專利名稱：平面磁控ecr-pecvd等離子源裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于等離子體增強化學氣相沉積的等離子源技術領域，具體是一種平面磁控ECR-PECVD等離子源裝置。
背景技術：
等離子增強化學氣相沉積(即:PECVD)是一種眾所周知的真空鍍膜技術，己經(jīng)被使用了幾十年。使用PECVD工藝，可以在各種基底上沉積導電膜和非導電膜。傳統(tǒng)的PECVD裝置，其等離子源由射頻電源在兩片平行電極之間發(fā)生電容耦合從而激發(fā)等離子體，因此被稱為射頻-PECVD (RF-PECVD)。該種PECVD裝置的等離子源，不易在大面積內(nèi)獲得較好的均勻性，且鍍膜速率較低，不宜應用于大面積、高產(chǎn)能的生產(chǎn)裝置。另外一種ECR-PECVD裝置的等離子源，采用微波表面波耦合產(chǎn)生等離子體。該種PECVD裝置通常采用圓筒結構的真空容器，微波從圓筒的一個端面引入，鍍膜樣品位于圓筒的另外一端，在圓筒形真空容器的外面包裹電磁線圈，電磁線圈的磁場使電子產(chǎn)生自旋共振，因此被稱為電子自旋共振-PECVD (ECR-PECVD)。ECR-PECVD裝置的鍍膜速率比傳統(tǒng)的RF-PECVD提高很多，但是仍然只適用于小面積小批量的生產(chǎn)。一種線性微波PECVD技術也己被本領域的技術人員所熟知，且被廣泛用于大面積、高產(chǎn)能、連續(xù)式鍍膜裝置中。這一技術采用單極子微波天線向真空容器內(nèi)饋入微波功率，且利用天線外套封的石英管產(chǎn)生同軸偶合產(chǎn)生等離子體。真空容器通常為矩形扁平結構，微波天線為一支圓形直棒，橫向穿越真空容器。微波功率由兩個微波電源從天線的兩端饋入，對于每一個微波電源，其饋入的微波功率沿天線軸向呈線性衰減，兩端饋入的功率疊加在天線軸向形成均勻分布。因此，該種PECVD裝置被稱為線性微波PECVD (LM-PECVD)。該種PECVD裝置中，樣品沿垂直于天線軸線的方向做勻速運動，從而在大面積內(nèi)獲得均勻鍍膜。盡管，線性微波PECVD裝置，從微波功率分布來說具備很好的均勻性，但是，PECVD鍍膜的均勻性還與反應氣體的濃度分布有很大關系。應用于大面積、高產(chǎn)能PECVD鍍膜的生產(chǎn)裝置，一般將鍍膜區(qū)域的橫向寬幅做得很大(彡1000mm)。在大寬幅的鍍膜區(qū)域內(nèi)，要做到反應氣體均勻分布并不容易，所以要真正得到大面積均勻鍍膜，尚需采取其他輔助裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中存在的上述不足，提供了一種平面磁控ECR-PECVD等離子源裝置，本發(fā)明山微波激發(fā) 等離子體，且在平面磁場作用下發(fā)生電子自旋共振。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的。一種平面磁控ECR-PECVD等離子源裝置，包括真空腔室、微波諧振腔、微波天線、微波波導以及微波發(fā)生器，其中，所述微波諧振腔設置在真空腔室的內(nèi)部；所述微波天線裝配在微波諧振腔內(nèi)，并軸向貫穿整個微波諧振腔；所述真空腔室外側的靠近兩端部處分別設有微波發(fā)生器，所述兩個微波發(fā)生器分別通過微波波導與微波天線的兩端相連接；所述真空腔室與微波諧振腔之間設有平面磁控板，待鍍膜樣品設置在微波諧振腔和平面磁控板之間；所述微波諧振腔內(nèi)還設有若干氣體噴射管。所述微波諧振腔為槽型結構，微波諧振腔的一側設有開口，所述平面磁控板設置在微波諧振腔開口的一側，所述待鍍膜樣品設置在微波諧振腔的開口處。所述微波諧振腔與平面磁控板之間設有間隙。所述微波諧振腔為金屬材質(zhì)。所述微波天線為圓柱形單極子微波天線，微波天線外部套封有圓形石英管或陶瓷管.
