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CN115336395A - 高频反应处理装置与高频反应处理系统 - Google Patents

高频反应处理装置与高频反应处理系统 Download PDF

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CN115336395A
CN115336395A CN202180024263.4A CN202180024263A CN115336395A CN 115336395 A CN115336395 A CN 115336395A CN 202180024263 A CN202180024263 A CN 202180024263A CN 115336395 A CN115336395 A CN 115336395A
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outer container
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高松利行
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Sst Co ltd
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Abstract

提供一种高频反应处理装置与高频反应处理系统，能够减少通过传播线路的电磁波的能量损失，同时以环路形式连续地反馈至传播线路。本发明包括：外部容器(40)，由介电材料形成并且内部空间能够由两个端表面封闭；覆盖导体(43)，由导电材料形成并且形成覆盖导体(43)与介电外部容器(40)的外表面之间的空间区域，覆盖导体(43)的电位保持与高频线路地电位相等；一个或多个高频耦合部(42)，设置在覆盖导体(43)的外表面上的任意位置处；以及一个或两个或多个介电内部容器(41)，由介电材料形成、不接触介电外部容器(40)的内表面、并且设置在经由高频耦合部(42)接收行进的高频波的位置处，并且其内部空间能够由两个端表面封闭。通过高频耦合部(42)引导的电磁波在介电内部容器(41)的内部空间中执行反应处理。

Description

高频反应处理装置与高频反应处理系统
技术领域
本发明涉及一种通过高频激励的电磁波对目标材料进行处理的高频反应处理装置与高频反应处理系统。
背景技术
专利文献1公开了一种高频反应处理装置，其中，形成高频波的传播线路，以通过圆柱体或球形介电容器而以环路形式返回。高频反应处理装置包括由电介质形成的外部容器与由设置在外部容器内的电介质所形成的内部容器，并且高频波耦合部设置在外部容器的外表面上，并且保持在地电位的导体的覆盖部设置在另一外表面部分处。
专利文献1中所公开的高频反应处理装置由于内部容器内的反应处理区域中的消逝表面波而具有大量的强电场点。进一步地，可以将电磁波从高频波导线路传播至无限长的介电传播线路的方向，其能够配置具有大面积的大规模的无限长的介电传输线路。
现有技术文献
专利文献[专利文献1]日本专利第3637397号
发明内容
发明解决的问题
在上述高频反应处理装置中，配置无限长的介电传播线路。无限长的介电传播线路指通过圆柱体或球形介电容器而以环路形式返回的高频波传播线路。因此，通过将电磁波从高频波导线路传播至无限长的介电传播线路的方向，产生消逝波并且消逝波在内部容器内连续传播，高频波的供应能量被内部容器内的负载所吸收。
然而，当内部容器内进行反应的负载具有较低的吸收效率时，高频率的能量不被内部负载有效地吸收。因此，通过外部容器以环路形式连续返回并且经过无限长的介电传播线路的电磁波的能量的一部分由于介电材料的介电损失被吸收，并且损失部分作为热损失被消耗。
鉴于上述情形而提出本发明，并且其目的是提供一种能够减少以环路形式返回传播线路并且经过传播线路的电磁波的能量损失的高频反应处理装置与高频反应处理系统。
解决问题的方式
