專利名稱：軟磁殼強(qiáng)電磁場增強(qiáng)電感耦合等離子體發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種軟磁殼強(qiáng)電磁場增強(qiáng)電感耦合等離子體發(fā)生裝置，特別是在 強(qiáng)電磁場下利用射頻輝光放電產(chǎn)生高密度等離子體的新型電感耦合等離子體發(fā)生裝置，可 用于材料表面改性、功能薄膜沉積和等離子體刻蝕等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
物理氣相沉積是廣泛應(yīng)用的制備具有特殊力學(xué)性能和物理化學(xué)性能的薄膜材料 的方法。在物理氣相沉積技術(shù)中，引入高密度等離子體，提高工作氣體和反應(yīng)氣體的離化率 是獲得性能優(yōu)異的薄膜材料的有效方法，這需要高密度等離子體發(fā)生裝置。半導(dǎo)體和微電子制造領(lǐng)域急需具有良好選擇性、刻蝕速率高、損傷率低的等離子 體刻蝕設(shè)備，其中高密度等離子體發(fā)生裝置是其核心組件。目前，高密度等離子體發(fā)生裝置包括電子回旋共振源、螺旋波源和電感耦合等離 子體(ICP)源，其中ICP源容易放大到工業(yè)化生產(chǎn)，且在放大過程中等離子體密度基本不 變，是非常適合物理氣相沉積和等離子體刻蝕的高密度等離子體發(fā)生裝置。無磁約束的ICP源的等離子體密度有待于進(jìn)一步提高，工作氣壓較高。為了提高 ICP源的性能，人們開發(fā)了多種磁約束的ICP源。專利ZL03232693. 9、專利200610116508. 3和論文“磁約束電感耦合等離子體增強(qiáng) 反應(yīng)濺射沉積nC-TiN/a-Si3N4納米復(fù)合薄膜(無機(jī)材料學(xué)報(bào)，2004，19 (5) 1080-1086)提 出在射頻感應(yīng)線圈外側(cè)放置赫姆霍茨型軸向電磁體，當(dāng)直流電通過電磁鐵線圈時(shí)，產(chǎn)生的 磁場約束等離子體，并增強(qiáng)等離子體離化氣體和濺射原子的能力，可以控制薄膜沉積過程 中入射到薄膜生長表面的離子與中性原子的比率。專利ZL02115200.4提出在射頻感應(yīng)線 圈外側(cè)放置激磁短螺旋線圈的磁約束技術(shù)，利用激磁短螺旋線圈產(chǎn)生的磁場可以約束等離 子體，提高等離子體密度和增大等離子體的均勻面積。目前ICP源的磁約束系統(tǒng)總是有一部分磁力線在激磁線圈外面，等離子體區(qū)的磁 感應(yīng)強(qiáng)度較低，對(duì)帶電粒子的約束作用較弱。如果把電磁感應(yīng)線圈裝在由軟磁材料制成的 帶有內(nèi)環(huán)形間隙的軟磁殼內(nèi)，帶有內(nèi)環(huán)形間隙的軟磁殼可使產(chǎn)生約束磁場的激磁線圈激磁 產(chǎn)生的磁力線集中在軟磁殼內(nèi)環(huán)形間隙附近，內(nèi)環(huán)形間隙附近的磁感應(yīng)強(qiáng)度將顯著提高， 這將大大延長帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，明顯增加帶電粒子與氣體分子的碰撞次數(shù)，從而可以 在較低的氣壓下獲得高密度的等離子體、提高等離子體密度和改善等離子體的分布；但目 前還沒有用內(nèi)環(huán)形軟磁殼增強(qiáng)ICP源約束磁場的激磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服目前ICP源磁約束系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不足，本發(fā)明專利提出了一種軟磁殼強(qiáng)電 磁場增強(qiáng)電感耦合等離子體發(fā)生裝置，其特征在于該裝置主要由射頻感應(yīng)線圈4、帶有內(nèi) 環(huán)形間隙的軟磁殼5、產(chǎn)生約束磁場的激磁銅線圈6、進(jìn)氣 管道1、外殼2、工件臺(tái)3、真空獲得 系統(tǒng)7、真空測量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。
