專利名稱：電子回旋共振磁性模塊與電子回旋共振裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種等離子體產生技術，尤其是涉及一種可以在高真空環(huán)境產生高密度等離子體的一種電子回旋共振磁性模塊與電子回旋共振裝置。
背景技術：
半導體元件越做越輕薄短小，化學氣相沉積(chemical vapor deposition, CVD) 鍍層已邁向單原子層，為得良好的單原子鍍層，必須仰賴高密度等離子體設備在高真空環(huán)境下鍍膜。由于傳統(tǒng)電子回旋共振化學氣相沉積(electron cyclotron resonance chemical vapor exposition，ECR-CVD)機臺，使用電磁鐵系統(tǒng)，因此需施加高電流及大量冷卻水做散熱。如圖1所示，該圖為現(xiàn)有的哈勒巴赫(Halbach)磁極示意圖。哈勒巴赫式的環(huán)形磁鐵1可以產生磁場，但必須固定由數組如圖1中區(qū)域10所含有的數個磁鐵組合而成的環(huán)形磁鐵1，哈勒巴赫永久磁場無法達到9xl0_5托爾(torr)環(huán)境下使用低瓦數微波點燃等離子體。另外，現(xiàn)有技術中，如專利號W099/39860揭露一種使用大型永久磁鐵外加軟鐵導磁的設計，通過軟鐵輔助永久磁鐵擁有更廣且均勻的磁域分布，進而促進電子回旋共振的效果。此外，又如美國專利US. Pat. No. 4，778，561，其通過二組磁場組合獲得均勻等離子體分布。另外又如美國專利US. Pat. No. 5，370，765其揭露一種電子回旋共振等離子體裝置， 該技術腔體壁布滿磁鐵，腔體壁的強磁場可避免電子碰壁損失，因而獲得高密度等離子體。 其他如美國專利US. Pat. No. 4，987，346則揭露可產產生高密度(正或負或中性)等離子體束，其是由一電磁鐵及二個永久磁鐵環(huán)所構成的磁場結構，同時外加一軟鐵于永久磁鐵外側，用以增加磁場強度。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種電子回旋共振磁性模塊與電子回旋共振裝置，其以永久磁鐵做為磁場源，并以微波作為供應電場，真空環(huán)境在9xl0_5托爾下，結合875GauSS磁場以及2. 45GHz與功率在70W的電場產生電子回旋共振。本發(fā)明的磁性模塊在運作中不需額外通入電流及冷卻水，且又能在高真空環(huán)境下使用低的功率瓦數鍍出單原子層膜。本發(fā)明的再一目的在于提供一種電子回旋共振磁性模塊與電子回旋共振裝置，其以永久磁鐵組外加軟鐵作為磁場，以增加擴充性。此外，通過多層磁鐵的配置使腔體擁有高磁場分布，此有利于減少因電子碰撞腔體壁的損失，對于提高等離子體密度有非常大的幫助。為達上述目的在，在一實施例中，本發(fā)明提供一種電子回旋共振磁性模塊，包括 多層導磁環(huán)體，每一個導磁環(huán)體具有一內環(huán)壁與一外環(huán)壁，每一個導磁環(huán)體內開設有多個徑向孔；以及多個磁柱，其分別嵌入于該多層導磁環(huán)體所具有的徑向孔內，其中，相鄰的兩導磁環(huán)體內的磁柱，所具有的磁場方向相反。
在另一實施例中，本發(fā)明還提供一種電子回旋共振裝置，包括一腔體；一波導模塊，其與該腔體相耦接；一石英罩，其設置于該腔體內；一磁性模塊，其環(huán)設于該腔體的外圍，該磁性模塊具有多層導磁環(huán)體以及多個磁柱，該多層導磁環(huán)體，每一個導磁環(huán)體具有一內環(huán)壁與一外環(huán)壁，每一個導磁環(huán)體內開設有多個徑向孔，該多個磁柱，其分別嵌入于該多層導磁環(huán)體所具有的徑向孔內，其中，相鄰的兩導磁環(huán)體內的磁柱，所具有的磁場方向相反；以及一承載臺，其設置于該腔體內。在另一實施例中，該多層環(huán)體的外圍還可以套設一導磁套筒。


