CN108243550A - 线性电磁波等离子体源及使用其的等离子体处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明线性电磁波等离子体源及使用其的等离子体处理装置包括：长的圆筒形波导管；电介质层，以与上述圆筒形波导管的外部面相接触的方式包围上述圆筒形波导管；以及第一磁控管及第二磁控管，用于向上述圆筒形波导管的两端供给电磁波，上述圆筒形波导管包括沿着长度方向形成的2个以上的狭缝。若使用这种线性电磁波等离子体源及使用其的等离子体处理装置，则随着使用圆形波导管，可使为了维持圆形波导管的内部和外部的压力差而设置的电介质层的厚度薄，由此，从圆形波导管放射的电磁波的衰减减少，可增加电磁波的强度。

Description

线性电磁波等离子体源及使用其的等离子体处理装置

技术领域

本发明涉及线性电磁波等离子体源即使用其的等离子体处理装置，更详细地，涉及如下的等离子体源和将其利用于被处理对象的等离子体处理装置：设置有两侧呈开放状的圆形波导管和以紧贴的方式包围其的圆形电介质管，电磁波通过位于圆形波导管的两侧的多个磁控管向圆形波导管的内部传递，形成于圆形波导管的多个狭缝通过电介质层放射电磁波，由此，产生等离子体。

背景技术

通常，等离子体被定义为不是固体、液体及气体的第四物质，为气体的一部分被电离的气体，等离子体内具有自由电子、阳离子、中性子及中心分子，它们之间产生不间断的相互作用，因此，各自的成分和浓度控制很重要。若以工程学视角观察等离子体，则当做可通过外部电磁场形成及控制的气体区域。

为了将这种等离子体向如基板的被处理对象放射而制造的机构称为等离子体源，等离子体源根据产生等离子体的方式分为电子回旋共振(ECR：Electron CyclotronResonance)等离子体源、反应离子刻蚀(RIE：Reactive Ion Etching)源、电容耦合等离子体(CCP：Capacitively Coupled Plasma)源，电感耦合等离子体(ICP：InductivelyCoupled Plasma)源等多种方式。

例如，电感耦合等离子体源为向感应线圈供给射频(RF)电源来在腔室内部产生电场，并通过所产生的电场生成等离子体的方式。相反，电容耦合等离子体源向电极板供给射频电力并通过所产生的电场在腔室内部生成等离子体。

利用以往的等离子体源的等离子体装置设置有真空状态的腔室，向腔室内插入被处理对象，在腔室的上部设置有等离子体源，从而通过狭缝向腔室放射在设置于等离子体源的一侧的磁控管产生的电磁波。在此情况下，磁控管仅设置于一侧，具有无法均匀地维持电磁波所流入的流入部的电磁波的强度的问题，等离子体源以与腔室隔开的方式设置于腔室的外部，从而具有向位于腔室内部的被处理对象传递的电磁波的强度和效率降低的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

因此，本发明用于解决上述问题，本发明的目的在于，提供如下的等离子体源及等离子体处理装置，即，在上述等离子体源中，产生电磁波的磁控管设置于圆筒形波导管的两侧，在圆筒形波导管的两侧产生电磁波来传递，从而可均匀地维持电磁波的强度的等离子体源，上述等离子体处理装置将等离子体源贯通插入腔室内来向被处理对象传递高密度的电磁波。

(二)技术方案

作为一实施方式，本发明提供线性电磁波等离子体源，上述线性电磁波等离子体源包括：长的圆筒形波导管；电介质层，以与上述圆筒形波导管的外部面相接触的方式包围上述圆筒形波导管；以及第一磁控管及第二磁控管，用于向上述圆筒形波导管的两端供给电磁波，上述圆筒形波导管包括沿着长度方向形成的2个以上的狭缝。

