一种螺旋波等离子体粒子注入辅助容性耦合等离子体放电装置

本发明涉及半导体刻蚀、微纳薄膜的制备和改性，尤其涉及一种螺旋波等离子体粒子注入辅助容性耦合等离子体放电装置。

背景技术：

1、螺旋波是一种在径向磁场约束下传播的右旋极化波，它的频率介于离子回旋频率和电子回旋频率之间。相比于传统的低温等离子体技术：例如电子回旋共振(ecr)、射频磁控溅射、容性耦合(ccp)、感应耦合(icp)等，螺旋波等离子体较传统低温等离子体源具有以下显著优势：高密度、高效率、低气压放电、离子能量可以独立控制、参数调制范围广。

2、目前对螺旋波等离子体的理论研究和工业应用的文献报道显示：螺旋波等离子体能够产生高密度且均匀的等离子体在许多半导体制造领域(刻蚀，沉积)已有应用；作为电力推进系统用于航天飞行器的姿态调节控制；用于管道内部的清洗与涂层。

3、随着半导体发展对线宽不断减小的需求，对材料的要求越来越高，特别是对于某些特殊使用环境的部件，给刻蚀与金属沉积过程提出了更高的要求，等离子体干法刻蚀因其优异的各项异性让超高深宽比的刻蚀成为可能，传统ccp技术等离子体参数调节的局限性成为高性能半导体材料处理的阻力。单一的某一种等离子体工艺技术很难满足其使用要求。因此，发展综合运用两种或者多种等离子体表面处理技术已成为其材料表面改性的发展趋势。螺旋波等离子体粒子注入辅助提升等了离子体密度和电离率具有显著效果，大大改善目前ccp放电的不足。

技术实现思路

1、本发明针对容性耦合等离子体粒子密度低、粒子能量调控能力弱，高性能纳米材料表面处理对等离子体环境要求高的难点，提供一种螺旋波等离子体粒子注入辅助容性耦合等离子体放电装置，实现螺旋波等离子体粒子注入与容性耦合等离子体协同作用，具有稳定的放电条件，为高效处理纳米薄膜表面提供技术支持。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种螺旋波等离子体粒子注入辅助容性耦合等离子体放电装置，其包括螺旋波等离子体粒子发生系统、多级容性耦合等离子体放电系统、以及粒子筛；

3、所述螺旋波等离子体粒子发生系统包括用以通入目标粒子前驱体的石英管，所述石英管外部设置有环绕所述石英管的射频天线，所述射频天线外部设置有环绕所述石英管和所述射频天线的永磁铁，所述射频天线连接第一射频电路；

4、所述石英管的外部设置所述粒子筛，所述粒子筛设置在所述射频天线的一侧，所述粒子筛连接直流源；

5、所述多级容性耦合等离子体放电系统包括反应腔体，所述反应腔体与所述石英管的一端连通，所述反应腔体内部设置有ccp上极板和ccp下极板，ccp上极板23的下表面和ccp下极板24的上表面均安装有衬底，所述ccp上极板连接第二射频电路，所述ccp下极板连接第三射频电路。

6、优选的，所述反应腔体连接有用以抽气的泵组。

7、优选的，所述ccp上极板和ccp下极板相互平行，且所述ccp上极板连接上极板高度调节装置，所述ccp下极板连接下极板高度调节装置。

8、优选的，所述第一射频电路、第二射频电路和第三射频电路均包括射频电源和射频匹配器。

9、优选的，所述第三射频电路通过第一开关控制所述第三射频电路接地，通过第二开关控制所述第三射频电路连接所述ccp下极板。

10、优选的，所述射频天线为右螺旋半波长天线。

11、本发明的目标粒子前驱体从石英管的进气口进入，通过右螺旋半波长天线和永磁铁的作用，使目标离子前驱体形成放电气体，通过粒子筛对其进行粒子筛选，使其进入反应腔体，泵组对反应腔体抽真空，调节ccp上极板与ccp下极板之间的间距并通电形成电压，放电气体经过ccp上极板与ccp下极板之间被击穿形成等离子体，在ccp上极板或ccp下极板发生反应。本发明在ccp上极板或ccp下极板上设置衬底，可对衬底进行刻蚀、沉积和改性。

技术特征：

1.一种螺旋波等离子体粒子注入辅助容性耦合等离子体放电装置，其特征在于：其包括螺旋波等离子体粒子发生系统、多级容性耦合等离子体放电系统、以及粒子筛；

2.根据权利要求1所述的螺旋波等离子体粒子注入辅助容性耦合等离子体放电装置，其特征在于：所述反应腔体连接有用以抽气的泵组。

3.根据权利要求1所述的螺旋波等离子体粒子注入辅助容性耦合等离子体放电装置，其特征在于：所述ccp上极板和ccp下极板相互平行，且所述ccp上极板连接上极板高度调节装置，所述ccp下极板连接下极板高度调节装置。

4.根据权利要求3所述的螺旋波等离子体粒子注入辅助容性耦合等离子体放电装置，其特征在于：所述第一射频电路、第二射频电路和第三射频电路均包括射频电源和射频匹配器。

5.根据权利要求4所述的螺旋波等离子体粒子注入辅助容性耦合等离子体放电装置，其特征在于：所述第三射频电路通过第一开关控制所述第三射频电路接地，通过第二开关控制所述第三射频电路连接所述ccp下极板。

6.根据权利要求1所述的螺旋波等离子体粒子注入辅助容性耦合等离子体放电装置，其特征在于：所述射频天线为右螺旋半波长天线。

技术总结
本发明公开了一种螺旋波等离子体粒子注入辅助容性耦合等离子体放电装置，其包括螺旋波等离子体粒子发生系统、多级容性耦合等离子体放电系统、以及粒子筛；本发明的目标粒子前驱体通过右螺旋半波长天线和永磁铁的作用，形成放电气体，通过粒子筛对其进行粒子筛选，其进入反应腔体，泵组对反应腔体抽真空，调节CCP上极板与CCP下极板之间的间距并通电形成电压，在CCP上极板或CCP下极板间形成反应等离子体。本发明在CCP上极板或CCP下极板上设置衬底，可对衬底进行刻蚀、沉积和改性。

技术研发人员：季佩宇,吴雪梅,黄天源,谭海云,陈佳丽
受保护的技术使用者：苏州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15