一种可调远程等离子体系统及调节方法与流程

本发明涉及远程离子体的，具体的说是一种可调远程等离子体系统及调节方法。

背景技术：

1、远程等离子体指设计相互远离的工艺腔室和谐振腔室，利用微波能量、射频等方式电离气体产生等离子体，再通过气体流场，仅将电中性的活性粒子（如原子、自由基、激发态分子）输运到衬底表面参与反应的一种技术架构。远程等离子体适用于高端装备制造业，能够广泛应用于科研、工业制造、材料加工等多个领域，特别是在电子束熔炼、表面处理、纳米材料制备、大气污染控制等方面有着显著的应用价值。其核心优势在于实现了等离子体激发区与作用区的分离：一方面，可近乎完全滤除光子与带电粒子，减少因等离子体直接接触造成的充电损伤和物理轰击，对栅氧层等敏感结构极为友好；另一方面，可独立优化等离子体产生条件与衬底处理环境，从而获得高浓度、高度可控的活性粒子流，在低温、低损伤条件下实现高均匀性的薄膜沉积、刻蚀与表面处理，并显著延长设备维护周期。

2、然而，在现有微波能量远程等离子体设计中，谐振腔室与工艺腔室之间的距离通常固定不变。这种恒定间距存在一个显著工艺缺陷：活性粒子（如原子、自由基）的浓度和能量状态会随传输距离发生指数衰减或碰撞弛豫，因此固定距离意味着输运到衬底表面的粒子通量、种类比例及能量分布被唯一确定，系统因而无法适配不同工艺需求。此外，不同等离子体种类、腔室压力和气流量会导致不同的等离子体复合时间与状态，也需要动态距离匹配；恒定距离无法发挥其最佳效果，最终导致工艺窗口窄、晶圆间重复性差，且难以在同一硬件平台上兼容多种薄膜材料的工艺。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供了一种可调远程等离子体系统及调节方法，解决了等离子体系统无法适配不同工艺需求的问题。

2、根据本发明实施例第一方面的一种可调远程等离子体系统，包括：

3、间距调节机构和相互分离的谐振腔、反应腔，所述谐振腔用于激发等离子体，所述谐振腔设有馈入窗口和介质馈入管，微波能量从所述馈入窗口馈入并在所述介质馈入管反应从而激发形成等离子体，所述谐振腔连通有气体置换机构，所述气体置换机构用于从所述谐振腔抽出内部气体或向所述谐振腔通入反应气体，所述反应腔承载有待处理样品，所述谐振腔产生的所述等离子体通过远程输送进入所述反应腔对所述待处理样品进行加工，所述间距调节机构用于调节所述谐振腔和所述反应腔的间距以调控到达所述待处理样品的活性粒子种类和能量，所述谐振腔、所述反应腔和所述间距调节机构构成与外界隔离的内部密闭气体环境。

4、根据本发明实施例的一种可调远程等离子体系统，至少具有如下有益效果：

5、本发明通过设置间距可调、相互分离的谐振腔和反应腔，利用活性粒子随着传输距离发生衰减或碰撞弛豫，从而能够通过调节间距改变到达待处理样品表面的粒子通量、种类比例及能量分布，满足不同工艺的需求，当缩短间距时，等离子体组分保留有高活性短寿命自由基，能够满足高速率工艺，当增大间距时，则可减少高能离子轰击，获得低损伤的等离子体流，满足高精度的表面处理要求，利用远程传输距离充分扩散实现活性粒子的高均匀性，解除了传统恒定距离下为降低损伤必须牺牲浓度的耦合限制。

6、根据本发明的一些实施例，所述介质馈入管的材质为石英、陶瓷或蓝宝石中的一种。

7、根据本发明的一些实施例，所述间距调节机构包括相互套接的第一通道和第二通道，所述第一通道和所述第二通道分别与所述谐振腔和所述反应腔连通，通过所述第一通道和所述第二通道之间的相对移动以改变所述谐振腔和所述反应腔之间的距离。

8、根据本发明的一些实施例，所述第一通道和所述第二通道之间通过波纹管面或磁流体实现密封。

9、根据本发明的一些实施例，所述间距调节机构设有限位结构，所述限位结构用于限制所述第一通道和所述第二通道的最大相对移动距离以避免所述第一通道和所述第二通道脱出相互分离。

10、根据本发明的一些实施例，所述限位结构为环状结构并设于所述第二通道末端，通过与所述第一通道远离所述谐振腔的一端抵接以实现限位。

11、根据本发明的一些实施例，所述谐振腔设置于所述反应腔的上方，所述等离子体在重力作用下自然进入所述反应腔。

12、根据本发明第二方面的一种可调远程等离子体调节方法，所述方法包括：

13、将所述反应腔和所述谐振腔抽至真空，向所述谐振腔内通入反应气体；

14、向所述谐振腔内馈入微波能量产生等离子体；

15、根据工艺速率和精度要求，通过所述间距调节机构改变所述反应腔和所述谐振腔的间距；

16、将所述等离子体输送至所述待处理样品表面，以进行加工工艺。

17、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

1.一种可调远程等离子体系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的可调远程等离子体系统，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的可调远程等离子体系统，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的可调远程等离子体系统，其特征在于：

5.根据权利要求3所述的可调远程等离子体系统，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的可调远程等离子体系统，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的可调远程等离子体系统，其特征在于：

8.一种可调远程等离子体调节方法，其特征在于，适用于如权利要求1至7任一项所述的可调远程等离子体系统，所述方法包括：