CN106663578A - 离子源 - Google Patents

Abstract

离子源包括磁场部、电极。磁场部的面向被处理物的一侧开放，另一侧被密封。磁场部的开放一侧有内侧磁极和外侧磁极被相离设置，密封另一侧用磁芯连接而在开放一侧形成等离子体电子的加速闭环。内侧磁极具有贯通其内部而向加速闭环方向供应气体的气体注入部。电极是在磁场部内的加速闭环下部与磁场部相离设置。

Description

离子源

技术领域

本发明涉及离子源，具体地，磁极上具有气体注入部的离子源。

背景技术

离子源（ion source）有效用于基片改良或溅射镀膜。离子源是利用电极和磁极形成闭环（closed drift loop），是沿着该环使电子高速移动的结构。电子移动的闭环内由工艺室外部向其内部连续供应离子生成用气体即离子化气体

美国专利7,425,709是为从外部给离子源内部供应离子化气体而具备独立的供气管和气体扩散用部件。如上所述，传统的离子源是大部分由离子源后端向其内部供应离子化气体，在离子源内部发生等离子体，利用内外部压力差使之扩散而喷出离子。

由于这种方式，传统的离子源是在生成等离子体离子的过程中，在电极面上产生蚀刻现象。被蚀刻的金属或者二氧化硅等因压差与等离子体离子一起被喷到外部而造成杂质污染。不仅如此，喷出区域的粒子粘附电极的比率也增加，电极之间还发生弧。所述杂质生成或弧的发生会降低离子源的离子化性能，进一步阻碍深入研究或后续工艺。

为解决所述问题，美国专利6,750,600号、6,870,164号、韩国专利公开 10-2011-0118622号曾提出过转换电极极性的方法。

但所述方法需要一种可以转换电源极性的独立结构。因此传统的解决方案不仅结构复杂制作成本也高。而且通过转换极性的方法来清除溅射在电极或磁极的离子的方法还是比较具有局限性。

发明内容

技术问题

本发明的目的在于，

第一、最大限度减少基片、电极、磁极等被溅射污染物；

第二、调节工艺室内的离子密度；

第三、最大限度减少弧和由此产生的粒子；

第四、提供等离子体离子可以顺利迅速地移动至基片的离子源。

技术方案

为实现所述目的，本发明所采用的技术方案是，离子源可以包括磁场部、电极等。

磁场部是面向被处理物的一侧开放，另一侧被密封。开放一侧上有内侧磁极和外侧磁极被相离设置，密封的另一侧是用磁芯连接，并在开放一侧形成等离子体电子的加速闭环。内侧磁极具有向加速闭环的方向供应气体的气体注入部。

电极是在磁场部内与磁场部相离设置于加速闭环的下部。

本发明的离子源中，气体注入部可以包括气体流入部、气体分散部、第一气体喷出部。

气体流入部是气体从外部流入。

气体分散部连通于气体流入部，沿着内侧磁极的长度方向形成，具有比气体流入部更宽的剖面。

第一气体喷出部是，沿着内侧磁极的长度方向，一侧连通于气体分散部，另一侧向加速闭环开放。第一气体喷出部是以剖面比气体分散部更小的缝状组成而将气体向加速闭环方向喷出。

根据本发明的离子源，气体注入部可以具有第二气体喷出部。第二气体喷出部是，沿着内侧磁极的长度方向，一侧连通于气体分散部，另一侧向基片方向开放。第二气体喷出部具有比气体分散部更小的剖面而将气体向基片方向喷出。

根据本发明的离子源，第二气体喷出部可以是相离的多个贯通孔或连续缝。

本发明的离子源可以包括磁场部、气体注入延长部、电极组成。

磁场部是使面向被处理物的一侧开放地组成。磁场部在其开放一侧将内侧磁极和外侧磁极相离设置。磁场部可以将另一侧用磁芯连接。磁场部可以在开放一侧形成等离子体点火和电子加速区域。内侧磁极或外侧磁极可以具有一侧向被处理物的方向开放的气体注入部。

气体注入延长部与内侧磁极或外侧磁极被电绝缘地结合。气体注入延长部连通于磁场部的气体注入部。气体注入延长部是可以从内侧磁极或外侧磁极向被处理物方向凸出组成。

电极在磁场部内位于等离子体点火和电子加速区域的下部，可以与磁场部相离设置。

根据本发明的离子源，气体注入延长部可以以电绝缘体组成。

根据本发明的离子源，气体注入延长部可以包括电绝缘部件、管道部件等组成。

电绝缘部件结合于内侧磁极或外侧磁极。电绝缘部件具有第一贯通部。第一贯通部连通于气体注入部的一侧开放部。

管道部件结合于电绝缘部件。管道部件具有第二贯通部。第二贯通部的一侧连通于第一贯通部，另一侧向被处理物方向开放。

根据本发明的离子源，管道部件可以与电绝缘部件的边界区域具有凹陷部。

根据本发明的离子源，电绝缘部件可以与管道部件的边界区域或与内侧磁极或外侧磁极的边界区域具有凹陷部。

根据本发明的离子源，等离子体点火和电子加速区域是可形成多个闭环地组成。

根据本发明的离子源，可以包括配电器（power distribution unit）。配电器是在具有多个电极的多重环离子源中给电极生成直流、交流或脉冲电压施加。

根据本发明的离子源，气体注入部是可包括气体流入部、气体分散部、气体喷出部等地组成。

气体流入部是气体从外部流入。

气体分散部连通于气体流入部，沿着内侧磁极或外侧磁极的长度方向形成，具有比气体流入部更宽的剖面。

气体喷出部是，沿着内侧磁极或外侧磁极的长度方向，一侧连通于气体分散部，另一侧向被处理物的方向开放。气体喷出部可以具有比气体分散部更小的剖面。气体喷出部可以以连接的缝或相离的多个通孔组成。

