CN110491762A - 一种线性微波表面波等离子体沉积装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种线性微波表面波等离子体沉积装置，包括：磁控管、激励腔、环形器；所述进气孔开设在容器的顶端，且排气孔设置在真空墙体一侧的底部；所述衬底安装在容器底部的内侧；所述石英管安装在容器的内部；所述同轴波导安装在容器的两端，且石英管与同轴波导相贯通；所述同轴转换器安装在同轴波导的端部；通过对线性微波表面波等离子体沉积装置的改进，具有可在低压条件下沉积薄膜，能够激发出300*300mm的均匀等离子体，通过多跟石英管的叠加可以形成面积更大的等离子体，通过钕铁硼永磁铁减少带电离子损失，对同轴石英管外的等离子体起到增强和稳定的作用的优点，从而有效的解决了现有装置中出现问题和不足。

Description

一种线性微波表面波等离子体沉积装置

技术领域

本发明涉及微波等离子体处理装置技术领域，更具体的说，尤其涉及一种线性微波表面波等离子体沉积装置。

背景技术

工业技术的发展不断向材料及其制备、加工领域提出新的问题和挑战。如电子等行业要求能够制备出大面积均匀薄膜，这就要求能够形成大面积均匀稳定的活性粒子。本装置正是为了解决这一问题而设计的。本发明是一种微波等离子体处理装置，具体来讲是一种微波表面波等离子体处理装置。该装置适用于等离子体增强化学气相沉积，可用于硅基太阳能电池表面钝化、特种碳基薄膜沉积。

微波是一种波长极短的电磁波，其频率范围为：300MHz-300KMHz。高频波段的微波频率和某些分子的振动频率接近，可有效的激活这些物质。目前的微波等离子体激活装置按微波和等离子体的耦合方式可以分为直接耦合式、天线耦合式和表面波耦合式。前两种微波耦合方式由于不能够在大面积范围内均匀分配微波功率，所以很难形成大面积均匀等离子体。

有鉴于此，针对现有的问题予以研究改良，提供一种线性微波表面波等离子体沉积装置，旨在通过该技术，达到解决问题与提高实用价值性的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种线性微波表面波等离子体沉积装置，以解决上述背景技术中提出的目前的微波等离子体激活装置按微波和等离子体的耦合方式可以分为直接耦合式、天线耦合式和表面波耦合式。前两种微波耦合方式由于不能够在大面积范围内均匀分配微波功率，所以很难形成大面积均匀等离子体的问题和不足。

为实现上述目的，本发明提供了一种线性微波表面波等离子体沉积装置，由以下具体技术手段所达成：

一种线性微波表面波等离子体沉积装置，包括：磁控管、激励腔、环形器、同轴转换器、同轴波导、石英管、铜导线、衬底、排气孔、容器、进气孔、永磁铁；所述进气孔开设在容器的顶端，且排气孔设置在真空墙体一侧的底部；所述衬底安装在容器底部的内侧；所述石英管安装在容器的内部；所述同轴波导安装在容器的两端，且石英管与同轴波导相贯通；所述同轴转换器安装在同轴波导的端部，且同轴转换器、同轴波导、石英管之间通过铜导线连接；所述环形器安装在同轴转换器的底部，且激励腔安装在环形器的底部；所述磁控管安装在激励腔的下部；所述永磁铁安装在容器的上部。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种线性微波表面波等离子体沉积装置所述容器矩形箱体结构，且容器的内部设有长、宽、高为300*300*300mm的内腔，并且容器的上部开设有多个用于容纳永磁铁的矩形凹槽，所述凹槽内通冷却水。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种线性微波表面波等离子体沉积装置所述石英管在容器的内侧并行叠加排列设置有四根，且石英管的轴线间隔距离为60mm，石英管的外径为30mm，壁厚3mm。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种线性微波表面波等离子体沉积装置所述石英管轴向方向两侧平行分布有永磁铁，且永磁铁在石英管的径向周围形成绕行磁场。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种线性微波表面波等离子体沉积装置所述石英管和绕行磁场相匹配的容器内腔的长、宽、高尺寸为所诉同轴波导中传输微波半波长的整数倍。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种线性微波表面波等离子体沉积装置所述多根石英管和所诉与之平行分布的永磁铁的并行叠加，形成大面积均匀表面波等离子体，石英管并行叠加间距为半波长的整数倍。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种线性微波表面波等离子体沉积装置所述永磁铁为钕铁硼永久磁铁，且永磁铁在石英管的两侧轴向平行设置，永磁铁磁极相间排列。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1、本发明容器矩形箱体结构，且容器的内部设有长、宽、高为300*300*300mm的内腔，并且容器的上部开设有多个用于容纳永磁铁的矩形凹槽，所述凹槽内通冷却水的设置，方便永磁铁的安装，且冷却效果好。

