專利名稱：用于產(chǎn)生等離子體射束的方法以及等離子體源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分別根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求前序部分特征的用于產(chǎn)生等離子體射束的方法以及用于實(shí)施該方法的等離子體源。
背景技術(shù)：
以IMHz與20MHz之間的頻率范圍中的高頻(HF)激勵(lì)的等離子體源和由柵格閉合的從中引出等離子體束的等離子腔室是已知的，其中，在通常由磁場(chǎng)施加的等離子體的感性與容性激勵(lì)之間相區(qū)別。在這類感性及感性/容性混合的被激勵(lì)的高頻等離子體源中使用改造的亥姆霍茲線圈，所述線圈產(chǎn)生垂直于感應(yīng)高頻耦合線圈或線匝的基本上均勻的場(chǎng)并且導(dǎo)致等離子體濃度的增加。由DE 694 210 33T2例如公開了一種在射頻范圍(RF)中運(yùn)行的感性等離子體源， 其中在減小系統(tǒng)組件的數(shù)目時(shí)，等離子體濃度通過安置在真空室以外的永久磁鐵來提高。由DE 100 084 82A1公開了一種高頻等離子體源，具有磁場(chǎng)線圈裝置和用于引出等離子體射束的單元，其中，一個(gè)橫向磁場(chǎng)覆蓋一個(gè)激勵(lì)電極，并且為了產(chǎn)生一個(gè)橫向磁場(chǎng)，磁場(chǎng)線圈被設(shè)置圍繞一個(gè)等離子體容積。由此，可在容性與感性的等離子體激勵(lì)之間選擇，其中離子能量可在IOeV至約IOOOeV的范圍中調(diào)節(jié)。一個(gè)容性耦合的等離子體源由EP 0349556B1公開，由此一個(gè)等離子體射束可被引出例如用于固體表面的整平和結(jié)構(gòu)化，用于通過粒子轟擊制造表面摻雜或者用于形成表面涂層。該公知的等離子體源包括一個(gè)圍繞一個(gè)等離子體腔室的等離子體容器，以及兩個(gè)通過匹配網(wǎng)絡(luò)與高頻振蕩器連接的大面積電極。電極的面積被這樣選擇，使得幾乎所有高頻電壓在引出電極處下降。在用作耦合電極的另外的電極上施加一個(gè)高頻電壓，其中，該引出電極位于接地電位上。在等離子體腔室中，在將高頻電壓施加到激勵(lì)電極上時(shí)以及將工藝氣體輸入到等離子體腔室中時(shí)點(diǎn)燃一個(gè)等離子體。該等離子體相對(duì)引出電極本身位于一個(gè)較高的正電位上，其中該等離子體的離子朝著與該等離子體形成接觸的引出電極加速并且穿過該引出電極。由引出電極引出的離子流被一個(gè)相同大小的、以高頻時(shí)鐘信號(hào)流動(dòng)的電極電流疊加，使得在時(shí)間平均中由該等離子體源引出一個(gè)電中性等離子體射束。這樣的 HF等離子體源通常被用于50eV與IOOeV之間的離子能量并且被用在10_4mbar與10_2mbar 之間的工作壓力范圍中。為了改善等離子體源的特性，在所述文件中建議了，為等離子體容器疊加適當(dāng)形成的軸向直流磁場(chǎng)，其方式是，該等離子體容器通過使用磁場(chǎng)線圈被從外部圍繞，等離子體容器被在這些磁場(chǎng)線圈中同心地安置。在此，在磁力線平行于等離子體容器的壁延伸的區(qū)域中，等離子體粒子相對(duì)壁的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)可被限制，由此可明顯降低壁的損耗并且提高等離子體的濃度。這也可用于提高引出的等離子體射束中的離子-及電子流濃度。通常，兩個(gè)螺線管線圈圍繞該等離子體容器，其中，在等離子體容器中產(chǎn)生反向流、也就是相斥磁場(chǎng)時(shí)，實(shí)現(xiàn)了特別有效的電子包封及由此實(shí)現(xiàn)了高的等離子體濃度。由W02005/008717公開一種容性激勵(lì)的高頻等離子體源，用于產(chǎn)生由磁場(chǎng)產(chǎn)生的等離子體射束，其中，通過均勻磁場(chǎng)能夠提高等離子體濃度及由此能夠?qū)崿F(xiàn)該等離子體源在相對(duì)低的等離子體壓力時(shí)的運(yùn)行，其中，為了產(chǎn)生磁場(chǎng)設(shè)置了一個(gè)線圈組或永久磁鐵。公知的感性和/或容性激勵(lì)高頻等離子體源是一些成本高的技術(shù)方案，由于使用提及的磁場(chǎng)線圈而需要很多空間并且具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，使得用于大面積的襯底、例如矩形源的等離子體處理裝置的大小尺度不太適合用在建筑玻璃涂層設(shè)備或滾筒設(shè)備 (Trommelanlage)中。