专利名称：用于产生等离子体射束的方法以及等离子体源的制作方法
技术领域：
本发明涉及分别根据独立权利要求前序部分特征的用于产生等离子体射束的方法以及用于实施该方法的等离子体源。
背景技术：
以IMHz与20MHz之间的频率范围中的高频(HF)激励的等离子体源和由栅格闭合的从中引出等离子体束的等离子腔室是已知的，其中，在通常由磁场施加的等离子体的感性与容性激励之间相区别。在这类感性及感性/容性混合的被激励的高频等离子体源中使用改造的亥姆霍兹线圈，所述线圈产生垂直于感应高频耦合线圈或线匝的基本上均勻的场并且导致等离子体浓度的增加。由DE 694 210 33T2例如公开了一种在射频范围(RF)中运行的感性等离子体源， 其中在减小系统组件的数目时，等离子体浓度通过安置在真空室以外的永久磁铁来提高。由DE 100 084 82A1公开了一种高频等离子体源，具有磁场线圈装置和用于引出等离子体射束的单元，其中，一个横向磁场覆盖一个激励电极，并且为了产生一个横向磁场，磁场线圈被设置围绕一个等离子体容积。由此，可在容性与感性的等离子体激励之间选择，其中离子能量可在IOeV至约IOOOeV的范围中调节。一个容性耦合的等离子体源由EP 0349556B1公开，由此一个等离子体射束可被引出例如用于固体表面的整平和结构化，用于通过粒子轰击制造表面掺杂或者用于形成表面涂层。该公知的等离子体源包括一个围绕一个等离子体腔室的等离子体容器，以及两个通过匹配网络与高频振荡器连接的大面积电极。电极的面积被这样选择，使得几乎所有高频电压在引出电极处下降。在用作耦合电极的另外的电极上施加一个高频电压，其中，该引出电极位于接地电位上。在等离子体腔室中，在将高频电压施加到激励电极上时以及将工艺气体输入到等离子体腔室中时点燃一个等离子体。该等离子体相对引出电极本身位于一个较高的正电位上，其中该等离子体的离子朝着与该等离子体形成接触的引出电极加速并且穿过该引出电极。由引出电极引出的离子流被一个相同大小的、以高频时钟信号流动的电极电流叠加，使得在时间平均中由该等离子体源引出一个电中性等离子体射束。这样的 HF等离子体源通常被用于50eV与IOOeV之间的离子能量并且被用在10_4mbar与10_2mbar 之间的工作压力范围中。为了改善等离子体源的特性，在所述文件中建议了，为等离子体容器叠加适当形成的轴向直流磁场，其方式是，该等离子体容器通过使用磁场线圈被从外部围绕，等离子体容器被在这些磁场线圈中同心地安置。在此，在磁力线平行于等离子体容器的壁延伸的区域中，等离子体粒子相对壁的扩散运动可被限制，由此可明显降低壁的损耗并且提高等离子体的浓度。这也可用于提高引出的等离子体射束中的离子-及电子流浓度。通常，两个螺线管线圈围绕该等离子体容器，其中，在等离子体容器中产生反向流、也就是相斥磁场时，实现了特别有效的电子包封及由此实现了高的等离子体浓度。由W02005/008717公开一种容性激励的高频等离子体源，用于产生由磁场产生的等离子体射束，其中，通过均勻磁场能够提高等离子体浓度及由此能够实现该等离子体源在相对低的等离子体压力时的运行，其中，为了产生磁场设置了一个线圈组或永久磁铁。公知的感性和/或容性激励高频等离子体源是一些成本高的技术方案，由于使用提及的磁场线圈而需要很多空间并且具有复杂的结构，使得用于大面积的衬底、例如矩形源的等离子体处理装置的大小尺度不太适合用在建筑玻璃涂层设备或滚筒设备 (Trommelanlage)中。为了涂层及蚀刻可移动到非常邻近等离子体腔室的表面，还公开了一个具有被磁场加载的等离子体的、无栅格的高频等离子体源。例如DE 4109619C1公开了一个具有两个电极的高频等离子体源，其中，第一电极被作为空心电极及第二电极、即待支承衬底的电极被安置在第一电极的空腔之前。该空心电极被一个暗区屏蔽装置 (Dunkelraum-Abschirmung)包围并且在指向第二电极的方向上具有边缘，在这些边缘之间设有凸起，这些凸起具有与第一电极相等的电位。在这些凸起之间设有永久磁铁，借助于该永久磁铁衬底偏压被可与放电几何结构、放电压力和高频功率无关地调节。