CN110318028A - 等离子体源机构及薄膜形成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种等离子体源机构及薄膜形成装置，其中，所述等离子源机构能够适用于具有真空槽的薄膜形成装置；所述等离子体源机构包括：安装于所述真空槽外的壳体；位于所述壳体内的天线组件，其经由电介质部配置在所述真空槽外；所述天线组件包括多个天线部；各个所述天线部具有单独的被施加高频电力的连接部；任一所述天线部所在区域与其他所述天线部所在区域无重叠区域。本发明提供的等离子体源机构及薄膜形成装置能够扩大ICP放电范围。

Description

等离子体源机构及薄膜形成装置
技术领域
本发明涉及光学薄膜形成领域，尤其涉及一种等离子体源机构及薄膜形成装置。
背景技术
一直以来，很早就知道使用线圈的ICP(电感耦合型等离子体)放电，并提出了各种形状的ICP(例如，参考专利文件1、2)。
近年来，虽然希望对大面积区域进行ICP放电，但是，为了确保大面积的ICP放电，目前通常采用两种方式：1、扩大天线尺寸；2、将多个天线竖直排列。在使用过程中发现，该两种方式有的无法进行RF匹配调整，并且无法施加电力；抑或者导致溅射的物质存在杂质，影响成膜质量。
专利文件1：日本特开平2005-256024号公报
专利文件2：日本专利第3188353号公报
发明内容
经过发明人多年研究试验发现，上述两种方式中第一种方式由于天线组件增大会导致天线的电感(L)成分变得过大，从而难以进行RF匹配；而第二种方式，如图1所示，各个天线100位于各自的天线室200内，相互独立；天线室200在安装中会采用金属固定件300固定，从而导致相邻两个天线100(或天线室200)之间存在金属间隔件300，使得在ICP放电形成等离子体过程中该金属间隔件300形成溅射，导致溅射的物质存在杂质，影响成膜质量。
鉴于上述技术的不足，本发明有必要提供一种等离子体源机构及薄膜形成装置，以能够扩大ICP放电范围。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种等离子体源机构，其能够适用于具有真空槽的薄膜形成装置；所述等离子体源机构包括：
安装于所述真空槽外的壳体；
位于所述壳体内的天线组件，其经由电介质部配置在所述真空槽外；所述天线组件包括多个天线部；各个所述天线部具有单独的被施加高频电力的连接部；任一所述天线部所在区域与其他所述天线部所在区域无重叠区域。
作为一种优选的实施方式，所述壳体为一体成型的石英玻璃壳体。
作为一种优选的实施方式，相邻两个天线部之间存在间隙。
作为一种优选的实施方式，所述天线部具有并联的两个涡状线圈；所述天线部的长度方向为两个所述涡状线圈的排列方向。
作为一种优选的实施方式，多个所述天线部沿所述天线部的长度方向排布。
作为一种优选的实施方式，所述间隙的宽度为所述两个涡状线圈间隔距离的0.5至1.0倍。
作为一种优选的实施方式，每个所述天线部通过所述连接部各连接一高频电源。
一种薄膜形成装置，其特征在于，包括：
真空槽；
设置于所述真空槽内的成膜区域；所述成膜区域用于通过溅射在成膜对象上形成膜；
设置于所述真空槽内的等离子体处理区域；所述等离子体处理区域通过如上任一实施方式所述等离子体源机构对所述成膜对象上的膜进行等离子处理；以及
设置于所述真空槽内的旋转支撑机构；所述旋转支撑机构能够在支撑所述成膜对象的状态下进行旋转，并且伴随着该旋转，所述成膜对象通过所述成膜区域和所述等离子体处理区域以形成所需薄膜。
作为一种优选的实施方式，所述旋转支撑机构围绕一转动轴线转动；
所述等离子体源机构中的多个所述天线部的排布方向与所述转动轴线平行。
有益效果：
借由以上技术方案看出，本发明的等离子体源机构通过将多个天线部设置于同一壳体内，相应的，两个天线部之间不会存在金属间隔物，从而，本实施方式的等离子体源机构不仅能够扩大ICP放电范围，提升成膜范围，改善生产效率，而且在ICP放电形成等离子体过程中不会形成溅射杂物，保证成膜的质量。
参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
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，下面将对实施例或现有技术描述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是现有的等离子体源机构结构示意图；
图2是本发明一种实施方式所提供的等离子体源机构结构示意图；
图3是采用图2所示等离子体源机构的薄膜形成装置示意图；