在本发明的线性电磁波等离子体源中，向圆筒形波导管内传递的电磁波通过其狭缝向波导管外传递。

为了一边维持波导管内外之间的压力差异，一边向外传递电磁波，电介质层包围上述圆筒形波导管的外部面，从而包围波导管来密封狭缝。例如，为了向真空腔室传递电磁波，圆筒形波导管需要进行密封，可利用电介质层进行密封，上述电介质层的厚度能够以适合进行密封的厚度设置。本发明的等离子体源使用圆筒形波导管，因此，为了进行密封，相比于其他形态的波导管，例如，相比于用于进行直角波导管的密封的电介质层的厚度薄的厚度进行密封。在将直角波导管作为电介质层形成密封层的情况下，直角波导管的边角部分中的机械缺陷可能很大，在上述直角波导管形成结构稳定的圆筒形密封层的情况下，根据直角波导管的周围的形态形成厚度厚或不均匀的密封层。但是，本发明利用圆筒形波导管，因此，可形成没有机械缺陷且厚度均匀的密封层，可形成相比于直角波导管的厚度小于约50％的电介质层。若形成这种薄密封层，则可向波导管外传递相比于通过厚度厚的密封层的电磁波更强的电磁波，由此，可提高电磁波的传递效率和等离子体产生效率。并且，由于使用与圆形波导管相接触的薄密封层，可更简单且有效地进行从电磁波及等离子体接收热负荷的电介质密封层的冷却。

本发明的线性电磁波等离子体源以利用圆筒形波导管的两端流入电磁波的方式构成，能够以均匀地向外部传递强电磁波的方式构成。若仅在一侧传递电磁波，则具有作为流入侧的开始部分和结束部分的电磁波的强度不均匀的问题。但是，本发明以通过两端流入电磁波的方式构成，因此，能够以一边相互弥补在每一侧流入的电磁波的非均匀，一边传递整体均匀且强的电磁波的方式构成。

上述线性电磁波等离子体源包括：第一模式转换器及第二模式转换器，位于上述圆筒形波导管的两端，以能够进行电磁波传输的方式分别相连接，用于将直角波导管的模式切换为圆筒形波导管模式；以及第一直角波导管及第二直角波导管，以能够进行电磁波传输的方式分别与上述第一模式转换器及第二模式转换器相连接，上述第一磁控管及第二磁控管向上述第一直角波导管及第二直角波导管提供电磁波。

当在每个磁控管发振的电磁波通过直角波导管传递时，在圆筒形波导管的两端设置模式转换器来可向圆筒形波导管传递电磁波。

优选地，上述第一直角波导管及第二直角波导管为TE10波导管，上述第一模式转换器及第二模式转换器为用于从TE10模式切换为TE11模式的转换器，优选地，上述圆筒形波导管可为TE11波导管。

上述狭缝以1/2λg波长的倍数距离相互隔开，可提高电磁波的传递效率。

上述狭缝相对于上述圆筒形波导管的长度方向形成大于0度且小于90度的角，从而可提供调节电磁波传递效率及其引起的等离子体产生均匀度的效果。

作为另一实施方式，本发明提供如下的等离子体处理装置，即，上述线性电磁波等离子体源横向贯通等离子体腔室的上端，以使得多个上述狭缝朝向腔室的下端的方式设置。

本发明的线性电磁波等离子体源一边向腔室传递电磁波，一边维持腔室和等离子体源的压力差异，因此，能够以横向贯通腔室的方式设置于腔室内。

其中，在腔室使用于在下述内容中所记载的卷对卷工序的情况下，横向意味着以卷对卷移动的方向的垂直方向。

本发明的线性电磁波等离子体源可适合于卷对卷工序。例如，在用于基板的表面处理的卷对卷工序的情况下，基板在腔室内的上述线性电磁波等离子体源下方沿着垂直于横向的卷对卷移动方向进行移动，同时借助通过上述线性电磁波等离子体源的狭缝传递的电磁波被处理为在狭缝周围产生的等离子体。

为了提高卷对卷处理效率，2个以上的上述线性电磁波等离子体源可在上述腔室的上端以并列的方式沿着卷对卷移动方向设置。

(三)有益效果

根据如上所述的本发明具有如下的效果，即，随着使用圆筒形波导管，可使为了维持圆筒形波导管的内部和外部的压力差而设置的电介质层的厚度薄，由此，从圆筒形波导管放射的电磁波的衰减减少，可增加电磁波的强度，使可从电磁波及等离子体接收热负荷的电介质层与设置有冷堆的波导管外部面直接基础，从而可简单地实现电介质密封层的冷却效果。而且，电磁波从圆筒形波导管的两侧入射，因此，圆筒形波导管的内部的电磁波的强度变得均等，从而具有等离子体的密度变得均匀的优点。并且，在将等离子体源设置于腔室内部的情况下，电磁波的强度会增加，因此，可生成高密度的等离子体，由此，具有相比于以往的方法更稳定且有效地使用等离子体处理装置的效果。

