一种射频多微束等离子体放电装置的制作方法

本发明涉及射频等离子体技术领域，特别是涉及一种射频多微束等离子体放电装置。

背景技术：

射频等离子体应用广泛，如低气压射频等离子体源主要用于芯片刻蚀、薄膜沉积以及离子源等；而中高气压的射频等离子体，可以用来合成纳米薄膜、纳米颗粒以及等离子体喷涂等，其采用的放电形式有射频等离子体炬和大气压等离子体射流等。

大气压射频等离子体射流。一般实现方法，就是在一个非常细小的石英管外缠绕放电线圈或者采用平面电极，然后在石英管内部通过大流量的工作气体，当在放电线圈或者平面电极上通过射频电压时，会在石英管内部产生等离子体，并喷出。而不管采用放电线圈还是平面电极形式的放电，初始等离子体建立在中高气压下都较难实现，一般采用放置一个金属针电极，在针电极上施加一个直流或交流(中频)的高压，产生种子电子，以实现中高气压下的初始等离子体建立。另外的方法就是先将气压将至百帕以下，然后施加大功率的射频电压，击穿放电后，再将气压升至中高气压。这两种形式的初始等离子体的建立过程，带有金属针电极的，金属电极浸没在等离子体中容易被溅射，污染等离子体。而降低气压击穿放电，增加了一道控制工艺，需要先联动进气及抽气阀门，控制动态气压下降；初始等离子体建立之后再联动调整气压增加。

此外，在射频等离子体射流中，一般情况下，一套射频电源和匹配网络只匹配一个放电负载，即一个放电管。如果需要很多射流同时放电，就需要同样多射频电源和匹配网络。如果采用一套射频电源和匹配网络携带多个放电负载，即多个放电管，往往会出现一个或者其中几个放电管产生等离子体，而部分放电管不产生等离子体。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种射频多微束等离子体放电装置，解决了一套射频电源和匹配网络只能控制单微束等离子体放电管、初始等离子体建立困难和用起辉棒建立初始等离子体带来的金属溅射污染等问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种射频多微束等离子体放电装置，包括金属真空腔室、电极和若干个石英管，若干个所述石英管的顶部开设有与进气管连通的进气口，底部与所述金属真空腔室连通，所述电极包括从上至下间隔套设在所述石英管外侧的高压电极和地电极；所述高压电极和地电极相对的面均为锥形结构，各个所述石英管之间通过高压连接结构呈星型放射状对称分布，所述高压连接结构与射频功率源相连接；若干个所述石英管与所述电极均被包裹在射频屏蔽箱内。

进一步地，所述金属真空腔室的侧面开有测量真空的真空法兰。

进一步地，所述金属真空腔室的底面开有出气的排气法兰，所述排气法兰与抽真空系统相连接。

进一步地，所述抽真空系统采用机械泵。

进一步地，所述石英管的上端和下端分别设置有上端真空密封和下端真空密封，所述石英管的中间开有与所述进气管连接的进气管道。

进一步地，所述高压连接结构包括高压连接线路和高压连接端子，星型对称分布的若干个所述石英管分别通过所述高压连接线路与中心处的所述高压连接端子连接；所述高压连接端子通过同轴电缆与匹配网络和射频功率源相连接。

进一步地，所述地电极与公共地端相连接。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明中的射频多微束等离子体放电装置，能够实现一套射频电源和匹配网络携带多个负载(≥2)共同均匀的起辉放电，并且实现中高气压下的初始等离子体的同时建立。

本发明，通过对高压电极、地电极的改造和高压电极的星型结构的连接方式，有效的解决掉中高气压放电时初始等离子体建立困难和一套射频电源和匹配网络只能携带一个负载的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为高压电极和地电极的纵切面；

图2为高压电极水平切面及布局图；

图3为等离子体装置系统剖面图；

其中，1地电极；2高压电极；3石英管；4高压连接线路；5高压连接端子；6真空法兰；7金属真空腔室；8射频屏蔽箱；9上端真空密封；10进气管；11下端真空密封；12排气法兰。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种射频多微束等离子体放电装置，解决了一套射频电源和匹配网络只能控制单微束等离子体放电管、初始等离子体建立困难和用起辉棒建立初始等离子体带来的金属溅射污染等问题。为使本发明的上述目的、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发明作进一步详细的说明。

请参考图1-3，其中，图1为高压电极和地电极的纵切面；图2为高压电极水平切面及布局图；图3为等离子体装置系统剖面图。

如图1-3所示，本发明提供一种射频多微束等离子体放电装置，包括金属真空腔室7、电极和若干个石英管3，若干个石英管3的顶部开设有与进气管10连通的进气口，底部与金属真空腔室7连通，电极包括从上至下间隔套设在石英管3外侧的高压电极2和地电极1；高压电极2和地电极1相对的面均为锥形结构，各个石英管3之间通过高压连接结构呈星型放射状对称分布，高压连接结构与射频功率源相连接；若干个石英管3与电极均被包裹在射频屏蔽箱8内。

如图3所示，金属真空腔室7的侧面开有测量真空的真空法兰6；底面开有排气法兰12；顶面密封若干个石英管3(图例中密封了2个石英管3)；石英管3上套着两个电极(如图1所示)，高压电极2和地电极1；若干个石英管3之间高压电极2连接是通过图2形式的连接线；然后石英管3上端设置上端真空密封9，中间开有进气管10道，下端采用下端真空密封11；将工作气体通过进气管10道通入。然后将整个石英管3及电极用射频屏蔽箱8包裹在里面。

组件之间起到的作用：目标实现同一台射频电源和匹配网络，让多个石英管3中的工作气体电离产生等离子体；然后再共用一个真空腔室。具体工作原理如下：

首先将地电极1连接到公共地上；排气法兰12连接到抽真空系统，如机械泵；真空法兰6密封真空腔室；高压连接端子5通过同轴电缆与匹配网络和射频功率源相连接；进气管10与气体控制管道密封连接。工作时将工作气体通过进气管10通入到石英管3和金属真空腔室7内；然后通过排气法兰12排出；控制气体动态气压到工作气压，如100pa；然后打开射频功率源，将射频功率通过匹配网络输入到高压连接端子5，通过高压连接线路4均匀分配到多个负载上，增加射频功率的输出，所有负载就会建立初始等离子体，开始工作或者生产。

本发明提出的是在平面电极相对的面上做成锥形结构，增加相对面附近的射频电场，实现中高气压的初始等离子体的建立。将多个石英管3的星型结构的连接方法，配合上述提出的锥形结构的平面电极，实现一套射频电源和匹配网络携带多个放电负载的共同均匀放电。星型结构的连接方法，即要求各个负载之间的连接要求绝对的对称和一致。

本发明的射频多微束等离子体放电装置，能够实现一套射频电源和匹配网络携带多个负载(≥2)共同均匀的起辉放电，并且实现中高气压下的初始等离子体的同时建立。射频放电的频率，1-200mhz；气压可以1-10000pa；石英管3的直径5mm-30mm。本发明，通过对高压电极2、地电极1的改造，和高压电极2的星型结构的连接方式，有效的解决掉中高气压放电时初始等离子体建立困难和一套射频电源和匹配网络只能携带一个负载的问题。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。