专利名称：一种用于发射等离子体的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种等离子体发射装置，主要用于离子束表面处理和 真空沉积薄膜过程。
背景技术：
等离子体发射源于60年代卫星离子推进装置，这种装置具有结构简单，无 须灯丝辅助，离子能量可调范围宽等特点，现可被用于真空镀膜工艺过程中的 清洗，刻蚀和离子束辅助沉积等。
图1示出了美国专利(专利号No.6919672)涉及一种等离子体发射装置 100，为装置100的结构简图，主要包括磁路110，永磁体130，磁极140、 150 和160，以及沟道120和125。阳极102和104与电源正极相连。装置100的 外壳及真空室(未示出)与电源负极相连。磁极140， 150和160在放电沟道 的两侧形成磁镜。当沟道120和125内产生等离子体后，其中的电子受到磁镜 的约束。在沟道的水平方向形成振荡，在电场作用下不断向阳极102和104迁 移。在此过程中与馈入的气体发生碰撞，使部分原子离化。等离子体在沟道内 做EXB环形运动。在阳极102和104表面形成霍尔电场，离子在电场的作用 下，由沟道向上发射，由于离子对电子的吸引，离子和电子同时出射，形成等 离子体。
具有能量的离子作用于被处理工件，对其进行清洗、刻蚀和离子束辅助等工艺。
该等离子体发射装置根据工作气压不同有两个工作模式，当工作气压较低 例如5XlO々Pa时，放电沟道内等离子体密度较低，磁场与电场组成离子透镜，引导离子和电子以等离子体束的形式发射，离子对阴极(磁极表面)刻蚀较弱，
装置的工作对工件造成的污染较少。但是当工作气压较高时(例如1Pa)，放电 沟道内等离子密度增加，磁极表面负压降吸引离子，并对其进行加速，使其获 得能量，部分离子对磁极表面进行轰击，发生磁极被刻蚀现象，刻蚀出的磁极 原子对真空薄膜工艺过程造成污染，影响镀膜工艺质量。
实用新型内容
为了克服等离子体发射装置造成的污染，减少磁极的刻蚀程度，提高装置 的工作稳定性和离化效率，本实用新型改进了发射装置的磁极结构，拓宽放电 沟道的空间，特别是在散焦模式下工作时，使磁极悬浮，加装辅助阴极，从而 达到降低等离子体发射装置污染的目的。
为达到上述目的，本实用新型提供一种等离子体发射装置，包括阳极、 与所述阳极相对设置的阴极、位于所述阳极内部的永磁体、以及完全或局部环 绕在所述阴极周围的辅助阴极，其中，所述阴极具有布置在永磁体上方的内极 靴以及布置在内极靴两侧外部的外极靴，所述内极靴与所述外极靴之间形成环 形沟道，所述内极靴和所述外极靴的彼此相对的部分具有多槽结构，从而构成 多槽结构阴极。
优选地，所述多槽结构阴极的内极靴和外极靴的彼此相对的多槽部分形成 磁镜，所述磁镜产生局部强磁场。
优选地，所述沟道的宽度大于电子的拉莫尔半径。 优选地，所述阴极结构上具有绝缘涂层。
优选地，所述阴极和阳极彼此悬浮设置，且所述辅助朋极与阳极形成放电 回路，所述辅助阴极可相对于整个等离子体发射装置以一定角度放置。
本实用新型所涉及的等离子体发射装置的放电沟道的磁极采用多槽式结构，磁极的凸起部分表面具有强磁场，对电子和离子形成磁镜强发射，减少离 子对磁极的轰击强度，提高出射离子的数量。磁极的凹槽部分因电场屏蔽效应， 在凹槽附近的离子不能被有效加速，能量降低，这些离子对磁极凹槽部分的轰 击不足已引起磁极的刻蚀，即使产生刻蚀，出射的磁极原子也沉积在凹槽的侧 壁内，从而不引起镀膜工艺的污染。
除此之外，可以在磁极表面喷涂非导电涂层，使得离子不能向磁极运动， 从而起到保护磁极避免污染的作用。
当等离子体发射装置在较高的工作气压下工作，进入散焦模式时，离子对 磁极的刻蚀区域扩大，将磁极进行电悬浮，加装辅助阴极并且辅助阴极的平面 与阳极平面平行。等离子体放电产生的离子对辅助阴极的下表面进行轰击，产 生刻蚀，出射的辅助阴极原子向下发射，而不向工件表面发射，以此降低装置 的污染。由于离子的质量大，辅助阴极的上表面不被轰击所以不产生刻蚀，不 发生污染。
因磁极悬浮，离子向磁极的运动受到阻碍，所以此方式可以提高装置的等 离子体发射效率。
