过孔。
44.在一些实施方式中，隔栅200可被配置为以大于或等于约90％，诸如大于或等于约95％的效率过滤离子。离子过滤的百分比效率是指从混合物中去除的离子数相对于混合物中的离子总数。例如，约90％的效率是指在过滤过程中去除约90％的离子。约95％的效率是指在过滤过程中去除约95％的离子。
45.在一些实施方式中，隔栅200可以是多板隔栅。多板隔栅可以有平行的多个隔栅板。可以选择栅板中的孔的布置和对准以提供期望的离子过滤效率，诸如大于或等于约95％。
46.例如，隔栅200可以具有彼此平行关系的第一栅板210和第二栅板220。第一栅板210可以具有带有多个孔的第一栅图案。第二栅板220可以具有带有多个孔的第二栅格图案。第一栅图案可以与第二栅图案相同或不同。带电粒子(例如离子)可以在它们穿过隔栅板200中的每个栅板210、220的孔的路径中的壁上重组。中性物质(例如自由基)可以相对自由地流经第一栅板中的孔210和第二栅板220。
47.在实施方式中，设备500可以包括控制器175。控制器175控制设备500的各种部件以指导工件114的处理。例如，控制器175可用于控制连接到感应线圈130的电源(例如dc电源、ac电源和/或rf电源)。另外和/或替代地，控制器175可以与被配置为测量等离子体室120和/或介电壁122的温度的温度测量系统180通信(例如无线通信)。基于介电壁122温度，控制器175可以调整热交换流体通过被设置在屏蔽体128上的一个或多个热垫的流量，如下文将进一步讨论。控制器175可被配置成为等离子体室120维持一定的介电壁温度122。控制器175还可实施一个或多个工艺参数，诸如在工件114的处理期间控制气体流量控制器185
和/或改变等离子体室120和/或处理室110的条件。控制器175可以包括例如一个或多个处理器和/或一个或多个存储器件。一个或多个存储器件可以储存计算机可读指令，这些指令在被一个或多个处理器执行时使一个或多个处理器执行操作，诸如本文描述的任何控制操作。
48.在一些实施方式中，工件支撑件112能够在竖直方向v上可移动。例如，工件支撑件112可包括竖直升降装置，其可被配置为调整工件支撑件112与隔栅组件200之间的距离。作为一个示例，工件支撑件112可位于第一竖直位置用于使用远程等离子体502进行处理。工件支撑件112可以位于第二竖直位置用于使用直接等离子体504进行处理。第一竖直位置相对于第二竖直位置可以更靠近隔栅组件200。
49.图1的示例性等离子体处理设备500可操作以在等离子体室120中生成第一等离子体502(例如远程等离子体)和在处理室110中生成第二等离子体504(例如直接等离子体)。更具体地，图1的等离子体处理设备500包括具有在工件支撑件112中的偏置电极510的偏置源。偏置电极510可以经由合适的匹配网络512耦合到rf功率发生器514。当偏置电极510被rf能量激励时，第二等离子体504可由处理室110中的混合物生成以直接暴露于工件114。处理室110可包括用于从处理室110排出气体的排气口516。使用第一等离子体502和/或第二等离子体504可以生成根据本公开的示例性方面的在工件处理期间使用的自由基或物质。
50.rf发生器134和514可在各种频率下操作。在一些实施方式中，例如，rf发生器134可以通过大约13.56mhz的频率的rf功率来激励感应线圈130(并且另外地或替代地，rf发生器514可以激励偏置电极510)。在某些示例性实施方式中，rf发生器可以是可操作的以提供在约400khz和约60khz之间范围内的频率的rf功率。
