[发明专利]一种螺旋波等离子体束辅助磁控溅射装置

说明书

本发明公开了螺旋波等离子体束辅助磁控溅射装置，包括反应区腔体，发生器、真空发生器、磁控溅射装置、沉积装置、电磁铁装置和充气装置，沉积装置包括一可在所述发生器和真空发生器之间摆动的摆动杆，以及可360°旋转地设置在所述摆动杆的自由端上的沉积台。本发明的有益效果是：将高参数螺旋波等离子体与磁控溅射相结合，综合了螺旋波等离子体高电离率可控参数的优势和磁控溅射稳态溅射的优势，无需高温高压的条件下制备高性能C/Si基纳米功能材料；并解决了溅射过程中的散热、溅射均匀度等问题，通过多路气体输送通道送入放电气体，反应气体或稀释气体，优化气相反应，有助于增强反应活性，提升成膜基团浓度。

技术领域

本发明涉及等离子体溅射领域，尤其涉及一种螺旋波等离子体束辅助磁控溅射装置。

背景技术

磁控溅射镀膜是物理气相沉积的重要方法之一，磁控溅射设备是微纳加工的基础设备，是现代微电子行业制造的核心和基础。它类似于传统工业的钢铁等材料制备行业，为半导体、微电子器件行业提供丰富、全面的各种器件构建、辅助材料。磁控溅射技术成熟，制备的薄膜性能优越，可以制造几乎各种金属、半导体、绝缘体薄膜材料，是半导体、MEMS、太阳能、显示器、LED等及各种现代微电子器件的核心技术。

传统在磁控溅射镀膜中多采用低温等离子体技术：例如电子回旋共振(ECR)、射频磁控溅射、容性耦合(CCP)、感应耦合(I CP)等，例如专利CN101798676B所揭示的磁控溅射沉积装置。

螺旋波是一种在径向磁场约束下传播的右旋极化波，它的频率在离子回旋频率和电子回旋频率之间。商业化应用成熟的磁控溅射无法提供高密度等离子体，因而纳米材料生长过程缓慢，所需周期长，效率低。而螺旋波等离子体束辅助提升等了离子体密度和电离率具有显著效果，大大改善目前磁控溅射沉积薄膜的不足。相比于螺旋波等离子体较传统低温等离子体源具有以下显著优势：高密度、高效率、低气压放电、离子能量可以独立控制、参数调制范围广。

目前对螺旋波等离子体的理论研究和工业应用的文献报道显示：螺旋波等离子体能够产生高密度且均匀的等离子体在许多半导体制造领域(刻蚀，沉积)已有应用，如CN105755449B所揭示的采用螺旋波等离子体技术制备纳米晶金刚石薄膜的方法。其可以作为电力推进系统用于航天飞行器的姿态调节控制；或用于管道内部的清洗与涂层。

针对磁控溅射沉积速率低，高性能纳米材料沉积环境要求高的难点，提供一种新型螺旋波等离子体束辅助磁控溅射装置，实现螺旋波等离子体束与磁控溅射协同作用，具有稳定的放电条件，为高效且均匀地沉积高性能C/S i纳米材料提供技术支持，这是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种解决或部分解决上述问题的螺旋波等离子体束辅助磁控溅射装置。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种螺旋波等离子体束辅助磁控溅射装置，包括可屏蔽电磁干扰的反应区腔体，所述反应区腔体内部为中空的反应腔，所述反应区腔体包括相对的进口端和出口端，还包括：

真空发生器，用以对所述反应腔抽真空，所述反应区腔体上设置有位于所述出口端的排气口，所述真空发生器连接所述排气口；

磁控溅射装置，其上可更换地设置有靶材，其由射频电源驱动，以驱动靶材溅射；

发生器，用以产生可控制能量的螺旋波等离子体束，以增强溅射反应及控制到达衬底表面成膜粒子的能量和通量；所述发生器设置在所述进口端、且设置在所述反应腔内或伸入到所述反应腔内；

沉积装置，用以放置待镀膜的衬底，所述沉积装置包括一可在所述发生器和真空发生器之间摆动的摆动杆，以及可360°旋转地设置在所述摆动杆的自由端上的沉积台，以及驱动所述摆动杆周期性摆动的第一驱动装置、驱动所述沉积台旋转的第二驱动装置，待镀膜的衬底设置在所述沉积台上，以实现薄膜沉积的均匀性；