本发明专利技术涉及一种低温容性和感性复合耦合射频等离子体反应器，包括反应腔室，反应腔室上设有进气端和出气端；进气端与用于通入反应气体的第二支管连通；反应腔室还与用于通入惰性气体的第一支管连通；出气端设置有抽气装置；反应腔室上相对靠近进气端的外壁上缠绕有线圈，线圈与射频电源A相连接，射频电源A与线圈之间还连接有用于调节阻抗的匹配器A，反应腔室内相对靠近进气端处设有金属电极，金属电极与射频电源B相连接，射频电源B与金属电极之间连接有用于调节阻抗的匹配器B；反应腔室内还设置有用于放置待改性样品的样品台，样品台通过位置调节机构在反应腔室内往复移动；样品台导电且接地。本装置结构简单，制作价格低廉，操作方便。
A Low Temperature Capacitive and Inductive Composite Coupled Radio Frequency Plasma Reactor and Its Application
【技术实现步骤摘要】
一种低温容性和感性复合耦合射频等离子体反应器及其使用方法
本专利技术属于微电子加工
，涉及一种等离子体反应器，尤其涉及一种低温容性和感性复合耦合射频等离子体反应器及其使用方法。
技术介绍
等离子体反应器可以产生高能等离子体，被广泛应用于材料表面改性及表面处理等领域。在微电子加工
中，超大规模集成电路制造工艺有近三分之一的工序是借助等离子体加工技术完成的，如等离子体刻蚀、等离子体薄膜沉积以及等离子体去胶等。应用在等离子体刻蚀的等离子体源主要有单频或双频容性耦合等离子体源(CCP)和感性耦合等离子体源(ICP)等。在刻蚀工艺中，CCP由于电子及离子能量较高主要应用于SiO2等介质的刻蚀；而ICP由于具有高密度低离子能量的特点，主要应用于半导体材料以及金属材料的刻蚀，如Si和Cu刻蚀。现有射频等离子体反应器一般采用感性耦合等离子体源或者为容性耦合等离子体源中的一种作为等离子体源，如申请号为201520949108.5和201410684085.X的专利申请分别公开了一种低真空低温射频容性耦合等离子体反应器和一种低真空低温射频感性耦合等离子体反应器，但是设计和加工一个固定尺寸的反应性腔室制作工序繁琐，制造周期长，体积大，仪器笨重，成本太高，而且对应CCP和ICP两种工艺要至少设计两套反应性腔室。为了解决这个问题，申请号为201310521255.8的中国专利公开了一种射频等离子体反应室，这种射频等离子体反应室包括设置在真空腔室中的上基片台和下基片台，上基片台通过上支撑筒固定在密封盖上的上基片台固定装置上，上基片台采用容性耦合基片台或感性耦合基片台；下基片台通过下基片台轴向位置调节机构固定在底板上，调整调节螺母时，移动法兰在导向杆上滑动，使波纹管变形，位于波纹管内的下支撑筒移动，改变与下支撑筒连接在一起的下基片台与上基片台之间的距离。从而该等离子体反应器能够根据不同的工艺需求，选择不同的等离子体产生区的直径、高度及放电模式，能够优化半导体器件加工设备的设计和制造，缩短不同工艺所需等离子体反应器的研制周期。但是现有技术中鲜有将两种耦合复合在一起共同产生等离子体的等离子体反应器。
技术实现思路
本专利技术的目的一在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种低温容性和感性复合耦合射频等离子体反应器，该设备将感性耦合等离子体源和为容性耦合整合到一台设备中，共同产生等离子体。为了实现上述目的一，本专利技术提供如下技术方案：一种低温容性和感性复合耦合射频等离子体反应器，包括反应腔室，反应腔室上设有进气端和出气端；反应腔室的进气端与用于通入反应气体的第二支管连通；反应腔室还与用于通入惰性气体的第一支管连通；反应腔室的出气端连通设置有抽气装置；反应腔室上相对靠近进气端的外壁上缠绕有线圈，线圈与一射频电源A相连接，射频电源A与线圈之间还连接有用于调节阻抗的匹配器A，反应腔室内相对靠近进气端处设有金属电极，金属电极与一射频电源B相连接，射频电源B与金属电极之间连接有用于调节阻抗的匹配器B；反应腔室内还设置有用于放置待改性样品的样品台，样品台通过一位置调节机构在反应腔室内往复移动从而靠近或远离金属电极；样品台导电。