本实用新型涉及等离子体生产领域，尤其涉及一种微波屏蔽管磁场增强平板pecvd设备。
背景技术：
随着低温等离子体技术在大规模集成电路、太阳能电池、等离子体显示设备、类金刚石碳和纯金刚石膜等领域的迅速发展，工业上迫切需要一种可以产生大面积均匀、低气压高密度、稳定等离子体的等离子体发生装置。在众多等离子体发生装置中，平板式pecvd设备因为使用磁场增强线形微波等离子体源而具有许多独特的优势：结构较为简单，不存在因电极插入而导致的杂质污染问题；采用微波激励可以获得较高的等离子体密度；因其线形结构仅需在轴向方向保证等离子体均匀性，将多个线形微波等离子体源并排即可获得大面积均匀的等离子体；石英玻璃管两侧条形磁铁产生的磁场可约束等离子体以获得更高的等离子体密度。
近年来，为降低成本，工业上致力于对平板式pecvd设备进行尺寸升级，工业上平板式pecvd设备宽度不断增加，轴向硅片数量由5片增至更多，进而达到提升产能的目的。但是在较大宽度的设备进行生产存在以下几个问题：设备宽度增大导致产生的等离子体轴向均匀性下降，等离子体密度分布从两端沿轴向衰减，甚至设备中间区域没有等离子体产生。目前工业上解决方案之一是不断增加同轴圆波导两端输入微波功率，但是当输入微波功率增大到满足工艺要求时，已经达到微波源极限功率。这一解决方案不足之处在于一方面微波源长时间处于超负荷状态会严重降低其寿命，另一方面过高的微波功率会导致同轴圆波导内温度过高致使石英玻璃管有熔化的风险；工业上解决方案之二是保持微波功率在微波源极限功率以下，通过降低真空腔室压力来改善等离子体轴向均匀性，但是降低真空腔室压力需要更高性能的真空机组，意味着成本大大增加；仅仅通过改变工艺参数的方式导致设备的稳定性降低，工艺质量下降，设备的可连续工作时间减少。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种微波屏蔽管磁场增强平板pecvd设备，以解决上述问题，提供一种改善微波等离子体源所产生等离子体的长度、轴向均匀性以及稳定性的pecvd设备，以提升产能和性能。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
一种微波屏蔽管磁场增强平板pecvd设备，包括壳体、沿送料方向设置在所述壳体内部的至少两个等离子体发生装置，所述等离子体发生装置下面设置有基片台，所述等离子体发生装置内部设置有同轴圆波导，所述等离子体发生装置顶部设置有上进气管，所述等离子体发生装置底部两侧设置有下进气管；所述壳体底部连通有真空机组；
所述同轴圆波导包括同轴设置的石英玻璃管、铜天线、微波屏蔽管，所述石英玻璃管在所述铜天线外侧，所述微波屏蔽管设置在所述石英玻璃管、铜天线之间，所述微波屏蔽管侧壁上下两端设有开口。
优选的，所述等离子体发生装置包括屏蔽罩和设置在所述屏蔽罩上表面的条形磁铁，所述屏蔽罩的外侧壁上设置有所述条形磁铁，所述上进气管设置在所述屏蔽罩顶部，所述下进气管设置在所述屏蔽罩底部两侧；所述屏蔽罩的横截面为等腰梯形。
优选的，所述壳体、屏蔽罩为无磁或弱磁的不锈钢材料，所述不锈钢材料为不锈钢304、321、316、310中的任意一种。
优选的，所述条形磁铁为合金永磁材料或者铁氧体永磁材料，所述合金永磁材料为铷镍钴ndnico，所述铁氧体永磁材料为cu-ni-fe、fe-co-mo、fe-co-v、almnc中的任意一种。
优选的，所述铜天线、微波屏蔽管材料为紫铜，所述铜天线为实心圆柱，半径范围为3～5mm，所述铜天线的长度大于所述壳体的宽度，所述铜天线两端连接有微波源。
优选的，所述微波屏蔽管内径范围为7～12mm，所述微波屏蔽管外径范围为9～14mm，所述开口为棱形，所述开口棱形的小端设置在所述微波屏蔽管两端，所述开口棱形的中部大端设置在所述微波屏蔽管的中间。
优选的，所述石英玻璃管介电常数在3.5～4.7之间，所述石英玻璃管内径范围为10～15mm，所述石英玻璃管外径范围为12～17mm，所述石英玻璃管与大气连通。
优选的，所述基片台下方设置有加热板。
本实用新型具有如下技术效果：
在现有平板式pecvd设备的基础上引入同轴微波屏蔽管和优化屏蔽罩形状和条形磁铁配置。首先，在同轴圆波导的铜内导体和石英玻璃管之间引入开口同轴微波屏蔽管，能够促进微波的传输，使针对较长宽度的pecvd设备，微波能量依旧能够传输到其中间区域，进而在设备中间区域产生等离子体；
