[发明专利]一种同轴微波等离子体沉积薄膜的设备

说明书

技术领域

本发明属于等离子技术领域，特别涉及一种微波等离子体沉积薄膜的设备。 

背景技术

伴随着微波等离子体在半导体薄膜材料制备中的应用，以及半导体薄膜材料尤其是液晶显示材料和太阳能电池趋于大面积(＞30cm²)化的发展，生产大面积(>30cm²)半导体薄膜材料是未来半导体工业尤其是液晶显示材料和太阳能电池的发展方向。 

然而，传统的电容耦合等离子源(capacitively coupled plasma,CCP)已远远不能满足要求，微波激发等离子体放电有几种不同的方法： 

(1)微波能与等离子发生器相耦合。例如在反应器壁上通过一个带有窗口的喇叭形天线来把装置分隔成高低压两部分。在天线的周围产生等离子体，但只能通过增大喇叭天线和窗口来增大等离子体。而通常情况下是不均匀的。 

(2)可以通过电子回旋共振机制来增大距离天线和发生器壁较远区域的低压等离子。但这只局限应用于低气压的情况。 

(3)有一种微波等离子体源可以在一个方形波导的窄边处输出耦合微波能，在方形波导的窄边处等离子可以通过合适的窗口来屏蔽。波导的长度主要决定了等离子体的线形延伸程度。等离子体的均匀性主要是受场附近微波辐射的影响。 

发明内容

本发明的目的是克服以上现有技术的不足，提供一种同轴微波等离子体沉积薄膜的设备，该设备设置同轴的微波等离子体源，可以产生沿轴向呈线形分 布的等离子，在这种等离子体源中，等离子体本身也是微波传输必须的介质，同轴线波导在放电腔中实现外放电，等离子体形成于同轴线外部的低压区域，同时也充当外导体的作用，实现稳定放电，而得到高度径向对称的高密度等离子体。设备中还设置了等离子体的电子密度和电子温度测试的仪器，以及功率和气压自动控制设备和系统，可以获得稳定的、可控性强的等离子体，可实现高效、稳定、均匀的沉积薄膜，该设备生产效率高，生产成本低。 

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种同轴微波等离子体沉积薄膜的设备，包括真空腔室，其特征在于，所述真空腔室上固定安装有同轴微波等离子体源，所述同轴微波等离子体源包括微波发生器、波导、同轴线变换器、石英管和内电极，其中，石英管位于真空腔室内部且固定安装于真空腔室两侧壁上，同轴线变换器通过真空腔室外侧壁同轴对称固定安装于石英管两端，同时同轴线变换器通过波导与微波发生器相连，内电极穿过石英管并固定在同轴线变换器上，内电极、同轴线变换器、石英管三者同轴，真空腔室顶部设置有进气管； 

真空腔室底部、顶部或侧部的至少一个位置上活动安装有支撑台，支撑台下端伸出真空腔室壁连接位置调节装置，位置调节装置与位置控制装置相连，支撑台上可拆卸的安装有试样台，支撑台与试样台之间设置有绝缘层； 

真空腔室侧壁上固定安装有诊断测试装置，等离子体探针一端连接于诊断测试装置上，其另一端伸入真空腔室内部，真空腔室侧壁上还连接有真空管道，真空装置连接于真空管道之上，真空管道上安装有阀门控制装置和气压测试仪； 

反馈控制系统分别与微波发生器、诊断测试装置、阀门控制装置和气压测试仪连接； 

所述真空腔室和内电极上设置有冷却水管道，且真空腔室壁上安装有腔室 冷却水入口和腔室冷却水出口，内电极壁上安装有内电极冷却水入口和内电极冷却水出口。 

所述微波发生器的微波触发模式为外部触发，微波输出模式为连续模式或脉冲模式，连续模式最大输出功率为2000W，脉冲模式的峰值功率为4000W。 

所述内电极为导电金属管，其材料为铜。 

所述腔室冷却水出口的水平位置高于腔室冷却水入口。 

所述真空腔室壁上还安装有反应气体进气管。 

所述真空腔室上固定安装的同轴微波等离子体源是一组或者至少两组水平平行等间距布置。 

所述支撑台上设置有加热器，加热器与温度控制器相连。 

所述试样台还与偏压电源连接。 

所述进气管下端安装有至少一根导气管，导气管水平固定且每根导气管开设至少一个通气狭缝，或者至少2个等间距的通气孔，以形成气帘式通气。 

本发明设备的有益效果为： 

(1)本设备将微波由同轴线两端同时输入，可获得在轴向和径向都均匀的等离子体。若把多个同轴线平行放置于放电腔中，则可以很容易的成倍扩大均匀等离子体的面积，具有广阔的应用前景。