CN115852344A - 一种微波等离子体化学气相沉积装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微波等离子体化学气相沉积装置，包括依次连接的微波发生器、隔离器、三销钉微波调谐器、微波模式转换器与短路活塞，所述微波模式转换器上设有伸入微波腔体且与石英窗口上方对应的微波天线与上冷却风入口，所述微波模式转换器的下方设有位于微波腔体内的石英窗口，所述微波腔体内的样品台上设有金属钼台，所述微波腔体上设有冷却水道。本发明采用上述结构的一种微波等离子体化学气相沉积装置，对腔体结构、石英窗口的密封结构与散热等方面进行改进，改善沉积生产出金刚石薄膜的产品质量。
Description
技术领域
本发明涉及金刚石合成设备技术领域，尤其是涉及一种微波等离子体化学气相沉积装置。
背景技术
目前，常用的圆柱形谐振为TM013的谐振模式，采用圆片状的石英板作为石英窗口，形成的等离子体位于石英窗口的正下方。等离子体产生的活性离子对石英板发出轰击，刻蚀掉硅原子污染生长气氛，造成金刚石的硅污染，石英窗口上用于密封的橡胶圈在高温下容易老化漏气。
石英窗口与等离子体区域之间产生微波电场的次强区，在输入的微波功率较高时，腔体压力和输入功率不匹配，次强区会产生次生等离子体并造成石英板的刻蚀，甚至烧坏石英窗口。因此，常规的圆柱金属谐振腔式微波等离子体化学气相沉积装置的实际输入微波功率低于5KW。
石英窗口不仅是传输微波的通道，还能隔绝大气屏障，石英窗口的安装位置及结构直接影响其真空密封性能和等离子体轰击造成的硅污染，影响金刚石膜的沉积速率以及金刚石的质量。为了加快金刚石的生长速率，不得不提高微波输入功率，同时又要避免高功率下产生的等离子体对微波窗口的刻蚀，规避刻蚀出来的硅杂质对生长的金刚石造成污染。
目前，微波等离子体化学气相沉积设备常用的微波腔体结构为：同轴线耦合金属圆柱腔结构、同轴线耦合蝶形腔结构、同轴线耦合椭圆腔体结构。
发明内容
本发明的目的是提供一种微波等离子体化学气相沉积装置，对腔体结构、石英窗口的密封结构与散热等方面进行改进，改善沉积生产出金刚石薄膜的产品质量。
为实现上述目的，本发明提供了一种微波等离子体化学气相沉积装置，包括依次连接的微波发生器、隔离器、三销钉微波调谐器、微波模式转换器与短路活塞，所述微波模式转换器上设有伸入微波腔体且与石英窗口上方对应的微波天线与上冷却风入口，所述微波模式转换器的下方设有位于微波腔体内的石英窗口，所述微波腔体内的样品台上设有金属钼台，所述微波腔体上设有冷却水道。
优选的，所述冷却水道包括设置于微波腔体外侧下方的第一冷却水道与设置于微波腔体外侧上方的第二冷却水道，所述第二冷却水道位于石英窗口的下方，所述第一冷却水道连接第一进出水口，所述第二冷却水道连接第二进出水口，所述第一冷却水道与所述第二冷却水道缠绕在微波腔体外侧且相连通。
优选的，所述冷却水道还包括设置于微波腔体底部的第三进出水口，所述第三进出水口与样品台下方的第三冷却水道相连通。
优选的，所述微波腔体内位于石英窗口的上方设有与上冷却风入口对应的排气孔。
优选的，所述微波腔体外侧上方设有冷却风罩与下冷却风入口，所述下冷却风入口与排气孔连通。
优选的，所述微波腔体位于石英窗口下方设有气体注入口，其底部的一侧设有排气口。
优选的，所述微波腔体表面设有不少于1个观察窗口。
因此，本发明采用上述结构的一种微波等离子体化学气相沉积装置，对腔体结构、石英窗口的密封结构与散热等方面进行改进，改善沉积生产出金刚石薄膜的产品质量。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明一种微波等离子体化学气相沉积装置的侧剖视图；
图2为本发明一种微波等离子体化学气相沉积装置的正剖视图。
1、微波发生器；2、隔离器；3、三销钉调谐器；4、微波模式转换器；5、短路活塞；6、石英窗口；7、微波腔体；8、金属钼台；9、样品台；10、微波天线；11、上冷却风入口；12、冷却风罩；13、排气孔；14、下冷却风入口；15、气体注入口；16、第一进出水口；17、第二进出水口；18、第一冷却水道；19、第二冷却水道；20、第三冷却水道；21、第三进出水口；22、排气口。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
一种微波等离子体化学气相沉积装置的核心部件是用于产生微波等离子体的谐振腔，谐振腔的结构直接影响等离子体的分布与电离程度。