具备本发明的离子源的溅射装置的组成包括工艺室、离子源、第一、二气体注入器等。

工艺室的内部形成密封空间。

离子源被装配于工艺室内。离子源的组成包括磁场部、气体注入延长部、电极。磁场部是面向被处理物的一侧开放，另一侧上有内侧磁极和外侧磁极被相离设置，另一侧用磁芯连接而在开放一侧形成等离子体点火和电子加速区域。内侧磁极或外侧磁极要以具有一侧向被处理物的方向开放的气体注入部。气体注入延长部与内侧磁极或外侧磁极被电绝缘地结合，连通于气体注入部，可以由内侧磁极或外侧磁极向被处理物的方向凸出。电极是在磁场部内与磁场部相离设置于等离子体点火和电子加速区域的下部。

第一气体注入器可以通过气体注入部和气体注入延长部，给工艺室内注入反应用或溅射用气体。

第二气体注入器可以给工艺室内注入工艺用气体。

根据具备本发明的离子源的溅射装置，等离子体点火和电子加速区域是可形成多个闭环地组成。

具备本发明的离子源的溅射装置可以包括配电器。配电器包括多个电极，并在多重环的结构中给电极生成直流、交流或脉冲电压施加。

有益效果

具有所述结构的本发明的离子源的有益效果在于，可以最大限度减少离子源本身产生蚀刻污染物，进而阻止离子源的电极或磁极被溅射蚀刻污染物。并阻止只需溅射所需物质的基片被溅射污染物；

除了离子化气体以外，还可以供应可调节离子密度的离子密度调节气体而提升工艺效率；

形成使等离子体离子可顺利移动至基片的流动而提升等离子体离子的基片溅射率。

附图说明

图1a、1b是显示本发明的离子源的第一实施例的透视图和剖视图；

图2a、2b是显示本发明的离子源的第二实施例的透视图和剖视图；

图3a、3b是显示本发明的离子源的第三实施例的透视图和剖视图；

图4a、4b是显示本发明的离子源的第四实施例的透视图和剖视图；

图5a、5b是显示本发明的离子源的第五实施例的透视图和剖视图；

图6a、6b是显示本发明的离子源的第六实施例的透视图和剖视图；

图7a、7b是显示本发明的离子源的第七实施例的透视图和剖视图；

图8a、8b是显示本发明的离子源的第八实施例的透视图和剖视图；

图9a、9b是显示本发明的离子源的第九实施例的透视图和剖视图；

图10a、10b是显示本发明的离子源的第十实施例的透视图和剖视图；

图11a~11d是图示本发明的离子源的气体注入延长部被变形的例子的多个剖视图；

图12a、12b是显示本发明的离子源的第十一实施例的透视图和剖视图；

图13a、13b是显示本发明的离子源的第十二实施例的透视图和剖视图；

图14a、14b是显示本发明的离子源的第十三实施例的透视图和剖视图；

图15a、15b是显示本发明的离子源的第十四实施例的透视图和剖视图；

图16是图示具备本发明的离子源的溅射装置。

最佳实施方式

图1a、1b是显示本发明的离子原的第一实施例的透视图和剖视图。

第一实施例的组成可以包括磁场部10、内侧气体注入部20、电极30等。

磁场部10的面向基片的前方开放，侧方和后方密封。开放侧上有内侧磁极11和外侧磁极13被相离设置。内侧磁极11的下端可以具备磁铁。例如，内侧磁极11可以作为N极，外侧磁极13可以作为S极。

密封侧可以具备与内外侧磁极11，13被一体地或可分离地结合的磁芯。在此，磁芯可能会表示除了在开放侧形成加速闭环的内侧磁极11和外侧磁极13以外的其整个后端部。外侧磁极13是通过磁芯结合于磁铁的下端即S极而具有S极。磁芯是磁铁的下端即S极的磁力线通过的通道，可以以高磁导率的物质组成。磁芯还可以执行将磁铁的下端即S极的磁力线给上端即N极产生的影响即磁铁的磁影响最小化的功能。

内侧磁极11可以具备向加速闭环方向供应气体的内侧气体注入部20。如图1b所示， 内侧气体注入部20可以包括内侧气体流入部IN11、内侧气体分散部DIS11、内侧侧方气体喷出部OUT11。

内侧气体流入部IN11是气体从外部流入。内侧气体流入部IN11可以是贯通内侧磁极11的圆形、多角形等贯通部，并在贯通部内插入圆形、多角形等其它管而组成。内侧气体流入部IN11是可以根据离子源的大小相离既定间隔形成多个。

