[发明专利]一种低温等离子体处理装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及等离子体技术，尤其涉及一种低温等离子体处理装置及方法。

背景技术

目前，等离子体技术广泛应用于表面物质的刻蚀和薄膜的沉积。在表面物质的刻蚀方面，等离子体刻蚀具有良好的刻蚀速率和各向异性、刻蚀选择性及工艺的可重复性等诸多优点；在薄膜沉积方面，等离子体增强化学气相沉积法（Plasma Enhanced chemical Vapor Deposition,PECVD）以其沉积温度低、对基体影响小、沉积速度快、膜的厚度及成分均匀性好等优点，被工业广泛应用。

现有技术中，可将高频的射频（Radio Frequency,RF）源连接在阴性电极板上用以等离子体形成及密度控制，低频的射频源被连接在阳性电极板上用以调制等离子体鞘层，通过鞘层偏压来控制离子到达基材表面的能量。

然而，上述技术仍然存在甚高频引发的驻波效应和趋肤效应明显；甚高频与其他频率的耦合效应明显，很难实现等离子体密度和鞘层偏压的独立控制；在大面积基材上电场均匀性不够等问题；同时，现有技术中等离子体装置的馈入结构复杂，成本高。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种低温等离子体处理装置及方法，可低成本地获得大面积电场的均匀性，有效解耦，并有效减少甚高频引发的驻波效应和趋肤效应。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种低温等离子体处理装置，包括：

进行等离子体反应的反应室，所述反应室内侧设置有第一电极板和第二电极板，所述第一电极板与所述反应室外壳绝缘，所述第二电极板与所述反应室外壳一起接地；

所述反应室设置有输入工作气体的进气口，所述反应室与所述第一电极板之间设有气体分配器，工作气体通过所述进气口经过所述气体分配器进入所述反应室，所述反应室的两侧设置有反应后气体的出气口；

至少两个射频源分别通过相应的射频源匹配网络，利用馈入元件与所述第一电极板上的射频馈入点连接，其中所述第一电极板上的射频馈入点至少为两个。

其中，所述射频源匹配网络包括“L”型电路或“π”型电路。

其中，所述馈入元件包括同轴电缆、三明治结构的扁平带和同心结构的柱状馈入元件中的任一种或者其组合。

其中，所述第一电极板与所述第二电极板之间的间距为固定或可调。

其中，所述三明治结构的扁平带馈入元件包括由三层铜带或铝合金带构成，所述铜带或所述铝合金带的外表面镀银，所述铜带或所述铝合金带上下两层之间采用陶瓷或聚四氟乙烯绝缘。

其中，还包括冷却管道，所述冷却管道安装于所述馈入元件上，所述冷却管道中包含冷却介质。

其中，所述第一电极板和所述第二电极板的材料为铝材；

所述第一电极板与所述反应室外壳之间绝缘材料为陶瓷或聚四氟乙烯。

其中，所述第一电极板的长为1500-2600mm，宽为800-2200mm，厚为15mm。

相应地，本发明实施例还提供了一种低温等离子体处理方法，包括：

将待处理基材放置在反应室内的第二电极板上，并通过所述反应室两侧设置的出气口抽气；

当反应室内的温度达到预定的温度，且所述反应室压力达到1-2×10^-4mbar时，将工作气体通过所述反应室设置的进气口在气体分配器中混合后输入到所述反应室；

调节所述反应室压力，并打开所需频率的射频源，其中所述射频源通过相应的射频匹配网络利用馈入元件与第一电极板上的射频馈入点连接并持续预定时间的放电；

关闭所述射频源。

其中，当制备非晶硅或微晶硅薄膜时，所述预定的温度范围为160℃-200℃，调节所述反应室压力范围为1mbar-8mbar，预定时间范围为15min-30min；

当刻蚀硅基材时，所述预定的温度范围为40℃-80℃，调节所述反应室压力范围为0.2mbar-5mbar，预定时间范围为4min-6min。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例通过低温等离子体处理装置的结构可实现多频率的有效组合和多点馈入方式的组合，有效地减少驻波和趋肤效应，更好的实现解耦，从而可独立控制等离子体的密度和鞘层偏压，并且在第一电极板上实现至少双频的馈入，简化了传统的射频馈入结构，降低了等离子体处理装置的成本。

附图说明