51.现在将参考图2-图17讨论屏蔽体128的示例性实施方式和屏蔽体128的特征。例如，现在参考图2，示出了能够经由介电壁122将热量传送离开等离子体室120的屏蔽体128的示例性实施方式。例如，屏蔽体128包括一个或多个热垫300。在一个实施方式中，如图所示，屏蔽体128围绕顶环形部分302和底环形部分304构建。顶环形部分302和底环形部分304中的每个分别封端并环绕等离子体室120。顶环形部分302和底环形部分304可以配置有在其上用于安装支架310和/或保持构件312的各种安装特征(例如安装法兰)，如下文将进一步讨论的。热垫300被配置为通过一个或多个保持构件312附接到顶环形部分302和底环形部分304，如本文将进一步讨论的。热垫300通常被配置为调节从等离子体室120(例如介电壁122)到相应热垫300的热通量。一个或多个流体入口306和流体出口308可以接合到热垫300，以便使热交换流体循环通过热垫300，如下文将进一步讨论的。安装支架310也设置在顶环形部分302和底环形部分304之间，用于支撑感应线圈组件(例如感应线圈130)。感应线圈130可通过安装支架310和安装支架面板360的组合被支撑。此外，一个或多个孔口366被设置在安装支架310中。图3和图4分别示出了如图2所示的屏蔽体128的俯视图和仰视图。
52.用于形成屏蔽体128的部分的材料可以包括任何合适的金属材料或金属材料的组合。例如，顶环形部分302和底环形部分304可以由铜材料、铝材料或其组合形成。在实施方式中，用于形成顶环形部分302和底环形部分304的材料是导电的。类似地，热垫300也可以由任何合适的金属材料或金属材料的组合形成。例如，热垫300可由铜材料、铝材料或其组合形成。此外，保持构件312可由导电材料(例如金属材料)形成。在某些实施方式中，保持构件312由铜材料形成，诸如由铍铜和/或可选的镀银铜材料形成。此外，安装支架310和安装
支架面板360也可以由导电材料形成，诸如由金属材料形成。用一个或多个导电安装支架310、保持构件312和/或热垫300将顶环形部分302连接到底环形部分304，有利于形成导电的和/或其中屏蔽体128的某些部件都导电而是电连接的屏蔽体128。
53.同样在图5中显示，更具体地在图6-图8中显示，一个或多个安装支架310可以设置在顶环形部分302和底环形部分304之间。安装支架310可以被配置为支撑感应线圈130，如将进一步讨论的。安装支架310可用于将顶环形部分302电连接到底环形部分304，使得屏蔽体128的多个元件电连接。此外，安装支架310可以围绕介电壁122的外周均匀地分隔开。在一些示例中，安装支架310可以被机械加工、印刷和/或模制(例如注塑成型)。如图所示，热垫300可以被布置在安装支架310之间的空间内。此外，顶环形部分302、底环形部分304和安装支架310的组件可以围绕等离子体室120的介电壁放置。
54.顶环形部分302和/或底环形部分304可被配置有额外的安装法兰350，用于安装如图所示的多个安装支架310。此外，安装支架310中的每个可以配置有一个或多个支柱352，该支柱352被配置为啮合安装法兰350，以便将安装支架310固定到顶环形部分302和/或底环形部分304。例如，图7示出了具有设置在其上的支柱352的安装支架310的一端的示例性实施方式。支柱352可以被制作成使得顶环形部分302和底环形部分304中的每个靠在支柱352的相对肩部上，从而在顶环形部分302和底环形部分304之间提供一致的空间，以及为了便于组装。在一些示例中，支柱352可被机械加工、印刷和/或模制(例如注塑成型)。如图5所示，顶环形部分302、底环形部分304和安装支架310可以围绕等离子体室120的介电壁122放置。