给内侧气体流入部IN11注入的气体是氩Ar等惰性气体、氧气O₂、氮气N₂等活性气体、CH₃COOH、CH₄ 、CF₄、SiH₄、NH₃ 、TMA(tri-methyl aluminum)等薄膜形成气体，可以根据情况将这些气体混合使用。

内侧气体分散部DIS11与内侧气体流入部IN11连通，其剖面可以以圆形、多角形等构成。内侧气体分散部DIS11可以沿着内侧磁极11的长度方向形成。内侧气体分散部DIS11可以具有比内侧气体流入部IN11更宽的剖面。内侧气体分散部DIS11可以使内侧气体流入部IN11流入的气体向内侧磁极11的整个内部区域均匀地分散。

内侧侧方气体喷出部OUT11沿着内侧磁极11长度方向即边缘，内侧连通于内侧气体分散部DIS11，外侧连通于加速闭环。内侧侧方气体喷出部OUT11可以具有比内侧气体分散部DIS11更窄的剖面。进而内侧侧方气体喷出部OUT11将内侧气体分散部DIS11内的气体向加速闭环方向喷出。内侧侧方气体喷出部OUT11可以以连续缝或多个贯通孔组成。

电极30可以位于磁场部10内的内侧磁极11和外侧磁极13之间空间，并与磁场部10相分离位于加速闭环的下部。

电极30上被连接电源V，电源V是AC或DC的高电压。

电极30被施加高电压时电极30会发生热。为冷却所述发生的热，电极30内可以具备将电极30加工制作的冷却用通道或冷却管CT。冷却用通道或冷却管CT可以以导电率和导热率优良的金属组成。冷却用通道或冷却管CT上流着冷却水。

根据图1a、1b图示的第一实施例的运行，离子源可以通过以磁场部10和电极30形成的磁场和电场，在内侧磁极11和外侧磁极13之间形成椭圆形或圆形的加速闭环。加速闭环是随着电磁快速移动，与离子化气体冲撞，其结果从离子化气体产生等离子体离子。

电极30附近的电势差是从离子化气体产生等离子体电子，磁场和电场是在加速闭环空间内激活等离子体。等离子体电子等负电荷是随加速闭环进行回旋运动，包括等离子体离子的正电荷是通过电场跳至位于开方侧的基片，从而发挥给基片传递能量或者破坏基片表面分子结合等作用。

第一实施例不是在离子源内部的电极30后端供应离子化气体，而是在内侧磁极11的磁极端部向加速闭环的方向注入离子化气体，因此在离子源内部几乎不生成等离子体电子或离子。就是说，在开放侧附近生成等离子体离子，将其通过电场移动至基片，因此很难因电极内壁的蚀刻或杂质污染而发生弧等。

具体实施方式

图2a、2b是显示本发明的离子源的第二实施例的透视图和剖视图。

如图2a、2b所示，第二实施例是在内侧气体注入部21形成向基片方向开放的内侧前方气体喷出部OUT12，可以不包括向加速闭环方向开放的第一实施例的内侧侧方气体喷出部OUT11。

内侧前方气体喷出部OUT12是可以沿着内侧磁极11的长度方向形成。内侧前方气体喷出部OUT12的一侧连通于内侧气体分散部DIS11，另一侧向基片方向连通。内侧前方气体喷出部OUT12具备比内侧气体分散部DIS11更小的剖面，因此将内侧气体分散部DIS11内的气体向基片方向喷出。内侧前方气体喷出部OUT12可以由以连续缝或既定间隔相离的多个贯通孔组成。

通过内侧前方气体喷出部OUT12喷出的气体是可以向基片方向形成气体流路。气体流路可以执行将由加速闭环生成的等离子体离子引至基片的导向作用，从而提升溅射等工艺效率。

第二实施例中，向内侧气体流入部IN11注入的气体可以是如氩Ar的惰性气体。但并不是排除如氧气O₂、氮气N₂等活性气体和如CH₃COOH、CH₄、CF₄、SiH₄、NH₃、 TMA(tri-methylaluminum)等薄膜形成用气体等。

第二实施例的其余结构与第一实施例中除内侧侧方气体喷出部OUT11以外的结构相同或相似，因此第二实施例其余结构不再详述，以第一实施例的相关说明来替代。

图3a、3b是显示本发明的离子源的第三实施例的透视图和剖视图。

如图3a、3b所示，第三实施例是可以在内侧气体注入部22将内侧侧方气体喷出部OUT11和内侧前方气体喷出部OUT12全部包括。

第三实施例的具体说明是由第一实施例的内侧侧方气体喷出部OUT11和第二实施例的内侧前方喷出部OUT12的说明和第一实施例的其余结构说明来替代。

图4a、4b是显示本发明的离子源的第四实施例的透视图和剖视图。

如图4a、4b所示，第四实施例在内侧磁极11具备内侧气体注入部20，外侧磁极13上也可以具备外侧气体注入部40。

第四实施例中，不详述内侧气体注入部20，由第一实施例的相关说明来替代。

第四实施例中外侧气体注入部40可以包括外侧气体流入部IN21、外侧气体分散部DIS21、外侧侧方气体喷出部OUT21。外侧气体流入部IN21、外侧气体分散部DIS21、外侧侧方气体喷出部OUT21的结构和功能与第一实施例的内侧气体流入部IN11、内侧气体分散部DIS11、内侧侧方气体喷出部OUT11相同或相似，故不再详述外侧气体注入部40，由第一实施例的内侧气体注入部20的相关说明来替代。

