[发明专利]电极、制造电极的方法及产生局部击穿的方法

说明书

电极、制造电极的方法及产生局部击穿的方法。在正常操作期间形成绝缘沉积物的系统中，将电极设置成使得沉积物具有产生原位三联结合部的效果。这些三联结合部增强了低电平放电活动，以有助于沉积物的局部击穿并保持电极的导电率。三联结合部周围的放电活动产生局部等离子体清洗，并由此保持局部电极表面导电率和总体电极功能。

相关申请的交叉引用：

本申请要求于2014年10月23日提交的共同未决临时专利申请No.62/067,693的权益；该申请的全部内容通过引用而并入本文。

技术领域

本发明涉及局部电场增强的使用，并且更具体地，涉及引入被设计成在绝缘沉积物形成为正常操作的一部分的系统中产生原位三联结合部(triple junction)的特征。候选导体通常在干净、理想的条件下低于电气击穿阈值进行操作。这考虑到与正常操作中预期的污染相关联的电压保持的劣化。沉积物可以是物质(如灰尘)的松散的、未结合的堆积。沉积物也可以采取附着层的形式，或者通过化学反应来形成。可以形成绝缘沉积物的示例包括：电晕环、绝缘体梯度环以及暴露于污染物的火花间隙，如火花塞。对真空系统(如带电粒子加速器和等离子体工具)中的电极给予特别注意。

背景技术

在液体、气体或真空环境中，电极污染物可能需要维护，否则导致高压击穿。在诸如等离子体和离子束的基于真空的半导体制造工具中，击穿可以增加粒子生成。在被供电的电极上，硬电源击穿(也称作“故障(glitch)”)可以显著增加粒子生成。这是不利的，因为粒子可以导致半导体制造中的产量损失，因此常规地监测粒子数量。工具资质和继续操作需要将粒子数量保持在最大允许公差以下。所需要的是可以通过维持阈值粒子数量来增加使用寿命的技术，这将增加使用寿命并且在经济上是可取的。

电极、绝缘体以及三联结合部：

绝缘体是任何电气系统的关键部件，而且引起绝缘体故障的机制已经得到了广泛的研究。在真空、气体或非导电液体系统中，介质-金属-绝缘体的汇合被称为“三联结合部”(或“三点(triple point)”)。在真空三联结合部处的电场增强可能导致绝缘体击穿。例如，参见Analytic expression for triple-point electron emission from anideal edge,Appl.Phys.Lett.72(4),26January 1998；Chung et al.,Configuration-dependent enhancements of electric fields near the quadruple and the triplejunction,J.Vac.Sci.Tech.B28,C2A94,2010；Stygar et al.,Improved design of ahigh-voltage vacuum-insulator interface,Phys.Rev.ST Accel Beams 8,050401(2005)。

在真空中，真空侧上的绝缘体与阴极之间的交点的锐角可以在阴极三联结合部处产生数学电场奇点。接着，电子场发射可以沿着绝缘体表面产生蠕缓放电，并导致最终故障。绝缘体与阳极之间的钝角可以在阳极三联结合部处的电场中产生数学奇点，其可以导致绝缘体体击穿(bulk insulator breakdown)。下面参照图1，根据美国专利申请公开No.2014/0184055，研究和开发的一个目标是，通过设计在阴极12三联结合部处的真空侧钝角10和在阳极14三联结合部处的锐角θ来增加绝缘体使用寿命。对三联结合部场增强击穿的关注从宏观特征尺寸延伸至亚微米特征尺寸。例如，参见Takada的美国专利No.5739,628。