034]基于上述方法实施例，本发明还提供了一种封闭和发散磁场通用的ECR等离子体溅射装置的溅射方法。如图7所示，所述ECR等离子体溅射装置的溅射方法，包括以下步骤: 51、将基板放入成膜室内，并将等离子体室和成膜室抽真空至真空度到达(3?5)X 10—
5Pa;
52、将氩气通入等离子体室和成膜室内，使气压升高到(2?8)X 10—2 Pa;
53、对第一磁线圈、第二磁线圈及第三磁线圈施加磁线圈电流产生封闭式磁场，或对第一磁线圈及第二磁线圈施加磁线圈电流产生发散式磁场；
54、微波发生器产生微波与封闭式磁场、或与发散式磁场耦合形成ECR等离子体；
55、ECR等离子体对圆筒形固定靶材中的靶材原子进行溅射，调节基板电压对基板施加偏压，当施加正偏压时，对基板进行电子照射加工；当施加负偏压时，对基板进行离子照射加工。
[0035]进一步的，在所述ECR等离子体溅射装置的溅射方法中，所述步骤S3中当第一磁线圈、第二磁线圈中的电流为40 A，第三磁线圈的电流为40?48 A时产生封闭式磁场。当第一磁线圈、第二磁线圈中电流为40A，第三磁线圈不施加电流时则产生发散式磁场。所述步骤S5中，通过调节磁线圈(包括第一磁线圈、第二磁线圈及第三磁线圈)电流使圆筒形固定靶材设置在成膜室左侧紧邻等离子体室右侧电子回旋共振磁场的位置，基板设置在成膜室右侧距离靶材中心15?17.5cm处，即封闭式磁场下成膜室内电子回旋共振磁场的位置。
[0036]将基板放入成膜室内，当等离子体室和成膜室内的真空度到达(3?5)X 10—5Pa后，通过氩气气路通入氩气，使等离子体室和成膜室内的气压升高到(2?8) X 10—2 Pa。通过施加第一、第二、第三磁线圈电流，在成膜室内形成封闭式磁场;通过施加第一、第二磁线圈电流，在成膜室内形成发散式磁场。在磁场和微波的耦合作用下，电子回旋运动，使氩气离化氩气在磁线圈电流以及微波的共同作用下电离产生高密度的等离子体。当电子在磁场作用下的回转运动频率与微波频率一致时，电子进行回旋加速来激发更多原子离化，获得高离化率、高密度的等离子体。微波发生器I中ECR等离子体使用2.45GHz微波，因此875G的磁场强度为共振磁场。
[0037]在共振磁场区域内，为了使每溅射一个原子所需的等离子体溅射能量提高，尽可能地提高成膜速度，因此将圆筒形固定靶材放置在等离子体密度最高的区域，即共振磁场处最为合适。但是，若将圆筒形固定靶材设置在共振磁场处微波会泄露，因此，不能完全将圆筒形固定靶材位置与磁场共振位置一致。有效的方法是通过调节磁线圈电流，将共振磁场设定在等离子体室内最右侧靠近成膜室边界处，将圆筒形固定靶材设置在成膜室内最左侧紧邻等离子体室右侧电子回旋共振磁场的位置，参见图1。
[0038]在一台装置中，若要将基板设置在对于封闭式和发散式磁场都合适的位置，就必须按照下述方法，首先在封闭式磁场下，等离子体在封闭的电子共振磁场之间做往返振荡运动，当基板处于等离子体中时，在正偏压的作用下会将基板表面等离子体鞘层内的电子吸引到基板，引起等离子体不稳定。为了保证等离子体稳定，需要使封闭式磁场内的电子不会受到偏压的作用，同时，电子在共振磁场位置的能量最小，使导出的电子照射能量较为容易控制，因此将基板设置在成膜室内封闭式磁场右侧共振磁场处，参见图2a。其次，切换至发散式磁场，参见图3a，选择能够最大程度控制离子照射的条件。在封闭式磁场下，电子离子照射及其能量是通过基板偏压控制的，而电子离子照射的密度是通过气压和微波功率来控制的，为了形成具有良好导电性和磁性的石墨烯边缘嵌入式碳膜，期望的电子照射密度应在10?100 mA/cm2范围内。发散式磁场下，离子电流密度是通过气压和微波功率来控制的。因此可以通过调节微波功率和气压到最合适值来控制离子照射密度。为了在离子照射下形成不同纳米结构的碳膜，期望的离子电流密度应0.5?5 mA/cm2范围内。
