CN107706078B - 一种全方位等离子体浸没离子注入装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全方位等离子体浸没离子注入装置，包括离子注入腔室和设置在离子注入腔室内的用以垂直固定待处理基片的靶台，在靶台上位于边缘部分左右对称分别设有夹持机构，靶台边缘左右两侧分别具有夹持机构以将待处理基片垂直固定在靶台中心处，使得待处理基片正反两面全方位处于等离子体氛围中，能有效避免传统技术中离子注入基片的边缘效应，使得离子注入更加均匀；而且，由于待处理基片一次性完成正反两面离子注入处理，降低了两次处理的差异性，进一步提升了处理效果的均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及等离子材料处理技术领域，特别涉及一种等离子体浸没离子注入设备用全方位高压靶台。
背景技术
等离子体浸没离子注入(Plasma Immersion Ion Implantation，PIII)是一种基于等离子体的离子注入技术，其具有较低的注入能量、较高的注入剂量率等优点，在半导体材料处理、微电子器件制备及生物医用材料改性等领域有广泛的应用。通常来说，PIII技术的原理是基片放置在阴极的电极上，并在该电极上加负偏压，向注入系统工作腔室内引入需要的气体，并对系统加功率源，通过感性耦合、容性耦合等放电方法使被引入腔室的气体起辉，形成等离子体。由于在阴极上加有负偏压，这样在基片附近就会有负偏压鞘层存在，在负偏压鞘层的高电压加速下，鞘层中的正离子会穿过鞘层并注入到基片中。
在实际使用过程中，由于等离子体自身并不是完全均匀，离子注入时基片台的边缘效应加剧了注入的非均匀性，基片台的边缘效应即注入基片中心处的注入剂量较高，边缘处的注入剂量较低。随着基片尺寸的增大，注入的非均匀性问题更加明显，尤其当样品为片材或膜材时。而且，为保证片材或膜材的正反两面均可以实现离子注入改性，还需要分别处理两次，这大大地降低了处理效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种离子注入效率高的全方位等离子体浸没离子注入装置。
为解决上述技术问题所采用的技术方案：一种全方位等离子体浸没离子注入装置，包括离子注入腔室和设置在离子注入腔室内的用以垂直固定待处理基片的靶台，在所述靶台上位于边缘部分左右对称分别设有夹持机构，所述夹持机构包括底部连接在靶台上的固定板和与固定板活动连接的锁紧板，所述固定板与锁紧板之间存在用以夹持固定待处理基片边缘部分的夹持间隙，所述夹持机构还包括设置在固定板和/或锁紧板上用以调节夹持间隙距离的锁紧构件。
进一步地，所述固定板的底端向下延伸形成螺纹连接在靶台上的螺柱。
进一步地，在所述固定板上设有连接通孔，在所述锁紧板上相应设有嵌入连接通孔内的连接插销，所述锁紧构件包括固定连接在固定板并穿过锁紧板的锁紧螺栓和螺纹连接在锁紧螺栓并抵顶锁紧板的锁紧螺母。
进一步地，在所述离子注入腔室内位于靶台上方设有气体注入腔室，所述离子注入腔室与气体注入腔室之间通过挡板分隔，所述挡板阵列分布有气体注入通孔，各所述气体注入通孔沿圆周方向斜向贯穿挡板，各所述气体注入通孔的轴线方向与挡板所在平面之间具有夹角。
进一步地，所述挡板的厚度≥5mm。
进一步地，所述夹角的角度范围为10°～30°。
进一步地，各所述气体注入通孔呈内、外双环形阵列分布，处于内环的各所述气体注入通孔以顺时针沿圆周方向斜向贯穿挡板，处于外环的各所述气体注入通孔以逆时针沿圆周方向斜向贯穿挡板。
进一步地，处于内环的各所述气体注入通孔与处于外环的各气体注入通孔间隔错开。
有益效果：此全方位等离子体浸没离子注入装置中，靶台边缘左右两侧分别具有夹持机构以将待处理基片垂直固定在靶台中心处，使得待处理基片正反两面全方位处于等离子体氛围中，能有效避免传统技术中离子注入基片的边缘效应，使得离子注入更加均匀；而且，由于待处理基片一次性完成正反两面离子注入处理，降低了两次处理的差异性，进一步提升了处理效果的均匀性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明；
图1为本发明实施例中靶台的正视图；
图2为本发明实施例中靶台的俯视图；
图3为本发明实施例中挡板的俯视图；
图4为图3中A-A线的剖面结构示意图。
具体实施方式
参照图1至图4，本发明一种全方位等离子体浸没离子注入装置，包括离子注入腔室10和设置在离子注入腔室10内的用以垂直固定待处理基片的靶台20，在离子注入腔室10内位于靶台20上方设有气体注入腔室30，气体注入腔室30用以将等离子气体均匀注入弥散在离子注入腔室10内，靶台20上位于边缘部分左右对称分别设有夹持机构40，夹持机构40用于将待处理基片垂直固定在靶台20中心处，具体地，夹持机构40包括底部连接在靶台20上的固定板41和与固定板41活动连接的锁紧板42，在固定板41上形成连接通孔，锁紧板42相应设有嵌入连接通孔内的连接插销，通过连接通孔与连接插销的配合，可以实现固定板41与锁紧板42之间的位置调节，固定板41与锁紧板42之间还存在夹持间隙，通过调节固定板41与锁紧板42之间的相对位置，可以调节夹持间隙之间的距离，对待处理基片边缘部分夹持固定，进而将待处理基片垂直固定。
