一种表面波等离子体装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种表面波等离子体装置，利用连接腔连接谐振腔和矩形波导，将螺钉探针经由矩形波导和连接腔伸入谐振腔内部，从而将微波能量馈入连接腔和谐振腔，通过在谐振腔的底壁设置多个石英窗口，使得微波在谐振腔内形成的驻波的电场能够通过各石英窗口耦合进入真空腔室，并在真空腔室内激发等离子体；多个石英窗口可以等效为多个等离子体源，相对于现有的单一等离子体源来说，可以使真空腔室内等离子体大面积均匀化，从而满足大尺寸的晶片加工需求。

Surface wave plasma device

The invention provides a surface wave plasma device, the connection connecting cavity resonator and a rectangular waveguide, the probe through the rectangular waveguide and the screw connecting cavity into the resonant cavity, thus the microwave energy fed into the connection resonator, is provided with a plurality of quartz window through the bottom wall of the resonant cavity, which is formed in the microwave resonant standing wave electric field the cavity of the vacuum chamber can enter through the quartz window coupling, and the plasma in the vacuum chamber; a plurality of quartz window can be equivalent to a plasma source, compared to the single source of plasma current, can make the vacuum chamber large area plasma uniformity, so as to meet the demand of large size wafer processing.

【技术实现步骤摘要】
一种表面波等离子体装置
本专利技术涉及半导体设备制造
，具体涉及一种表面波等离子体装置。
技术介绍
近年来，随着电子技术的高速发展，人们对集成电路要求总体趋势趋向于高度集成化和更大面积化，这就要求生产集成电路的企业不断提高半导体晶片的加工能力。等离子体装置在集成电路(IC)或MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem，微机电系统)器件的制造工艺中是不可取代的，因此，高性能等离子体发生设备的研发对于半导体制造工艺的发展至关重要。当等离子体设备用于半导体制造工艺时，最主要考察因素是：在一定气压范围能有效率的生成大面积均匀的等离子体。具体到工艺细节，关注点往往在于工艺气体和气压，等离子体均匀程度和等离子体内粒子成分即等离子体的可控性。对应于电子行业的发展，能在低气压下激发大面积，高密度均匀等离子体的等离子体源是当前的主要研究方向。在传统的半导体制造业，各种类型的等离子体设备被广泛应用于各种工艺，例如，电容耦合等离子体(CCP)类型，电感耦合等离子体(ICP)类型以及表面波(SWP)或电子回旋共振等离子体(ECR)等类型。表面波等离子体是近年来发展起来的新型等离子体发生技术，相较于电感耦合等离子体，其结构上更加简单，且在均匀等离子体大面积化上具有不可忽视的优势。由于表面波加热的机理，微波能量被约束在等离子体和介质的边界上，实际上使用的等离子体是没有激励源影响的远程等离子体，因此相较于电容耦合等离子体和电感耦合等离子体，其电子温度更低，从而减少了高能电子带来的对器件表面的等离子体损伤。表面波是指，利用微波在介质表面附近激发出高于表面波临界密度以上的等离子体，微波在介质表面等离子体区域沿法向上的迅速衰减，而在介质与等离子体边界上形成沿表面传输的波。表面波在其传输的范围内可形成周期性的强电场，从而维持高密度的等离子体，此即表面波等离子体的形成原理。目前大面积表面波等离子体的激发方式有多种，包括圆管内壁表面波，狭缝天线平面表面波，径向开槽天线表面波(RadioSlotLineAntenna，RSLA)等。其中商用的主要采用圆管内壁表面波激发方式和径向开槽天线表面波激发方式，而大面积等离子体的激发主要采用RSLA激发方式。如图1a所示，现有的RSLA表面波等离子体装置包括：微波源及微波传输匹配结构、表面波天线结构和腔室三个部分，其中，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、用于吸收反射功率的负载5、用于测量入射功率和反射功率的定向耦合器6、阻抗调节单元7和矩形波导8。表面波天线部位包括：天线主体11、滞波板12、缝隙板15和介质板16。其中，天线主体11呈圆柱形，通常为铝、不锈钢等金属材料；缝隙板15是开缝结构的天线板，多为铝、不锈钢等金属材料。缝隙板15俯视结构如图1b所示，呈T型的缝隙沿圆周方向由内到外均匀分布。滞波板12呈圆盘状，为低损耗的介质板，其介质可以为Al2O3，SiO2或SiN(硅氮化合物)，微波能量通过滞波板12后压缩波长，从而使得微波在缝隙板15上产生圆偏振，圆偏振的波通过介质板16在真空腔室19内激发产生等离子体，介质板16通常为石英。腔室包括：腔体18、用于密封腔体18和天线主体11的密封圈17和用于放置晶片20的支撑台21。现有的RSLA表面波等离子体装置存在以下技术缺陷：1、现有的RSLA表面波等离子体装置采用狭缝开槽天线方式实现微波馈入，中心对称结构的缝隙板15保证了等离子体径向均匀性，但是，微波同轴馈入，在滞波板12的区域内呈发散状传输，延径向衰减，导致能量分布不均匀，制约了等离子体区域的面积。例如，采用狭缝开槽天线的微波馈入方式的RSLA表面波等离子体装置产生的等离子体均匀半径目前最大只能对直径为8寸晶片进行加工，无法实现对直径为12寸的工业级别晶片进行加工。2、在某些晶片加工工艺中，需要采用较低的放电气压，例如毫托(mTorr)量级的放电气压，然而，若放电气压过低，则通过狭缝开槽天线结构产生的电场无法放电，导致无法顺利形成气体的初始电离。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的上述不足，提供一种表面波等离子体装置，用以解决表面波等离子体大面积均匀性差的问题。本专利技术为解决上述技术问题，采用如下技术方案：本专利技术提供一种表面波等离子体装置，包括：用于产生微波的微波发生装置、微波传输匹配结构和真空腔室，所述微波传输匹配结构包括矩形波导，用于传输所述微波发生装置产生的微波，其特征在于，所述装置还包括：连接腔、谐振腔和螺钉探针，所述连接腔连通所述矩形波导和所述谐振腔的顶部，所述螺钉探针依次贯穿所述矩形波导和连接腔，并伸入所述谐振腔的内部；所述谐振腔的底壁设置有多个石英窗口，且与所述真空腔室相连并密封。优选的，所述石英窗口沿所述真空腔室的周向均匀分布。优选的，所述石英窗口由至少两个同轴设置且直径不同的圆柱形石英件组成，且所述石英件的直径沿所述石英窗口由上至下递减。优选的，所述石英件的最小直径为40mm-120mm。优选的，所述石英件的最小直径为60mm。优选的，所述谐振腔的底壁上设有通孔，所述通孔的位置与所述石英窗口一一对应，所述通孔的形状与所述石英窗口匹配，所述石英窗口设置在所述通孔中，并与所述通孔之间固定连接。优选的，所述石英窗口和所述通孔借助O圈密封。进一步的，所述表面波等离子体装置还包括至少一个金属探针，所述金属探针设置于谐振腔的顶壁上，用于改变谐振腔内的电场分布，增强所述金属探针周围的电场。优选的，所述金属探针的位置与所述石英窗口相对应，且所述金属探针竖直方向的投影与对应的石英窗口同轴。优选的，所述金属探针在石英窗口的上表面投影的边缘与石英窗口的上表面的边缘之间的距离大于或等于2cm。进一步的，所述装置还包括短路活塞，所述短路活塞设置在所述矩形波导的终端，通过调节所述短路活塞在所述矩形波导上的位置，能够调节所述矩形波导有效通路的长度。优选的，所述谐振腔的高度为10mm-85mm。本专利技术能够实现以下有益效果：1、利用连接腔连接谐振腔和矩形波导，将螺钉探针经由矩形波导和连接腔伸入谐振腔内部，从而将微波能量馈入连接腔和谐振腔，通过在谐振腔的底壁设置多个石英窗口，使得微波在谐振腔内形成的驻波的电场能够通过各石英窗口耦合进入真空腔室，并在真空腔室内激发等离子体；多个石英窗口可以等效为多个等离子体源，相对于现有的单一等离子体源来说，可以使真空腔室内等离子体大面积均匀化，从而满足大尺寸的晶片加工需求。2、通过改变螺钉探针的外径和连接腔的内径尺寸，可以调节微波的最大传输功率；并且，通过调节螺钉探针伸入谐振腔内的长度，可以提高微波馈入效率。3、通过在谐振腔内设置金属探针，可以改变谐振腔内部原有的电场分布，增强局部电场(在金属探针附近形成强电场)，提高金属探针附近的电场强度，更容易在低气压条件下实现对气体的初始电离，从而实现表面波等离子体装置在低放电气压下工作。4、在矩形波导的终端设置短路活塞，通过调节短路活塞在矩形波导上的位置来变矩形波导有效通路的长度，实现微波能量在矩形波导和谐振腔内部重新分配，从而将馈入谐振腔内的微波能量均匀化，使多个石英窗口附近电场强度一致，从而在真空室内形成一致的初始电离，最终达本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面波等离子体装置，包括：用于产生微波的微波发生装置、微波传输匹配结构和真空腔室，所述微波传输匹配结构包括矩形波导，用于传输所述微波发生装置产生的微波，其特征在于，所述装置还包括：连接腔、谐振腔和螺钉探针，所述连接腔连通所述矩形波导和所述谐振腔的顶部，所述螺钉探针依次贯穿所述矩形波导和连接腔，并伸入所述谐振腔的内部；所述谐振腔的底壁设置有多个石英窗口，且与所述真空腔室相连并密封。

