[发明专利]一种椭球形高功率微波等离子体金刚石膜沉积装置

摘要

本发明为一种椭球形高功率微波等离子体金刚石膜沉积装置，该装置由阶梯状环形微波耦合系统、设置于环形天线阶梯处的环形石英微波窗口、椭球形微波谐振腔、可调节沉积台、圆锥形上反射体和可调节圆柱形下反射体，进出气口，测温孔和观察窗等组成。此装置利用椭球的上下焦点设计，圆锥形上微波反射体位于上焦点，沉积台位于下焦点，电场分布集中，激发等离子体位置稳定、密度高；隐藏的微波窗口避免被等离子体加热、污染、刻蚀；可调节的微波下反射体和沉积台实时地优化等离子体分布；椭球形谐振腔内壁距离高温等离子体区较远，减弱等离子体对腔室内壁的热辐射，避免沉积异物；装置各部件采用水冷。此装置可在高功率下实现大面积高品质金刚石膜的高效沉积。

主权项

一种椭球形高功率微波等离子体金刚石膜沉积装置，其特征在于，该装置由阶梯状环形微波耦合系统、设置于环形天线阶梯处的环形石英微波窗口、椭球形微波谐振腔、可调节沉积台、圆锥形上反射体和可调节圆柱形下反射体，进出气口，测温孔和观察窗组成；所述阶梯状环形微波耦合系统由同轴微波馈入口(12)、阶梯状环形外腔壁、内部的阶梯状环形微波耦合天线组成；其中微波馈入口(12)由同轴外导体(10)、同轴内导体(9)组成；阶梯状环形外腔壁包括直径不同的上圆柱形外腔壁(1)、下圆柱形外腔壁(2)；内部的阶梯状环形微波耦合天线由直径不同的上圆柱形内腔壁(20)、下圆柱形内腔壁(21)组成；所述椭球形微波谐振腔由下半椭球体(3)、上半椭球体(4)、圆柱形下反射体(6)、可调节圆柱形沉积台(7)、圆锥形上反射体(8)组成；所述进出气口包括进气口(14)、进气管道(22)、外侧出气口(15)和内侧出气口(16)；所述测温孔包括外测温孔(17)，内测温孔(18)；其中，所述同轴外导体(10)、同轴内导体(9)组成的微波馈入口(12)设置于装置的顶部中心处；所述上圆柱形外腔壁(1)的下端设置下圆柱形外腔壁(2)，上端与同轴外导体(10)相连，所述上圆柱形内腔壁(20)的下端设下圆柱形内腔壁(21)，上端与同轴内导体(9)相连；所述环形石英微波窗口(5)设置于所述阶梯状环形外腔壁和内部的阶梯状环形微波耦合天线之间的阶梯处，并对阶梯状环形微波耦合天线起支撑作用；所述上半椭球体(4)设置在所述阶梯状环形微波耦合天线下部内侧，所述下半椭球体(3)设置于圆柱形外腔壁(2)的下部，所述上半椭球体(4)与所述下半椭球体(3)处在同一椭圆上，并且上下呈对称分布，其上半椭球(4)终止在与圆锥形微波上反射体(8)连接处，圆锥形微波上反射体(8)处在椭球的上焦点位置，下半椭球体(3)终止在与圆柱形微波下反射体(6)连接处，圆柱形沉积台(7)位于圆柱形微波下反射体(6)的中部，而圆柱形微波下反射体(6)与圆柱形沉积台(7)的上表面处在椭球的下焦点处，并可在下焦点附近上下移动；所述进气口(14)设置在同轴内导体(9)的顶部中心，所述进气管道内嵌于同轴内导体(9)和圆锥形微波上反射体(8)的内部中心，所述外侧出气口(15)和内侧出气口(16)设置于圆柱形微波下反射体(6)的外侧和内侧；所述外测温孔(17)设置在圆柱形外腔(1)顶部外侧，所述内测温孔(18)倾斜贯穿于上半椭球体(4)内部，所述外测温孔(17)和内测温孔(18)的中心轴线在同一直线上，并延伸至样品托(12)中心处，观察窗(19)设置在所述下椭球体(3)处的侧壁上。