但是向内侧气体流入部20注入的气体和向外侧气体流入部40注入的气体也可以是同样气体或不同的气体。例如，注入其它气体时，向内侧气体流入部20注入如氧气O₂、氮气N₂等活性气体或者如CH₃COOH、CH₄、CF₄、SiH₄、NH₃、TMA(tri-methyl aluminum)等薄膜形成用气体，向外侧气体流入部40注入如氩Ar等等离子体电子生成用惰性气体。当然注入气体可以与上述的相反。

图5a、5b是显示本发明的离子源的第五实施例的透视图和剖视图。

如图5a、5b所示，第五实施例是在内侧磁极11具备内侧气体注入部20，外侧磁极13也可以具备外侧气体注入部41。

第五实施例中，不再详述内侧气体注入部20，由第一实施例的相关说明替代。

第五实施例中，外侧气体注入部41包括外侧气体流入部IN21、外侧气体分散部DIS21、外侧前方气体喷出部OUT22。外侧气体流入部IN21、外侧气体分散部DIS21的结构和功能与内侧气体注入部20的内侧气体流入部IN11、内侧气体分散部DIS11相同或者相似，故以第一实施例内侧气体注入部20的相关说明来替代。

但第五实施例与第四实施例不同的是，形成外侧侧方气体喷出部 OUT21，以此替代外侧前方气体喷出部OUT22。此时，通过外侧前方气体喷出部OUT22喷出的气体可以向基片方向形成气体流路。气体流路可以发挥导向作用，使在加速闭环生成的等离子体离子顺利流向基片，从而提升溅射等工艺效率。

第五实施例中，外侧气体注入部41是主要注入氩Ar等惰性气体。

图6a、6b是显示本发明的离子源的第六实施例的透视图和剖视图。

如图6a、6b所示，第六实施例包括向前方开放的内侧气体注入部21和向侧方开放的外侧气体注入部40。

第六实施例的内侧气体注入部20与第二实施例的内侧气体注入部20相同，故不再详述内侧气体注入部20，以第二实施例的内侧气体注入部20的相关说明来替代。

第六实施例的外侧气体注入部40是与第四实施例的外侧气体注入部40相同，故不再详述外侧气体注入部40，以第四实施例的外侧气体注入部40的相关说明来替代

图7a、7b是显示本发明的离子源第七实施例的透视图和剖视图。

如图7a、7b所示，第七实施例包括向前方开放的内侧气体注入部21和向前方开放的外侧气体注入部41。

第七实施例的内侧气体注入部21是与第二实施例的内侧气体注入部21相同，故不再详述内侧气体注入部21，以第二实施例的内侧注入部21相关说明来替代。

第七实施例的外侧气体注入部41与第五实施例的外侧气体注入部41相同，故不再详述外侧气体注入部41，以第五实施例外侧气体注入部41的相关说明来替代。

图8a、8b是显示本发明的离子源的第八实施例的透视图和剖视图。

如图8a、8b所示，第八实施例包括向前方和侧方开放的内侧气体注入部22和向侧方开放的外侧气体注入部40。

第八实施例的内侧气体注入部22与第三实施例的内侧气体注入部22相同，故不再详述内侧气体注入部22，以第三实施例的内侧气体注入部22的相关说明来替代。

第八实施例的外侧气体注入部40与第四实施例的外侧气体注入部40相同，故不再详述外侧气体注入部40，以第四实施例的外侧气体注入部40的相关说明来替代。

图9a、9b是显示本发明的离子源第九实施例的透视图和剖视图。

如图9a、9b所示，第九实施例包括向前方和侧方开放的内侧气体注入部22和向前方开放的外侧气体注入部41。

第九实施例的内侧气体注入部22与第三实施例的内侧气体注入部22相同，故不再详述内侧气体注入部22，以第三实施例的内侧气体注入部22的相关说明来替代。

第九实施例的外则气体注入部41与第五实施例的外侧气体注入部41相同，故不再详述外侧气体注入部41，以第五实施例的外侧气体注入部41的相关说明来替代。

图10a、10b是显示本发明的离子源第十实施例的透视图和剖视图。

如图10a、10b所示，第十实施例作为单环离子源，其组成可以包括磁场部110、内侧磁极气体注入部120、内侧磁极气体注入延长部130、电极140等。

磁场部110是面向基片的前方开放，侧方和后方可以密封。开放侧有内侧磁极111和外侧磁极113被相离设置。内侧磁极111的下端可以具备磁铁，例如，可以将内侧磁极111设置为N极，外侧磁极113设置为S极，上部设置为N极。

密封侧具备与内外侧磁极111，113可形成一体或分离地结合的磁芯。图10b中图示的是将内外侧磁极111，113组成一体的结构。在此，磁芯可以表示除了在开放侧形成加速闭环的内侧磁极111和外侧磁极的后端部整体。外侧磁极113通过磁芯与磁铁的下端即S极磁耦合而具有S极。磁芯是磁铁的下端即S极的磁力线通过的通道，可以由磁导率较高的物质组成。磁芯还可以执行使磁铁的下端即S极的磁力线对上端即N极的磁力线产生的影响，即磁铁的磁影响最小化的功能。

