等离子体源的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及磁场增强阴极等离子体沉积和阴极等离子体放电，其中，带电粒子可以在稀薄的真空系统中被引导。
【背景技术】
[0002]在真空沉积过程中，如PVD和PACVD，弧源可以用于形成等离子体。通常需要提供电场和磁场来成形和引导形成等离子体的离子，从而令所述离子优选地位于处理腔的特定区域中，例如，Btt连要覆盖或要处理的基片。
[0003]弧形成在阴极表面。这些弧本身是等离子体，它们将使来自作为阴极粒子的一部分的源的靶的材料汽化，从该阴极释放电子，在气相的上的碰撞将产生离子，这些粒子响应由该等离子体自身生成的电场。经常需要将等离子体从目标表面射出，这样射出的等离子体可以用在处理腔中。这样的结构得到电离粒子的稳定供应。
[0004]可以通过提供磁场实现离开弧源的等离子体射出，该磁场引导电子，随后，随着电子朝向处理区域而离开阴极附近，粒子将跟随由生成的电场力所驱动的电子。以可预测的和理想的方式对磁场进行控制，这为真空处理设备的设计者们提出了一个特别挑战。已经提出了各种磁性布置，而本发明涉及一种用于控制来自等离子体源的等离子体射出的改进的和/或替代性的布置。
【发明内容】
[0005]根据本发明的第一方面，提供了一种等离子体源，包括:间隔分开的第一和第二等离子体源单元，每个等离子体源单元包括靶和磁性装置；其中，每个磁性装置都在它们各自的靶上创建形成闭环磁阱的磁场；并且，每个磁场相互作用以形成:在位于所述等离子体源之间的区域中大致很低磁场强度的范围；以及从位于所述等离子体源单元之间的所述区域延伸的导引磁场。
[0006]所述靶适合为可消耗的靶，其可以由汽化形成蒸汽的材料制造出来，当电离时，其形成等离子体。
[0007]所述靶适合为靠近所述磁性装置。所述靶可以包括一块可消耗材料，该其可以相对所述磁性装置固定。额外地或可选地，所述靶可以包括布置为围绕所述磁性装置的管状靶。合适地，管状靶可以布置为绕所述磁性装置旋转，使得所述靶随着时间的推移平均消耗得更均匀。可以所述靶的旋转的速度和方向以适应不同的工艺要求。
[0008]每个所述第一和第二等离子体源单元都包括磁性装置，这些磁性装置的极性适合选择为彼此相对，例如，它们的北极面对面(或者朝着一个相同方向排列)，或者它们的南极面对面(或者朝着一个相同方向排列)。这样的结构可以引起磁排斥或磁吸引，在所述等离子体源之间的区域，所述磁排斥或磁吸引相互抵消，从此创建在位于所述等离子体源之间的区域中磁场强度大致上很低的范围。
[0009]所述磁性装置适合包括磁体或一组的多个磁体。所述磁体或多个磁体可以是永磁体和/或电磁体。每个等离子体源单元的磁体或多个磁体适合于建立磁场，该磁场可以用磁场线表示，该磁场线与间隔位置上的所述靶相交，但是，该磁场线弯曲离开所述靶，形成所述闭环的磁阱或多个磁阱。
[0010]所述等离子体源单元的磁场合适于互相作用，并且可以用从所述靶向外延伸并且离开位于所述等离子体源单元之间的区域的磁场线表示。这样的磁场形成通道，该通道是磁场力较低的区域(空间)，该空间对所述等离子体内的离子流具有极低阻力。
[0011]因此，所述通道或多个通道提供“最小阻力路径”，其激发所述等离子体在优先方向或与所述通道相对应的方向上射出。
[0012]在一些实施了中，所述等离子体源单元布置在相对的方向，也就是说，彼此面对面，并且这些等离子体源单元关于贯穿所述通道的垂直线大致对称地布置。然而，所述等离子体源单元可能相对彼此倾斜，以创建偏置，使得所述等离子体优选地从所述源的一边射出。
[0013]可以提供其他数量的等离子体源。在一些实施了中，有排列为U形形状的三个等离子体源单元，这样，相互作用的磁场形成从所述U的开口部分向外延伸的单个通道。
[0014]一对等离子体源单元的一边的可以设置表面以形成U形形状，这样所述表面和所述等离子体源单元的磁场相互作用以形成从所述U的开口部分向外延伸的单个通道。所述表面可以与一个或多个所述磁性装置接触，或者与一个或多个所述磁性装置一体形成。所述表面可能相对所述磁性装置电偏置。