在上述軟磁殼強(qiáng)電磁場增強(qiáng)電感耦合等離子體發(fā)生裝置中，射頻感應(yīng)線圈4纏繞在等離子體發(fā)生器外殼2上，通過匹配器與射頻電源相連。在上述軟磁殼強(qiáng)電磁場增強(qiáng)電感耦合等離子體發(fā)生裝置中，帶有內(nèi)環(huán)形間隙的 軟磁殼5安裝在射頻感應(yīng)線圈4的外側(cè)，軟磁殼5內(nèi)側(cè)具有一個(gè)環(huán)形間隙，間隙寬度W為 0. 2-5mm，軟磁殼5由鐵硅合金、純鐵、坡莫合金、鐵鈷合金中的一種材料制成。在上述軟磁殼強(qiáng)電磁場增強(qiáng)電感耦合等離子體發(fā)生裝置中，帶有內(nèi)環(huán)形間隙的軟 磁殼5內(nèi)繞有產(chǎn)生約束磁場的激磁銅線圈6，激磁銅線圈匝數(shù)為1-50，激磁銅線圈接直流激 磁電源。帶有內(nèi)環(huán)形間隙的軟磁殼5可使產(chǎn)生約束磁場的激磁銅線圈6激磁產(chǎn)生的磁力線 集中在軟磁殼5內(nèi)環(huán)形間隙附近，環(huán)形間隙附近的磁感應(yīng)強(qiáng)度將顯著提高，這將大大延長 帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，明顯增加帶電粒子與氣體分子的碰撞次數(shù)，從而可以在較低的氣壓 下獲得高密度的等離子體、提高等離子體密度和改善等離子體的分布。在上述軟磁殼強(qiáng)電磁場增強(qiáng)電感耦合等離子體發(fā)生裝置中，等離子體發(fā)生器的外 殼2采用非磁性材料制造。


附圖為本發(fā)明提出的軟磁殼強(qiáng)電磁場增強(qiáng)電感耦合等離子體發(fā)生裝置示意圖。附圖標(biāo)記說明如下1——進(jìn)氣管道，2——外殼，3——工件臺(tái)，4——射頻感應(yīng)線圈，5——帶有內(nèi)環(huán)形 間隙的軟磁殼，6——產(chǎn)生約束磁場的激磁銅線圈，7——真空獲得系統(tǒng)實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明專利作詳細(xì)描述。一種軟磁殼強(qiáng)電磁場增強(qiáng)電感耦合等離子體發(fā)生裝置，主要由射頻感應(yīng)線圈4、帶 有內(nèi)環(huán)形間隙的軟磁殼5、產(chǎn)生約束磁場的激磁銅線圈6、進(jìn)氣管道1、外殼2、工件臺(tái)3、真空 獲得系統(tǒng)7、真空測量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。射頻感應(yīng)線圈4纏繞在等離子體發(fā)生器外 殼2上，通過匹配器與射頻電源相連。帶有內(nèi)環(huán)形間隙的軟磁殼5安裝在射頻感應(yīng)線圈4 的外側(cè)，軟磁殼5內(nèi)側(cè)具有一個(gè)環(huán)形間隙，間隙寬度W為0. 5mm，軟磁殼5由鐵硅合金制成； 帶有內(nèi)環(huán)形間隙的軟磁殼5內(nèi)繞有產(chǎn)生約束磁場的激磁銅線圈6，激磁銅線圈匝數(shù)為10，激 磁銅線圈接直流激磁電源；帶有內(nèi)環(huán)形間隙的軟磁殼5可使產(chǎn)生約束磁場的激磁銅線圈6 激磁產(chǎn)生的磁力線集中在軟磁殼5內(nèi)環(huán)形間隙附近，環(huán)形間隙附近的磁感應(yīng)強(qiáng)度將顯著提 高，這將大大延長帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，明顯增加帶電粒子與氣體分子的碰撞次數(shù)，從而可 以在較低的氣壓下獲得高密度的等離子體、提高等離子體密度和改善等離子體的分布。等 離子體發(fā)生器的外殼2采用非磁性材料制造。
