專利名稱：凹腔型線圈天線的感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一類用于產(chǎn)生等離子體的設(shè)備，特別是一種具有凹腔型線圈天線的感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生設(shè)備，該設(shè)備運用電磁感應(yīng)原理，通過線圈天線產(chǎn)生感應(yīng)耦合等離子體，尤其能產(chǎn)生高密度、大面積、均勻等離子體。
背景技術(shù)：
等離子體在工業(yè)表面處理及微電子刻蝕等行業(yè)具有廣泛應(yīng)用。在諸多等離子體的產(chǎn)生方式中，感應(yīng)耦合等離子體(ICP，Inductively CoupledPlasma)是實際應(yīng)用最為廣泛的方式之一。這種放電方式得到的等離子體密度為1016m-3～1017m-3、電子溫度為2～4eV、直徑可達(dá)30cm。因為在較寬的壓強范圍內(nèi)(1～40Pa)易于獲得大口徑，高密度的等離子體，所以ICP近年來被廣泛地應(yīng)用于等離子體加工工藝，但隨著對生產(chǎn)加工效率的要求不斷提高，密度更高，口徑更大更均勻的感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生設(shè)備將是今后等離子體加工工業(yè)的重要發(fā)展方向之一。
感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生設(shè)備主要部分包括用于放電產(chǎn)生等離子體的線圈天線、用于提供放電氣體和等離子體與加工器件反應(yīng)場所的反應(yīng)室系統(tǒng)、用于提供能源的射頻電源及匹配網(wǎng)絡(luò)，其中放電線圈天線的形狀和位置決定了放電產(chǎn)生的等離子體的密度和位型，所以人們常根據(jù)線圈天線和絕緣窗口的形狀和位置的不同，將感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生設(shè)備分為三類圓柱型、平面型和凹腔型，如圖1～3所示。
圓柱型線圈天線的感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生設(shè)備是最古老、簡單和常用的一種電感耦合等離子體結(jié)構(gòu)，如圖1所示，線圈天線均勻的纏繞在反應(yīng)室的側(cè)壁形成柱狀位型，等離子體在線圈天線纏繞所形成的圓柱體內(nèi)產(chǎn)生并向下擴散或漂移，從而到達(dá)反應(yīng)臺與待加工器件發(fā)生反應(yīng)。
平面型線圈天線的感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生設(shè)備是二十世紀(jì)90年代初才發(fā)展起來的新型感應(yīng)耦合等離子體放電結(jié)構(gòu)，如J.H.Keller，J.C.Forster，and M.S.Barnes，“Novel radiofrequency induction plasma processingtechniques”J.Vac.Sci.Technol，vol.11，no.5，p.2487，1993.所報道的，如圖2所示，線圈天線盤繞在反應(yīng)室的上蓋上，等離子體在反應(yīng)室內(nèi)貼近上蓋處產(chǎn)生，并擴散或漂移到達(dá)反應(yīng)臺。這種位型由于可以實現(xiàn)線圈和基片之間近距離耦合，因此它非常適合用于半導(dǎo)體刻蝕。
凹腔型線圈天線的感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生設(shè)備是將線圈天線纏繞成小而密的棒狀結(jié)構(gòu)，放置在凹陷的絕緣窗口內(nèi)，如圖3所示。等離子體在凹陷的絕緣窗口附近產(chǎn)生，通過擴散或漂移到達(dá)反應(yīng)室的其他地方。由于線圈天線較小，產(chǎn)生的等離子體的面積和密度均勻性還無法達(dá)到加工工藝的要求，但由于其簡單小巧的結(jié)構(gòu)，多被用于照明工業(yè)，如G.G.Lister，J.E.Lawler，W.P.Lapatovich，and V.A.Godyak，“The physics of discharge lamps”Rev.Mod.Phys.，vol.76，no.2，p.541，2004.所報道的。