55.现在参考图2、图5和图9，热垫300利用一个或多个保持构件312可被接合到顶环形部分302或底环形部分304。热垫300可被配置为包括顶部314和底部316。顶部314可被配置为接合保持构件312的第一端318，而保持构件312的第二端319被接合到顶环形部分302或底环形部分304。例如，具体如图10所示，热垫300的顶部314包括小凹口，其基本对应于保持构件312的第一端318的尺寸和形状。保持构件312的第一端318可被固定到热垫300的顶部314而保持构件312的第二端319可被固定到顶环形部分302的一部分。保持构件312可以经由任何合适的紧固件被固定到热垫300和环形部分304两者上。合适的紧固件的示例包括螺钉。类似地，一个或多个保持构件312可被接合到热垫300的底部316和底环形部分304，以固定热垫300的底部316。
56.保持构件312可以围绕顶环形部分302或底环形部分304就位，以在顶环形部分302和底环形部分304之间提供一致的间隔。此外，保持构件312可以围绕顶环形部分302和/或底环形部分304定位，使得热垫300围绕等离子体室120的介电壁122的外周和/或圆周均匀分布和/或以均匀的间隔确定位置。
57.保持构件312可以被配置为使得它们相对于将热垫300在屏蔽体128上的布置提供弹性。例如，保持构件312可以由任何合适的材料形成，例如金属材料(例如铜或铍铜或可选的镀银的铍铜)，使得热垫300通过压缩力保持抵靠等离子体室120的介电壁122的外表面。在实施方式中，保持构件312可以包括一个或多个弹性带(例如铜带)，其可被定位并固定到顶环形部分302、底环形部分304和热垫300，以将热垫300保持在适当位置。
58.在一些实施方式中，保持构件312和对应热垫300被配置为使得将保持构件312完全固定就位而在保持构件312内形成内部扭矩，导致保持构件312抵靠侧壁122压缩热垫
300。例如，保持构件312的端部可被定位成相对于它们在顶环形部分302或底环形部分304上的放置而径向偏移，并且热垫300可以径向偏移，使得紧固保持构件312引起保持构件312弹性变形。在其他实施方式中，保持构件312可被预成型为使得安置到基本上任何固定配置中将产生期望的压缩响应。还可以调整保持构件312的厚度以调整夹持力。在一些实施方式中，在热垫300和侧壁122(未示出)之间的界面处可以使用导热膏和/或其他导热材料(例如粘合垫)。例如，在实施方式中，在热垫300的内表面322和介电壁122之间可以使用额外的材料(例如导热膏或导热材料)，以促进热量从介电壁122传递到热垫300。
59.另外和/或替代地，保持构件312可用于柔性地悬挂热垫300，以使热垫300在径向上允许更大的弹性挠曲。因此，在设备500的操作期间，热垫300可以与介电壁122一起膨胀和压缩。在这样的实施方式中，热垫300能够膨胀和收缩，使得不会通过热垫300被施加到介电壁122，该附加的压缩力会引起进一步应力并使介电壁122破裂。
60.如图11所示，当热垫300用一个或多个保持构件312固定时，热垫300可包括大体背离介电壁122的外表面320和面向并压靠在介电壁122上的内表面322。此外，在某些示例中，热垫300可被形成为在一个面(例如，内表面322)上符合期望的半径，以在抵靠介电侧壁122夹紧时提供更均匀的接触压力分布。例如，热垫300可以形成为具有期望的半径或曲率，由箭头r指示，以便在遍及热垫300抵靠介电壁122的面(例如内表面322)上提供更均匀的接触。
