專利名稱：用于基底預(yù)處理的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于基底預(yù)處理的裝置。根據(jù)此發(fā)明的預(yù)處理是這樣 一系列加工步驟，在這些加工步驟中基底利用由低壓電弧放電源的等 離子產(chǎn)生的載荷子來沖擊，以在基底上達(dá)到腐蝕或清潔效果，從而激 活基底的表面或為后續(xù)加工步驟預(yù)熱基底。然而，涂敷工藝不屬于根 據(jù)本發(fā)明的預(yù)處理。根據(jù)本發(fā)明的裝置尤其適用于預(yù)處理平坦基底， 例如纟反或帶，然而也可以用于預(yù)處理成型的基底，例如部件或工具。
背景技術(shù)：
已知，為預(yù)處理而將基底表面利用載荷子來沖擊，其中該載荷子
從等離子中萃耳又出。DE 3606959 Al例如揭露了這樣一種裝置，在該 裝置中中空陽極以及相對電極近乎完全包圍空腔，在該空腔中基底設(shè) 置成與相對電極接觸并且暴露于(aussetzen)高頻等離子之下。
該裝置尤其證明其適用于在其中通過空腔-陰極-電弧放電來產(chǎn)生 等離子。在此，此種放電類型的優(yōu)點(如較低的燃燒電壓以及較高的 可萃取電流)可完全發(fā)揮出來并且利用其它方法難于產(chǎn)生足夠的等離 子密度。利用中空陰極的原理得到進(jìn)一步發(fā)展以及修改，其中部分還 使用環(huán)形點火陽極以及可由等離子穿透的》茲場。所以，由DE 102004012847 Al已知一種裝置，其中在產(chǎn)生磁場的裝置的兩個極孰 之間構(gòu)造中空陰極等離子并且為等離子腐蝕而使得基底暴露于等離 子之下。
同樣已知，在用于等離子腐蝕(也可以稱為離子腐蝕或離子蝕刻) 的裝置中，待處理的基底利用相對于等離子電勢的電壓差(下文中稱為 BIAS電壓)來沖擊，以在基底方向上加強(qiáng)從等離子出來的載荷子的加 速并因此提高腐蝕率。在這類裝置中，通常電壓源接通在基底以及真空室之間或基底以及等離子源的電極之間，其中電極也可與真空室電 連接。
尤其在處理例如為帶的長基底時，通常其不僅穿過真空室而且還 穿過閘門室及線圏室，對基底與真空室的電氣接地部分或整個裝置之 間的電絕緣有較高要求?；着c導(dǎo)電的裝置部分(也即與裝置的電氣接 地部分并因此與電真空室的電氣接地部分)的接觸至少引起等離子與 基底之間的電壓差改變，這負(fù)面影響基底處理的質(zhì)量并且在最壞的情
況下導(dǎo)致電壓源的完全短;洛。尤其在如由DE102004011178A1已知的 裝置中也存在這類短路危險，在該裝置中BIAS電壓施加在待處理的 帶形基底以及真空室之間。完全禁止帶形基底與導(dǎo)電裝置部分(如腔 壁、閘門口或線圈裝置的一部分)的接觸幾乎是不可能的或者實現(xiàn)起 來花費(fèi)極其昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決下述技術(shù)問題，即提供用于基底預(yù)處理的裝置，利用 該裝置克服所述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點。尤其通過該裝置使得不需要在基 底及裝置的電氣接地部分之間采取昂貴的絕緣措施。
該技術(shù)問題的解決方案通過權(quán)利要求1的特征的內(nèi)容來給出。本 發(fā)明的其它有利設(shè)計由從屬權(quán)利要求給出。
根據(jù)本發(fā)明用于基底預(yù)處理的裝置包括設(shè)置在真空室中的低壓 電弧放電源以產(chǎn)生等離子，由該等離子可萃取出載荷子并且可利用該 載荷子沖擊基底的表面。其中，基底與帶電的真空室接地部分連接， 并且將用于使載荷子加速到基底表面上的BIAS電壓一方面接通在基 底以及真空室接地部分之間，另一方面接通在基底(21)與和等離子電 壓電勢相近的電極(25)之間。
由此，真空室/裝置的電氣接地部分與待處理的基底具有相同的電 勢，那么不需要在基底以及裝置部分之間采取昂貴的電絕緣措施?；?底與真空室/裝置的電氣接地部分之間的電接觸可例如通過滑動觸點來提供，也可例如通過裝置的運(yùn)輸輪(基底在該運(yùn)輸輪上移動)實現(xiàn)。 在根據(jù)本發(fā)明的裝置中，如在等離子與基底之間那樣，等離子與 真空室之間存在相同的電壓差。由此情況得到如下推測，即在這類裝 置中不僅是基底利用載荷子來沖擊而且真空室的部件也利用載荷子 來沖擊。然而，此影響可以忽略或者可利用簡單的手段即可減小到可 忽略的大小。等離子完全在真空室內(nèi)部擴(kuò)張，那么空間上嚴(yán)重限制了 具有較高等離子密度的等離子區(qū)域。這類區(qū)域通常在光學(xué)路徑上通過 明亮的光亮效應(yīng)來識別。當(dāng)具有較高等離子密度的等離子區(qū)域在待處 理的基底附近產(chǎn)生時，可以忽略由等離子產(chǎn)生的載荷子對真空室組成 部件的轟擊。因此，這類具有較高等離子密度的等離子區(qū)域可借助于 可產(chǎn)生磁場的裝置額外在基底方向上偏轉(zhuǎn)。
低壓電弧放電源的陰極與陽極之間的燃燒電壓可以為IV至250V 范圍內(nèi)的電壓。優(yōu)選地，應(yīng)用10V至40V范圍內(nèi)的燃燒電壓，因為低 于10V時，效率因僅可達(dá)到較小的電流密度而受到限制，而在高于 40V時，存在電壓擊穿的危險。
