CN106847661A - 一种等离子体源以及镀膜机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种等离子体源，该等离子体源包括：壳体；等离子体生成室，设置在壳体内，用于提供等离子体的生成区域；气体供给装置，与等离子体生成室连接，用于向等离子体生成室中供给工艺气体；电极，设置在等离子体生成室外靠近等离子体生成室的位置，用于电离工艺气体以生成等离子体；第一磁体和第二磁体，用于在等离子体生成室内生成磁场，第一磁体和第二磁体分别设置在等离子体生成室外靠近其侧壁和底面；栅网结构，设置在等离子体生成室的开口处，用于拉出离子以及对离子加速；射频电源，与电极连接，用于向电极提供射频电。本发明还提供了一种镀膜机。实施本发明可以有效提高等离子体的离化效率以及对离子能量进行控制。

Description

一种等离子体源以及镀膜机

技术领域

本发明涉及等离子体技术领域，尤其涉及一种等离子体源以及镀膜机。

背景技术

离子源广泛应用于半导体、微电子、精密光学等行业的材料表面处理工艺，包括离子预清洗、离子束溅射、离子束刻蚀以及CVD成膜工艺等。目前市场上常见的离子源包括霍尔源、考夫曼源、阳极层离子源、射频离子源、微波离子源等。其中，射频离子源的性能最好。

射频离子源一般使用石英杯作为等离子体生成室。射频离子源工作时首先向等离子体生成室中通入工艺气体，然后通过向等离子体生成室中馈入射频功率对该工艺气体进行电离以生成离子和电子。等离子体生成室出口处设置有栅网结构，该栅网结构通常包括两层或者三层栅网，栅网上施加不同的直流电压，用于将离子从等离子体生成室中拉出以及对离子进行加速。离子离开等离子体生成室后轰击至待处理工件的表面。

现有的上述射频离子源的不足之处在于：

第一、必须配备专门的中和器。一方面，因为等离子体生成室中的电子不受到约束，利用该电子产生稳定等离子体(点火)比较困难，因此需要中和器提供电子用于点火；另一方面，等离子体生成室内的电子无法离开等离子体生成室，只有离子可以轰击至工件的表面，如此一来，待处理工件的表面因为离子的沉积而产生正电荷，为了防止正电荷积累导致打火。也需要中和器提供电子用于对待处理工件表面的正电荷进行中和。中和器存在两个问题：一是中和器的成本通常都比较高，以Veeco公司射频离子源中和器为例，价格大约为5000人民币，而且中和器在工作的时候需要直流和射频电源，这些都无疑增加了射频离子源的成本；二是中和器有一定的寿命，目前常用的中和器持续工作时间为150小时至200小时，如果某一工艺需要利用射频离子源来实现，而该工艺持续的时间又超过中和器的工作时间范围，那么在工艺执行过程中就必须暂停该工艺并对中和器进行更换，如此一来，工件就会暴露在空气中，这对于工艺来说是非常不利的。

第二、因为等离子体生成室中的电子不受到约束，因此，电子和离子容易在石英杯侧壁发生复合，如此一来，导致离子数量减小，进而导致离化率的降低。

第三、现有技术中，栅网上设置很多孔用于使离子通过，但是由于孔的面积很小，因此导致离子很容易轰击在栅网上，影响了离子输出。另外，有一层栅网与负电压连接，因此离子很容易会轰击到该栅网。该栅网在离子的持续轰击下很容易发生变形。一旦栅网变形比较大，就需要更换整个栅网结构，而射频离子源对于栅网结构的加工精度要求非常高，导致栅网结构的成本很高，通常一套栅网结构的价格在10万至20万人民币之间，如此一来，将极大地增加了离子源的成本。此外，由于栅网结构需要与正电压以及负电压连接，因此，射频离子源在工作时除了需要提供用于电离工艺气体的射频电源之外，还需要两个直流电源，这在一定程度上也会导致射频离子源成本的提高。

