Устройство для микроволновой вакуумно-плазменной обработки конденсированных сред на ленточных носителях


 


Владельцы патента RU 2419915:

Яфаров Равиль Кяшшафович (RU)

Использование: в области вакуумно-плазменной обработки конденсированных сред. Сущность изобретения: в устройстве для микроволновой вакуумно-плазменной обработки конденсированных сред на ленточных носителях ввод СВЧ-энергии в операционную камеру, выполненную в виде прямоугольного резонатора на частоте генерации СВЧ-источника, является многоканальным (распределенным). Возбуждение в резонаторе СВЧ-колебаний осуществляется через скошенный по узкой стенке прямоугольный волновод, расположенный вдоль широкой длинной стенки резонатора, и вакуумно-плотные диэлектрические отверстия связи в общей стенке, расположенные по определенному закону, размер которых увеличивается в направлении распространения СВЧ-излучений. В середине боковых противоположных стенок операционной камеры имеются невозмущающие для СВЧ-колебаний резонатора узкие длинные щели, через которые протягивается ленточный обрабатываемый материал и осуществляется соединение со средствами откачки. Техническим результатом изобретения является создание устройства для вакуумно-плазменной обработки пластин различной формы сколь угодно большой ширины и протяженности, увеличение плотности и равномерности плазменного разряда для повышения производительности и однородности микрообработки материалов на ленточных носителях, уменьшение габаритов вакуумной установки, ее массы и стоимости. 2 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области вакуумно-плазменной обработки (очистки, осаждения, травления и т.д.) потоками ионов, атомов, молекул и радикалов инертных или химически активных газов слоев и пленочных материалов на ленточных носителях в микро- и наноэлектронике, оптике, гелиоэнергетике, стекольной, автомобильной и других отраслях промышленности.

Известно устройство для микроволновой (на частоте 2,45 ГГц) вакуумно-плазменной обработки с электронно-циклотронным резонансом (ЭЦР) полупроводниковых пластин диаметром 8-10 дюймов, в котором для повышения равномерности плазменной обработки осуществляют удержание СВЧ-плазмы с помощью магнитной ловушки, представляющей собой набор постоянных магнитов, окружающих реакционную камеру, с чередованием противоположных полюсов [1]. Плотность магнитного потока быстро уменьшается от 0,1 Тл в центре плоскости каждого полюса магнита до нескольких десятых мТл на расстоянии нескольких сантиметров от полюса. В центральной части плазмы магнитное поле отсутствует. Передача СВЧ-энергии в плазму осуществляется по восьми и более стержневым антеннам, расположенным в нескольких миллиметрах над плоскостью каждого полюса магнита. СВЧ-мощность к антеннам поступает от отдельных генераторов или от одного генератора по отдельным линиям передач.

Описанные устройство и способ ввода СВЧ-мощности имеют существенные недостатки, основными из которых являются: сравнительно небольшой уровень мощности, подводимой к каждой антенне (до 200 Вт), необходимость их охлаждения, защиты, отдельного согласования и др. Продукты разряда могут покрывать или повреждать антенны, существенно изменять электрические характеристики диэлектрических и металлических поверхностей, что делает введение СВЧ-мощности неустойчивым, а процесс обработки замедленным и невоспроизводимым. Повышенная плотность плазмы ограничивается объемом ЭЦР-слоя, от которого плазма диффундирует внутрь операционной камеры, а это затрудняет возможность повышения плотности и равномерности плазмы в больших объемах. Спад плотности плазмы от максимума, находящегося в центре ловушки, к краям достигает 20%.

Известна установка [2] для обработки ленточных (рулонных) материалов и получения слоя плазмы большой площади, в которой для формирования распределения магнитного поля требуемой конфигурации в области подложки применены локальные постоянные магниты, представляющие собой мультипольную систему для создания распределенного ЭЦР. В установке применены устройства, обеспечивающие рассеяние электромагнитного поля с целью достижения равномерной плотности СВЧ-энергии в ЭЦР-слое.