(1)为了实现上述目标，本发明的高频波响应处理装置包括：外部容器，由介电材料制成并且具有能够由两个端面封闭的内腔；覆盖部，由导电材料制成并且保持在与高频波导的地电位相同的电位，以与外部容器的外表面形成空间区域；至少一个高频波耦合部，设置在覆盖部的外表面的任意位置处；以及至少一个内部容器，由介电材料制成，设置在用于接收通过高频波耦合部行进的高频波、而不接触外部容器的内侧面的位置处，并且该至少一个内部容器具有能够由两个端面封闭的内腔；其中，通过从高频波耦合部引导的电磁波而在内部容器的内腔中执行反应处理。
由此，通过针对由介电外部容器产生的消逝波在覆盖部与外部容器之间设置空间，能够抑制外部容器对电磁波的吸收并且能够提高处理效率。
(2)进一步地，本发明的高频反应处理装置还包括：盖部，由保持在与高频波导的地电位相同的电位的导体制成，盖部在内部容器的端面处封闭内部容器的内腔；其中，盖部具有用于嵌合内部容器的端部的嵌合槽；并且嵌合槽具有所引导的高频波的长度的1/8波长以上且1/2波长以下的深度并且容纳内部容器的端部、而不与内部容器的侧表面接触。由此，因为电磁波发生堵塞、而不进入嵌合槽，所以可以保持内部容器的端部的低温度。
(3)进一步地，本发明的高频反应处理系统包括：根据上述任一项所述的多个高频反应处理装置；以及单个处理室，经由位于多个高频反应处理装置中的各个高频反应处理装置的内部容器的一侧上的端面而连接至内部容器的内腔。由此，具有较大输出的处理反应能够扩展到较大的面积。
发明的有利效果
根据本发明，可以减少以环路形式连续返回至传播线路并且经过传播线路的电磁波的能量损失。
附图说明
图1的(a)与(b)分别是根据第一实施例的高频反应处理装置在y1-y2上的横截面平面图与横截面正视图。
图2是根据第一实施例的高频反应处理装置的放大横截面正视图。
图3的(a)与(b)分别是根据第二实施例的高频反应处理装置在y1-y2上的横截面平面图与横截面正视图。
图4是根据第二实施例的高频反应处理装置的放大横截面正视图。
图5的(a)与(b)分别是根据第三实施例的高频反应处理系统在y1-y2上的横截面平面图与横截面正视图。
具体实施方式
[第一实施例]
图1的(a)与(b)分别是根据第一实施例的高频反应处理装置100在y1-y2上的平面横截面图与横截面正视图。高频反应处理装置100包括介电外部容器40(外部容器)、覆盖导体43(覆盖部)、高频波耦合部42、介电内部容器41(内部容器)、以及真空容器壁59(盖部)。介电外部容器40由氟树脂膜层53和石英管54配置。介电内部容器41由石英管55配置。高频波耦合部42设置在覆盖导体43的外表面的任意位置处。可以为一个覆盖导体43提供多个高频波耦合部42。
介电内部容器41由介电材料制成并且设置在用于接收通过高频波耦合部42行进的高频波、不接触介电外部容器40的内侧面的位置处。介电内部容器41具有由真空容器壁59所形成的两个端面封闭的内腔(内部空间)。可以针对一个外部容器设置多个介电内部容器41。高频反应处理装置100通过从高频波耦合部42所引导的电磁波在介电内部容器41的内腔中执行反应处理。
如图1的(a)与(b)所示，高频反应处理装置100能够配置高频等离子体装置的放电部。y1-y2表示与高频波导平行的中心线(以下同样适用)。图2是根据第一实施例的高频反应处理装置100的放大横截面正视图。
介电外部容器40由介电材料制成，并且其内腔(内部空间)由真空容器壁59(盖部)所配置的两个端面封闭。覆盖导体43由导电材料制成，以与介电外部容器40的外表面形成空间区域149，并且覆盖导体43保持在与高频波导的地电位相同的电位。由此，尽管由介电外部容器40在用作波导的覆盖导体43的内部产生消逝波，然而，通过在覆盖导体43与介电外部容器40之间设置空间区域149抑制介电外部容器40对电磁波的吸收，以提高处理效率。
优选地，通过使覆盖导体43的内表面与介电外部容器40的外表面之间间隔行进的高频波的1/60波长以上且1/4波长以下来形成空间区域149。由此，可以将介电内部容器41设置在距覆盖导体43的内侧面1/4波长的位置处，即，与消逝波的峰值对应，并且提高处理效率。
真空容器壁59形成在介电内部容器41、介电外部容器40、以及覆盖导体43的相应端面上。真空容器壁59由保持在与高频波导的地电位相同的电位的导体所配置，以在介电外部容器40与介电内部容器41的端面处封闭介电内部容器41与介电外部容器40的内腔。真空容器壁59具有用于保持介电外部容器40与覆盖导体43隔开的锁定部。由此，能够在覆盖导体43的内表面与介电外部容器40的外表面之间布置恒定的距离。例如，锁定部能够形成为其中嵌合覆盖导体43的凹槽。