其次，通过优化屏蔽罩形状和条形磁铁配置，不仅能够提高所产生的等离子体密度，也增强了平板式pecvd设备内线形微波等离子体源所产生等离子体的轴向均匀性和稳定性；
最后，可改变高度的基片台以及可控制温度的加热板能进一步控制等离子体中离子和活性基团的能量，提高了设备的可控性和灵活性。本实用新型降低了工业上更大尺寸平板式pecvd设备的开发难度，与现有平板式pecvd设备相比，不仅能够提高产能，降低成本，还能够提高其性能表现。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型轴向截面结构示意图；
图2为本实用新型径向截面结构示意图；
图3为本实用新型等离子体发生装置径向截面结构示意图；
图4为本实用新型同轴圆波导径向截面结构示意图；
图5为本实用新型同轴圆波导主视结构示意图；
图6为本实用新型同轴圆波导俯视结构示意图。
其中，1为条形磁铁，2为上进气管，3为石英玻璃管，4为铜天线，5为微波屏蔽管，501为开口，6为下进气管，7为基片台，8为加热板，9为壳体，10为真空机组，11为屏蔽罩。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
实施例一：
参照图1-6所示，本实施例提供一种微波屏蔽管磁场增强平板pecvd设备，包括壳体9、沿送料方向设置在壳体9内部的三个等离子体发生装置，等离子体发生装置下方设置有基片台7，等离子发生装置内部设置有同轴圆波导，等离子体发生装置的长度大于壳体9的宽度，等离子体发生装置顶部设置有上进气管2，等离子体发生装置底部两侧设置有下进气管6；壳体9底部连通有真空机组10；壳体9左右两端设有可开关的闸门，用于待处理样品进出。
同轴圆波导包括同轴设置的石英玻璃管3、铜天线4、微波屏蔽管5，石英玻璃管3在铜天线4外侧，微波屏蔽管5设置在石英玻璃管3、铜天线4之间，微波屏蔽管5侧壁上下两端设有开口501。由上进气管2通入的气体在微波电场的作用下在石英玻璃管3外表面形成等离子体，随后通过漂移扩散与下方进气管6通入的气体发生碰撞使其电离，待处理样品置于基片台7上完成薄膜沉积。在同轴圆波导的铜天线4和石英玻璃管3之间引入微波屏蔽管5，可以使微波在微波屏蔽管5内进行传播，在微波屏蔽管5的侧壁上下两端设置开口501，微波在微波屏蔽管5传递过程中从开口501处释放出，从而增强微波传递至设备中部的距离。
进一步优化方案，等离子体发生装置包括屏蔽罩11和设置在屏蔽罩11上表面的条形磁铁1，屏蔽罩11的外侧壁上设置有条形磁铁1，上进气管2设置在屏蔽罩11顶部，下进气管6设置在屏蔽罩11底部；屏蔽罩11的横截面为等腰梯形。条形磁铁1为长方体柱，长度与屏蔽罩11等长且紧贴屏蔽罩11外侧，屏蔽罩11上方设置两块相同条形磁铁1，屏蔽罩11两侧各设置一块条形磁铁1，所产生磁场强度可由条形磁铁1磁化强度及大小控制。通过将屏蔽罩11设置为等腰梯形，可以更好的控制条形磁铁1磁场的角度，从而加强等离子体的集中程度。
进一步优化方案，壳体9、屏蔽罩11为无磁或弱磁的不锈钢材料，不锈钢材料为不锈钢304、321、316、310中的任意一种。
进一步优化方案，条形磁铁1为合金永磁材料或者铁氧体永磁材料，合金永磁材料为铷镍钴ndnico，铁氧体永磁材料为cu-ni-fe、fe-co-mo、fe-co-v、almnc中的任意一种。
进一步优化方案，铜天线4、微波屏蔽管5材料为紫铜，铜天线4为实心圆柱，半径为4mm，铜天线4的长度大于壳体9的宽度，铜天线4两端连接有微波源。
进一步优化方案，微波屏蔽管5内径为10mm，微波屏蔽管5外径为12mm，开口501为棱形，开口501棱形的小端设置在微波屏蔽管5两端，开口501棱形的中部大端设置在微波屏蔽管5的中间。将开口501设置为棱形，微波在屏蔽管5由两端向中部传递过程中逐渐衰弱，将棱形的中部大端设置在微波屏蔽管5的中间，使逐步衰弱的微波越靠近中间传递出的量越大，从而使传递至外部的微波比较均匀。
进一步优化方案，石英玻璃管3介电常数在3.5～4.7之间，石英玻璃管3内径为13mm，石英玻璃管3外径为15mm，石英玻璃管3与大气连通。通入空气用于给铜天线4冷却。
进一步优化方案，所述基片台7下方设置有加热板8。基片台7连接有电动升降机，加热板8连接有电源，电动升降机用于调节基片台7的高度，加热板8的温度可根据不同工艺需求进行调节以获得最佳沉积条件。