【技术特征摘要】
1.一种表面波等离子体装置，包括：用于产生微波的微波发生装置、微波传输匹配结构和真空腔室，所述微波传输匹配结构包括矩形波导，用于传输所述微波发生装置产生的微波，其特征在于，所述装置还包括：连接腔、谐振腔和螺钉探针，所述连接腔连通所述矩形波导和所述谐振腔的顶部，所述螺钉探针依次贯穿所述矩形波导和连接腔，并伸入所述谐振腔的内部；所述谐振腔的底壁设置有多个石英窗口，且与所述真空腔室相连并密封。2.如权利要求1所述的表面波等离子体装置，其特征在于，所述石英窗口沿所述真空腔室的周向均匀分布。3.如权利要求1所述的表面波等离子体装置，其特征在于，所述石英窗口由至少两个同轴设置且直径不同的圆柱形石英件组成，且所述石英件的直径沿所述石英窗口由上至下递减。4.如权利要求3所述的表面波等离子体装置，其特征在于，所述石英件的最小直径为40mm-120mm。5.如权利要求4所述的表面波等离子体装置，其特征在于，所述石英件的最小直径为60mm。6.如权利要求3所述的表面波等离子体装置，其特征在于，所述谐振腔的底壁上设有通孔，所述通孔的位置与所述石英窗口一一对应，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：昌锡江，区琼荣，韦刚，黄亚辉，
申请(专利权)人：北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11