專(zhuān)利名稱(chēng)：微波激勵(lì)的小型等離子體刻蝕裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體元器件及光電子器件加工中的刻蝕裝置，尤其是涉及一 種微波激勵(lì)的小型等離子體刻蝕裝置。
背景技術(shù)：
等離子體刻蝕裝置主要是利用等離子體對(duì)待刻蝕的光電子器件或半導(dǎo)體元器件等 的物理及化學(xué)反應(yīng)而工作的。目前，市場(chǎng)上流行的等離子體刻蝕裝置主要有電容耦合式 (CCP)等離子體刻蝕機(jī)和感應(yīng)耦合式(ICP)等離子體刻蝕機(jī)兩大種。電容耦合式等
離子體刻蝕機(jī)能產(chǎn)生大口徑的等離子體，且成本較低，但是存在電極污染問(wèn)題，并且工
作壓強(qiáng)相對(duì)比較高，等離子體密度較低，不適合高密度等離子體刻蝕；另一方面，電容 耦合式等離子體刻蝕機(jī)中的高頻放電電源和高頻偏壓電源同時(shí)作用于等離子體，因此對(duì) 等離子體的濃度控制和轟擊待刻蝕樣品的粒子能量的控制很難分開(kāi)調(diào)節(jié)。感應(yīng)耦合式等 離子體刻蝕機(jī)能產(chǎn)生高密度等離子體，能夠分開(kāi)調(diào)節(jié)等離子體的密度和轟擊待刻蝕樣品 的粒子能量，且具有較寬的壓強(qiáng)工作范圍，因此被廣泛地應(yīng)用，但是感應(yīng)耦合式等離子 體刻蝕機(jī)也有不足，如需要在反應(yīng)室頂蓋上固定電感線圈，為了屏蔽產(chǎn)生的電極污染， 外加屏蔽罩的體積較大；其中一些感應(yīng)耦合式等離子體刻蝕機(jī)在側(cè)壁開(kāi)有觀察窗，但會(huì) 影響等離子體分布的對(duì)稱(chēng)性；另外也有感應(yīng)耦合式等離子體刻蝕機(jī)通過(guò)內(nèi)置復(fù)雜的檢測(cè) 裝置等來(lái)監(jiān)測(cè)刻蝕過(guò)程，雖然等離子體分布的對(duì)稱(chēng)性得到了保證，但價(jià)格較高。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種工作壓強(qiáng)范圍大，能夠在較低壓強(qiáng)下產(chǎn) 生較高密度等離子體，無(wú)電極污染且等離子體分布均勻?qū)ΨQ(chēng)的以微波激勵(lì)的等離子體刻 蝕裝置。
本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為 一種微波激勵(lì)的小型等離子體 刻蝕裝置，包括主體設(shè)備和外圍設(shè)備，所述的外圍設(shè)備主要由氣體供應(yīng)裝置、供水裝置 和真空裝置組成，所述的氣體供應(yīng)裝置、所述的供水裝置和所述的真空裝置分別與所述 的主體設(shè)備連接，所述的主體設(shè)備主要由微波系統(tǒng)和反應(yīng)裝置組成，所述的微波系統(tǒng)包括微波室、設(shè)置于所述的微波室上的微波源和與所述的微波源電連接的微波控制電路， 所述的反應(yīng)裝置設(shè)置于所述的微波室內(nèi)，所述的反應(yīng)裝置包括反應(yīng)室和與所述的反應(yīng)室 相匹配的石英蓋，所述的反應(yīng)室內(nèi)設(shè)置有底座支架、樣品臺(tái)和約束裝置，所述的底座支 架的下部設(shè)置有中央排氣部件，所述的中央排氣部件通過(guò)排氣管與所述的真空裝置連 接，所述的樣品臺(tái)絕緣連接于所述的底座支架上，所述的樣品臺(tái)連接有用于調(diào)節(jié)和控制 偏置電壓的高頻偏壓電源，所述的樣品臺(tái)內(nèi)設(shè)置有水冷槽，所述的水冷槽通過(guò)進(jìn)水管和 排水管與所述的供水裝置連接，所述的反應(yīng)室的頂部設(shè)置有進(jìn)氣流環(huán)形分散器，所述的 進(jìn)氣流環(huán)形分散器通過(guò)進(jìn)氣管道及進(jìn)氣管與所述的氣體供應(yīng)裝置連接，所述的進(jìn)氣流環(huán) 形分散器與所述的約束裝置連接，所述的石英蓋、所述的樣品臺(tái)和所述的約束裝置之間 的空間形成反應(yīng)腔。
