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表面波 等离子体装置

阅读：675发布：2020-05-13

专利汇可以提供表面波等离子体装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种表面波等离子体装置，包括谐振板，在谐振板的远离反应腔室的一个表面上形成有凹槽，该凹槽中可分离的填充有介质结构，用于调节反应腔室中的等离子体分布均匀性。本发明提供的表面波等离子体装置，其不仅可以提高调节等离子体分布均匀性的便捷性、灵活性，而且还可以避免腔室颗粒增加、谐振板下表面不平整的问题。，下面是表面波等离子体装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种表面波等离子体装置，其特征在于，包括谐振板，在所述谐振板的远离反应腔室的一个表面上形成有凹槽，所述凹槽中可分离的填充有介质结构，用于调节所述反应腔室中的等离子体分布均匀性。
2.根据权利要求1所述的表面波等离子体装置，其特征在于，所述凹槽的数量为至少一个，且沿所述谐振板的周向环绕形成环形凹槽，所述凹槽的纵截面呈矩形。
3.根据权利要求1所述的表面波等离子体装置，其特征在于，所述介质结构包括至少一种介质单元，不同种所述介质单元由不同种介质材料制成。
4.根据权利要求3所述的表面波等离子体装置，其特征在于，所述介质结构包括多种介质单元，每种所述介质单元的横截面形状均为圆环形，多种所述介质单元沿所述凹槽的深度方向依次叠置。
5.根据权利要求3所述的表面波等离子体装置，其特征在于，所述介质结构包括一种介质单元，所述介质单元为圆环形介质板。
6.根据权利要求3所述的表面波等离子体装置，其特征在于，所述介质结构包括两种介质单元，两种所述介质单元交替排布形成圆环形介质板。
7.根据权利要求2所述的表面波等离子体装置，其特征在于，所述凹槽的数量为多个，多个所述凹槽沿所述谐振板的径向间隔设置。
8.根据权利要求2所述的表面波等离子体装置，其特征在于，所述凹槽的内径的二分之一大于微波在所述谐振板中的一个波长；所述凹槽的径向宽度小于微波在所述谐振板中的一个波长；所述凹槽的深度是微波在所述谐振板中的二分之一波长或者四分之一波长的整数倍。
9.根据权利要求8所述的表面波等离子体装置，其特征在于，所述凹槽的内径的二分之一的取值范围在30mm～150mm；所述凹槽的径向宽度的取值范围在20mm～100mm。
10.根据权利要求9所述的表面波等离子体装置，其特征在于，所述凹槽的深度的取值范围在10mm～40mm。

说明书全文

表面波等离子体装置

技术领域

[0001] 本发明涉及微电子技术领域，具体地，涉及一种表面波等离子体装置。

背景技术

[0002] 目前，等离子体加工设备被广泛地应用于集成电路或MEMS器件的制造工艺中。等离子体加工设备包括电容耦合等离子体加工设备、电感耦合等离子体加工设备、电子回旋共振等离子体加工设备和表面波等离子体装置等。其中，表面波等离子体装置相对其他等离子体加工设备而言，可以获得更高的等离子体密度、更低的电子温度，且不需要增加外磁场，因此表面波等离子体装置成为最先进的等离子体设备之一。

[0003] 现有的表面波等离子体装置主要包括微波源机构、反应腔室和设置在反应腔室顶部的谐振腔，其中，谐振腔包括具有顶壁和侧壁的金属腔体、设置在金属腔体的侧壁内侧的缝隙板，以及设置在缝隙板下方的谐振板，该谐振板的下表面暴露在反应腔室中。在进行工艺时，微波源机构用于提供微波能量，并通过馈电同轴探针馈入到谐振腔中；缝隙板用于将微波耦合至反应腔室中；谐振板用于使自缝隙板耦合下来的微波在谐振板下表面产生全反射，以形成表面波等离子体。

[0004] 为了调节在反应腔室内形成的等离子体的分布均匀性，现有的一种表面波等离子体装置是通过设定缝隙板上不同的缝隙排布、缝隙数量来实现的，但是，这种调节方式能够适用的工艺气体的种类有限，这意味着需要更多不同种类的缝隙板作为备件，以适应工艺气体种类的频繁调整，从而增加了设备的维护难度，增加了设备和人力成本。同时，由于更换缝隙板的过程复杂，调节便捷性较差。