圖1為現(xiàn)有的哈勒巴赫(Halbach)磁極示意圖；圖2為本發(fā)明的電子回旋共振磁性模塊第一實施例的立體示意圖；圖3A-1至圖3D為本發(fā)明的磁柱截面示意圖；圖4為本發(fā)明磁性模塊第一實施例產生磁場示意圖；圖5A與圖5B為本發(fā)明的磁性模塊第二實施例示意圖；圖6為磁性模塊第二實施例所產生的磁場示意圖；圖7為本發(fā)明的磁性模塊第三實施例示意圖；圖8為本發(fā)明的磁性模塊第三實施例產生磁場示意圖；圖9為本發(fā)明的電子回旋共振裝置示意圖。主要元件符號說明1-磁性模塊10-區(qū)域2-磁性模塊20a、20b-導磁環(huán)體200-內環(huán)壁201-外環(huán)壁202-平面203-徑向孔21、22-磁柱23-支撐結構24-導磁套筒25-磁柱3-電子回旋共振裝置30-腔體300-容置空間31-波導模塊32-石英罩33-承載臺90、91-磁場方向92、93、94_875高斯磁場區(qū)域
95-基材96-微波97-單原子層
具體實施例方式為使貴審查委員能對本發(fā)明的特征、目的及功能有更進一步的認知與了解，下文特將本發(fā)明的裝置的相關細部結構以及設計的理念原由進行說明，以使得審查委員可以了解本發(fā)明的特點，詳細說明陳述如下請參閱圖2所示，該圖為本發(fā)明的電子回旋共振磁性模塊第一實施例的立體示意圖。該磁性模塊2包括兩導磁環(huán)體20a與20b以及多個磁柱21與22。該兩層導磁環(huán)體20a 與20b呈現(xiàn)垂直式的同心軸配置。由于導磁環(huán)體20a與導磁環(huán)體20b結構相同，因此以下以導磁環(huán)體20a來作說明。導磁環(huán)體20a分別具有一內環(huán)壁200與一外環(huán)壁201。外環(huán)壁 201與內環(huán)壁200的兩側分別連接有一平面202(圖中僅顯示上平面)。導磁環(huán)體20a內且位于兩平面202之間，開設有多個徑向孔203。本實施例中，每一個徑向孔203的兩端開口分別位于該內環(huán)壁200與該外環(huán)壁201上。要說明的是，該徑向孔203并不一定要有兩端開口，也可以僅有一端為開口，另一端為封閉。至于一端開口時，該開口可以位于該內環(huán)壁 200或者是外環(huán)壁201上。此外，在本實施例中，相鄰的導磁環(huán)體20a與20b間以一支撐結構23作為支撐，使得相鄰的導磁環(huán)體20a與20b間相距一距離。本實施例中，該支撐結構 23由多個支撐柱來實施，但并不以此為限，熟悉此項技術的人可以根據需求而設計不同的支撐方式。該多個磁柱21與22，其分別具有一磁場方向90與91。每一磁柱21與22分別嵌入于該兩層導磁環(huán)體20a與20b所具有的徑向孔203內，其中，對于每一個導磁環(huán)體20a或 20b而言，其中導磁環(huán)體20a中所具有的磁柱21的磁場方向90均相同，導磁環(huán)體20b中全部的磁柱22具有的磁場方向91均相同，而上下相鄰的兩導磁環(huán)體20a與20b內的磁柱21 與22所具有的磁場方向90與91相反。