空心阴极等离子体源制造技术

本发明专利技术涉及空心阴极等离子体源和用于使用这样的等离子体源进行表面处理或涂覆的方法，空心阴极等离子体源包括第一和第二电极(1、2)，每个电极包括细长腔(4)，其中选择下面的参数中的至少一个的尺度，以便确保高电子密度和/或等离子体源腔表面的低溅射量，那些参数是腔横截面形状、腔横截面面积、腔距离(11)和出口喷嘴宽度(12)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】空心阴极等离子体源相关申请的交叉引用本申请涉及标题为“PlasmaSourceUtilizingaMacro-ParticleReductionCoatingandMethodofUsingaPlasmaSourceUtilizingaMacro-ParticleReductionCoatingforDepositionofThinFilmCoatingsandModificationofSurfaces”的PCT国际申请，序列号为____(还没有被分配)(代理人标签No.0124-374.PCT)，该PCT国际申请与本申请同时提交并且通过引用的方式被并入本文中。
技术介绍
本专利技术涉及用于大衬底的表面处理和/或涂覆的等离子体源。更特别地，本专利技术涉及用于等离子体增强化学气相沉积和用于等离子体表面处理的线性等离子体源，特别是基于空心阴极型放电的等离子体源。在现有技术中公开了用于薄膜的沉积和表面的化学改性的各种等离子体源。当要处理大衬底时，这些等离子体源一般是线性离子源，如在U.S.7411352中由Madocks公开的线性离子源。这个等离子体源基于磁控管放电并产生线性离子束，或通过组合几个源，产生指向衬底表面的多个平行离子束。Madocks公开了为了涂覆目的，可以在等离子体源外部提供涂层前体。等离子体本质上只沿着一个维度、即等离子体源的长度延伸。离子束的宽度由在处理室内部的压力限制，这限制平均自由路径长度。当衬底在这个等离子体源下面被传送时，接触时间因此相对短。因此当例如使用等离子体对衬底的处理持续时间需要增加时，等离子体源的数量必须加倍。此外，在等离子体源旁边注入的涂层前体限制了与等离子体束交互作用的机会。这导致相对低的沉积产量并增大了还不能够与衬底表面起反应的前体弄脏涂布器的风险。Madocks还公开了电极材料的溅射发生以及所溅射的材料重新沉积并因此保持在源内。然而电极材料的溅射导致电极的寿命减小。所溅射的材料的重新沉积也可以导致等离子体源的喷嘴的阻塞，使均匀的衬底处理或涂覆变得不可能。此外，所溅射的电极材料可以凝结和/或进一步起反应，导致阻塞源的喷嘴或落在衬底上的碎片的形成，从而产生缺陷。这些喷嘴由等离子体源的电极之一构成。电极因此暴露于真空室中的涂覆处理气氛，并因此易于被所注入的涂层前体弄脏。此外，由Madocks公开的基于磁控管放电的源需要磁铁。磁铁对高温敏感，这些源因此不能在高温下运行，并且需要被主动或被动装置冷却。这些磁铁的存在以及分流器的必要存在导致复杂且因而昂贵的组件。与基于空心阴极放电的等离子体源比较，这个源还产生相对低密度的自由电子。为了涂覆目的，等离子体的电子用来使涂层前体离子化。因此，当使用例如由Madocks公开的基于磁控管等离子体的源时，涂覆效率低。Jungle在EP0727508A1中公开了基于两个平行电极的空心阴极线性等离子体源。等离子体本质上只沿着一个维度、即等离子体源的长度延伸，形成窄等离子体束。Jungle公开了为了避免电极材料的溅射，惰性气体的流必须平行于电极被注入。然而，平行于电极的惰性气体的注入导致反应离子的产量的减小并且因而导致减小的处理效率或涂层产量。这些种类的高沉积速率源的主要问题之一是下列事实：等离子体源的壁通过过早与流经等离子体的前体起反应而变得被快速弄脏。由于这个问题，这个过程在工业中的使用是相当有限的，并且需要频繁的清洁循环，这限制了生产线的吞吐量。这些高沉积速率源的另一缺点是，在前体离开等离子体源之后难以将前体限制到衬底表面。作为结果，前体的相当大一部分不能用于在衬底上形成涂层。这导致减小的涂层产量以及由于围绕等离子体源的表面上的前体的变换而弄脏涂布器。因此，在大面积表面处理和大面积涂层领域依然存在对简单的等离子体源的需要，该简单的等离子体源能够提供能够以高效率以及低弄脏量和缺陷量处理和/或涂覆大衬底的相当大长度的均匀等离子体。
技术实现思路
