表面波等离子体装置和半导体处理设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种表面波等离子体装置和半导体处理设备。包括依次相连的微波产生结构、微波传输匹配结构、谐振腔室、介质窗和真空腔室，介质窗朝向真空腔室的一面上设置有介质层，该介质层朝向所述真空腔室的一面为图形化表面，所述图形化表面使得所述介质层朝向所述真空腔室的一面在进行等离子体工艺时具有至少两种介电常数。本发明专利技术的表面波等离子体装置，其图形化表面使得所述介质层朝向所述真空腔室的一面在进行等离子体工艺时具有至少两种介电常数，可以有效避免由于微波功率快速吸收引起的等离子体模式跳变和不稳定，提高等离子体均匀性，从而优化工艺结果。

Surface wave plasma device and semiconductor processing equipment

【技术实现步骤摘要】
表面波等离子体装置和半导体处理设备
本专利技术涉及微电子加工
，具体涉及一种表面波等离子体装置和一种包括该表面波等离子体装置的半导体处理设备。
技术介绍
当今先进电子设备制造中，新型等离子体源备受关注。在下一代超大规模集成电路技术中，要求大面积晶圆制程，而大面积晶圆制成则要求在低压条件下产生大直径、高密度的均匀等离子体。一些大型微电子设备，如平板显示器、太阳能电池等则必须提供至少1m直径的大面积等离子体。为满足这些需求，研究人员已经研发了很多不同类型的高效等离子体源：电子回旋共振(ECR，ElectronCyclotronResonance)等离子体源、螺旋波激发等离子体源及感性耦合等离子体源(ICP，InductivelyCoupledPlasma)，以及容性耦合等离子体源(CCP，CapacitivelyCoupledPlasma)。然而以上等离子体源各有其不足，如CCP产生的离子密度相对较低、污染严重，ICP产生的等离子体能量损失严重，电子回旋共振(ECR)等离子体源等离子均匀性相对较差，且需要磁场约束，结构复杂，螺旋波激发等离子体源由于其放电不稳定性限制了其使用的范围。因此，未来期望研发一种新型的可替代源，作为下一代等离子体处理技术。其中，表面波等激发离子体源被誉为最有潜力的候选方案之一。表面波等离子体属于非热平衡等离子体，它利用微波在介质表面附近激发出截止密度以上的等离子体，然后微波将在介质与等离子体间形成表面波，具有一定电场强度的表面波在其传输的范围内可生成和维持高密度的等离子体。由于表面波能量限制于介质与等离子体界面处，是一种不受激励源影响的远程等离子体，相对射频等离子体，具有低电子温度和低损伤的特点。但是，在相关技术中，当外界环境如功率或者压强改变时，等离子体密度并不是连续变化的，而是从一个驻波共振点跳变到另一个共振点，即模式跳变，这使得工艺过程中等离子体放电不稳定，从而影响工艺结果，如重复性、均匀性等。
技术实现思路
本专利技术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和一种包括该表面波等离子体装置的半导体处理设备。为了实现上述目的，本专利技术的第一方面，提供了一种表面波等离子体装置，包括依次相连的微波产生结构、微波传输匹配结构、谐振腔室、介质窗和真空腔室，所述介质窗朝向所述真空腔室的一面上设置有介质层，所述介质层朝向所述真空腔室的一面为图形化表面，所述图形化表面使得所述介质层朝向所述真空腔室的一面在进行等离子体工艺时具有至少两种介电常数。可选地，所述介质层朝向所述真空腔室的一面间隔设置有若干个凹槽结构，和/或，所述介质层朝向所述真空腔室的一面间隔设置有若干个孔结构。可选地，各所述凹槽结构和/或各所述孔结构内填充有相同介电常数的材料；或，各所述凹槽结构和/或各所述孔结构内填充有至少两种介电常数的材料。可选地，所述介质窗的横截面呈圆形；若干个所述凹槽结构为环形凹槽结构，且各所述环形凹槽结构沿所述介质层的径向均匀分布；和/或，若干个所述孔结构排列形成多环结构，且所述多环结构沿所述介质层的径向均匀分布。可选地，当所述介质层的表面形成有所述环形凹槽结构时，所述介质窗的等效介电常数满足下述关系式：εeff＝ζεd+(1-ζ)εp；ζ＝s/ρ；其中，εeff为等效介电常数，ζ为介电填充因子，εd为介质窗的介电常数，εp为填充在所述环形凹槽结构内的表面波等离子体的介电常数，s为相邻两个所述凹槽结构之间的间隔的宽度，ρ为单个凹槽结构处的宽度。可选地，各所述凹槽结构和/或各所述孔结构的间隔中，至少一处所述间隔的介电常数与其余所述间隔处的介电常数不同。可选地，部分所述间隔由石英材料制作形成，另一部分所述间隔由特氟龙材料制作形成。可选地，所述微波传输匹配结构包括矩形波导、同轴转换单元和短路活塞；其中，所述短路活塞插设在所述矩形波导的远离所述微波产生结构的一端，以用于改变所述矩形波导内的驻波分布；所述同轴转换单元插设在所述矩形波导内并延伸至与所述谐振腔室密闭连接，用于将所述矩形波导内的TE波转换为TM波，以使得微波能量馈入所述谐振腔室中。可选地，所述谐振腔室包括：慢波板，与所述微波传输匹配结构连接；狭缝天线，位于所述慢波板的朝向所述真空腔室的一侧，并与所述慢波板连接；所述介质窗位于所述狭缝天线的朝向所述真空腔室的一侧，并与所述狭缝天线连接。本专利技术的第二方面，提供了一种半导体处理设备，包括前文记载的所述的表面波等离子体装置。本专利技术的表面波等离子体装置和半导体处理设备。介质层朝向真空腔室的一面为图形化表面，该图形化表面使得介质层朝向真空腔室的一面在进行等离子体工艺时可以具有至少两种介电常数。这样，在实际应用时，可以根据实际需要，在介质层朝向真空腔室的一面设计由多种介电常数的材料组成图形化表面层结构，从而使得微波密度连续分布，进而可以有效避免因微波功率快速吸收引起的等离子体模式跳变和不稳定，可以使得电子等离子体密度实现均匀分布，提高等离子体均匀性，从而优化工艺结果。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为表面波等离子体装置的结构示意图；图2为有限边界内的表面驻波示意图；图3为本专利技术第一实施例中表面波等离子体装置的结构示意图；图4为本专利技术第二实施例中介质层的结构示意图；图5为本专利技术第三实施例中等离子体-介质层界面附近电子密度分布示意图；图6为本专利技术第四实施例中单一周期单元电子密度分布示意图；图7a为本专利技术第五实施例中扩散之前的电子密度分布示意图；图7b为图7a中电子密度扩散之后的电子密度分布示意图；图8为专利技术第六实施例中介质层的结构示意图。附图标记说明100：表面波等离子体装置；110：微波产生结构；111：供电电源；112：磁控管；113：谐振器；114：环流器；115：定向耦合器；116：阻抗调节单元；117：负载；120：微波传输匹配结构；121：矩形波导；122：同轴转换单元；122a：锥形过渡单元；122b：同轴探针；123：短路活塞；130：谐振腔室；131：慢波板；132：狭缝天线；140：介质窗；141：介质层；141a：凹槽结构；141b：孔结构；150：真空腔室。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。如图1所示，示意了一种表面波等离子体装置的结构示意图。该表面波等离子体装置100包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面波等离子体装置，包括依次相连的微波产生结构、微波传输匹配结构、谐振腔室、介质窗和真空腔室，所述介质窗朝向所述真空腔室的一面上设置有介质层，其特征在于，所述介质层朝向所述真空腔室的一面为图形化表面，所述图形化表面使得所述介质层朝向所述真空腔室的一面在进行等离子体工艺时具有至少两种介电常数。/n

