[发明专利]电子回旋共振等离子体源

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子回旋共振等离子体源(ECR等离子体源)， 特别是用于低压范围内的表面处理，例如用于表面活化、清洁处理、 基片的磨蚀或涂层。所述电子回旋共振等离子体源包括一个同轴的微 波供给线，该微波供给线有一个内导体和一个外导体，它绝缘地穿过 一个真空法兰，该真空法兰将壁中通往等离子体室的一个孔口封闭。 此外，所述电子回旋共振等离子体源还包括一个天线，该天线作为内 导体的一端绝缘地穿过真空法兰；和一个与微波供给线同轴地设置的 多极磁体装置，其磁场穿过真空法兰，并在等离子体室中围绕天线形 成一个环形磁场。

背景技术

按照现有技术，已知有各种各样的电子回旋共振等离子体源及等 离子体束和离子束发射方法。例如，EP 0448077B1介绍了一种微波 等离子体管，以用于产生一种受到磁场支持的微波放电，它包括一个 放电室、一个用于微波至放电室中的耦合装置和磁体。在一个表面波 导体上，设置了一个或多个空心圆柱形的磁体，这些磁体由一个呈U- 形设计的、用铁磁性材料制成的外套如此地加以包封，使得开口的那 侧贴靠在表面波导体上，并且与空心圆柱形磁体同心地设置用于微波 的输入耦合装置。放电室与微波的输入耦合点的真空分离是由一个石 英玻璃杯体来确保的，该石英玻璃杯体是可以透过微波的。空心圆柱 形磁体可以是线圈或永久磁铁。

通过放电与磁场的结合，来利用电子回旋共振效应，简称电子回 旋共振效应。这样，就能将使用压力范围特别扩展到很低的压力，至 大约10^-5mbar。

举例来说，微波等离子体管可以在10^-2Pa的压力范围内按微波功 率为400W的情况进行操作，并将等离子体可靠地点火。与气体种类 无关，离子密度可达到3至10×10¹⁰cm^-3。从等离子体可以提取在6英 寸直径上达到3mA/cm²的均匀流密度分布的离子流。

在这种等离子体源的实际应用中，其主要的缺点是：对放电室需 要采取一些卓有成效的维护措施。因此必须对涂层系统频繁地进行清 洁处理，从而会明显提高涂层工艺的成本。

依据所用的涂层材料，特别在采用等离子体涂层方法的情况下， 可获得在电学上甚小导电能力的至甚高导电能力的涂层。其中，所生 成的层不仅覆盖所用的试样体，而且或多或少地也覆盖整个涂层系统 的所有处于直接周围的表面。这一点可能导致对涂层结果的与时间相 关的影响，或者说，是限制了可能的涂层时间。

限制涂层持续时间的经常起因就在于导电层，这些导电层对电压 或电流引线产生短路，或者说，在无电极的等离子体源的耦合窗口上 妨碍电功率的进一步耦合。

发明内容

因此本发明的目的就在于，提供这样一种电子回旋共振等离子体 源，它可以简单地消除现有技术中的缺点，并能实现电子回旋共振等 离子体源长期无故障的工作运行时间。

为此，本发明提供一种电子回旋共振等离子体源，包括一个同轴 的微波供给线，该微波供给线有一个内导体和一个外导体，其中，内 导体以一个端头作为天线绝缘地穿过一个真空法兰，该真空法兰将壁 中通往等离子体室的一个孔口封闭；还包括一个与微波供给线同轴设 置的多极磁体装置，其磁场穿过真空法兰，并且在等离子体室中与天 线同轴地形成一个环形缝隙磁场，其特征在于：天线直接伸入等离子 体室中并且对置于内导体具有一个在径向加大的天线头，在该天线头 上，平行于真空法兰有一个底面，使得在真空法兰和底面之间形成一 个环形缝隙；等离子体室与天线同轴地并且径向上在环形缝隙磁场的 外面由一个屏蔽加以限界，所述屏蔽的背向真空法兰的端面确定出等 离子体出口。

下面将结合本发明的优选实施例的介绍，包括附图，对本发明作 详细说明。

按照现有技术，电子回旋共振等离子体源包括一个同轴的微波供 给线，它有一个内导体和一个外导体，其中，该内导体以其一端作为 天线绝缘地穿过一个真空法兰，该真空法兰将壁中通往等离子体室的 一个孔口封闭；还包括一个与微波供给线同轴地设置的多极磁体装 置，其磁场穿过真空法兰，并且在等离子体室中围绕天线形成一个环 形缝隙磁场，这种等离子体源有利地得到了进一步发展。

依本发明，天线直接伸入到等离子体室中。据此，按现有技术所 设的包封着天线的石英玻璃杯体或陶瓷杯体也就不存在了。