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。傳統的PECVD裝置，其等離子源由射頻電源在兩片平行電極之間發生電容耦合從而激發等離子體，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、高產能的生產裝置。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的RF-PECVD提高很多，但是仍然只適用于小面積小批量的生產。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、高產能、連續式鍍膜裝置中。這一技術采用單極子微波天線向真空容器內饋入微波功率，且利用天線外套封的石英管產生同軸偶合產生等離子體。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、高產能PECVD鍍膜的生產裝置，一般將鍍膜區域的橫向寬幅做得很大(彡1000mm)。在大寬幅的鍍膜區域內，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。

發明內容
本發明針對現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，本發明山微波激發 等離子體，且在平面磁場作用下發生電子自旋共振。本發明是通過以下技術方案實現的。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生器，其中，所述微波諧振腔設置在真空腔室的內部；所述微波天線裝配在微波諧振腔內，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生器，所述兩個微波發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。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域內，裝配平面磁控板，該平面磁控板使用硬磁材料產生平面磁場，使電子在磁場作用下發生自旋共振，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、高膜層均勻性的優點，適 用于各種薄膜的鍍制。


圖1為本發明軸向剖視結構；圖2為本發明徑向截面結構；圖3為本發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明的實施例作詳細說明:本實施例在以本發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以及微波發生器6，其中，所述微波諧振腔2設置在真空腔室I的內部；所述微波天線3裝配在微波諧振腔2內，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生器6，所述兩個微波發生器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。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內由真空系統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內噴射，微波發生器6發出的功率通過微波波導5由微波天線3發射，微波功率被限制在由金屬材料制作的微波諧振腔2內，氣體被微波電磁場激發發生輝光放電，產生等離子體，受激氣體分子或離子發生化學反應，生成的固體物質在待鍍膜樣品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，即產品的寬幅可達IOOOmm以上；由于鍍膜過程是在運動中實現的，因而產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品或寬幅帶狀的產品的鍍膜。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的電子發生自旋共振的強度；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，使有效磁場范圍內的氣氛濃度相對較高，可提高鍍膜速率。以上對本發明 的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發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做出各種變形或修改，這并不影響本發明的實質內容。
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生器，其中，所述微波諧振腔設置在真空腔室的內部；所述微波天線裝配在微波諧振腔內，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生器，所述兩個微波發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；所述微波諧振腔內還設有若干氣體噴射管。
2.根據權利要求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。
5.根據權利要求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部。
10.根據權利要求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生器，其中，所述微波諧振腔設置在真空腔室的內部，所述微波天線裝配在微波諧振腔內，并軸向貫穿微波諧振腔內，所述真空腔室外側的兩端分別設有微波發生器，所述兩個微波發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;所述微波諧振腔內設有若干氣體噴射管。本發明的平面磁控板使用硬磁材料產生平面磁場，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 優先權日2013年2月6日
發明者夏世偉, 吳長川 申請人:上海君威新能源裝備有限公司