发明内容

为了克服现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种等离子体源，该等离子体源包括：

壳体；

等离子体生成室，设置在所述壳体内，用于提供等离子体的生成区域；

气体供给装置，与所述等离子体生成室连接，用于向所述等离子体生成室中供给工艺气体；

电极，设置在所述等离子体生成室外靠近所述等离子体生成室的位置，用于在射频电的作用下电离所述工艺气体以生成等离子体；

第一磁体和第二磁体，用于在所述等离子体生成室内生成磁场，其中，所述第一磁体设置在所述等离子体生成室外靠近其侧壁的位置，所述第二磁体设置在所述等离子体生成室外靠近其底面的位置；

栅网结构，设置在所述等离子体生成室的开口处，用于拉出离子以及对离子加速；

射频电源，与所述电极连接，用于向所述电极提供所述射频电。

根据本发明的一个方面，该等离子体源中，所述电极环绕在所述等离子体生成室的侧壁外。

根据本发明的另一个方面，该等离子体源中，所述电极为板状电极或盘绕的管状电极。

根据本发明的又一个方面，该等离子体源中，所述电极的内部具有空腔结构；所述等离子体源还包括与所述空腔结构连通的冷却液输入管和冷却液输出管，所述电极工作时冷却液通过所述冷却液输入管进入所述空腔结构后从所述冷却液输出管排出。

根据本发明的又一个方面，该等离子体源中，所述第一磁体环绕在所述电极的外侧；所述第二磁体设置在靠近所述等离子体生成室底面中心的位置。

根据本发明的又一个方面，该等离子体源中，所述第一磁体包括一整块环形磁体；或所述第一磁体包括多个磁体单元，该多个磁体单元采用均匀分布的方式进行排列以形成对所述电极的环绕。

根据本发明的又一个方面，该等离子体源中，所述第一磁体和所述第二磁体采用永磁铁。

根据本发明的又一个方面，该等离子体源还包括导磁板，该导磁板与所述第一磁体和所述第二磁体连接导通。

根据本发明的又一个方面，该等离子体源中，所述栅网结构包括第一栅网和第二栅网，该第一栅网和第二栅网在沿等离子体射出的方向上依次排列；所述第一栅网选择地与正电压连接、或与地连接、或不被使用；所述第二栅网与地连接。

根据本发明的又一个方面，该等离子体源中，所述第一栅网和所述第二栅网采用钨丝、钼丝或石墨丝制成。

本发明还提供了一种镀膜机，该镀膜机包括上述等离子体源。

本发明提供的等离子体源以及镀膜机在等离子体生成室中形成磁场，射频电场通过电极馈入等离子体生成室，射频电场离化工艺气体，产生少量离子和电子，部分电子被磁力线束缚，由于被磁力线束缚的电子其运动行程极大增加，因此极大地增加了电子与气体原子的碰撞概率，不断地离化生成离子和电子，进而极大地提高了工艺气体的离化效率、以及使等离子体源可以长时间地稳定工作。用于产生磁场的磁体分别设置在靠近等离子体生成室的侧壁和底面处，其中，设置在底面处的磁体实现了磁场在等离子体生成室中的中继，从而极大地提高了等离子体生成室中磁场的强度，一方面可以有效地提高工艺气体的离化效率，另一方面也便于等离子体源根据实际需求扩大其尺寸以适应大尺寸的待处理工件。此外，本发明所提供的等离子体源结构简单、成本低廉。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是根据本发明的等离子体源的一个具体实施方式的结构剖视图；

图2是根据本发明的等离子体源的一个优选实施方式的俯视图；

图3是根据本发明的镀膜机的一个具体实施方式的结构示意图。

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

为了更好地理解和阐释本发明，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述。

本发明提供了一种等离子体源。请参考图1，图1是根据本发明的等离子体源的一个具体实施方式的结构剖视图。如图1所示，该等离子体源包括：

壳体1；

等离子体生成室2，设置在所述壳体1内，用于提供等离子体的生成区域；

气体供给装置3，与所述等离子体生成室2连接，用于向所述等离子体生成室2中供给工艺气体；

电极4，设置在所述等离子体生成室2外靠近所述等离子体生成室2的位置，用于在射频电的作用下电离所述工艺气体以生成等离子体；

第一磁体5和第二磁体6，用于在所述等离子体生成室2内生成磁场，其中，所述第一磁体5设置在所述等离子体生成室2外靠近其侧壁21的位置，所述第二磁体6设置在所述等离子体生成室2外靠近其底面22的位置；

