[发明专利]高密度等离子体处理设备

说明书

高密度等离子体处理设备(1)。该设备包括：包含气态介质的处理腔室(2)；和延伸穿过处理腔室的一段天线(9)；从处理腔室包围天线的壳体；和一个或多个磁体(6、11)。在使用中，天线激发处理腔室内的气态介质以产生等离子体(24)；且其中所述一个或多个磁体被配置使得等离子体在相对于天线长度的正交方向上以片状传播跨过处理腔室。

技术领域

本发明涉及一种用于处理等离子体的设备。更具体地，本发明涉及一种用于处理均匀的高密度等离子体片的设备。

背景技术

高密度等离子体被广泛用于工业应用中。例如，这种等离子体可用于表面清洁或制备应用，蚀刻应用，改变表面结构或密度以及薄膜沉积中。用于产生高密度等离子体的宽连续片的当前装置需要具有等离子体腔的等离子体源以产生等离子体(即，远程等离子体源)。这种等离子体源的实施例是多环形天线装置，其需要许多天线来产生宽的工作等离子体。然而，由于需要将天线调谐到精确的等效功率和频率以获得等离子体均匀性，因此控制由这种多环天线系统产生的等离子体的均匀性可能是困难的。由于产生多个等离子体，因此多环形天线装置还消耗大量功率。

发明内容

本发明涉及一种高密度等离子体处理设备，包括：包含气态介质的处理腔室，该处理腔室被分成两个分离空间：等离子体产生空间和等离子体处理空间，该处理腔室还包括：一段天线和包围天线的壳体，天线和壳体延伸穿过处理腔室的等离子体产生空间；位于处理腔室的等离子体处理空间内的处理表面；以及位于在处理腔室内的一个或多个磁体；其中，在使用中，天线激发等离子体产生空间内的气态介质以产生等离子体；该一个或多个磁体配置使得等离子体被限制为均匀高密度片到并以均匀高密度片传播到等离子体处理空间中且跨过该处理表面。

本发明的设备能够形成和限制密度大于10¹¹cm^-3的局部线性等离子体。令人惊讶地发现，可以在设备的处理腔室内产生和成形高密度等离子体，而无需首先产生等离子体并将其从等离子体腔室抽出。换句话说，本系统的等离子体在处理腔室的工作空间中产生、保持和成形，而不在分离的、分立的或非集成的等离子体腔室(通常称为放电管)中产生，其随后被吸入处理腔室的工作空间中，如在现有技术的系统中所见。因此，等离子体源的至少一部分(即天线或壳体)形成处理腔室的一体或集成元件，而不必用等离子体腔室围绕壳体或天线，或壳体本身不必是等离子体腔室的一部分。

出乎意料的是，对于线性高密度等离子体源来说，等离子体腔室不是必需的，也不是基本要求，因为众所周知，在等离子体被成形以用于在腔室中处理之前，需要等离子体腔室(例如，围绕放电管的线圈天线或等离子体腔室内的天线和壳体)来产生和容纳等离子体。相比之下，本设备在处理腔室的气态介质中产生并维持高密度等离子体。已经发现，仅将天线本身容纳或封装在腔室内是足够的，因此极大地简化了等离子体处理设备的设计要求。

可以使用一个或多个磁体来使在源处产生的等离子体成形并作为源自单个源或单段天线的薄等离子体片或板跨过处理腔室传播，单个源或单段天线延伸穿过处理腔室的等离子体产生空间。相比之下，在现有技术的低效率的大面积等离子体处理设备中，布置了许多天线和磁体以产生未聚焦的等离子体云或束，其可以与处理表面或目标接触。本设备的关键特征是等离子体被磁化到适当的水平，并且磁场相对于天线取向，使得由天线施加的RF功率在比其他等离子体产生系统中的惯常情况更大的空间范围内传播。令人惊讶地发现，本发明的等离子体可以在低至4.8高斯的磁场强度下进行操作，这比现有技术的工作区域(50-200高斯)小一个数量级。通过使用低得多的磁场强度来操纵等离子体允许在单个处理腔室内使用多个等离子体源，而不会产生有害或意外的交叉等离子体源干扰，从而允许在同一处理腔室内进行多个同时等离子体处理。