61.除了抵靠介电壁122固定地保持热垫300外，保持构件312还可以用于电连接每个热垫300。例如，由于每个热垫300都经由一个或多个保持构件312被连接到顶环形部分302和底环形部分304，保持构件312经由保持构件312和热垫300可以在顶环形部分302和底环形部分304之间提供电连接。例如，在实施方式中，每个热垫300是导电的并且彼此电连通。此外，热垫300可以与顶环形部分302和/或底环形部分304电连通。此外，一个或多个保持构件312可以被配置为将热垫300电连接到参考电位，诸如地电位。在某些实施方式中，参考电位可以包括参考多个热垫300中的每个的浮动参考电位。例如，在某些实施方式中，顶环形部分302和/或底环形部分304可以电连接到参考电位(例如地电位)，使得每个热垫300也电连接至参考电位。因此，在某些实施方式中，保持构件312可以将相应热垫300电连接到参考电位。
62.热垫300能够可操作地连接到一个或多个散热器，以从一个或多个热垫300去除热量。例如，图12-图14示出了可以根据本公开使用的热垫300的示例性实施方式。如图所示，如先前所讨论的，热垫300包括顶部314和底部316。此外，一个或多个冷却通道340可被设置在热垫300之上或之内，用于从热垫去除热量。设置在热垫300内的冷却通道340可以循环热交换流体或其他热交换介质，以从热垫300吸收和去除热量。如图13-图14所示，冷却通道340可以任何各种样式被设置在热垫300内。在一个示例中，可以使用增材制造技术(例如激光烧结技术)来制作具有内部冷却通道340的热垫300。在某些其他实施方式中，也可以使用减材机械加工技术来制作热垫300。例如，如图13-图14所示，可以在一系列钻孔操作(例如三个钻孔操作)中形成冷却通道的一种布置。可选地，冷却通道340的某些部分可以被策略性地堵塞(例如，用按压或螺纹配合塞，或者用可注射和/或可固化的化合物)，以提供u形冷却通道。当围绕等离子体室120的圆周布置时，热垫300可以整体对围绕等离子体室120的介电壁122的至少一部分的冷却通道340提供均匀覆盖。因此，如果检测到热点，可以调整通过
任何一个(或任何组)热垫300的热交换流体的流量以增加从检测点去除的热量。
63.每个热垫300可以包括具有一个或多个端的冷却通道340，诸如第一端342和第二端344。如图14所示，第一端342和第二端344可被连接到端口，诸如用于引入和/或去除热交换流体的端口。例如，第一端342可被接合到流体入口306，使得热交换流体(例如新鲜的热交换流体)可被提供到冷却通道340。流体出口308被接合到第二端344，使得热交换流体(例如使用过的热交换流体)可以从冷却通道340中去除。可以使用用于将冷却通道340连接到端口(例如入口306和/或出口308)的附加入口管和出口管。例如，入口管和出口管可经由任何合适的方法附接，诸如通过钎焊。入口306和出口308可通过任何必要的管被连接到例如用于分配热交换流体(例如冷却剂)的歧管。在一个示例中，柔性管(例如ptfe管)用于将入口306和/或出口308连接到歧管(例如，8对1歧管)。如果需要，任何插头(如果使用)也可以被密封和/或被钎焊。所利用的热交换流体可以是任何已知的热交换流体，包括但不限于水(例如去离子水)、乙二醇和水溶液的混合物、介电流体(例如碳氟化合物类流体和/或聚-α-烯烃)和/或其混合物。
64.在实施方式中，在感应线圈130的操作期间生成的热量可以产生暴露于等离子体室120和/或介电壁122的热通量。因此，在实施方式中，热垫300的使用允许经由多个热垫300中的一个或多个调节(例如减少)来自介电壁122的热通量。在此类实施方式中，热垫300可以用于调节热通量，使得在介电壁122内围绕圆周方向(c)和/或纵向(l)可以维持基本一致的温度梯度。