隨著對等離子體加工工藝的要求不斷提高，感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生設(shè)備的放電線圈天線也在不斷的改進(jìn)，圖5～10給出的是近年來專利中公開的一些改良型放電線圈天線。圖4是傳統(tǒng)的平面型線圈天線，它的形狀如常用的蚊香一樣。圖5是在美國專利第5,346,578中公開的線圈天線，該天線包括用于反應(yīng)室42的半球形上蓋44，以及圍繞上蓋44纏繞成拱頂形的螺旋線圈40。圖6是在美國專利第5,401,350中公開的線圈天線，該天線包括形成在反應(yīng)室52頂面上的螺旋線圈天線50a和圍繞反應(yīng)室52的外側(cè)臂纏繞的螺線管型天線50b。圖7是在美國專利第6,291,793中公開的多重并聯(lián)線圈天線60，該天線包括多個并聯(lián)分支的螺線管62，64和66。圖8是在美國專利第6,288,493中公開的線圈天線70，該天線包括多個并聯(lián)分支的圓形線圈71、72、73和74，以及連接到多個圓形線圈上以便在圓形線圈71、72、73和74之間產(chǎn)生LC諧振的可變電容76。圖9是在中國專利公開號為CN1537405A中公開的一種線圈天線結(jié)構(gòu)，該天線包括兩個環(huán)形天線10-10a、20-20a。圖10是在中國專利公開號為CN1498057A中公開的曲折線圈天線結(jié)構(gòu)其中的一種實施方案520，該天線包括一個圓形線圈522，兩個曲折線圈524、526，它與射頻源532、匹配網(wǎng)絡(luò)530和并聯(lián)電容534相聯(lián)。
以上幾種改良型線圈天線可以看作是圓柱形和平面型線圈天線的混合或改良，它們都能使感應(yīng)耦合等離子體的面積和密度均勻性得到改善。但是，除了分別有著各自的不足外，它們還存在著一個共同的缺點等離子體的密度不夠高，在1016m-3～1017m-3范圍內(nèi)。這是由于為了保證等離子體密度的均勻性，放電氣體的氣壓常常較低(0.1pa～1pa)，在這種氣壓下要想得到高密度等離子體很難；而最利于ICP放電的氣壓范圍在百帕量級，能得到密度在1018m-3～1019m-3范圍的等離子體，但此時密度均勻性由于圓柱型和平板型的結(jié)構(gòu)和尺寸限制很難保證。相反，凹腔型線圈天線由于其簡單小巧的結(jié)構(gòu)，可以靈活的組合和變形，所以，如果能找到一種能解決凹腔型線圈天線的面積和密度均勻性問題的方法，這種線圈天線結(jié)構(gòu)能用于制造更先進(jìn)的等離子體發(fā)生設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一類凹腔型線圈天線的感應(yīng)耦合等離子體(ICP)發(fā)生設(shè)備，該設(shè)備包含多個凹腔型線圈天線，或包含一個或多個環(huán)狀凹腔型線圈天線，它能夠在較高氣壓下產(chǎn)生高密度，大面積均勻等離子體。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案凹腔型線圈天線的感應(yīng)耦合等離子體(ICP)發(fā)生設(shè)備包括提供放電氣體和等離子體與加工器件反應(yīng)場所的反應(yīng)室、放置在反應(yīng)室內(nèi)的凹腔型線圈天線、連在凹腔型線圈天線兩端的射頻(RF)電源，其中凹腔型線圈天線可以為多個凹腔型線圈天線構(gòu)成，也可以由一個或多個環(huán)狀凹腔型線圈天線構(gòu)成，每個凹腔型線圈天線可以由不同RF電源分別供電，也可以由同一個RF電源一起供電。
所述的凹腔型線圈天線的結(jié)構(gòu)由內(nèi)而外分別為磁芯、螺旋環(huán)繞磁芯的線圈、絕緣層，絕緣層內(nèi)為大氣壓環(huán)境，玻璃管外為放電室的工作氣體環(huán)境(等離子體區(qū))，其中磁芯是為了增強放電的目的而加入，在有些情況下也可以省略。另外，在線圈和磁芯發(fā)熱較為嚴(yán)重的情況下亦可在磁芯中加入冷卻的結(jié)構(gòu)。環(huán)狀凹腔型線圈天線可以看作是幾個凹腔型線圈天線首尾相連成一個環(huán)它們的線圈可以以并聯(lián)或串聯(lián)的方式接入電路，也可以分別由不同的RF電源供電；它們可以共用一個磁芯，也可以分別擁有各自的磁芯。
本發(fā)明的原理本發(fā)明以實驗中觀察到的ICP放電中的密度線性迭加和密度相干增強等機制為基礎(chǔ)，能在較高氣壓下產(chǎn)生高密度，大面積均勻等離子體，解決了目前射頻耦合等離子體應(yīng)用中的高密度和密度均勻性之間的矛盾，提供了可用面積和密度均勻性可擴展的方法。