发明内容

[0005] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种表面波等离子体装置，其不仅可以提高调节等离子体分布均匀性的便捷性、灵活性，而且还可以避免腔室颗粒增加、谐振板下表面不平整的问题。

[0006] 为实现本发明的目的而提供一种表面波等离子体装置，包括谐振板，在所述谐振板的远离反应腔室的一个表面上形成有凹槽，所述凹槽中可分离的填充有介质结构，用于调节所述反应腔室中的等离子体分布均匀性。

[0007] 可选的，所述凹槽的数量为至少一个，且沿所述谐振板的周向环绕形成环形凹槽，所述凹槽的纵截面呈矩形。

[0008] 可选的，所述介质结构包括至少一种介质单元，不同种所述介质单元由不同种介质材料制成。

[0009] 可选的，所述介质结构包括多种介质单元，每种所述介质单元的横截面形状均为圆环形，多种所述介质单元沿所述凹槽的深度方向依次叠置。

[0010] 可选的，所述介质结构包括一种介质单元，所述介质单元为圆环形介质板。

[0011] 可选的，所述介质结构包括两种介质单元，两种所述介质单元交替排布形成圆环形介质板。

[0012] 可选的，所述凹槽的数量为多个，多个所述凹槽沿所述谐振板的径向间隔设置。

[0013] 可选的，所述凹槽的内径的二分之一大于微波在所述谐振板中的一个波长；所述凹槽的径向宽度小于微波在所述谐振板中的一个波长；所述凹槽的深度是微波在所述谐振板中的二分之一波长或者四分之一波长的整数倍。

[0014] 可选的，所述凹槽的内径的二分之一的取值范围在30mm～150mm；所述凹槽的径向宽度的取值范围在20mm～100mm。

[0015] 可选的，所述凹槽的深度的取值范围在10mm～40mm。

[0016] 本发明具有以下有益效果：

[0017] 本发明提供的表面波等离子体装置，其通过在谐振板的远离反应腔室的一个表面上形成有凹槽，且在该凹槽中可分离的填充有介质结构，可以对反应腔室内对应该凹槽所在区域中的等离子体密度进行调节，而且通过设定凹槽的形状、尺寸(例如径向宽度、深度、内径等)、数量、位置和排布方式等的参数，和/或设定介质结构的材料种类、数量、尺寸和排布方式，可以调节反应腔室中的等离子体分布均匀性，从而可以扩大工艺气体种类的适用范围，提高调节等离子体分布均匀性的灵活性。

[0018] 同时，通过使上述凹槽形成在谐振板的远离反应腔室的一个表面上，这不仅可以避免因凹槽暴露在反应腔室中而出现腔室颗粒增加、谐振板下表面不平整的问题，而且可以允许介质结构可分离的填充在凹槽中，从而可以更方便地更换介质结构，而无需卸载谐振板，进而可以提高调节等离子体分布均匀性的便捷性。附图说明

[0019] 图1为本发明第一实施例提供的表面波等离子体装置的剖视图；

[0020] 图2为本发明第一实施例采用的谐振板的俯视图；

[0021] 图3为本发明第二实施例采用的谐振板的俯视图；

[0022] 图4为本发明第三实施例采用的谐振板的俯视图；

[0023] 图5为本发明第四实施例采用的谐振板的俯视图。

具体实施方式

[0024] 为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的表面波等离子体装置进行详细描述。

[0025] 请一并参阅图1和图2，本发明第一实施例提供的表面波等离子体装置，其包括用于提供微波的微波源系统1、用于传输微波的波导2、同轴探针3、反应腔室6和设置在反应腔室6顶部的谐振腔4，其中，同轴探针3用于将微波馈入谐振腔4中。

