【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種用于從工藝氣體產(chǎn)生等離子體的裝置，以及產(chǎn)生等離子體束的方法。
技術(shù)介紹
1、等離子體源可用于大面積涂層應(yīng)用，包括等離子體蝕刻、濺射和反應(yīng)性涂層工藝。
2、用于此類應(yīng)用的已知等離子體源包括電容耦合等離子體(ccp)、電感耦合等離子體(icp)和電子回旋共振(ecr)，所有這些都使用由等離子體源形成的高能電子以使得工藝氣體離子化。其他已知的等離子體源包括端部霍爾(end-hall)離子源和線性離子束源。
3、有許多與這些已知等離子體源相關(guān)的問題。ccp等離子體源無(wú)法產(chǎn)生足夠高密度的等離子體，導(dǎo)致低于許多應(yīng)用所需的沉積質(zhì)量。icp等離子體源經(jīng)常受到其他氣體的高度污染，因此產(chǎn)生對(duì)等離子體的損壞。微波等離子體源，例如ecr，很難延伸到大面積涂層應(yīng)用。
4、燈絲電弧源，例如端部霍爾離子源和線性離子束源，通常壽命很短，因?yàn)槠渌璧母邷貢?huì)對(duì)燈絲本身以及基材造成損壞。
5、此外，許多已知的等離子體源不能涂覆大面積的基材。已經(jīng)提出了幾種解決方案以解決這個(gè)問題，例如使用2d軸板來(lái)移動(dòng)基材穿過涂覆束，以及使用點(diǎn)束陣列，使得整個(gè)表面可以被涂覆，盡管每個(gè)束只到達(dá)很小的區(qū)域。使用2d軸板的缺點(diǎn)是這些是昂貴的，因此顯著增加了涂覆方法的成本。使用點(diǎn)束陣列的缺點(diǎn)是涂層通常不能均勻地覆蓋在基材的整個(gè)表面上。
6、因此，需要能夠有效產(chǎn)生高密度等離子體的具有成本效益的等離子體源，其能大面積掃描，有效覆蓋基材。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)提供了一
2、a)電源，
3、b)空心陰極電弧管，其包括：
4、i)惰性氣體入口，
5、ii)陰極管，其連接到電源并且被設(shè)置為當(dāng)電源接通時(shí)為負(fù)偏壓，
6、iii)陽(yáng)極管，其連接到電源并且被設(shè)置為當(dāng)電源接通時(shí)為正偏壓，
7、iv)電子束出口，
8、c)電離室，其包括：
9、i)電子束入口，
10、ii)工藝氣體入口，
11、iii)室內(nèi)空間，在其中工藝氣體可發(fā)生電離以形成等離子體，
12、iv)等離子體出口，
13、d)第一磁場(chǎng)源，其用于將等離子體限制在電離室內(nèi)，
14、e)第二磁場(chǎng)源，其用于引導(dǎo)和掃描等離子體離開等離子體出口。
15、已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，本專利技術(shù)的裝置能夠有效地產(chǎn)生低污染的高密度等離子體。所產(chǎn)生的等離子體可有效地用于涂覆大面積基材。
16、由本專利技術(shù)的裝置產(chǎn)生的等離子體也被稱為工藝氣體等離子體。
17、本專利技術(shù)的裝置包括空心陰極電弧管，所述空心陰極電弧管產(chǎn)生可在裝置下游使用的電子束。空心陰極電弧管包括：(i)惰性氣體入口，(ii)連接到電源并且被設(shè)置為當(dāng)電源接通時(shí)為負(fù)偏壓的陰極管，(iii)連接到電源并且被設(shè)置為當(dāng)電源接通時(shí)為正偏壓的陽(yáng)極管，以及(iv)電子束出口。
18、惰性氣體入口是陰極管和/或陽(yáng)極管中的孔，惰性氣體通過該孔可進(jìn)入空心陰極電弧管。惰性氣體入口可進(jìn)一步包括管，所述管使得惰性氣體能夠容易地被注入(例如從圍繞裝置的任何外殼的外部)。惰性氣體入口可包括由絕緣連接器(例如陶瓷連接器)分開的管。例如，該管可包括通過絕緣連接器連接的兩部分，以防止惰性氣體入口管的上游端被充電(通過空心陰極電弧管)。惰性氣體入口管的內(nèi)徑可為2mm至6mm，優(yōu)選地為3mm至5mm。
19、陰極管被布置為使得當(dāng)電源接通時(shí)其為負(fù)偏壓，因此，當(dāng)電源接通時(shí)它充當(dāng)陰極。因此，陰極管可連接到電源的負(fù)極端。
20、陰極管可以是具有上游和下游開孔的任何形狀，例如，陰極管的形狀可近似為圓柱形，即具有連續(xù)的側(cè)壁(具有圓形橫截面)和兩個(gè)圓形端壁，每個(gè)端壁中具有開孔。可選地，陰極管的形狀可以是管狀的，即具有連續(xù)的側(cè)壁(具有圓形橫截面)，其中管的開口端用作孔。在更進(jìn)一步的實(shí)施方案中，陰極管可以是部分圓柱形和部分管狀的，即具有連續(xù)的側(cè)壁(具有圓形橫截面)，其中一端(優(yōu)選上游端)開口并用作孔，且另一端(優(yōu)選下游端)具有圓形端壁，該圓形端壁中具有孔。通常，陰極管的內(nèi)徑通常大于1.5mm，例如大于2mm，并且也可以是5mm或更小，例如4mm或更小。陰極管的外徑可以為5mm至8mm。