Недостатком такой конструкции является высокая ее сложность и ограниченность ширины ленточного материала размерами источника плазмы, имеющего круглое сечение, и наличием краевых эффектов. Последние обусловлены различием форм источника плазмы и протягиваемого объекта, которое для сохранения равномерности обработки требует ограничения его ширины в 1,5-1,7 раз меньше по сравнению с диаметром источника плазмы. Вместе с тем хорошо известны трудности создания ЭЦР микроволновых источников большой площади с удовлетворительной равномерностью обработки. По имеющимся данным ширина обработки ленточных материалов с обеспечением допустимой неравномерности 5-10% не превышает 200-350 мм.

Кроме того, при таком одноканальном и сосредоточенном вводе СВЧ-энергии из-за ее отражения от области плазмы с ЭЦР оказываются недостаточно высокими энергетическая эффективность процесса и его производительность.

Наиболее близким по технической сущности, принятым за прототип, является устройство [3] для микроволновой вакуумно-плазменной обработки конденсированных сред на ленточных носителях, в котором ввод СВЧ-энергии в операционную камеру, выполненную в виде прямоугольного резонатора на частоте генерации СВЧ-источника, является многоканальным (распределенным). Возбуждение в резонаторе СВЧ-колебаний вида Hmnp с р>>m, n осуществляется через прямоугольный волновод, расположенный вдоль широкой длинной стенки резонатора, и вакуумно-плотные диэлектрические отверстия связи в общей стенке, расположенные по определенному закону. В середине боковых противоположных стенок операционной камеры имеются невозмущающие для СВЧ-колебаний резонатора узкие длинные щели, через которые протягивается ленточный обрабатываемый материал и осуществляется соединение со средствами откачки. Невозмущающий характер щелей для СВЧ-колебаний резонатора обеспечивается тем, что индекс n колебаний является нечетным. При этом на щели имеется только продольный ток Jz. При выбранном способе возбуждения (через отверстия связи, расположенные симметрично относительно плоскости х=а/2, где а - ширина резонатора) индекс m также является нечетным. Расположение отверстий связи по координате z обеспечивает селективность возбуждения по продольному индексу р.

Для обеспечения селективного возбуждения резонатора на выбранном типе колебаний Hmnp с р>>m, n (m, n - порядка единицы), при котором линии электрического поля лежат в плоскости х, у, перпендикулярной длине операционной камеры, совпадающей с осью z, что обусловлено необходимостью создания скрещенных электрических и внешних магнитных полей для реализации распределенного по объему камеры ЭЦР, в общей длинной стенке волноводно-резонаторного перехода отверстия связи размещены с шагом l=Λ/(1+р Λ/2d) друг от друга. Здесь Λ=λ/{λ/λкр)2)1/2 - длина волны в возбуждаемом волноводе [4], р - продольный индекс, d - длина резонатора.

Для повышения производительности и равномерности плазменной обработки в такой установке операционная камера выполнена в виде набора нескольких одинаковых волноводно-резонаторных модулей, расположенных вплотную друг к другу узкими щелями, причем отверстия связи в соседних резонаторах смещаются друг относительно друга на расстояние 1/n, где n - количество используемых волноводно-резонаторных пар.

Недостатком описанной конструкции является недостаточно высокая равномерность плазменной обработки по продольной оси в каждом резонаторе и в установке в целом (по ширине протягиваемой через камеру пластины или ленточного материала). Другим существенным недостатком является сравнительно низкая плотность плазмы в каждом отдельном резонаторе и недостаточно высокая производительность обработки. Следствием этого и является необходимость увеличения количества используемых волноводно-резонаторных пар, располагаемых друг за другом по ходу движения обрабатываемой ленты или пластины, что вызывает увеличение габаритов вакуумной установки, ее массы и стоимости.