[0015]根据本发明的第二方面，提供了一组阴极等离子体源或阴极等离子体源的组合，其中，至少两个等离子体源单元以这样一种方式排布在稀薄的气体真空系统中:产生的磁场的相互作用提供本质上与中性粒子和液滴的主体垂直的方向上的电子的引导传送逸出路径，该中性粒子和液滴生成在所述阴极等离子体源中。此外，本发明的所述阴极等离子体源排布将生成非常低磁场的区域，其中，通过电场和磁场捕获电子。在本发明中，至少一个所述阴极等离子体源将通过高能电子和中性粒子间的合适的碰撞，或通过靶材料的表面上或表面附近的强功率密度放电，或通过任何其他可以产生电离作用的现象或现象的组合，生成带正电荷的粒子。可以从靶的成分或从稀薄气体的成分中生成离子。还可以通过靶表面的电弧现象，或通过高功率脉冲能量波生成离子。在本发明中，至少一个阴极等离子体源将具有闭环的磁场陷阱。该磁场陷阱本质上位于所述靶表面的上方，以这种方式，它将捕获在所述靶表面上的等离子体。在该陷阱中，形成有磁控管，即，存在所述电场和所述磁场间大致垂直的区域。由于所述电场和所述磁场本质上彼此垂直，该区域将诱导更高靶等离子活性的区域。本发明的其中一个实施例的等离子体逸出路径平行于两个相向的靶，而大多数非带电粒子主要在不同的方向上传播。
[0016]在本发明的另一个实施例中，由带有实质上负偏压的表面形成等离子体簇，该表面以这样的一种方式位于两个阴极等离子体源单元附近:其中一个垂直逸出路径处于阻塞状态。由于所述电子被排斥，因此，建立单一的逸出路径。
[0017]在本发明的另一个实施例中，由实质上负偏压的表面形成等离子体簇，该表面可以与两个相向的阴极等离子体源处于相同的电势，可选地，额外地表面可以是电气绝缘部件，或者甚至是第三等离子体源，该第三等离子体源与两个相向的阴极等离子体源性质类似或不同。
[0018]在本发明的另一部分，任意数量的上述簇的阵列可以用在相同的真空系统中。
[0019]给这些等离子体源供电的能源输送系统可以具有不同的性质，DC，脉冲DC。还可以是低频(1-100赫兹)、中频(kHz)或高频(MHz)的AC。还可以使用高功率脉冲以便向阴极等离子体源供电。电源可以以不同的方式连接，例如，实施例将主要作为阴极或者交替的阴极/阳极而操作。还可以在真空系统中增加额外的阳极以便引导电子从所述等离子体源向位于指定位置的阳极放电。阳极位置可以是静态的或者动态的。可以同时有多个不同电势的阳极。可以有多个静态的或动态的等离子体源。
[0020]作为例子的所述阴极等离子体源可以处于实质的弧模式、磁控溅射模式、中空阴极模式、二极管模式、三极管模式或这些模式的任意组合。
[0021]作为例子的所述阴极等离子体源可以处于无反应模式或反应模式，其中，所述真空系统加入其他成分或混合物以便在所述等离子体和基板表面中产生化学反应，如Ti和O2的反应，以形成T1x，或与单体反应产生聚合物，或HMDSO和氧气的反应，以便产生聚硅氧烧或S1x涂层，或任何复合类型的反应。
[0022]任意多个等离子体源和阳极的优选排布是这样的:从所述等离子体簇到所述阳极或者所述等离子簇间的电子传播路径将实质性地穿过要进行等离子体处理或覆盖的基板的区域。
[0023]在本发明中，加入到真空系统中的气体或蒸汽类型可以引入反馈控制系统或非反馈控制系统。所述反馈控制系统将通过监控所述等离子体和驱动不同工艺参数，例如，气体和蒸汽馈送、电源、阳极电位等，主动控制所述反应。
[0024]本发明还涉及带有阳极的等离子体簇的使用，该等离子体簇还具有用于更好地引导电子的磁性装置。所述阳极可能具有相对于地或簇阴极的地或正电势。
[0025]本发明涉及在不同系统应用(如网、玻璃、显示、装饰和批量镀膜机)中的簇等离子体源的使用。
【附图说明】
[0026]以下参照附图对实施例的进一步描述将更好地理解本发明。
[0027]图1为本发明的第一实施例的截面示意图；
图2为本发明的第二实施例的截面示意图；
图3为本发明的第三实施例的截面示意图；
图4为本发明的第四实施例的截面示意图；
图5为本发明的第五实施例的截面示意图；
图6为本发明的第六实施例的截面示意图；
图7为本发明的第七实施例的截面示意图；
图8为本发明的第八实施例的截面示意图；
图9为本发明的第九实施例的截面示意图；
图10为本发明的第十实施例的截面示意图；
图11为本发明的第十二实施例的截面示意