栅网结构7，设置在所述等离子体生成室2的开口23处，用于拉出离子以及对离子加速；

射频电源8，与所述电极4连接，用于向所述电极4提供所述射频电。

下面，将根据图1并结合图2对本发明所提供的等离子体源的结构进行详细说明，其中，图2是根据本发明的等离子体源的一个优选实施方式的俯视图。需要说明的是，图2所示的等离子体源的俯视图用于示意等离子体生成室各组成部分的位置关系，其中，为了使第二磁体得以显示，图2中忽略了等离子体生成室的底面，此外，图2还忽略了用于连接等离子体源各部分的连接件。

具体地，如图所示，等离子体源包括壳体1。一般情况下，由于等离子体源工作的时候其内部处于真空状态、其外部是标准的大气压力，因此等离子体源的壳体1需要具备承受一定压力的能力。此外，等离子体是工艺气体在射频电场的作用下电离而生成的，因此等离子体源的壳体1还需要具有屏蔽射频电场的能力。基于上述考虑，等离子体源的壳体1采用金属材料制成，优选为不锈钢材料。在对等离子体源进行安装时，通常利用密封法兰(未示出)将等离子体源的壳体1和镀膜机的真空室(未示出)的腔壁进行固定，使等离子体源与真空室之间形成封闭空间。

等离子体生成室2设置在壳体1内，等离子体在该等离子体生成室2中生成。在本实施例中，等离子体生成室2的形状设计为杯状，包括侧壁21、底面22以及一个开口23，其中，侧壁21和底面22构成等离子体的生成区域，等离子体生成后离子/电子束流从开口23离开等离子体生成室2(下文中将开口23称为束流出口23)。等离子体生成室2的形状和尺寸由工艺需要决定，一般可以是圆形或者矩形。等离子体生成室2的材料优选采用石英玻璃，这是因为石英玻璃具有耐高温、干净以及绝缘性好的特性。

气体供给装置3与等离子体生成室2连通，用于向等离子体生成室2中供给工艺气体，该工艺气体用于生成等离子体。工艺气体的选择由实际应用的需求决定，例如，应用中需要等离子体源产生氧离子束，那么就需要选择含有氧元素的工艺气体。常用的工艺气体包括氩气、氧气、氮气等。需要说明的是，工艺气体并不仅仅限于上述氩气、氧气、氮气，还可能是其他气体，为了简明起见，在此不再对工艺气体的所有可能进行一一列举。在一个具体实施例中，气体供给装置3包括气体喷淋环31和导气管32。其中，气体喷淋环31安装在等离子体生成室2内，通过在等离子体生成室2的底面22开孔实现对气体喷淋环31的安装。优选地，气体喷淋环31安装在等离子体生成室2的底面22的中心位置。气体喷淋环31和导气管32的一端连接，导气管32的另一端连接至工艺气体的发生装置(未示出)。等离子体源工作时，工艺气体从导气管32的一端通入后经导气管32传输至气体喷淋环31，工艺气体通过气体喷淋环31从等离子体生成室2的底部进入，均匀地喷淋到等离子体生产室2中。气体喷淋环31采用绝缘材料制成，例如陶瓷、石英玻璃等。