如图所示，一种微波等离子体化学气相沉积装置，包括依次连接的微波发生器1、隔离器2、三销钉微波调谐器3、微波模式转换器4与短路活塞5，微波模式转换器4的下方设有位于微波腔体7内的石英窗口6，微波腔体7内的样品台9上设有金属钼台8。
改进了微波调谐与耦合结构：微波发生器1发出微波功率源，微波功率源经过隔离器2、三销钉微波调谐器3与短路活塞5将微波能量耦合至微波模式转换器4，通过微波天线10，通过石英窗口6将微波能量耦合至微波腔体7。
工艺气体由分布在微波腔体7四周的气体注入口15注入微波腔体7，其底部的一侧设有排气口22，工艺气体种类为：CH4，H2，CO2，O2，N2，Ar等。微波能量激发低压气体，在金属钼台8上方产生等离子体，在晶种上沉积金刚石薄膜。
冷却水道包括设置于微波腔体外侧下方的第一冷却水道18与设置于微波腔体7外侧上方的第二冷却水道19，第二冷却水道19位于石英窗口6的下方。
第一冷却水道18连接第一进出水口16，第二冷却水道19连接第二进出水口17，第一冷却水道18与第二冷却水道19缠绕在微波腔体7外侧且相连通。
冷却水分别从第一进出水口16、第二进出水口17进入，因此，冷却水在第一冷却水道18与第二冷却水道19中流动，提高了冷却效率和冷却水流动的密封性，换热之后冷却水从第一进出水口16与第二进出水口17排出。
冷却水从第三进出水口21进入，冷却水在第三冷却水道20中流动，换热之后冷却水再从第三进出水口21排出。
通过冷却水在第一进出水口16、第二进出水口17、第三进出水口21、第一冷却通道18、第二冷却通道19与第三冷却通道20之间的流动，说明冷却水完全可以在微波腔体7周围流动，因此，加强了对微波腔体7的冷却效果。
微波腔体7外设有至少1个观察窗口，可用于测温和观察等离子体状态。
微波模式转换器4上设有伸入微波腔体7且与石英窗口6上方对应的微波天线10与上冷却风入口11，微波腔体7内位于石英窗口6的上方设有与上冷却风入口11对应的排气孔13，冷却风从微波天线10与上冷却风入口11进入，经过石英窗口6，最后由排气孔13排出。
微波腔体7外侧上方设有冷却风罩12与下冷却风入口14，所述下冷却风入口14与排气孔13连通。冷却风也可以从下冷却风入口14进入，经过冷却风罩12，最后由排气孔13排出。
由上述两种方案改进了石英窗口6的冷却结构，提高石英窗口6的散热效率。
因此，本发明采用上述结构的一种微波等离子体化学气相沉积装置，对腔体结构、石英窗口的密封结构与散热等方面进行改进，改善沉积生产出金刚石薄膜的产品质量。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种微波等离子体化学气相沉积装置，其特征在于：包括依次连接的微波发生器、隔离器、三销钉微波调谐器、微波模式转换器与短路活塞，所述微波模式转换器上设有伸入微波腔体且与石英窗口上方对应的微波天线与上冷却风入口，所述微波模式转换器的下方设有位于微波腔体内的石英窗口，所述微波腔体内的样品台上设有金属钼台，所述微波腔体上设有冷却水道。
2.根据权利要求1所述的一种微波等离子体化学气相沉积装置，其特征在于：所述冷却水道包括设置于微波腔体外侧下方的第一冷却水道与设置于微波腔体外侧上方的第二冷却水道，所述第二冷却水道位于石英窗口的下方，所述第一冷却水道连接第一进出水口，所述第二冷却水道连接第二进出水口，所述第一冷却水道与所述第二冷却水道缠绕在微波腔体外侧且相连通。
3.根据权利要求2所述的一种微波等离子体化学气相沉积装置，其特征在于：所述冷却水道还包括设置于微波腔体底部的第三进出水口，所述第三进出水口与样品台下方的第三冷却水道相连通。
4.根据权利要求1所述的一种微波等离子体化学气相沉积装置，其特征在于：所述微波腔体内位于石英窗口的上方设有与上冷却风入口对应的排气孔。
5.根据权利要求1所述的一种微波等离子体化学气相沉积装置，其特征在于：所述微波腔体外侧上方设有冷却风罩与下冷却风入口，所述下冷却风入口与排气孔连通。
6.根据权利要求1所述的一种微波等离子体化学气相沉积装置，其特征在于：所述微波腔体位于石英窗口下方设有气体注入口，其底部的一侧设有排气口。
7.根据权利要求1所述的一种微波等离子体化学气相沉积装置，其特征在于：所述微波腔体表面设有不少于1个观察窗口。
Priority Applications (3)
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- 2022-12-15 WO PCT/CN2022/139305 patent/WO2024103479A1/zh unknown
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