所述的微波室包括微波室腔體和與所述的微波室腔體活動(dòng)配合的微波室腔門(mén)，所述 的微波源設(shè)置于所述的微波室腔體的正上方，所述的微波室腔門(mén)上設(shè)置有用于觀察刻蝕 樣品過(guò)程的觀察窗口，所述的觀察窗口上裝有微波屏蔽網(wǎng)。
所述的石英蓋呈圓弧狀，所述的石英蓋與所述的反應(yīng)室之間設(shè)置有密封裝置。
所述的密封裝置包括設(shè)置于所述的反應(yīng)室的頂端的環(huán)形密封槽和設(shè)置于所述的環(huán) 形密封槽上的密封槽壁，所述的環(huán)形密封槽內(nèi)設(shè)置有密封橡膠圈，所述的石英蓋上設(shè)置 有石英蓋把手，所述的密封槽壁上開(kāi)設(shè)有便于取放所述的石英蓋的開(kāi)口。
所述的中央排氣部件包括主排氣管和分布于所述的主排氣管四周的分排氣管，所述 的主排氣管與所述的分排氣管連通，所述的主排氣管通過(guò)所述的排氣管與所述的真空裝 置連接。
所述的底座支架與所述的樣品臺(tái)之間設(shè)置有絕緣裝置。
所述的約束裝置采用的材料為具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性的材料，所述的約束裝置 包括約束壁和約束底環(huán)，所述的約束底環(huán)設(shè)置于所述的約束壁的底部，所述的約束底環(huán) 的厚度大于8mm，所述的約束底環(huán)上環(huán)形均勻分布有用于控制氣流的流速和分布的通 氣孔，所述的約束底環(huán)的上表面略高于或等高于所述的樣品臺(tái)的載物面，所述的約束底 環(huán)與所述的樣品臺(tái)之間設(shè)置有絕緣圈，所述的約束壁的頂部與所述的進(jìn)氣流環(huán)形分散器 連接。
所述的進(jìn)氣管道設(shè)置于所述的反應(yīng)室內(nèi)并貫穿所述的反應(yīng)室的底部，所述的進(jìn)氣管 道與所述的進(jìn)氣管連通，所述的進(jìn)氣流環(huán)形分散器上設(shè)置有環(huán)形氣體分散腔，所述的環(huán) 形氣體分散腔與所述的進(jìn)氣管道連通，所述的進(jìn)氣流環(huán)形分散器上均勻分布有氣體分散 小孔，所述的氣體分散小孔與所述的環(huán)形氣體分散腔連通，所述的氣體分散小孔的傾斜 率與所述的石英蓋的弧度相匹配。
所述的氣體分散小孔內(nèi)安裝有套管，所述的套管內(nèi)設(shè)置有貫穿所述的套管的氣流 孔，所述的氣體分散小孔與所述的氣流孔連通。所述的進(jìn)水管包括進(jìn)水金屬管和進(jìn)水軟管，所述的排水管包括排水金屬管和排水軟 管，所述的進(jìn)水金屬管和所述的排水金屬管均設(shè)置于所述的水冷槽內(nèi)并貫穿所述的水冷 槽的底部，所述的進(jìn)水金屬管的一端穿過(guò)所述的底座支架和所述的中央排氣部件與所述 的進(jìn)水軟管連通，所述的排水金屬管的一端穿過(guò)所述的底座支架和所述的中央排氣部件 與所述的排水軟管連通，所述的進(jìn)水軟管和所述的排水軟管分別與所述的供水裝置連 接，所述的進(jìn)水金屬管位于所述的水冷槽內(nèi)的一端的管口彎曲且所述的管口朝向所述的 水冷槽的槽壁，所述的進(jìn)水金屬管的管口的位置靠近所述的水冷槽的底部，所述的排水 金屬管位于所述的水冷槽內(nèi)的一端的管口的位置靠近所述的水冷槽的頂部。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于①通過(guò)采用微波激勵(lì)的方式，避免了電 極污染，且能產(chǎn)生較高的等離子體密度，及有較大的壓強(qiáng)工作范圍，同時(shí)由于微波技術(shù) 比較成熟，微波泄漏較易控制與防護(hù)，因此有較好的安全性能；它與高頻偏壓電源分立 調(diào)控等離子體的密度和轟擊能量，以更好的控制等離子體的刻蝕速率及刻蝕深度。②將 微波源設(shè)于微波室的上方，保證了放電用的電場(chǎng)的對(duì)稱(chēng)性分布，加之設(shè)計(jì)了用于對(duì)稱(chēng)分 散氣體用的進(jìn)氣流環(huán)形分散器，對(duì)稱(chēng)均勻氣體流的通氣孔，及對(duì)稱(chēng)排氣用的中央排氣部 件，使得該裝置生成的等離子體具有良好的對(duì)稱(chēng)性，又由于氣體流在流動(dòng)中沒(méi)有阻礙， 同時(shí)配有調(diào)節(jié)等離子體分布的套管，因此在樣品臺(tái)上方的氣流分布具有良好的均勻性。 