65.现在参考图15，在一些实施方式中，感应线圈130可以围绕等离子体室120缠绕。例如，如图15-图16所示，感应线圈130可以包括感应线圈组件，该组件围绕介电壁122的外周的至少一部分缠绕并且通过一个或多个安装支架310保持就位。另外，安装支架面板360可以被安置为充分地支撑和/或保持感应线圈130就位。虽然仅显示含有一个感应线圈的一个感应线圈组件，但本公开不限于此。事实上，任何数量的感应线圈都可以与本文中提供的屏蔽体128结合并使用。例如，某些实施方式可以包括至少两个感应线圈，诸如至少三个感应线圈，诸如至少四个感应线圈等。此外，如图所示，感应线圈130围绕如图所示的等离子体室120的介电壁122的圆周和/或外周完成一个或多个完整匝(例如多匝)。此外，当感应线圈130被安装到安装支架310并且安装支架面板360被安置以将感应线圈130牢固地保持就位时，一个或多个孔口366可被设置在安装支架配置中，更具体地如图17所示。孔口366被配置为在感应线圈130的操作期间减少线圈电弧放电风险。
66.此外，在实施方式中，多个热垫300可整体表征为相对于介电壁122的外表面具有在圆周方向上的总宽度，总宽度跨越介电壁122的总周长的至少约60％。换言之，设置在介电壁122上的多个热垫300的整体宽度覆盖介电壁122在圆周方向上的至少约60％，诸如至少约70％，诸如至少约80％，诸如至少约90％或更多。此外，每个热垫300可以包括纵向(l)上的高度，该高度通常大于感应耦合等离子体源的感应线圈130在纵向(l)上的高度。例如，在实施方式中，热垫300在纵向上比感应线圈组件的感应线圈130延伸得更远。
67.图18描绘了根据本公开的示例性方面的一种示例性方法(700)的流程图。方法(700)将参考举例说明的图1的等离子体处理设备500进行讨论。方法(700)可以在任何合适的等离子体处理设备中实施。为了说明和讨论的目的，图18描绘了以特定顺序执行的步骤。本领域普通技术人员使用本说明书提供的公开内容将理解，本文描述的任何方法的各个步
骤可以在不偏离本公开范围的情况下以各种方式省略、扩展、同时执行、重新布置和/或修改。此外，可以在不偏离本公开范围的情况下执行各个步骤(未示出)。
68.在(702)处，该方法可以包括将工件114放置在等离子体处理设备500的处理室110中。例如，可以将工件114放置在处理室110中设置的工件支撑件112上。处理室110可以与等离子体室120分离(例如通过隔栅组件分离)。
69.在(704)处，该方法可以包括在等离子体处理设备500的等离子体室120中用感应耦合的等离子体源生成等离子体。例如，工艺气体可以从气体源150经由环形气体分配通道151或其他合适的气体引入机构允许进入等离子体室内部125。工艺气体经由感应耦合的等离子体源135被激励，以在等离子体室120中生成等离子体。例如，感应线圈130可以通过来自rf功率发生器134的rf能量来激励，以在等离子体室内部125中生成等离子体。在一些实施方式中，感应耦合的等离子体源可以用脉冲功率来激励，以获得具有降低的等离子体能量的所需自由基。等离子体可用于由工艺气体生成一种或多种自由基。
70.任选地，该方法可以包括过滤由等离子体生成的一种或多种物质(例如离子)，以产生经过滤的混合物。在一些实施方式中，可以使用隔栅组件200来过滤一种或多种物质，该隔栅组件200将等离子体室120与工件114所在的处理室110分离开。例如，隔栅组件200可用于过滤由等离子体产生的离子。隔栅200可具有多个孔。带电粒子(例如离子)可以在它们穿过多个孔的路径中的壁上重组。中性物质(例如自由基)可以通过孔。
71.在(706)处，该方法可以包括将工件114暴露至等离子体和/或经过滤混合物中的一种或多种物质，以对工件114提供处理工艺。例如，将工件114暴露至等离子体中生成的一种或多种物质可使存在于工件114上的某些层或特征发生材料、化学和/或物理改变。例如，在某些实施方式中，处理工艺包括等离子体刻蚀处理工艺。等离子体刻蚀处理工艺可以从工件114选择性地去除一个或多个材料层。在其他实施方式中，处理工艺包括等离子体沉积工艺。例如，等离子体沉积工艺可以选择性地在工件114上沉积一个或多个材料层。可以使用其他等离子体工艺来修改存在于工件上的材料层。例如，等离子体基的表面处理工艺可被利用于修改工件的表面形态或修改工件上的层的化学成分。可以在工件114上执行用于工件的任何其他已知的合适的基于等离子体的处理。