如上所述，對于處理效果有正面影響而言，待處理的基底相對于 等離子利用BIAS電壓來沖擊是有利的。等離子的電壓電勢不可能直 接與等離子上的端口(Anschluesse)接合(abgreifen)，設(shè)置在等離子中或 設(shè)置在等離子附近的電極最大只可具有與等離子相近的電壓電勢。據(jù) 此而有"電壓電勢與等離子的電壓電勢相近的電極"的概念。在這里重 要的是，為了相同的處理效果而必須維持從等離子到基底的保持相同 的電壓差。由此，電極是否精確具有等離子的電壓電勢還是只是近似 具有等離子的電壓電勢，對于提供沖擊而言并不重要。
為施加基底BIAS電壓，可例如應(yīng)用低壓電弧放電源的陰極或陽 極作為電極，其中陽極的電壓電勢通常與等離子電勢相近并因此經(jīng)常 是更合適的。
當(dāng)?shù)蛪弘娀》烹娫吹年帢O構(gòu)造為中空陰極時有利地達(dá)到較高的 等離子密度。為推動(betreiben)中空陰極等離子而需要使得氣體通過中空陰極進(jìn)入到真空室中。在此，合適的氣體是具有氬氣、氮氣或氫氣 元素中的 一種或多種的氣體。如果為將中空陰極點火而應(yīng)用環(huán)形構(gòu)造的輔助陽極/點火陽極，那么此環(huán)形陽極也可作為用于施加基底BIAS 電壓的電4及而應(yīng)用。為施加BIAS電壓，也可將單獨的電極放置在具有較高等離子密 度的等離子區(qū)域中或在其附近。作為BIAS電壓，合適的是在20V至5000V范圍內(nèi)優(yōu)選地在200V 至500V范圍內(nèi)的直流電壓或交流電壓。同時，BIAS電壓可構(gòu)造為單 極性的或雙極性的脈沖電壓，其中優(yōu)選地脈沖頻率在lkHz至200kHz 范圍內(nèi)。如果在待處理的基底上施加BIAS電壓，該BIAS電壓相對于等 離子具有負(fù)電勢，那么由等離子萃取出正離子并且該正離子在基底方 向上加速。根據(jù)本發(fā)明的這類構(gòu)造的裝置適用于離子腐蝕基底表面。 在此，可萃取出1A至300A范圍內(nèi)的到基底的離子電流。待萃取的離 子電流的強(qiáng)度依賴于設(shè)計需要?？傮w上可以保持，上升的離子電流達(dá) 到更高的腐蝕率。備選地，也可以將待處理的基底利用正BIAS電壓來沖擊。以此 方式，將電子從等離子中萃取出并在基底方向上加速?？蓱?yīng)用這類裝 置，以使基底的表面激活或使基底加熱。在此，根據(jù)設(shè)計需要可產(chǎn)生 1A至3000A的電子電流。原理相同，利用上升的電子電流也可使處 理結(jié)果的強(qiáng)度上升。顯然，當(dāng)裝置包括多個低壓電弧放電源以例如同時提高待處理的 基底上的待處理表面時，也可以應(yīng)用本發(fā)明。


下文中，借助于優(yōu)選實施示例詳細(xì)說明本發(fā)明。其中 圖1示意性描述了根據(jù)本發(fā)明用于離子腐蝕的裝置； 圖2圖形描述了根據(jù)本發(fā)明備選的用于離子腐蝕的裝置；圖3圖形描述根據(jù)本發(fā)明其它備選的用于離子腐蝕的裝置。
具體實施方式
圖1中示意性示出用于在真空室12中離子腐蝕帶形基底11的裝置10。圖1截面示出的基底11既穿過真空室12也穿過未示出的裝置 10的閘門室及線圏室。通過電流源13，維持真空室12中陰極14以 及陽極15之間的放電。以此方式，在陰極14以及陽極15之間區(qū)域 16中產(chǎn)生具有較高等離子密度的等離子。通過電連接17,基底ll與 真空室12電連接?；?1以及真空室12均具有裝置接地部分18的 電壓電勢。由于從等離子16萃取出正離子并將該正離子在基底11方向上加 速，具有與等離子16的電壓電勢相近的電壓電勢的陽極15通過電壓 源19將負(fù)的BIAS電壓施加在基底11上。因為基底11具有與裝置 10的電氣接地部分相同的電壓電勢，基底11與裝置10的部分(該部 分與裝置10的地電位連接)的接觸對腐蝕工藝的質(zhì)量沒有負(fù)面影響。圖2中示意性示出用于在真空室22中進(jìn)行離子腐蝕基底21的裝 置20?；?1寬為200mm、厚為0.5mm 、長為100m，并且在圖2 的俯視圖中顯示為鋼帶，該基底21既穿過真空室22也穿過未示出的 裝置20的閘門室及線圏室。通過電流源23,維持真空室22中中空陰 極24以及環(huán)形構(gòu)造的陽極25之間的放電。其中，放電電壓為20V而 放電電流為150A。以此方式，始于中空陰極24在區(qū)域26中產(chǎn)生具 有較高等離子密度的等離子。通過導(dǎo)線27,基底21與真空室22電連 接?；?1以及真空室22均具有裝置接地部分28的電壓電勢。由于從等離子26萃取出10A電流強(qiáng)的正離子并將該正離子在基 底方向上21加速，由具有與等離子26的電壓電勢相近的電壓電勢的 環(huán)形陽極25通過電壓源29將單極性300V的脈沖BIAS電壓施加到 基底21上。在給定的條件下，可在移動的基底上達(dá)到3nm*m/s的損壞率。類似于圖2中的裝置20,圖3中示意性示出了裝置30，通過該 裝置30可對基底31進(jìn)行離子腐蝕處理。然而，相對于裝置20，始于 輔助電極35b的基底通過電壓源39而利用BIAS電壓沖擊。為此，不 應(yīng)用環(huán)形陽極35a的電壓電勢。