图4是采用图3的薄膜形成装置进行成膜试验时的成膜范围示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图2、图3，为本发明一种实施方式提供的一种等离子体源机构10，其能够适用于具有真空槽30的薄膜形成装置；所述等离子体源机构10包括：安装于所述真空槽30外的壳体1；位于所述壳体1内的天线组件，其经由电介质部5配置在所述真空槽30外；所述天线组件包括多个天线部2；各个所述天线部2具有单独的被施加高频电力的连接部3；任一所述天线部2所在区域与其他所述天线部2所在区域无重叠区域。
请继续参阅图2、图3，本发明另一种实施方式还提供一种薄膜形成装置，包括：真空槽30；设置于所述真空槽30内的成膜区域(未示出)；所述成膜区域用于通过溅射在成膜对象40上形成膜；设置于所述真空槽30内的等离子体处理区域；所述等离子体处理区域通过如上述实施方式所述的等离子体源机构10对所述成膜对象40上的膜进行等离子处理；以及设置于所述真空槽30内的旋转支撑机构；所述旋转支撑机构(未示出)能够在支撑所述成膜对象40的状态下进行旋转，并且伴随着该旋转，所述成膜对象40通过所述成膜区域和所述等离子体处理区域以形成所需薄膜。
在一实施方式中，薄膜形成装置具有真空容器20，该真空容器20为有腔容器，该腔室即为真空槽30，真空槽30可以连接于未显示的真空排气***，从而在壳体1内形成真空成膜环境。而且，在真空槽30的内部，由等离子体源机构10进行等离子处理的处理对象物例如配置在基板50(或基板50)上。
在本实施方式中，等离子体源机构10具有壳体1、电介质部5、以及天线组件。壳体1可以以从外部堵住真空容器20的壁上形成的开口的方式被固定在壳体1上，具体的，所述壳体1可以为一体成型的石英玻璃壳体1。电介质部5可以固定于壳体1的前表面(该前后方向为以靠近真空槽30为前，远离真空槽30为后)上，由此，在被壳体1以及电介质部5包围的区域形成容纳天线组件的天线收纳室4。具体的，电介质部5例如可以由规定厚度的板状石英形成，并可以固定于壳体1面对真空槽30的表面上，在一实施例中，该电介质部5为长方形板。
在本实施方式中，天线组件位于壳体1内，具体的，容纳于天线收纳室4。天线收纳室4从真空容器20的内部(真空槽30)分离。即，天线收纳室4和真空槽30以被电介质部5隔开的状态形成独立的空间。另外，天线收纳室4和真空容器20的外部以被壳体1隔开的状态形成独立的空间。天线收纳室4可以经由管线与真空泵连通，通过该真空泵抽真空，对天线收纳室4的内部进行排气从而能够使天线收纳室4成为真空状态，使天线组件处于真空环境下。
在本实施方式中，天线组件具有多个(两个或更多)天线部2。其中，各个所述天线部2具有单独的被施加高频电力的连接部3。各个天线部2通过连接部3可以接收来自交流电源7的电力供给，使真空槽30内产生感应电场，从而产生等离子体。在一实施例中，各个天线部2可以经由收纳匹配电路的匹配器6与交流电源7连接。在匹配器6内可以设有可变电容器，该可变电容器能够变更从交流电源7向天线部2供给的功率。
可以看出，本实施方式中多个天线部2位于同一壳体1内，相应的，两个天线部2之间不会存在金属间隔物，从而，本实施方式的等离子体源机构10在ICP放电形成等离子体过程中不会形成溅射杂物，保证成膜的质量。
各个天线部2之间相互独立，在接通电源7供电的情况下各个天线部2可以进行ICP放电产生等离子体，单个天线部2在其他天线部2不存在或不通电的情况下不影响自身产生感应电场。为方便连接电源7，各个天线部2具有连接部3，每个所述天线部2通过所述连接部3可以各连接一高频电源7。在一实施例中，本实施方式中的各个天线部2可以与图1中的单个天线100尺寸可以相同，所连接的电源7也可以与现有的电源7相同，从而可以沿用现有的RF(射频)匹配关系，不会出现无法RF匹配的情况。
而且，为获得较佳的ICP放电范围，任一所述天线部2所在区域与其他所述天线部2所在区域无重叠区域。如图1所示，在纸面上两个天线部2所覆盖或占有的面积相互独立，并无重合。当然也可以理解为，任一所述天线部2的ICP放电区域与其他所述天线部2的ICP放电区域不重合。也即，各个天线部2沿上述前后方向在与该投影方向垂直的平面上的投影面积不重合。
在壳体1内，各个天线部2之间的位置关系只需无重叠区域即可，例如，多个天线部2可以上下(以铅锤方向为基准)排布，或者左右对齐排布(高度一致)，或者左右错开排布(高度不一致)，或者部分数量上下排布部分数量左右排布等等。
承接上文举例，在多个天线部2上下排布时，该多个天线部2可以对应较大的竖向成膜高度，在成膜对象40沿一竖直轴转动时，该种情况下多个天线部2可以进行大面积成膜。另外，在多个天线部2左右排布(或沿成膜对象40转动方向排布)时，在成膜对象40转动一周过程中多个天线部2可以对同一部位多次放电，从而可以改善成膜效率，有利于快速成膜。
在一实施方式中，所述旋转支撑机构可以围绕一转动轴线转动；所述等离子体源机构10中的多个所述天线部2的排布方向与所述转动轴线平行。优选的，该转动轴线与重力方向平行，使得多个天线部2可以上下排布，进而能够具有较大的成膜面积。
