包括带状磁铁的等离子产生源及利用此的薄膜沉积系统技术方案

本发明专利技术涉及等离子体产生源及其应用，在高真空下产生均匀的高密度等离子体，并将这种等离子产生源应用于溅射装置、中性粒子束产生源、组合溅射装置和中性粒子束产生源形成的薄膜沉积系统之中，以用于得到高品质薄膜。根据本发明专利技术，利用由一对以上的带状磁铁产生的磁场和由微波照射装置照射的微波产生等离子体，根据所述带状磁铁的连续结构，诱导电子的回归轨迹，由此能够极大化等离子体的约束效果而实现本发明专利技术目的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括带状磁铁的等离子产生源及利用此的薄膜沉积系统
本专利技术涉及等离子体产生源及其应用，尤其涉及利用永久磁铁的排列产生高密度等离子体的等离子体产生源及利用此的可实现高效率、大面积的溅射装置和产生高通量中性粒子束的中性粒子束产生源以及组合溅射装置和高通量中性粒子束产生源的薄膜沉积系统。
技术介绍
等离子体具有多种应用，尤其在形成薄膜的工艺中成为重要的技术要素。在半导体、OLED、太阳能电池、LED、钻石薄膜等尖端材料领域中，需求高品质薄膜沉积，而产生能够满足这种需求的大面积、高密度等离子体是尤为重要的技术。在形成适用于最近应用频率增大的柔性电子元件，即，柔性显示器、柔性照明、柔性太阳能电池、柔性二次电池等的薄膜时，需要能够在大面积上生成等离子体的同时最小化因等离子体而产生的高能量粒子和等离子体电子导致的薄膜损伤的溅射技术。而且，还需要能够在低温下沉积高品质薄膜的低温工艺技术，以能够使用柔性塑料基板。现有的磁控管溅射技术是在靶上施加-500V以上的高电压而同时解决等离子体产生和离子加速的等离子体产生电力和离子加速电压被统一的技术。在如此的磁控管溅射的等离子体产生电力和离子加速电压被统一的现有技术中，需要向靶施加高电压，因此无法避免高能量粒子的产生。如果为了最小化高能量粒子的产生而减少靶施加电压，则导致等离子体不稳定或者等离子体密度显著降低，发生沉积速度显著下降的问题。为了解决这种问题，需要分离等离子体产生电力和离子加速电压而分别独立控制的技术。若可以分离等离子体产生电力和离子加速电压，则期望与靶施加电压电平无关地在靶附近产生高密度等离子体时，这种期望可以实现，但满足这种目的的大面积、高密度等离子体产生源的技术开发并不容易。另外，为了在低温下沉积高品质薄膜，需要能够在薄膜被沉积的期间同时加热薄膜表面的原子层的原子级加热(atomicscaleheating)技术，来代替现有的基板加热。中性粒子束能够执行原子级加热，因而对于在低温下沉积高品质薄膜来说是有利的技术，但中性粒子束为了发挥原子级加热效果，需要产生高通量中性粒子束。由于现有的中性粒子束产生源中，等离子体限制器设置在中和反射板和基板之间，因此具有在中性粒子束到达基板时起到障碍物的作用的问题。为了解决现有的中性粒子束产生源的问题，需要在没有等离子体限制器的情况下能够最小化等离子体和基板的相互作用且能够产生高通量中性粒子束的、能够产生高密度等离子体的技术，但技术开发并不容易。据此，为了沉积柔性电子元件(即，柔性显示器、柔性照明、柔性太阳能电池、柔性二次电池等)的制造领域中所需要的薄膜，需要新的溅射装置和没有等离子体限制器的高通量中性粒子束产生源。只要开发出适合于新的薄膜的目的的大面积、高密度等离子体产生源，则可以容易地实现这种装置。因此，大面积、高密度等离子体产生源的开发是核心技术，但目前为止还没有达到令人满意的水平。另外，现有技术中，为了在高真空下得到高密度等离子体，利用永久磁铁或者电磁铁形成磁场，并照射微波而产生了电子回旋共振(ElectronCyclotronResonance,ECR))等离子体。但是，现有技术中，因磁场的结构，在约束(confinement)电子回旋共振区域中所产生的高密度等离子体时存在问题。例如，将若干个永久磁铁保持预定间隔排列而形成杯场(cupsfield)时，在杯场内形成的电子回旋共振区域中产生的等离子体因曲线磁场和电场而进行漂移运动(driftmotion)(例如，ExB漂移(E-cross-Bdrift)、磁场梯度漂移(gradientBdrift)，磁场曲率漂移(curvaturedrift)等)，漂移运动的轨迹形成直线的发散轨迹(计曲线)，据此等离子体，尤其是电子从磁铁的两端泄露而导致在等离子体的约束上发生问题。而且，在另一现有技术的例中，由于形成杯场，为了解决等离子体的约束问题，调整了磁铁的排列，但因不连续的磁场分布，等离子体漂移运动形成不连续的轨迹，因此存在等离子体约束效果下降的问题。另外，在现有技术中，在微波照射装置和等离子体之间使用介电体窗口维持真空的同时，射入了微波。但是，在这种等离子体产生源进行沉积工艺时，沉积物质将镀覆介电体窗口，由此显著地减少微波的透过率而减小等离子体密度，因而存在弱化工艺的可靠度的问题。
技术实现思路