电极4设置在等离子体生成室2外。由于将电极4设置在等离子体生成室2外，可以在等离子体源工作的过程中有效地避免由于等离子体轰击电极4所造成的污染。电极4在靠近等离子体生成室2的位置进行设置，以便将用于电离工艺气体的射频功率更好地馈入到等离子体生成室2中。在一个具体实施例中，电极4以环绕等离子体生成室2一圈的方式进行设置，即电极4环绕在等离子体生成室2的侧壁21外。等离子体源工作时，工艺气体从气体供给装置3中喷淋出来，为了使电极4可以很好地作用于工艺气体，应该选择靠近气体供给装置3的位置设置电极4。以气体供给装置3设置在等离子体生成室2底面22的中心位置为例说明，这种情况下，工艺气体进入等离子体生成室2后主要集中在等离子体生成室2的中下部，靠近束流出口23位置的工艺气体会相对较少，因此，电极4环绕在等离子体生成室2侧壁21的中下部即可。优选地，电极4除了设置在等离子体生成室2的侧壁21周围外，还可以设置在等离子体生成室2的底面22，如此一来，电极4可以从等离子体生成室2的底部更进一步地作用于工艺气体，从而使工艺气体得到更好的离化效果。由于电极4环绕于等离子体生成室2，因此，电极4的横截面(平行于等离子体生成室2底面22的平面)形状取决于等离子体生成室2的具体形状。举例说明，若等离子体生成室2的横截面是圆形，那么电极4的横截面也是圆形，如果等离子体生成室2的横截面是矩形，那么电极4的横截面也是矩形。电极4以环绕等离子体生成室2侧壁21的方式进行设置时，一方面需要考虑等离子体源工作过程中等离子体生成室2存在热胀冷缩的可能，所以电极4与等离子体生成室2的侧壁21不能完全贴合，另一方面需要考虑电极4与等离子体生成室2距离越近射频功率馈入效果越好，因此电极4与等离子体生成室2侧壁21之间的距离不能太远，基于上述考虑，在本实施例中，电极4与等离子体生成室2侧壁21之间的距离设置约为10mm左右。本领域技术人员可以理解的是，电极4和等离子体生成室2侧壁21之间的距离并不仅仅限于上述10mm，可以近一些或者远一些。等离子体源工作时，射频电通过电极4将射频功率馈入到等离子体生成室2中离化工艺气体以生成等离子体，其中，电极的面积越大，射频功率馈入越多，相应地工艺气体的离化率越高、等离子体获得的能量也就越大。基于上述考虑，在本实施例中，电极4采用板状电极来实现，以增加电极面积。其中，电极4可以利用一整块大的板状电极来实现，也可以通过组合多块小的板状电极来实现，本文对此不作任何限定。本领域技术人员可以理解的是，电极4并不仅仅限于板状电极，其他凡是可以增加电极面积的方式，例如将管状电极螺旋式环绕在等离子体生成室2侧壁21上等，均落入本发明所保护的范围，为了简明起见，在此不再赘述。进一步考虑到电极4在通入射频电时会产生热量，因此在电极4工作时需要对其进行冷却，其中，一个具体的实施方式是在电极4的内部设置空腔结构41。当电极4的内部具有空腔结构41时，等离子体源相应还包括冷却液输入管42和冷却液输出管43，其中，冷却液输入管42和冷却液输出管43分别与电极4的空腔结构41进行连通。电极4工作时，冷却液(例如水)从冷却液输入管进入至电极4的空腔结构41中，在该空腔结构41中电极4和冷却液之间进行热交换，电极4温度降低冷却液温度升高，温度升高后的冷却液从冷却液输出管中流出，从而实现对电极4的冷却。在电极4的工作过程中，重复执行上述冷却步骤以保证电极4工作在正常的温度范围内。电极4采用导电材料制成，优选为铜。