此外，由DE 102 478 8A1公开了一个用于通过高频放电装置产生等离子体的装置，具有至少两个电极，在这些电极之间可安置一个等离子体放电装置，其中，一个电极被构造成空心电极，一个接地面构成一个对应电极及该空心电极的背离等离子体放电装置的侧面被一个屏蔽电极包围。在对应电极与空心电极之间设有一个待涂层的衬底，使得该衬底本身构成一个被以稠密的等离子体填充的室的终端，并且负责高效率处理等离子体。在空心电极的外侧上，在该空心电极与屏蔽电极之间的中间空间中设有一些永久磁铁，这些永久磁铁提供一个磁场，该磁场在空心电极的内部导致等离子体浓度的升高。在所提及的无栅格源中不利的是，待用等离子体加载的面必须极其接近等离子体腔室并且由此肯定会被用作等离子体容器的暂时的壁。磁场也可在在磁控溅射(Magnetonsputter)时使用，用于提高等离子体浓度以及用于在相同工作压力时提高被靶扫过(溅射)的材料的溅射率。在DE M31832A公开了一个阴极-喷雾设备(磁子-溅射装置)，其中，重复出现的从阴极的一个有效表面出来及进入其的磁力线延伸在出射及再入射部位之间并且给出了一个隧道状区域，加载的粒子可被保持在该区域中及它们可在该区域中运动。阴极的面向等离子体的正面由此可以是平面的或者具有一个凹曲率或凸曲率。此外，该阴极可具有圆形或矩形的形状。此外，由DE 24 172 88C2公开了一种阴极-喷雾装置，其中，一个磁装置被这样设置，使得由喷雾面开始的并且返回其的磁力线形成一个放电区域，该放电区域具有闭合回路的形式，其中，待喷雾的及面向待涂层的衬底的阴极表面是平面的，该衬底可在放电区域附近、平行于该平的喷雾面地在其上远离地运动并且产生磁场的磁装置被设置在该阴极的背离平的喷雾面的一侧上。在这些公知的阴极喷雾装置中，阴极和一个面向该阴极的阳极被连接成使得阴极位于一个低于阳极电位的电位上。
发明内容
本发明要解决的问题在于，以简单及有效的方式产生等离子体射束。该任务根据本发明借助独立权利要求的特征来解决。在根据本发明的用于产生等离子体射束的方法中，等离子体射束从一个由电场和磁场产生的等离子体中这样引出，使得一个高频电压被施加到一个引出电极上和一个带有
5具有激励面的激励电极的高频电极装置上，其中，在引出电极与激励面之间设有一个等离子体腔室并且该等离子体相对该引出电极在时间平均中位于一个较高的、被等离子体正离子加速的电位上，及该等离子体和引出的等离子体射束可受到一个磁场的影响，还设置了， 为了产生磁场采用至少一个磁性北极和一个磁性南极，它们分别被在激励电极后面设置在背离等离子体的一侧上并且指向该等离子体腔室的内部，使得形成一个弯曲地伸入等离子体腔室内部的磁场及其中所述北极或南极中的至少一个被长形地构造，使得在等离子体中形成一个隧道状区域，加载的粒子可被保持在该区域中并且它们可沿着该区域扩散。为了产生等离子体，在等离子体腔室中导入一种工艺气体和/或反应气体，优选为氩气和/或氧气及必要时在压力冲击的辅助措施下被点燃。在产生的等离子体与引出电极之间构成肖特基-朗缪尔-空间电荷层(Schottky Langmuirsche Raumladungsschicht)，该空间电荷层的厚度d取决于电流密度j和在等离子体边缘与弓丨出电极之间的电压降U
权利要求
1.一种用于产生中性等离子体射束的方法，所述等离子体射束从由电场和磁场产生的等离子体引出，使得高频电压被施加在引出电极和具有激励电极的高频电极装置上，所述激励电极具有激励面，其中，在引出电极与激励面之间设有等离子体腔室并且该等离子体相对引出电极在时间平均上位于一个较高的、被等离子体正离子加速的电位上，并且该等离子体和引出的等离子体射束受磁场的影响，其特征在于，使用平面磁子以产生磁场，该磁子被设置在激励电极后面背离等离子体的一侧上并且其磁性北极和磁性南极指向等离子体腔室的内部，从而构成弯曲地伸入到等离子体腔室内部的磁场。
