[实用新型]射频电感耦合等离子体发生天线

说明书

技术领域

本实用新型属于低温等离子体技术领域，具体涉及一种射频电感耦合等离子体发生天线。

背景技术

现代微电子芯片制造工业向着高度集成、高速度、低功耗方向发展，这些都要求芯片的最小刻度变得更小，目前的先进工艺已达到65纳米以下，国内的主流工艺是0.13微米。而芯片的最小刻度越来越小这一趋势必然要求其相应制造过程中的光刻工艺和刻蚀工艺水平大大提高。这对微电子工业提出新的挑战：必须寻找各向异性性能优越，能够在低气压产生高密度、大面积、均匀等离子体的发生源。而原先使用的射频电容耦合等离子体源由于密度低、射频电位高、均匀度低不能满足大规模高集成度的要求，科研人员和工程人员发现射频电感耦合等离子体(RF inductively coupled plasma)能够很好的满足上述要求，被广泛应用于需要大面积高密度均匀等离子体的微电子制造、TFT显示器等工业领域以及射频电感耦合光谱仪、射频电感耦合质谱仪等大型科研仪器。电感耦合等离子体源可以分为侧面螺线管耦合(图1)和顶部平面耦合两种，其中顶部平面耦合产生的等离子体均匀度高，在微电子领域应用更为广泛。

电感耦合射频天线产生等离子体的原理如下：射频信号经过射频电源和电感型匹配器后，根据安培定律，通过射频天线在耦合介质下产生射频磁场，同时这个随时间变化的射频磁场根据法拉第电磁感应定理产生射频电场，此射频电场达到一定阈值后电离气体分子或气体原子产生并维持等离子体。在等离子体产生过程中，产生前期和产生初期是电容耦合起主要作用；产生后由电容耦合模式向电感耦合模式过渡，这个时期电感耦合起主要作用，通过电感耦合传递能量来加热和维持等离子体。这类装置通常会出现在装置内部极向等离子体不均匀，中央部分密度高，外围等离子体密度低这方面的问题，这是和天线设计及等离子体的逃逸特性相关联的。

发明内容

我们研究射频等离子体电容耦合和电感耦合两种模式共同作用，提出复合作用模型，并在此基础上设计一种新型三维射频等离子体天线如图2所示。该天线为三维螺旋线型结构，对应顶部电感耦合情况，天线1内外圈和耦合介质2之间的距离是变化。

本实用新型中，所述天线1与耦合介质板2之间的距离变化，可以有两种情形：其一为由内向外天线1和介质板2的距离依次递减；其二为由内向外天线1和介质板2的距离依次递增，并根据装置实际情况调整至适当值。

本实用新型中，所述天线在顶部耦合介质板2上的排列可以是多天线角向排列，例如：三天线角向排列(见图3)，四天线角向排列(见图4和图5)。天线1的数量可以1-6个不等，在多个天线的共同作用下进一步提高所产生等离子体的均匀性。

本发明提出的变间隙天线设计，主要是利用电感耦合模式和电容耦合模式的复合作用随不同介质厚度表现不同，其中对空气间隙大小特别敏感的特点，使射频天线通过介质板的电磁能量耦合效果随距离的增大而减小，从而改变内外圈的天线通过介质板耦合进装置内部的电磁能量和场分布，使得装置内部的等离子体径向均匀性获得提高，同时降低整体的电容耦合成分和等离子体射频电位。

平面型射频等离子体天线在中心部分的磁通变化强度最大，相应在中心部分的电场会强于外缘部分的电场，这会使等离子体产生中间密度高外缘密度低的径向不均匀。在相同的射频功率下，射频能量耦合产生维持等离子体的效率随耦合介质厚度的增加及天线距介质的距离的增大而变小，其中对天线距介质距离的变化更为敏感。对应相同的射频功率，若射频天线距离耦合介质较远，能量耦合效果会降低而与此同时中央部分产生的等离子体的密度就会减低，本发明通过改变内外圈的天线和介质板的距离形成三维天线结构，能在不大幅影响等离子体密度的前提下实现等离子体径向均匀度的提高。

本天线设计简单、成本适中，具有传统射频天线不具有的优势，可以应用于微电子制造、仪器制造等工业领域。

附图说明

图1.传统顶部平面螺旋型射频电感耦合天线示意图。

图2.本实用新型顶部变间隙螺旋型射频电感耦合天线示意图。

图3.本实用新型顶部变间隙螺旋型天线的三天线角向排列示意图。

图4.本实用新型顶部变间隙螺旋型天线的四天线角向排列示意图。

图5.本实用新型顶部变间隙螺旋型天线的四天线反向放置角向排列示意图。

图中标号：1为天线，2为耦合介质。

具体实施方式