21、陰極管通常由導(dǎo)電材料例如金屬制成。在一個(gè)實(shí)施方案中，陰極管可以由熱電子發(fā)射材料形成(如下面進(jìn)一步詳細(xì)討論的)。例如，陰極管可由鉭形成。因此，陰極管可以包含90％或更多(按重量計(jì))，例如95％或更多、或98％或更多的熱電子發(fā)射材料(例如鉭)。
22、陽(yáng)極管被布置為使得當(dāng)電源接通時(shí)其為正偏壓，并因此當(dāng)電源接通時(shí)充當(dāng)陽(yáng)極。因此，陽(yáng)極管可以連接到電源的正極端。陽(yáng)極管優(yōu)選地至少部分地圍繞(例如，完全圍繞)陰極管，例如管可以近似同心。
23、因此，陽(yáng)極管可以是具有上游和下游孔并允許其至少部分地圍繞陰極管的任何形狀，例如，如參考上文陰極管所述，陽(yáng)極管的形狀可以是圓柱形、管狀或部分圓柱形和部分管狀。通常，陽(yáng)極管的內(nèi)徑為25mm或更大，例如30mm或更大，并且可為50mm或更小，例如40mm或更小。
24、陽(yáng)極管通常由導(dǎo)電材料例如金屬制成。作為金屬的替代方案，陽(yáng)極可由石墨形成，石墨也是導(dǎo)電的。
25、電子束出口是孔，電子束可通過該孔離開空心陰極電弧管。典型地，電子束出口可以是穿過陰極管的第一個(gè)孔和陽(yáng)極管的第二個(gè)孔的通道。電子束出口通道的直徑可為10mm或更大，例如15mm或更大，并且可為30mm或更小，例如25mm或更小。
26、在使用中，當(dāng)電源接通時(shí)，在陰極管和陽(yáng)極管之間施加電壓，使得陰極管為負(fù)偏壓并充當(dāng)陰極，陽(yáng)極管為正偏壓并充當(dāng)陽(yáng)極。然后惰性氣體可經(jīng)由惰性氣體入口注入到空心陰極電弧管中。通過陰極管的惰性氣體引發(fā)輝光放電，其最終演變?yōu)殡娀》烹姴⑿纬啥栊詺怏w等離子體。惰性氣體等離子體中的電子被加速朝向陽(yáng)極，形成電子束，該電子束通過電子束出口離開空心陰極電弧管。
27、空心陰極電弧管可額外包括：(i)熱電子發(fā)射體(例如陰極管可包括熱電子發(fā)射體)、(ii)線圈加熱器和/或(iii)絕緣體中的一個(gè)或多個(gè)。空心陰極電弧管的一個(gè)或多個(gè)部分也可耦合到冷卻系統(tǒng)。
28、熱電子發(fā)射體是一種當(dāng)加熱時(shí)發(fā)射電子的材料。熱電子發(fā)射體的存在可增加在空心陰極管中產(chǎn)生電子的密度。熱電子發(fā)射體可定位在陰極管內(nèi)部，并可連接到陰極管，使得當(dāng)電源接通時(shí)，熱電子發(fā)射極也為負(fù)偏壓。在替代和優(yōu)選的實(shí)施方案中，陰極管本身可包括熱電子發(fā)射體或由熱電子發(fā)射體形成，例如陰極管的材料可以是熱電子發(fā)射體(例如鉭、鎢或石墨)。
29、作為熱電子發(fā)射材料的實(shí)例包括鎢、石墨、釷鎢、鉭、氧化鋇、氧化鍶、氧化鈣、稀土金屬氧化物(例如氧化鑭、氧化釹、氧化釓、氧化鈰、氧化鏑、氧化銦、氧化釤)、稀土金屬六硼化物(例如六硼化鑭、六硼化鈰)。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，熱電子發(fā)射體選自鉭、鎢和石墨。
30、空心陰極電弧管可本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種用于從工藝氣體產(chǎn)生等離子體的裝置，所述裝置包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于從工藝氣體產(chǎn)生等離子體的裝置，其進(jìn)一步包括圍繞所述空心陰極電弧管的磁場(chǎng)源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述用于從工藝氣體產(chǎn)生等離子體的裝置，其中圍繞所述空心陰極電弧管的磁場(chǎng)源為螺線管線圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于從工藝氣體產(chǎn)生等離子體的裝置，其進(jìn)一步包括用于聚焦電子束的靜電透鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于從工藝氣體產(chǎn)生等離子體的裝置，其中所述靜電透鏡包括交替的電絕緣材料盤和導(dǎo)電材料盤。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于從工藝氣體產(chǎn)生等離子體的裝置，其中所述用于將等離子體限制在電離室內(nèi)的第一磁場(chǎng)源包括4個(gè)或更多個(gè)交替極性的磁場(chǎng)源。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于從工藝氣體產(chǎn)生等離子體的裝置，其中，所述用于引導(dǎo)和掃描等離子體離開等離子體出口的第二磁場(chǎng)源具有可調(diào)節(jié)磁場(chǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于從工藝氣體產(chǎn)生等離子體的裝置，其中所述用于引導(dǎo)和掃描等離子體離開等離子體出口的第二磁場(chǎng)源包括兩個(gè)電磁體。