如图1的(a)与(b)所示，在高频反应处理装置100中，从两个微波振荡部发射高频波47并且通过高频波导44将高频波47引导至真空容器12中。真空容器12用作放电部的中心部分。高频波导44指由波导所形成的高频波的传播线路或者波导与空间区域。
真空容器12由作为介电容器41的圆柱形石英管55、上下铝制真空容器壁59与铝制的门样品台57配置并且通过O形环58进行真空密封。在真空容器壁59中，设置减压排气口56来排出气体并且降低压力。在控制流速率的同时，从处理气体入口20导入用于生成等离子体的气体。
下面概括了直至使用上述所配置的高频反应处理装置100的等离子生成的过程。在将目标样品放置于大气中的门样品台57上之后，门样品台57上升，并且通过下真空容器壁59处的O形环而形成接触密封连接。对真空容器12进行减压，并且从处理气体入口20导入预定的处理气体。通过沿着高频波47的行进方向导入高频电磁波，在真空容器12中生成具有等离子体边界平面16的高频等离子体。
介电外部容器40由氟树脂膜层53与石英管54配置，并且在石英管54的外侧面上覆盖氟树脂膜层53。在氟树脂膜层53的外侧面(即，介电外部容器40的外表面)与处于地电位的铝制覆盖导体43之间设置空间区域149，由覆盖导体43和空间区域149形成高频波导44。高频波导44是由接地的覆盖导体43所包围的波导中的空间线路，并且通过使连接扩展到空间区域149形成与波导相符合的线路。
覆盖导体43还电连接至由铝制成的真空容器壁59。在本实施例中，介电内部容器41设置在介电外部容器40内并且与介电外部容器40共轴，以使得从介电内部容器41的内侧面到介电外部容器40中的氟树脂膜层53的外侧面的距离是要引导的高频波的1/4波长。
此外，出于冷却介电外部容器40和介电内部容器41之目的，采用这样的结构，即，其中，具有较小介电常数的气体或液体从位于下侧的真空容器壁59中的冷却介质入口71流至介电外部容器40与介电内部容器41之间的区域中，并且从位于上侧的真空容器壁59中的冷却介质出口72释放气体或液体。
高频波耦合部42连接高频波导44与介电外部容器40，并且高频波47经由高频波耦合部42而沿着高频波导44进行传播。介电外部容器40与铝制的覆盖导体43之间的空间区域149用作高频波导44。尽管电场方向通常根据高频波47的电磁波模式而改变，然而，在高频反应处理装置100中，电场方向被配置成使得电磁波使用TM11模式在介电外部容器40(即，圆形管)的圆形管圆周方向上进行传播。因此，形成其中电磁波在圆形管的侧表面上以环路形式返回的无限长的介电传播线路。
介电外部容器40的正面横截面的内部轮廓的长度被设计成是要引导的高频波的1/4波长的整数倍数。由此，沿着作为介电传播线路的介电外部容器40的圆周方向进行传播的高频波47致使传播线路发生谐振。
进一步地，通过介电外部容器40的外侧面与接地覆盖导体43之间的空间区域形成腔的高频波导44，并且可以减少在无限长的介电传播线路中以环路形式返回的高频波的衰减。由此，电磁波并不向外泄露，并且在介电外部容器40的内径方向上沿着传播线路广泛地产生形成泄露电场的表面波。进一步地，覆盖导体43保持在地电位。由此，在被引导至导体表面的内部中的表面波的1/4波长的整数倍数的位置处以环路形式广泛地产生具有高电场的大量点。
如上所述，配置真空容器12的壁表面的介电内部容器41的内侧面的位置与具有表面波的高电场的点重合。由此，由于导入高频波47而易于并且瞬间在真空室12中生成等离子体。
当生成等离子体时，在介电内部容器41中形成等离子体边界平面16。因为等离子体自身具有可变阻抗，所以表面波的一部分被等离子体吸收，并且表面波的其他部分被等离子体边界平面16反射。反射波经由介电外部容器40和介电内部容器41通过覆盖导体43在由等离子体边界平面16所形成的区域中交替地重复反射和传播。
高频波在该区域中的传播线路阻抗与等离子体的阻抗一起改变。因此，该区域形成1/4波长阻抗变压器的匹配电路。由此，与等离子体一起发生谐振。因此，实现了传播线路与等离子体负载之间的阻抗匹配，并且最终，将电磁波能量有效地吸收到等离子体负载中。
