[发明专利]一种等离子体沉积及刻蚀系统

说明书

技术领域

本发明涉及等离子沉积、刻蚀领域，尤其是涉及可以将材料沉积制备功能和微纳结构刻蚀加工功能集于一身的等离子体沉积及刻蚀系统。

背景技术

热灯丝化学气相沉积方法（HFCVD）是一种常见的化学气相沉积方法，这种方法具有设备及工艺简单、制备成本低廉、稳定性好、工艺可控参数多、成膜过程易控制和生长速率快等众多的优点。在使用HFCVD进行材料制备生长过程中，如果对灯丝与样品间施加偏压，则会对样品表面产生刻蚀效果，这一刻蚀过程是与生长过程并存的，也正是这样的复合过程使得HFCVD沉积具有一定的可控性，例如可以控制金刚石薄膜的颗粒尺寸，利用刻蚀效应能制备出超小纳米金刚石（10nm）。尽管HFCVD设备在材料制备方面具有一定的可控性，但其设备功能仍然较为单一。如果能够把HFCVD的刻蚀功能与生长功能分离开来，在同一设备内可以单独实现刻蚀与生长的功能，即通过设备内部结构的重新设计使得两种功能能够兼容使用，不仅可以扩展传统HFCVD的功能，而且为制备纳米材料和纳米结构提供一个新途径。到目前为止，还没有具有相关功能的HFCVD设备方面的报道和专利。

如中国专利申请200420053672.0提供的一种等离子增强热丝化学气相沉积薄膜装置，其结合了等离子化学气相沉积和热丝化学气相沉积的优点,即在等离子化学气相沉积设备的两极之间再加上热丝,提供分解反应气体所需的热能并且还可以加热样品台上的样品,且灯丝上不再直接施加偏压,可提高灯丝的使用寿命。同时,在上电极中央设置进气通孔,气体进入时可以进行预热活化有利于化学反应进行。在上电极下方设置带有均流孔的喷头,使反应气流分布均匀,易得到均匀的膜层。而且喷头内可放置少量掺杂物质达到对薄膜材料进行掺杂的目的。本装置可以使薄膜的沉积工艺有更大的调节范围,适合沉积多种薄膜。

根据上述专利公开的内容可见现有的装置大部分只单独的具有刻蚀功能或生长功能，两者之间的兼容性较差，因此为了提高现有装置的使用效率，以及减少材料结构制备的流程，我们需要一种集沉积和刻蚀功能为一身的大面积材料制备和加工装置。

发明内容

本发明解决的技术问题就是，提出一种等离子体沉积及刻蚀系统，能够实现对材料的生长制备和微纳结构的加工在同一个设备中进行，减少了材料结构制备的流程；同时可以实现材料的大面积均匀制备和加工。

为了解决上述问题，本发明提供一种等离子体沉积及刻蚀系统，包括：腔体、设置在腔体内的阴极载物台，上栅极，加热装置，其中，还包括用于冷却上栅极的冷却装置；用于为上栅极、加热装置以及加热装置、阴极之间提供偏压的偏压电源。

作为上述等离子体沉积及刻蚀系统的一种优选方案，所述加热装置为灯丝加热装置，所述灯丝加热装置包括：灯丝、设置在腔体内的两个平行的灯丝架；所述灯丝加热装置至少包括两根灯丝，至少两根灯丝均匀、相互平行的排布在灯丝架上。

作为上述等离子体沉积及刻蚀系统的一种优选方案，所述灯丝架的横杆上套设有用于固定灯丝的定滑轮，至少灯丝的一端连接有弹簧，且通过弹簧固定在灯丝架的下部。

作为上述等离子体沉积及刻蚀系统的一种优选方案，所述灯丝架的上还设置有灯丝限位装置，其设置于灯丝上部，用于压住灯丝防止灯丝通电瞬间跳动导致短路。

作为上述等离子体沉积及刻蚀系统的一种优选方案，所述冷却装置为设置在上栅极内部的循环水系统。

作为上述等离子体沉积及刻蚀系统的一种优选方案，所述偏压电源的控制装置为LC电路控制装置。

作为上述等离子体沉积及刻蚀系统的一种优选方案，所述灯丝是半径为0.5mm的Ta丝，所述灯丝架为金属Cu结构。

作为上述等离子体沉积及刻蚀系统的一种优选方案，所述上栅极为与衬底直径相同的圆形Ta片结构。

作为上述等离子体沉积及刻蚀系统的一种优选方案，所述腔体的真空度能够达到1Pa以下。

作为上述等离子体沉积及刻蚀系统的一种优选方案，还包括用于为灯丝加热装置提供电源的灯丝电源，所述灯丝电源为交流恒流电源；为所述上栅极、灯丝加热装置提供偏压的为栅极电源，所述栅极电源为直流恒流电源，以及为灯丝加热装置、衬底之间提供偏压的衬底电源，该衬底电源为偏压直流电源。