[实用新型]一种感应耦合型等离子体处理装置

说明书

技术领域

本发明涉及等离子体处理技术领域，特别涉及一种感应耦合型等离子体处理装置。

背景技术

一般地，在感应耦合型等离子体处理装置中，由电介质的窗构成处理容器的壁部的至少一部分，例如顶部，且向设置在该电介质窗外的线圈形状的RF天线供给高频电力。处理容器形成为能够减压的真空腔室，在腔室内的中央部配置有被处理基板，向设置在电介质窗和基板之间的处理空间中导入处理气体。由于RF天线中流有高频电流，所以磁力线贯穿电介质窗在RF天线周围会产生通过腔室内处理空间的高频的交流磁场，由于该交流磁场随时间变化，所以在处理空间内的方位角方向上会产生感应电场。并且，由于该感应电场而在方位角方向上被加速的电子与处理气体的分子或原子产生电离碰撞，从而生成等离子体。

然而，等离子体具有偏离热力学平衡的性质，一类是等离子体宏观参量产生的不稳定性使等离子体整体的形状改变，另一类是等离子体的速度空间分布函数偏离麦克斯韦分布产生的不稳定性。等离子体中的不稳定性会导致带电粒子的逃逸或输运系数的异常增大，破坏等离子体的约束或限制约束时间。

因此，精细控制等离子体密度分布以及保持良好的谐振电磁波产生稳定的电场，克服等离子体的各种不稳定性，成为亟待解决的问题。

随着材料的发展，人们对“超材料”有了新的认识，迄今发展出的“超材料”包括：“左手材料”、光子晶体、“超磁性材料”等，其往往不主要决定于构成材料的本征性质，而决定于其中的结构单元，具有天然材料所不具备的超常物理性质；通过在超材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通超常材料的功能。

一般的超材料可由介质基材和设置上介质基材上的多个结构单元组成，可提供各种普通材料具有和不具有的材料特性。单个结构单元的大小一般小于1/10个波长，对外加电场和/或磁场具有电响应和/或磁响应，从而具有表现出等效介电常数和/或等效磁导率，或者等效折射率和波阻抗。结构单元的等效介电常数和等效磁导率（或等效折射率和波阻抗）由单元的几何尺寸参数决定，可人为设计和控制。并且结构单元具有人为设计的各向异性的电磁参数，从而产生许多新奇的现象，实现对电磁场的影响。

发明内容

为了弥补以上不足，本发明提供了可精细控制基板附近等离子体密度分布且可增加等离子体稳定性的感应耦合型等离子体处理装置。

本发明的技术方案为：

一种感应耦合型等离子体处理装置，包括处理腔室、处理气体供给单元、射频单元和高频电源，所述处理腔室顶部气密地安装有由超材料制备而成的超材料顶板；所述超材料顶板包括基材层和附着在所述基材层上的若干金属线结构单元。

作为优选，所述的感应耦合型等离子体处理装置：

所述处理腔室内设置有由导电材料制成的用于载置待处理基板的载置台，所述载置台兼作为高频电极；所述载置台收纳于绝缘框内，所述绝缘框被中空的支柱支撑；所述支柱底端位于处理腔室外部并被升降机构支撑；所述绝缘框与处理腔室底部设置有气密性包围所述支柱的伸缩管；所述处理腔室底部设有排气口；

所述高频电源包括第一高频电源和第二高频电源；所述第一高频电源经整合器由设置于所述支柱内的供电线连接至所述载置台；

所述气体供给单元包括设置于处理腔室侧壁的气体缓冲部，所述缓冲部周向上间隔设置有面对等离子体生成空间的若干侧壁气体排出孔；所述缓冲部通过管道连通气体供给源；

所述射频单元包括与所述处理腔室一体设置的天线室，所述天线室位于所述超材料顶板上方并与外部电磁屏蔽地收纳有用于在处理腔室内生成等离子体的射频天线，所述射频天线与所述超材料顶板平行设置；所述射频天线包括在径向上间隔且同轴配置的内侧线圈、中间线圈和外侧线圈；所述内侧线圈、中间线圈和外侧线圈并联设置于第一节点N_A和第二节点N_B之间，所述第一节点N_A通过匹配器连接第二高频电源，所述第二节点N_B连接接地电位的回程线，所述内侧线圈、中间线圈和外侧线圈分别串联连接第一电容器、第二电容器和第三电容器。

进一步的，所述内侧线圈和外侧线圈形成逆时针回路，所述中间线圈形成顺时针回路。

作为优选，所述基材层为FR4、F4B或聚四氟乙烯基材层；所述金属线结构单元中的金属线为银线或铜线。

进一步的，由金属线构成的若干金属线结构单元呈“工”字形、“T”字形或“十”字形。