如此设置，射频电源A与射频电源B同时工作，能够将感性耦合等离子体源和为容性耦合整合到一台设备中，共同产生等离子体对样品表面进行处理。而射频电源A与射频电源B分别单独工作，又可以作为传统的射频感性耦合等离子体反应器或射频容性耦合等离子体反应器工作。一个装置同时具有多种表面处理功能，且结构简单，制作价格低廉，操作方便。进一步地，进气端与一进气总管连通；第一支管和第二支管均连接至一气体混合室，气体混合室与进气总管连接。如此设置，将惰性气体与反应气体混合均匀后再通入反应腔室，能够提高放电反应的稳定性。进一步地，反应腔室内部设置有气体导流栅，气体导流栅位于金属电极和进气总管之间。如此设置，气流在反应腔室内均匀分布。进一步地，第一支管和第二支管沿其进气方向上均依次设置有针阀和流量计；匹配器A和匹配器B上设有用于显示电容值的显示屏。如此设置，采用针阀和流量计来调节和观测气流，可以随时根据工艺的需求来调节流速以及流量比。进一步地，线圈上设置有对线圈进行降温的水冷系统，线圈上设置有绝缘层，水冷系统包括套在线圈外的水管、设于水管与绝缘层之间的冷却水以及驱动冷却水循环的驱动装置。进一步地，反应腔室的进气端和出气端分别设于反应腔室的顶端与底端，反应腔室的上下两端的开口分别通过一橡胶塞封住，进气总管的一端穿过进气端的橡胶塞并与反应腔室内部连通；金属电极通过一绝缘法兰固定在进气端的橡胶塞上，并与设置在反应腔室外的射频电源B和匹配器B连接。进一步地，抽气装置包括抽气管和与抽气管相连接的机械泵，抽气管穿过出气端的橡胶塞并与反应腔室内部连通；抽气管上设置有真空计。进一步地，样品台通过位置调节机构在反应腔室内上下移动，位置调节机构包括设在反应腔室底部的橡胶塞内的螺帽，螺帽内设置有相匹配的螺纹杆，样品台设置在螺纹杆在反应腔室内的端部；样品台、螺帽和螺纹杆均采用导电材料制备而成；螺纹杆接地。进一步地，螺纹杆在反应腔室外的下部连接有无螺纹的导电竖杆，导电竖杆通过一导电旋紧螺帽固定连接在一导电套筒上，导电套筒安装在一导电底座上，导电底座与大地接触良好；反应腔室下部内表面贴有导电薄纸，导电薄纸与螺纹杆导电连接；反应腔室的外壁上设置有固定夹，固定夹的一端固定在一铁架台上。如此设置，位置调节机构与导电薄纸共同构成一个电极。本专利技术的目的二在于提供一种低温容性和感性复合耦合射频等离子体反应器。其具体技术方案如下：一种低温容性和感性复合耦合射频等离子体反应器的使用方法，包括如下步骤：SS、通过调整样品台(51)的高度，找到改性样品反应所需的高度；S1、在样品台(51)上放置待改性样品(52)，开启抽气装置，将反应腔室(1)内气压抽至低于1×10-3Pa；S2、通过第一支管(21)通入惰性气体，使反应腔室(1)内气压达到1-10Pa；S3、打开射频电源A(31)，把射频电源A(31)电压调至100-500V之间，调节电源匹配器A(32)，使线圈达到反射能量最少，入射能量最多，使气体放电；S4、打开射频电源B(81)，把射频电源B(81)电压调至100-500V之间，调节电源匹配器B(82)，当线圈达到反射能量最少，入射能量最多，感性与容性共同耦合产生等离子体；S5、通过第二支管(22)充入反应气体，以在反应腔室(1)内产生包括正负带电粒子和中性粒子的低温等离子体；通过控制设置在第一支管(21)和第二支管(22)上的流量计和针阀将惰性气体与反应气体的比例调节到9∶1至1∶9之间；步骤S3之前，还包括步骤S0、所述步骤S0为，开启线圈的水冷系统。与现有的测试设备相比，本专利技术具有如下有益技术效果：提供一种低温容性和感性复合耦合射频等离子体反应器及其使用方法，将感性耦合等离子体源和为容性耦合整合到一台设备中，共同产生等离子体，该等离子体反应器结构简单，制作价格低廉，操作方便。附图说明图1为本专利技术的低温容性和感性复合耦合射频等离子体反应器的整体结构示意图。