一种用于刻蚀硅基材料的微波等离子体发生装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种用于刻蚀硅基材料的微波等离子体发生装置，以解决现有技术中谐振腔体内反射系数高、气体需混合后再通入、需要点火装置等问题。该微波等离子体发生装置采用圆柱型同轴谐振腔，谐振腔左右两侧各有一通孔，其中一侧通过螺纹连接SMA连接器，另一侧通过螺纹连接侧向poc

【技术实现步骤摘要】
一种用于刻蚀硅基材料的微波等离子体发生装置


[0001]本技术涉及等离子体
，具体涉及一种用于刻蚀硅基材料的微波等离子体发生装置。

技术介绍

[0002]专利文件DE202006004253U1所描述的微型等离子谐振腔满足紧凑和轻巧的等离子束源的要求，但是在较高温度下具有稳定性不佳的问题。此外，等离子体的点火麻烦，并且在使用反应性或有害工艺气体时，出于安全原因必须自动进行等离子体点火。
[0003]专利文件DE202017103165U1所描述的微型等离子谐振腔满足紧凑、大气压下工作的等离子束源的要求，但是此专利存在：只设有一个进气通道，工作气体与载气需混合后通入；没有考虑内电极相关结构尺寸对谐振腔反射系数的影响，不能保证等离子体的稳定激发；在谐振腔端口设有点火装置，结构复杂等问题。
[0004]2019年，张文聪在2018年全国微波毫米波会议论文集(下册)刊物上发表的基于同轴结构的微波大气压冷等离子体发生装置设计，介绍了一种大气压下等离子体发生装置的设计方法，但是本方法存在只有一个进气通道的缺点，要求工作气体(CF4)和载气(N2)必须混合后再通入。