[0026] 谐振腔4包括具有顶壁41和侧壁42的金属腔体、设置在该金属腔体的侧壁42内侧的缝隙板5，以及设置在该缝隙板5下方的谐振板7，其中，金属腔体一般采用不锈钢等金属制作。缝隙板5一般采用铝或铜等金属制作。缝隙板5的厚度的取值范围通常在0.5mm～6mm。并且，在缝隙板5中具有多个缝隙51，用于将谐振腔4中的电磁波耦合到下方的反应腔室6中。每个缝隙51在缝隙板5所在平面上的正投影形状类似为“L”形，即，由两条相互垂直的缝隙组成，缝隙51的宽度的取值范围在1mm～6mm；缝隙51的长度的取值范围在10mm～35mm。多个缝隙51沿谐振腔4的周向环绕至少一圈，圈数可以根据实际谐振腔4的直径大小作调整，通常在1～6圈之间。并且，越靠近缝隙板5的边缘的缝隙圈中的缝隙51的数量越多。例如，多个缝隙51沿谐振腔4的周向环绕两圈，其中，内圈中的缝隙为8个，外圈中的缝隙为16个。通过改变缝隙51的圈数以及同一圈中的缝隙数量，可以调节耦合到缝隙板5下方的电磁波的分布，从而可以调节反应腔室6中的等离子体分布均匀性。

[0027] 谐振板7采用例如陶瓷、石英等的高介电常数材料制作，谐振板7的主要作用是使自其上方缝隙板5耦合下来的电磁波，在谐振板7的下表面产生全反射，进而形成表面波等离子体。并且，谐振板7的靠近反应腔室6的一个表面(即图1中谐振板7的下表面)暴露在反应腔室6中，在谐振板7的远离反应腔室6的一个表面(即，图1中谐振板7的上表面)上形成有凹槽71。并且，在该凹槽71中可分离的填充有介质结构8，用于调节反应腔室6中的等离子体分布均匀性。

[0028] 所谓可分离的填充，是指填充在凹槽71中的介质结构8能够被取出，从而可以灵活方便地更换介质结构8，而无需再更换谐振板7，进而提高了调节便捷性，从而能够适应工艺气体种类的频繁调整，降低设备的维护难度，进而降低了设备和人力成本。

[0029] 在实际应用中，可以通过设定不同的凹槽71的形状、尺寸、数量、位置和排布方式；和/或，介质结构8的材料种类、数量、尺寸和排布方式，来调节反应腔室中的等离子体分布均匀性，从而可以扩大工艺气体种类的适用范围，提高调节等离子体分布均匀性的灵活性。

[0030] 同时，通过使上述凹槽71形成在谐振板7的远离反应腔室6的一个表面，这不仅可以避免因凹槽71暴露在反应腔室6中而出现腔室颗粒增加、谐振板下表面不平整的问题，而且可以允许介质结构8可分离的填充在凹槽71中，从而可以更方便地更换介质结构8，而无需卸载谐振板7，进而可以提高调节等离子体分布均匀性的便捷性。

[0031] 在本实施例中，如图2所示，凹槽71为沿反应腔室6的周向环绕的环形凹槽，该环形凹槽的纵截面呈矩形。通过设定凹槽71的形状、尺寸(例如径向宽度、深度、内径等)、数量、位置和排布方式等的参数可以调节反应腔室中的等离子体分布均匀性。

[0032] 凹槽71的内径的二分之一(即，图2中的尺寸R)大于微波在谐振板7中的一个波长，可选的，该尺寸R的取值范围在30～150mm。环形凹槽的径向宽度B小于微波在谐振板中的一个波长，可选的，该径向宽度B的取值范围在20～100mm。凹槽71的深度是微波在谐振板7中的二分之一波长或者四分之一波长的整数倍，可选的，凹槽71的深度的取值范围在10～40mm。

[0033] 介质结构8包括至少一种介质单元，不同种介质单元由不同种介质材料制成。在本实施例中，介质结构8包括一种介质单元，该介质单元为圆环形介质板。可选的，介质单元所采用的介质材料包括石英、陶瓷或者聚四氟乙烯等等。