在本专利技术的方面中，提供了对在大衬底上沉积薄膜和对大衬底的表面的等离子体处理有用的线性等离子体源。等离子体处理意欲涵盖例如表面活化、表面清洁以及表面蚀刻。在本专利技术的方面中，提供了具有非常宽的线性等离子体的基于空心阴极的等离子体源。在本专利技术的方面中，提供了能够形成均匀的宽线性等离子体的等离子体源。在本专利技术的方面中，提供了具有低速率的电极腔表面溅射的等离子体源。在本专利技术的方面中，提供了具有高密度的自由电子的等离子体源。在本专利技术的方面中，提供了使用均匀的宽线性等离子体来形成大面积涂层的方法。附图说明将参考附图的图在本专利技术的特定实施例的详细描述中阐明本专利技术的这些方面以及其它方面，在附图中：图1示出根据本专利技术的等离子体源的截面图。图2示出根据本专利技术的另一等离子体源的截面图。图3示出根据本专利技术的另一等离子体源的截面图。图4示出用于衬底的表面处理或涂覆的根据本专利技术的等离子体源的截面图。图5示出根据本专利技术的等离子体源的可能变型的截面图。具体实施方式图1示出根据本专利技术的空心阴极等离子体源的横截面图，该等离子体源包括分别具有第一电子发射表面和第二电子发射表面的第一电极1和第二电极2，第一电子发射表面和第二电子发射表面是腔3的壁并被设置成彼此接近。第一和第二电极均实质上围住细长的包含气体的体积4，即空心阴极腔。测量从一个腔中心14a到另一腔中心14b的在空心阴极腔11之间的距离。电极实质上平行于彼此延伸。阴极可以定向成垂直于待处理的衬底的移动方向或与这个方向成一角度。第一和第二电极本质上由绝缘材料5围绕。第一和第二电极都设置有等离子体形成气体6的气体入口并设置有离子化等离子体气体7的气体出口。在出口处，通过出口喷嘴13朝着其中放置等离子体源的真空室并朝着真空室内的衬底引导气体。气体出口喷嘴具有某个宽度12。第一和第二电极电连接到供应在正和负之间交变的电压的AC电源(未描绘)。在支撑等离子体源的真空室结构8和电极之间存在暗空间或实心电绝缘体9。涂层前体注入喷嘴10也可以与等离子体源组合以执行等离子体增强的化学气相沉积。喷嘴10朝着由真空室中的等离子体源产生的等离子体引导包括气体的涂层前体。没有示出结构元件以及冷却元件和电连接。空心阴极等离子体源被理解为意指一般被描述为在具有180°相移的正(阳极)和负电位(阴极)之间交变的两个腔的等离子体形成设备。在阴极腔中，电子在腔的负电场之间振荡并由此被约束。等离子体被理解为意指包括自由电子和正离子的导电气态介质。反应气体被理解为意指氧和/或氮。在可能不能仅从前体气体以化学方法得到的表面化合物上沉积常常是合乎需要的。例如氧或氮的反应气体常常被添加到化学气相沉积(CVD)工艺以形成氧化物或氮化物。其它反应气体可以包括氟、氯、其它卤素或氢。反应气体可以通过下面的事实与前体气体区分开：即使在被通电或被化学分解时，也不形成可凝结的分子实体。通常，反应气体或反应气体片段不能自己生长固体沉积，但它们可以起反应并变得以化学方法合并到从前体气体得到的固体沉积或其它固体沉积源中。优选的反应物是O2、N2、NH3、CH4、N2O、H2。前体被理解为意指根据蒸气压力选择的采用包含待凝结成固体涂层的一种或多种化学元素的分子形式的气体或液体。要从前体凝结的元素可以包括金属、过渡金属、硼、碳、硅锗和/或硒。通常，前体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空心阴极等离子体源，包括第一电极(1)和第二电极(2)，每个电极包括细长腔(4)，其中，所述阴极实质上平行于彼此延伸，其中，所述第一电极和所述第二电极(1、2)都设置有用于所述等离子体形成气体(6)的气体入口并设置有通向出口喷嘴(13)的气体出口(7)，所述出口喷嘴(13)指向衬底，其中，所述第一电极和所述第二电极电连接到为所述电极供应交替反向的电压的电源，其中，选择下列参数的尺度中的至少一个：i.所述腔的横截面是矩形、圆角矩形或圆形形状或是这些形状的中间形状，ii.所述腔的横截面面积包括在500mm

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种空心阴极等离子体源，包括第一电极(1)和第二电极(2)，每个电极包括细长腔(4)，其中，所述阴极实质上平行于彼此延伸，其中，所述第一电极和所述第二电极(1、2)都设置有用于所述等离子体形成气体(6)的气体入口并设置有通向出口喷嘴(13)的气体出口(7)，所述出口喷嘴(13)指向衬底，其中，所述第一电极和所述第二电极电连接到为所述电极供应交替反向的电压的电源，其中，选择下列参数的尺度中的至少一个：i.所述腔的横截面是矩形、圆角矩形或圆形形状或是这些形状的中间形状，ii.所述腔的横截面面积包括在500mm2和4000mm2之间，iii.所述腔的距离(11)包括在85mm和160mm之间，iv.所述出口喷嘴的宽度(12)包括在1mm和25mm之间。2.如权利要求1所述的空心阴极等离子体源，其中，选择所述参数的尺度i到iv中的至少两个。3.如权利要求1所述的空心阴极等离子体源，其中，选择所述参数的尺度i到iv中的全部。4.如权利要求1所述的空心阴极等离子体源，其中，所述腔的横截面形状是圆形。5.如权利要求1所述的空心阴极等离子体源，其中，所述腔的横截面面积包括在500mm2和1000mm2之间。6.如权利要求1所述的空心阴...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·比凯，P·马诗威茨，J·钱伯斯，H·维亚姆，
申请(专利权)人：AGC玻璃欧洲公司，北美AGC平板玻璃公司，旭硝子株式会社，
类型：发明
国别省市：比利时,BE