等离子清洗机的腔体设计方案

等离子清洗机的腔体设计是设备性能的核心，需综合考虑等离子体均匀性、工艺稳定性、维护便利性及安全性。以下是关键设计要点和方案：

1. 腔体结构设计

几何形状：

圆柱形腔体：常用，利于等离子体均匀分布，适合射频（RF）或微波激发。

矩形腔体：多用于大型或批量化生产，需配合多电极设计保证均匀性。

特殊结构：如球形腔体（用于高均匀性要求）或环形腔体（适合连续处理）。

尺寸优化：

根据工件尺寸和产能需求确定容积，避免过大（功率浪费）或过小（处理不均）。

示例：处理300mm晶圆时，腔体直径需≥400mm，高度200-300mm。

2. 材料选择

腔体材质：

铝合金（阳极氧化）：轻量化、低成本，适合中等腐蚀性环境。

不锈钢（316L）：高耐腐蚀性，适合强化学活性气体（如CF₄/O₂）。

石英或陶瓷衬里：用于高纯度应用（如半导体），防止金属污染。

密封材料：

氟橡胶（Viton）或全氟醚橡胶（FFKM）密封圈，耐等离子体侵蚀。

3. 电极系统设计

电极类型：

平行板电极（电容耦合）：上下电极对称设计，13.56MHz RF激发，均匀性好。

电感耦合（ICP）：线圈外置，通过石英窗耦合，产生高密度低损伤等离子体。

微波电极（2.45GHz）：用于高能等离子体，需波导和谐振腔设计。

电极冷却：

水冷通道集成在电极内，保持温度≤60°C，防止热变形。

4. 气体分配系统

进气设计：

多孔喷淋头（Showerhead）：气体均匀分布，孔径1-2mm，间距10-15mm。

环形进气：配合旋转载物台提升均匀性。

气流控制：

质量流量控制器（MFC）精确调节气体比例（如Ar/O₂混合比）。

真空泵抽速匹配（如干泵+罗茨泵组），维持压力0.1-10 Torr。

5. 真空与密封

真空系统：

基压≤1×10⁻³ Torr（分子泵），工艺压力0.1-5 Torr（由节流阀调节）。

密封方式：

金属密封（CF法兰）用于超高真空，O型圈用于一般应用。

6. 工艺优化设计

均匀性保障：

载物台旋转（5-30 RPM）或扫描运动。

实时等离子体监控（OES光谱或Langmuir探针）。

安全防护：

互锁装置（真空未达标禁止放电）。

废气处理（Scrubber中和酸性气体）。

7. 维护与扩展性

模块化设计：

快速更换电极或衬里，清洁窗口可视窗（如石英观察口）。

兼容性：

预留接口（如多气体通道、附加射频源）。

示例方案：半导体级清洗腔体

参数：

材质：316L不锈钢腔体+石英衬里。

电极：水冷平行板，13.56MHz RF，功率0-1000W可调。

气体：Ar/O₂/N₂/H₂四路MFC控制，Showerhead进气。

真空：分子泵+干泵，基压5×10⁻⁴ Torr。

关键验证指标

等离子体均匀性（≤±5% @ 300mm晶圆）。

颗粒污染（≤10颗/wafer @ ≥0.1μm）。

刻蚀速率一致性（±3%）。

通过以上设计，可平衡性能、成本与可靠性，适用于半导体、光学镀膜或医疗器械等不同领域。实际设计中需通过CFD模拟和DOE实验优化参数。