這樣就使刻蝕速率具有良好的均勻性。③采用圓弧狀的大面積石英蓋，增強(qiáng)了耦合效率， 同時(shí)方便了對(duì)反應(yīng)腔內(nèi)反應(yīng)狀況的觀察。④集合了多種可拆裝結(jié)構(gòu)，方便了反應(yīng)腔體的 維修和清洗，提高了整機(jī)的使用壽命，同時(shí)可以通過(guò)更換零部件如樣品臺(tái)等擴(kuò)展其使用 范圍。(D性價(jià)比高，利用本實(shí)用新型的刻蝕裝置可開(kāi)展等離子體技術(shù)的基礎(chǔ)研究及教學(xué) 實(shí)驗(yàn)，有利于我國(guó)等離子體技術(shù)的推廣和應(yīng)用。


圖1為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)框圖2為本實(shí)用新型的主體設(shè)備的剖視圖3為本實(shí)用新型的微波室的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)示意圖4為本實(shí)用新型的石英蓋的俯視圖5為本實(shí)用新型的密封裝置(未設(shè)密封橡膠圈)的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖6a為本實(shí)用新型的樣品臺(tái)的俯視圖6b為圖6a中的A-A向剖視圖7a為本實(shí)用新型的底座支架的俯視圖7b為圖7a的橫向剖視圖8a為本實(shí)用新型的其中一種結(jié)構(gòu)的約束底環(huán)的 視圖；圖8b為本實(shí)用新型的另一種結(jié)構(gòu)的約束底環(huán)的俯視圖9為本實(shí)用新型的進(jìn)氣流環(huán)形分散器的部分結(jié)構(gòu)剖視圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
如圖1所示， 一種微波激勵(lì)的小型等離子體刻蝕裝置，包括主體設(shè)備101和外圍設(shè) 備。外圍設(shè)備主要由氣體供應(yīng)裝置102、供水裝置106和真空裝置107組成，真空裝置 107包括真空表104和真空泵105。氣體供應(yīng)裝置102用于供應(yīng)刻蝕反應(yīng)氣體，氣體供 應(yīng)裝置102與主體設(shè)備101之間連接有進(jìn)氣管110，進(jìn)氣管110上設(shè)置有用于控制刻蝕 反應(yīng)氣體的進(jìn)氣流量和流速的氣體流調(diào)節(jié)閥103，供水裝置106為樣品刻蝕過(guò)程提供所 需的冷卻水，供水裝置106與主體設(shè)備101之間連接有進(jìn)水軟管112和排水軟管113， 真空泵105與主體設(shè)備101之間連接有排氣管111，真空表104連接在排氣管111上。
主體設(shè)備IOI如圖2所示主要由微波系統(tǒng)和反應(yīng)裝置組成。微波系統(tǒng)包括微波室1、 設(shè)置于微波室1上的微波源2和與微波源2電連接的微波控制電路3，通過(guò)微波控制電 路3對(duì)微波源2的調(diào)控來(lái)控制等離子體的產(chǎn)生及等離子體的密度。微波室1如圖3所示 包括微波室腔體11和與微波室腔體11活動(dòng)配合連接的微波室腔門(mén)12，結(jié)構(gòu)與日用微波 爐的腔室結(jié)構(gòu)相似，微波室腔門(mén)12上設(shè)置有用于觀察刻蝕樣品過(guò)程的觀察窗口 (圖中 未示出)，觀察窗口上裝有微波屏蔽網(wǎng)。微波源2為磁控管，微波源2須設(shè)置于微波室 腔體11的正上方，這是因?yàn)檫@樣可滿足微波場(chǎng)的對(duì)稱(chēng)性分布，而微波場(chǎng)的對(duì)稱(chēng)性分布 可使得在反應(yīng)裝置內(nèi)產(chǎn)生對(duì)稱(chēng)性分布的等離子體，而等離子體的分布特性將直接影響樣 品的刻蝕效果，當(dāng)然在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，微波源2設(shè)置的位置允許稍許偏離微波室腔體 ll的正上方一點(diǎn)。微波控制電路3采用現(xiàn)有的技術(shù)，其具有定時(shí)控制和功率控制功能， 通過(guò)調(diào)控微波源2的工作時(shí)間和功率來(lái)控制反應(yīng)裝置內(nèi)等離子體的產(chǎn)生時(shí)間和等離子體 的產(chǎn)生密度。
