等離子清洗機(jī)的腔體設(shè)計(jì)是設(shè)備性能的核心，需綜合考慮等離子體均勻性、工藝穩(wěn)定性、維護(hù)便利性及安全性。以下是關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)和方案：

1. 腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

幾何形狀：

圓柱形腔體：常用，利于等離子體均勻分布，適合射頻（RF）或微波激發(fā)。

矩形腔體：多用于大型或批量化生產(chǎn)，需配合多電極設(shè)計(jì)保證均勻性。

特殊結(jié)構(gòu)：如球形腔體（用于高均勻性要求）或環(huán)形腔體（適合連續(xù)處理）。

尺寸優(yōu)化：

根據(jù)工件尺寸和產(chǎn)能需求確定容積，避免過(guò)大（功率浪費(fèi)）或過(guò)小（處理不均）。

示例：處理300mm晶圓時(shí)，腔體直徑需≥400mm，高度200-300mm。

2. 材料選擇

腔體材質(zhì)：

鋁合金（陽(yáng)極氧化）：輕量化、低成本，適合中等腐蝕性環(huán)境。

不銹鋼（316L）：高耐腐蝕性，適合強(qiáng)化學(xué)活性氣體（如CF?/O?）。

石英或陶瓷襯里：用于高純度應(yīng)用（如半導(dǎo)體），防止金屬污染。

密封材料：

氟橡膠（Viton）或全氟醚橡膠（FFKM）密封圈，耐等離子體侵蝕。

3. 電極系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電極類型：

平行板電極（電容耦合）：上下電極對(duì)稱設(shè)計(jì)，13.56MHz RF激發(fā)，均勻性好。

電感耦合（ICP）：線圈外置，通過(guò)石英窗耦合，產(chǎn)生高密度低損傷等離子體。

微波電極（2.45GHz）：用于高能等離子體，需波導(dǎo)和諧振腔設(shè)計(jì)。

電極冷卻：

水冷通道集成在電極內(nèi)，保持溫度≤60°C，防止熱變形。

4. 氣體分配系統(tǒng)

進(jìn)氣設(shè)計(jì)：

多孔噴淋頭（Showerhead）：氣體均勻分布，孔徑1-2mm，間距10-15mm。

環(huán)形進(jìn)氣：配合旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)提升均勻性。

氣流控制：

質(zhì)量流量控制器（MFC）精確調(diào)節(jié)氣體比例（如Ar/O?混合比）。

真空泵抽速匹配（如干泵+羅茨泵組），維持壓力0.1-10 Torr。

5. 真空與密封

真空系統(tǒng)：

基壓≤1×10?3 Torr（分子泵），工藝壓力0.1-5 Torr（由節(jié)流閥調(diào)節(jié)）。

密封方式：

金屬密封（CF法蘭）用于超高真空，O型圈用于一般應(yīng)用。

6. 工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)

均勻性保障：

載物臺(tái)旋轉(zhuǎn)（5-30 RPM）或掃描運(yùn)動(dòng)。

實(shí)時(shí)等離子體監(jiān)控（OES光譜或Langmuir探針）。

安全防護(hù)：

互鎖裝置（真空未達(dá)標(biāo)禁止放電）。

廢氣處理（Scrubber中和酸性氣體）。

7. 維護(hù)與擴(kuò)展性

模塊化設(shè)計(jì)：

快速更換電極或襯里，清潔窗口可視窗（如石英觀察口）。

兼容性：

預(yù)留接口（如多氣體通道、附加射頻源）。

示例方案：半導(dǎo)體級(jí)清洗腔體

參數(shù)：

材質(zhì)：316L不銹鋼腔體+石英襯里。

電極：水冷平行板，13.56MHz RF，功率0-1000W可調(diào)。

氣體：Ar/O?/N?/H?四路MFC控制，Showerhead進(jìn)氣。

真空：分子泵+干泵，基壓5×10?? Torr。

關(guān)鍵驗(yàn)證指標(biāo)

等離子體均勻性（≤±5% @ 300mm晶圓）。

顆粒污染（≤10顆/wafer @ ≥0.1μm）。

刻蝕速率一致性（±3%）。

通過(guò)以上設(shè)計(jì)，可平衡性能、成本與可靠性，適用于半導(dǎo)體、光學(xué)鍍膜或醫(yī)療器械等不同領(lǐng)域。實(shí)際設(shè)計(jì)中需通過(guò)CFD模擬和DOE實(shí)驗(yàn)優(yōu)化參數(shù)。