进一步地，随着所导入的功率的增加，等离子体密度增加并且等离子体边界平面16开始具有接近导体的特性。因此，即使1/4波长阻抗变压器的传播线路中的反射驻波增加，传播线路的电容特性也增加，以整体形成并联的谐振电路。因此，反射驻波的增加在等离子体负载的当前值的增加方向上起作用，并且等离子体离子化效率增加。由此，反射波不返回至高频波导44，当从振荡侧观看负载时，实现非反射状态。
进一步地，当不存在作为整体的等离子体负载时，真空容器12用作圆柱形腔谐振器，并且当存在等离子体负载时，真空容器12用作介电谐振器。因此，能够在负载中有效地吸收功率。
如图1的(a)与(b)所示，即使从多个高频波导44引导高频波47，驻波也被限制在与1/4波长阻抗变压器的匹配电路对应的区域中。由此，多个振荡部能够在彼此不干扰的情况下将功率注入到负载中，并且由此该装置获得较大的功率。
此处，作为示例，示出了本实施例中的高频反应处理装置的特定尺寸与容量。高频波47的波长是2.45GHz，其电磁波模式是TM11模式，并且其最大功率是1kW。高频波耦合部42在宽度为70mm且高度为130mm的开口处连接至介电外部容器40。在具有150mm的外径、3mm的厚度、以及200mm的Z轴方向长度的石英管54的外侧面上覆盖由具有2mm的厚度的PTFE所形成的氟树脂膜层53，并且由此形成介电外部容器40。介电内部容器41由具有115mm的外径、3mm的厚度、以及200mm的Z轴方向长度的石英管55构成。由铝制成的覆盖导体43由具有0.5mm的厚度的铝板构成。在由铝制成的覆盖导体43与介电外部容器40的外侧面之间设置3mm的空间区域，介电外部容器40的外侧面覆盖有由具有2mm的厚度的PTFE所形成的氟树脂膜层53。
由铝制成的真空容器壁59形成为具有20mm的厚度和200mm的外径的盘状。位于下侧的真空容器壁在其中心处具有100mm直径的孔，并且由门样品台封闭该孔。减压排气口56是具有20mm的内径和1英寸的外径的管并且通过O形环密封件的连接点而从真空泵连接至真空管。冷却介质入口71与1/4英寸的气体管的接头连接并且以30psi供应干燥空气进行冷却。
在本实施例中，将处理气体入口20和减压排气口56设置在同一真空容器壁59中，但是，其可以单独地设置在相对的真空容器壁59上。
[示例1-1]
下面描述了本实施例中的等离子体生成的测试例。使用根据上述配置例的高频反应处理装置。作为真空条件，将压力设置成13Pa至1000Pa，并且使用N2、O2、以及其混合气体。气体流速率是50cc/min至300cc/min。作为微波功率，以每单位为50W至1000W供应2个单位。关于真空泵系统，使用泵送量为1000L/min的旋转泵。通过真空排气线路上的尼拉尼真空计测量真空程度。通过调整位于真空排气管线上的手动切换阀门的打开与关闭而调整压力。在全部上述生成条件下，从功率输入瞬间获得等离子体放电。然后，通过真空容器获得具有均匀等离子体发射的等离子体。即使执行连续操作1000小时以上，在磁控管振荡部中也观察不到异常。
[示例1-2]
下面描述了本实施例中的处理效率的测试例。作为样品，使用覆盖在具有20cm2的面积的硅衬底上、厚度为2μm的有机光致抗蚀剂对剥离速率进行测试。作为处理条件，将衬底温度设置成室温，将微波功率设置成500W，将处理气体设置成氧气(100cc/min)，将处理压力设置成150Pa，并且将处理时间设置成20秒。在本实施例的高频反应处理装置中，光致抗蚀剂的剥离速率是4μm/min。这是超过现有技术的150％的结果。作为比较例，在常规的高频反应处理装置中，其不同仅在于由铝制成、与介电外部容器的外径相重合的覆盖导体的内径并不提供空间区域，并且其他条件相同。在对处理进行测量之后，衬底温度约为60℃，并且可以在不增加衬底温度的情况下高速执行有机物质剥离。
在使用氧微波等离子体的普通有机物质剥离装置的情况下，剥离速率随着衬底温度的上升而增加。在这种情况下，除非衬底的温度上升至140度以上，即，有机抗蚀剂膜的玻璃转变点，否则，不能获得1μm/min以上的剥离速率。在本实施例的高频反应处理装置中，能够判断衬底温度为什么不上升并且剥离速度较高的原因在于，在介电内部容器41的内壁部分附近的等离子体边界平面16中生成高密度激发的等离子体并且产生大量的氧自由基。