72.在(708)处，该方法可以包括用屏蔽体128将等离子体室120与感应耦合的等离子体源135屏蔽。例如，包括热垫300、保持构件312、安装支架310、顶环形部分302以及底环形部分304的屏蔽体128可以围绕等离子体室120的介电壁122设置。屏蔽体128的部分或整个屏蔽体128可以电连接并连接到参考电位(例如地电位)，以便减少感应线圈130与生成的等离子体的电容耦合。
73.在(710)处，该方法包括用屏蔽体128冷却等离子体室120的介电壁122。例如，屏蔽体128能够可操作地维持为在工件114的处理之前、期间或之后，调节离开介电壁122和/或等离子体室120的热通量。例如，在某些实施方式中，可以将与介电壁122、等离子体室120和/或感应线圈130之间的期望温差相关的具体介电壁温度或参数提供到控制器175。然后，控制器175可以操作屏蔽体128的一个或多个部件(例如控制通过热垫300的热交换流体的流量)，以维持用于等离子体室12和/或介电壁122的期望的处理温度参数。此外，控制器175可以操作闭环系统，以维持处理期间的介电壁122、等离子室120和/或感应线圈130的期望的温度输入。因此，控制器175可以调节流向多个热垫300中的一个或多个热垫的热交换流
体流量，以调节介电壁122内的热梯度。热梯度可以相对于等离子体室120在圆周方向、纵向、或两者减少。
74.在(712)处，该方法可以包括从处理室109移出工件。例如，可以从处理室110中的工件支撑件112移出工件106。然后，等离子体处理设备可进行条件调整，以用于将来处理其他工件。
75.本公开的一个示例性实施方式涉及一种等离子体处理设备，包括：等离子体室，包括具有外表面的介电壁；感应耦合的等离子体源，被配置为在等离子体室中生成等离子体；屏蔽装置，被设置在介电壁的外表面和感应耦合的等离子体源之间，该屏蔽装置包括：顶环形部分、底环形部分、以及多个热垫，多个热垫通过一个或多个保持构件接合到顶环形部分和/或底环形部分，其中一个或多个保持构件提供压缩力以抵靠介电壁的外表面固定多个热垫中的一个或多个热垫，其中多个热垫被配置为调节从介电壁到相应热垫的热通量。
76.在一些实施方式中，顶环形部分、底环形部分和/或多个热垫包含金属材料。
77.在一些实施方式中，一个或多个保持构件包含金属材料。例如，在一些实施方式中，一个或多个保持构件包含铜、铝或其组合。
78.在一些实施方式中，该设备包含从顶环形部分延伸到底环形部分的一个或多个安装支架，安装支架被配置为支撑感应耦合的等离子体源。例如，一个或多个安装支架包括设置在其中以减少感应耦合的等离子体源的线圈电弧放电的一个或多个孔口。
79.在一些实施方式中，感应耦合的等离子体源包括源线圈组件，该源线圈组件被配置为围绕介电壁的外周制成一个或多个360
°
的匝。在一些实施方式中，一个或多个热垫被设置在源线圈组件的一匝或多匝与介电壁之间。
80.在一些实施方式中，介电壁包含石英或陶瓷材料。
81.在一些实施方式中，热垫可操作地接合到一个或多个散热器，以从一个或多个热垫去除热量。
82.在一些实施方式中，多个热垫包括设置在其中的一个或多个冷却通道，该冷却通道被配置为循环热交换流体以从热垫中去除热量。例如，一个或多个冷却通道包括接合到流体入口的第一端，用于将新鲜的热交换流体提供至一个或多个冷却通道，以及接合到流体出口的第二端，用于从一个或多个冷却通道去除用过的热交换流体。
