[发明专利]表面波等离子体设备

说明书

本发明提供一种表面波等离子体设备，包括矩形波导、同轴转换单元、谐振腔和反应腔室，矩形波导通过同轴转换单元向谐振腔传输微波能量。该同轴转换单元包括第一渐变结构、同轴结构和第二渐变结构，其中，第一渐变结构设置在矩形波导与同轴结构之间；第二渐变结构设置在同轴结构与谐振腔之间；并且，第一渐变结构、同轴结构和第二渐变结构同轴设置。本发明提供的表面波等离子体加工设备，其可以更容易地实现阻抗匹配，同时减少微波能量损耗，提高耦合效率。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体地，涉及一种表面波等离子体设备。

背景技术

目前，等离子体加工设备被广泛地应用于集成电路或MEMS器件的制造工艺中。等离子体加工设备包括电容耦合等离子体加工设备、电感耦合等离子体加工设备、电子回旋共振等离子体加工设备和表面波等离子体加工设备等。其中，表面波等离子体加工设备相对其他等离子体加工设备而言，可以获得更高的等离子体密度、更低的电子温度，且不需要增加外磁场，因此表面波等离子体加工设备成为最先进的等离子体设备之一。

现有的表面波等离子体加工设备主要包括矩形波导、同轴转换单元、谐振腔和反应腔室，其中，矩形波导通过同轴转换单元向谐振腔传输微波能量。该同轴转换单元包括同轴的圆筒体和圆柱体，其中，圆柱体为螺钉探针，其自矩形波导的上方竖直向下依次穿过矩形波导和圆筒体，并延伸至谐振腔内。微波首先在矩形波导中形成均匀分布的主模为TE10模式的驻波，然后通过圆柱体传输至谐振腔内。在此过程中，同轴的圆筒体和圆柱体可以将微波从TE10模式转化为TEM模式。

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：由于上述圆筒体和圆柱体分别与矩形波导和谐振腔的连接处是不连续的，这会产生反射波，导致无法实现阻抗匹配；同时，这种结构也容易因发生激变而引发高次模，如TE1n模和TM模，导致耦合效率降低。

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，其可以更容易地实现阻抗匹配，同时减少微波能量损耗，提高耦合效率。

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，包括矩形波导、同轴转换单元、谐振腔和反应腔室，所述矩形波导通过所述同轴转换单元向所述谐振腔传输微波能量，所述同轴转换单元包括第一渐变结构、同轴结构和第二渐变结构，其中，所述第一渐变结构设置在所述矩形波导与所述同轴结构之间；所述第二渐变结构设置在所述同轴结构与所述谐振腔之间；并且，所述第一渐变结构、所述同轴结构和所述第二渐变结构同轴设置。

优选的，所述矩形波导包括与所述同轴结构相对应的第一开口；

所述第一渐变结构包括第一圆锥体，所述第一圆锥体竖直设置在所述矩形波导的内壁上，且所述第一圆锥体的下端位于所述第一开口处，并且所述第一圆锥体的直径由上而下逐渐减小。

优选的，所述第一圆锥体的直径由上而下逐渐减小被设置为：使所述第一圆锥体的阻抗采用指数渐变或者三角形渐变的形式由上而下逐渐减小。

优选的，所述第一圆锥体的直径由上而下逐渐减小被设置为：使所述第一圆锥体的阻抗采用指数渐变的形式由上而下逐渐减小；

所述第一圆锥体的阻抗满足下述公式：

Z(L)＝Z₀e^αL

其中，Z(L)为所述第一圆锥体在Z等于指数渐变线长度处的阻抗；L为数渐变线长度；Z₀为所述第一圆锥体的下端处的阻抗；α为传播常数；

通过设定所述数渐变线长度和所述传播常数，来减少高次模反射。

优选的，所述同轴结构包括同轴的圆筒体和圆柱体，且所述圆柱体位于所述圆筒体内；其中，

所述圆柱体的上端与所述第一渐变结构的下端连接；所述圆筒体的上端与所述矩形波导连接。