反應(yīng)裝置設(shè)置于微波室l內(nèi)，反應(yīng)裝置包括反應(yīng)室4和與反應(yīng)室4相匹配的石英蓋 5。石英蓋的結(jié)構(gòu)如圖4所示，石英蓋5呈圓弧狀，圓弧狀的石英蓋5可以增加反應(yīng)室 內(nèi)反應(yīng)氣體與微波的接觸面積，從而增加微波能量的耦合效率，同時(shí)也增加了石英蓋5 的抗壓強(qiáng)度；石英蓋5與反應(yīng)室4之間設(shè)置有密封裝置，密封裝置將微波室1與反應(yīng)室 4隔開(kāi)，使得微波室1與反應(yīng)室4處于不同的壓強(qiáng)狀態(tài)下，并起到一個(gè)將微波能量耦合 進(jìn)反應(yīng)室4的作用，密封裝置如圖5所示包括設(shè)置于反應(yīng)室4的頂端的環(huán)形密封槽41 和設(shè)置于環(huán)形密封槽41上的密封槽壁42，環(huán)形密封槽41內(nèi)設(shè)置有密封橡膠圈43 (在 圖5中未示出)，石英蓋5上設(shè)置有石英蓋把手51，密封槽壁42上開(kāi)設(shè)有便于取放石英 蓋5的開(kāi)口 44，石英蓋5扣在環(huán)形密封槽41中。在實(shí)際使用時(shí)，可在密封橡膠圈43上涂上一層密封油脂，這樣可使得密封效果更好。石英蓋5、樣品臺(tái)7和約束裝置8共 同構(gòu)成一個(gè)反應(yīng)腔46，微波激勵(lì)產(chǎn)生的等離子體約束在反應(yīng)腔46內(nèi)。
反應(yīng)室4內(nèi)設(shè)置有底座支架6、樣品臺(tái)7和約束裝置8。如圖7a和圖7b所示，底 座支架6的下部設(shè)置有中央排氣部件61，中央排氣部件61將反應(yīng)室4和真空裝置107 連通。中央排氣部件61包括主排氣管63和對(duì)稱(chēng)分布于主排氣管63四周的四個(gè)分排氣 管64，四個(gè)分排氣管64分別與反應(yīng)室4連通，主排氣管63與分排氣管64連通，主排 氣管63通過(guò)排氣管111與真空裝置107連接，真空裝置107中的真空表104用于觀察 反應(yīng)室4內(nèi)的壓強(qiáng)值，而真空泵105用于保持反應(yīng)室4內(nèi)的真空度及廢氣的排出。在此， 可將主排氣管63的直徑設(shè)計(jì)在6-15mm范圍內(nèi)，將分排氣管64的直徑設(shè)計(jì)在4-8mm范 圍內(nèi)，主排氣管63尺寸的限制主要是為了和外接的真空泵105的接入管道對(duì)應(yīng)，也是 為了和實(shí)驗(yàn)室常用的氣路系統(tǒng)對(duì)應(yīng)。
樣品臺(tái)7通過(guò)現(xiàn)有的固定件如螺釘?shù)裙潭ㄟB接于底座支架6上，底座支架與樣品臺(tái) 之間設(shè)置有絕緣裝置，該絕緣裝置包括設(shè)置在底座支架6上的固定環(huán)63、設(shè)置于固定環(huán) 63內(nèi)的絕緣橡膠圈72及套設(shè)在固定件如螺釘?shù)韧獠康南鹉z絕緣套73，絕緣橡膠圈72 將樣品臺(tái)7和底座支架6隔開(kāi)并起到密封反應(yīng)腔46的作用，密封后可使得樣品臺(tái)7的 載物面處于低壓狀態(tài)下，而水冷槽71所處的那一面處于常壓下。樣品臺(tái)7連接有用于 調(diào)節(jié)和控制偏置電壓的高頻偏壓電源62，通過(guò)調(diào)節(jié)偏置電壓的大小，控制等離子體轟擊 置放于樣品臺(tái)7的載物面上的樣品的能量，在此高頻偏壓電源62采用現(xiàn)有的技術(shù)，高 頻偏壓電源62的頻率為13.56MHz，絕緣裝置的設(shè)置主要是為確保樣品臺(tái)7與底座支架 6的絕緣性，從而方便的增加該高頻偏壓電源62來(lái)控制粒子的轟擊能量。