【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于从工艺气体产生等离子体的装置，以及产生等离子体束的方法。
技术介绍
1、等离子体源可用于大面积涂层应用，包括等离子体蚀刻、溅射和反应性涂层工艺。
2、用于此类应用的已知等离子体源包括电容耦合等离子体(ccp)、电感耦合等离子体(icp)和电子回旋共振(ecr)，所有这些都使用由等离子体源形成的高能电子以使得工艺气体离子化。其他已知的等离子体源包括端部霍尔(end-hall)离子源和线性离子束源。
3、有许多与这些已知等离子体源相关的问题。ccp等离子体源无法产生足够高密度的等离子体，导致低于许多应用所需的沉积质量。icp等离子体源经常受到其他气体的高度污染，因此产生对等离子体的损坏。微波等离子体源，例如ecr，很难延伸到大面积涂层应用。
4、灯丝电弧源，例如端部霍尔离子源和线性离子束源，通常寿命很短，因为其所需的高温会对灯丝本身以及基材造成损坏。
5、此外，许多已知的等离子体源不能涂覆大面积的基材。已经提出了几种解决方案以解决这个问题，例如使用2d轴板来移动基材穿过涂覆束，以及使用点束阵列，使得整个表面可以被涂覆，尽管每个束只到达很小的区域。使用2d轴板的缺点是这些是昂贵的，因此显著增加了涂覆方法的成本。使用点束阵列的缺点是涂层通常不能均匀地覆盖在基材的整个表面上。
6、因此，需要能够有效产生高密度等离子体的具有成本效益的等离子体源，其能大面积扫描，有效覆盖基材。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一
2、a)电源，
3、b)空心阴极电弧管，其包括：
4、i)惰性气体入口，
5、ii)阴极管，其连接到电源并且被设置为当电源接通时为负偏压，
6、iii)阳极管，其连接到电源并且被设置为当电源接通时为正偏压，
7、iv)电子束出口，
8、c)电离室，其包括：
9、i)电子束入口，
10、ii)工艺气体入口，
11、iii)室内空间，在其中工艺气体可发生电离以形成等离子体，
12、iv)等离子体出口，
13、d)第一磁场源，其用于将等离子体限制在电离室内，
14、e)第二磁场源，其用于引导和扫描等离子体离开等离子体出口。
15、已经发现，本专利技术的装置能够有效地产生低污染的高密度等离子体。所产生的等离子体可有效地用于涂覆大面积基材。
16、由本专利技术的装置产生的等离子体也被称为工艺气体等离子体。
17、本专利技术的装置包括空心阴极电弧管，所述空心阴极电弧管产生可在装置下游使用的电子束。空心阴极电弧管包括：(i)惰性气体入口，(ii)连接到电源并且被设置为当电源接通时为负偏压的阴极管，(iii)连接到电源并且被设置为当电源接通时为正偏压的阳极管，以及(iv)电子束出口。
18、惰性气体入口是阴极管和/或阳极管中的孔，惰性气体通过该孔可进入空心阴极电弧管。惰性气体入口可进一步包括管，所述管使得惰性气体能够容易地被注入(例如从围绕装置的任何外壳的外部)。惰性气体入口可包括由绝缘连接器(例如陶瓷连接器)分开的管。例如，该管可包括通过绝缘连接器连接的两部分，以防止惰性气体入口管的上游端被充电(通过空心阴极电弧管)。惰性气体入口管的内径可为2mm至6mm，优选地为3mm至5mm。
19、阴极管被布置为使得当电源接通时其为负偏压，因此，当电源接通时它充当阴极。因此，阴极管可连接到电源的负极端。
20、阴极管可以是具有上游和下游开孔的任何形状，例如，阴极管的形状可近似为圆柱形，即具有连续的侧壁(具有圆形横截面)和两个圆形端壁，每个端壁中具有开孔。可选地，阴极管的形状可以是管状的，即具有连续的侧壁(具有圆形横截面)，其中管的开口端用作孔。在更进一步的实施方案中，阴极管可以是部分圆柱形和部分管状的，即具有连续的侧壁(具有圆形横截面)，其中一端(优选上游端)开口并用作孔，且另一端(优选下游端)具有圆形端壁，该圆形端壁中具有孔。通常，阴极管的内径通常大于1.5mm，例如大于2mm，并且也可以是5mm或更小，例如4mm或更小。阴极管的外径可以为5mm至8mm。
21、阴极管通常由导电材料例如金属制成。在一个实施方案中，阴极管可以由热电子发射材料形成(如下面进一步详细讨论的)。例如，阴极管可由钽形成。因此，阴极管可以包含90％或更多(按重量计)，例如95％或更多、或98％或更多的热电子发射材料(例如钽)。
22、阳极管被布置为使得当电源接通时其为正偏压，并因此当电源接通时充当阳极。因此，阳极管可以连接到电源的正极端。阳极管优选地至少部分地围绕(例如，完全围绕)阴极管，例如管可以近似同心。
23、因此，阳极管可以是具有上游和下游孔并允许其至少部分地围绕阴极管的任何形状，例如，如参考上文阴极管所述，阳极管的形状可以是圆柱形、管状或部分圆柱形和部分管状。通常，阳极管的内径为25mm或更大，例如30mm或更大，并且可为50mm或更小，例如40mm或更小。
24、阳极管通常由导电材料例如金属制成。作为金属的替代方案，阳极可由石墨形成，石墨也是导电的。