2、本发明石英管在容器的内侧并行叠加排列设置有四根，且石英管的轴线间隔距离为60mm，石英管的外径为30mm，壁厚3mm，石英管轴向方向两侧平行分布有永磁铁，且永磁铁在石英管的径向周围形成绕行磁场的设置，通过安装永磁铁减少带电离子损失，对同轴石英管外的等离子体起到增强和稳定的作用。

3、本发明通过对线性微波表面波等离子体沉积装置的改进，具有可在低压条件下沉积薄膜，能够激发出300*300mm的均匀等离子体，通过多跟石英管的叠加可以形成面积更大的等离子体，通过钕铁硼永磁铁减少带电离子损失，对同轴石英管外的等离子体起到增强和稳定的作用的优点，从而有效的解决了现有装置中出现问题和不足。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的A-A向剖视结构示意图。

图中：磁控管1、激励腔2、环形器3、同轴转换器4、同轴波导5、石英管6、铜导线7、衬底8、排气孔9、容器10、进气孔11、永磁铁12。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

同时，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电性连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参见图1至图2，本发明提供一种线性微波表面波等离子体沉积装置的具体技术实施方案：

一种线性微波表面波等离子体沉积装置，包括：磁控管1、激励腔2、环形器3、同轴转换器4、同轴波导5、石英管6、铜导线7、衬底8、排气孔9、容器10、进气孔11、永磁铁12；进气孔11开设在容器10的顶端，且排气孔9设置在真空墙体10一侧的底部；衬底8安装在容器10底部的内侧；石英管6安装在容器10的内部；同轴波导5安装在容器10的两端，且石英管6与同轴波导5相贯通；同轴转换器4安装在同轴波导5的端部，且同轴转换器4、同轴波导5、石英管6之间通过铜导线7连接；环形器3安装在同轴转换器4的底部，且激励腔2安装在环形器3的底部；磁控管1安装在激励腔2的下部；永磁铁12安装在容器10的上部。

具体的，容器10矩形箱体结构，且容器10的内部设有长、宽、高为300*300*300mm的内腔，并且容器10的上部开设有多个用于容纳永磁铁12的矩形凹槽，凹槽内通冷却水。

具体的，石英管6在容器10的内侧并行叠加排列设置有四根，且石英管6的轴线间隔距离为60mm，石英管的外径为30mm，壁厚3mm。

具体的，石英管6轴向方向两侧平行分布有永磁铁12，且永磁铁12在石英管6的径向周围形成绕行磁场。

具体的，石英管6和绕行磁场相匹配的容器10内腔的长、宽、高尺寸为所诉同轴波导中传输微波半波长的整数倍。

具体的，多根石英管6和所诉与之平行分布的永磁铁12的并行叠加，形成大面积均匀表面波等离子体，石英管6并行叠加间距为半波长的整数倍。

具体的，永磁铁12为钕铁硼永久磁铁，且永磁铁12在石英管的两侧轴向平行设置，永磁铁12磁极相间排列。

具体实施步骤：

容器10的内部设有长、宽、高为300*300*300mm的内腔，其内腔与抽真空装置相连，形成真空内腔。供气系统通过进气孔11和真空内腔相连，向容器10内部输送反应气体。磁控管1激发微波在激励腔2形成矩形波，通过环形器3传输的波导同轴转换器4，矩形波转换成圆形波，经过同轴波导5和铜导线7将微波引导到石英管6中，微波在石英管6轴向方向线性衰减，通过两个对称分布的微波源叠加，在石英管6轴向方形成均匀分布的微波功率，在合适的腔体压力下和微波功率下，微波在石英管6介质表面激发出表面波等离子，其密度沿着石英管6轴向方向均匀分布。在微波传输过程中，会形成反射波，反射波经过环形器被传输到水负载(图中未画出)，被水负载吸收。磁控管1由微波功率源(未画出)控制，通过调整功率源的阳极电流，可控制磁控管1微波的功率输出大小。微波发生装置会产生大量的热量，影响石英管密封法兰上四氟橡胶圈的密封，对石英管6内采用空冷，空气流量了18L/min。同时在整个容器10的外部同有冷却水，对系统进行冷却。