為了涂層及蝕刻可移動(dòng)到非常鄰近等離子體腔室的表面，還公開了一個(gè)具有被磁場(chǎng)加載的等離子體的、無柵格的高頻等離子體源。例如DE 4109619C1公開了一個(gè)具有兩個(gè)電極的高頻等離子體源，其中，第一電極被作為空心電極及第二電極、即待支承襯底的電極被安置在第一電極的空腔之前。該空心電極被一個(gè)暗區(qū)屏蔽裝置 (Dunkelraum-Abschirmung)包圍并且在指向第二電極的方向上具有邊緣，在這些邊緣之間設(shè)有凸起，這些凸起具有與第一電極相等的電位。在這些凸起之間設(shè)有永久磁鐵，借助于該永久磁鐵襯底偏壓被可與放電幾何結(jié)構(gòu)、放電壓力和高頻功率無關(guān)地調(diào)節(jié)。此外，由DE 102 478 8A1公開了一個(gè)用于通過高頻放電裝置產(chǎn)生等離子體的裝置，具有至少兩個(gè)電極，在這些電極之間可安置一個(gè)等離子體放電裝置，其中，一個(gè)電極被構(gòu)造成空心電極，一個(gè)接地面構(gòu)成一個(gè)對(duì)應(yīng)電極及該空心電極的背離等離子體放電裝置的側(cè)面被一個(gè)屏蔽電極包圍。在對(duì)應(yīng)電極與空心電極之間設(shè)有一個(gè)待涂層的襯底，使得該襯底本身構(gòu)成一個(gè)被以稠密的等離子體填充的室的終端，并且負(fù)責(zé)高效率處理等離子體。在空心電極的外側(cè)上，在該空心電極與屏蔽電極之間的中間空間中設(shè)有一些永久磁鐵，這些永久磁鐵提供一個(gè)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)在空心電極的內(nèi)部導(dǎo)致等離子體濃度的升高。在所提及的無柵格源中不利的是，待用等離子體加載的面必須極其接近等離子體腔室并且由此肯定會(huì)被用作等離子體容器的暫時(shí)的壁。磁場(chǎng)也可在在磁控濺射(Magnetonsputter)時(shí)使用，用于提高等離子體濃度以及用于在相同工作壓力時(shí)提高被靶掃過(濺射)的材料的濺射率。在DE M31832A公開了一個(gè)陰極-噴霧設(shè)備(磁子-濺射裝置)，其中，重復(fù)出現(xiàn)的從陰極的一個(gè)有效表面出來及進(jìn)入其的磁力線延伸在出射及再入射部位之間并且給出了一個(gè)隧道狀區(qū)域，加載的粒子可被保持在該區(qū)域中及它們可在該區(qū)域中運(yùn)動(dòng)。陰極的面向等離子體的正面由此可以是平面的或者具有一個(gè)凹曲率或凸曲率。此外，該陰極可具有圓形或矩形的形狀。此外，由DE 24 172 88C2公開了一種陰極-噴霧裝置，其中，一個(gè)磁裝置被這樣設(shè)置，使得由噴霧面開始的并且返回其的磁力線形成一個(gè)放電區(qū)域，該放電區(qū)域具有閉合回路的形式，其中，待噴霧的及面向待涂層的襯底的陰極表面是平面的，該襯底可在放電區(qū)域附近、平行于該平的噴霧面地在其上遠(yuǎn)離地運(yùn)動(dòng)并且產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁裝置被設(shè)置在該陰極的背離平的噴霧面的一側(cè)上。在這些公知的陰極噴霧裝置中，陰極和一個(gè)面向該陰極的陽極被連接成使得陰極位于一個(gè)低于陽極電位的電位上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題在于，以簡(jiǎn)單及有效的方式產(chǎn)生等離子體射束。該任務(wù)根據(jù)本發(fā)明借助獨(dú)立權(quán)利要求的特征來解決。在根據(jù)本發(fā)明的用于產(chǎn)生等離子體射束的方法中，等離子體射束從一個(gè)由電場(chǎng)和磁場(chǎng)產(chǎn)生的等離子體中這樣引出，使得一個(gè)高頻電壓被施加到一個(gè)引出電極上和一個(gè)帶有
