一种双天线增强线形微波等离子体源
阅读说明：本技术 一种双天线增强线形微波等离子体源 (Double-antenna enhanced linear microwave plasma source ) 是由 周继承 徐伟 黄静 廖佳 冯天舒 于 2021-01-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种双天线增强线形微波等离子体源,包括屏蔽罩,载板,微波电源和与微波电源相连通的T型功率分配器；屏蔽罩为梯形结构,且屏蔽罩不设底板；载板设置于屏蔽罩正下方；T型功率分配器另两端分别与一微波天线连通,且两微波天线位于同侧；T型功率分配器与微波天线设置于屏蔽罩内腔中部；屏蔽罩上还设置有磁铁组件和进气管组。本发明在现有线形微波等离子体源的基础上通过引进双天线结构,以及相应的对进气管路、磁场结构进行改进,有效的增大线形微波等离子体源产生等离子体的横向面积,从而最终达到减少微波电源的数量的目的。(The invention discloses a double-antenna enhanced linear microwave plasma source, which comprises a shielding case, a carrier plate, a microwave power supply and a T-shaped power distributor communicated with the microwave power supply, wherein the carrier plate is arranged on the shielding case; the shielding cover is in a trapezoidal structure and is not provided with a bottom plate; the carrier plate is arranged right below the shielding cover; the other two ends of the T-shaped power distributor are respectively communicated with a microwave antenna, and the two microwave antennas are positioned on the same side; the T-shaped power distributor and the microwave antenna are arranged in the middle of the inner cavity of the shielding case; the shielding cover is also provided with a magnet assembly and an air inlet pipe assembly. The invention effectively increases the transverse area of the plasma generated by the linear microwave plasma source by introducing the double-antenna structure and correspondingly improving the air inlet pipeline and the magnetic field structure on the basis of the existing linear microwave plasma source, thereby finally achieving the purpose of reducing the number of microwave power sources.)
技术领域
本发明涉及等离子体产生装置领域，特别是涉及一种双天线增强线形微波等离子体源。
背景技术
随着低温等离子体技术在大规模集成电路、太阳能电池、等离子体显示设备、类金刚石碳和纯金刚石膜等领域的迅速发展，工业上迫切需要一种可以产生低气压高密度、大面积均匀及稳定的等离子体发生技术。因此近年来国内外相关研究人员提出了许多新型等离子体源，其中线形微波等离子体源具有许多独特的优势：结构较为简单，不存在因电极插入而导致的杂质污染问题；采用微波(2。45GHz)激励可以获得较高的等离子体密度；因其线形结构仅需在轴向方向保证等离子体均匀性，将多个线形微波等离子体源并排即可获得大面积均匀的等离子体等。鉴于磁场增强线形微波等离子体源的优良特性，被应用于诸多工业薄膜沉积设备中，如平板式PECVD设备。
为获得大面积均匀的等离子体分布满足工艺需求，现有的平板式PECVD设备中需要将6个线形微波等离子体源平行阵列，且每一对线形微波等离子体源都由一对微波电源供能。实际上，微波电源价格极其昂贵，占设备成本的大头。近年来随着市场竞争的日益激烈，市场对设备的成本和性能提出了更高的要求。因此，减少微波电源的数量是降低平板式PECVD设备成本的重大突破口。
为了在保证足够的工艺面积的基础上，减少平板式PECVD设备内微波电源的数量，降低设备成本，有必要对线形微波等离子体源结构进行改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种双天线增强线形微波等离子体源，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现通过引进双天线结构，以及相应的对进气管路、磁场结构进行改进，有效的增大线形微波等离子体源产生等离子体的横向面积，从而最终达到减少微波电源的数量的目的。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种双天线增强线形微波等离子体源，包括屏蔽罩，载板，微波电源和与微波电源相连通的T型功率分配器；所述屏蔽罩为梯形结构，且所述屏蔽罩不设底板；所述载板设置于所述屏蔽罩正下方；所述T型功率分配器另两端分别与一微波天线连通，且两所述微波天线位于同侧；所述T型功率分配器与微波天线设置于所述屏蔽罩内腔中部；
所述屏蔽罩上还设置有磁铁组件和进气管组。