圖1為圓柱型電感耦合等離子體放電形式；圖2為平面型電感耦合等離子體放電形式；圖3為凹腔型電感耦合等離子體放電形式；圖4為現(xiàn)有的ICP設(shè)備中的線圈天線；圖5為現(xiàn)有的改進(jìn)型天線1；圖6為現(xiàn)有的改進(jìn)型天線2；圖7為現(xiàn)有的改進(jìn)型天線3；圖8為現(xiàn)有的改進(jìn)型天線4；圖9為現(xiàn)有的改進(jìn)型天線5；圖10為現(xiàn)有的改進(jìn)型天線6；圖11為本發(fā)明的第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖12為傳統(tǒng)凹腔型放電線圈；圖13為在大氣壓300pa下，氬氣放電中ICP放電單元性質(zhì)；(a)射頻電場強度分布；(b)等離子體密度分布；(c)電子溫度分布；(d)擴散項(絕對值)和兩體復(fù)合項分布；圖14為迭加位形；圖15為d＝7cm時等離子體密度ne1、ne2和net的分布，作為比較，ne1+ne2也同時畫出；圖16為d＝16.3cm時等離子體密度ne1、ne2和net的分布，作為比較，ne1+ne2也同時畫出；圖17為在400pa下密度相干增強峰值點處4個放電源同時工作時的等離子密度；圖18為在400pa下基于電離相干增強原理的較大面積、密度均勻等離子體的構(gòu)造；圖19為發(fā)明的徑向距離確定方法；圖20為本發(fā)明的第二實施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖21為發(fā)明的第二實施例的天線結(jié)構(gòu)示意圖；圖22為發(fā)明的第三實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
將根據(jù)圖11到22描述根據(jù)本發(fā)明的凹腔型線圈天線的感應(yīng)耦合等離子體(ICP)發(fā)生設(shè)備的示例性實施例。
圖11是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的凹腔型線圈天線的ICP發(fā)生設(shè)備的分解透視圖。它是半導(dǎo)體制造設(shè)備，用于精加工襯底，例如利用多個118所示的凹腔型線圈天線共同產(chǎn)生的等離子體刻蝕或沉積晶片W上的特定材料。
如圖11所示，ICP發(fā)生裝置包括反應(yīng)室111，是用于產(chǎn)生等離子體的空間。為了保持反應(yīng)室111內(nèi)部的真空狀態(tài)，在反應(yīng)室111的底部開有真空抽氣口116，且該抽氣口116與真空泵117相連。待加工工件W由位于反應(yīng)室111底部的靜電卡盤112支撐。RF電源121連接到靜電卡盤112上，以提供偏置電壓，從而使反應(yīng)室111內(nèi)產(chǎn)生的等離子體的離子能夠以足夠高的能量與待加工物W的表面碰撞。氣體供給口113位于反應(yīng)室111的側(cè)壁處，以便將反應(yīng)氣體供給到反應(yīng)室111，可以在反應(yīng)室111之內(nèi)設(shè)置多個連接到氣體供給口113上的氣體配送口114。
上蓋115被開出環(huán)繞圓周的圓孔，圓孔內(nèi)放置凹腔型線圈天線118，凹腔型線圈天線118被石英玻璃管120所圍繞，以保證真空室與天線之間的真空隔離，即玻璃管內(nèi)部與大氣連通，而玻璃管外部為真空室內(nèi)的氣壓。凹腔型線圈天線118與射頻電源119連接以在凹腔型線圈天線118中產(chǎn)生電流并最終在反應(yīng)室111內(nèi)產(chǎn)生等離子體。每個凹腔型線圈天線118可以采用單獨供電的方式，也可采用一個射頻電源同時供電的方式。
凹腔型線圈天線118的結(jié)構(gòu)為如圖12所示的傳統(tǒng)凹腔放電線圈天線結(jié)構(gòu)。天線到反應(yīng)室中心的距離和天線的個數(shù)，要運用等離子體密度線性迭加和密度相干增強的機制，根據(jù)實際要求來確定(在圖11所示的示例中采用了16個完全相同的天線)。
當(dāng)凹腔型線圈天線118通以射頻電流時，石英玻璃管外的區(qū)域?qū)a(chǎn)生擊穿放電并產(chǎn)生等離子體。等離子體區(qū)域的射頻電場強度、等離子體密度和溫度的徑向分布如圖13所示。從圖中可以看出，雖然等離子體峰值密度較高，但是因為射頻電場的趨膚效應(yīng)，電場在徑向很快衰減，等離子體密度也隨之很快衰減，均勻性較差。所以凹腔型線圈天線不適合于等離子體加工工業(yè)。