5具有激勵(lì)面的激勵(lì)電極的高頻電極裝置上，其中，在引出電極與激勵(lì)面之間設(shè)有一個(gè)等離子體腔室并且該等離子體相對(duì)該引出電極在時(shí)間平均中位于一個(gè)較高的、被等離子體正離子加速的電位上，及該等離子體和引出的等離子體射束可受到一個(gè)磁場(chǎng)的影響，還設(shè)置了， 為了產(chǎn)生磁場(chǎng)采用至少一個(gè)磁性北極和一個(gè)磁性南極，它們分別被在激勵(lì)電極后面設(shè)置在背離等離子體的一側(cè)上并且指向該等離子體腔室的內(nèi)部，使得形成一個(gè)彎曲地伸入等離子體腔室內(nèi)部的磁場(chǎng)及其中所述北極或南極中的至少一個(gè)被長(zhǎng)形地構(gòu)造，使得在等離子體中形成一個(gè)隧道狀區(qū)域，加載的粒子可被保持在該區(qū)域中并且它們可沿著該區(qū)域擴(kuò)散。為了產(chǎn)生等離子體，在等離子體腔室中導(dǎo)入一種工藝氣體和/或反應(yīng)氣體，優(yōu)選為氬氣和/或氧氣及必要時(shí)在壓力沖擊的輔助措施下被點(diǎn)燃。在產(chǎn)生的等離子體與引出電極之間構(gòu)成肖特基-朗繆爾-空間電荷層(Schottky Langmuirsche Raumladungsschicht)，該空間電荷層的厚度d取決于電流密度j和在等離子體邊緣與弓丨出電極之間的電壓降U
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生中性等離子體射束的方法，所述等離子體射束從由電場(chǎng)和磁場(chǎng)產(chǎn)生的等離子體引出，使得高頻電壓被施加在引出電極和具有激勵(lì)電極的高頻電極裝置上，所述激勵(lì)電極具有激勵(lì)面，其中，在引出電極與激勵(lì)面之間設(shè)有等離子體腔室并且該等離子體相對(duì)引出電極在時(shí)間平均上位于一個(gè)較高的、被等離子體正離子加速的電位上，并且該等離子體和引出的等離子體射束受磁場(chǎng)的影響，其特征在于，使用平面磁子以產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁子被設(shè)置在激勵(lì)電極后面背離等離子體的一側(cè)上并且其磁性北極和磁性南極指向等離子體腔室的內(nèi)部，從而構(gòu)成彎曲地伸入到等離子體腔室內(nèi)部的磁場(chǎng)。
2.用于實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1所述方法的等離子體源，具有等離子體容器，該容器具有引出電極和具有激勵(lì)電極的高頻電極裝置，該激勵(lì)電極具有激勵(lì)面，該激勵(lì)面通過適配網(wǎng)絡(luò)與高頻振蕩器可連接或連接，其中，等離子體腔室位于該激勵(lì)面與引出電極之間，在該等離子體腔室中可激勵(lì)等離子體以及其中，引出電極與激勵(lì)面的面積大小被這樣選擇，使得幾乎全部高頻電壓在引出電極處下降，用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁裝置，其特征在于，該磁裝置被構(gòu)造成平面的磁子，該磁子具有至少一個(gè)磁性北極和一個(gè)磁性南極，它們分別被設(shè)置在激勵(lì)電極后面背離等離子體腔室的一側(cè)上并且指向該等離子體腔室的內(nèi)部， 從而能夠形成彎曲地伸入到等離子體腔室內(nèi)部中的磁場(chǎng)，由此能夠形成隧道狀的區(qū)域，力口載的粒子能夠被保持在該區(qū)域中并且它們能夠沿著該區(qū)域擴(kuò)散。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的等離子體源，其特征在于，激勵(lì)面被至少在部分區(qū)域中朝向等離子體腔室凹形地構(gòu)造。
4.根據(jù)權(quán)利要求2至3中一項(xiàng)所述的等離子體源，其特征在于，激勵(lì)面至少在部分區(qū)域中朝向等離子體腔室凸形地構(gòu)造。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中一項(xiàng)所述的等離子體源，其特征在于，激勵(lì)面的至少一部分被平面地構(gòu)造。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中一項(xiàng)所述的等離子體源，其特征在于，弓丨出電極的至少一部分被平面凹形地或凸形地構(gòu)造。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中一項(xiàng)所述的等離子體源，其特征在于，磁裝置被構(gòu)造成圓形或矩形磁子，優(yōu)選地裝備有空心電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7中一項(xiàng)所述的等離子體源，其特征在于，激勵(lì)電極被構(gòu)造為罐狀，具有底部區(qū)域和側(cè)壁，并且至少借助側(cè)壁伸入到等離子體腔室中。