權(quán)利要求
1.一種用于預(yù)處理至少一個基底(21)的裝置，所述裝置包括設(shè)置在真空室(22)中的低壓電弧放電源(24；25)以產(chǎn)生等離子(26)，從所述等離子(26)可萃取出載荷子，利用所述載荷子可沖擊所述基底(21)的表面，其特征在于，所述基底(21)與帶電的真空室接地部分(28)連接，并且將用于使載荷子加速到基底表面上的BIAS電壓一方面接通在所述基底(21)與真空室接地部分(28)之間，另一方面接通在所述基底(21)與和等離子電壓電勢相近的電極(25)之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置,其特征在于，所述電極是所述低 壓電弧放電源的陰極。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置,其特征在于，所述電極是所述低 壓電弧放電源(24;25)的陽極(25)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述陽極(25)構(gòu)造 為環(huán)形陽極。
5. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置,其特征在于，所述 BIAS電壓為20V至5000V,優(yōu)選地為200V至500V。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的裝置,其特征在于，所述 BIAS電壓構(gòu)造為直流電壓。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的裝置,其特征在于，所述 BIAS電壓構(gòu)造為交流電壓。
8. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置,其特征在于，所述 BIAS電壓構(gòu)造為單極性的或雙極性的脈沖電壓。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的裝置,其特征在于，所述 基底(21)相對于所述等離子(26)具有負(fù)電勢。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的裝置,其特征在于，所述 基底相對于所述等離子具有正電勢。
11. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，在所述低壓電弧放電源的陰極與陽極之間構(gòu)造IV至250V的放電電壓，優(yōu)選 地構(gòu)造10V至40V的放電電壓。
12. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置,其特征在于，可從所 述等離子萃取出到基底的1A至300A的離子電流。
13. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置,其特征在于，可從所 述等離子萃取到基底的1A至3000A的電子電流。
14. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置,其特征在于，所述低 壓電弧放電源(24;25)的陰極(24)構(gòu)造為中空陰極。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置4，其特征在于，通過所述中空陰 極可使得氬氣、氮氣、氫氣或包括所述一種或多種這些元素的混合氣 體進(jìn)入所述真空室。
16. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，用于 產(chǎn)生磁場的裝置，通過磁場可以使等離子向基底偏移。
17. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置,其特征在于，所述等 離子設(shè)置在基底附近。
18. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置,其特征在于，所述等 離子在基底附近具有比在真空室壁附近更高的等離子密度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于預(yù)處理至少一個基底(21)的裝置，該裝置包括設(shè)置在真空室(22)中的低壓電弧放電源(24；25)以產(chǎn)生等離子(26)，由該等離子(26)可萃取出載荷子，利用該載荷子可沖擊基底(21)的表面，其中基底(21)與帶電的真空室接地部分(28)連接，并且用于使載荷子加速到基底表面的BIAS電壓一方面將接通在基底(21)與真空室接地部分(28)之間，另一方面接通在在基底(21)與和等離子電壓電勢相近的電極(25)之間。
文檔編號H01J37/32GK101542677SQ200780037762
公開日2009年9月23日 申請日期2007年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月7日
發(fā)明者B·謝費(fèi)爾, C·梅茨納, H·摩格納, J·-P·海恩斯, L·克洛斯, V·柯克霍夫 申請人:弗勞恩霍弗實用研究促進(jìn)協(xié)會