第一磁体5和第二磁体6，用于在等离子体生成室2内生成磁场。其中，第一磁体5设置在等离子体生成室2外靠近该等离子体生成室2侧壁21的位置，第二磁体6设置在等离子体生成室2外靠近该等离子体生成室2底面22的位置，第一磁体5与第二磁体6在等离子体生成室2内形成磁场，该磁场分布在等离子生成室2的侧壁21和底面22之间。第一磁体5包括两个磁极，分别以第一磁极和第二磁极表示；第二磁体6包括两个磁极，分别以第三磁极和第四磁极表示。假定第一磁体5的第一磁极朝向等离子体生成室2的侧壁21、第二磁极背向等离子体生成室2的侧壁21，第二磁体6的第三磁极朝向等离子体生成室2的底面22、第四磁极背向等离子体生成室2的底面22。为了在等离子体生成室2中形成磁场，第一磁体5的第一磁极和第二磁体6的第三磁极其二者极性应该相反。举例说明，第一磁体5的第一磁极为N极的话，第二磁体6的第三磁极应该为S极。考虑到磁体在高温环境下容易发生退磁现象，优选地，将第一磁体5设置在电极4的外侧，即等离子体生成室2侧壁21外依次设置为电极4和第一磁体5。由于第一磁体5与等离子体生成室2之间设置有电极4，电极4起到了隔热的效果，有效地降低了等离子体生成室2高温时对于第一磁体5的影响。此外，电极4在工作中可以被冷却，其温度不会很高，因此电极4的温度也不会使第一磁体5的性能受到影响。由于第二磁体6靠近等离子体生成室2的底面22，因此也需要考虑等离子体生成室2的温度对于第二磁体6的影响。如果等离子体生成室2的底面22附近设置有电极，那么第二磁体6设置在电极外侧；如果等离子体生成室2的底面22附近没有设置电极，那么可以在等离子体生成室2的底面22和第二磁体6之间设置一层隔热板(例如不锈钢板等)，以此对第二磁体6进行保护。在本实施例中，磁体与电极之间的距离设置约为10mm左右。在一个优选实施例中，第一磁体5以环绕电极4的方式进行设置，第二磁体6设置在靠近等离子体生成室2底面22中心的位置处。如此一来，可以使第一磁体5和第二磁体6在等离子体生成室2中形成均匀分布的磁场，从而使得后续等离子体源工作时由磁力线52所捕获的电子也可以得到均匀分布。更优选地，如图2所示，第一磁体5包括多个磁体单元51，该多个磁体单元51采用均匀分布的方式进行排列以形成对电极4的环绕。在本实施例中，该多个磁体单元51大小相同，形状可以是长方体、正方体或者圆柱体等。在其他实施例中，第一磁体5还可以采用一整块环形磁体实现。在本实施例中，第二磁体6采用一整块磁体实现，在其他实施例中，第二磁体6也可以通过组合多个磁体单元来实现。针对于第一磁体5包括多个磁体单元51、以及第二磁体6采用一整块磁体的情况，通过调整第一磁体5中磁体单元51的大小、数量、排列间距等、以及相应调整第二磁体6的大小可以实现对等离子体生成室2中磁场强度的调节。第一磁体5和第二磁体6可以采用电磁铁或永磁铁，其中优选采用永磁铁，永磁铁的磁场比电磁铁更加稳定，而且工作时无需像电磁铁一样需要电源供电。由于第一磁体5和第二磁体6在等离子体生成室2中形成磁场，通过该磁场束缚电子并利用该电子离化工艺气体以生成等离子体，容易点火，从而无需额外使用中和器来产生电子帮助点火。此外，由于第二磁体6设置在等离子体生成室2的底面22，从而在等离子体生成室2中实现了磁场的中继。磁场中继的实现可以有效地提高等离子体生成室2中的磁场强度，一方面可以提高等离子体源的离化效率，另一方面也便于等离子体源根据实际需求扩大其尺寸以适应大尺寸的待处理工件。至于第一磁体5和第二磁体6所产生的磁场如何作用于电子将在后文中介绍等离子体源工作原理时进行详细说明。

优选地，本发明所提供的等离子体源还包括导磁板9，该导磁板9由导磁材料制作，例如纯铁等。导磁板9分别与第一磁体5和第二磁体6连接，其作用在于将第一磁体5和第二磁体6导通。由于导磁板9是由导磁材料制成，因此第一磁体5的第二磁极和第二磁体6的第四磁极之间形成的大部分磁力线会从导磁板9内通过，只溢出少量的磁力线。此外，由于磁力线是闭合的，因此第一磁体5的第一磁极和第二磁体6的第三磁极在等离子体生成室2内产生的磁力线的数量应该与导磁板9内通过的磁力线的数量是相同的。也就是说，通过利用导磁板9来束缚等离子体生成室2外的大部分磁力线，以此增加等离子体生成室2中磁力线的数量，从而使等离子体生成室2内部的磁场强度增大，进一步提高了等离子体源的离化效率。此外，由于第一磁体5和第二磁体6之间所生成的磁力线中只有少量会发生溢出(可以有效减少高达90％的磁场外溢)，因此也相应降低了溢出磁力线对于等离子体源外其他部件的影响。