然而，由于凹腔放電等離子體在一定條件下具有良好的可迭加性質(zhì)，當(dāng)工作區(qū)域內(nèi)同時存在多個上述的天線單元時，在一定條件下總的等離子體密度基本等于各放電單元單獨放電時的密度簡單相加。圖15所示為工作區(qū)域內(nèi)同時存在兩個天線單元(圖14)時的等離子體密度。圖中ne1和ne2分別為天線單元1和天線單元2單獨放電時的等離子體密度、net為兩放電單元同時放電時的等離子體密度?？梢钥闯觯琻et＝ne1+ne2的密度線性迭加關(guān)系近似成立，這種密度的線性迭加性質(zhì)為等離子體密度均勻性的提高提供了一種途徑。
進(jìn)一步，當(dāng)放電單元之間的位置關(guān)系滿足一定條件時，將會產(chǎn)生如圖16所示的等離子體密度相干增強現(xiàn)象，即net＞ne1+ne2。定義密度增強系數(shù)R=net/Σi=1Nnei,]]>其中N為放電天線單元數(shù)目，nei為第i個放電天線單元單獨放電時的等離子體密度。在放電增強效果最為顯著時的密度增強系數(shù)與放電單元數(shù)目存在如圖17所示的關(guān)系，即R＝N。這種放電增強現(xiàn)象在低密度區(qū)域較為明顯，而在較高密度時幾乎不發(fā)生，從而退化到線性迭加現(xiàn)象。因此利用該性質(zhì)可以較好地改善等離子體密度均勻性。
利用以上所述的密度線性迭加原理和密度的相干增強原理，可以利用多個放電天線單元構(gòu)造大面積、密度均勻等離子體。如圖18為利用四個放電天線單元構(gòu)造大面積、密度均勻等離子體的實例?？梢钥吹剑诜烹娤到y(tǒng)的對稱中心附近，也就是 最低的位置處，密度的相干增強效果最為明顯。較 增強了約4倍，即而較單源放電時的密度nei增強了約16倍，也就是一個量級以上。系統(tǒng)內(nèi)四個放電線圈同時工作時的等離子密度分布net在從-7cm至7cm的范圍內(nèi)密度變化范圍約為1×1019m-3到2×1019m-3之間，而電子溫度的變化范圍在1.1eV到1.2eV之間。換言之，利用四個放電天線單元可以在工作氣壓為400pa的氬氣放電中得到了尺度約為14cm，密度變化范圍在50％以內(nèi)，溫度變化在10％以內(nèi)的較大面積、密度和溫度較為均勻的等離子體。
可以看到，隨著放電天線單元數(shù)目的增多，等離子體不僅密度疊加的很高，而且密度和溫度的均勻性都得到進(jìn)一步改善。因此在具體應(yīng)用中可以視需要而增加放電天線單元數(shù)目，使等離子體的密度均勻性達(dá)到一定的要求。
根據(jù)上面所述的等離子體密度線性迭加和密度相干增強的機制來確定天線到反應(yīng)室中心的距R，其決定方法如下，首先對單個天線放電時的等離子體密度進(jìn)行測量，得到如圖19所示的徑向密度分布，并將其密度分布曲線用半對數(shù)坐標(biāo)下的兩條直線(line1、line2)進(jìn)行擬合。確定第一條直線line1開始和結(jié)束的點A、B和第二條直線開始的點C。若只利用等離子體的線性迭加關(guān)系構(gòu)造均勻等離子體，則只需要求滿足條件RA＜R＜RB即可，其中RA和RB分別為A點和B點所代表的半徑值。若要利用等離子體的相干增強原理構(gòu)造更大面積的均勻等離子體，則要求RB＜R＜RC，并且R要盡量接近RC，因為此時增強效果最佳。其中RC為C點所代表的半徑值。
一種更為簡單的方法是首先確定反應(yīng)室中心的距離R的粗略值和天線的個數(shù)，然后在具體應(yīng)用中同步地調(diào)整多個放電天線的放電電壓，以達(dá)到工作區(qū)內(nèi)等離子體密度的最佳均勻性。
本發(fā)明第二實施例如圖20所示。ICP發(fā)生裝置包括反應(yīng)室122，是用于產(chǎn)生等離子體的空間。為了保持反應(yīng)室122內(nèi)部的真空狀態(tài)，在反應(yīng)室12的底部開有真空抽氣口127，且該抽氣口127與真空泵128相連。待加工工件W由位于反應(yīng)室122底部的靜電卡盤123支撐。RF電源132連接到靜電卡盤123上，以提供偏置電壓，從而使反應(yīng)室122內(nèi)產(chǎn)生的等離子體的離子能夠以足夠高的能量與待加工物W的表面碰撞。氣體供給口124位于反應(yīng)室122的側(cè)壁處，以便將反應(yīng)氣體供給到反應(yīng)室122?？梢栽诜磻?yīng)室122之內(nèi)設(shè)置多個連接到氣體供給口124上的氣體配送口125。上蓋為126。