9.根據(jù)權(quán)利要求2至8中一項(xiàng)所述的等離子體源，其特征在于，設(shè)置具有屏蔽面的配置給激勵(lì)電極的暗區(qū)屏蔽裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求2至9中一項(xiàng)所述的等離子體源，其特征在于，激勵(lì)面的部分區(qū)域被設(shè)置在激勵(lì)電極的壁的內(nèi)側(cè)面上或者構(gòu)成該內(nèi)側(cè)面，并且該壁的外側(cè)面至少在部分區(qū)域中被暗區(qū)屏蔽裝置的屏蔽面包圍。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的等離子體源，其特征在于，弓丨出電極的面積大小一方面和與等離子體形成接觸的等離子體電極面的大小及另一方面和激勵(lì)面的大小被這樣選擇， 使得等離子體相對(duì)引出電極在時(shí)間平均中位于一個(gè)較高的、被等離子體正離子加速的電位上。
12.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的等離子體源，其特征在于，等離子體容器的壁的至少一部分由暗區(qū)屏蔽裝置的部分和/或激勵(lì)電極的部分構(gòu)成。
13.根據(jù)權(quán)利要求2至12中一項(xiàng)所述的等離子體源，其特征在于，設(shè)有用于改變磁場(chǎng)的直ο
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的等離子體源，其特征在于，設(shè)有用于改變磁場(chǎng)的裝置，借助該裝置能夠改變磁性北極或南極中至少一個(gè)相對(duì)于激勵(lì)面的位置。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的等離子體源，其特征在于，設(shè)有一個(gè)裝置，借助該裝置能夠改變磁性北極或南極中至少一個(gè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。
全文摘要
在用于產(chǎn)生等離子體射束的方法中，該等離子體射束被這樣從一個(gè)由電場(chǎng)和磁場(chǎng)產(chǎn)生的等離子體中這樣引出，使得一個(gè)高頻電壓被施加到一個(gè)引出電極和一個(gè)具有激勵(lì)面的激勵(lì)電極的高頻電極裝置上并且該等離子體相對(duì)引出電極在時(shí)間平均中位于一個(gè)較高的、被等離子體正離子加速的電位上并且該等離子體和引出的等離子體射束受一個(gè)磁場(chǎng)地影響，規(guī)定了，為了產(chǎn)生磁場(chǎng)使用一個(gè)平面的磁子，該磁子被設(shè)置在激勵(lì)電極后面的背離該等離子體的一側(cè)上并且其磁性北極和磁性南極指向等離子體腔室內(nèi)部中，使得構(gòu)成一個(gè)彎曲的、伸入到等離子體腔室內(nèi)部的磁場(chǎng)。在用于實(shí)施所述方法的等離子體源中，具有一個(gè)帶有引出電極和具有激勵(lì)面的激勵(lì)電極的高頻電極裝置的等離子體容器，該激勵(lì)面通過一個(gè)適配網(wǎng)絡(luò)可與一個(gè)高頻振蕩器連接或被與一個(gè)高頻振蕩器連接，其中，一個(gè)等離子體腔室位于該激勵(lì)面與引出電極之間，在該等離子體腔室中可激勵(lì)一個(gè)等離子體及其中，引出電極與激勵(lì)面的面積大小被這樣選擇，使得幾乎在引出電極上下降了全部高頻電壓；具有一個(gè)用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁裝置，規(guī)定了，該磁裝置具有至少一個(gè)磁性北極和一個(gè)磁性南極，它們分別被設(shè)置在激勵(lì)電極后面的背離等離子體腔室的一側(cè)上并且指向該等離子體腔室的內(nèi)部，使得可形成一個(gè)彎曲的、伸入到等離子體腔室內(nèi)部中的磁場(chǎng)，其中，北極或南極中至少一個(gè)被長(zhǎng)形地構(gòu)造，使得可形成一個(gè)隧道狀的區(qū)域，加載的粒子可被保持在該區(qū)域中并且它們可沿著該區(qū)域擴(kuò)散。
文檔編號(hào)H01J37/32GK102460634SQ201080027312
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月28日
發(fā)明者J·皮斯特納, M·舍雷爾 申請(qǐng)人:萊博德光學(xué)有限責(zé)任公司