[发明专利]一种临近空间气压条件下高效射频等离子体放电装置

说明书

本发明公开了一种临近空间气压条件下高效射频等离子体放电装置，包括石英管、一号螺旋电感天线、二号螺旋电感天线、阻抗匹配器和等离子体源，石英管的两端开口，石英管的一端与气源相接，石英管的另一端与真空泵相接，所述等离子体源与阻抗匹配器相连，阻抗匹配器设置于一号螺旋电感天线和二号螺旋电感天线相连的电路上，在阻抗匹配器与一号螺旋电感天线之间的电路上设有示波器；一号螺旋电感天线和二号螺旋电感天线分别以感性耦合方式螺旋缠绕在石英管上，所述一号螺旋电感天线和二号螺旋电感天线之间以容性耦合方式阻断，形成等离子体射流。本发明所述射频等离子体放电装置，在现有电源参数水平条件下，该天线可在0‑2500Pa稳定放电，电离效率高。

技术领域

本发明属于放电装置技术领域，特别是涉及一种临近空间气压条件下高效射频等离子体放电装置。

背景技术

随着等离子体工业的不断发展，其在材料处理、集成电路、微机械加工、等离子体推进等方面应用前景极为广泛。现有的放电方式有电容性耦合、电感性耦合和螺旋波放电。但以上方法在射频条件下放电时气压均需低于1Toor(133.3Pa)，在更高气压条件下无法实现稳定放电。

为此，有人申请了一份具备复合天线线圈组的等离子体反应装置，其申请日为2006年7月6日，申请号为200680025252.3，其具体公开了一种具备复合天线线圈组的等离子体反应装置。这种等离子体反应装置包括:反应室,其上部设置有圆柱状介电窗,且通过等离子体反应来处理晶片；复合天线线圈组,其设置于所述介电窗的外部及上部,用于产生射频磁场(RF MAGNETIC FIELD),且通过所述介电窗向所述反应室内施加射频磁场,藉以诱导射频电场(RF ELECTRICFIELD)；射频电源供给单元,其用于向所述反应室下部(放置晶片的支架)及复合天线线圈组供给射频电源(RADIO FREQUENCY),以使反应室下部(WAFER ANDPEDESTAL)保持负电位带电状态,并使所述复合天线线圈组产生时变的磁场。该反应装置采用复合天线线圈的方式来实现，虽然能够达到提高等离子体的离子密度和离子均匀度的目的，但是并不能够解决在高于1Toor(133.3Pa)气压条件下的稳定放电。

为此本人于2018年3月23日申请了一份阻断式感容耦合螺旋等离子体天线装置的发明专利，其申请号为201810242900.5，在该申请中公开了以下内容：一种可在宽气压范围内获得稳定等离子体射流的等离子体天线装置，该天线由绕设在石英管上的两个螺旋电感天线构成，其中螺旋电感天线1与射频电源阳极相接，螺旋电感天线2接地。将两段天线隔开一定距离，天线有空气阻断，以电容的方式形成轴向电压降加速等离子体获得高速射流。该发明结构简单，紧凑，将等离子体的电离和加速结合在一起，电离效率高，并可在150Pa到2500Pa气压范围内实现稳定的电离。为实现不同气压条件下射频等离子体电离提供了技术保证，应用范围广泛。在该申请中公开了两段天线隔开一定距离，但并没有具体说明如何达到上述有益效果。

因此，如何解决上述现有技术存在的缺陷成为了该领域技术人员努力的方向。

发明内容

本发明的目的就是：在本人于2018年3月23日申请了的阻断式感容耦合螺旋等离子体天线装置的发明专利的基础上进一步的改进，提供一种临近空间气压条件下高效射频等离子体放电装置，能完全解决上述现有技术的不足之处。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：一种临近空间气压条件下高效射频等离子体放电装置，包括石英管、一号螺旋电感天线、二号螺旋电感天线和等离子体源，石英管的两端开口，石英管的一端与气源相接，石英管的另一端与真空泵相接，其特征在于：还包括阻抗匹配器，所述等离子体源与阻抗匹配器相连，阻抗匹配器设置于一号螺旋电感天线和二号螺旋电感天线相连的电路上，在阻抗匹配器与一号螺旋电感天线之间的电路上设有示波器；在一号螺旋电感天线和二号螺旋电感天线之间设有摄像装置，所述摄像装置和示波器构成诊断系统；一号螺旋电感天线和二号螺旋电感天线分别以感性耦合方式螺旋缠绕在石英管上，所述一号螺旋电感天线和二号螺旋电感天线之间以容性耦合方式阻断，形成等离子体射流。