所述任一氣體噴射管上設有反應氣體噴口和前驅氣體噴口。所述平面磁控板包括極靴、若干磁鋼、冷卻水管。所述若干磁鋼吸附在極靴上，所述冷卻水管壓緊在極靴上。所述磁鋼為3個，包括兩個兩側磁鋼以及I個中央磁鋼，所述兩側磁鋼分別設置在極靴的兩側邊沿，所述中央磁鋼設置在兩側磁鋼之間的中間位置。所述平面磁控板還包括保護罩，所述極靴、若干磁鋼以及冷卻水管均設置在保護罩的內(nèi)部。所述極靴為軟磁材料，所述磁鋼為硬磁材料，所述保護罩為非磁材料。本發(fā)明提供的平面磁控ECR-PECVD等離子源裝置，在線性微波等離子源的鍍膜區(qū)域內(nèi)，裝配平面磁控板，該平面磁控板使用硬磁材料產(chǎn)生平面磁場，使電子在磁場作用下發(fā)生自旋共振，從而起到增強反應氣體的電離效率，提高鍍膜均勻性的作用，兼具高鍍膜速率、高膜層均勻性的優(yōu)點，適 用于各種薄膜的鍍制。


圖1為本發(fā)明軸向剖視結構；圖2為本發(fā)明徑向截面結構；圖3為本發(fā)明平面磁控板結構示意圖；圖中:I為真空腔室，2為微波諧振腔，3為微波天線，4為石英管，5為微波波導，6為微波發(fā)生器，7為前驅氣體噴口，8為反應氣體噴口，9為待鍍膜樣品，10為平面磁控板，11為磁場，101為極靴，102為中央磁鋼，103為兩側磁鋼，104為冷卻水管，105為保護罩，106為磁力線。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明:本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下迸行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。如圖1和圖2所示，本實施例的平面磁控ECR-PECVD等離子源裝置，包括真空腔室
1、微波諧振腔2、微波天線3、微波波導5以及微波發(fā)生器6，其中，所述微波諧振腔2設置在真空腔室I的內(nèi)部；所述微波天線3裝配在微波諧振腔2內(nèi)，并軸向貫穿整個微波諧振腔2;所述真空腔室I外側的靠近兩端部處分別設有微波發(fā)生器6，所述兩個微波發(fā)生器6分別通過微波波導5與微波天線3的兩端相連接；所述真空腔室I與微波諧振腔2之間設有平面磁控板10，待鍍膜樣品9設置在微波諧振腔2和平面磁控板10之間；所述微波諧振腔2內(nèi)還設有若干氣體噴射管。進一步地，所述微波諧振腔2為糟型結構，微波諧振腔2的一側設有開口，所述平面磁控飯10設置在微波諧振腔2開口的一側，所述待鍍膜樣品9設置在微波諧振腔2的開口處。進一步地，所述微波諧振腔2與平面磁控板10之間設有一定的間隙。進一步地，所述微波諧振腔2為金屬材質(zhì)。進一步地，所述微波天線3為圓柱形單極子微波天線，其外部套封有圓形石英管或陶瓷管。進一步地，所述任一氣體噴射管上設有反應氣體噴口 8和前驅氣體噴口 7.
具體為，真空腔室I內(nèi)由真空系統(tǒng)維持一定的氣體壓力，一般為幾帕到幾百帕，反應氣體通過氣體噴射管向微波諧振腔2內(nèi)噴射，微波發(fā)生器6發(fā)出的功率通過微波波導5由微波天線3發(fā)射，微波功率被限制在由金屬材料制作的微波諧振腔2內(nèi)，氣體被微波電磁場激發(fā)發(fā)生輝光放電，產(chǎn)生等離子體，受激氣體分子或離子發(fā)生化學反應，生成的固體物質(zhì)在待鍍膜樣品9表面沉積形成薄膜。平面磁控板所形成的磁場11使等離子體中的電子發(fā)生自旋共振，增強了氣體分子的激活效率。同時，等離子體中的帶電離子在磁場中作螺旋運動，對反應氣體產(chǎn)生攪拌作用，使氣體的濃度分布更加均勻。從微波天線一端饋入的微波電源，在石英管外壁表面波的作用下，呈線性衰減；兩端饋入的微波功率疊加后，在微波天線軸線方向上呈均勻分布。待鍍膜 樣品在垂直于微波天線軸線的方向上作勻速運動，從而獲得均勻的沉積膜層。本實施方式的微波天線長度及沉積槽橫向幅度可達IOOOmn以上，即產(chǎn)品的寬幅可達IOOOmm以上；由于鍍膜過程是在運動中實現(xiàn)的，因而產(chǎn)品長度方向原則上沒有限制。本實施方式中的平面磁控ECR-PECVD等離子源裝置非常適合大面積產(chǎn)品或寬幅帶狀的產(chǎn)品的鍍膜。進一步地，如圖3所示，所述平面磁控板10包括極靴101、若干磁鋼、冷卻水管104，所述若干磁鋼吸附在極靴101上，所述冷卻水管104壓緊在極靴101上。進一步地，所述磁鋼為3個，包括兩個兩側磁鋼103以及I個中央磁鋼102，所述兩側磁鋼103分別設置在極靴101的兩側邊沿，所述中央磁鋼102設置在兩側磁鋼103之間的中間位置。進一步地，所述平面磁控板10還包括保護罩105，所述極靴101、若干磁鋼以及冷卻水管104均設置在保護罩105的內(nèi)部。進一步地，所述極靴101為軟磁材料，所述磁鋼為硬磁材料，所述保護罩105為非磁材料。