优选的，屏蔽罩为等腰梯形；为无磁或弱磁不锈钢材料。
所述T型功率分配器与微波天线均为实心铜棒，半径为3mm-5mm。
所述微波天线由若干段铜棒连接成型，且任意两段铜棒长度不同。
还设置有玻璃管，且所述玻璃管为中空结构；每一所述微波天线均置于一所述玻璃管的中轴线上，且与所述玻璃管互不接触。
优选的，玻璃管为石英玻璃管，石英玻璃管与大气连通，使得管内空气流通，起给所述天线冷却作用。两根所述石英管包围着所述铜天线并排放置，起将等离子体与微波天线隔离作用。
所述磁铁组件包括一顶部磁铁和两侧部磁铁；所述顶部磁铁固定设置于所述屏蔽罩顶面中部，且与所述T型功率分配器位置对应；两所述侧部磁铁关于所述顶部磁铁对称设置，且分别固定设置于所述屏蔽罩两侧壁；所述顶部磁铁和侧部磁铁均与所述屏蔽罩等长。
优选的的，磁铁组件内均为条形磁铁，所产生磁场强度可由条形磁铁磁化强度及大小控制；为合金永磁材料或者铁氧体永磁材料，合金永磁材料优选铷镍钴NdNiCo；铁氧体永磁材料优选Cu-Ni-Fe。
所述进气管组包括两顶部进气管和两底部进气管；所述顶部进气管固定设置于所述屏蔽罩内腔顶面，且关于所述屏蔽罩顶面中轴线对称设置；所述屏蔽罩内腔两侧壁底部还设置有进气挡板；两所述底部进气管分别置于两所述进气挡板下方；
所述顶部进气管和底部进气管均与所述微波天线平行设置；且所述顶部进气管设置于所述微波天线上方，所述底部进气管设置于所述微波天线下方。
所述顶部进气管和底部进气管上等间距开设有若干个通孔，用于流通气源。
所述气源包括但不限定为惰性气体，氧化性气体，还原性气体，烃类气体，经过气化的液体或混合气体。
进一步的，混合气体为氩气、氢气、氢气与硅烷或烃类气体的混合气体。且更难电离的气体由顶部进气管通入，容易电离的气体由底部进气管路通入。
所述磁铁组件为合金永磁材料或者铁氧体永磁材料。
所述载板底部还设置有加热板。
本发明公开了以下技术效果：本发明在现有线形微波等离子体源的基础上通过引进双天线结构，以及相应的对进气管路、磁场结构进行改进，有效的增大线形微波等离子体源产生等离子体的横向面积，从而最终达到减少微波电源的数量的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明结构主视图。
图2为本发明结构俯视图。
其中，1-顶部磁铁，2-顶部进气管，3-屏蔽罩，4-侧部磁铁，5-底部进气管，6-玻璃管，7-T型功率分配器，8-微波天线，9-加热板，10-载板，11-进气挡板。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种双天线增强线形微波等离子体源，包括屏蔽罩3，载板10，微波电源和与微波电源相连通的T型功率分配器7；屏蔽罩3为梯形结构，且屏蔽罩3不设底板；载板10设置于屏蔽罩3正下方；T型功率分配器7另两端分别与一微波天线8连通，且两微波天线8位于同侧；T型功率分配器7与微波天线8设置于屏蔽罩3内腔中部；
屏蔽罩3上还设置有磁铁组件和进气管组。
T型功率分配器7与微波天线8均为实心铜棒，半径为3mm-5mm。
微波天线8由若干段铜棒连接成型，且任意两段铜棒长度不同。
还设置有玻璃管6，且玻璃管6为中空结构；每一微波天线8均置于一玻璃管6的中轴线上，且与玻璃管6互不接触。
磁铁组件包括一顶部磁铁1和两侧部磁铁4；顶部磁铁1固定设置于屏蔽罩3顶面中部，且与T型功率分配器7位置对应；两侧部磁铁4关于顶部磁铁1对称设置，且分别固定设置于屏蔽罩3两侧壁；顶部磁铁1和侧部磁铁4均与屏蔽罩3等长。
进气管组包括两顶部进气管2和两底部进气管5；顶部进气管2固定设置于屏蔽罩3内腔顶面，且关于屏蔽罩3顶面中轴线对称设置；屏蔽罩3内腔两侧壁底部还设置有进气挡板11；两底部进气管5分别置于两进气挡板11下方；
顶部进气管2和底部进气管5均与微波天线8平行设置；且顶部进气管2设置于微波天线8上方，底部进气管5设置于微波天线8下方。
顶部进气管2和底部进气管5上等间距开设有若干个通孔，用于流通气源。
气源包括但不限定为惰性气体，氧化性气体，还原性气体，烃类气体，经过气化的液体或混合气体。
磁铁组件为合金永磁材料或者铁氧体永磁材料。
载板10底部还设置有加热板9。
在本发明的一个实施例中，如图1，具体实施方式为：首先微波能量通过T型功率分配器7分别引至微波天线8，并且通过玻璃管6发射至工作区中。然后，工作气体通过顶部进气管2和底部进气管5进入真空室内，其中惰性气体和还原性气体通过顶部进气管2进入，反应性前驱物气体通过底部进气管5进入。这样的气路设计有助于减少工艺薄膜沉积在屏蔽罩和石英玻璃管表面。在微波电场的作用下，工作气体电离产生的等离子体分布在玻璃管6外表面充当外导体，与微波天线8形成同轴波导结构传输微波，最终产生沿玻璃管6表面均匀分布的高密度等离子体。待处理样品置于载板10上，在加热板9的作用下升温至所需工艺温度，待处理样品置于载板10上横穿过等离子体区，最终实现工艺薄膜沉积。
屏蔽罩3为等腰梯形结构可约束等离子体的径向分布，采用梯形形状的设计一方面是可以在增大等离子体密度的同时增大玻璃管6下方的等离子体面积，另一方面是为了配合侧部磁铁4的位置。磁铁组件形成发散位型的磁场，一方面可以减少等离子体与屏蔽罩3内表面碰撞损失，增大等离子体密度；另一方面可以改善等离子体轴向均匀性。
在本发明的另一个实施例中，如图2，顶部进气管2和底部进气管5底面每隔24mm开一个半径为1mm的圆孔，用于工作气体流入。
本发明通过引入T型功率分配器，可以在单个线形微波等离子体源内实现双天线结构，有效的增大了等离子体径向面积；其次，通过优化进气管路，可以提高进气效率，从而提高沉积速率；最后，通过优化梯形屏蔽罩，可以在一定长度上减轻工艺薄膜沉积在石英管上的情况。本发明可以轻松增大线形微波等离子体源产生等离子体的径向面积，从而减少微波电源的数量，大大的降低设备成本；而且结构简单，升级成本低，有利于大规模工业推广。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，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。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。