附图说明

图1为示出本发明一实施例的线性电磁波等离子体源的结构的图。

图2为示出本发明一实施例的线性电磁波等离子体源的适用例的图。

图3为本发明另一实施例的线性电磁波等离子体源的适用例的图。

附图标记的说明：

1：线性电磁波等离子体源，100：圆筒形波导管，110：狭缝，200：电介质层，300：磁控管，310：第一磁控管，320：第二磁控管，400：模式转换器，410：第一模式转换器，420：第二模式转换器，500：直角波导管，510：第一直角波导管，520：第二直角波导管，600：腔室

具体实施方式

可通过根据本发明的说明书的附图的以下详细说明更明确地理解与本发明的上述目的和技术构成及其伴随的作用效果有关的详细事项。但是，这并不将本发明限定于特定公开形态，应当理解的是，包括本发明的思想及技术范围的所有变更、等同技术方案及代替技术方案。在说明各附图的过程中，对类似的结构要素赋予了类似的附图标记。

在本说明书中所使用的术语仅用于说明特定实施例，并不限定本发明。除非在文脉上明确地表示不同，则单数的表达包括附属的表达。应当理解的是，在说明书全文中，“包括”或“具有”等的术语用于指定说明书中所记载的特征、步骤、动作、结构要素、部件或它们的组合的存在，而并未事先排除一个或一个以上的其他特征或步骤、动作、结构要素、部件或它们的组合的存在或附加可能性。

除非另行定义，包括技术术语或科学术语在内的所有在此所使用的术语则具有与本发明所属技术领域的普通技术人员的常规理解相同的含义。应当理解的是，通常所使用的与词典所定义的术语相同的术语具有与相关技术的文脉上具有的含义相同的含义，除非在本说明书上明确的定义，则不应解释为理想或过于形式的含义。

以下，参照附图对本发明的线性电磁波等离子体源及使用其的等离子体处理装置进行详细说明，使普通技术人员以与理解并再现本发明。

图1为示出本发明一实施例的线性电磁波等离子体源的结构的图。参照图1，本发明一实施例的线性电磁波等离子体源包括圆筒形波导管100、电介质层200、模式转换器400、直角波导管500及磁控管300。

圆筒形波导管100的两末端呈开放状，还包括以隔开规定距离的方式沿着圆筒形波导管100的长度方向形成的多个狭缝110。圆筒形波导管100可通过狭缝110向圆筒形波导管100的外部释放存在于波导管内部的电磁波。例如，在被处理对象位于圆筒形波导管100的下部的情况下，以朝向被处理对象的方式配置狭缝110的位置，从而可向被处理对象传递电磁波和由此产生的等离子体。狭缝110可呈细且长的形状，可沿着圆筒形波导管100的长度方向隔开规定距离来配置，例如，在狭缝110与狭缝110之间的距离隔开1/2λg波长的倍数距离的情况下，可提高电磁波的传递效率。并且，每个狭缝110可沿着最邻近的狭缝110和一侧末端收缩的方向形成。例如，在一个狭缝110的末端延伸的延长线和在与上述狭缝110最邻近的另一个狭缝110的一侧末端延伸的延长线可朝向在一个位置相接触的方向弯曲。即，狭缝110可设定有大于0度小于90度的角度，相邻的狭缝110的一侧末端能够以收缩的方式形成。

电介质层200一边维持电介质层200的内外之间的压力差异，一边从圆筒形波导管100的外部向腔室传递电磁波，能够以紧贴并包围圆筒形波导管100的外部面的方式设置，从而可通过设置有冷却水路的圆筒形波导管100进行传导冷却。电介质层200在此成为真空和大气压的边界，在电介质层200插入的腔室的两端进行真空密封。例如，圆筒形波导管100的内部和电介质层的内部可通过大气压维持，电介质层200的外部与腔室600一同通过真空维持。因此，电介质层200的厚度以可承受大气压和真空的压力差的厚度设置。在本发明中所使用的线性电磁波等离子体源1使用圆筒形波导管100，因此，为了波导管的外部紧贴和真空维持，相比于其他形态的波导管，例如，相比于在直角波导管中为了真空维持而使用的电介质层200的厚度薄的电介质厚度进行密封。在直角波导管中，在利用电介质层200进行波导管的外部紧贴及真空维持的情况下，可在直角波导管的边角部分具有机械缺陷，由于直角波导管为板状结构，为了承受相同的压力差，需要相比于圆形波导管更厚的电介质层。而且，为了在这种直角波导管形成结构稳定的圆筒形密封层，可沿着直角波导管的周围形成电介质填充层，由于这种填充层的厚度厚，电磁波的衰减可显著增加。但是，由于本发明使用圆筒形波导管100，能够以没有机械缺陷的方式形成稳定的外部紧贴及真空密封层，可形成相比于形成于直角波导管的密封层的厚度薄且均匀的厚度的电介质层。因此，可向波导管的外部传递更强的电磁波，由此，电磁波传递效率和等离子体产生效率得到增加，且可简单地进行冷却。