另外，由于加装辅助阴极，等离子体发射装置与镀膜装置的其他单元相互 独立，可对工件施加偏压等工艺，从而提高了装置的适用性。
以下结合附图对本实用新型的具体实施例进一步说明。
图1是现有技术中的等离子体发射装置的剖面图； 图2是本实用新型的等离子体发射装置的剖面图。
具体实施方式
现有的等离子体发射装置100的磁路结构中弱镜场区内，由于电子碰
撞产生离子时，离子更趋向于向阴极加速，刻蚀阴极，降低工作效率。
图2是本实用新型涉及的装置200，包括阳极202和204，永磁体230， 外极靴240和260，内极靴250。装置200中沟道220和225的宽度大于 电子的拉莫尔半径，并且保证足够强的磁场使电子约束在放电区内而离子 被加速引出。拓宽沟道220和225的宽度，可扩大放电区域。增加极靴高 度H增强放电稳定性，扩大工作气压范围，尤其是由聚焦模式转化为散焦 模式。
装置200的多槽结构优于装置100的阴极设计，凸出部分产生强磁场。 在径向方向束缚高能电子，使电子相对集中在沟道中心，提高中心区电子 密度。由于存在强磁镜场，很多电子靠近凸起部分后反弹，镜场越强，反 弹电子越多，发射装置工作效率越高。
在沟道中心区，强镜场将电子聚集在中心区及离化，更多的离子被垂直喷 出沟道，形成有效的离子推进器和离子源。
在聚焦模式下，工作气压和电压较低，沟道区电场不会改变。在散焦模式 下，沟道区产生导电等离子体，改变电场，导致阴极刻蚀。多槽结构的强镜场 效应有利于在散焦模式下减少刻蚀，增加工作效率。
沟道200和225的多槽结构提供较强的表面磁场和镜场效应，若采用尖端 结构，虽然提供更强磁场，但是镜场在较小区域内集中，并且扩大弱镜场区域。
装置200的辅助阴极270和280，可完全或局部环绕在装置200周围。辅 助阴极270和280远离放电区220和225，降低阴极刻蚀及极靴的污染，与装 置200合为一体，组成放电单元，利于独立安装和工作。采用悬浮方式可减少 采用接地方式而导致的正电荷对绝缘基体(如玻璃)的轰击，优化镀膜工艺。
权利要求1.一种等离子体发射装置，包括阳极、与所述阳极相对设置的阴极、位于所述阳极内部的永磁体、以及完全或局部环绕在所述阴极周围的辅助阴极，其特征在于，所述阴极具有布置在永磁体上方的内极靴以及布置在内极靴两侧外部的外极靴，所述内极靴与所述外极靴之间形成环形沟道，所述内极靴和所述外极靴的彼此相对的部分具有多槽结构，从而构成多槽结构阴极。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多槽结构阴极的内极靴和外极靴的彼 此相对的多槽部分形成磁镜，所述磁镜产生局部强磁场。
3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述沟道的宽度大于电子的拉莫尔半径。
4. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阴极结构上具有绝缘涂层。
5. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阴极和阳极彼此悬浮设置，且所述辅 助阴极与阳极形成放电回路，所述辅助阴极可相对于整个等离子体发射装置以一定角度放置。
专利摘要本实用新型公开了一种等离子体发射装置，包括阳极、与所述阳极相对设置的阴极、位于所述阳极内部的永磁体、以及完全或局部环绕在所述阴极周围的辅助阴极，其中，所述阴极具有布置在永磁体上方的内极靴以及布置在内极靴两侧外部的外极靴，所述内极靴与所述外极靴之间形成两个沟道，所述内极靴和所述外极靴的彼此相对的部分具有多槽结构，从而构成多槽结构阴极。本装置对现有的等离子体发射装置的阴极结构，特别是放电沟道附近的阴极进行改进，减少阴极刻蚀，扩大放电区域，增加工作气压范围。尤其采用悬浮式辅助阴极与发射装置组成放电单元，减少污染，利于独立安装和工作。
文档编号H05H1/54GK201160337SQ200720153720
公开日2008年12月3日 申请日期2007年5月24日 优先权日2007年5月24日
发明者欣 何, 军 叶, 杨东升, 王琼先 申请人:北京镨玛时代科技有限公司