Техническим результатом изобретения является создание устройства для вакуумно-плазменной обработки пластин различной формы сколь угодно большой ширины и протяженности, увеличение плотности и равномерности плазменного разряда для повышения однородности и производительности микробработки материалов на ленточных носителях, а также уменьшение габаритов вакуумной установки, ее массы и стоимости.

Достигается это тем, что ввод СВЧ-энергии в операционную камеру, выполненную в виде прямоугольного резонатора на частоте генерации СВЧ-источника, осуществляется через прямоугольный одномодовый волновод, скошенный по узкой стенке от максимальной величины на одном конце, который подключен к генератору СВЧ-мощности Рвх до нуля на противоположном, и отверстия связи в общей стенке, размер которых увеличивается в направлении распространения СВЧ-энергии.

Для увеличения производительности и равномерности плазменной обработки материалов на ленточных носителях осуществляют наращивание объема одновременной обработки в операционной камере за счет использования многомодового резонатора с удвоенной шириной. В этом случае вдоль широкой длинной стенки резонатора на расстоянии L=(1…1,5)λ друг от друга, где λ - длина волны СВЧ-излучения генератора, устанавливаются два противоположно направленных одномодовых прямоугольных волновода, скошенных по узкой стенке и отверстиями связи, увеличивающимися в направлении распространения СВЧ-излучений, причем отверстия связи смещаются друг относительно друга на расстояние 1/2, где 1 - расстояние между отверстиями связи.

Для дальнейшего наращивания производительности плазменной обработки материалов на ленточных носителях возможно увеличение ширины резонатора и количества пар установленных на нем встречно-направленных волноводов. В этом случае для повышения равномерности обработки отверстия связи в соседних парах волноводов смещаются друг относительно друга на расстояние 1/2n, где n - количество пар противоположно направленных волноводов. За счет применения нескольких волноводных вводов энергии с уменьшающимся в направлении распространения СВЧ-энергии поперечным сечением в одну резонаторную камеру обеспечивается увеличение плотности мощности СВЧ-энергии и равномерность ее распределения в объеме камеры. Этому же способствуют и возрастающий в направлении распространения СВЧ-излучения размер окон связи между каждым волноводом и резонаторной камерой. Необходимо отметить, что такой ввод СВЧ-энергии приводит к выравниванию по длине волновода плотности передаваемой мощности и обеспечивает по сравнению с прототипом высокую равномерность передачи СВЧ-энергии от волновода в сопряженный с ним резонатор по всей длине.

Предлагаемая конструкция позволяет значительно улучшить в операционной камере как равномерность плазменного разряда, так и его плотность, что обеспечивает повышение по отношению к прототипу однородности и производительности микробработки материалов на ленточных носителях, а также уменьшение габаритов, массы вакуумной установки и ее стоимости за счет использования только одной резонаторной камеры.

Устройство представляет собой прямоугольный одномодовый скошенный по узкой стенке волновод, в результате чего его поперечное сечение линейно уменьшается в направлении распространения СВЧ-мощности, имеющий общую стенку и расположенный с внешней стороны вдоль длинной оси прямоугольного резонатора с размерами по осям a, b, d, причем d»а, b, λ - длина волны СВЧ-колебаний, и связанный с последним через керамические вакуумно-плотные отверстия связи, которые расположены с определенным шагом, зависящим от длины резонатора, частоты электромагнитных колебаний и др. факторов, причем размер их увеличивается в направлении распространения СВЧ-мощности. Нескошенный конец волновода подключен к генератору СВЧ-мощности Рвх. На поверхности резонатора вдоль прямоугольного волновода устанавливаются мультипольные магнитные системы из постоянных магнитов. В середине длинных боковых стенок резонатора имеются узкие длинные щели, через которые протягивается ленточный обрабатываемый материал и создаются вакуумная и плазмообразующая рабочие среды.