樣品臺(tái)7的結(jié) 構(gòu)如圖6a和圖6b所示，樣品臺(tái)7內(nèi)設(shè)置有水冷槽71，水冷槽71內(nèi)設(shè)置有貫穿水冷槽 71的底部的進(jìn)水金屬管76和排水金屬管77，進(jìn)水金屬管76的一端穿過(guò)底座支架6和 中央排氣部件61與進(jìn)水軟管112連通，排水金屬管77的一端穿過(guò)底座支架6和中央排 氣部件61的分排氣管64與排水軟管113連通，這樣實(shí)現(xiàn)了水冷槽71通過(guò)進(jìn)水軟管112 和排水軟管113與供水裝置106的連接。由于進(jìn)水金屬管76和排水金屬管77的一端是 穿過(guò)分排氣管64和底座支架6接入水冷槽71內(nèi)的，因此為確保樣品臺(tái)7和底座支架6 之間的絕緣性，在進(jìn)水金屬管76及排水金屬管77與底座支架6可能接觸部分上設(shè)置絕 緣套或絕緣物質(zhì)。進(jìn)水金屬管76位于水冷槽71內(nèi)的一端的管口彎曲且管口朝向水冷槽 71的槽壁，進(jìn)水金屬管76的管口的位置靠近水冷槽71的底部，排水金屬管77位于水 冷槽71內(nèi)的一端的管口的位置靠近水冷槽71的頂部，排水金屬管77的端口靠近水冷 槽71的頂部可使冷卻水能充滿水冷槽71后流出。
反應(yīng)室4的頂部設(shè)置有與約束裝置8連接的進(jìn)氣流環(huán)形分散器9，反應(yīng)室4內(nèi)設(shè)置 有貫穿反應(yīng)室4的底部的進(jìn)氣管道45，進(jìn)氣管道45與外部的進(jìn)氣管110連通，進(jìn)氣流 環(huán)形分散器9通過(guò)進(jìn)氣管道45和進(jìn)氣管110與氣體供應(yīng)裝置102連接。進(jìn)氣流環(huán)形分散器9上設(shè)置有環(huán)形氣體分散腔91，環(huán)形氣體分散腔91與進(jìn)氣管道45連通，進(jìn)氣流環(huán) 形分散器9上均勻分布有至少八個(gè)氣體分散小孔92，氣體分散小孔92可均勻分散反應(yīng) 的氣體，氣體分散小孔92與環(huán)形氣體分散腔91連通，在此氣體分散小孔92的傾斜率 應(yīng)與石英蓋5的弧度相匹配且氣體分散小孔92的直徑不宜太大，這樣有效保證了氣體 流的方向性，使得流出氣體分散小孔92的氣體沿著石英蓋5的曲面流動(dòng)，從而可增加 反應(yīng)氣體與微波的耦合效率，以產(chǎn)生高密度的等離子體。另外，也可通過(guò)其他方法來(lái)保 證氣體流的方向性，如圖9所示，氣體分散小孔92內(nèi)可以帶有螺紋93，氣體分散小孔 92的孔徑可設(shè)計(jì)為4mm，螺紋93的寬度為lmm，這樣可以根據(jù)需要在氣體分散小孔 92內(nèi)螺接套管95，套管95內(nèi)設(shè)置有貫穿套管95的氣流孔96，氣體分散小孔92與氣流 孔96連通，套管95的設(shè)置主要起到調(diào)節(jié)氣體的流速、控制氣體的斜射方向及氣體在反 應(yīng)室4內(nèi)的分布，氣流孔96的孔徑大小可根據(jù)需要設(shè)計(jì)，以改變氣流的流速大小，也 可以根據(jù)需要加長(zhǎng)套管95的長(zhǎng)度，以調(diào)節(jié)氣體流在反應(yīng)室4內(nèi)的分布。
約束裝置8由具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性的金屬材料如鋁合金制成，同時(shí)約束裝置 8必須兼具良好的接地性和耐腐蝕性，可在約束裝置8的各個(gè)部件的表面涂耐腐蝕性高 的涂層如碳化硅、三氧化二鋁等。約束裝置8包括約束壁81和約束底環(huán)82，約束底環(huán) 82設(shè)置于約束壁81的底部，樣品臺(tái)7位于約束底環(huán)82的中間，在本實(shí)施例中約束底環(huán) 82通過(guò)現(xiàn)有的固定件如螺釘?shù)裙潭ㄔ诩s束壁81的底部。