2.用于实施根据权利要求1所述方法的等离子体源，具有等离子体容器，该容器具有引出电极和具有激励电极的高频电极装置，该激励电极具有激励面，该激励面通过适配网络与高频振荡器可连接或连接，其中，等离子体腔室位于该激励面与引出电极之间，在该等离子体腔室中可激励等离子体以及其中，引出电极与激励面的面积大小被这样选择，使得几乎全部高频电压在引出电极处下降，用于产生磁场的磁装置，其特征在于，该磁装置被构造成平面的磁子，该磁子具有至少一个磁性北极和一个磁性南极，它们分别被设置在激励电极后面背离等离子体腔室的一侧上并且指向该等离子体腔室的内部， 从而能够形成弯曲地伸入到等离子体腔室内部中的磁场，由此能够形成隧道状的区域，力口载的粒子能够被保持在该区域中并且它们能够沿着该区域扩散。
3.根据权利要求2所述的等离子体源，其特征在于，激励面被至少在部分区域中朝向等离子体腔室凹形地构造。
4.根据权利要求2至3中一项所述的等离子体源，其特征在于，激励面至少在部分区域中朝向等离子体腔室凸形地构造。
5.根据权利要求2至4中一项所述的等离子体源，其特征在于，激励面的至少一部分被平面地构造。
6.根据权利要求2至5中一项所述的等离子体源，其特征在于，弓丨出电极的至少一部分被平面凹形地或凸形地构造。
7.根据权利要求2至6中一项所述的等离子体源，其特征在于，磁装置被构造成圆形或矩形磁子，优选地装备有空心电极。
8.根据权利要求2至7中一项所述的等离子体源，其特征在于，激励电极被构造为罐状，具有底部区域和侧壁，并且至少借助侧壁伸入到等离子体腔室中。
9.根据权利要求2至8中一项所述的等离子体源，其特征在于，设置具有屏蔽面的配置给激励电极的暗区屏蔽装置。
10.根据权利要求2至9中一项所述的等离子体源，其特征在于，激励面的部分区域被设置在激励电极的壁的内侧面上或者构成该内侧面，并且该壁的外侧面至少在部分区域中被暗区屏蔽装置的屏蔽面包围。
11.根据权利要求9或10所述的等离子体源，其特征在于，弓丨出电极的面积大小一方面和与等离子体形成接触的等离子体电极面的大小及另一方面和激励面的大小被这样选择， 使得等离子体相对引出电极在时间平均中位于一个较高的、被等离子体正离子加速的电位上。
12.根据权利要求9或10所述的等离子体源，其特征在于，等离子体容器的壁的至少一部分由暗区屏蔽装置的部分和/或激励电极的部分构成。
13.根据权利要求2至12中一项所述的等离子体源，其特征在于，设有用于改变磁场的直ο
14.根据权利要求13所述的等离子体源，其特征在于，设有用于改变磁场的装置，借助该装置能够改变磁性北极或南极中至少一个相对于激励面的位置。
15.根据权利要求13或14所述的等离子体源，其特征在于，设有一个装置，借助该装置能够改变磁性北极或南极中至少一个的磁场强度。
全文摘要
在用于产生等离子体射束的方法中，该等离子体射束被这样从一个由电场和磁场产生的等离子体中这样引出，使得一个高频电压被施加到一个引出电极和一个具有激励面的激励电极的高频电极装置上并且该等离子体相对引出电极在时间平均中位于一个较高的、被等离子体正离子加速的电位上并且该等离子体和引出的等离子体射束受一个磁场地影响，规定了，为了产生磁场使用一个平面的磁子，该磁子被设置在激励电极后面的背离该等离子体的一侧上并且其磁性北极和磁性南极指向等离子体腔室内部中，使得构成一个弯曲的、伸入到等离子体腔室内部的磁场。在用于实施所述方法的等离子体源中，具有一个带有引出电极和具有激励面的激励电极的高频电极装置的等离子体容器，该激励面通过一个适配网络可与一个高频振荡器连接或被与一个高频振荡器连接，其中，一个等离子体腔室位于该激励面与引出电极之间，在该等离子体腔室中可激励一个等离子体及其中，引出电极与激励面的面积大小被这样选择，使得几乎在引出电极上下降了全部高频电压；具有一个用于产生磁场的磁装置，规定了，该磁装置具有至少一个磁性北极和一个磁性南极，它们分别被设置在激励电极后面的背离等离子体腔室的一侧上并且指向该等离子体腔室的内部，使得可形成一个弯曲的、伸入到等离子体腔室内部中的磁场，其中，北极或南极中至少一个被长形地构造，使得可形成一个隧道状的区域，加载的粒子可被保持在该区域中并且它们可沿着该区域扩散。
文档编号H01J37/32GK102460634SQ201080027312
公开日2012年5月16日 申请日期2010年4月27日 优先权日2009年4月28日
发明者J·皮斯特纳, M·舍雷尔 申请人:莱博德光学有限责任公司