一種感應(yīng)耦合型等離子體處理裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及等離子體處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種感應(yīng)耦合型等離子體處理裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]一般地，在感應(yīng)耦合型等離子體處理裝置中，由電介質(zhì)的窗構(gòu)成處理容器的壁部的至少一部分，例如頂部，且向設(shè)置在該電介質(zhì)窗外的線圈形狀的RF天線供給高頻電力。處理容器形成為能夠減壓的真空腔室，在腔室內(nèi)的中央部配置有被處理基板，向設(shè)置在電介質(zhì)窗和基板之間的處理空間中導(dǎo)入處理氣體。由于RF天線中流有高頻電流，所以磁力線貫穿電介質(zhì)窗在RF天線周圍會(huì)產(chǎn)生通過腔室內(nèi)處理空間的高頻的交流磁場，由于該交流磁場隨時(shí)間變化，所以在處理空間內(nèi)的方位角方向上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電場。并且，由于該感應(yīng)電場而在方位角方向上被加速的電子與處理氣體的分子或原子產(chǎn)生電離碰撞，從而生成等離子體。
[0003]然而，等離子體具有偏離熱力學(xué)平衡的性質(zhì)，一類是等離子體宏觀參量產(chǎn)生的不穩(wěn)定性使等離子體整體的形狀改變，另一類是等離子體的速度空間分布函數(shù)偏離麥克斯韋分布產(chǎn)生的不穩(wěn)定性。等離子體中的不穩(wěn)定性會(huì)導(dǎo)致帶電粒子的逃逸或輸運(yùn)系數(shù)的異常增大，破壞等離子體的約束或限制約束時(shí)間。
[0004]因此，精細(xì)控制等離子體密度分布以及保持良好的諧振電磁波產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，克服等離子體的各種不穩(wěn)定性，成為亟待解決的問題。
[0005]隨著材料的發(fā)展，人們對“超材料”有了新的認(rèn)識，迄今發(fā)展出的“超材料”包括:“左手材料”、光子晶體、“超磁性材料”等，其往往不主要決定于構(gòu)成材料的本征性質(zhì)，而決定于其中的結(jié)構(gòu)單元，具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)；通過在超材料的關(guān)鍵物理尺度上的結(jié)構(gòu)有序設(shè)計(jì)，可突破某些表觀自然規(guī)律的限制，從而獲得超出自然界固有的普通超常材料的功能。
[0006]一般的超材料可由介質(zhì)基材和設(shè)置上介質(zhì)基材上的多個(gè)結(jié)構(gòu)單元組成，可提供各種普通材料具有和不具有的材料特性。單個(gè)結(jié)構(gòu)單元的大小一般小于1/10個(gè)波長，對外加電場和/或磁場具有電響應(yīng)和/或磁響應(yīng)，從而具有表現(xiàn)出等效介電常數(shù)和/或等效磁導(dǎo)率，或者等效折射率和波阻抗。結(jié)構(gòu)單元的等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率(或等效折射率和波阻抗)由單元的幾何尺寸參數(shù)決定，可人為設(shè)計(jì)和控制。并且結(jié)構(gòu)單元具有人為設(shè)計(jì)的各向異性的電磁參數(shù)，從而產(chǎn)生許多新奇的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)對電磁場的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了彌補(bǔ)以上不足，本發(fā)明提供了可精細(xì)控制基板附近等離子體密度分布且可增加等離子體穩(wěn)定性的感應(yīng)耦合型等離子體處理裝置。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種感應(yīng)耦合型等離子體處理裝置，包括處理腔室、處理氣體供給單元、射頻單元和高頻電源，所述處理腔室頂部氣密地安裝有由超材料制備而成的超材料頂板；所述超材料頂板包括基材層和附著在所述基材層上的若干金屬線結(jié)構(gòu)單元。
[0009]作為優(yōu)選，所述的感應(yīng)耦合型等離子體處理裝置:
所述處理腔室內(nèi)設(shè)置有由導(dǎo)電材料制成的用于載置待處理基板的載置臺(tái)，所述載置臺(tái)兼作為高頻電極；所述載置臺(tái)收納于絕緣框內(nèi)，所述絕緣框被中空的支柱支撐；所述支柱底端位于處理腔室外部并被升降機(jī)構(gòu)支撐；所述絕緣框與處理腔室底部設(shè)置有氣密性包圍所述支柱的伸縮管；所述處理腔室底部設(shè)有排氣口 ；