83.在一些实施方式中，一个或多个热垫包含外表面，该外表面包括被配置为接合一个或多个保持构件的顶部和底部，其中第一保持构件的第一端接合至热垫的顶部并且第一保持件的第二端接合至屏蔽装置的顶环形部分，其中第二保持件的第一端接合到热垫的底部并且第二保持构件的第二端接合到屏蔽体的底部，以将热垫接合到屏蔽装置。
84.在一些实施方式中，每个热垫都是导电的，并且彼此电连通。
85.在一些实施方式中，经由多个热垫中的一个或多个热垫调节来自介电壁的热通量，以在介电壁内围绕圆周方向维持基本一致的温度梯度。
86.在一些实施方式中，经由多个热垫中的一个或多个热垫调节来自介电壁的热通量，以在介电壁内围绕纵向维持基本一致的温度梯度。
87.在一些实施方式中，一个或多个保持构件是导电的。
88.在一些实施方式中，一个或多个保持构件包含一个或多个铜带。
89.在一些实施方式中，一个或多个保持构件柔性地悬挂相应热垫，以使热垫在径向
上允许更大的弹性挠曲。
90.在一些实施方式中，一个或多个保持构件将相应热垫电连接到参考电位。例如，在一些实施方式中，参考电位是地电位。在一些实施方式中，参考电位是参考多个热垫中的每个热垫的浮动电位。
91.在一些实施方式中，多个热垫整体表征为相对于等离子体源的一个或多个表面在圆周方向上的总宽度，总宽度跨越介电壁总周长的至少约60％。
92.在一些实施方式中，多个热垫在纵向上的高度大于感应耦合的等离子体源的线圈组件在纵向上的高度。
93.本公开的另一个示例性实施方式针对一种等离子体处理系统，包括：等离子体室，该等离子体室包括具有外表面的介电壁；感应耦合的等离子体源，被配置为在等离子体室中生成等离子体；屏蔽装置，被设置在介电壁的外表面和感应耦合的等离子体源之间，屏蔽装置包括：顶环形部分、底环形部分以及多个热垫，多个热垫通过一个或多个保持构件接合到顶环形部分和/或底环形部分，其中一个或多个保持构件提供压缩力，以抵靠介电壁的外表面固定多个热垫中的一个或多个热垫，其中多个热垫被配置为调节从介电壁到相应热垫的热通量，其中热垫包含设置在其中的一个或多个冷却通道，该冷却通道被配置为循环热交换流体以从热垫中去除热量；温度测量系统，被配置为监测介电壁的温度；以及控制器，被配置为执行一个或多个操作，一个或多个操作包含(i)调节流向多个热垫中的一个或多个热垫的热交换流体的流体流量，和/或(ii)调节输入到感应耦合的等离子体源的功率。
94.另一个示例性实施方式涉及一种处理工件的方法，包括：将工件放置在等离子体处理设备的处理室中设置的工件支撑架上；在等离子体处理设备的等离子体室中用感应耦合的等离子体源生成等离子体，等离子体室包括介电壁；将工件暴露至等离子体中的一种或多种物质，以提供用于工件的处理工艺；以及用屏蔽装置屏蔽等离子体室与感应耦合的等离子体源，该屏蔽装置包括：顶环形部分、底环形部分以及多个热垫，多个热垫通过一个或多个保持构件被接合到顶环形部分和/或底环形部分，其中一个或多个保持构件提供压缩力以抵靠介电壁的外表面固定一个或多个热垫，其中多个热垫被配置为调节从介电壁到相应热垫的热通量。
95.在一些实施方式中，方法包括用屏蔽装置冷却等离子体室的介电壁。
96.在一些实施方式中，方法包括调节流向多个热垫中的一个或多个热垫的热交换流体流量，以调节介电壁内的热梯度。在一些实施方式中，热梯度相对于等离子体室在圆周方向、纵向或两者上减小。
97.虽然已经就本主题的具体示例性实施方式详细描述了本主题，但是应当理解，本领域技术人员在获得对前述内容的理解后可以容易地产生此类实施方式的更改、变化和等效物。因此，本公开的范围是作为示例而不是作为限制，并且本主题公开不排除包括对本主题的此类修改、变化和/或添加，这对于本领域的一般技术人员是显而易见的。