所謂磁場方向相同，指對每一導磁環(huán)體20a或20b 而言，其內所有的磁柱21或22的N極或S極的位置都在外環(huán)壁201或者是設置在內環(huán)壁 200上，使得每一個磁柱的磁場方向都是一致性地由外環(huán)壁至內環(huán)壁或者是由內環(huán)壁至外環(huán)壁。例如在圖2中，導磁環(huán)體20a的磁柱21在外環(huán)壁201的位置上的磁場皆為N極， 而導磁環(huán)體20b內的磁柱22在外環(huán)壁201的位置上的磁場皆為S極。當然亦可，導磁環(huán)體 20a的磁柱21在外環(huán)壁201的位置上的磁場皆為S極，而導磁環(huán)體20b內的磁柱22在外環(huán)壁201的位置上的磁場皆為N極。另外，在本實施例中，該磁柱21與22為一永久磁鐵，其可以為釹鐵硼(Nd-Fe-B)永久磁鐵，但不以此為限。此外，雖然在本實施例中，該導磁環(huán)體 20a與20b的外徑為15厘米，該磁柱21與22的截面外形為圓形，且其直徑為2厘米，長度為3厘米。另外，該磁柱的截面，并不以圓形為限制，例如圖3A-1至圖3D所示的多邊形、橢圓形、具有曲率的輪廓或者是具有曲度以及線性側邊組合的輪廓等都可以實施。請參閱圖4所示，該圖為本發(fā)明磁性模塊第一實施例產生磁場示意圖。利用第一實施例的磁性模塊2，亦即導磁環(huán)體20a與20b的外徑為15厘米，該磁柱21與22的截面外形為圓形，且其直徑為2厘米，長度為3厘米，每一個磁柱充磁至5000高斯，所產生的磁場可以形成高達875高斯(Gauss)的磁場，如區(qū)域92所示。另外，如圖5A與圖5B所示，該圖為本發(fā)明的磁性模塊第二實施例示意圖。本實施例主要是為了加強磁場的強度與均勻度，在該兩層導磁環(huán)體20a與20b的外圍對應該外環(huán)壁201的位置上，更套設有一導磁套筒 24。該導磁套筒M的材料為軟鐵或者是硅鋼等材質，但不以此為限制，本實施例中，該導磁套筒M為軟鐵所形成的套筒。如圖6所示，該圖為磁性模塊第二實施例所產生的磁場示意圖。利用垂直式的環(huán)形磁場設計，并在導磁環(huán)體20a與20b外環(huán)加一導磁套筒，如此可使得導磁環(huán)體20a與20b擁有高磁場，而且可以反彈電子與增加電子壽命。本實施中，導磁環(huán)體 20a與20b的外徑為15厘米，該磁柱21與22的截面外形為圓形，且其直徑為2厘米，長度為3厘米，每一個磁柱充磁至5000高斯，使得在內環(huán)壁200所圍成的區(qū)域內有較廣區(qū)域93， 擁有875高斯的磁場強度。除了兩層的導磁環(huán)體的配置外，如圖7所示，該圖為本發(fā)明的磁性模塊第三實施例示意圖。在本實施例中，所用的導磁環(huán)體20a、20b與20c為三個，其相互垂直排列，相鄰的兩導磁環(huán)體20a與20b或20b與20c間利用支撐結構23將兩導磁環(huán)體間撐開一距離。每一個導磁環(huán)體20a、20b與20c內具有多個磁柱21、22與25，每一個磁柱21、22與25具有一永久磁場，相鄰的兩導磁環(huán)體20a與20b或20b與20c內所具有的磁柱的磁場方向相反。 在該多個導磁環(huán)體20a、20b與20c外圍套設有導磁套筒M，其材質如前所述，在此不作贅述。要說明的是，本發(fā)明的導磁環(huán)體的數量可為多個，奇數或偶數皆可實施。如圖8所示， 該圖為本發(fā)明磁性模塊第三實施例產生磁場示意圖。同樣地，本實施例的結構，亦即導磁環(huán)體20a、20b與20c的外徑為15厘米，該磁柱21與22的截面外形為圓形，且其直徑為2厘米，長度為3厘米，每一個磁柱充磁至5000高斯，可使得導磁環(huán)體擁有高磁場，而且可以反彈電子與增加電子壽命。