環(huán)狀凹腔型線圈天線129不同于第一實施例中天線垂直于待加工工件平面的結(jié)構(gòu)，在圖20中環(huán)繞等離子體區(qū)域且平行于待加工工件表面的圓周，同時被石英玻璃管130所圍繞，以保證真空室與天線之間的真空隔離。亦即玻璃管內(nèi)部與大氣連通，而玻璃管外部為真空室內(nèi)的氣壓。天線與射頻電源131連接。
第二實施例的環(huán)狀凹腔型線圈天線129的結(jié)構(gòu)如圖21所示，其中133為磁芯或僅為固定天線所用的圓環(huán)；134為螺旋線圈；135為真空隔離用石英玻璃管；136為射頻電源。整個圓周的長度可以只使用一根放電線圈天線(如圖中所示)也可以由圓周上不同段的幾根線圈天線并聯(lián)所組成，其磁芯可以只使用一根也可以用多段磁芯分別用于不同的線圈天線，其射頻電源可以只用一個(如圖中所示)也可以用多個分別用于不同的線圈天線。
在這種結(jié)構(gòu)下，工作區(qū)同樣由射頻線圈天線所環(huán)繞，當(dāng)只存在一根放電線圈天線時，所產(chǎn)生的等離子體密度由同一線圈天線的不同部分所產(chǎn)生的等離子體線性迭加或產(chǎn)生放電增強而得到；當(dāng)圓周上存在多段的線圈天線時，所產(chǎn)生得等離子體密度由多根線圈天線所產(chǎn)生的等離子體線性迭加或產(chǎn)生放電增強而得到。
本發(fā)明第三實施例如圖22所示。其結(jié)構(gòu)與第二實施例基本相同，不同的是擁有多個環(huán)狀凹腔型線圈天線(圖中為兩個)，每個線圈天線可以以串聯(lián)或并聯(lián)方式(圖中為并聯(lián))共享一個射頻電源，也可以擁有各自的電源。這種結(jié)構(gòu)根據(jù)上面所述的等離子體密度線性迭加和密度相干增強的機制不僅能夠在二維空間，更能在三維空間上，提高等離子體的密度，改善等離子體的均勻性。
如上所述，本發(fā)明的感應(yīng)耦合等離子體(ICP)發(fā)生設(shè)備，利用ICP放電中的等離子體密度線性迭加和密度相干增強的機制，使用多個凹腔型線圈天線或環(huán)狀凹腔型線圈天線，解決了目前射頻耦合等離子體應(yīng)用中的高密度和密度均勻性之間的矛盾，在較高氣壓下產(chǎn)生高密度，大面積均勻等離子體，并且提供了可用面積和密度均勻性可擴展的方法。
雖然本發(fā)明已經(jīng)具體示出并其優(yōu)選實施例加以描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解到在不背離由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精髓和范圍前提下，可以對本發(fā)明進(jìn)行各種形式和細(xì)節(jié)上的變動。
權(quán)利要求
1.凹腔型線圈天線的感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生設(shè)備，其特征在于包括提供放電氣體和等離子體與加工器件反應(yīng)場所的反應(yīng)室、放置在反應(yīng)室內(nèi)的至少一個凹腔型線圈天線、連在凹腔型線圈天線兩端的射頻RF電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凹腔型線圈天線的感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生設(shè)備，其特征在于所述的凹腔型線圈天線為至少一個棒狀凹腔型線圈天線或環(huán)狀凹腔型線圈天線構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的凹腔型線圈天線的感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生設(shè)備，其特征在于所述的每個凹腔型線圈天線由不同RF電源分別供電，或由同一個RF電源一起供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凹腔型線圈天線的感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生設(shè)備，其特征在于所述的凹腔型線圈天線由內(nèi)而外分別為磁芯、螺旋環(huán)繞磁芯的線圈、絕緣層，絕緣層內(nèi)為大氣壓環(huán)境，玻璃管外為放電室的工作氣體環(huán)境即等離子體區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