【技术特征摘要】
1.一种表面波等离子体装置，包括依次相连的微波产生结构、微波传输匹配结构、谐振腔室、介质窗和真空腔室，所述介质窗朝向所述真空腔室的一面上设置有介质层，其特征在于，所述介质层朝向所述真空腔室的一面为图形化表面，所述图形化表面使得所述介质层朝向所述真空腔室的一面在进行等离子体工艺时具有至少两种介电常数。


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，
所述介质层朝向所述真空腔室的一面间隔设置有若干个凹槽结构；和/或，
所述介质层朝向所述真空腔室的一面间隔设置有若干个孔结构。


3.根据权利要求2所述的表面波等离子体装置，其特征在于，
各所述凹槽结构和/或各所述孔结构内填充有相同介电常数的材料；或，
各所述凹槽结构和/或各所述孔结构内填充有至少两种介电常数的材料。


4.根据权利要求2所述的表面波等离子体装置，其特征在于，所述介质窗的横截面呈圆形；
若干个所述凹槽结构为环形凹槽结构，且各所述环形凹槽结构沿所述介质层的径向均匀分布；和/或，
若干个所述孔结构排列形成多环结构，且所述多环结构沿所述介质层的径向均匀分布。


5.根据权利要求4所述的表面波等离子体装置，其特征在于，当所述介质层的表面形成有所述环形凹槽结构时，所述介质窗的等效介电常数满足下述关系式：
εeff＝ζεd+(1-ζ)εp；
ζ＝s/ρ；
其中，εeff为等效介电常数，ζ为介电填充因子，εd为...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓丽，
申请(专利权)人：北京北方华创微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11