Микроволновое излучение, вырабатываемое генератором, направляется через скошенный прямоугольный волновод и систему керамических вакуумно-плотных отверстий связи в сопряженный с ним резонатор, который рассчитан на резонансную частоту задающего генератора и в середине длинных боковых стенок которого имеются щели, через которые протягивается ленточный обрабатываемый материал и осуществляется соединение с вакуумными средствами откачки. Отверстия связи для ввода СВЧ-энергии и обеспечения селективного и равномерного по длине возбуждения резонатора на выбранном типе колебаний Hmnp расположены на определенном расстоянии друг от друга, определяемом из выражения: l=Λ/(l+pΛ/2d), а размер их увеличивается в направлении распространения микроволнового излучения. Здесь Λ=λ/{1-(λ/λкр)2)1/2 - длина волны в возбуждаемом волноводе [4], р - продольный индекс возбуждаемого типа колебаний, d - длина резонатора. Под действием скрещенных электрического поля электромагнитного излучения генератора в резонаторе и внешнего магнитного поля постоянных магнитов, расположенных на внешней поверхности резонатора вдоль прямоугольного волновода, которое обеспечивает получение электронного циклотронного резонанса, в разреженной среде резонатора образуется область газового СВЧ-разряда.

При использовании для ввода через отверстия связи, увеличивающиеся в направлении распространения электромагнитных колебаний СВЧ-энергии, двух противоположно направленных одномодовых прямоугольных волноводов, скошенных по узкой стенке, которые устанавливаются на одном многомодовом резонаторе большей по сравнению с одноволноводным вводом ширины на расстоянии L=(1…1,5)λ друг от друга, где λ - длина волны СВЧ-излучения генератора, причем отверстия связи в этих волноводах смещены друг относительно друга на расстояние 1/2, где l - расстояние между отверстиями связи, улучшается равномерность по ширине и производительность непрерывной плазменной обработки материалов на ленточных носителях.

При использовании нескольких пар противоположно направленных скошенных прямоугольных волноводов, через которые осуществляется ввод СВЧ-энергии в операционную камеру, выполненную в виде одного многомодового резонатора с индексом m, определяемым количеством используемых волноводов, причем отверстия связи в соседних парах волноводов смещены друг относительно друга на расстояние 1/2n, где n - количество пар волноводов, увеличиваются равномерность обработки по ширине ленточного материала, плотность плазменного разряда и производительность непрерывной плазменной обработки. Ввод СВЧ-энергии в многомодовый резонатор осуществляется от одного или нескольких аналогичных генераторов через соответствующие прямоугольные волноводы.

Литература

1. Мультипольный источник СВЧ-плазмы с возбуждением по методу распределенного циклотронного резонанса: концепции и характеристики. // Пиню, Дюрандье, Пеллетье, Арналь, Вальс. // Приборы для научных исследований. 1988. N 7. С.56-60.

2. Патент ЕР 0279895 А2, 1С: Н01J 37/32.

3. Патент RU 2153733 С1. 27.07.2000. Бюл. №21.

4. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Т.1. Под ред. академика Н.Д.Девяткова. - М.: Высшая школа, 1970, 440 с.