約束底環(huán)82的厚度大于8mm， 約束底環(huán)82上環(huán)形均勻分布有用于控制氣流的流速和分布的通氣圓孔83，如圖8a所示， 通氣圓孔83的直徑應(yīng)設(shè)計(jì)成小于3mm，圖8a所示的約束底環(huán)82上的通氣圓孔83分為 內(nèi)外兩圈，且相互錯(cuò)開(kāi)設(shè)置，內(nèi)外兩圈的布置可保證通氣圓孔83的分布盡可能均勻， 相互錯(cuò)開(kāi)設(shè)置為減少通氣圓孔83的孔數(shù)，以很好的控制氣體的流速及保證對(duì)生成等離 子體的良好約束；除圖8a給出的約束底環(huán)82外，根據(jù)設(shè)計(jì)要求也可采用圖8b所示的 約束底環(huán)82，不同的是該結(jié)構(gòu)環(huán)形均勻分布有通氣方孔84，通氣方孔84的寬應(yīng)小于 2mm，長(zhǎng)可在6-16mm范圍內(nèi)；在此處，對(duì)約束底環(huán)82的厚度、通氣圓孔83的直徑及 通氣方孔的長(zhǎng)度和寬度的限制，主要是對(duì)排出約束底環(huán)82的氣體起到很好的中和作用 以減少排出氣體腐蝕性，同時(shí)保證其將等離子體很好的約束在反應(yīng)腔46內(nèi)。約束底環(huán) 82的上表面應(yīng)略高于或等高于樣品臺(tái)7的載物面，這樣可使得等離子體鞘層區(qū)集中在樣 品臺(tái)7的載物面的上方，增強(qiáng)等離子體對(duì)置放于樣品臺(tái)7的載物面上的樣品的轟擊強(qiáng)度， 提高對(duì)樣品的刻蝕效率，同時(shí)對(duì)樣品臺(tái)7的側(cè)邊起到屏蔽作用。在約束底環(huán)82和樣品 臺(tái)7之間設(shè)置有耐腐蝕材料制成的絕緣圈78，該絕緣圈78 —方面防止氣體流從約束底 環(huán)82和樣品臺(tái)7之間的間隙中流走，影響氣流的分布；另一方面，絕緣圈78的設(shè)置可 防止等離子體在此間隙內(nèi)因高頻偏壓產(chǎn)生放電。約束壁81的頂部也通過(guò)現(xiàn)有的固定件 如螺釘?shù)扰c進(jìn)氣流環(huán)形分散器9連接并可拆裝，這樣便于整個(gè)約束裝置8的清洗和更換， 以提高約束裝置8的使用壽命。使用本實(shí)用新型時(shí)，約束裝置8、進(jìn)氣流環(huán)形分散器9、反應(yīng)室4及底座支架6均 應(yīng)接地，以維持等離子體的接地電勢(shì)。
在此具體實(shí)施例中微波室腔體11和反應(yīng)室4及反應(yīng)室4中的部件的材質(zhì)可取金屬 材料如鋁合金制備，微波室腔體11或反應(yīng)室4與微波直接接觸部分可以噴涂反射微波 的涂層，與等離子體接觸部分則要噴涂具有強(qiáng)耐腐蝕性的涂層如碳化硅、三氧化二鋁等， 對(duì)于需要導(dǎo)電的導(dǎo)體接觸面則應(yīng)噴涂具有耐腐蝕性高且有良好導(dǎo)電性的涂層如電導(dǎo)好 的碳化硅涂層。
本實(shí)用新型刻蝕的樣品可以為光電子器件、電子加工元件、光學(xué)器件、硅片等。 本實(shí)用新型的工作過(guò)程及原理為氣體供應(yīng)裝置提供的反應(yīng)氣體通過(guò)進(jìn)氣管從進(jìn)氣 管道流入進(jìn)氣流環(huán)形分散器的環(huán)形氣體分散腔內(nèi)，再通過(guò)進(jìn)氣流環(huán)形分散器上的氣體分 散小孔均勻分散進(jìn)入反應(yīng)腔內(nèi)，由于氣體分散小孔的孔徑較小且具有一定的傾角，因此， 從氣體分散小孔流出的反應(yīng)氣體沿著石英蓋的弧面流動(dòng)，而微波源產(chǎn)生的微波通過(guò)大面 積的石英蓋引入反應(yīng)腔中建立起電磁場(chǎng)，當(dāng)反應(yīng)氣體受到微波照射而被激勵(lì)后，反應(yīng)氣 體中的電子在微波場(chǎng)作用下獲得能量，與氣體分子碰撞使其電離，從而得到更多的自由 電子和離子(即等離子體)，產(chǎn)生的自由電子和離子向下擴(kuò)散，并在高頻偏壓電源的作 用下電子和離子整體作宏觀的定向移動(dòng)，其中帶正電的離子總體向負(fù)偏壓的樣品臺(tái)運(yùn) 動(dòng)，并在樣品臺(tái)上表面鞘層區(qū)的加速下轟擊置放于樣品臺(tái)的載物面上的樣品，從而達(dá)到 刻蝕的效果，刻蝕后的廢氣通過(guò)約束底環(huán)上的環(huán)形分布的通氣孔及中央排氣部件排出反 應(yīng)室外。在刻蝕過(guò)程中，可通過(guò)增加微波源的微波功率來(lái)提高等離子體的生成密度達(dá)到 提高刻蝕速率的目的，而對(duì)于提高刻蝕深度及刻蝕力度，則可通過(guò)增加高頻偏壓電源的 電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。在整個(gè)過(guò)程中，反應(yīng)腔處于低壓的狀態(tài)下，以保證氣體放電的順利進(jìn)行。