凹腔型線圈天線的感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生設(shè)備，其特征在于所述的凹腔型線圈天線由內(nèi)而外分別為螺旋環(huán)繞的線圈、絕緣層，絕緣層內(nèi)為大氣壓環(huán)境，玻璃管外為放電室的工作氣體環(huán)境即等離子體區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的凹腔型線圈天線的感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生設(shè)備，其特征在于在所述的凹腔型線圈天線中的線圈和磁芯發(fā)熱嚴(yán)重時，在磁芯中加入冷卻的結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的凹腔型線圈天線的感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生設(shè)備，其特征在于在大于一個凹腔型線圈天線時，可以共用一個磁芯，也可以分別擁有各自的磁芯。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的凹腔型線圈天線的感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生設(shè)備，其特征在于在大于一個凹腔型線圈天線時，可以共用一個磁芯，也可以分別擁有各自的磁芯。
9.凹腔型線圈天線的感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生設(shè)備，其特征在于包括反應(yīng)室，是用于產(chǎn)生等離子體的空間；為了保持反應(yīng)室內(nèi)部的真空狀態(tài)，在反應(yīng)室的底部開有真空抽氣口，且該抽氣口與真空泵相連；待加工工件由位于反應(yīng)室底部的靜電卡盤支撐；RF電源連接到靜電卡盤上，以提供偏置電壓，從而使反應(yīng)室內(nèi)產(chǎn)生的等離子體的離子能夠以足夠高的能量與待加工物的表面碰撞；氣體供給口位于反應(yīng)室的側(cè)壁處，以便將反應(yīng)氣體供給到反應(yīng)室，可以在反應(yīng)室之內(nèi)設(shè)置多個連接到氣體供給口上的氣體配送口；上蓋被開出環(huán)繞圓周的圓孔，圓孔內(nèi)放置凹腔型線圈天線；凹腔型線圈天線被石英玻璃管所圍繞，以保證真空室與天線之間的真空隔離，即玻璃管內(nèi)部與大氣連通，而玻璃管外部為真空室內(nèi)的氣壓；凹腔型線圈天線與RF電源連接以在凹腔型線圈天線中產(chǎn)生電流并最終在反應(yīng)室內(nèi)產(chǎn)生等離子體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的凹腔型線圈天線的感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生設(shè)備，其特征在于所述的凹腔型線圈天線為至少一個棒狀凹腔型線圈天線構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的凹腔型線圈天線的感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生設(shè)備，其特征在于棒狀凹腔型線圈天線環(huán)繞反應(yīng)室底部的靜電卡盤放置。
12.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的凹腔型線圈天線的感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生設(shè)備，其特征在于所述的每個天線可以采用單獨供電的方式，也可采用一個射頻電源同時供電的方式。