1. Устройство для микроволновой вакуумно-плазменной с электронно-циклотронным резонансом обработки конденсированных сред на ленточных носителях, включающее микроволновой генератор и операционную камеру, выполненную в виде многомодового прямоугольного резонатора, в середине боковых противоположных стенок которого имеются невозмушающие для СВЧ-колебаний узкие длинные щели, через которые протягивается ленточный обрабатываемый материал и осуществляется соединение со средствами откачки, последовательно соединенные между собой одномодовым волноводом и согласованным переходом в виде вакуумно-плотных отверстий связи вдоль оси симметрии в общей широкой стенке многомодового резонатора и одномодового прямоугольного волновода, через который осуществляется ввод микроволнового излучения в операционную камеру, причем расстояние между отверстиями связи определяется из выражения l=Λ/(1+рΛ/2d), где Λ - длина волны в волноводе; р - продольный индекс, p>>m, n - поперечные индексы волны в резонаторе; d - длина резонатора, устройство, создающее магнитное поле в виде мультипольной магнитной системы, отличающееся тем, что одномодовый прямоугольный волновод является скошенным по узкой стенке от его максимальной высоты в месте ввода в него микроволнового излучения до нуля на противоположном конце, а размер вакуумно-плотных отверстий связи в общей широкой стенке многомодового резонатора и одномодового прямоугольного волновода, через которые осуществляется ввод микроволнового излучения в операционную камеру, напротив, увеличивается в направлении распространения СВЧ-излучения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что операционная камера выполнена в виде одного многомодового резонатора с удвоенной шириной, на внешней стенке которого расположены два противоположно направленных одномодовых прямоугольных волновода, скошенных по узкой стенке, и отверстиями связи, увеличивающимися в направлении распространения СВЧ-излучений, причем отверстия связи в соседних волноводах смещаются относительно друг друга на расстояние 1/2, где l - расстояние между отверстиями связи.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что операционная камера выполнена в виде одного многомодового резонатора с индексом m, определяемым количеством используемых волноводов, на внешней стенке которого расположены несколько пар противоположно направленных одномодовых прямоугольных волноводов, скошенных по узкой стенке, и отверстиями связи, увеличивающимися в направлении распространения СВЧ-излучений, причем отверстия связи в соседних парах волноводов смещаются относительно друг друга на расстояние 1/2n, где n - количество используемых пар волноводов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к реакторам для высокоплотной и высокочастотной плазменной обработки полупроводниковых структур. .
Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в технологии изготовления интегральных пьезоэлектрических устройств - фильтров, резонаторов, линий задержки на поверхностных акустических волнах.

Изобретение относится к технологии производства приборов микро- и наноэлектроники, связанной с травлением и выращиванием структур на поверхности материалов, в т.ч.

Изобретение относится к микроэлектронике, методам и технологическим приемам контроля и анализа структур интегральных схем, к процессам сухого плазменного травления.

Изобретение относится к устройствам генерации технологической плазмы и может быть использовано для проведения процессов осаждения, травления, окисления, имплантации (неглубоких слоев), сжигания органических масок на различных подложках в области электроники, наноэлектроники, при производстве медицинских инструментов, сенсорных устройств т.п.
Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов и ИС, в частности к способам травления пленочных диэлектриков, из которых наиболее широко используемым является нитрид кремния.

Изобретение относится к технологии производства приборов полупроводниковой электроники, в частности к способам травления структур на поверхности полупроводниковых пластин.

Изобретение относится к области полупроводниковой электроники, в частности к технологии полупроводниковых приборов

Изобретение относится к способам общего назначения для обработки материалов с помощью электрической энергии и может быть использовано в технологии полупроводниковых приборов

Изобретение относится к технологии полупроводникового производства, в частности к формированию затворов в КМОП технологии

Изобретение относится к устройствам локального травления тонких пленок микроэлектроники

Изобретение относится к технологии производства электронных компонентов для микро- и наносистемной техники

Изобретение относится к устройствам для генерирования плазмы высокой плотности и может быть использовано для травления изделий микроэлектроники. Устройство для плазмохимического травления содержит вакуумную камеру, генератор переменного напряжения высокой частоты и подложкодержатель с обрабатываемым изделием. Генератор соединен высокочастотным кабелем через согласующее устройство с генерирующей плазму спиральной антенной, размещенной в вакуумной камере. Подложкодержатель взаимодействует через дополнительное устройство с дополнительным генератором переменного напряжения высокой частоты. Согласующее устройство связано со спиральной антенной посредством полого вала, входящего в вакуумную камеру через вакуумный ввод вращения. На конце вала жестко закреплен полый рычаг. К полому рычагу прикреплен со смещением от оси вращения полого вала диэлектрический колпак с размещенной в нем спиральной антенной. Полый вал и подложкодержатель имеют автономные приводы вращения. Средство программного управления автоматически регулирует скорость вращения каждого привода, обеспечивая необходимую равномерность травления изделия. Изобретение обеспечивает уменьшение габаритов всей установки и снижение потребляемой мощности. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к микроэлектронике, методам и технологическим приемам контроля и анализа структуры интегральных схем, к процессам сухого плазменного травления. Сущность изобретения: слой TiN удаляется селективно к SiO2, вольфраму и поликремнию при реактивном ионном травлении его в плазме O2 с присутствующей в зоне разряда пластинкой фторопласта площадью 2-20% рабочей поверхности высокочастотного (ВЧ) электрода, травление проводят при плотности ВЧ мощности 1-3 Вт/см2, а рабочую поверхность ВЧ электрода покрывают кремнием, графитом или другим фторопоглощающим материалом. 1 табл.