9.根據(jù)
10.一種產(chǎn)生等離子體束的方法，其特征在于，包括：
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的產(chǎn)生等離子體束的方法，其中所述方法還包括使用磁場(chǎng)來(lái)增強(qiáng)惰性氣體等離子體密度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的產(chǎn)生等離子體束的方法，其中使用由螺線管產(chǎn)生的磁場(chǎng)來(lái)增強(qiáng)惰性氣體等離子體密度。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的產(chǎn)生等離子體束的方法，其中所述方法還包括使用多尖點(diǎn)磁場(chǎng)來(lái)增強(qiáng)工藝氣體等離子體密度。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的產(chǎn)生等離子體束的方法，其中在所述步驟ii)中，通過靜電透鏡對(duì)電子束進(jìn)行額外準(zhǔn)直。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的產(chǎn)生等離子體束的方法，其中所述惰性氣體為氬氣。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的產(chǎn)生等離子體束的方法，其中所述工藝氣體選自氮?dú)狻⒀鯕夂蜔N氣體。
17.根據(jù)權(quán)利要求10-16中任一項(xiàng)所述的產(chǎn)生等離子體束的方法，其使用根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的用于從工藝氣體產(chǎn)生等離子體的裝置。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于從工藝氣體產(chǎn)生等離子體的裝置，所述裝置包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于從工藝氣體產(chǎn)生等離子體的裝置，其進(jìn)一步包括圍繞所述空心陰極電弧管的磁場(chǎng)源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述用于從工藝氣體產(chǎn)生等離子體的裝置，其中圍繞所述空心陰極電弧管的磁場(chǎng)源為螺線管線圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于從工藝氣體產(chǎn)生等離子體的裝置，其進(jìn)一步包括用于聚焦電子束的靜電透鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于從工藝氣體產(chǎn)生等離子體的裝置，其中所述靜電透鏡包括交替的電絕緣材料盤和導(dǎo)電材料盤。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于從工藝氣體產(chǎn)生等離子體的裝置，其中所述用于將等離子體限制在電離室內(nèi)的第一磁場(chǎng)源包括4個(gè)或更多個(gè)交替極性的磁場(chǎng)源。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于從工藝氣體產(chǎn)生等離子體的裝置，其中，所述用于引導(dǎo)和掃描等離子體離開等離子體出口的第二磁場(chǎng)源具有可調(diào)節(jié)磁場(chǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于從工藝氣體產(chǎn)生等離子體的裝置，其中所述用于引導(dǎo)和掃描等離子體離開等離子體出口的第二磁場(chǎng)源包括兩個(gè)電磁體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙盛福，史旭，張廣義，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：納峰真空鍍膜上海有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
還沒有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。