磁控管300生成向圆筒形波导管100的内部传递的电磁波。在磁控管300中，可在圆筒形波导管100的两侧设置第一磁控管310及第二磁控管320，从而向圆筒形波导管100的所开放的两端流入电磁波。若仅在圆筒形波导管100的一侧产生电磁波，则可具有使电磁波流入的流入部和流入部的相反侧的电磁波强度互不相同的问题，但是，如本发明，若通过圆筒形波导管100的两端供给电磁波，则能够以即强即均匀的方式产生圆筒形波导管100内部的电磁波。

模式转换器400可包括位于圆筒形波导管100的两侧的第一模式转换器410及第二模式转换器420，可转换通过磁控管300所产生的电磁波的移动模式。为了使在磁控管300所产生的电磁波向圆筒形波导管100的内部传递，需转换电磁波的移动模式，从而可向圆筒形波导管100的内部传递，可在模式转换器400将通过与磁控管300相连接的直角波导管500的电磁波转换为可向圆筒形波导管100的内部传递的电磁波模式。例如，优选地，直角波导管500可为TE10波导管，圆形波导管100可为TE11波导管，第一模式转换器410及第二模式转换器420为可从TE10模式切换为TE11模式的转换器。

直角波导管500包括第一直角波导管510及第二直角波导管520，每个直角波导管500的一侧与磁控管300的一侧相连接，另一侧与模式转换器400的一侧相连接，从而能够以使在磁控管300产生的电磁波沿着模式转换器400的方向移动的方式相连接。

图2为示出本发明一实施例的线性电磁波等离子体源的适用例的图，图3为示出本发明另一实施例的线性电磁波等离子体源的适用例的图。

参照图2及图3，本发明一实施例的线性电磁波等离子体源1可向腔室600内插入。线性电磁波等离子体源1一边向腔室600传递电磁波，一边维持腔室600与线性电磁波等离子体源1之间的压力差异，因此，线性电磁波等离子体源1可在腔室600的内部横向贯通腔室600。其中，腔室600的横向意味着当腔室600使用于后述的卷对卷工序时，以卷对卷进行移动的方向的垂直方向。腔室600具有内部空间，内部空间可为真空状态，线性电磁波等离子体源1可向腔室600的内部插入来从腔室600的内部向圆筒形波导管100的外部，即，向腔室600的内部空间传递电磁波。例如，线性电磁波等离子体源1横向贯通腔室600的上端，狭缝110可朝向腔室600的下端配置。线性电磁波等离子体源1向腔室600的内部插入来向腔室600的内部空间传递电磁波，因此，相比于线性电磁波等离子体源1从腔室600的外部传递电磁波，可传递更强力且均匀的电磁波。

并且，线性电磁波等离子体源1的整体向腔室600的内部插入或线性电磁波等离子体源1的一部分可向腔室600的内部插入。在线性电磁波等离子体源1的一部分向腔室600的内部插入的情况下，至少形成有狭缝110的圆筒形波导管100的整体需向腔室600的内部插入。