技术实现思路

[0005]本技术的目的在于解决现有技术中谐振腔体内反射系数高、气体需混合后再通入、需要点火装置等问题，而公开了一种用于刻蚀硅基材料的微波等离子体发生装置。
[0006]为解决以上问题，本技术采用如下技术方案。
[0007]本技术提供一种用于刻蚀硅基材料的微波等离子体发生装置，其特征在于：采用圆柱型同轴谐振腔，谐振腔左右两侧各有一通孔，其中一侧通过螺纹连接SMA连接器，另一侧通过螺纹连接侧向poc
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m5c气体快插；微波能量经由SMA连接器馈入腔体，载气通过侧向气体通道导入腔体，工作气体经由空心内电极内径通道导入腔体，空心内电极通过中心定位环保证与腔体的同轴度；谐振腔内的气体在微波能量的激发下获得等离子体，于谐振腔开口端形成等离子体射流。
[0008]作为本技术的进一步改进。
[0009]所述空心内电极底部渐变形式采用圆锥渐变形式，渐变部分长度为3
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9mm，大端面半径为1
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3mm，小端面半径为0.2
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0.4mm。
[0010]所述圆柱型同轴谐振腔一端为短路端，一端为开口端，在开口端采用圆锥渐变形式，加强电场。
[0011]所述工作气体为CF4或SF6，载气为Ar或N2。
[0012]所述SMA连接器的公极要与空心内电极接触，SMA连接器距离圆柱型同轴谐振腔出口端的距离为20
‑
25mm。
[0013]所述中心定位环材料为绝缘高分子材料聚四氟乙烯。
[0014]与现有装置对比，本技术的优点在于：
[0015]1、本技术的用于刻蚀硅基材料的微波等离子体发生装置，通过调整空心内电极和圆柱型同轴谐振腔底部圆锥渐变的锥面长度和半径尺寸可以得到符合要求的反射系数，提高微波能量利用率。
[0016]2、本技术的用于刻蚀硅基材料的微波等离子体发生装置，采用双气体通道，解决了气体混合问题。
[0017]3、本技术的用于刻蚀硅基材料的微波等离子体发生装置，通过调整微波馈入装置的高度，可以提高出口端的电场强度，保证稳定激发，去除了点火装置。
[0018]4、本技术的用于刻蚀硅基材料的微波等离子体发生装置，激发后仅需较小功率就可维持持续激发，不需要冷却装置。
附图说明
[0019]下面结合附图和实施例对本技术进行进一步说明。
[0020]图1是本技术的正视图。
[0021]图2是本技术的侧视图。
[0022]图3是图1装置实施例的纵向剖视图。
[0023]图4是图1装置中空心内电极的结构图。
[0024]图5是图1装置在comsol中关于空心内电极圆锥渐变高度对反射系数的影响的的仿真图。
[0025]图例说明：1、顶部poc
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m5c气体快插；2、腔盖；3、SMA连接器；4、圆柱型同轴谐振腔；5、侧向poc
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m5c气体快插；6、空心内电极；7、中心定位环。
具体实施方式
[0026]以下结合附图和具体实施例对本技术作进一步详细说明。
[0027]如图1和图2所示，本技术腔盖2与圆柱型同轴谐振腔4、顶部poc
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m5c气体快插 1与腔盖2、侧向poc
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m5c气体快插5与圆柱型同轴谐振腔4、SMA连接器3与圆柱型同轴谐振腔4均通过螺纹连接。如图2所示，本技术的空心内电极6通过轴肩6实现轴向定位，通过中心定位环7保证与腔体的同轴度。中心定位环7的外径与圆柱型同轴谐振腔4内径相同，通过过盈配合实现周向定位，通过锥面实现轴向定位。SMA连接器3与空心内电极6具有配合关系，SMA连接器3的公极伸入空心内电极6实现微波能量的馈入。
[0028]本实施例以工作气体为CF4，载气为Ar为例，CF4气体在等离子体发生装置中被激发，产生激发态的F*，F*原子与SiO2光学材料表面接触，CF4与SiO2发生如下化学反应： SiO2+CF4→
SiF4↑
+CO2↑
。
[0029]反应所产生的物质SiF4和CO2均为气体，将与SiO2光学材料表面脱离进入大气中，从而实现材料的去除。本技术依靠化学反应实现材料去除，因此，材料去除过程中无亚表面损伤，无残余应力层产生。
[0030]本实施例中，为增强开口端电场，腔盖2、圆柱型同轴谐振腔4采用黄铜材料。为了保证加工精度，空心内电极6采用不锈钢材料。为保证气体流通无阻，中心定位环7采用绝缘高分子材料(如聚四氟乙烯)，并在周向布置4个通孔。
[0031]如图4所示，本实施例中空心内电极6的上半部分为圆柱结构，内部含中心孔，实现工作气体的通入，侧面开孔与SMA连接器3的公极接触实现开口端电场的激发。空心内电极6的下半部分为圆锥渐变结构，通过调整圆锥渐变的锥面长度和半径尺寸可以得到符合要求的反射系数，提高微波能量利用率。
[0032]图5为本实施在comsol中以空心内电极6圆锥渐变的高度为自变量，圆柱型同轴谐振腔4的反射系数为因变量所绘制的仿真曲线。曲线中横坐标为空心内电极6圆锥渐变的高度(单位：mm)，纵坐标为微波馈入端的反射系数S11(单位：dB)，为使圆柱型同轴谐振腔4的能量利用率足够高，理论上反射系数S11应小于
‑
30dB。由图可得，空心内电极6圆锥渐变的锥面长度为6mm时谐振腔的反射系数S最小，能量利用率最高。
[0033]本实施例中圆柱型同轴谐振腔4根据传输线理论设计，在出口端存在最强电场，因此，工作气体CF4在圆柱型同轴谐振腔4出口端被激发，形成等离子体射流，进行刻蚀加工。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于刻蚀硅基材料的微波等离子体发生装置，其特征在于：采用圆柱型同轴谐振腔，谐振腔左右两侧各有一通孔，其中一侧通过螺纹连接SMA连接器，另一侧通过螺纹连接侧向poc
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m5c气体快插；微波能量经由SMA连接器馈入腔体，载气通过侧向气体通道导入腔体，工作气体经由空心内电极内径通道导入腔体，空心内电极通过中心定位环保证与腔体的同轴度；谐振腔内的气体在微波能量的激发下获得等离子体，于谐振腔开口端形成等离子体射流。2.根据权利要求1所述的用于刻蚀硅基材料的微波等离子体发生装置，其特征在于：所述空心内电极底部渐变形式采用圆锥渐变形式，渐变部分长度为3
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9mm，大端面半径为1
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3mm，小端面半径为...

【专利技术属性】
技术研发人员：余德平，董宇庆，余泳静，苗欣冉，汤智凯，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：新型
国别省市：