其中，1、反应腔室；11、橡胶塞；12、气体导流栅；2、进气总管；21、第一支管；22、第二支管；23、针阀；24、流量计；25、气本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低温容性和感性复合耦合射频等离子体反应器，包括反应腔室(1)，所述反应腔室(1)上设有进气端和出气端；其特征在于，所述反应腔室(1)的进气端与用于通入反应气体的第二支管(22)连通；所述反应腔室(1)还与用于通入惰性气体的第一支管(21)连通；所述反应腔室(1)的出气端连通设置有抽气装置；所述反应腔室(1)上相对靠近进气端的外壁上缠绕有线圈(3)，所述线圈(3)与一射频电源A(31)相连接，所述射频电源A(31)与线圈(3)之间还连接有用于调节阻抗的匹配器A(32)，所述反应腔室(1)内相对靠近进气端处设有金属电极(8)，所述金属电极(8)与一射频电源B(81)相连接，所述射频电源B(81)与金属电极(8)之间连接有用于调节阻抗的匹配器B(82)；所述反应腔室(1)内还设置有用于放置待改性样品(52)的样品台(51)，所述样品台(51)通过一位置调节机构在反应腔室(1)内往复移动从而靠近或远离金属电极(8)；所述样品台(51)导电。
【技术特征摘要】
1.一种低温容性和感性复合耦合射频等离子体反应器，包括反应腔室(1)，所述反应腔室(1)上设有进气端和出气端；其特征在于，所述反应腔室(1)的进气端与用于通入反应气体的第二支管(22)连通；所述反应腔室(1)还与用于通入惰性气体的第一支管(21)连通；所述反应腔室(1)的出气端连通设置有抽气装置；所述反应腔室(1)上相对靠近进气端的外壁上缠绕有线圈(3)，所述线圈(3)与一射频电源A(31)相连接，所述射频电源A(31)与线圈(3)之间还连接有用于调节阻抗的匹配器A(32)，所述反应腔室(1)内相对靠近进气端处设有金属电极(8)，所述金属电极(8)与一射频电源B(81)相连接，所述射频电源B(81)与金属电极(8)之间连接有用于调节阻抗的匹配器B(82)；所述反应腔室(1)内还设置有用于放置待改性样品(52)的样品台(51)，所述样品台(51)通过一位置调节机构在反应腔室(1)内往复移动从而靠近或远离金属电极(8)；所述样品台(51)导电。2.根据权利要求1所述的低温容性和感性复合耦合射频等离子体反应器，其特征在于，所述进气端与一进气总管(2)连通；所述第一支管(21)和第二支管(22)均连接至一气体混合室(25)，所述气体混合室(25)与进气总管(2)连接。3.根据权利要求2所述的低温容性和感性复合耦合射频等离子体反应器，其特征在于，所述反应腔室(1)内部设置有气体导流栅(12)，所述气体导流栅(12)位于金属电极(8)和进气总管(2)之间。4.根据权利要求1所述的低温容性和感性复合耦合射频等离子体反应器，其特征在于，所述第一支管(21)和第二支管(22)沿其进气方向上均依次设置有针阀(23)和流量计(24)；所述匹配器A(32)和匹配器B(82)上设有用于显示电容值的显示屏。5.根据权利要求1所述的低温容性和感性复合耦合射频等离子体反应器，其特征在于，所述线圈(3)上设置有对线圈(3)进行降温的水冷系统(4)，所述线圈(3)上设置有绝缘层，所述水冷系统(4)包括套在线圈(3)外的水管(41)、设于水管(41)与绝缘层之间的冷却水以及驱动冷却水循环的驱动装置。6.根据权利要求1所述的低温容性和感性复合耦合射频等离子体反应器，其特征在于，所述反应腔室(1)的进气端和出气端分别设于反应腔室(1)的顶端与底端，所述反应腔室(1)的上下两端的开口分别通过一橡胶塞(11)封住，所述进气总管(2)的一端穿过进气端的橡胶塞(11)并与反应腔室(1)内部连通；所述金属电极(8)通过一绝缘法兰(83)固定在进气端的橡胶塞(11)上，并与设置在反应腔室(1)外的射频电源B(81...
【专利技术属性】
技术研发人员：高松华，高立华，
申请(专利权)人：三明学院，
类型：发明
国别省市：福建,35
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