[第二实施例]
在上述实施例中，当内部容器中的负载是减压等离子体放电时，等离子体放电体扩散至整个内部容器、气体导入部、以及减压管部。因为等离子体放电体是导体，所以高频波在等离子体放电体中传播并且还传播至内部容器的外端面中的减压密封部。因此，作为高频波被具有介电损失的密封材料吸收的结果，密封材料由于热而发生劣化，并且最终，气密密封发生劣化。此外，等离子体放电体的发光辐射对紫外线的吸收以及由此生成的热也产生影响。其主要目的是通过电致发光和电磁波来切断到内部容器的端部处的构件的真空紫外线。
图3的(a)与(b)分别是根据第二实施例的高频反应处理装置200在y1-y2上的横截面平面图和横截面正视图。高频反应处理装置200包括介电外部容器40(外部容器)、覆盖导体43(覆盖部)、高频波耦合部42、介电内部容器41(内部容器)、以及真空容器壁259(盖部)。介电外部容器40由氟树脂膜层53和石英管54配置。介电内部容器41由石英管55配置。如图3的(a)与(b)所示，高频反应处理装置200能够构成高频等离子体装置的放电部。图4是示出高频反应处理装置200的放大横截面正视图。
真空容器壁259包括用于嵌合介电内部容器41的端部的凹槽231(嵌合槽)。凹槽231具有长度为要引导的高频波的波长的1/8波长以上且1/2波长以下的深度并且容纳介电内部容器41的端部，而不与介电内部容器41的侧表面接触。由此，因为电磁波发生堵塞、而不进入凹槽231，所以可以保持介电内部容器41的端部的低温度。凹槽231具有要引导的高频波的波长的1/4波长以上的深度。由此，高频波发生堵塞，以不泄露至介电内部容器41的端部。
O形环58(密封构件)设置在介电内部容器41与真空容器壁259之间，以对介电内部容器41的内腔进行密封。O形环58设置在由凹槽231所容纳的任意位置处。由此，用于对介电内部容器41进行密封的O形环58的温度可以保持较低，可以防止O形环58发生损坏。
介电内部容器41可以由氧化铝制成。由此，可以改善腐蚀性气体在高温下的耐久性。例如，在介电内部容器41的内腔中生成等离子体的情况下，这是有效的。因此，能够以高效率生成等离子体。
在其中通过从高频波耦合部引导的电磁波在介电内部容器41的内腔中执行目标材料的反应处理的情况下，优选为介电内部容器41由石英制成。因此，其能够应用于氟碳和酸性气体的分解。
如同第一实施例，真空容器12由圆柱形石英管55、位于上侧和下侧的铝制真空容器壁59、以及铝制的门样品台57配置并且通过O形环58进行真空密封。介电内部容器41由石英管55配置。本实施例并不局限于第一实施例的变形并且可以是无空间区域的高频反应处理装置的变形。
在第一实施例中，O形环58可能由于装置的长期使用与使用条件而遭受曝光劣化，由于对所泄露的电磁波的吸收，热量与等离子体从具有在真空容器12内所生成的等离子体边界平面16的高频等离子体释放真空紫外线。
在本实施例中，具有宽度为所使用的高频波的1/8波长以下且深度为1/4波长以上的凹槽231分别形成在位于上侧和下侧的铝制真空容器壁259中。因此，用于圆柱形石英管55的两个端面的密封部分设置在凹槽231内。
该结构抑制高频波，并且高频波并不泄露至凹槽中所配置的密封部分。进一步地，由上述凹槽屏蔽等离子体放电的真空紫外线，以抑制O形环发生劣化。
进一步地，优选为位于上侧和下侧的铝制真空容器壁259的内部具有水冷却结构。由此，还可以解决由于热而发生的劣化。
因此，即使在长时间连续生成高功率高密度等离子体的苛刻条件下，也能够抑制减压密封件发生劣化，并且实现免维护。
此处，作为实施例，示出了根据本实施例的高频反应处理装置的特定尺寸与容量。高频波47的频率是2.45GHz，其电磁波模式是TM11模式，并且其最大功率是1kW。高频波耦合部42在具有70mm的宽度和130mm的高度的开口处连接至介电外部容器40。介电外部容器40由石英管45和氟树脂膜层53构成，石英管54具有150mm的外径、3mm的厚度、以及200mm的Z轴长度，并且氟树脂膜层53由具有2mm的厚度、覆盖石英管54的外侧面的PTFE形成。