[0039]综上所述，本发明提供了一种ECR等离子体溅射装置及其溅射方法，包括从左至右依次设置的微波发生器、等离子体室、成膜室及预真空室;所述微波发生器依次通过微波导管及石英窗与等离子体室相连;所述等离子体室的外侧设置有第一磁线圈和第二磁线圈；所述成膜室的外侧设置有第三磁线圈;所述成膜室的近等离子体室端的等离子体室右侧电子回旋共振磁场处设置有圆筒形固定靶材，所述成膜室的近预真空室端设置有基板;所述圆筒形固定靶材通过靶材电源接地。本发明通过确定成膜室中圆筒形固定靶材和基板的位置关系，在封闭和发散两种磁场模式下都能够获得稳定的等离子体，以及最好的电子和离子照射效果。
[0040]可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及本发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种ECR等离子体溅射装置，其特征在于，包括从左至右依次设置的微波发生器、等离子体室、成膜室及预真空室;所述微波发生器依次通过微波导管及石英窗与等离子体室相连;所述等离子体室的外侧设置有第一磁线圈和第二磁线圈；所述成膜室的外侧设置有第三磁线圈;所述成膜室的近等离子体室端的等离子体室右侧电子回旋共振磁场处设置有圆筒形固定靶材，所述成膜室的近预真空室端设置有基板;所述圆筒形固定靶材通过靶材电源接地。2.根据权利要求1所述ECR等离子体溅射装置，其特征在于，所述等离子体室上设置有真空气路。3.根据权利要求1所述ECR等离子体溅射装置，其特征在于，所述成膜室上设置有氩气气路，且所述成膜室连通平面掺杂靶材及腔体。4.根据权利要求1所述ECR等离子体溅射装置，其特征在于，所述基板设置在基板保持架上，且所述基板通过基板电源接地。5.根据权利要求1所述ECR等离子体溅射装置，其特征在于，所述成膜室与所述预真空室之间设置有插板阀。6.根据权利要求1所述ECR等离子体溅射装置，其特征在于，所述基板距所述圆筒形固定革巴材15-17.5cm。7.根据权利要求1所述ECR等离子体溅射装置，其特征在于，所述成膜室的近等离子体室端的等离子体室右侧电子回旋共振磁场处的磁场强度为875G。8.一种ECR等离子体溅射装置的溅射方法，其特征在于，包括以下步骤: 51、将基板放入成膜室内，并将等离子体室和成膜室抽真空至真空度到达(3?5)X 10—5Pa; 52、将氩气通入等离子体室和成膜室内，使气压升高到(2?8)X 10—2 Pa; 53、对第一磁线圈、第二磁线圈及第三磁线圈施加磁线圈电流产生封闭式磁场，或对第一磁线圈及第二磁线圈施加磁线圈电流产生发散式磁场； 54、微波发生器产生微波与封闭式磁场、或与发散式磁场耦合形成ECR等离子体； 55、ECR等离子体对圆筒形固定靶材中的靶材原子进行溅射，调节基板电压对基板施加偏压，当施加正偏压时，对基板进行电子照射加工；当施加负偏压时，对基板进行离子照射加工。9.根据权利要求8所述ECR等离子体溅射装置的溅射方法，其特征在于，所述步骤S3中当第一磁线圈、第二磁线圈中的电流为40 A，第三磁线圈的电流为40?48 A时则产生封闭式磁场。10.根据权利要求8所述ECR等离子体溅射装置的溅射方法，其特征在于，所述步骤S3中当第一磁线圈、第二磁线圈中的电流均为40A时则产生发散式磁场。
【专利摘要】本发明提供了一种ECR等离子体溅射装置及其溅射方法，包括从左至右依次设置的微波发生器、等离子体室、成膜室及预真空室；所述微波发生器依次通过微波导管及石英窗与等离子体室相连；所述等离子体室的外侧设置有第一磁线圈和第二磁线圈；所述成膜室的外侧设置有第三磁线圈；所述成膜室的近等离子体室端的等离子体室右侧电子回旋共振磁场处设置有圆筒形固定靶材，所述成膜室的近预真空室端设置有基板；所述圆筒形固定靶材通过靶材电源接地。本发明通过确定成膜室中圆筒形固定靶材和基板的位置关系，在封闭和发散两种磁场模式下都能够获得稳定的等离子体，以及最好的电子和离子照射效果。
【IPC分类】C23C14/35
【公开号】CN105624624
【申请号】CN201610103436
【发明人】刁东风, 范雪, 陈成
【申请人】深圳大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年2月25日