一種電感耦合式射頻等離子體源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及超高真空設(shè)備領(lǐng)域，特別是一種電感耦合式射頻等離子體源。
【背景技術(shù)】
[0002]等離子體已廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如在半導(dǎo)體集成電路制造方面，不同材料薄膜的生長(zhǎng)及電路的蝕刻皆普遍由等離子體技術(shù)完成。在科學(xué)研宄方面等離子體更已成為重要的工具，如納米鈦管的生長(zhǎng)、微機(jī)電的研發(fā)等等。等離子體的研宄與應(yīng)用都離不開(kāi)其產(chǎn)生設(shè)備，因此等離子體源的研發(fā)具有重要意義。
[0003]目前國(guó)內(nèi)外光學(xué)薄膜制備普遍采用等離子體輔助鍍膜技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)不僅具有節(jié)能、環(huán)保的特點(diǎn)，而且在大規(guī)模制造各種高品質(zhì)的光學(xué)薄膜上更具有優(yōu)勢(shì)。在薄膜沉積過(guò)程中通過(guò)離子轟擊，可有效提高薄膜和基片之間的結(jié)合力，使薄膜結(jié)構(gòu)更加致密，可進(jìn)一步提高薄膜的光學(xué)性能和機(jī)械性能。此外，在薄膜沉積過(guò)程中通入所需反應(yīng)氣體，反應(yīng)氣體原子在離子源中離化后，可沉積形成一定化學(xué)配比的薄膜。目前國(guó)內(nèi)外利用等離子體輔助沉積光學(xué)薄膜技術(shù)，在大規(guī)模生產(chǎn)紅外、紫外波段窄帶濾光片等高精度光學(xué)薄膜元件中，得到了成功應(yīng)用。
[0004]與傳統(tǒng)鍍膜方法相比，等離子體鍍膜主要是運(yùn)用了等離子體技術(shù)。等離子體與普通氣體相比，特別是大家熟知的理想氣體模型相比，既有聯(lián)系，又有很大的區(qū)別。它保留了傳統(tǒng)技術(shù)沉積速率高、面積大的優(yōu)點(diǎn)，又克服了薄膜結(jié)構(gòu)疏松、性能不穩(wěn)定的缺陷，是有望取代傳統(tǒng)技術(shù)的新一代光學(xué)薄膜制備技術(shù)。
[0005]如圖1所示:在傳統(tǒng)的電容藕合平板等離子體源中，等離子體鞘層電壓可以達(dá)到幾百伏甚至幾千伏，當(dāng)離子通過(guò)鞘層時(shí)，會(huì)被鞘層電壓加速，獲得很高的能量，進(jìn)行工藝加工時(shí)，容易引起器件損傷，如原子位移，柵氧損失甚至閾值電壓偏移和柵極泄漏，這主要是因?yàn)樵谄叫邪宸烹娭?，等離子體的產(chǎn)生和晶片的偏置是藕合的:即為了提高等離子密度而采用高的輸入功率將同時(shí)增加鞘層的自偏壓。因此就迫切需要既能消除等離子體產(chǎn)生和襯底偏置的藕合作用，又能獲得較低的離子能量的較大面積均勻的高密度等離子體源。
[0006]傳統(tǒng)的光學(xué)刻蝕方法由于受到光波長(zhǎng)的限制，目前的刻蝕精度己逼近理論極限，急需研發(fā)新一代的刻蝕工藝。另一方面，大尺寸平板顯示器的TFT驅(qū)動(dòng)電路也需要大而積的均勻Si薄膜沉積工藝。電感藕合等離子體(ICP)作為新一代的低溫高密度等離子體源具有較高的等離子體密度和大而積均勻性，應(yīng)用于大尺寸基片的精細(xì)刻蝕工藝時(shí)具有較高的刻蝕選擇性，無(wú)需經(jīng)歷濕法刻蝕的煩瑣步驟，且工藝可控，己開(kāi)始在集成電路的刻蝕中得到應(yīng)用。此外，ICP大而積均勻的高密度等離子體和較低的電子溫度也適合于沉積高質(zhì)的薄膜，且沉積速率高。
[0007]我國(guó)目前沒(méi)有國(guó)產(chǎn)的專門(mén)獨(dú)立的電感耦合式等離子體源，這不僅嚴(yán)重束縛了我國(guó)自然科學(xué)研宄的發(fā)展，也使我國(guó)的科學(xué)研宄受制于國(guó)外，難有原創(chuàng)性科研成果。擁有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專門(mén)的射頻等離子體源迫不及待?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0008]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型公開(kāi)了種電感耦合式射頻等離子體源，包括反應(yīng)氣體導(dǎo)入機(jī)構(gòu)、等離子體發(fā)生機(jī)構(gòu)、水冷機(jī)構(gòu)、屏蔽機(jī)構(gòu)和支撐連接機(jī)構(gòu)，所述反應(yīng)氣體導(dǎo)入機(jī)構(gòu)、等離子體發(fā)生機(jī)構(gòu)、水冷機(jī)構(gòu)和屏蔽機(jī)構(gòu)通過(guò)支撐連接機(jī)構(gòu)連接；