内侧磁极111可以具备向前方的基片方向供应气体的内侧磁极气体注入部120。如图10b所示，内侧磁极气体注入部120可以包括内侧磁极气体流入部IN120、内侧磁极气体分散部DIS120、内侧磁极气体喷出部OUT120。

内侧磁极气体流入部IN120是气体从外部流入。内侧磁极气体流入部IN120可以是使内侧磁极111由后方向前方贯通的圆形等贯通孔。贯通孔内可以插入圆形的独立管组成。内侧磁极气体流入部IN120是根据离子源的大小，按既定间隔分离形成多个。

给内侧磁极气体流入部IN120注入的气体是，如O₂、N₂等活性气体，或者如CH₃COOH、CH₄、CF₄、SiH₄、NH₃、TMA(tri-methyl aluminum)等溅射用气体等。

内侧磁极气体分散部DIS120连通于内侧磁极气体流入部IN120，其剖面可以以圆形、四角形等形状形成。内侧磁极气体分散部DIS120是可以沿着内侧磁极111的长度方向形成。内侧磁极气体分散部DIS120可以具有比内侧磁极气体流入部IN120更宽的剖面。内侧磁极气体分散部DIS120可以使由内侧磁极气体流入部IN120流入的气体向内侧磁极111的内部整面均匀地分散。

内侧磁极气体喷出部OUT120可以沿着内侧磁极111的长度方向形成。内侧磁极气体喷出部OUT120的一侧连通于内侧磁极气体分散部DIS120，另一侧向基片方向连通。内侧磁极气体喷出部OUT120具有比内侧磁极气体分散部DIS120更小的剖面，进而将内侧磁极气体分散部DIS120内的气体向基片方向喷出。内侧磁极气体喷出部OUT120可以形成连续的缝slit。

内侧磁极气体注入延长部130可以与内侧磁极111的前方剖部面延长结合。内侧磁极气体注入延长部130是在内部可以具有贯通部T130。贯通部T130的一侧连通于内侧磁极气体喷出部OUT120，另一侧向上部开放。内侧磁极气体注入延长部130是可以在内侧磁极111的上部面向上部凸出构成。内侧磁极气体注入延长部130是如图10a、10b所示，可以形成具有沿着长度方向上下开放的缝的板。

内侧磁极气体注入延长部130与内侧磁极111被电绝缘结合。内侧磁极气体注入延长部130可以由电绝缘物如陶瓷、铝氧化物、聚四氟乙烯等组成。

通过内侧磁极气体注入延长部30喷出的气体是在与离子源的电极140相离的如基片附近被离子化而被溅射在基片上。其结果，离子向电极140侧移动的概率低而使溅射离子最小限度地粘附在电极140。

内侧磁极气体注入延长部130是可以向基片方向形成气体流路。气体流路可以发挥将离子引至基片的导向作用，从而提升溅射等工艺效率。

电极140是在磁场部110内位于内侧磁极111和外侧磁极113之间的空间，在加速闭环下部与磁场部10相离设置。

电极140上连接电源V，电源V可以是高电压的交流、直流、脉冲。

电极140被施加高电压时，电极140会产生热。为冷却这些热，电极140内可以具备将电极140加工制作的冷却用通道或冷却管CT。冷却用通道或冷却管CT可以由导电率和导热率优良的金属形成。冷却用通道或冷却管CT上流冷却水。

图10a、10b中图示的第十实施例的离子源是通过被磁场部110和电极140形成的磁场和电场，在内侧磁极111和外侧磁极113之间形成椭圆形的加速闭环。加速闭环上电子快速移动时与Ar等工艺用气体冲撞，其结果生成氩离子Ar⁺。

电极140是形成电场而使氩离子Ar⁺向基片方向移动。氩离子Ar⁺是带着能量向基片侧移动，在其过程中与通过内侧磁极气体注入延长部30的上侧开放口喷出的SiH₄ 等溅射用气体冲撞，其结果形成如硅离子(Si^4-)等溅射用离子。此后硅离子(Si^4-)被溅射在基片表面后形成硅膜。

如果离子源不具备离子源由内侧磁极111向基片方向凸出的内侧磁极气体注入延长部130，则硅离子(Si^4-)是可以向被施加阳极高电压的电极140移动而粘贴到电极40，进而在电极140和磁极111，113之间产生弧。

根据图10a、10b中的图示，内侧磁极气体注入延长部130的前方开放端部具有一个开放口，但前方开放端部的结构并不限于此。例如，内侧磁极气体注入延长部130的前方开放端部还可以具备T字形流路变更部。流路变更部可以由以前方为12点方向时向9点方向、12点方向之间延长开放的左侧分路和向12点方向、3点方向之间延长开放的右侧分路组成。在此，左侧分路和右侧分路的长度是达到变更气体喷出方向的程度即可。而且流路变更部的左右侧分路可以以与内侧磁极气体注入延长部130相同或相似的形态组成，例如内部具有上下开放的缝隙的板。