所述高頻電源包括第一高頻電源和第二高頻電源；所述第一高頻電源經(jīng)整合器由設(shè)置于所述支柱內(nèi)的供電線連接至所述載置臺(tái)；
所述氣體供給單元包括設(shè)置于處理腔室側(cè)壁的氣體緩沖部，所述緩沖部周向上間隔設(shè)置有面對等離子體生成空間的若干側(cè)壁氣體排出孔；所述緩沖部通過管道連通氣體供給源；
所述射頻單元包括與所述處理腔室一體設(shè)置的天線室，所述天線室位于所述超材料頂板上方并與外部電磁屏蔽地收納有用于在處理腔室內(nèi)生成等離子體的射頻天線，所述射頻天線與所述超材料頂板平行設(shè)置；所述射頻天線包括在徑向上間隔且同軸配置的內(nèi)側(cè)線圈、中間線圈和外側(cè)線圈；所述內(nèi)側(cè)線圈、中間線圈和外側(cè)線圈并聯(lián)設(shè)置于第一節(jié)點(diǎn)Na和第二節(jié)點(diǎn)Nb之間，所述第一節(jié)點(diǎn)N 4通過匹配器連接第二高頻電源，所述第二節(jié)點(diǎn)1^連接接地電位的回程線，所述內(nèi)側(cè)線圈、中間線圈和外側(cè)線圈分別串聯(lián)連接第一電容器、第二電容器和第三電容器。
[0010]進(jìn)一步的，所述內(nèi)側(cè)線圈和外側(cè)線圈形成逆時(shí)針回路，所述中間線圈形成順時(shí)針回路。
[0011]作為優(yōu)選，所述基材層為FR4、F4B或聚四氟乙烯基材層；所述金屬線結(jié)構(gòu)單元中的金屬線為銀線或銅線。
[0012]進(jìn)一步的，由金屬線構(gòu)成的若干金屬線結(jié)構(gòu)單元呈“工”字形、“T”字形或“十”字形。
[0013]作為優(yōu)選方案，所述超材料頂板面對處理空間側(cè)的表面上設(shè)置有超材料突出部；所述超材料突出部與射頻天線中各線圈間的間隙相對應(yīng)。
[0014]進(jìn)一步的，所述超材料突出部與所述超材料頂板的透磁率不同。
[0015]作為優(yōu)選方案，所述超材料頂板面對處理空間側(cè)的表面上設(shè)置有凹部；所述凹部與射頻天線中各線圈相對應(yīng)。
[0016]優(yōu)選的，所述載置臺(tái)與射頻天線隔著超材料頂板對置設(shè)置。
[0017]優(yōu)選的，所述金屬線結(jié)構(gòu)單元呈周期陣列均勻排布。
[0018]作為優(yōu)選，所述內(nèi)側(cè)線圈、中間線圈和外側(cè)線圈為圓環(huán)狀線圈或方形線圈。
[0019]本發(fā)明的有益效果為:
本發(fā)明處理腔室使用超材料頂板，且在超材料頂板上設(shè)置超材料突出部，在RF天線的內(nèi)側(cè)線圈、中間線圈和外側(cè)線圈的正下方分別形成比合成磁場更強(qiáng)的感應(yīng)磁場；且內(nèi)側(cè)線圈、中間線圈和外側(cè)線圈對應(yīng)位置生成的等離子體能夠通過施加的激發(fā)用RF的功率對等離子體的強(qiáng)度進(jìn)行控制，所以處理腔室內(nèi)的等離子體的控制性顯著提高。
[0020]超材料頂板包括基材層和附著在基材層的金屬線結(jié)構(gòu)單元，在基材選定的情況下，通過改變金屬線結(jié)構(gòu)單元的圖案、設(shè)計(jì)尺寸和/或金屬線結(jié)構(gòu)單元在空間中的排布獲得想要的調(diào)制效果，即可改變超材料所在空間中每一單元的電磁參數(shù)ε和μ，可以設(shè)計(jì)出空間中每一點(diǎn)的等效電磁參數(shù)，相應(yīng)地得到其等效電容，進(jìn)而獲得每個(gè)金屬線結(jié)構(gòu)單元自身的響應(yīng)頻率，從而可以精確控制超材料所在空間中每一點(diǎn)的調(diào)制，進(jìn)而得到我們想要的各種調(diào)制。
[0021]本發(fā)明的感應(yīng)耦合型等離子體處理裝置能夠精細(xì)控制待處理物件附近等離子體的密度分布，且可以增加等離子體的穩(wěn)定性，解決了大面積處理時(shí)的均勻度問題。
【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的等離子體處理裝置的縱剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為射頻天線基本布局結(jié)構(gòu)和電連接結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為其它實(shí)施例RF天線的布局結(jié)構(gòu)和電連接結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為超材料頂板上金屬線結(jié)構(gòu)單元的布局結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5-7為超材料頂板上各種不同方式金屬線結(jié)構(gòu)單元的平面布局示意圖；
圖8為超材料突出部一體形成超材料頂板的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖9為具有超材料突出部的超材料頂板