高频等离子体射束源及喷射表面的方法技术

本发明专利技术涉及高频等离子体射束源（１），带有：等离子体室（３）；电气装置（８、９），将电压施加在该高频等离子体射束源（１）上，以激发和维持该等离子体；从等离子体空间（３）引出等离子体射束（Ｉ）的装置（４）；以及用引出网格（４）与真空室（７）分隔的出口。等离子体射束（Ｉ）从高频等离子体射束源（１）产生，基本上呈发散的喷射特性。本发明专利技术还涉及用高频等离子体射束源的等离子体射束（Ｉ）喷射一个表面的方法，其中所述等离子体射束（Ｉ）是发散的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及高频等离子体射束源以及按照独立权项的上位概念用等离子体射束方式喷射表面的方法。在基片的真空镀膜方法中经常采用所谓高频等离子体射束源。等离子体作为带电微粒含有接近中性的原子和/或分子、电子和正离子。该带电微粒通过电场和/或磁场被有目标地加速，并例如，剥蚀一个表面或给新形成的层带来反应性成分，例如氧等等。公知的还有离子支持方法，其中来自材料源(一般是蒸发源的材料)被蒸发并淀积在基片上。在基片上生长的材料与来自等离子体的反应性成分，例如氧被吸入，于是形成氧化物层。这样的方法一般是例如在制造光学用途的光透明层时使用。这里，等离子体射束的均匀程度对镀层有重大的意义，因为这样的镀层的光学特性一般随着氧含量发生重大变化。在微电子技术中或光学应用中，制造薄镀层时力求制备尽可能均匀的镀层厚度和镀层性能，诸如淀积镀层的折射率。但在工业应用中要对大面积和/或同时对许多基片进行镀层，这使镀层厚度均匀性的问题显得突出。特别是在光学镀层的情况下，在一个表面或镀料基片上最多百分之几的层厚波动被看作是允许的。从欧洲专利EP 349 556 B1已知一种高频等离子体射束源，用来以高度平行的原子或分子喷射形成镀层尽可能大面积均匀地轰击表面。此外，为了不干扰等离子体，高频等离子体射束源的开孔设置呈现小网孔宽度的引出网格。该引出网格作为高频传输电极做成适当形状的金属丝网的形式或平行走向的金属丝形式。在等离子体和引出网格之间产生一个离子加速电位差，它使中性等离子体射束成为可能，在与喷射方向垂直的方向上是完全均匀的，而且丝毫不呈现调制结构。为了使引出网格面总是保持完全平整，并避免引出网格的变形对等离子体射束不利的影响，已知的高频等离子体射束源的引出网格的网格格保持设有调整张紧装置。为了使大面积喷射成为可能，一般增大高频等离子体射束源的宽度。然而这使成本上升，而且很快碰到结构极限。在蒸发过程中，均匀地对大量基片进行镀层，其中基片安排在球形罩上。这里均匀地蒸镀特别大的面积。当在基片上使用已知的高频等离子体射束源来大面积淀积镀层，而且基片安排在这样一个球形罩上或者安排在其他曲面上时，还发现即使增大高频等离子体射束源的宽度，也必须忍受淀积的镀层厚度和镀层性能的均匀性的损失。结果是，无法同时达到大面积喷射和希望的质量要求。本专利技术的任务是创造一种高频等离子体射束源、一种带有这种类型的高频等离子体射束源的真空室，以及一种使大面积和高质量的表面喷镀成为可能的等离子体射束束的表面喷镀方法。本专利技术的这个任务用独立权项的特征加以解决。按照本专利技术的一个优选优选形态，与先有技术形成对比，产生一个发散的中性的等离子体射束束。本专利技术的优点是，通过按照本专利技术的高频等离子体射束源的实施例，即使对安排在球形罩上的基片，也能淀积均匀的大面积的镀层或者对较大的面积进行清洁。本专利技术的另一形态是高频等离子体射束源，特别是带有较高的平行度的离子体喷射，为了改善对安排在球形罩上的基片的喷镀，设置至少一个位于等离子体室之外的遮挡板，以避免在球形罩或基片上等离子体射束密度的不均匀范围。