图11a~11d是图示本发明的离子源的气体注入延长部的变形例的多个剖视图。

图11a是图示气体注入延长部的第一变形例的剖视图。

如图11a所示，气体注入延长部150的组成可以包括电绝缘部件151、管道部件153等。

电绝缘部件151是与内侧磁极111结合。电绝缘部件151具备贯通部T151。贯通部T151的下侧连通于内侧磁极气体注入部120的气体喷出部OUT120，另一侧向上方开放。电绝缘部件151是在内侧磁极111的上部面向上部凸出，且在其内部具有沿长度方向上下开放的缝的板。电绝缘部件151可以由电绝缘物如陶瓷、铝氧化物、聚四氟乙烯等组成。

管道部件153结合于电绝缘部件151的上部。管道部件153具备贯通部T153。贯通部T153的下侧连通于电绝缘部件151的贯通部T151，另一侧向基片方向开放。管道部件153是在电绝缘部件151向上部凸出延长。管道部件153是具有沿长度方向上下开放的缝的板。管道部件153可以由与电绝缘部件151相同物质的电绝缘物组成，但不是电绝缘物也无妨。

图11b是图示气体注入延长部第二变形例的剖视图。

如图11b所示，气体注入延长部160的组成可以包括具有贯通部T151的电绝缘部151、具有贯通部T163的管道部件163等。

第二变形例与第一变形例不同，在管道部件163的下端侧部形成凹陷部R1。凹陷部R1上难以溅射溅射离子、等离子体离等、蚀刻污染物等。其结果，有利于阻止内侧磁极111和管道部件163被短路。

第二变形例的其余结构与第11a的第一变形例的对应结构一致，故不再详述其余结构，以第一变形例的相关说明来替代。

图11c、11d是图示气体注入延长部的第三、四变形例的剖视图。

如图11c所示，气体注入延长部170的组成可以包括具有贯通部T171的电绝缘部件171、具有贯通部T153的管道部件153。而且如图11d所示，气体注入延长部180的组成可以包括具有贯通部T181的电绝缘部件181、具有贯通部T153的管道部件153等。

如图11c、11d所示，第三、四变形例与图11a的第一变形例不同，电绝缘部件171，181的上端侧部或下端侧部上形成凹陷部R2、R3。与第二变形例的凹陷部R1同样，凹陷部R2、R3上难以溅射溅射离子、等离子体离子、蚀刻污染物等。其结果，有利于阻止内侧磁极111和管道部件153被短路。

第三、四变形例的其余结构与图11a的第一变形例的对应结构一致，故不再详述其余结构，以第一变形例的相关说明来替代。

图12a、12b是图示本发明的离子源的第十一实施例的透视图和剖视图。

第十一实施例与第十实施例不同，在外侧磁极113上设置外侧磁极气体注入延长部190A，190B。外侧磁极气体注入延长部190A,190B如图12a图示，只能在椭圆闭环的直线部区域组成。就是说，在内侧磁极111两侧以直线形态并排设置。当然，并不是排除将外侧气体注入延长部190A,190B沿着椭圆闭环组成椭圆形。

外侧磁极注入延长部190A,190B是可以在外侧磁极113的前方端部面延长结合。外侧磁极气体注入延长部190A,190B的内部可以形成贯通部T190A,T190B。贯通部T190A,T190B的一侧连通于外侧磁极气体喷出部OUT122，OUT124，另一侧向上部开放。外侧磁极气体注入延长部190A,190B可以是具有在外侧磁极111向上部凸出并沿着长度方向上下开放的缝的板。

外侧磁极气体注入延长部190A,190B可以被电绝缘地结合于外侧磁极113。外侧磁极气体注入延长部190A,190B为电绝缘物，可以由陶瓷、铝氧化物、聚四氟乙烯等组成。

通过外侧磁极气体注入延长部190A,190B喷出的气体在基片附近被离子化后溅射在基片上，因此溅射离子向电极140侧移动粘附到电极140上的概率低。

外侧磁极气体注入延长部190A,190B是可以向基片方向形成气体流路。

根据图12a、12b中的图示，外侧磁极气体注入延长部190A,190B的前方开放端部具备一个开放口，但前方开放端部的结构并不限于此。例如，外侧磁极气体注入延长部190A,190B是在前方开放端部上还可以具备向内侧磁极111方向倾斜的"┌"、 "┐" 形流路变更部。流路变更部是以前方为12点方向时，与外侧磁极气体注入延长部190A结合的左侧流路变更部向12点方向和3点方向之间延长开放，与外侧磁极气体注入延长部190B结合的右侧流路变更部是可向3点方向和12点方向之间延长开放。左侧和右侧流路开放部可以分别以与外侧磁极气体注入延长部190A,190B相同或相似的形状组成，例如内部具有上下开放的缝的板。

第十一实施例的其余结构与第十实施例的对应结构相同，故其余结构不再详述，以第十实施例的相关说明来替代。

图13a、13b是图示本发明的离子源的第十二实施例的透视图和剖视图。

第十二实施例如图13a、13b所示，均包括将第十实施例和第十一实施例结合的即内侧磁极气体注入延长部130和外侧磁极气体注入延长部190A,190B。

第十二实施例的内侧磁极气体注入延长部130和外侧磁极气体注入延长部190A,190B分别与第十实施例的内侧磁极气体注入延长部130和第十一实施例的外侧磁极气体注入延长部190A,190B相同，故不再详述，以第十、十一实施例的相关说明来替代，其它结构也与第十、十一实施例的对应结构相同，故以第十、十一实施例的相关说明来替代。

