[发明专利]一种微波等离子体金刚石膜沉积设备

说明书

本发明涉及微波等离子体化学气相沉积技术领域，具体公开了一种微波等离子体金刚石膜沉积设备，其微波石英窗的顶部和底部通过密封垫片组分别与沉积台和底板密封连接，所述密封垫片组包括外圈密封垫片和内圈密封垫片，外圈密封垫片和内圈密封垫片间设有泄气间隙，顶部和底部的泄气间隙通过第二通气孔连通，在底板上的第三通气孔用于将泄气间隙与第二出气管连通，第二出气管与抽真空装置连接。本发明能有效隔离外界空气，维持了反应腔内真空工作环境，有效降低了本类型MPCVD设备的真空漏率，最终实现反应腔与外部空气有效隔离，为制备高品质产品提供了有利保障，提高了微波等离子体化学气相沉积产品质量，满足科研和工业化生产需求。

技术领域

本发明涉及微波等离子体化学气相沉积技术领域，具体公开了一种微波等离子体金刚石膜沉积设备。

背景技术

微波等离子体化学气相沉积（Microwave plasma chemical vapor deposition）简称MPCVD，是一种将微波发生器产生的微波用波导管经隔离器进入反应室，在微波的激励下，使反应室中的气体分子电离产生等离子体，在衬底上沉积得到金刚石膜。

公告号CN103668121A的发明专利公开了一种微波等离子体金刚石膜沉积设备，包括由反应腔上盖和反应台组成的反应腔，反应腔下方设置有相连接的矩形波导和同轴波导；同轴波导的中心轴伸入在反应腔内，中心轴的上方同轴固定连接有用于放置衬底的样品台 ；反应腔上盖的中心开有气体导入口，反应腔上盖的颈部还设置均匀开有多个进气小孔的水平隔板，水平隔板和反应腔上盖的顶部之间形成气体缓冲混合腔，样品台上紧邻衬底的边缘外侧呈圆周分布均匀开有排气通道。本发明解决反应腔中的气体不能均匀的分布在衬底周围的问题。

公告号CN101864560B的发明专利公开了一种高功率微波等离子体金刚石膜沉积设备，包括微波谐振腔的上圆柱体、微波谐振腔的下圆柱体、金刚石膜沉积台、微波反射体、石英窗、等离子体、调节机构一和调节机构二。金刚石膜沉积台、微波反射体在上圆柱体和下圆柱体内部，石英窗在金刚石膜沉积台的下方 ；微波反射体通过调节机构一调节微波反射体的高度，调节机构二调节上圆柱体的高度，微波反射体对微波电场起反射和增强作用。上圆柱体、下圆柱体、金刚石膜沉积台、微波反射体、调节机构一和调节机构二都能实现直接的水冷。本发明优点是能在高功率下，以较高速率沉积高品质的金刚石膜，设备具有可靠、方便调节等特点。

目前，各类的MPCVD装置普遍采用石英材料作为微波窗口以此获取真空环境，而石英材料极易被等离子体刻蚀并对金刚石膜的沉积过程造成污染。现有公开技术中，包括上述两个对比文件所示，仍然无法实现有效密封。

具体如图1所示，环状的微波石英窗1置于沉积台2的下方，即微波石英窗1与沉积室内形成的等离子体之间被完全隔离，这一措施解决了长期以来存在着的MPCVD装置的石英窗口易被等离子体刻蚀的问题，现有微波等离子体金刚石膜沉积设备如图1所示。腔体的上盖板3和腔体的底板4通过O型圈5进行真空密封，从而使反应腔6与外部空气进行隔离；沉积台2、微波石英窗1和底板4通过密封垫7进行真空密封，使反应腔6与外部空气进行隔离。

在设备的使用过程中，设备开始运行阶段随着反应腔6内的气压降低，O型圈5的压缩量将由小变大，设备结束运行阶段随着反应腔6内的气压升高，O型圈5的压缩量将由大变小；另外由于此处的O型圈5规格较大（φ400x5.3），最终导致O型圈5在使用过程中易泄露，外部空气将从O型圈5处进入反应腔6内（如图1中a方向所示），污染反应气体，从而严重降低产品质量。

微波石英窗下放的MPCVD装置中反应腔6内的低气压环境与沉积台2下方的大气压环境存在较大气压差，气压差的存在导致沉积台2会受到一个向上压力。此压力造成密封垫7的压缩量变小，对微波石英窗1的密封产生不利影响，外界的空气容易从微波石英窗1的顶部和底部进入到反应腔6污染反应气体（如图1中b方向和c方向所示），将最终导致本类型MPCVD设备真空漏率较大，从而严重降低产品质量。

发明内容