栅网结构7，设置在等离子体生成室2的束流出口23位置处，等离子体生成后穿过栅网结构7离开等离子体源(例如轰击到待处理工件的表面上)。在本实施例中，栅网结构7包括两层栅网，该两层栅网与等离子体生成室2的束流出口23平行，在等离子体生成室2束流出口23处沿等离子体射出的方向依次排列。将两层栅网中更靠近等离子体生成室2束流出口23的栅网称为第一栅网71，将另一栅网称为第二栅网72。在本实施例中，第一栅网71可以与直流电源10连接，该直流电源10为第一栅网71提供正电压，又或者第一栅网71可以与地连接，又或者第一栅网71不被使用(即将第一栅网71从等离子体源中取出)；第二栅网72与地连接。当离子穿过第二栅网72时离子以一定的离子能量离开等离子体源，其中，不同的应用场景对于该离子能量的要求是不同的，有的应用要求离子携带有较高的离子能量，这种情况下，第一栅网71与正电压连接，该正电压的电压值与对离子能量的具体要求有关，而有的应用需要离子能量较低或者能量高低基本无影响，这种情况下，第一栅网71与地连接或者不被使用。在本实施例中，第一栅网71和第二栅网72之间的距离范围约为5mm至10mm。第一栅网71和第二栅网72优选采用细钨丝制成。采用细钨丝的好处在于，可以增加栅网中孔的面积，使离子和电子易于通过，从而降低离子和电子对栅网的轰击概率，进而延长栅网的寿命。在本实施例中，钨丝的直径约为0.1mm，钨丝之间的距离约为1mm。在其他实施例中，第一栅网71和第二栅网72还可以采用细的钼丝、石墨丝等耐高温导电材料制成。此外，本发明所提供的等离子体源中的栅网结构7在工作时由于只需要一个直流电源，因此也相应降低了等离子体源的成本。

射频电源8与电极4连接，用于向电极4提供射频电。在本实施例中，射频电源8包括射频发生器81和射频匹配器82。射频发生器81和射频匹配器82安装在等离子体源的壳体1的外部，其中，射频发生器81与射频匹配器82连接，射频匹配器82与电极4连接。射频发生器81用于产生生成等离子体的射频电，射频匹配器82用于实现电极4和射频发生器81之间的阻抗匹配。在本实施例中，射频电的工作频率优选为13.56MHz或27.12MHz。在其他实施例中，根据实际需求还可以采用其他工作频率的射频电，为了简明起见，在此不再对射频电的所有工作频率进行一一列举。

下面，对于本发明所提供的等离子体源的工作过程进行详细说明。

具体地，等离子体源通过密封法兰与镀膜机的真空室的腔壁进行固定，使等离子体源与真空室之间形成封闭空间。等离子体源工作时，首先利用抽气系统将真空室内的空气抽出，使等离子体源处于真空状态下。然后通过气体供给装置3向等离子体生成室2中通入工艺气体。等离子体源的射频发生器81通过射频匹配器82将射频电提供给电极4，射频电通过电极4将射频电场馈入等离子体生成室2中。在射频电场的作用下，等离子体生成室2中的部分工艺气体发生电离，生成少量的离子和电子。

第一磁体5和第二磁体6在等离子体生成室2的侧壁21和底面22之间形成了磁场，针对于电离所产生的电子来说，大部分电子会被磁力线52所束缚。

具体地，针对于被磁力线52所束缚的电子来说，这部分电子在磁场的作用下不停地围绕磁力线52回旋运动。与此同时，当电极4的电压为正电压时，这部分电子朝向电极4的方向运动，当电极4的电压为负电压时，这部分电子背离电极4的方向运动。也就是说，位于等离子体生成室2中的由电离生成的大部分电子一方面不停地围绕磁力线52回旋运动，另一方面不停地在朝向电极4运动和背离电极4运动之间切换，如此一来，电子在等离子体生成室2中的运动行程将极大地增加，从而使电子具有非常大的概率与工艺气体原子发生碰撞，从而不停地生成更多的离子和电子，形成稳定的等离子体团。电子与工艺气体发生碰撞后生成的电子中，部分电子继续被等离子体生成室2中的磁力线52束缚。