其中，在固定板41上固定连接有穿过锁紧板42的锁紧螺栓411，在锁紧螺栓411上螺纹连接有锁紧螺母412，锁紧螺母412抵顶在锁紧板42上，从而拧动锁紧螺母412便可驱动锁紧板42压向固定板41，以夹住待处理基片边缘部分。
作为优选，固定板41底端向下延伸形成螺纹连接在靶台20上的螺柱413，固定板41与靶台20之间采用可拆卸式连接，可以根据不同的待处理基片，更换不同规格的固定板41以适应夹持固定不同的待处理基片。
通过在靶台20的左右两侧边缘部分分别设置夹持机构40，以将待处理基片垂直固定在靶台20中心处，使得待处理基片正反两面全方位处于等离子体氛围中，能有效避免传统技术中离子注入基片的边缘效应，使得离子注入更加均匀；而且，由于待处理基片一次性完成正反两面离子注入处理，降低了两次处理的差异性，进一步提升了处理效果的均匀性。
由于等离子体气体注入离子注入腔室10时自身并非完全均匀的，为了进一步地提高的离子注入均匀性，通过设置气体注入腔室30用以将等离子气体均匀注入弥散在离子注入腔室10内，具体地，离子注入腔室10与气体注入腔室30之间通过挡板50分隔，挡板50具有多个气体注入通孔51，各气体注入通孔51呈内、外双环形阵列分布，各气体注入通孔51沿圆周方向斜向贯穿挡板50。等离子气体经过挡板50上的各气体注入通孔51进入离子注入腔室10内时，由于气体注入通孔51的方向为倾斜向下，受气体注入通孔51干涉，使得等离子气体呈螺旋涡流状缓慢进入离子注入腔室10，降低等离子体气体沉降速率，同时，螺旋涡流状的等离子体气体与垂直固定的待处理基片能实现更充分接触，有效地提高离子注入效率，与传统等离子气体垂直下降进入离子注入腔室10相比，本发明的挡板50有效地将等离子气体均匀弥散在离子注入腔室10内，提高离子注入处理的均匀性及有效性。
作为优选，各气体注入通孔51的轴线方向与挡板50所在平面之间具有10°～30°的夹角，挡板50的厚度≥5mm，夹角的大小与挡板50的厚度应该统筹确定，本实施例中，挡板50厚度选用8mm，夹角为30°，夹角的大小和挡板50的厚度是影响等离子气体螺旋涡流状分布的主要因素，挡板50的厚度太小或夹角太大，等离子气体难以受到阻挡干涉形成螺旋涡流。
作为优选，处于内环的各气体注入通孔的倾斜方向与处于外环的各气体注入通孔的倾斜方向相反，例如，内环的各气体注入通孔51以顺时针沿圆周方向斜向贯穿挡板50，外环的各气体注入通孔51以逆时针沿圆周方向斜向贯穿挡板50，等离子气体经内环的各气体注入通孔51进入产生顺时针方向的螺旋涡流状等离子体气流，经外环的各气体注入通孔51进入则产生逆时针方向的螺旋涡流状等离子体气流，两股旋向不同的等离子体气体能在离子注入腔室10内形成紊流，使得等离子气体更加均匀地弥散在离子注入腔室10。
其中，内环的各气体注入通孔与外环的各气体注入通孔间隔错开，即内环的各气体注入通孔与外环的各气体注入通孔不处于同一径向直线上。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (6)
1.一种全方位等离子体浸没离子注入装置，其特征在于：包括离子注入腔室和设置在离子注入腔室内的用以垂直固定待处理基片的靶台，在所述靶台上位于边缘部分左右对称分别设有夹持机构，所述夹持机构包括底部连接在靶台上的固定板和与固定板活动连接的锁紧板，所述固定板与锁紧板之间存在用以夹持固定待处理基片边缘部分的夹持间隙，所述夹持机构还包括设置在固定板和/或锁紧板上用以调节夹持间隙距离的锁紧构件，在所述离子注入腔室内位于靶台上方设有气体注入腔室，所述离子注入腔室与气体注入腔室之间通过挡板分隔，所述挡板阵列分布有气体注入通孔，各所述气体注入通孔沿圆周方向斜向贯穿挡板，各所述气体注入通孔的轴线方向与挡板所在平面之间具有夹角，各所述气体注入通孔呈内、外双环形阵列分布，处于内环的各所述气体注入通孔以顺时针沿圆周方向斜向贯穿挡板，处于外环的各所述气体注入通孔以逆时针沿圆周方向斜向贯穿挡板。
2.根据权利要求1所述的全方位等离子体浸没离子注入装置，其特征在于：所述固定板的底端向下延伸形成螺纹连接在靶台上的螺柱。
3.根据权利要求1或2所述的全方位等离子体浸没离子注入装置，其特征在于：在所述固定板上设有连接通孔，在所述锁紧板上相应设有嵌入连接通孔内的连接插销，所述锁紧构件包括固定连接在固定板并穿过锁紧板的锁紧螺栓和螺纹连接在锁紧螺栓并抵顶锁紧板的锁紧螺母。
4.根据权利要求1所述的全方位等离子体浸没离子注入装置，其特征在于：所述挡板的厚度≥5mm。
5.根据权利要求1所述的全方位等离子体浸没离子注入装置，其特征在于：所述夹角的角度范围为10°～30°。
6.根据权利要求1所述的全方位等离子体浸没离子注入装置，其特征在于：处于内环的各所述气体注入通孔与处于外环的各气体注入通孔间隔错开。
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