[0009]所述支撐連接機(jī)構(gòu)包括法蘭組件、以及穿過(guò)法蘭組件的雙層管件；
[0010]所述反應(yīng)氣體導(dǎo)入機(jī)構(gòu)與法蘭組件相連接、包括控制導(dǎo)入氣體的開(kāi)啟與關(guān)閉的角閥，所述角閥的一端與導(dǎo)氣管接頭相連接，所述角閥的另一端與三通連接件相連接，所述三通連接件與容納反應(yīng)氣體的雙層管件相連接；
[0011]所述等離子體發(fā)生機(jī)構(gòu)包括電極、導(dǎo)波片、絕緣管、電感線圈和真空介電窗，所述電極設(shè)置在法蘭組件上，所述電感線圈纏繞于真空介電窗上，所述導(dǎo)波片與電感線圈相連接，所述絕緣管套接在導(dǎo)波片上；
[0012]所述水冷機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在法蘭組件
[0013]上的進(jìn)水管接頭、冷水管組件和出水管接頭，所述進(jìn)水管接頭、冷水管組件和出水管接頭形成一閉合回路。
[0014]所述反應(yīng)氣體導(dǎo)入機(jī)構(gòu)還包括密封圈和密封件，所述雙層管件包括同軸設(shè)置的雙層管內(nèi)管和雙層管外管，所述雙層管件與雙層管接頭相連接，所述密封圈和密封件放置于密封螺母與雙層管接頭之間，所述密封螺母、密封圈、密封件、雙層管接頭將真空介電窗密封。
[0015]所述冷水管組件包括第一水管、沿雙層管件設(shè)置的第二水管、在法蘭組件上方盤(pán)旋設(shè)置的第三水管、放置于雙層管件之間的第四水管，所述第一水管焊接在法蘭組件上一端與進(jìn)水管接頭相連通另一端與焊接在法蘭組件另一側(cè)的電感線圈相連通，所述電感線圈與焊接在法蘭上的第三水管的一端相連通，所述第三水管的另一端焊接在雙層管外管上與第四水管相連通，所述第四水管延伸到雙層管件的前端，所述第二水冷管一端焊接在雙層管外管上一端與第四水管相連通另一端焊在在法蘭組件上與出水管接頭相通。
[0016]所述第四水管焊接于雙層管內(nèi)管和雙層管外管之間的空間內(nèi)、與雙層管外管相連接、延伸至雙層管件的底部。
[0017]該裝置還包括備用機(jī)構(gòu)，所述備用機(jī)構(gòu)與法蘭組件相連接、包括法蘭和盲板法蘭，所述法蘭與備用管相連接，所述盲板法蘭與法蘭相連接。
[0018]該裝置還包括觀察機(jī)構(gòu)，所述觀察機(jī)構(gòu)包括觀察窗，所述觀察窗與三通連接件相連接。
[0019]該裝置還包括將反應(yīng)狀態(tài)下產(chǎn)生的電場(chǎng)、磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽隔離的屏蔽機(jī)構(gòu)，所述屏蔽機(jī)構(gòu)包括屏蔽蓋和屏蔽罩，所述屏蔽罩設(shè)置在等離子體發(fā)生機(jī)構(gòu)的外側(cè)與第一法蘭相連接。
[0020]所述支撐連接機(jī)構(gòu)還包括第一支撐塊和第二支撐塊，所述雙層管件和電感線圈穿過(guò)第二支撐塊設(shè)置，所述電感線圈和真空介電窗穿過(guò)第一支撐塊設(shè)置，所述真空介電窗穿過(guò)電感線圈設(shè)置。
[0021]由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型提供的一種電感耦合式射頻等離子體源，該裝置中的電感線圈在射頻電流的驅(qū)動(dòng)下，激發(fā)變化的磁場(chǎng)感生回旋電場(chǎng)。電子在有旋電場(chǎng)的加速下作回旋運(yùn)動(dòng)，與反應(yīng)源氣體分子碰撞將其電離。由于電子的回旋運(yùn)動(dòng)增加了與氣體分子的碰撞，射頻等離子體源可產(chǎn)生密度較高的等離子體，而且設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能獨(dú)立控制離子能量和等離子體密度。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不僅便于生產(chǎn)，而且成本非常低廉適于廣泛推廣。