此外，在內環(huán)壁200所圍成的區(qū)域內，如區(qū)域94所涵蓋的范圍，擁有875高斯的磁場強度。請參閱圖9所示，該圖為本發(fā)明的電子回旋共振裝置示意圖。在本實施例所示的電子回旋共振裝置是屬于橫向電場(transverse electric field)式的電子回旋共振裝置。該電子回旋共震裝置3，包括一腔體30、一導波模塊31、一石英罩32、一磁性模塊2以及一承載臺33。該腔體30，其內具有一容置空間300。該波導模塊31，其與該腔體30相耦接，該波導模塊31用以傳導微波96至該腔體30內，本實施例中該波導模塊31為橫向電場的波導模塊，但不以此為限，例如也可以為橫向磁場(transverse magnetic field)的波導模塊。該波導模塊31所傳導的微波頻率為2. 45GHz，以及功率大于1瓦的微波。該石英罩32，其設置于該腔體30內。該磁性模塊2，其環(huán)設于該腔體30的外圍。該磁性模塊2可以為如圖2、圖5A或者是如圖7的結構，其如前所述，在此不作贅述。該承載臺33，其設置于該腔體30內，該承載臺33提供承載一基材95，該承載臺33于該腔體30內進行上下的垂直運動，以調整該基材95的位置。由于該磁性模塊2使該腔體30內所形成的電子回旋共振有效區(qū)域廣，在大氣壓力切10_5托爾(torr)以上，本實施例為1χ10_4托爾(torr)以及磁場強度為875高斯的環(huán)境下，利用頻率2. 45GHz與一定的微波功率使電子回旋共振而產生高等離子體密度，進而可以在基材95上形成一單原子層97的鍍膜。本實施例中，該單原子層97為石墨烯，但不以此為限制。此外，由于本發(fā)明的磁性模塊2所具有的磁鐵是小型磁鐵組合而成，因此擴充容易。綜合上述，本發(fā)明的電子回旋共振裝置的磁性模塊在運作中不需額外通入電流及冷卻水，且又能在高真空環(huán)境下使用低的功率瓦數鍍上單原子層膜。此外，該電子回旋共振裝置，通過多層磁鐵的配置使腔體擁有高磁場分布，此有利于減少因電子碰撞腔體壁的損失， 對于提高等離子體密度有非常大的幫助，而且不用再如昔用技術利用外加的電磁鐵產生拘束電子的電場，因此可以節(jié)省成本。 以上所述者，僅為本發(fā)明的實施例，當不能以之限制本發(fā)明范圍。即大凡依本發(fā)明權利要求所做的均等變化及修飾，仍將不失本發(fā)明的要義所在，也不脫離本發(fā)明的精神和范圍，故都應視為本發(fā)明的進一步實施狀況。
權利要求
1.一種電子回旋共振磁性模塊，包括多層導磁環(huán)體，每一個導磁環(huán)體具有內環(huán)壁與外環(huán)壁，每一個導磁環(huán)體內開設有多個徑向孔；以及多個磁柱，其分別嵌入于該多層導磁環(huán)體所具有的徑向孔內，其中，相鄰的兩導磁環(huán)體內的磁柱，所具有的磁場方向相反。
2.如權利要求1所述的電子回旋共振磁性模塊，其中該多層導磁環(huán)體的外圍還設置有導磁套筒。
3.如權利要求2所述的電子回旋共振磁性模塊，其中該導磁套筒的材質為硅鋼或者是軟鐵。
4.如權利要求2所述的電子回旋共振磁性模塊，其產生至少875高斯的磁場。
5.如權利要求1所述的電子回旋共振磁性模塊，其中該多層的數量為偶數。
6.如權利要求1所述的電子回旋共振磁性模塊，其中該多層的數量為奇數。
7.如權利要求1所述的電子回旋共振磁性模塊，每一個徑向孔貫通該內環(huán)壁與該外環(huán)壁。
8.如權利要求1所述的電子回旋共振磁性模塊，相鄰的導磁環(huán)體間通過一支撐結構而保持有一間距。
