增强型射频感应耦合等离子体放电装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可用于低气压产生大面积、稳定等离子体放电反应装置，属于低温等离子体的应用技术领域。
【背景技术】
[0002]材料表面改性以及表面处理工艺已广泛应用于全球的制造工业领域，传统的工艺主要包括:热喷涂处理、激光表面改性处理、电镀法、化学镀法以及化学转膜法，均已取得长足发展。然而对于一些具有特殊结构和特殊性能的材料，例如在处理超大规模集成电路制造工艺中，要求在大面积晶片上刻蚀纳米量级的槽宽，且随着日益增长的技术要求，越来越细的刻蚀线宽对于传统工艺手段很难实现。因此一种新的工艺技术一一等离子体处理技术应运而生。目前在超大规模集成电路制造工艺中，有超过三分之一的工序是借助等离子体刻蚀技术完成的。
[0003]目前工业上常用的低温等离子体源主要有:射频容性耦合等离子体源(Capacitively Coupled Plasma, CCP)、电子回旋共振等离子体源(Electron CyclotronResonance, ECR)、螺旋波等离子体源(Helical Resonance, HR)以及射频感应親合等离子体源(Inductively Coupled Plasma, ICP)等。其中射频容性親合等离子体源可在两平板电极间形成一个均匀的电场分布，从而产生大面积均匀分布的等离子体，为均匀刻蚀技术提供了必要条件。然而，对于单频CCP源，其产生的等离子体密度低，刻蚀速率慢，同时等离子体密度与离子能量不能独立控制，为了提高等离子体密度，势必要提高输入功率，从而导致鞘层电势与离子能量随着功率的增加而增加，导致高能离子轰击晶片，造成晶片操作，同时高能离子溅射腔室器壁，溅射出来的物质会对晶片造成污染。要想独立控制等离子体密度与离子能量，需要进行多个功率源(Mult1-CCP)共同进行驱动，然而近期研宄表明多个功率源同时工作存在着电磁效应，直接影响等离子体密度的径向均匀分布。电子回旋共振等离子体能够在较低气压下产生高密度等离子体，同时有着较高的刻蚀速率，同时能够独立控制离子能量，然而电子回旋共振等离子体源装置需要外施磁场线圈，导致装置成本大大提高，且控制复杂。同时由于磁场的引入，ECR源很难产生大面积均匀的等离子体。由于螺旋波等离子体源同样需要引入外施磁场，虽然在成本上较ECR源降低，但仍然很难产生大面积均匀等离子体。
[0004]射频感应耦合等离子体源(ICP源)是上世纪90年代提出来的一种能产生高密度等离子体装置，它具有以下优点:1、与CCP源相比较，ICP源不需要采用高压射频电极，且能够在更低的射频功率条件下产生更高密度的等离子体，从而减轻在容性耦合中常见的污染；2、与ECR源相比较，ICP源装置比较简单，不需要笨重的直流外施磁场设备；3、与HR源相比较，ICP源采用的线圈比较简单，不需要与射频波的波长成比例关系，而且可以在大范围内获得均匀的等离子体；4、在独立控制等离子体密度和能量方面，ICP源与ECR源及Helicon源类似，在放电腔室内的基片台上施加偏压，就能够对离子能量进行调制。总之，ICP源具有等离子体密度高、大面积均匀性好、放电气压低、等离子体密度和入射到基片上的离子能量能够独立控制以及各向异性好等优点。由于上述优点，ICP源被广泛的应用于半导体制造和材料科学领域等。
[0005]ICP源主要有两种类型:一种是平面线圈ICP源，即一个类似蚊香形状的平面线圈坐落在放电腔室顶部的介质窗上面；另外一种是柱状线圈ICP源，其线圈缠绕在圆柱形的石英放电腔室的侧壁。为了能够产生密度更大的等离子体，人们对ICP源进行了改良，通常采用的手段为改变放电线圈分面位置及真空腔外形，或引入磁场来约束电子以提高等离子体密度和控制电子速度方向，均取得一些成效。然而它们之间存在着一个共同的缺点:等离子体密度与气压之间无法均衡，为了保证等离子体密度的均匀性，ICP放电装置的放电气压通常很低，仅为0.1?IPa，在低气压条件下，带电粒子与中性粒子间的碰撞很弱，等离子体在空间中可以实现无碰撞扩散，从而形成密度均匀的等离子体分布。但是由于碰撞较弱必然导致等离子体密度很难达到很高的数值。