图2是线性微波表面波等离子体处理装置垂直于石英管的纵剖面图，四根石英管并行叠加排列。在每根石英管轴向两侧平行的加有永磁铁12，石英管6两侧的永磁铁12镶嵌在不锈钢的钢槽中，槽中通冷却水。永磁铁12按照S-N-S-N…相间排列，永磁铁12在石英管6的周向形成环绕磁场。

衬底8有温控装置(图中未画出)，可控制和测量沉积过程中薄膜生长界面上的温度。

本装置可在低压条件下沉积薄膜，腔体压力在几Pa到几十Pa之间。反应气体通过真空腔体侧向输送，通过在腔体顶部输送载运气体。

本装置能够激发出300*300mm的均匀等离子体，通过多跟石英管的叠加可以形成面积更大的等离子体，在沉积硅基太阳能电池钝化膜和金刚石薄膜方面将有很大的潜力。

综上所述：该一种线性微波表面波等离子体沉积装置，通过容器矩形箱体结构，且容器的内部设有长、宽、高为300*300*300mm的内腔，并且容器的上部开设有多个用于容纳永磁铁的矩形凹槽，所述凹槽内通冷却水的设置，方便永磁铁的安装，且冷却效果好；通过石英管在容器的内侧并行叠加排列设置有四根，且石英管的轴线间隔距离为60mm，石英管的外径为30mm，壁厚3mm，石英管轴向方向两侧平行分布有永磁铁，且永磁铁在石英管的径向周围形成绕行磁场的设置，通过安装永磁铁减少带电离子损失，对同轴石英管外的等离子体起到增强和稳定的作用；通过对线性微波表面波等离子体沉积装置的改进，具有可在低压条件下沉积薄膜，能够激发出300*300mm的均匀等离子体，通过多跟石英管的叠加可以形成面积更大的等离子体，通过钕铁硼永磁铁减少带电离子损失，对同轴石英管外的等离子体起到增强和稳定的作用的优点，从而有效的解决了现有装置中出现问题和不足。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种线性微波表面波等离子体沉积装置，包括：磁控管(1)、激励腔(2)、环形器(3)、同轴转换器(4)、同轴波导(5)、石英管(6)、铜导线(7)、衬底(8)、排气孔(9)、容器(10)、进气孔(11)、永磁铁(12)；其特征在于：所述进气孔(11)开设在容器(10)的顶端，且排气孔(9)设置在真空墙体(10)一侧的底部；所述衬底(8)安装在容器(10)底部的内侧；所述石英管(6)安装在容器(10)的内部；所述同轴波导(5)安装在容器(10)的两端，且石英管(6)与同轴波导(5)相贯通；所述同轴转换器(4)安装在同轴波导(5)的端部，且同轴转换器(4)、同轴波导(5)、石英管(6)之间通过铜导线(7)连接；所述环形器(3)安装在同轴转换器(4)的底部，且激励腔(2)安装在环形器(3)的底部；所述磁控管(1)安装在激励腔(2)的下部；所述永磁铁(12)安装在容器(10)的上部。

2.根据权利要求1所述的一种线性微波表面波等离子体沉积装置，其特征在于：所述容器(10)矩形箱体结构，且容器(10)的内部设有长、宽、高为300*300*300mm的内腔，并且容器(10)的上部开设有多个用于容纳永磁铁(12)的矩形凹槽，所述凹槽内通冷却水。

3.根据权利要求1所述的一种线性微波表面波等离子体沉积装置，其特征在于：所述石英管(6)在容器(10)的内侧并行叠加排列设置有四根，且石英管(6)的轴线间隔距离为60mm，石英管的外径为30mm，壁厚3mm。

4.根据权利要求1所述的一种线性微波表面波等离子体沉积装置，其特征在于：所述石英管(6)轴向方向两侧平行分布有永磁铁(12)，且永磁铁(12)在石英管(6)的径向周围形成绕行磁场。

5.根据权利要求1或4所述的一种线性微波表面波等离子体沉积装置，其特征在于：所述石英管(6)和绕行磁场相匹配的容器(10)内腔的长、宽、高尺寸为所诉同轴波导中传输微波半波长的整数倍。

6.根据权利要求1或4所述的一种线性微波表面波等离子体沉积装置，其特征在于：所述多根石英管(6)和所诉与之平行分布的永磁铁(12)的并行叠加，形成大面积均匀表面波等离子体，石英管(6)并行叠加间距为半波长的整数倍。

7.根据权利要求1所述的一种线性微波表面波等离子体沉积装置，其特征在于：所述永磁铁(12)为钕铁硼永久磁铁，且永磁铁(12)在石英管的两侧轴向平行设置，永磁铁(12)磁极相间排列。