9.如權利要求1所述的電子回旋共振磁性模塊，其中該磁柱的截面為圓形、橢圓、多邊形、具有曲度的截面輪廓或者是具有曲度以及線性側邊組合的輪廓。
10.如權利要求1所述的電子回旋共振磁性模塊，其中在同一導磁環(huán)體內的全部磁柱， 所具有的磁場方向均相同。
11.如權利要求1所述的電子回旋共振磁性模塊，其中導磁環(huán)體外徑為15厘米，磁柱長度為3厘米，直徑為2厘米，每一個磁柱充磁至5000高斯。
12.一種電子回旋共振裝置，包括 腔體；波導模塊，其與該腔體相耦接； 石英罩，其設置于該腔體內；磁性模塊，其環(huán)設于該腔體的外圍，該磁性模塊具有多層導磁環(huán)體以及多個磁柱，該多層導磁環(huán)體，每一個導磁環(huán)體具有內環(huán)壁與外環(huán)壁，每一個導磁環(huán)體內開設有多個徑向孔， 該多個磁柱，其分別嵌入于該多層導磁環(huán)體所具有的徑向孔內，其中，相鄰的兩導磁環(huán)體內的磁柱，所具有的磁場方向相反；以及承載臺，其設置于該腔體內。
13.如權利要求12所述的電子回旋共振裝置，其中該多層導磁環(huán)體的外圍還設置有導磁套筒。
14.如權利要求13所述的電子回旋共振裝置，其中該導磁套筒的材質為硅鋼或者是軟鐵。
15.如權利要求13所述的電子回旋共振裝置，其中該磁性模塊產生至少875高斯的磁 場。
16.如權利要求12所述的電子回旋共振裝置，其為橫向電場電子回旋共振裝置。
17.如權利要求12所述的電子回旋共振裝置，其為橫向磁場電子回旋共振裝置。
18.如權利要求12所述的電子回旋共振裝置，其于大氣壓力切10-5托爾以上及一定的微波功率下產生等離子體以于設置于該承載臺上的基材形成大面積的鍍膜。
19.如權利要求18所述的電子回旋共振裝置，其中該鍍膜層為石墨烯。
20.如權利要求12所述的電子回旋共振裝置，其中該多層的數量為偶數。
21.如權利要求12所述的電子回旋共振裝置，其中該多層的數量為奇數。
22.如權利要求12所述的電子回旋共振裝置，每一個徑向孔貫通該內環(huán)壁與該外環(huán)壁。
23.如權利要求12所述的電子回旋共振裝置，相鄰的導磁環(huán)體間通過一支撐結構而保持有一間距。
24.如權利要求12所述的電子回旋共振裝置，其中該磁柱的截面為圓形、橢圓、多邊形、具有曲度的截面輪廓或者是具有曲度以及線性側邊組合的輪廓。
25.如權利要求12所述的電子回旋共振裝置，其中在同一導磁環(huán)體內的全部磁柱，所具有的磁場方向均相同。
26.如權利要求12所述的電子回旋共振裝置，其中導磁環(huán)體外徑為15厘米，磁柱長度為3厘米，直徑為2厘米，每一個磁柱充磁至5000高斯。
全文摘要
本發(fā)明公開一種電子回旋共振磁性模塊與電子回旋共振裝置，其中該磁性模塊具有多層導磁環(huán)體以及多個磁柱，每一個導磁環(huán)體具有一內環(huán)壁與一外環(huán)壁，每一個導磁環(huán)體內開設有多個徑向孔。該多個磁柱，其分別嵌入于該多層導磁環(huán)體所具有的徑向孔內，其中，相鄰的兩導磁環(huán)體所具有的磁柱的磁場方向相反。利用該磁性模塊的電子回旋共振裝置能在高真空下運作以利于基材上形成單原子層的鍍膜。
文檔編號H05H1/46GK102340921SQ20101023287
公開日2012年2月1日 申請日期2010年7月16日 優(yōu)先權日2010年7月16日
發(fā)明者張志振, 李侃峰, 黃昆平 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院