表面波等离子体加工设备制造技术

本发明专利技术提供一种表面波等离子体加工设备，其包括反应腔室、设置在反应腔室上方的中心谐振腔、设置在中心谐振腔与反应腔室之间的介质窗、用于向中心谐振腔传输微波的微波传输机构以及微波源机构，其特征在于，还包括边缘增强结构，用于增加反应腔室内对应介质窗边缘区域的等离子体密度，以补偿由中心谐振腔产生的等离子体对应介质窗边缘区域与对应介质窗中心区域之间的差异。本发明专利技术提供的表面波等离子体加工设备，其可以提高工艺均匀性。

Surface wave plasma processing equipment

【技术实现步骤摘要】
表面波等离子体加工设备
本专利技术涉及等离子体
，具体地，涉及一种表面波等离子体加工设备。
技术介绍
近年来，表面波等离子体源因其相对于射频等离子体具有低电子温度和低损伤的特点，被誉为最有潜力的等离子体源，这些无可比拟的优点使得表面波等离子体源已经成为下一代大规模集成电路器件加工的强有力竞争者。现有的表面波等离子体加工设备包括微波源及微波传输匹配结构、圆形谐振腔结构和反应腔室三个部分。请参阅图1，微波源及微波传输匹配结构包括微波源供电电源1、微波源2、谐振器3、环流器4、负载、定向耦合器6、阻抗调节单元7、矩形波导8和同轴转换单元9。圆形谐振腔结构包括腔体11、填充在腔体11中的慢波板12、设置在腔体11底部的狭缝天线13和设置在狭缝天线13下方的介质窗14。反应腔室16设置在介质窗14的下方。其中，同轴转换单元9用于将微波能量馈入到腔体11中，微波能量通过狭缝天线13中的缝隙向下辐射传播至介质窗14中，并在进入反应腔室16后产生等离子体15，且在介质窗14与等离子体界面处形成表面波。但是，现有的表面波等离子体加工设备在实际应用中不可避免地存在以下问题，即：表面波在狭缝天线13和等离子体15之间通过介质窗14传播，且传播方向沿着自介质窗14的中心向四周辐射的方向传播，并且当表面波到达介质窗14的外周边界时，将折返回中心区域，具体传播方向如图2中的箭头所示。由于介质窗14可视为一个圆形谐振腔，这使得进入介质窗14中的TM模式的微波呈现同心圆分布，从而使得表面波将从介质窗14的外周边界的所有方向向中心区域集中反射，最终导致表面波在中心区域的电场较强，而自边缘区域至外周边界的电场呈下降趋势，等离子体在介质窗14的径向上的密度分布如图3所示，等离子体密度分布呈现中心强、边缘弱的现象，从而影响了工艺均匀性。
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加工设备，其可以提高工艺均匀性。为实现本专利技术的目的而提供一种表面波等离子体加工设备，包括反应腔室、设置在所述反应腔室上方的中心谐振腔、设置在所述中心谐振腔与所述反应腔室之间的介质窗、用于向所述中心谐振腔传输微波的微波传输机构以及微波源机构，还包括边缘增强结构，用于增加所述反应腔室内对应所述介质窗边缘区域的等离子体密度，以补偿由所述中心谐振腔产生的等离子体对应所述介质窗边缘区域与对应所述介质窗中心区域之间的差异。可选的，所述边缘增强结构包括：环形谐振腔，环绕设置在所述中心谐振腔的周围；并且，所述环形谐振腔和所述中心谐振腔分别覆盖所述介质窗上表面的边缘区域和中心区域；环形狭缝天线，设置在所述环形谐振腔的下表面与所述介质窗的上表面之间，用于将来自所述环形谐振腔的微波能量耦合至所述介质窗中；所述微波传输机构用于同时向所述中心谐振腔和所述环形谐振腔传输微波。可选的，所述边缘增强结构包括：环形谐振腔，环绕设置在所述介质窗的周围；环形狭缝天线，设置在所述环形谐振腔的内周面与所述介质窗的外周面之间，用于将来自所述环形谐振腔的微波能量耦合至所述介质窗中；所述中心谐振腔覆盖所述介质窗的整个上表面；所述微波传输机构用于同时向所述中心谐振腔和所述环形谐振腔传输微波。可选的，所述边缘增强结构包括：磁性单元，环绕设置在所述介质窗的周围，用于产生吸引等离子体中的电子朝向所述介质窗的边缘区域运动的磁场。可选的，所述微波传输机构包括第一波导、功率分配单元、同轴结构单元、第二波导、波导转换单元和第三波导，其中，所述第一波导用于将由所述微波源机构提供的微波传输至所述功率分配单元；所述功率分配单元用于按预定比例将微波分配至所述同轴结构单元和所述第二波导；所述同轴结构单元用于将微波传输至所述中心谐振腔中；所述第二波导用于将微波传输至所述波导转换单元；所述波导转换单元用于转换微波方向，使之与所述第三波导的微波输送方向一致，并将微波传输至所述第三波导；所述第三波导用于将微波传输至所述环形谐振腔。可选的，通过设定不同的所述预定比例，来调节所述反应腔室中的等离子体对应所述介质窗边缘区域的密度与对应所述介质窗中心区域的密度之比。可选的，所述环形狭缝天线包括环形板和沿所述环形板的厚度方向贯通所述环形板的多个第一缝隙；多个所述第一缝隙沿所述环形板的周向环绕至少一圈。可选的，在所述环形板所在平面上，所述缝隙的形状包括矩形、圆形、T形、椭圆形或者十字形。可选的，所述中心谐振腔包括空腔，在所述空腔中设置有慢波板，且所述慢波板充满所述空腔；并且，所述空腔的底部设置有狭缝天线，用于将来自所述中心谐振腔的微波能量耦合至所述介质窗中。可选的，所述同轴结构单元包括竖直，且同轴设置的柱状环体和探针，其中，所述探针穿设所述空腔的顶壁和慢波板，并与所述狭缝天线接触。可选的，所述狭缝天线包括圆形板和沿所述圆形板的厚度方向贯通所述圆形板的多个第二缝隙；多个所述第二缝隙沿所述圆形板的周向环绕至少一圈，并且，所述第二缝隙所在圆周的中心与所述第一缝隙所在圆周的中心同心设置。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的表面波等离子体加工设备，其通过增设边缘增强结构，用于增加反应腔室内对应介质窗边缘区域的等离子体密度，可以补偿由中心谐振腔产生的等离子体对应介质窗边缘区域与对应介质窗中心区域之间的差异，从而可以提高等离子体在介质窗径向上的密度分布均匀性，进而可以提高工艺均匀性。附图说明图1为现有的表面波等离子体加工设备的结构图；图2为表面波在介质窗中的传播方向图；图3为现有技术中等离子体在介质窗的径向上的密度曲线图；图4为本专利技术第一实施例提供的表面波等离子体加工设备的结构图；图5为本专利技术第一实施例中等离子体在介质窗的径向上的密度曲线图；图6为本专利技术第一实施例采用的环形狭缝天线的结构图；图7为本专利技术第二实施例提供的表面波等离子体加工设备的结构图。具体实施方式为使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图来对本专利技术提供的表面波等离子体加工设备进行详细描述。请参阅图4，本专利技术第一实施例提供的表面波等离子体加工设备，其包括反应腔室16、设置在该反应腔室16上方的中心谐振腔21、设置在该中心谐振腔21与反应腔室16之间的介质窗14、用于向中心谐振腔21传输微波的微波传输机构以及微波源机构。其中，微波源机构具体包括微波供电电源1、微波源(磁控管)2和谐振腔3，用于提供大功率微波。微波源机构还包括用于吸收反射功率的环流器4和负载5，以及矩形波导6和阻抗调节单元7。表面波等离子体加工设备还包括边缘增强结构，用于增加反应腔室16内对应介质窗14边缘区域的等离子体密度。由于通过中心谐振腔21在反应腔室16中产生的表面波在介质窗14中心区域的电场较强，而自边缘区域至外周边界的电场呈下降趋本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面波等离子体加工设备，包括反应腔室、设置在所述反应腔室上方的中心谐振腔、设置在所述中心谐振腔与所述反应腔室之间的介质窗、用于向所述中心谐振腔传输微波的微波传输机构以及微波源机构，其特征在于，还包括边缘增强结构，用于增加所述反应腔室内对应所述介质窗边缘区域的等离子体密度，以补偿由所述中心谐振腔产生的等离子体对应所述介质窗边缘区域与对应所述介质窗中心区域之间的差异。/n