權(quán)利要求
一種軟磁殼強(qiáng)電磁場增強(qiáng)電感耦合等離子體發(fā)生裝置，其特征在于所述電感耦合等離子體發(fā)生裝置主要由射頻感應(yīng)線圈4、帶有內(nèi)環(huán)形間隙的軟磁殼5、產(chǎn)生約束磁場的激磁銅線圈6、進(jìn)氣管道1、外殼2、工件臺(tái)3、真空獲得系統(tǒng)7、真空測量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。帶有內(nèi)環(huán)形間隙的軟磁殼5使產(chǎn)生約束磁場的激磁銅線圈6激磁產(chǎn)生的磁力線集中在軟磁殼5內(nèi)環(huán)形間隙附近，等離子體發(fā)生器中心區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，大大延長帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，明顯增加帶電粒子與氣體分子的碰撞次數(shù)，從而可以在較低的氣壓下獲得高密度的等離子體、提高等離子體密度和改善等離子體的分布。
2.按照權(quán)利要求1所述的軟磁殼強(qiáng)電磁場增強(qiáng)電感耦合等離子體發(fā)生裝置，其特征在 于射頻感應(yīng)線圈4纏繞在等離子體發(fā)生器外殼2上，通過匹配器與射頻電源相連。
3.按照權(quán)利要求1所述的軟磁殼強(qiáng)電磁場增強(qiáng)電感耦合等離子體發(fā)生裝置，其特征在 于帶有內(nèi)環(huán)形間隙的軟磁殼5安裝在射頻感應(yīng)線圈4的外側(cè)，軟磁殼5內(nèi)側(cè)具有一個(gè)環(huán)形 間隙，間隙寬度W為0. 2-5mm，軟磁殼5由鐵硅合金、純鐵、坡莫合金、鐵鈷合金中的一種材料 制成。
4.按照權(quán)利要求1所述的軟磁殼強(qiáng)電磁場增強(qiáng)電感耦合等離子體發(fā)生裝置，其特征在 于帶有內(nèi)環(huán)形間隙的軟磁殼5內(nèi)繞有產(chǎn)生約束磁場的激磁銅線圈6，激磁銅線圈6匝數(shù)為 1-50，激磁銅線圈6接直流激磁電源。
5.按照權(quán)利要求1所述的軟磁殼強(qiáng)電磁場增強(qiáng)電感耦合等離子體發(fā)生裝置，其特征在 于等離子體發(fā)生器的外殼2采用非磁性材料制造。
全文摘要
一種軟磁殼強(qiáng)電磁場增強(qiáng)電感耦合等離子體發(fā)生裝置，主要由射頻感應(yīng)線圈4、帶有內(nèi)環(huán)形間隙的軟磁殼5、產(chǎn)生約束磁場的激磁銅線圈6、進(jìn)氣管道1、外殼2、工件臺(tái)3、真空獲得系統(tǒng)7、真空測量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成，帶有內(nèi)環(huán)形間隙的軟磁殼5可使產(chǎn)生約束磁場的激磁銅線圈6激磁產(chǎn)生的磁力線集中在軟磁殼5內(nèi)環(huán)形間隙附近，等離子體發(fā)生器中心區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，大大延長帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，明顯增加帶電粒子與氣體分子的碰撞次數(shù)，從而可以在較低的氣壓下獲得高密度的等離子體、提高等離子體密度和改善等離子體的分布。
文檔編號(hào)H05H1/46GK101820720SQ20101013292
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2010年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月24日
發(fā)明者于翔, 付志強(qiáng), 岳 文, 張偉, 彭志堅(jiān), 王成彪 申請(qǐng)人:中國地質(zhì)大學(xué)(北京)