CN1268178C - 等离子体发生系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种等离子体发生系统。该等离子体发生系统包括：一个微波发生器，用于产生微波；一个折射器，它通过改变上述微波的传播方向以平面波的形式传送上述微波；一个电磁单元，用以对上述微波形成的等离子体施加磁场并使之产生电子回旋谐振。
Description
技术领域
本发明涉及一种等离子体发生系统，尤其涉及一种能够产生均匀的高密度等离子体的等离子体发生系统。
背景技术
图1示意性地表示出了传统电子回旋谐振(ECR)等离子体装置的结构。
参考图1，一个簇射盘13被安装于处理室11内的上部，用于形成等离子体的气体通过簇射盘13被送入处理室11的基片10上方。基片10安放于基片座17上，射频能源29产生的范围在100kHz到15MHz之间的射频偏置通过一个适配网络27施加于基片座17。
一种蚀刻气体通过气体入口19供入处理室11。射频能源29产生的频率在300MHz到1GHz的超高频电磁波，由调谐器21控制通过波导23进入处理室11，使蚀刻气体电离而产生等离子体。通过放置于处理室11最上部的石英窗15，电磁波以预先设定的模式进行谐振。
为能够高效放电，一个用于产生磁场的电磁铁线圈25放置在处理室11的周围，并且线圈的电流是可控制的，以在簇射盘13的下方产生范围在0到360高斯之间的磁场。这样，电子回旋谐振就产生了，而且电子密度为1011电子/立方厘米的高密度的等离子体就形成了。因此，通过使用电磁波与一个磁场，由气体入口19进入到处理室11的蚀刻气体发生电离以产生高密度的等离子体，从而蚀刻基片10。适配网络27与基片座17相连，在蚀刻的过程中严格地控制基片10的温度并且在蚀刻结束后通过与处理室11相连的泵28将废气排出。
然而，如图1所示，在传统的电子回旋谐振等离子体装置中，用于放置石英窗15的处理室11的入口很狭窄。这样，当对大尺寸的基片进行等离子体蚀刻时，蚀刻仅在基片的狭小区域进行。因而，蚀刻形貌变得不均匀了。在美国专利第5234526中，为了蚀刻大尺寸的基片，波导为喇叭形。但是，通过波导的微波会发散，因此当基片大时，等离子体无法均匀形成。
发明内容
本发明提供了一种等离子体发生系统，它可产生均匀的高密度等离子体以便于在大尺寸的基片上获得均匀的蚀刻形貌。
按照本发明的一个方面，等离子体发生系统包括：一个微波发生器，用于产生微波；一个折射器，用于转换上述微波传播的方向；一个电磁单元，它对上述微波形成的等离子体施加一个磁场以产生电子回旋谐振。
按照本发明的另一方面，折射器是介质透镜，该介质透镜是由氧化铝制成的。
按照本发明的另一方面，微波发生器包括：一个射频能源，用于产生上述微波；一个波导，与射频能源相连并引导上述微波的传播；一个偏振器，它放置在波导的出口并且使微波沿单一的方向偏振。
按照本发明的另一方面，在折射器的下部还连接有一个真空室，真空室包括一个被等离子体蚀刻的基片和一个放置基片的基片座。
按照本发明的另一方面，等离子体发生系统包括：一个微波发生器，用于产生微波；一个天线，它在一个方向上均匀地形成上述微波的电场分量；一个折射器，它通过折射上述微波而使上述微波以波阵面与基片平行的平面波的形式传播；一个电磁单元，它对上述微波形成的等离子体施加一个磁场以产生电子回旋谐振。
按照本发明的另一方面，折射器是介质透镜，该介质透镜是由氧化铝制成的。
按照本发明的另一方面，天线是带波纹的喇叭形天线，它的宽度在上述微波传播的方向上逐渐增加，它的内壁是波纹状的。
按照本发明的另一方面，微波发生器包括：一个射频能源，用于产生微波；一个波导，与射频能源相连并引导上述微波的传播；一个偏振器，它放置在波导的出口并且使微波沿单一的方向偏振。
按照本发明的另一方面，在折射器的下部还连接有一个真空室，真空室包括一个被等离子体蚀刻的基片和一个放置基片的基片座。
本发明提供了一种等离子发生系统，它通过应用一个介质透镜及优选的带波纹的喇叭形天线可产生均匀的高密度等离子体，用于处理使用大尺寸基片的器件，如300毫米的液晶显示器。
附图说明
下面，通过参考附图详细地描述优选实施例，本发明的上述和其它特点及优点将变得更加显而易见。其中，
图1传统的电子回旋谐振等离子体装置的结构示意图；
图2按照本发明一个施例的等离子体发生系统的结构示意图。
具体实施方式
下面，将参考附图详细地说明本发明的一个优选实施例。
图2示意性地表示出了根据本发明实施例的等离子体发生系统的结构。参考图2，按照本发明一个实施例的等离子发生系统包括一个微波发生器54、一个微波转换室50和一个在其中进行等离子体蚀刻的真空室65。