介电内部容器41由具有115mm的外径、3mm的厚度、以及260mm的Z轴方向长度的石英管55构成。由铝制成的覆盖导体43由具有0.5mm的厚度的铝板构成。在铝制的覆盖导体43的外侧面与介电外部容器40之间设置3mm的空间区域。
由铝制成的真空容器壁259是具有50mm的厚度和200mm的外径的盘状构件并且通过水冷却通道进行水冷却。进一步地，形成具有160mm的外径、140mm的内径、以及30mm的深度的凹槽231。
位于下侧的真空容器壁在中心处具有直径为100mm的孔，并且由门样品台封闭该孔。减压排气口256是具有20mm的内径和1英寸的外径的管并且通过具有O形环密封件的连接接头而从真空泵连接至真空管。冷却介质入口71连接至1/4英寸的气体管接头，并且在使用该入口时，以30psi供应干燥空气进行冷却。
[示例2]
下面描述了本实施例中的连续等离子体生成的测试例。作为真空条件，压力是130Pa，并且使用气体是N2气体。作为微波功率，以每单位1000W提供两个单位。作为真空泵送系统，使用泵送量为1000L/min的旋转泵。通过位于真空排气线路上的尼拉尼真空计对真空进行测量，并且通过位于真空排气线路上的手动切换阀门的打开与关闭调整而调整压力。在全部上述条件下，由于通电而瞬间获得等离子体放电，并且获得在真空容器内产生均匀等离子体发射的等离子体。此外，即使执行连续操作1000小时或更长时间，真空密封件也不出现问题，并且未观察到具有50度硬度、用作密封件O形环的透明硅酮发生劣化。
在本实施例中，处理气体入口220与减压排气口256设置在同一真空容器壁259中，但是，其可以单独设置在面向彼此的真空容器壁259中。
在本实施例中，O形环58设置在凹槽231的底部并且在石英管55的端面处配置密封部，但是，可以在石英管55的端面附近的外侧面或内侧面上配置密封部。
[第三实施例]
在第一实施例中，对于具有较大体积和较大面积的负载，可以通过增加内部容器的直径并且使多个高频波耦合部耦合至相同的负载而实现较大输出的输入。然而，因为内部容器的侧表面的曲率变得恒定或更大，以通过增加内部容器的直径而使侧表面平面化，所以变得难以形成高频传播线路通过介电容器以环路形式返回的无限长的介电传播线路。特别地，在需要较大面积处理的减压等离子体反应处理装置的应用中，变得需要一定的措施。
图5的(a)与(b)分别是根据第三实施例的高频反应处理系统310在y1-y2上的横截面平面图与横截面正视图。高频反应处理系统310包括多个高频反应处理装置300与单个下流式处理室容器461。高频反应处理装置300包括介电外部容器40(外部容器)、覆盖导体43(覆盖部)、高频波耦合部42、介电内部容器41(内部容器)、以及真空容器壁359(盖部)。该多个高频反应处理装置300形成相同的形状、居中对称布置、并且彼此共用真空容器壁359。由此，可以在平衡良好的布置中执行高频反应处理。
介电外部容器40由氟树脂膜层53和石英管54配置。介电内部容器41由石英管55配置。如图5的(a)与(b)所示，高频反应处理系统310能够配置高频等离子体装置的放电部。
下流式处理室容器461经由该多个高频反应处理装置300的各个高频反应处理装置中的介电内部容器41的一个端面而连接至介电内部容器41的内腔(内部空间)。由此，具有较大输出的处理反应能够扩展到较大的面积。
该多个高频反应处理装置300中的外部容器是圆柱形的，并且圆柱形外部容器的曲率半径是150mm以下。由此，因为可以减少曲率半径，所以电磁波能够保持行进。
本实施例是第一实施例的变形并且旨在对较大直径的衬底进行处理。因此，本实施例具有较高的效率，并且当将多个高频波引导至相同的负载时，易于实现较大直径的处理装置。本实施例并不局限于第一实施例的变形并且可以是无空间区域的高频反应处理装置的变形或可以是第二实施例的变形。
如图5的(a)与(b)所示，用作等离子体放电部的中心的三个真空容器12由三个圆柱形石英管55以及位于上侧和下侧的一对铝制的真空容器壁359配置。石英管55配置介电内部容器41。真空容器12在下侧铝制的真空容器壁中连接至具有较大直径的下流式处理室容器461，并且由此，配置整个真空容器。
在三个真空容器12的各个真空容器中所形成的高频等离子体具有等离子体边界平面16并且通过多孔导体板460与下流式处理室容器461分离。在本实施例中，使用高频反应处理系统作为等离子体自由基下流式处理装置的等离子体来源。