图14a、14b是图示本发明的离子源的第十三实施例的透视图和剖视图。

如图14a、14b所示，第十三实施例是对内侧磁极气体注入延长部以将具有上下贯通的贯通孔H135的多个管135按既定间隔分离并结合于内侧磁极111上面的形态组成，并非第十实施例的有缝的板状。

第十三实施例中，组成内侧磁极气体注入部120的内侧磁极气体注入部IN120、内侧磁极气体分散部DIS120可以与第十实施例的对应结构相同地组成，内侧磁极气体喷出部OUT120是可以形成只在内侧磁极气体注入延长部的各个管135位置上向上方开放，而其余区域是密封的结构。

根据图14a、14b中的图示，内侧磁极气体注入延长部135的前方开放端部只有一个开放口，但前方开放端部的结构并不限于此。例如，可以在内侧磁极气体注入延长部135的前方开放端部上还具备如第十实施例所述的T字形流路变更部。流路变更部可以以与内侧磁极气体注入延长部135相同或相似的形状组成，例如可以是具有上下开放的结通孔的管。

第十三实施例的其余结构和作用与第十实施例的对应结构和作用一致，因此不详述其余结构，以第十实施例的相关说明来替代。

图15a、15b是图示本发明的离子源的第十四实施例的透视图和剖视图。

第十四实施例是将两个单环离子源并列结合的多重环离子源。第十四实施例可以将磁场部111，113、气体注入部126、气体注入延长部133、电极140A、140B等包括组成，但气体注入部126和气体注入延长部133的位置以及给电极140A，140B施加的电压源PS，PD与第十实施例不同。

第十四实施例是，在两个单环的中央设置气体注入部126和气体注入延长部133，电压源PS，PD包括电源PS和配电器PD。配电器PD是电源PS输出直流电压时，将此转换为脉冲信号uni-polar的电压后，将阳极电压和零电压轮流施加给各个环。

多重环离子中，给各个环的电极140A，140B施加脉冲uni-polar时，因电压偏置，氩离子Ar⁺被偏向于各个环之间的中央区域而发生向基片移动的倾向。因此被氩离子Ar⁺离子化的溅射用气体是注入到多重环离子源的前方中央区域也可以获得应用的效果。当然并不是排除给各环的中央磁极设置气体注入部和气体注入延长部。

第十四实施例中，配电器PD给电极140A，140B施加脉冲uni-polar电压时，施加于氩离子Ar⁺的电场会反复施加和中断，因此施加于氩离子Ar⁺的电场整体大小会缩小。其结果，氩离子Ar⁺与基片的碰撞减弱，从而减少基片表面的损伤。

根据图15a、15b中的图示，气体注入延长部133的前方开放端部具备一个开放口，但前方开放端部结构并不限于此。例如，在气体注入延长部133的前方开放端部还可以具备第十实施例中说明的T字形流路变更部。流路变更部可以以与气体注入延长部133相同或相似的形状组成，例如内部开有上下开放的缝的板。

图16是图示本发明的具有离子源的溅射装置。

溅射装置的组成可以包括工艺室100、载体200、基片300、离子源400、溅射用气体注入器500、工艺用气体注入器600等。

工艺室100为溅射镀膜形成密封的内部空间。工艺室100的一侧结合真空泵，真空泵以既定的工艺压力使内部空间保持下去。工艺室100是根据工艺被注入反应用或溅射用气体和工艺用气体。反应用或溅射用气体为N₂、O₂、CH₄、CF₄、SiH₄等，工艺用气体为氩、氖、氦、氙等。

载体200支撑基片300面向离子源400，使基片300向恒定方向移动。

离子源400是可以使用上述的第一至第十四实施例的离子源。

溅射用气体注入器500是将如O₂、N₂的反应用气体或者CH₃COOH、CH₄、CF₄、 SiH₄、NH₃、TMA(tri-methyl aluminum)等溅射用气体供应给工艺室100内。溅射用气体注入器500连接于离子源400的气体注入部20，120和气体注入延长部130而向离子源400前方的工艺室100内喷出反应用或溅射用气体。

工艺用气体注入器600是将Ar等工艺用气体供应给工艺室100。工艺用气体注入器600可以结合于工艺室100的侧方，但并不是对其位置进行限制。

具有所述结构的溅射装置是，首先由离子源400使由工艺用气体注入器600注入的工艺用气体离子化而生成等离子体离子。离子源400可以利用通过电极400和磁极11，13，111，113形成的电场和磁场，在开放一侧形成等离子体区域。离子源400不是在等离子体区域使工艺用气体离子化，而是使被离子化的等离子体离子如氩Ar⁺通过电极40的电场向基片300侧移动。移动的氩离子Ar⁺使溅射用气体离子化而生成溅射离子如氩离子Si^4-。在此，溅射用气体是通过气体注入部20，120和气体注入延长部130被注入到离子源400的前方中央区域。溅射离子是向基片300移动而被溅射到基片300上。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所述的技术方案进行修改或者变形；而这些修改或者变形，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例所述技术方案的范围。