微波发生器54包括：一个射频能源55，用于产生范围在300MHz到1GHz的超高频微波；一个波导56，通过它进行微波传播；和一个偏振器57，它与波导56的一个出口相连并使微波沿单一方向进行偏振。
微波转换室50为喇叭形，它的宽度在微波传播的方向上逐渐变大，以在大尺寸的基片上进行等离子蚀刻。
微波转换室50由于其形态为喇叭形所以可使微波展开。介质透镜51位于微波转换室50与真空室65之间，从而改变微波传播的方向并且使微波形成波阵面与基片60表面平行的平面波。这样，通过介质透镜51的微波的波阵面就与基片60平行。介质透镜51可以用绝缘材料如氧化铝(Al2O3)制成。根据与入射微波的波长有关的发散角及入射微波的传播方向，可选择介质透镜的材料、折射率或曲率。在此，可应用其它的改变微波方向的方法来替代介质透镜51。
如图2所示，优选地，通过在介质透镜51的上部安装带波纹的喇叭形天线53，可使微波的电场分量在微波转换室50内沿着一个方向均匀形成。由于宽度逐渐增加的并且在内壁形成多个波纹的带波纹的喇叭形天线53的特点，微波的传播方向是不变的，并且电场沿一个方向形成，这就产生了均匀的电场分布。另外，通过增强微波传播方向上形成的主波瓣并且弱化主波瓣两侧的副波瓣可以增加产生的等离子体的密度。
真空室65包括位于其内的一个基片座67和一个固定于基片座67上的基片60。一个用于施加磁场的电磁装置，如电磁线圈59，位于真空室65的外面。
由于磁场的作用，等离子气体中的电子和正离子以预定的相反方向做环形运动。当由磁场引起的电子与正离子的环形运动的频率与微波的频率相同时，应用电子回旋谐振可使气态的分子如氢、氮或氩形成高密度等离子体。
根据图2，引入真空室65的微波电离供入真空室65的气体以形成等离子体，电磁线圈59产生的磁场加速等离子体中的电子，并通过电子回旋谐振形成高密度等离子体。按照本发明的等离子体发生系统，通过使用介质透镜51使微波形成波阵面与大尺寸的基片60平行的平面波进行传播，从而达到均匀的等离子体密度分布。另外，优选地，通过进一步使用带波纹的喇叭形天线53，可使微波的电场分量沿一个方向排列，这样，电场的分布是均匀的，而且可产生比现有电子回旋谐振等离子体发生装置所产生的等离子体更高密度的等离子体。此时，如有必要，可在真空室65内另外放置一个装置来进行等离子蚀刻，如喷射枪。
如上所述，根据本发明的等离子发生系统，微波的传播状态通过使用介质透镜而进行了转换，因而等离子产生的密度是均匀的，以便于在大尺寸的基片上获得均匀的蚀刻形貌。另外，通过进一步使用带波纹的喇叭形天线，可使微波的电场分量沿同一方向排列，通过增加电场的主瓣和减小电场的副瓣，使等离子体产生效率得到了提高。
尽管已经参照附图对本发明进行了具体的图示和描述，但是，应当明白的是，本领域的技术人员能够在形式及细节方面做出多种变换，而不会脱离附加权利要求所限定的本发明的精神和范围。
Claims (11)
1.一种等离子体发生系统，包括：
一个微波发生器，用于产生微波；
一个折射器，用于改变上述微波的传播方向；
一个电磁装置，用于向上述微波形成的等离子体施加磁场以产生电子回旋谐振。
2.如权利要求1的等离子体发生系统，其中，所述折射器为介质透镜。
3.如权利要求2的等离子体发生系统，其中，所述介质透镜是由氧化铝制成的。
4.如权利要求1的等离子体发生系统，其中，所述微波发生器包括：
一个射频能源，用于产生上述微波；
一个波导，与射频能源相连并引导上述微波的传播；
一个偏振器，放置于波导出口处并使上述微波沿单一方向进行偏振。
5.如权利要求1的等离子体发生系统，其中，在所述折射器的下部还连接有一个真空室，所述真空室包括一个被等离子体蚀刻的基片和用来安放基片的基片座。
6.如权利要求1的等离子体发生系统，还包括一个天线，用于在一个方向上均匀地形成所述微波的电场分量，其中，
所述折射器通过折射所述微波使所述微波以波阵面与基片平行的平面波形式传送。
7.如权利要求6的等离子体发生系统，其中，所述折射器为介质透镜。
8.如权利要求7的等离子体发生系统，其中，所述介质透镜是由氧化铝制成的。
9.如权利要求6的等离子体发生系统，其中，所述天线为带波纹的喇叭形天线，它的宽度在上述微波传播的方向上逐渐增加，它的内壁是波纹状的。
10.如权利要求6的等离子体发生系统，其中，所述微波发生器包括：
一个射频能源，用于产生上述微波；
一个波导，与射频能源相连并引导上述微波的传播；
一个偏振器，放置于波导出口处并使上述微波沿单一方向进行偏振。
11.如权利要求6的等离子体发生系统，其中，在所述折射器的下部还连接有一个真空室，所述真空室包括一个被等离子体蚀刻的基片和用来安放基片的基片座。
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20060802 Termination date: 20091225 |