等離子清洗機的腔體設計是設備性能的核心，需綜合考慮等離子體均勻性、工藝穩定性、維護便利性及安全性。以下是關鍵設計要點和方案：

1. 腔體結構設計

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。

矩形腔體：多用于大型或批量化生產，需配合多電極設計保證均勻性。

特殊結構：如球形腔體（用于高均勻性要求）或環形腔體（適合連續處理）。

尺寸優化：

根據工件尺寸和產能需求確定容積，避免過大（功率浪費）或過小（處理不均）。

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

2. 材料選擇

腔體材質：

鋁合金（陽極氧化）：輕量化、低成本，適合中等腐蝕性環境。

不銹鋼（316L）：高耐腐蝕性，適合強化學活性氣體（如CF?/O?）。

石英或陶瓷襯里：用于高純度應用（如半導體），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. 電極系統設計

電極類型：

平行板電極（電容耦合）：上下電極對稱設計，13.56MHz RF激發，均勻性好。

電感耦合（ICP）：線圈外置，通過石英窗耦合，產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，需波導和諧振腔設計。

電極冷卻：

水冷通道集成在電極內，保持溫度≤60°C，防止熱變形。

4. 氣體分配系統

進氣設計：

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

環形進氣：配合旋轉載物臺提升均勻性。

氣流控制：

質量流量控制器（MFC）精確調節氣體比例（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：

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

密封方式：

金屬密封（CF法蘭）用于超高真空，O型圈用于一般應用。

6. 工藝優化設計

均勻性保障：

載物臺旋轉（5-30 RPM）或掃描運動。

實時等離子體監控（OES光譜或Langmuir探針）。

安全防護：

互鎖裝置（真空未達標禁止放電）。

廢氣處理（Scrubber中和酸性氣體）。

7. 維護與擴展性

模塊化設計：

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：

預留接口（如多氣體通道、附加射頻源）。

示例方案：半導體級清洗腔體

參數：

材質：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。

氣體：Ar/O?/N?/H?四路MFC控制，Showerhead進氣。

真空：分子泵+干泵，基壓5×10?? Torr。

關鍵驗證指標

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%）。

通過以上設計，可平衡性能、成本與可靠性，適用于半導體、光學鍍膜或醫療器械等不同領域。實際設計中需通過CFD模擬和DOE實驗優化參數。