【附圖說(shuō)明】
[0022]為了更清楚地說(shuō)明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本申請(qǐng)中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1為本實(shí)用新型中現(xiàn)有等離子體源的示意圖；
[0024]圖2為本實(shí)用新型中一種電感耦合式射頻等離子體源整體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3本實(shí)用新型中水冷機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4本實(shí)用新型中一種電感耦合式射頻等離子體源整體的剖面圖；
[0027]圖5本實(shí)用新型中等離子體發(fā)生機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖6本實(shí)用新型中雙層管件中密封結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖7本實(shí)用新型中電極連接處的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為使本實(shí)用新型的技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚完整的描述:
[0031]一種電感耦合式射頻等離子體源，具體技術(shù)方案是:包括反應(yīng)氣體導(dǎo)入機(jī)構(gòu)、等離子體發(fā)生機(jī)構(gòu)、水冷機(jī)構(gòu)、屏蔽機(jī)構(gòu)和支撐連接機(jī)構(gòu)，所述反應(yīng)氣體導(dǎo)入機(jī)構(gòu)、等離子體發(fā)生機(jī)構(gòu)、水冷機(jī)構(gòu)和屏蔽機(jī)構(gòu)通過(guò)支撐連接機(jī)構(gòu)相連接。
[0032]所述支撐連接機(jī)構(gòu)包括法蘭組件19-17、第一法蘭14、第一支撐塊5、第二支撐塊8以及穿過(guò)法蘭組件19-17和第一法蘭14的雙層管件9-11。法蘭組件19-17包括兩個(gè)對(duì)接的法蘭I 17和法蘭II 19。電極16、備用管20、第一管水21、第二水管24、第三水管31、電感線圈3、雙層管件9-11均焊接在所述法蘭組件19-17上。法蘭組件19-17對(duì)其起支撐作用，法蘭I 17和法蘭II 19通過(guò)螺栓連接、墊圈密封，法蘭連接管15 —端焊接在法蘭17上，另一段焊接在所述第一法蘭14上；第一支撐塊5被電感線圈3穿過(guò)，同時(shí)還被真空介電窗4穿過(guò)，對(duì)真空介電窗4起支撐作用；第二支撐塊8被電感線圈3穿過(guò)，同時(shí)也被雙層管件9-11穿過(guò)，對(duì)雙層管件9-11起支撐作用。
[0033]如圖2所示，所述反應(yīng)氣體導(dǎo)入機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)入氣體的導(dǎo)氣管接頭27、第六法蘭26、角閥25、三通連接件29、第五法蘭30、雙層管內(nèi)管9、雙層管外管11、雙層管連接片33、雙層管接頭7 ;密封圈34、密封件35、密封螺母6。所述導(dǎo)氣管接頭27焊接在第六法蘭26內(nèi)孔上，第六法蘭26與所述角閥25側(cè)面的法蘭通過(guò)螺栓連接、墊圈密封，角閥25可控制導(dǎo)入氣體的開(kāi)啟與關(guān)閉，并可粗略的調(diào)節(jié)導(dǎo)入氣體的流量。角閥25下方的法蘭與所述三通連接件29上方的法蘭通過(guò)螺栓連接、墊圈密封。三通連接件29 —側(cè)的法蘭與焊接在所述雙層管內(nèi)管9、雙層管外管11上的第五法蘭30通過(guò)螺栓連接、墊圈密封；雙層管內(nèi)管9、雙層管外管11保持同軸關(guān)系與所述雙層管連接片33焊接成局部密封的管。如圖6所示:雙層管內(nèi)管9導(dǎo)入反應(yīng)氣體，雙層管外管11與雙層管內(nèi)管9之間的空間導(dǎo)入循環(huán)冷水。在雙層管連接片33