下面概括了由等离子体自由基下流式处理装置进行自由基表面处理的过程。首先，将目标样品从门462携带至下流式处理室容器461的样品台(sample table)463中。在门关闭之后，从减压排气口456排出气体，压力减小，并且在控制三个处理气体入口320的流速率的同时，以平均分配的方式导入用于等离子体生成的气体。
通过从三个振荡源供应高频波47而在各个真空容器12中形成等离子体。通过多孔导体板460的孔部将所生成的反应活性物种转移至处于减压方向的下流式处理室容器461，并且对样品执行自由基表面反应处理。
用作放电部的中心部分的真空容器12的配置与第一实施例的配置相同，但减压排气口除外。在图5的(a)与(b)所示的实施例中，存在一个高频波导44，但是，可以是多个高频波导。
此处，作为实施例，示出了根据本实施例的高频反应处理系统的特定尺寸与容量。三个振荡源的高频波47的频率是2.45GHz，其电磁波模式是TM11模式，并且其最大功率是1kW。高频波耦合部42在具有70mm的宽度和130mm的高度的开口处连接至介电外部容器40。介电外部容器40由石英管54和PTFE氟树脂膜层53构成，PTFE氟树脂膜层53具有4mm的厚度、覆盖石英管54的外侧面，石英管54具有150mm的外径、3mm的厚度、以及200mm的Z轴长度。介电内部容器41由具有115mm的外径、3mm的厚度、以及200mm的Z轴方向长度的石英管55构成。通过对整个铝块进行切割而形成由铝制成的覆盖导体43，覆盖导体43包括三个真空容器12，并且通过其中设置的水冷却通道对覆盖导体43进行冷却。
通过对具有30mm的厚度和380mm的外径的板进行处理而获得由铝制成的真空容器壁359。铝制的真空容器壁359具有从整个真空容器壁的中心以
Figure BDA0003859618910000171
的相等角度布置在下侧上的三个空并且通过O形环密封件连接至铝制的下流式处理室容器461。三个多孔导体板460设置在具有100mm的直径、从真空容器壁的中心以与
Figure BDA0003859618910000172
相等的角度布置在下侧上的孔位置处。每个多孔导体板460由不锈钢制成并且形成具有30％的孔隙率的网格形状，且厚度为2mm并且直径为100mm。每个多孔导体板460对在真空容器12与下流式处理室容器461之间的区域中所形成的等离子体进行分离。减压排气口456是作为真空管的NW40孔管并且通过具有O形环密封件的连接接头而从真空泵连接至真空管。
作为冷却介质入口、具有1/4英寸的气体管接头连接至高频波导44。以30psi向冷却介质入口供应干燥空气进行冷却。
在本实施例中，图5的(a)与(b)所示的离子化等离子体放电的操作条件和阻抗匹配与第一实施例相同。
由此，通过将具有较小曲率的高频波导44的高效等离子体生成源安装至多种类型的相同处理负载而实现高性能的处理装置。
[其他]
在上述实施例中，尽管使用石英作为介电内部容器41的结构材料，然而，能够使用具有较低介电常数的其他电介质。例如，能够使用基于氧化铝的任意陶瓷。进一步地，作为介电外部容器40，能够使用具有较低介电常数的所有电介质。进一步地，可以通过对不同材料的多个介电层进行层压而形成介电外部容器40。
此外，在上述实施例中，在介电外部容器40中使用由PTFE形成、覆盖在石英管54的外侧面上的氟树脂膜层53，但是，可以使用具有耗尽层的氟树脂。在这种情况下，能够通过选择适当的耗尽速率而改善介电传播线路的性能，以对氟树脂层的介电常数进行调整。可替代地，可以以分层结构将薄的云母覆盖在石英管54的外侧面上。此外，出于相同之目的，能够使用多孔陶瓷作为介电外部容器40。
进一步地，在上述实施例中，针对圆柱形轴中心设置并且对称地布置两个高频波耦合部42，但是，可以围绕圆柱形轴设置一个或三个以上的高频波耦合部，并且进一步地，可以在圆柱形轴向方向上设置多个高频波耦合部。
在上述实施例中，介电内部容器41、介电外部容器40、以及覆盖导体43全部形成圆柱形形状，但是，其可以形成椭圆形圆柱形形状。进一步地，在上述实施例的介电内部容器41中，端面是敞开的，但是，也可以通过封闭除气体的入口和出口之外的上端面和下端面而形成该端面。考虑到易于制造，该形状的介电内部容器41优选由除氧化铝之外的石英制成。