【技术特征摘要】
1.一种表面波等离子体加工设备，包括反应腔室、设置在所述反应腔室上方的中心谐振腔、设置在所述中心谐振腔与所述反应腔室之间的介质窗、用于向所述中心谐振腔传输微波的微波传输机构以及微波源机构，其特征在于，还包括边缘增强结构，用于增加所述反应腔室内对应所述介质窗边缘区域的等离子体密度，以补偿由所述中心谐振腔产生的等离子体对应所述介质窗边缘区域与对应所述介质窗中心区域之间的差异。


2.根据权利要求1所述的表面波等离子体加工设备，其特征在于，所述边缘增强结构包括：
环形谐振腔，环绕设置在所述中心谐振腔的周围；并且，所述环形谐振腔和所述中心谐振腔分别覆盖所述介质窗上表面的边缘区域和中心区域；
环形狭缝天线，设置在所述环形谐振腔的下表面与所述介质窗的上表面之间，用于将来自所述环形谐振腔的微波能量耦合至所述介质窗中；
所述微波传输机构用于同时向所述中心谐振腔和所述环形谐振腔传输微波。


3.根据权利要求1所述的表面波等离子体加工设备，其特征在于，所述边缘增强结构包括：
环形谐振腔，环绕设置在所述介质窗的周围；
环形狭缝天线，设置在所述环形谐振腔的内周面与所述介质窗的外周面之间，用于将来自所述环形谐振腔的微波能量耦合至所述介质窗中；
所述中心谐振腔覆盖所述介质窗的整个上表面；
所述微波传输机构用于同时向所述中心谐振腔和所述环形谐振腔传输微波。


4.根据权利要求1所述的表面波等离子体加工设备，其特征在于，所述边缘增强结构包括：
磁性单元，环绕设置在所述介质窗的周围，用于产生吸引等离子体中的电子朝向所述介质窗的边缘区域运动的磁场。


5.根据权利要求2或3所述的表面波等离子体加工设备，其特征在于，所述微波传输机构包括第一波导、功率分配单元、同轴结构单元、第二波导、波导转换单元和第三波导，其中，
所述第一波导用于将由所述微波源机构提供的微波传输至所述功率分配单...

【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