针对于未被磁力线52所束缚的电子来说，当电极4的电压为正电压时，这部分电子朝向电极4的方向运动直接到等离子体生成室2侧壁21靠近电极4的位置处。当电极4的电压从正电压变为负电压时，电极4和栅网结构7之间形成电场，位于等离子体生成室侧壁靠近电极4位置的电子在该电场的作用下朝着栅网结构方向加速运动从栅网的网格中射出，离开等离子体源。具体地，若第一栅网71不被使用、仅仅第二栅网72与地连接，电极4和第二栅网72之间形成电场，当电极4为负电压时，靠近电极4的电子在该电场的作用下加速向第二栅网72运动，从第二栅网72中射出，离开等离子体源；若第一栅网71和第二栅网72均与地连接，电极4和第一栅网71之间形成电场，当电极4为负电压时，靠近电极4的电子在该电场的作用下加速向第一栅网71运动，从第一栅网71中射出，由于第一栅网71和第二栅网72不存在电场，因此电子保持速度不变继续运动直至从第二栅网72中射出，离开等离子体源；若第一栅网71与正电压连接、第二栅网72与地连接，电极4和第一栅网71之间形成电场(下文以第一电场表示)，当电极4为负电压时，靠近电极4的电子在该第一电场的作用下加速向第一栅网71运动并从第一栅网71中射出，虽然第一栅网71和第二栅网72之间所形成的电场(下文以第二电场表示)使电子发生了减速，但是第二电场电压降小于第一电场电压降，所以电子还是可以从第二栅网72中射出，离开等离子体源。

当未被约束电子从栅网结构7中射出离开等离子体生成室2后，等离子体生成室2中剩下的离子总量超过电子总量。对于离子来说，由于射频电中正电压和负电压交替变换的频率很高，加上离子的质量又较大，因此正电压和负电压对离子运动的影响基本可以抵消，也就是说，可以不考虑射频电对离子的影响。对于单个离子来说，其所受到的作用力为整个等离子体生成室2中离子和电子作用力之和，其中，其它离子对其排斥，其它电子对其吸引。在离子团中心的离子受到的离子排斥力来自各个方向，基本上互相抵消，而靠近等离子体生成室2束流出口23的离子受到来自于其他离子的排斥力都是推动其离开等离子体生成室的，形成的合力是向等离子体源之外的，由于电子数量少于离子数量，因此总的合力是推动该离子离开离子源的。随着离子密度的增加，该排斥力的大小相应增加，处于等离子体生成室2内部的离子将推动位于等离子生成室2束流出口23处的离子向着栅网结构7运动。针对于栅网结构7来说，若第一栅网71与地连接或不被使用、第二栅网72与地连接，这种情况下，靠近等离子体生成室2束流出口23的离子在离子间排斥力的作用下向着栅网结构7运动，穿过第二栅网72，离开等离子体源。这种情况下离子穿过栅网结构7时的能量较低，通常小于100eV。若第一栅网71与正电压连接、第二栅网72与地连接，这种情况下，靠近栅网的离子除了受到等离子体生成室内其它离子和电子的作用之外，还会受到第一栅网71上正电压的排斥作用，离开等离子体室变得更加困难，因此，离子密度会进一步增加，随着离子密度的增加，靠近等离子体生成室2束流出口23的离子其受到的其它离子的排斥力相应增加，当推动其离开的力量大于第一栅网71的作用力时，离子离开等离子体生成室2，此时，离子能量较低，通常小于100eV，一旦离子穿过第一栅网71，第一栅网71和第二栅网72之间的电场对离子进行加速，离子能量也相应增加，直至离子穿过第二栅网72离开等离子体源。举例说明，离子以50eV的能量穿过第一栅网71，若第一栅网71上施加的正电压为300V，那么离子在第一栅网71的作用下其离子能量变为350eV。通过上述描述可知，如果实际应用要求离子以较高的离子能量离开等离子体源，那么可以根据对离子能量的要求在第一栅网71上施加相应的正电压；如果实际应用对离子能量的要求较低，几十电子伏特即可满足，那么第一栅网71可以与地连接或者不被使用。等离子体生成室2束流出口23处的离子离开等离子体生成室2后，等离子体生成室2中的部分离子在离子间排斥力的作用下向束流出口23运动，重复上述过程直至射出栅网结构7离开等离子体源，为了简明起见，在此不再赘述。