具體為，有軟磁材料制作的極靴101作為平面磁控板的底板；中央磁鋼102和兩側磁鋼103吸附在極靴101上，并使用合適的方式進行定位；磁鋼采用硬磁材料，可以是鐵氧體、釹鐵硼、三鉆等材料，磁鋼充磁至能使諧振腔內(nèi)的電子發(fā)生自旋共振的強度；冷卻水管104壓緊在極靴101上，對極靴及磁鋼進行冷卻，防止磁鋼在高溫下發(fā)生退磁；保護罩105保護磁鋼不受鍍膜材料的污染，同時起到一定的隔熱作用，保護罩用不銹鋼等非磁材料制作，可以使磁場無衰減地穿越保護罩；磁鋼102與103以及極靴的配置結構，在平面磁控飯的工作面形成圖示結構的磁力線106。當該平面磁控板應用到圖1所示的ECR-PECVD等離子源裝置中時，等離子體中無序運動的帶電離子進入平面磁控板的有效磁場范圍時，其運動方向發(fā)生改變，在磁場中作螺旋運動，起到攪拌的作用；同時，帶電離子被部分局域在磁場中，使有效磁場范圍內(nèi)的氣氛濃度相對較高，可提高鍍膜速率。以上對本發(fā)明 的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
權利要求
1.一種平面磁控ECR-PECVD等離子源裝置，其特征在于，包括真空腔室、微波諧振腔、微波天線、微波波導以及微波發(fā)生器，其中，所述微波諧振腔設置在真空腔室的內(nèi)部；所述微波天線裝配在微波諧振腔內(nèi)，并軸向貫穿整個微波諧振腔；所述真空腔室外側的靠近兩端部處分別設有微波發(fā)生器，所述兩個微波發(fā)生器分別通過微波波導與微波天線的兩端相連接；所述真空腔室與微波諧振腔之間設有平面磁控板，待鍍膜樣品設置在微波諧振腔和平面磁控板之間；所述微波諧振腔內(nèi)還設有若干氣體噴射管。
2.根據(jù)權利要求1所述的平面磁控ECR-PECVD等離子源裝置，其特征在于，所述微波諧振腔為槽型結構，微波諧振腔的一側設有開口，所述平面磁控板設置在微波諧振腔開口的一側，所述待鍍膜樣品設置在微波諧振腔的開口處。
3.根據(jù)權利要求2所述的平面磁控ECR-PECVD等離子源裝置，其特征在于，所述微波諧振腔與平面磁控板之間設有間隙。
4.根據(jù)權利要求1所述的平面磁控ECR-PECVD等離子源裝置，其特征在于，所述微波諧振腔為金屬材質(zhì)。
5.根據(jù)權利要求1所述的平面磁控ECR-PECVD等離子源裝置，其特征在于，所述微波天線為圓柱形單極子微波天線，微波天線外部套封有圓形石英管或陶瓷管。
6.根據(jù)權利要求1所述的平面磁控ECR-PECVD等離子源裝置，其特征在于，所述任一氣體噴射管上設有反應氣體噴口和前驅氣體噴口。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的平面磁控ECR-PECVD等離子源裝置，其特征在于，所述平面磁控板包括極靴、若干磁鋼、冷卻水管，所述若干磁鋼吸附在極靴上，所述冷卻水管壓緊在極靴上。
8.根據(jù)權利要求7所述的平面磁控ECR-PECVD等離子源裝置，其特征在于，所述磁鋼為三個，包括兩個兩側磁鋼以及一個中央磁鋼，所述兩側磁鋼分別設置在極靴的兩側邊沿，所述中央磁鋼設置在兩側磁鍘之間的中間位置。
9.根據(jù)權利要求7所述的平面磁控ECR-PECVD等離子源裝置，其特征在于，所述平面磁控板還包括保護罩，所述極靴、若干磁鋼以及冷卻水管均設置在保護罩的內(nèi)部。
10.根據(jù)權利要求9所述的平面磁控ECR-PECVD等離子源裝置，其特征在于，所述極靴為軟磁材料，所述磁鋼為硬磁材料， 所述保護罩為非磁材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種平面磁控ECR-PECVD等離子源裝置，包括真空腔室、微波諧振腔、微波天線、微波波導以及微波發(fā)生器，其中，所述微波諧振腔設置在真空腔室的內(nèi)部，所述微波天線裝配在微波諧振腔內(nèi)，并軸向貫穿微波諧振腔內(nèi)，所述真空腔室外側的兩端分別設有微波發(fā)生器，所述兩個微波發(fā)生器分別通過微波波導與微波天線的兩端相連接，所述真空腔室與微波諧振腔之間設有平面磁控板，待鍍膜樣品設置在微波諧振腔和平面磁控板之間;所述微波諧振腔內(nèi)設有若干氣體噴射管。本發(fā)明的平面磁控板使用硬磁材料產(chǎn)生平面磁場，起到增強反應氣體的電離效率，提高鍍膜均勻性的作用，兼具高鍍膜速率、高膜層均勻性的優(yōu)點，適用于各種薄膜的鍍制。
文檔編號C23C16/511GK103114278SQ20131004793
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月6日 優(yōu)先權日2013年2月6日
發(fā)明者夏世偉, 吳長川 申請人:上海君威新能源裝備有限公司