13.凹腔型線圈天線的感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生設(shè)備，其特征在于包括反應(yīng)室，是用于產(chǎn)生等離子體的空間，為了保持反應(yīng)室內(nèi)部的真空狀態(tài)，在反應(yīng)室的底部開有真空抽氣口，且該抽氣口與真空泵相連，待加工工件由位于反應(yīng)室底部的靜電卡盤支撐；RF電源連接到靜電卡盤上，以提供偏置電壓，從而使反應(yīng)室內(nèi)產(chǎn)生的等離子體的離子能夠以足夠高的能量與待加工物的表面碰撞；氣體供給口位于反應(yīng)室的側(cè)壁處，以便將反應(yīng)氣體供給到反應(yīng)室，可以在反應(yīng)室之內(nèi)設(shè)置多個連接到氣體供給口上的氣體配送口；環(huán)狀凹腔型線圈天線環(huán)繞等離子體區(qū)域且平行于待加工工件表面的圓周，同時被石英玻璃管所圍繞，以保證真空室與天線之間的真空隔離，即玻璃管內(nèi)部與大氣連通，而玻璃管外部為真空室內(nèi)的氣壓，凹腔型線圈天線與射頻電源連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的凹腔型線圈天線的感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生設(shè)備，其特征在于所述的環(huán)狀凹腔型線圈天線為一個或一個以上組合。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的凹腔型線圈天線的感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生設(shè)備，其特征在于所述的環(huán)狀凹腔型線圈天線平行于反應(yīng)室底部的靜電卡盤表面放置且共軸。
16.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的凹腔型線圈天線的感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生設(shè)備，其特征在于所述的環(huán)狀凹腔型線圈天線由磁芯或為固定該天線所用的圓環(huán)構(gòu)成，在磁芯外為螺旋線圈，最外層是用于真空隔離的石英玻璃管。
17.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的凹腔型線圈天線的感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生設(shè)備，其特征在于所述的環(huán)狀凹腔型線圈天線在整個圓周的長度上可以只使用一根放電線圈天線，也可以由圓周上不同段的幾根線圈天線并聯(lián)組成。
18.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的凹腔型線圈天線的感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生設(shè)備，其特征在于所述的磁芯可以只使用一根，也可以用多段磁芯。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的凹腔型線圈天線的感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生設(shè)備，其特征在于圓周上不同段的幾根線圈天線可以并聯(lián)方式共享一個射頻電源，也可以擁有各自的電源。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的凹腔型線圈天線的感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生設(shè)備，其特征在于所述的一個以上環(huán)狀凹腔型線圈天線可以以串聯(lián)或并聯(lián)方式共享一個射頻電源，也可以擁有各自的電源。
全文摘要
凹腔型線圈天線的感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生設(shè)備，包括提供放電氣體和等離子體與加工器件反應(yīng)場所的反應(yīng)室、放置在反應(yīng)室內(nèi)的至少一個凹腔型線圈天線、連在凹腔型線圈天線兩端的射頻RF電源；所述的凹腔型線圈天線為至少一個棒狀凹腔型線圈天線或環(huán)狀凹腔型線圈天線構(gòu)成，每個凹腔型線圈天線由不同RF電源分別供電，或由同一個RF電源一起供電。本發(fā)明能夠在較高氣壓下產(chǎn)生高密度，大面積均勻等離子體。
文檔編號H05H1/30GK101043786SQ20061016481
公開日2007年9月26日 申請日期2006年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月6日
發(fā)明者歐陽亮, 劉萬東, 白小燕, 陳志鵬, 王慧慧, 李弘 , 羅辰, 吉亮亮, 胡北 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)