并且，为了进一步增加电磁波的强度和效率，多个线性电磁波等离子体源1可横向贯通腔室600的上端来以并列形态配置。

以下，对本发明的线性电磁波等离子体源的动作过程及使用其的等离子体装置的适用方法进行说明。

准备线性电磁波等离子体源1。在线性电磁波等离子体源1中，在圆筒形波导管100的两侧设置有多个磁控管300，与每个磁控管300的一侧相连接的直角波导管500及与直角波导管500的一侧相连接的模式转换器400设置于圆筒形波导管100与磁控管300之间。在上述内容中提及的磁控管300、直角波导管500、模式转换器400及圆筒形波导管100以所提及的顺序形成直线的方式相连接，从而进行电磁波传输。若在设置于圆筒形波导管100的两侧的多个磁控管300产生电磁波，则电磁波通过直角波导管500向模式转换器400传递，电磁波通过模式转换器400转换为能够移动圆筒形波导管100的内部的形态来向圆筒形波导管100的内部传递。向圆筒形波导管100的内部传递的电磁波可沿着圆筒形波导管100的长度方向形成，通过以朝向被处理对象的方式设置的多个狭缝110传递电磁波，可将由此产生的等离子体向被处理对象传递。此时，在圆筒形波导管100的外部的周围面能偶以与其相接触的方式形成电介质层200，电磁波可通过覆盖狭缝110及狭缝110的电介质层200向圆筒形波导管100的外部，即，可向等离子体腔室传递。

如上所述的线性电磁波等离子体源1可向腔室600的内部插入。在线性电磁波等离子体源1设置于腔室600的内部的情况下，电磁波的强度得到增加来生成高密度的等离子体，从而具有可提高等离子体的性能和效率的优点。线性电磁波等离子体源1横向贯通腔室600的上端来使多个狭缝110朝向腔室600的下端设置，电磁波可根据狭缝110所在的位置向腔室600的下端传递。如上所述的线性电磁波等离子体源1可适用于卷对卷工序，例如，当进行用于处理被处理对象的等离子体的卷对卷工序时，被处理对象在腔室600内的线性电磁波等离子体源1的下方沿着垂直于腔室600的横向的卷对卷移动方向进行移动，被处理对象借助通过线性电磁波等离子体源1的狭缝110传递的电磁波被处理为在狭缝110周围产生的等离子体。

并且，为了提高卷对卷工序的效率，2个以上的设置于腔室600的内部的线性电磁波等离子体源1以并列的方式设置于腔室600的上端，可沿着卷对卷的移动方向设置。

以使本发明所属技术领域的普通技术人员可利用或实施本发明的方式提供对于所公开的实施例的说明。本发明所属技术领域的普通技术人员可明确理解与上述实施例有关的多种变形，在此所定义的普通原理可在不超过本发明的范围的情况下适用于其他实施例。因此，本发明并不限定于在此所公开的实施例，需在与在此所提及的原理及新特征相同的最广范围内进行解释。

Claims (9)

1.一种线性电磁波等离子体源，其特征在于，

包括：

长的圆筒形波导管；

电介质层，以与上述圆筒形波导管的外部面相接触的方式包围上述圆筒形波导管；以及

第一磁控管及第二磁控管，用于向上述圆筒形波导管的两端供给电磁波，

上述圆筒形波导管包括沿着长度方向形成的2个以上的狭缝。

2.根据权利要求1所述的线性电磁波等离子体源，其特征在于，线性电磁波等离子体源包括：

第一模式转换器及第二模式转换器，位于上述圆筒形波导管的两端，以能够进行电磁波传输的方式分别相连接，用于将直角波导管的模式切换为圆筒形波导管模式；以及

第一直角波导管及第二直角波导管，以能够进行电磁波传输的方式分别与上述第一模式转换器及第二模式转换器相连接，

上述第一磁控管及第二磁控管向上述第一直角波导管及第二直角波导管提供电磁波。

3.根据权利要求1所述的线性电磁波等离子体源，其特征在于，上述狭缝以1/2λg波长的倍数距离相互隔开。

4.根据权利要求3所述的线性电磁波等离子体源，其特征在于，上述狭缝相对于上述圆筒形波导管的长度方向形成大于0度且小于90度的角。

5.根据权利要求2所述的线性电磁波等离子体源，其特征在于，

上述第一直角波导管及第二直角波导管为TE10波导管，

上述第一模式转换器及第二模式转换器为用于从TE10切换为TE11模式的转换器，

上述圆筒形波导管为TE11波导管。

6.一种等离子体处理装置，其特征在于，权利要求1所述的线性电磁波等离子体源横向贯通等离子体腔室的上端，以使得多个上述狭缝朝向腔室的下端的方式设置。

7.根据权利要求6所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述狭缝的周围形成等离子体。

8.根据权利要求6所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述等离子体处理装置为卷对卷装置。

9.根据权利要求8所述的等离子体处理装置，其特征在于，2个以上的上述线性电磁波等离子体源在上述腔室的上端以并列的方式沿着卷对卷移动方向设置。