[发明专利]表面波等离子体加工设备

说明书

本发明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。本发明提供的表面波等离子体加工设备，其可以提高工艺均匀性。

技术领域

本发明涉及等离子体技术领域，具体地，涉及一种表面波等离子体加工设备。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

为实现本发明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；