为此，同样可以用遮挡板在部分区域覆盖等离子体室的出口。下面参照附图更详细地描述本专利技术，由此可以看出除权利要求书中概括的内容之外的本专利技术其他的特征、细节和优点。附图中附图说明图1是一个带有优选的高频等离子体射束源的镀膜室；图2是一个cosn喷射特性分布曲线；图3是图1的镀膜室中的几何比例，其中基片被安排在一个球形罩上；图4是球形罩上TiO2镀层折射率的分布；图5是高频等离子体射束源出口的大小和射束发散度对球形罩上等离子体射束密度分布的影响图6是先有技术的高频等离子体射束源；图7是空间电荷区的厚度与施加的引出电压的关系；图8是在引出电压固定的条件下空间电荷区厚度与电流密度的关系；图9是优选的引出网格布置；以及图10是另一优选的引出网格布置。图1示意地表示高频等离子体射束源1，以下称作Hf(高频)等离子体射束源，带有发散的中性等离子体射束I。高频等离子体射束源1做成罐状，设置在一个形成为镀膜室7的真空室的范围内，被外壳2包围。图中没有表示镀膜室7的细节，诸如一般的真空泵、气源、基片支架、分析仪等。高频等离子体射束源1设有等离子体室3，其中例如，通过高频辐射激发等离子体。为了激发和维持等离子体，设有电气装置8、9，即高频发送器8和电连接9。此外，至少可以设置一个磁铁5，一般用以将等离子体注入等离子体室3。为向高频等离子体射束源1供气，设置输入口6。为了从等离子体室3中的等离子体引出中性等离子体射束，在出口一个范围内设置一个引出网格4，最好具有较高的透射率。供透射用的、特别是引出网格4表面未覆盖的范围，表示源的大小。一般源的大小由出口的大小确定。从欧洲专利EP 349 556 B1已知一个这样的源，但是带有平的引出网格，并带有方向性强的等离子体射束。最好是按照ECWR原理工作的源，带有密度相对较高的等离子体。本专利技术的发散的等离子体射束I最好由等离子体和引出网格4之间目标明确的相互作用实现。引出网格4这样形成，使得等离子体射束I基本上呈现发散的喷射特性。在图9和10中，更详细地表示了相应的引出网格4的细节。发散的等离子体射束应该理解为这样的等离子体射束，即在至少一个与主喷射方向，亦即，等离子体射束密度最高的方向垂直的方向上，仍有显著的喷射。通常主喷射方向表示为源的法线。射束发散度可以近似地用余弦分布的n次幂描述。余弦分布的幂次n是射束发散度的一个量度。n越大，等离子体射束方向性越强；n越小，等离子体射束越发散。关于这样的分布函数更详细的讨论可在G.Deppisch所著的“理论和实践中的蒸镀层层厚均匀性”中找到(″Schichtdickengleichmaessigkeit von aufgedampften Schichten inTheorie und Praxis)″，Vakuum Technik 30.Jahrgang，Heft3，1981)。图2表示对应于不同的n值的等离子体射束的相对离子电流与相对于源法线的射出角度的cosn分布曲线的函数关系。这种分布涉及一个数学计算的量值，它给出离子束密度在多大程度上取决于该角度。在强发散的射束(n＝1)时，在相对于源法线例如40度的角度仍达到在源法线方向发射值的78％的值，与此相反在n＝8时，在该角度只发射13％。在n＝16或n＝36时，在40度处实际上没有等离子射束存在。图3表示作为镀膜室形成的真空室7的几何比例。在该镀膜室7中，多个基片10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6布置在基本上呈球形的球形罩11上。球形罩11形成球壳断面形式。基片10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6常常呈环形放置在球形罩11上，图上代表多个基片的每个附图标记指示球形罩上各自的环。