[0034] 请参阅图3，本发明第二实施例提供的表面波等离子体装置，其与上述第一实施例相比，其区别仅在于：填充在凹槽71中的介质结构的结构、数量不同。

[0035] 具体地，在本实施例中，凹槽71为沿反应腔室6的周向环绕的环形凹槽。并且，介质结构包括多种介质单元，且交替排布形成圆环形介质板。例如，如图3所示，介质单元为两种，分别为第一介质单元8a和第二介质单元8b，二者的数量相同，且交替排布形成圆环形介质板。第一介质单元8a和第二介质单元8b所采用的介质材料可以采用石英或者陶瓷或者聚四氟乙烯等等。通过设定第一介质单元8a和第二介质单元8b的材料种类、数量以及排布，可以改变在谐振板7下表面对应环形凹槽所在圆周区域产生的电场分布，从而可以调节对应环形凹槽所在圆周区域上的等离子体分布均匀性。

[0036] 请参阅图4，本发明第三实施例提供的表面波等离子体装置，其与上述第一、第二实施例相比，其区别仅在于：填充在凹槽71中的介质结构的结构、数量不同。

[0037] 具体地，在本实施例中，凹槽71为沿反应腔室6的周向环绕的环形凹槽。并且，介质结构包括多种介质单元，每种介质单元的横截面形状均为圆环形，多种介质单元沿凹槽71的深度方向依次叠置。例如，如图4所示，介质单元为三种，分别为第一介质单元8a、第二介质单元8b和第三介质单元8c，三者沿竖直方向依次叠置。第一介质单元8a、第二介质单元8b和第三介质单元8c所采用的介质材料可以为石英或者陶瓷或者聚四氟乙烯等等，各自的厚度的取值范围在5mm～20mm。

[0038] 通过改变第一介质单元8a、第二介质单元8b和第三介质单元8c的材料种类和厚度，以形成不同形式的介质填充组合，从而可以更大范围的调节谐振板7下方的电场分布，进而可以调节等离子体均匀性。

[0039] 请参阅图5，本发明第四实施例提供的表面波等离子体装置，其是在上述第一实施例的基础上所作的改进。

[0040] 具体地，凹槽为多个，多个凹槽沿谐振板的径向间隔设置。在本实施例中，每个凹槽为沿反应腔室6的周向环绕的环形凹槽，并且不同的环形凹槽的内径不同，且相互嵌套。例如，如图5所示，环形凹槽为三个，且三个环形凹槽的径向宽度和深度均一致，并且相邻的两个环形凹槽之间的间距相等。可选的，每个环形凹槽的径向宽度和深度的取值范围均在
5mm～20mm。内径最小的环形凹槽的内径的二分之一大于微波在谐振板7中的一个波长，该尺寸的取值范围在30～150mm。通过改变环形凹槽的径向半径、深度、数量和间隔以及填充材料的种类，可以更有效的调节谐振板7下方的电场分布，进而可以调节等离子体均匀性。

[0041] 需要说明的是，在本实施例中，对于每个环形凹槽，介质结构与上述第一实施例中的介质结构相同，但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，对于每个环形凹槽，介质结构还可以与上述第二至第三实施例的结构相同。

[0042] 综上所述，本发明提供的表面波等离子体装置，其通过在谐振板远离反应腔室的一个表面上形成有凹槽，且在该凹槽中可分离的填充有至少一种介质结构，可以对反应腔室内对应该凹槽所在区域中的等离子体密度进行调节，而且通过设定凹槽的形状、尺寸(例如径向宽度、深度、内径等)、数量、位置和排布方式等的参数，和/或设定介质结构的材料种类、数量、尺寸和排布方式，可以调节反应腔室中的等离子体分布均匀性，从而可以扩大工艺气体种类的适用范围，提高调节等离子体分布均匀性的灵活性。

[0043] 同时，通过使上述凹槽形成在谐振板的远离反应腔室的一个表面上，这不仅可以避免因凹槽暴露在反应腔室中而出现腔室颗粒增加、谐振板下表面不平整的问题，而且可以允许介质结构可分离的填充在凹槽中，从而可以更方便地更换介质结构，而无需卸载谐振板，进而可以提高调节等离子体分布均匀性的便捷性。

[0044] 可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

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