[發明專利]一種橢球形高功率微波等離子體金剛石膜沉積裝置

有效

• 申請號: 201410383700.3
• 申請日: 2014-08-06
• 公開（公告）號: CN104164658A
• 公開（公告）日: 2014-11-26
• 發明（設計）人: 唐偉忠;李義鋒;蘇靜杰;劉艷青;丁明輝;王歌
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C23C16/27
• 分類號: C23C16/27;C23C16/511
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

1.一種橢球形高功率微波等離子體金剛石膜沉積裝置，其特征在于，該裝置由階梯狀環形微波耦合系統、設置于環形天線階梯處的環形石英微波窗口、橢球形微波諧振腔、可調節沉積臺、圓錐形上反射體和可調節圓柱形下反射體，進出氣口，測溫孔和觀察窗組成；

所述階梯狀環形微波耦合系統由同軸微波饋入口(12)、階梯狀環形外腔壁、內部的階梯狀環形微波耦合天線組成；其中微波饋入口(12)由同軸外導體(10)、同軸內導體(9)組成；階梯狀環形外腔壁包括直徑不同的上圓柱形外腔壁(1)、下圓柱形外腔壁(2)；內部的階梯狀環形微波耦合天線由直徑不同的上圓柱形內腔壁(20)、下圓柱形內腔壁(21)組成；

所述橢球形微波諧振腔由下半橢球體(3)、上半橢球體(4)、圓柱形下反射體(6)、可調節圓柱形沉積臺(7)、圓錐形上反射體(8)組成；

所述進出氣口包括進氣口(14)、進氣管道(22)、外側出氣口(15)和內側出氣口(16)；

所述測溫孔包括外測溫孔(17)，內測溫孔(18)；

其中，所述同軸外導體(10)、同軸內導體(9)組成的微波饋入口(12)設置于裝置的頂部中心處；所述上圓柱形外腔壁(1)的下端設置下圓柱形外腔壁(2)，上端與同軸外導體(10)相連，所述上圓柱形內腔壁(20)的下端設下圓柱形內腔壁(21)，上端與同軸內導體(9)相連；所述環形石英微波窗口(5)設置于所述階梯狀環形外腔壁和內部的階梯狀環形微波耦合天線之間的階梯處，并對階梯狀環形微波耦合天線起支撐作用；所述上半橢球體(4)設置在所述階梯狀環形微波耦合天線下部內側，所述下半橢球體(3)設置于圓柱形外腔壁(2)的下部，所述上半橢球體(4)與所述下半橢球體(3)處在同一橢圓上，并且上下呈對稱分布，其上半橢球(4)終止在與圓錐形微波上反射體(8)連接處，圓錐形微波上反射體(8)處在橢球的上焦點位置，下半橢球體(3)終止在與圓柱形微波下反射體(6)連接處，圓柱形沉積臺(7)位于圓柱形微波下反射體(6)的中部，而圓柱形微波下反射體(6)與圓柱形沉積臺(7)的上表面處在橢球的下焦點處，并可在下焦點附近上下移動；所述進氣口(14)設置在同軸內導體(9)的頂部中心，所述進氣管道內嵌于同軸內導體(9)和圓錐形微波上反射體(8)的內部中心，所述外側出氣口(15)和內側出氣口(16)設置于圓柱形微波下反射體(6)的外側和內側；所述外測溫孔(17)設置在圓柱形外腔(1)頂部外側，所述內測溫孔(18)傾斜貫穿于上半橢球體(4)內部，所述外測溫孔(17)和內測溫孔(18)的中心軸線在同一直線上，并延伸至樣品托(12)中心處，觀察窗(19)設置在所述下橢球體(3)處的側壁上。

2.如權利要求1所述的一種橢球形高功率微波等離子體金剛石膜沉積裝置，其特征在于，處于上焦點處的圓錐形微波上反射體(8)可以用半球形或其他曲面形狀替代。

3.如權利要求1所述的一種橢球形高功率微波等離子體金剛石膜沉積裝置，其特征在于，所述上半橢球體(4)、下半橢球體(3)、圓錐形微波上反射體(8)和圓柱形微波下反射體(6)、沉積金剛石膜的沉積臺(7)、同軸內導體(9)和同軸外導體(10)，上圓柱形外腔(1)、下圓柱形外腔(2)均為金屬結構，內部設有冷卻水路，可以對設備實現直接的水冷，確保整個裝置在高微波功率輸入下的穩定運行。

4.如權利要求1所述的一種橢球形高功率微波等離子體金剛石膜沉積裝置，其特征在于，與等離子體直接接觸的上橢球體(4)、下橢球體(3)、圓錐形微波上反射體(8)內壁距離高溫等離子體區域較遠，即諧振腔內壁任意一點距離基片中心點的距離大于6/7λ，λ為導入微波的波長，以減弱對腔室內壁的熱輻射和避免腔室內壁沉積石墨及碳的化合物。