[发明专利]高效率的一维线性等离子体清洗磁控阴极装置

说明书

[技术领域]

本发明涉及等离子体磁控阴极技术领域，尤其涉及一种高效率的一 维线性等离子体清洗磁控阴极装置。

[背景技术]

随着当今技术的飞速发展，等离子体技术已广泛应用于诸多专业领 域，而且变得越来越重要。在半导体器件及功能薄膜生产的过程中，材 料及器件表面存在颗粒黏附物、吸附水气、表面氧化、沾污等问题，会 造成膜层粘附力差和器件性能差等后果。为了解决以上问题，需对表面 进行清洗。通常广泛应用的物理化学清洗方法大致可分成湿法清洗和干 法清洗两类。湿法清洗一般采用酸、碱类溶液对基板表面进行清洗处理， 清洗时间长，且工艺易污染，环保成本较高。而等离子体清洗是一种环 保的干法清洗工艺，且清洗的质量及效率占极大的优势。如何能产生稳 定高效的可控等离子体，等离子体清洗磁控阴极的设计和制造则显得非 常重要。

在已有技术中(03819917.3，90209634.6和 200480014058.6等)，所设计的等离子阴极主要为等离 子体磁控溅射阴极。等离子体磁控溅射阴极主要用于薄膜的溅射沉积， 在较低功率下也可用于衬底表面的刻蚀或清洗。但是由于等离子磁控溅 射阴极采用的是内置型的永磁体产生磁场来增强等离子体密度，其阴极 具有结构复杂、成本高，占用空间大等缺点，不适用于在大面积的等离 子体清洗装备中应用。

在等离子体刻蚀阴极的应用中，目前多采用柱状或棒状结构，该形 式的阴极缺点在于：背部多无屏蔽罩，工作时阴极四周均起辉产生等离 子体，有效的等离子体利用率不足50％，因此在相同的电功耗下，柱状/ 棒状阴极等离子体密度较低，会导致等离子体刻蚀/清洗的速率较低； 要获得较高的等离子体密度，柱状/棒状阴极所需的电功耗较大。另外， 在所加功率一定的条件下，等离子体的密度不可调，也限制了此类阴极 的应用。

[发明内容]

本发明专利的目的在于克服上述缺点，主要采用一维线性阴极，并 增设电磁线圈装置，而设计的一种具有简捷结构和稳定工艺的阴极装 置，可进行大面积基板的表面清洗，而且可在提高等离子体利用效率的 基础上实现等离子体密度的可控性，从而大大提高了等离子体清洗的效 率和稳定性。

为实现上述目的，本发明提出一种高效率的一维线性等离子体清洗 磁控阴极装置，包括线性金属板阴极、中空管道、阴极电极接头、进气 管、绝缘密封件、电磁线圈装置，其特征在于：中空的阴极电极接头顶 部连接中空管道，阴极电极接头的底部穿过真空腔体的上壁后连接置于 真空腔体内的线性金属板阴极的上表面，在真空腔体与线性金属板阴极 之间设有一罩住线性金属板阴极上方、四周及底部边缘的屏蔽罩，屏蔽 罩上部还连接一进气管，进气管的顶部置于真空腔体外，真空腔体外的 上方设有一电磁线圈装置，所述的线性金属板阴极内部设有流通冷却液 用的多孔道中空结构。所述的冷却液采用恒定的温度，以保持阴极的温 度恒定，从而可产生稳定的等离子体进行清洗，使得清洗的工艺稳定， 重复性好。

在阴极电极接头外套设有绝缘密封件，保证阴极电极接头与屏蔽 罩、真空腔体之间的电绝缘。

所述的线性金属板阴极的宽度限定在10-100mm内，其长度可在 100-3000mm范围内根据需要延长。

所述的中空管道能使冷却液流进和流出阴极。

所述的屏蔽罩设有背孔结构，连接进气管，产生等离子体用的气体 可直接通过该孔进入真空腔体内部，气体流量分布均匀性高，使得等离 子体密度均匀。

所述的电磁线圈装置可产生均匀可调的磁场，通过改变电流来调节 磁场，进而调整等离子体密度，磁场强度的调节范围为0-500高斯，因 阴极所产生的等离子体受到电磁线圈所产生磁场的约束，通过调整磁场 强度来调节等离子体的密度，可调范围为10¹⁴-10¹⁸m^-3；又因其是外置式， 使得一维线性等离子体清洗磁控阴极安装时可节省装备内部空间。

所述的屏蔽罩与线性金属板阴极的间距≤2mm，可限制等离子体产 生的范围，将等离子体限制在线性金属板阴极的正面，从而提高了提等 离子体的利用效率，并可以提高等离子体密度。