【发明内容】
[0006]本发明目的是为了解决现有ICP放电装置由于碰撞较弱必然导致等离子体密度很难达到很高的数值的问题，提供了一种增强型射频感应耦合等离子体放电装置，该装置在较高气压条件下(?20Pa)得到高密度、大面积、均匀稳定的等离子体装置。
[0007]本发明所述增强型射频感应耦合等离子体放电装置，它包括上端盖、下端盖、圆筒石英玻璃管、多个长杆螺栓、内电极线圈和外电极线圈；
[0008]上端盖、下端盖和圆筒石英玻璃管共同构成真空腔气室，
[0009]上端盖超出圆筒石英玻璃管的外沿部分沿圆周方向均布有多个上端安装孔，上端盖的中心位置设置有内线圈安装孔，上端盖上设置有进气孔，所述进气孔与真空腔气室连通；
[0010]下端盖超出圆筒石英玻璃管的外沿部分沿圆周方向均布有多个下端安装孔，下端盖上设置有测量孔和抽真空孔，测量孔和抽真空孔均与真空腔气室连通；测量孔用于放置探针类测量部件；抽真空孔通过真空波纹管连接抽真空系统；
[0011]圆筒石英玻璃管的外圆表面设置有外电极线圈；在真空腔气室内部设置有内电极线圈，并安装在内线圈安装孔处；
[0012]上端安装孔和下端安装孔通过长杆螺栓一一对应固定连接。
[0013]本发明的优点:⑴在不牺牲稳定性前提条件下，有效增加等离子体密度。经实验测量，在相同气压、功率条件下，本发明装置产生的等离子体密度比传统类型ICP源产生的等离子体密度增加一倍；⑵大大降低E-H模式转换的跳变点，同时H-E回滞曲线的跳变点降低，有效增加回滞曲线面积，使得H模式的工作范围更广泛；(3)可在较高气压(亚大气压环境?10Pa)下工作，使放电气压范围增加；(4)不使用直流外施磁场装置，成本降低，还适合工程应用的需求。
【附图说明】
[0014]图1是本发明所述增强型射频感应耦合等离子体放电装置的结构示意图；
[0015]图2是图1俯视角度的上端盖结构示意图；
[0016]图3是图1仰视角度的上端盖结构示意图；
[0017]图4是上端盖剖视图；
[0018]图5是下端盖剖视图；
[0019]图6是应用本发明装置进行实验的系统结构示意图；
[0020]图7是利本发明装置与传统ICP源所得等离子体密度结果对比图。
【具体实施方式】
[0021]【具体实施方式】一:下面结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述增强型射频感应耦合等离子体放电装置，它包括上端盖1、下端盖2、圆筒石英玻璃管3、多个长杆螺栓4、内电极线圈5和外电极线圈6 ；
[0022]上端盖1、下端盖2和圆筒石英玻璃管3共同构成真空腔气室，
[0023]上端盖I超出圆筒石英玻璃管3的外沿部分沿圆周方向均布有多个上端安装孔
1-3，上端盖I的中心位置设置有内线圈安装孔1-1，上端盖I上设置有进气孔1-2，所述进气孔1-2与真空腔气室连通；
[0024]下端盖2超出圆筒石英玻璃管3的外沿部分沿圆周方向均布有多个下端安装孔
2-3，下端盖2上设置有测量孔2-1和抽真空孔2-2，测量孔2-1和抽真空孔2_2均与真空腔气室连通；测量孔2-1用于放置探针类测量部件；抽真空孔2-2通过真空波纹管连接抽真空系统；
[0025]上端安装孔1-3和下端安装孔2-3通过长杆螺栓4 一一对应固定连接。
[0026]测量孔2-1和抽真空孔2-2在不使用时可用盲板进行密封。
[0027]圆筒石英玻璃管3的外圆表面设置有外电极线圈6 ;在真空腔气室内部设置有内电极线圈5，并安装在内线圈安装孔1-1处；内电极线圈5与真空腔气室间利用胶圈和卡箍紧密相连，以保证气室内的真空度。两电极(内外电极线圈)一端连接射频功率源，另外一端严格接地。
[0028]工作时，工作气体通过上端盖I的进气孔1-3喷进入真空腔气室，在频率为13.56MHz，功率为O?2000W的可调射频电源作用下，使两电极间气体部分被击穿从而产生大面积高密度均匀稳定的等离子体。
[0029]放电装置采用双电极线圈结构，外电极线圈6缠绕在圆筒石英玻璃管3的外圆表面，内电极线圈5制好后从上端盖I的内线圈安装孔1-1放入真空腔气室，