工业应用

本发明的离子束源适用于离子束处理装置等，在需求被处理物的表面改良、表面清洁、预处理、溅射镀膜辅助、蚀刻、后处理等工艺的薄膜太阳能电子、柔性显示器、透明显示器、触摸屏、功能性建筑用玻璃、光学元件等工业领域可作为涉及镀膜工艺的核心技术使用。

Claims (17)

1.一种离子源，其特征在于，包括：

面向被处理物的一侧开放，另一侧被密封，所述开放一侧上有内侧磁极和外侧磁极被相离设置，在所述密封另一侧用磁芯连接而在所述开放一侧形成等离子体电子的加速闭环，所述内侧磁极具备向所述加速闭环方向供应气体的气体注入部的磁场部；

在所述磁场部内所述加速闭环内下部与所述磁场部相离设置的电极。

2.根据权利要求1所述的离子源，其特征在于，所述气体注入部包括：

气体从外部流入的气体流入部；

连通于所述气体流入部，沿着所述内侧磁极的长度方向形成，并具有比所述气体流入部更宽剖面的气体分散部；

沿着所述内侧磁极的长度方向，一侧连通于所述气体分散部，另一侧向所述加速闭环开放，以比所述气体分散部具有更小剖面的缝状组成而将所述气体向所述加速闭环方向喷出的第一气体喷出部。

3.根据权利要求1或2所述的离子源，其特征在于，所述气体注入部包括：

沿着所述内侧磁极的长度方向，一侧连通于所述气体分散部，另一侧向基片方向开放，并具有比所述气体分散部更小剖面而将所述气体向所述基片方向喷出的第二气体喷出部。

4.根据权利要求3所述的离子源，其特征在于，所述第二气体喷出部是相离的多个贯通孔或者连续缝。

5.一种离子源，其特征在于，包括：

面向被处理物的一侧开放，所述开放一侧有内侧磁极和外侧磁极被相离设置，另一侧是用磁芯连接，在所述开放一侧形成等离子体点火和电子加速区域，所述内侧磁极或外侧磁极具有一侧向所述被处理物方向开放的气体流入部的磁场部；

与所述磁极或外侧磁极被电绝缘地结合，连通于所述气体流入部，并向所述被处理物方向凸出的气体注入延长部；

与所述磁场部相离设置于所述磁场部内的电极。

6.根据权利要求5所述的离子源，其特征在于，所述气体注入延长部是电绝缘体。

7.根据权利要求5所述的离子源，其特征在于，所述气体注入延长部包括：

与所述内侧磁极或外侧极结合，并具有连通于所述气体注入部的第一贯通部的电绝缘部件；

与所述电绝缘部件连通，并具有一侧连通于所述第一贯通部，另一侧向所述被处理物方向开放的第二贯通部的管道部件。

8.根据权利要求7所述的离子源，其特征在于，

所述管道部件与所述电绝部件的边界区域具有凹陷部。

9.根据权利要求7所述的离子源，其特征在于，

所述电绝缘部件与所述管道部件的边界区域或与所述内侧磁极或外侧磁极的边界区域具有凹陷部。

10.根据权利要求5所述的离子源，其特征在于，所述气体注入延长部是在所述被处理方向的端部包括流路变更部。

11.根据权利要求5至10中任一项所述的离子源，其特征在于，

所述等离子体点火和电子加速区域形成多个闭环。

12.根据权利要求11所述的离子源，其特征在于，

包括多个电极，

给所述多个电极生成直流、交流或脉冲电压施加的配电器。

13.根据权利要求5至10中任一项所述的离子源，其特征在于，所述气体注入部包括：

气体从外部流入的气体流入部；

连通所述气体流入部，沿着所述内侧磁极或外侧磁极的长度方向形成，且具有比所述气体流入部更宽剖面的气体分散部；

沿着所述内侧磁极或外侧磁极的长度方向，一侧连通于所述气体分散部，另一侧向所述被处理物方向开放，且具有比所述气体分散部更小剖面的气体喷出部。

14.根据权利要求13所述的离子源，其特征在于，所述气体喷出部由相连的缝或相离的多个通孔组成。

15.一种溅射装置，其特征在于，包括：

工艺室；

面向被处理物的一侧开放，所述开放一侧上有内侧磁极和外侧磁极被相离设置，另一侧用磁芯连接而在所述开放一侧形成等离子体点火和电子加速区域，所述内侧磁极或外侧磁极具有一侧向所述被处理物方向开放的气体注入部的磁场部；与所述内侧磁极或外侧磁极被电绝缘地结合，并连通于所述气体注入部，向所述被处理物方向凸出的气体注入延长部；以及，所述磁场部内包括与所述磁场部相离设置的电极，并装配于所述工艺室内的离子源；

通过所述气体注入部注入反应用或溅射用气体的第一气体注入器；

给所述工艺室内注入工艺用气体的第二气体注入器。

16.根据权利要求15所述的溅射装置，其特征在于，

所述等离子体点火和电子加速区域形成多个闭环。

17.根据权利要求15或16所述的溅射装置，其特征在于，

包括多个电极，并给所述多个电极生成直流、交流或脉冲电压施加的配电器。