技术问题因此，本专利技术的目的在于提供一种等离子体产生源，该等离子体产生源通过能够极大化等离子体封闭效果的磁铁结构和根据此的磁场与微波的联动的设计，能够产生大面积、高密度等离子体。而且，本专利技术的另一目的在于提供一种等离子体产生源，该等离子体产生源包括能够解决利用等离子体的沉积工艺中的介电体窗口的镀覆问题的微波照射装置。而且，本专利技术的又一目的在于提供一种利用所述等离子体产生源的溅射装置和中性粒子束产生源以及组合溅射装置和中性粒子束产生源的薄膜沉积系统。技术方案本专利技术提供一种等离子体产生源，其特征在于，包括：等离子体腔，形成等离子体产生空间；一对以上的带状磁铁，以包围所述等离子体腔外壁的形态布置；微波照射装置，向所述等离子体产生空间照射微波，所述等离子体腔由圆柱形、具有椭圆轨迹的底面的圆柱形或者多边形底面的多棱柱中的其中一个构成，所述带状磁铁具有连续的磁铁排列，所述微波照射装置调整照射方向照射微波，以使微波的电场与由一对以上的带状磁铁在等离子体产生空间形成的磁场的方向垂直，从而依据磁场分布提高等离子体密度。而且，本专利技术提供一种等离子体产生源，其特征在于，所述等离子体腔和微波照射装置通过照射微波的开口部连通，所述等离子体腔和微波照射装置能够一起被真空化。而且，本专利技术提供一种等离子体产生源，其特征在于，所述微波照射装置包括矩形波导管、圆柱形波导管、环形波导管、圆环形波导管，或者在所述这些波导管上形成狭缝的狭缝形波导管，所述微波照射装置以脉冲模式或者连续模式照射微波。而且，本专利技术提供一种溅射装置，其特征在于，在所述等离子体产生源的等离子体腔内设置一个以上的靶，并向所述靶施加偏置电压而激发溅射，所述靶沿着等离子体腔的内侧壁贴附一个以上，以被由所述带状磁铁在等离子体产生空间形成的磁场包围，在所述等离子体腔的上面进一步设置沿并排于所述等离子体腔的上面的方向布置的一个以上的靶，从而能够将一个以上的物质同时沉积到基板。而且，本专利技术提供一种溅射装置，其特征在于，施加于所述靶的偏置电压为直流电压、交流电压、脉冲，或者为由直流电压、交流电压、脉冲混合而形成的电压。而且，本专利技术提供一种中性粒子束产生源，其特征在于，在所述等离子体产生源的等离子体腔内设置一个以上的由导电性高的物质构成的中和反射板，并向所述中和反射板施加偏置电压而生成中性粒子束。所述中和反射板沿等离子体腔的内侧壁贴附一个以上，以被由所述带状磁铁在等离子体产生空间形成的磁场包围，在所述等离子体腔的上面进一步设置沿并排于所述等离子体腔的上面的方向布置的一个以上的靶，从而产生中性粒子束。而且，本专利技术提供一种中性粒子束产生源，其特征在于，包括：等离子体腔，提供生成等离子体的等离子体放电空间；中和反射板，设置在所述等离子体腔内部，以用于通过碰撞使等离子体离子变换为中性粒子；限制器，设置在所述等离子体放电空间的下端，以用于将除中性粒子之外的等离子体离子和电子限本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.09 KR 10-2011-0055417;2012.05.09 KR 10-2011.一种等离子体产生源，其特征在于，包括：等离子体腔，形成等离子体产生空间；一对以上的带状磁铁，以包围所述等离子体腔外壁的形态配置；以及微波照射装置，向所述等离子体产生空间照射微波，所述带状磁铁具有连续的磁铁排列，因此由带状磁铁形成的磁场在等离子体产生空间中连续，所述等离子体腔和微波照射装置包括环形波导管，其中，所述波导管包括狭缝，所述等离子体腔和所述微波照射装置通过没有设置介电体窗口的照射微波的所述狭缝相互连通，所述等离子体腔和所述微波照射装置能够一起被真空化，所述微波照射装置将微波以脉冲模式或者连续模式进行照射而调整照射方向，以将微波照射成使微波的电场与由一对以上的带状磁铁在等离子体产生空间形成的磁场的方向垂直，从而形成电子回旋共振等离子体，从而依据磁场分布提高等离子体密度。2.根据权利要求1所述的等离子体产生源，其特征在于：所述等离子体腔由圆柱形或者多边形底面的多棱柱构成。3.一种溅射装置，其特征在于：在权利要求1所述的等离子体产生源的等离子体腔内设置一个以上的靶，并向所述靶施加偏置电压而激发溅射，所述靶沿着等离子体腔的内侧壁贴附一个以上，以被由所述带状磁铁在等离子体产生空间形成的磁场包围，进一步设置以并排方向配置于所述等离子体腔的上面的一个以上的靶从而能够将一个以上的物质同时沉积到基板。4.根据权利要求3所述的溅射装置，其特征在于：施加于所述靶的偏置电压为直流电压、交流电压、脉冲，或者为由直流电压、交流电压、脉冲混合而形成的电压。5.一种中性粒子束产生源，其特征在于：在权利要求1所述的等离子体产生源的等离子体腔内设置一个以上的由具有导电性的物质构成的中和反射板，并向所述中和反射板施加偏置电压而生...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞席在，金圣凤，
申请(专利权)人：韩国基础科学支援硏究所，
类型：
国别省市：