[發明專利]一種ECR等離子體濺射裝置及其濺射方法

有效

• 申請號: 201610103436.2
• 申請日: 2016-02-25
• 公開（公告）號: CN105624624B
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 刁東風;范雪;陳成
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙)44268
• 代理人: 王永文,劉文求

技術領域

本發明涉及等離子體表面濺射裝置技術領域，尤其涉及一種ECR等離子體濺射裝置及其濺射方法。

背景技術

電子回旋共振（Electron cyclotron resonance ，簡稱為ECR）等離子體濺射裝置，可實現將高密度的等離子體照射到基板上對表面進行加工，獲得優異特性的薄膜。以往的ECR濺射裝置中，成膜室的磁場模式可分為封閉式、發散式及會切式三種。

會切式磁場中間磁場強度為零，不能將其單獨用于薄膜的制備，必須與其它濺射方法相結合才能使用，因此幾乎不被采用。在封閉式磁場中，等離子源的中部磁場弱，兩側磁場強，帶電粒子在磁場分布的作用下被封閉在中央區域。將基板放置在ECR共振點的位置上，對基板施加偏壓時，在偏壓的作用下會將鞘層內的電子吸引到基板表面，但是由于鞘層區域比較狹窄，在磁場中央的電子不會受到偏壓作用。因此，即使提高偏壓，將鞘層區域內的電子抽出照射基板表面，也能夠維持等離子體的穩定。目前正在開展封閉式磁場中在電子照射的作用下制備出具有石墨烯嵌入式結構的碳膜以及磁性碳膜等新型碳材料薄膜。發散式磁場中只有單側線圈工作，磁場分布沿著軸向方向磁場強度不斷降低。這種磁場模式下，在基板和線圈之間，不會產生像封閉磁場下的將帶電粒子封閉的效果。向基板施加正偏壓后，會將等離子體中的電子快速抽出，導致等離體不穩定，進而消失。因此，在發散式磁場中一般向基板施加負偏壓進行離子照射加工。目前正在開展發散式磁場中在離子照射的作用下制備低摩擦耐磨損的硬質碳膜，耐壓性強的SiO2膜，及應用于半導體材料的耐磨損氧化薄膜，氮化薄膜的研究。

以往的ECR等離子體濺射法中，一般向基板施加負偏壓使用離子照射方法進行納米薄膜制造。而向基板施加正偏壓，進行電子照射，除上面闡述的石墨烯嵌入式碳膜研究以外，尚未被報告過。在上述施加正偏壓進行電子照射的方法中，將靶材設置在微波入口和基板的中央位置，而不是成膜速度最高的位置；在施加負偏壓進行離子照射的方法中，需要將基板放置在合適的位置處使離子照射密度達到制備薄膜需要的范圍。目前在一臺裝置中，基板沒有被放置在對于封閉式和發散式磁場都合適的位置，因而不能以合適的帶電粒子照射條件進行成膜。

因此，現有技術還有待改進和發展。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足之處，本發明的目的在于提供一種ECR等離子體濺射裝置及其濺射方法，旨在解決現有技術中基板沒有被放置在對于封閉式和發散式磁場都合適的位置，不能以合適的帶電粒子照射條件進行成膜的問題。

為了達到上述目的，本發明采取了以下技術方案：

一種ECR等離子體濺射裝置，其中，包括從左至右依次設置的微波發生器、等離子體室、成膜室及預真空室；所述微波發生器依次通過微波導管及石英窗與等離子體室相連；所述等離子體室的外側設置有第一磁線圈和第二磁線圈；所述成膜室的外側設置有第三磁線圈；所述成膜室的近等離子體室端的等離子體室右側電子回旋共振磁場處設置有圓筒形固定靶材，所述成膜室的近預真空室端設置有基板；所述圓筒形固定靶材通過靶材電源接地。

所述ECR等離子體濺射裝置，其中，所述等離子體室上設置有真空氣路。

所述ECR等離子體濺射裝置，其中，所述成膜室上設置有氬氣氣路，且所述成膜室連通平面摻雜靶材及腔體。

所述ECR等離子體濺射裝置，其中，所述基板設置在基板保持架上，且所述基板通過基板電源接地。

所述ECR等離子體濺射裝置，其中，所述成膜室與所述預真空室之間設置有插板閥。

所述ECR等離子體濺射裝置，其中，所述基板距所述圓筒形固定靶材15-17.5cm。

所述ECR等離子體濺射裝置，其中，所述成膜室的近等離子體室端的等離子體室右側電子回旋共振磁場處的磁場強度為875G。

一種ECR等離子體濺射裝置的濺射方法，其中，包括以下步驟：

S1、將基板放入成膜室內，并將等離子體室和成膜室抽真空至真空度到達（3~5）×10^-5Pa；

S2、將氬氣通入等離子體室和成膜室內，使氣壓升高到（2~8）×10^-2 Pa；

S3、對第一磁線圈、第二磁線圈及第三磁線圈施加磁線圈電流產生封閉式磁場，或對第一磁線圈及第二磁線圈施加磁線圈電流產生發散式磁場；

S4、微波發生器產生微波與封閉式磁場、或與發散式磁場耦合形成ECR等離子體；