该国际申请要求保护基于2020年3月23日提交的日本专利申请第2020-51160号的优先权，通过引用而结合日本专利申请第2020-51160号的全部。
符号描述
12 真空容器
16 等离子体边界平面
20 处理气体入口
40 介电外部容器
41 介电内部容器
42 高频波耦合部
43 覆盖导体
44 高频波导
47 高频波
53 氟树脂膜层
54 石英管
55 石英管
56 减压排气口
57 门样品台
58 O形环
59 真空容器壁
71 冷却介质入口
72 冷却介质出口
100 高频反应处理装置
149 空间区域
200 高频反应处理装置
220 处理气体入口
231 凹槽
256 减压排气口
259 真空容器壁
271 冷却介质入口
272 冷却介质出口
300 高频反应处理装置
310 高频反应处理系统
320 处理气体入口
359 真空容器壁
456 减压排气口
460 多孔导体板
461 下流式处理室容器
462 门
463 样品台

Claims (12)

1.一种高频反应处理装置，包括：
外部容器，由介电材料制成并且具有能够由两个端面封闭的内腔；
覆盖部，由导电材料制成并且保持在与高频波导的地电位相同的电位，以与所述外部容器的外表面形成空间区域；
至少一个高频波耦合部，设置在所述覆盖部的外表面的任意位置处；以及
至少一个内部容器，由介电材料制成，设置在用于接收通过所述高频波耦合部行进的高频波、不接触所述外部容器的内侧面的位置处，并且至少一个所述内部容器具有能够由两个端面封闭的内腔；
其中，通过从所述高频波耦合部引导的电磁波在所述内部容器的内腔中执行反应处理。
2.根据权利要求1所述的高频反应处理装置，
其中，通过使所述覆盖部的内表面与所述外部容器的外表面间隔行进的高频波的1/60波长以上且1/4波长以下来形成所述空间区域。
3.根据权利要求1或2所述的高频反应处理装置，还包括：
盖部，形成在所述外部容器与所述覆盖部的每个端面上；
其中，所述盖部具有用于保持所述外部容器与所述覆盖部隔开的锁定部。
4.根据权利要求1所述的高频反应处理装置，还包括：
盖部，由保持在与所述高频波导的地电位相同的电位的导体制成，所述盖部在所述内部容器的端面处封闭所述内部容器的内腔；
其中，所述盖部具有用于嵌合所述内部容器的端部的嵌合槽；并且
所述嵌合槽具有所引导的高频波的长度的1/8波长以上且1/2波长以下的深度并且容纳所述内部容器的端部、不接触所述内部容器的侧表面。
5.根据权利要求4所述的高频反应处理装置，还包括：
密封构件，设置在所述内部容器与所述盖部之间，用于对所述内部容器的内腔进行密封；
其中，所述密封构件设置在要在所述嵌合槽中容纳的任意位置处。
6.根据权利要求4或5所述的高频反应处理装置，
其中，所述内部容器由氧化铝制成。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的高频反应处理装置，
其中，所述嵌合槽具有所引导的高频波的1/4波长以上的深度。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的高频反应处理装置，
其中，在所述内部容器的内腔中生成等离子体。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的高频反应处理装置，
其中，通过从所述高频波耦合部引导的电磁波在所述内部容器的内腔中执行目标材料的反应处理。
10.一种高频反应处理系统，包括：
根据权利要求1至9中任一项所述的多个高频反应处理装置，以及
单个处理室，经由在多个所述高频反应处理装置中的每个高频反应处理装置的所述内部容器的一侧上的端面连接至所述内部容器的内腔。
11.根据权利要求10所述的高频反应处理系统，
其中，多个所述高频反应处理装置形成相同的形状并且对称地居中布置，并且
所述外部容器与所述内部容器的端面彼此共用。
12.根据权利要求10或11所述的高频反应处理系统，
其中，多个所述高频反应处理装置中的所述外部容器为圆柱体，并且
所述圆柱体的外部容器具有150mm以下的曲率半径。
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