垂直的虚线对应于源法线方向，或与此平行的方向。有基片10.1的最内的环对应于一个球形罩角度α例如9°，下一个有基片10.2的环对应于α＝14°的角度，有基片10.3的下一个环对应于α＝21°的角度，有基片10.4的下一个环对应于α＝27°的角度，下一个对应于α＝33°角度，而最外的环对应于α＝39°的角度。为了获得更好的镀层厚度均匀性，镀膜时球形罩11本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高频等离子体射束源，带有：等离子体用的等离子体室（３）；电气装置（８、９），用以激发和维持等离子体；处于高频电位的引出网格（４），用以从等离子体室（３）引出等离子体射束（Ｉ）；以及出口，尤其是对着真空室（７）的出口，其中所述引出网格（４）布置在该出口的范围内，其特征在于，所述等离子体射束（Ｉ）基本上为发散的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 2003-4-11 10317027.81.一种高频等离子体射束源，带有等离子体用的等离子体室(3)；电气装置(8、9)，用以激发和维持等离子体；处于高频电位的引出网格(4)，用以从等离子体室(3)引出等离子体射束(I)；以及出口，尤其是对着真空室(7)的出口，其中所述引出网格(4)布置在该出口的范围内，其特征在于，所述等离子体射束(I)基本上为发散的。2.按照权利要求1的高频等离子体射束源，其特征在于，所述等离子体射束(I)的发散性通过等离子体和引出网格(4)之间有目的的相互作用而实现。3.按照上述权利要求中至少一项的高频等离子体射束源，其特征在于，为了达到等离子体电流密度的高均匀性，在要喷射的弯曲的表面至少一部分区域，等离子体射束(I)适应该表面至少一部分区域的形状。4.按照上述权利要求中至少一项的高频等离子体射束源，其特征在于，从等离子体室(3)看，引出网格(4)做成凹形或凸形，其中尤其是引出网格面的至少一部分区域是一个圆柱形立体外壳面的片段。5.按照上述权利要求中至少一项的高频等离子体射束源，其特征在于，在引出网格(4)面的至少一部分区域上引出网格(4)不均匀地形成。6.按照上述权利要求中至少一项的高频等离子体射束源，其特征在于，设有至少一个位于等离子体室(3)外的遮挡板。7.按照上述权利要求中至少一项的高频等离子体射束源，其特征在于，在部分区域内出口用遮挡板覆盖。8.按照上述权利要求中至少一项的高频等离子体射束源，其特征在于，所述引出网格(4)呈现具有这样一种网孔宽度的网孔，它比引出网格(4)和等离子体室(3)中的等离子体之间的空间电荷区的厚度小。9.按照上述权利要求1至7中至少一项的高频等离子体射束源，其特征在于，引出网格(4)呈现具有这样一种网孔宽度的网孔，它至少与在引出网格(4)和等离子体室(3)中的等离子体之间的空间电荷区的厚度一样大。10.按照权利9要求的高频等离子体射束源，其特征在于，引出网格(4)呈现具有这样一种网孔宽度的网孔，它至多大到让等离子体仍基本上留在等离子体室(3)中。11.一种高频等离子体射束源，带有等离子体用的等离子体室(3)；电气装置(8、9)，用以激发和维持等离子体；处于高频电位的平面的引出网格(4)，用以从等离子体室(3)引出等离子体射束(I)；以及出口，尤其是对着真空室(7)的出口，其中所述引出网格(4)布置在该出口的范围内，其特征在于，所述等离子体射束呈现平行性，且设有至少一个位于等离子体室(3)外的遮挡板，用它对所述等离子体射束(I...

【专利技术属性】
技术研发人员：R贝克曼，
申请(专利权)人：莱博德光学有限责任公司，
类型：发明
国别省市：DE[]