Изобретение относится к СВЧ плазменным устройствам для проведения процессов осаждения и травления слоев - металлов, полупроводников, диэлектриков и может быть использовано в технологических процессах создания полупроводниковых приборов с высокой степенью интеграции, работающих в экстремальных условиях. Изобретение обеспечивает улучшение равномерности обработки и повышение скорости формирования слоев. В устройстве СВЧ плазменной обработки пластин, содержащем волноводный тракт, огибающий боковую стенку реакционной камеры, через центр широкой стенки волноводного тракта перпендикулярно к ней проходят несколько разрядных трубок, а в местах их входа и выхода из волноводного тракта накладывается магнитное поле для создания условий электронного циклотронного резонанса, волноводный тракт выполняют кольцевым и располагают на боковой стенке реакционной камеры так, что разрядные трубки размещаются в одной плоскости, параллельной обрабатываемой пластине, а над обрабатываемой пластиной вне реакционной камеры на ее крышке, выполненной из прозрачного для СВЧ материала, располагают плоскую двухзаходную спиральную СВЧ антенну, под обрабатываемой пластиной для ее нагрева размещают еще одну плоскую двухзаходную спиральную СВЧ антенну. 2 ил.

Изобретение относится к СВЧ плазменным установкам для проведения процессов травления и осаждения слоев - металлов, полупроводников, диэлектриков при пониженном давлении и может быть использовано в технологических процессах создания полупроводниковых приборов с высокой степенью интеграции. Изобретение обеспечивает улучшение равномерности обработки кремниевых пластин, упрощение настройки горения плазмы в каждой разрядной трубке. Устройство СВЧ плазменной обработки содержит волноводный тракт, огибающий боковую стенку реакционной камеры, через центр широкой стенки волноводного тракта перпендикулярно к камере проходят несколько разрядных трубок, а в местах их входа и выхода в волноводный тракт накладывается магнитное поле для создания условий электронного циклотронного резонанса. Для обеспечения одинаковых параметров плазмы волноводные тракты, выполненные кольцевыми, расположены на стенке реакционной камеры ярусами со смещением разрядных трубок в ярусах друг относительно друга, а также дополнительно введен электрод, через который вводятся газы. 2 ил.

Изобретение относится к области радиоэлектронной техники и микроэлектроники и может быть использовано для плазмохимической обработки подложек из поликора и ситалла. В способе плазмохимической обработки подложек из поликора и ситалла производят предварительную протирку изделий спиртом со всех сторон, включая протирку всех торцов подложки, производят предварительный обдув изделий нейтральным газом, помещают изделия в камеру плазменной установки вместе с подобным образцом - свидетелем, производят очистку изделий в среде доминирования кислорода при мощности 500-600 Вт, давлении процесса 800-900 мТорр в течение 10-20 минут, проверяют качество обработки поверхности по свидетелю методом краевого угла смачивания по окончании очистки. Изобретение обеспечивает повышение качества очистки подложек из поликора и ситалла перед напылением, в частности удаление оксидных пленок, органики, сокращение времени и экономических затрат на выполнение операций очистки. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх