[实用新型]一种射频放电系统及其法拉第屏蔽结构

说明书

本实用新型公开了一种射频放电系统及其法拉第屏蔽结构，所述射频放电系统的金属腔室壳体通过内介质桶和外介质桶与金属盖板密封连接，所述金属盖板上设有进气口，所述外介质桶套设在所述内介质桶外侧，所述外介质桶外侧绕设有放电线圈，所述内介质桶和所述外介质桶之间设有法拉第屏蔽桶，所述法拉第屏蔽桶与所述金属腔室壳体和所述金属盖板连接。本实用新型解决了内置法拉第屏蔽桶的等离子体刻蚀轰击溅射难题；避免了内置法拉第屏蔽桶因为刻蚀、溅射，金属离子再次在功率耦合窗口沉积而导致的降低射频功率耦合效率的问题；还解决了外置法拉第屏蔽桶的放电线圈与法拉第屏蔽桶之间因距离过近而易出现的高压打火击穿的问题。

技术领域

本实用新型涉及等离子体技术领域，特别是涉及一种射频放电系统及其法拉第屏蔽结构。

背景技术

柱面线圈射频感性耦合放电等离子体源应用非常广泛，如刻蚀机、薄膜沉积设备、射频离子源以及基于射频放电的中性束注入系统等。其工作原理为：在柱面线圈射频感性耦合放电中，在介质桶(一般采用石英或陶瓷)外壁缠绕若干匝放电线圈，然后将放电线圈上通入射频电流，就会电离石英桶内的工作气体，形成等离子体。在工作过程中，为了保护介质桶不因静电场加速离子的轰击而缩短寿命或者损坏，一般会在介质桶的内侧或者外侧放置一个接地的法拉第屏蔽桶。

请参考图1，图1为传统的射频放电系统内置法拉第屏蔽桶结构示意图，在金属腔室1(不锈钢材质)上焊接有带有螺纹的圆筒2，里面插入石英桶4，然后通过O型圈真空密封。在石英桶4外侧缠绕放电线圈3(一般用铜管绕制而成)，匝数从一到数十匝不等；密封石英桶4顶端的金属密封件6其轴心处开有工作气体进入的进气口。在石英桶4中，紧贴石英桶4的内壁放置一个法拉第屏蔽桶5，法拉第屏蔽桶5与金属腔室1和金属密封件6进行连接(金属硬连接，即导电，但不密封)。

法拉第屏蔽桶5的作用是在法拉第屏蔽桶5和金属腔室1有效接地(一般接地线)后，能够屏蔽射频线圈3上的高压端与低压端形成的静电场，从而抑制等离子体对石英桶4的刻蚀，有效的防止了等离子体对石英桶4的溅射损伤，延长了石英桶4的寿命。但是在实际使用过程中会发现，内置的法拉第屏蔽桶5虽然能够抑制大部分的射频静电场，但是由于其浸没在等离子体中，离子会对法拉第屏蔽桶5表面进行轰击溅射、刻蚀，从而导致金属原子进入到等离子体中污染等离子体；而溅射出来的金属原子又会再次沉积到石英桶4内壁上形成金属膜，降低了射频电磁场入射到石英桶4内部。此外，随着使用时间的延长，法拉第屏蔽桶5局部会被刻蚀到水冷位置，从而易出现漏水、真空度无法保证的问题。

请参考图2，图2为传统的射频放电系统外置法拉第屏蔽桶结构示意图；在金属腔室1上焊接有带有螺纹的圆筒2，里面插入石英桶4，然后通过O型圈真空密封，密封石英桶4顶端的金属密封件6其轴心处开有工作气体进入的进气口。在石英桶的外侧套有一个法拉第屏蔽桶5，法拉第屏蔽桶5与金属腔室1有效的硬连接同时接地。在法拉第屏蔽桶5外侧缠绕若干匝放电线圈3；当放电线圈3中通入射频电流时，就可以产生电磁场穿透法拉第屏蔽桶5到达石英桶4芯部，产生和维持等离子体。从图2中可以看出，放电线圈3与接地的法拉第屏蔽桶5很近，而放电线圈3输入射频电流时，必然存在一个射频高压端，因此放电线圈3和法拉第屏蔽桶5之间会形成强的静电场，很容易击穿打火，烧坏放电线圈3或者法拉第屏蔽桶5。

综上所述，接地的法拉第屏蔽桶的设置，能够有效的降低放电线圈上的电压降形成的容性场(静电场)；且不影响线圈上的电流产生的电磁场(电磁场可以通过法拉第屏蔽桶中间的缝隙穿透进去)，从而降低等离子体中的离子轰击介质窗，保护介质窗并延长了介质窗的工作寿命。但内置的法拉第屏蔽桶是浸没在等离子体中，等离子体会对其刻蚀和溅射，被溅射出来的金属原子污染等离子体；甚至金属原子再介质桶内壁再沉积，形成致密金属膜，降低了线圈上的射频电流产生的电磁场的穿透，降低了射频功率的耦合效率；外置的法拉第屏蔽桶，容易与线圈之间形成高压打火，击穿烧坏线圈或者法拉第屏蔽桶，从而不能产生等离子体。

实用新型内容