上进气管2和下进气管6通入气体，气体为惰性气体、氧化性气体、还原性气体、烃类气体或经过气化的液体，硅烷、氩气、氢气、氢气与硅烷或烃类气体的混合气体。一般更难电离的气体由上进气管2通入，容易电离的气体由下方两侧进气管6通入。微波源频率为2.45ghz，可采用连续波模式或脉冲模式。
本实用新型的工作原理：
本实用新型通过使用以铜天线1作为内导体，最外侧围绕在石英玻璃管3作为外导体的同轴传输波导，使微波通过与等等离子体相互作用沿着石英玻璃管3表面传播。由上进气管2通入的气体在微波电场的作用下在石英玻璃管3外表面形成等离子体，随后通过漂移扩散与下方进气管6通入的气体发生碰撞使其电离，待处理样品置于基片台7上完成薄膜沉积。根据同轴传输线理论，在同轴圆波导的铜天线4和石英玻璃管3之间引入一种铜制微波屏蔽管5，能够促进微波传输至同轴圆波导中间，微波在微波屏蔽管5上下开口处进入壳体9与气体相互作用产生等离子体；梯形的屏蔽罩11和周围条形磁铁1配置不仅可以约束等离子体的分布，增加电子在有效范围内的碰撞频率从而增加等离子体密度，还可以明显改善线形微波等离子体源所产生等离子体的轴向均匀性和稳定性。
实施例二：
本实施例的pecvd设备与实施例一的区别仅在于：铜天线4为实心圆柱，半径为3mm，微波屏蔽管5内径为7mm，微波屏蔽管5外径为9mm，石英玻璃管3内径为10mm，石英玻璃管3外径为12mm。
实施例三：
本实施例的pecvd设备与实施例一的区别仅在于：铜天线4为实心圆柱，半径为5mm，微波屏蔽管5内径为12mm，微波屏蔽管5外径为14mm，石英玻璃管3内径为15mm，石英玻璃管3外径为17mm。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。
1.一种微波屏蔽管磁场增强平板pecvd设备，其特征在于：包括壳体(9)、沿送料方向设置在所述壳体(9)内部的至少两个等离子体发生装置，所述等离子体发生装置下方设置有基片台(7)，所述等离子体发生装置内部设置有同轴圆波导，所述等离子体发生装置顶部设置有上进气管(2)，所述等离子体发生装置底部两侧设置有下进气管(6)；所述壳体(9)底部连通有真空机组(10)；
所述同轴圆波导包括同轴设置的石英玻璃管(3)、铜天线(4)、微波屏蔽管(5)，所述石英玻璃管(3)在所述铜天线(4)外侧，所述微波屏蔽管(5)设置在所述石英玻璃管(3)、铜天线(4)之间，所述微波屏蔽管(5)侧壁上下两端设有开口(501)。
2.根据权利要求1所述的一种微波屏蔽管磁场增强平板pecvd设备，其特征在于：所述等离子体发生装置包括屏蔽罩(11)和设置在所述屏蔽罩(11)上表面的条形磁铁(1)，所述屏蔽罩(11)的外侧壁上设置有所述条形磁铁(1)，所述上进气管(2)设置在所述屏蔽罩(11)顶部，所述下进气管(6)设置在所述屏蔽罩(11)底部两侧；所述屏蔽罩(11)的横截面为等腰梯形。
3.根据权利要求2所述的一种微波屏蔽管磁场增强平板pecvd设备，其特征在于：所述壳体(9)、屏蔽罩(11)为无磁或弱磁的不锈钢材料，所述不锈钢材料为不锈钢304、321、316、310中的任意一种。
4.根据权利要求2所述的一种微波屏蔽管磁场增强平板pecvd设备，其特征在于：所述条形磁铁(1)为合金永磁材料或者铁氧体永磁材料。
5.根据权利要求1所述的一种微波屏蔽管磁场增强平板pecvd设备，其特征在于：所述铜天线(4)、微波屏蔽管(5)材料为紫铜，所述铜天线(4)为实心圆柱，半径范围为3～5mm，所述铜天线(4)长度大于所述壳体(9)宽度，所述铜天线(4)两端连接有微波源。
6.根据权利要求1所述的一种微波屏蔽管磁场增强平板pecvd设备，其特征在于：所述微波屏蔽管(5)内径范围为7～12mm，所述微波屏蔽管(5)外径范围为9～14mm，所述开口(501)为棱形，所述开口(501)棱形的小端设置在所述微波屏蔽管(5)两端，所述开口(501)棱形的中部大端设置在所述微波屏蔽管(5)的中间。
7.根据权利要求1所述的一种微波屏蔽管磁场增强平板pecvd设备，其特征在于：所述石英玻璃管(3)介电常数在3.5～4.7之间，所述石英玻璃管(3)内径范围为10～15mm，所述石英玻璃管(3)外径范围为12～17mm，所述石英玻璃管(3)与大气连通。
8.根据权利要求1所述的一种微波屏蔽管磁场增强平板pecvd设备，其特征在于：所述基片台(7)下方设置有加热板(8)。
技术总结