權(quán)利要求1、一種微波激勵(lì)的小型等離子體刻蝕裝置，包括主體設(shè)備和外圍設(shè)備，所述的外圍設(shè)備主要由氣體供應(yīng)裝置、供水裝置和真空裝置組成，所述的氣體供應(yīng)裝置、所述的供水裝置和所述的真空裝置分別與所述的主體設(shè)備連接，其特征在于所述的主體設(shè)備主要由微波系統(tǒng)和反應(yīng)裝置組成，所述的微波系統(tǒng)包括微波室、設(shè)置于所述的微波室上的微波源和與所述的微波源電連接的微波控制電路，所述的反應(yīng)裝置設(shè)置于所述的微波室內(nèi)，所述的反應(yīng)裝置包括反應(yīng)室和與所述的反應(yīng)室相匹配的石英蓋，所述的反應(yīng)室內(nèi)設(shè)置有底座支架、樣品臺(tái)和約束裝置，所述的底座支架的下部設(shè)置有中央排氣部件，所述的中央排氣部件通過(guò)排氣管與所述的真空裝置連接，所述的樣品臺(tái)絕緣連接于所述的底座支架上，所述的樣品臺(tái)連接有用于調(diào)節(jié)和控制偏置電壓的高頻偏壓電源，所述的樣品臺(tái)內(nèi)設(shè)置有水冷槽，所述的水冷槽通過(guò)進(jìn)水管和排水管與所述的供水裝置連接，所述的反應(yīng)室的頂部設(shè)置有進(jìn)氣流環(huán)形分散器，所述的進(jìn)氣流環(huán)形分散器通過(guò)進(jìn)氣管道及進(jìn)氣管與所述的氣體供應(yīng)裝置連接，所述的進(jìn)氣流環(huán)形分散器與所述的約束裝置連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波激勵(lì)的小型等離子體刻蝕裝置，其特征在于所述的微波室包括微波室腔體和與所述的微波室腔體活動(dòng)配合的微波室腔門(mén)，所述的微波源設(shè) 置于所述的微波室腔體的正上方，所述的微波室腔門(mén)上設(shè)置有用于觀察刻蝕樣品過(guò)程的 觀察窗口，所述的觀察窗口上裝有微波屏蔽網(wǎng)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波激勵(lì)的小型等離子體刻蝕裝置，其特征在于所述的 石英蓋呈圓弧狀，所述的石英蓋與所述的反應(yīng)室之間設(shè)置有密封裝置。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的微波激勵(lì)的小型等離子體刻蝕裝置，其特征在于所述的 密封裝置包括設(shè)置于所述的反應(yīng)室的頂端的環(huán)形密封槽和設(shè)置于所述的環(huán)形密封槽上 的密封槽壁，所述的環(huán)形密封槽內(nèi)設(shè)置有密封橡膠圈，所述的石英蓋上設(shè)置有石英蓋把 手，所述的密封槽壁上開(kāi)設(shè)有便于取放所述的石英蓋的幵口。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波激勵(lì)的小型等離子體刻蝕裝置，其特征在于所述的 中央排氣部件包括主排氣管和分布于所述的主排氣管四周的分排氣管，所述的主排氣管 與所述的分排氣管連通，所述的主排氣管通過(guò)所述的排氣管與所述的真空裝置連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波激勵(lì)的小型等離子體刻蝕裝置，其特征在于所述的 底座支架與所述的樣品臺(tái)之間設(shè)置有絕緣裝置。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波激勵(lì)的小型等離子體刻蝕裝置，其特征在于所述的 約束裝置采用的材料為具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性的材料，所述的約束裝置包括約束壁 和約束底環(huán)，所述的約束底環(huán)設(shè)置于所述的約束壁的底部，所述的約束底環(huán)的厚度大于 8mm，所述的約束底環(huán)上環(huán)形均勻分布有用于控制氣流的流速和分布的通氣孔，所述的約束底環(huán)的上表面略高于或等高于所述的樣品臺(tái)的載物面，所述的約束底環(huán)與所述的樣 品臺(tái)之間設(shè)置有絕緣圈，所述的約束壁的頂部與所述的進(jìn)氣流環(huán)形分散器連接。