25、电子束出口是孔，电子束可通过该孔离开空心阴极电弧管。典型地，电子束出口可以是穿过阴极管的第一个孔和阳极管的第二个孔的通道。电子束出口通道的直径可为10mm或更大，例如15mm或更大，并且可为30mm或更小，例如25mm或更小。
26、在使用中，当电源接通时，在阴极管和阳极管之间施加电压，使得阴极管为负偏压并充当阴极，阳极管为正偏压并充当阳极。然后惰性气体可经由惰性气体入口注入到空心阴极电弧管中。通过阴极管的惰性气体引发辉光放电，其最终演变为电弧放电并形成惰性气体等离子体。惰性气体等离子体中的电子被加速朝向阳极，形成电子束，该电子束通过电子束出口离开空心阴极电弧管。
27、空心阴极电弧管可额外包括：(i)热电子发射体(例如阴极管可包括热电子发射体)、(ii)线圈加热器和/或(iii)绝缘体中的一个或多个。空心阴极电弧管的一个或多个部分也可耦合到冷却系统。
28、热电子发射体是一种当加热时发射电子的材料。热电子发射体的存在可增加在空心阴极管中产生电子的密度。热电子发射体可定位在阴极管内部，并可连接到阴极管，使得当电源接通时，热电子发射极也为负偏压。在替代和优选的实施方案中，阴极管本身可包括热电子发射体或由热电子发射体形成，例如阴极管的材料可以是热电子发射体(例如钽、钨或石墨)。
29、作为热电子发射材料的实例包括钨、石墨、钍钨、钽、氧化钡、氧化锶、氧化钙、稀土金属氧化物(例如氧化镧、氧化钕、氧化钆、氧化铈、氧化镝、氧化铟、氧化钐)、稀土金属六硼化物(例如六硼化镧、六硼化铈)。在优选的实施方案中，热电子发射体选自钽、钨和石墨。
30、空心阴极电弧管可本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于从工艺气体产生等离子体的装置，所述装置包括：
2.根据权利要求1所述的用于从工艺气体产生等离子体的装置，其进一步包括围绕所述空心阴极电弧管的磁场源。
3.根据权利要求2所述用于从工艺气体产生等离子体的装置，其中围绕所述空心阴极电弧管的磁场源为螺线管线圈。
4.根据权利要求1所述的用于从工艺气体产生等离子体的装置，其进一步包括用于聚焦电子束的静电透镜。
5.根据权利要求4所述的用于从工艺气体产生等离子体的装置，其中所述静电透镜包括交替的电绝缘材料盘和导电材料盘。
6.根据权利要求1所述的用于从工艺气体产生等离子体的装置，其中所述用于将等离子体限制在电离室内的第一磁场源包括4个或更多个交替极性的磁场源。
7.根据权利要求1所述的用于从工艺气体产生等离子体的装置，其中，所述用于引导和扫描等离子体离开等离子体出口的第二磁场源具有可调节磁场。
8.根据权利要求1所述的用于从工艺气体产生等离子体的装置，其中所述用于引导和扫描等离子体离开等离子体出口的第二磁场源包括两个电磁体。
9.根据
10.一种产生等离子体束的方法，其特征在于，包括：
11.根据权利要求10所述的产生等离子体束的方法，其中所述方法还包括使用磁场来增强惰性气体等离子体密度。
12.根据权利要求11所述的产生等离子体束的方法，其中使用由螺线管产生的磁场来增强惰性气体等离子体密度。
13.根据权利要求10所述的产生等离子体束的方法，其中所述方法还包括使用多尖点磁场来增强工艺气体等离子体密度。
14.根据权利要求10所述的产生等离子体束的方法，其中在所述步骤ii)中，通过静电透镜对电子束进行额外准直。
15.根据权利要求10所述的产生等离子体束的方法，其中所述惰性气体为氩气。
16.根据权利要求10所述的产生等离子体束的方法，其中所述工艺气体选自氮气、氧气和烃气体。
17.根据权利要求10-16中任一项所述的产生等离子体束的方法，其使用根据权利要求1-9中任一项所述的用于从工艺气体产生等离子体的装置。
...【技术特征摘要】
1.一种用于从工艺气体产生等离子体的装置，所述装置包括：
2.根据权利要求1所述的用于从工艺气体产生等离子体的装置，其进一步包括围绕所述空心阴极电弧管的磁场源。
3.根据权利要求2所述用于从工艺气体产生等离子体的装置，其中围绕所述空心阴极电弧管的磁场源为螺线管线圈。
4.根据权利要求1所述的用于从工艺气体产生等离子体的装置，其进一步包括用于聚焦电子束的静电透镜。
5.根据权利要求4所述的用于从工艺气体产生等离子体的装置，其中所述静电透镜包括交替的电绝缘材料盘和导电材料盘。
6.根据权利要求1所述的用于从工艺气体产生等离子体的装置，其中所述用于将等离子体限制在电离室内的第一磁场源包括4个或更多个交替极性的磁场源。
7.根据权利要求1所述的用于从工艺气体产生等离子体的装置，其中，所述用于引导和扫描等离子体离开等离子体出口的第二磁场源具有可调节磁场。
8.根据权利要求1所述的用于从工艺气体产生等离子体的装置，其中所述用于引导和扫描等离子体离开等离子体出口的第二磁场源包括两个电磁体。
9.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵盛福，史旭，张广义，
申请(专利权)人：纳峰真空镀膜上海有限公司，
类型：发明
国别省市：
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