在一实施方式中，所述天线部2具有并联的两个涡状线圈2a、2b。所述天线部2的长度方向为两个所述涡状线圈2a、2b的排列方向。如图1所示，两个涡状线圈2a、2b沿上下(在读者面对图1时，当然，实际使用中两个涡状线圈2a、2b也可以沿重力方向上下排布)排布，从而，单个天线部2可以形成较大的成膜面积。
其中，两个涡状线圈2a、2b中，一方端子侧分别接地，两个涡状线圈2a、2b的另一方端子侧可以连接上述匹配器6而分别相对于高频电源7作并联连接，从而被分别施加高频电力。
当然，两个涡状线圈2a、2b并不局限于上下排布，也可以左右排布，斜向排布等等，天线部2的长度方向可以为在人们可视情况下直观反映出的长度方向。另外，天线部2并不局限于两个涡状线圈2a、2b按照某一方向排列形成，也可以为两个涡状线圈重合形成，比如一大涡状线圈，其内部大致同心设有一小涡状线圈等等。
为获得较大的成膜面积，多个所述天线部2沿所述天线部2的长度方向排布。如此设置可以使成膜有效范围变宽，因此大型基板以及成膜对象的搭载量、成膜量能够增加，从而提升生产率；同时，成膜有效范围的扩大，也有利于形成大面积的单个薄膜。
在本实施方式中，如图2所示，为防止相邻两个天线部2被施加高频电力时相互干扰，相邻两个天线部2之间存在间隙L。在读者面对图1时，两个天线部2上下排布，上下两个天线部2之间间隔一定的距离形成间隙L。优选的，所述间隙L的(沿天线部长度方向)宽度为所述两个涡状线圈2a、2b(沿天线部长度方向)间隔距离D的0.5至1.0倍。
以图3所示实施方式提供的薄膜形成装置可以进行400mm至800mm成膜范围的成膜。在一成膜试验下，利用图3所示薄膜形成装置进行800mm成膜范围的二氧化硅成膜，5个被成膜物(①至⑤)按照图4所示竖直排列，在成膜结束后测量二氧化硅薄膜的折射率以及衰减系数，结果如下表所示：
表1. SiO2的折射率和减数系数数据
位置 折射率 衰减系数
1 1.480 1.60E-04
2 1.481 1.10E-04
3 1.476 1.70E-04
4 1.480 1.20E-04
5 1.478 1.50E-04
从上表数据可以看出，利用本实施方式的薄膜形成装置进行大成膜范围下的成膜，所形成薄膜的折射率和衰减系数的结果没有问题，这说明利用带有上述等离子体源机构的薄膜形成装置可以有效地进行大面积成膜，使得成膜有效范围变宽，因此，使得大型基板及搭载量能够增加，提升形成薄膜的生产率。
本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。
除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。
披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。
多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (9)

1.一种等离子体源机构，其能够适用于具有真空槽的薄膜形成装置；其特征在于，所述等离子体源机构包括：
安装于所述真空槽外的壳体；
位于所述壳体内的天线组件，其经由电介质部配置在所述真空槽外；所述天线组件包括多个天线部；各个所述天线部具有单独的被施加高频电力的连接部；任一所述天线部所在区域与其他所述天线部所在区域无重叠区域。
2.如权利要求1所述的等离子体源机构，其特征在于：所述壳体为一体成型的石英玻璃壳体。
3.如权利要求1或2所述的等离子体源机构，其特征在于：相邻两个天线部之间存在间隙。
4.如权利要求3所述的等离子体源机构，其特征在于：所述天线部具有并联的两个涡状线圈；所述天线部的长度方向为两个所述涡状线圈的排列方向。
5.如权利要求4所述的等离子体源机构，其特征在于：多个所述天线部沿所述天线部的长度方向排布。
6.如权利要求5所述的等离子体源机构，其特征在于：所述间隙的宽度为所述两个涡状线圈间隔距离的0.5至1.0倍。
7.如权利要求1所述的等离子体源机构，其特征在于：每个所述天线部通过所述连接部各连接一高频电源。
8.一种薄膜形成装置，其特征在于，包括：
真空槽；
设置于所述真空槽内的成膜区域；所述成膜区域用于通过溅射在成膜对象上形成膜；
设置于所述真空槽内的等离子体处理区域；所述等离子体处理区域通过如权利要求1至7任一所述等离子体源机构对所述成膜对象上的膜进行等离子处理；以及
设置于所述真空槽内的旋转支撑机构；所述旋转支撑机构能够在支撑所述成膜对象的状态下进行旋转，并且伴随着该旋转，所述成膜对象通过所述成膜区域和所述等离子体处理区域以形成所需薄膜。
9.如权利要求8所述的薄膜形成装置，其特征在于：所述旋转支撑机构围绕一转动轴线转动；
所述等离子体源机构中的多个所述天线部的排布方向与所述转动轴线平行。
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