8、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的微波激勵(lì)的小型等離子體刻蝕裝置，其特征在于所述的 進(jìn)氣管道設(shè)置于所述的反應(yīng)室內(nèi)并貫穿所述的反應(yīng)室的底部，所述的進(jìn)氣管道與所述的 進(jìn)氣管連通，所述的進(jìn)氣流環(huán)形分散器上設(shè)置有環(huán)形氣體分散腔，所述的環(huán)形氣體分散 腔與所述的進(jìn)氣管道連通，所述的進(jìn)氣流環(huán)形分散器上均勻分布有氣體分散小孔，所述 的氣體分散小孔與所述的環(huán)形氣體分散腔連通，所述的氣體分散小孔的傾斜率與所述的 石英蓋的弧度相匹配。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的微波激勵(lì)的小型等離子體刻蝕裝置，其特征在于所述的氣體分散小孔內(nèi)安裝有套管，所述的套管內(nèi)設(shè)置有貫穿所述的套管的氣流孔，所述的氣 體分散小孔與所述的氣流孔連通。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波激勵(lì)的小型等離子體刻蝕裝置，其特征在于所述的進(jìn)水管包括進(jìn)水金屬管和進(jìn)水軟管，所述的排水管包括排水金屬管和排水軟管，所述的 進(jìn)水金屬管和所述的排水金屬管均設(shè)置于所述的水冷槽內(nèi)并貫穿所述的水冷槽的底部， 所述的進(jìn)水金屬管的一端穿過(guò)所述的底座支架和所述的中央排氣部件與所述的進(jìn)水軟 管連通，所述的排水金屬管的一端穿過(guò)所述的底座支架和所述的中央排氣部件與所述的 排水軟管連通，所述的進(jìn)水軟管和所述的排水軟管分別與所述的供水裝置連接，所述的 進(jìn)水金屬管位于所述的水冷槽內(nèi)的一端的管口彎曲且所述的管口朝向所述的水冷槽的 槽壁，所述的進(jìn)水金屬管的管口的位置靠近所述的水冷槽的底部，所述的排水金屬管位 于所述的水冷槽內(nèi)的一端的管口的位置靠近所述的水冷槽的頂部。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種微波激勵(lì)的小型等離子體刻蝕裝置，包括主體設(shè)備和外圍設(shè)備，主體設(shè)備主要由微波系統(tǒng)和反應(yīng)裝置組成，微波系統(tǒng)包括微波室、微波源和微波控制電路，反應(yīng)裝置設(shè)置于微波室內(nèi)，反應(yīng)裝置包括反應(yīng)室和石英蓋，反應(yīng)室內(nèi)設(shè)置有底座支架、樣品臺(tái)和約束裝置，底座支架的下部設(shè)置有中央排氣部件，樣品臺(tái)連接有高頻偏壓電源，樣品臺(tái)內(nèi)設(shè)置有水冷槽，反應(yīng)室頂部設(shè)置有進(jìn)氣流環(huán)形分散器，通過(guò)采用微波激勵(lì)方式，避免了電極污染，且能產(chǎn)生較高的等離子體密度及有較大的壓強(qiáng)工作范圍，同時(shí)由于微波泄漏較易控制與防護(hù)，因此安全性能較好；它與高頻偏壓電源分立調(diào)控等離子體的密度和轟擊能量，更好的控制了等離子體的刻蝕速率及刻蝕深度。
文檔編號(hào)H01L21/3065GK201383492SQ20092011841
公開(kāi)日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2009年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月23日
發(fā)明者駿 周, 豪 林, 顏飛彪, 馬佑橋 申請(qǐng)人:寧波大學(xué)