通过上述对等离子体源工作过程的描述可知，等离子体源工作之初，工艺气体在射频电的作用下电离得到少量的离子和电子。其中，电子在磁场和射频电的共同作用下围绕磁力线52回旋运动的同时沿磁力线52往返运动。由于电子的运行行程极大地增加了，因此电子与工艺气体原子发生碰撞的概率增加了，从而源源不断地生成更多的离子和电子。电离后的部分电子继续被磁力线52束缚用于电离工艺气体，另外部分电子在射频电的作用下射出栅网结构7离开等离子体源。电离后产生的离子则在离子、电子和栅网结构7的共同作用下射出栅网结构7离开等离子体源。由于被磁力线52束缚的电子可以不断地离化工艺气体生成离子和电子，因此电子和离子也不断地交替着从等离子体源中射出，如此一来，可以实现等离子体源的长时间稳定工作。

相应地，本发明还提供了一种镀膜机。请参考图3，图3是根据本发明的镀膜机的一个具体实施方式的结构示意图。如图所示，该镀膜机100包括：

真空室110，镀膜操作在该真空室110内进行；

等离子体源120，与所述真空室110连接，用于生成等离子体；

蒸发/溅射装置130，与所述真空室110连接，用于通过蒸发/溅射的方式对工件进行镀膜；

抽真空系统140，与所述真空室110连接，用于使所述真空室110内保持基本真空状态；

电源系统150，用于为所述镀膜机100供电；

其中，所述等离子体源120采用的是本发明所提供的前述等离子体源。

具体地，镀膜机100包括真空室110。镀膜时，工件放置在真空室110中。等离子体源120通过例如密封法兰与镀膜机100的真空室110的腔壁进行固定，使等离子体源120与真空室110之间形成封闭空间。等离子体源120用于生成等离子体，在镀膜应用中该等离子体可以应用于例如离子预清洗等工艺。等离子体源120采用的是本发明所提供的等离子体源，前文中已经对该等离子体源的结构和工作原理进行了详细地说明，为了简述起见，在此不再赘述。蒸发/溅射装置130与真空室110连接，用于通过蒸发/溅射的方式对工件进行镀膜。抽真空系统140与真空室110连接，当镀膜机100工作时，抽真空系统140首先将真空室110中的空气抽出，使真空室120保持在基本真空的状态下。常见的抽真空系统140可以是例如机械泵、油扩散泵等。电源系统150用于为镀膜机100的正常工作进行供电，例如为蒸发/溅射装置130、抽真空系统140进行供电。在一个具体实施例中，等离子体源120中的射频电源可以集成在该电源系统150中。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他部件、单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个部件、单元或装置也可以由一个部件、单元或装置通过软件或者硬件来实现。

本发明提供的等离子体源以及镀膜机在等离子体生成室中形成磁场，射频电场通过电极馈入等离子体生成室，射频电场离化工艺气体，产生少量离子和电子，部分电子被磁力线束缚，由于被磁力线束缚的电子其运动行程极大增加，因此极大地增加了电子与气体原子的碰撞概率，不断地离化生成离子和电子，进而极大地提高了工艺气体的离化效率、以及使等离子体源可以长时间地稳定工作。用于产生磁场的磁体分别设置在靠近等离子体生成室的侧壁和底面处，其中，设置在底面处的磁体实现了磁场在等离子体生成室中的中继，从而极大地提高了等离子体生成室中磁场的强度，一方面可以有效地提高工艺气体的离化效率，另一方面也便于等离子体源根据实际需求扩大其尺寸以适应大尺寸的待处理工件。此外，本发明所提供的等离子体源结构简单、成本低廉。

以上所揭露的仅为本发明的一些较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (11)

1.一种等离子体源，该等离子体源包括：

壳体；

等离子体生成室，设置在所述壳体内，用于提供等离子体的生成区域；

气体供给装置，与所述等离子体生成室连接，用于向所述等离子体生成室中供给工艺气体；

电极，设置在所述等离子体生成室外靠近所述等离子体生成室的位置，用于在射频电的作用下电离所述工艺气体以生成等离子体；

第一磁体和第二磁体，用于在所述等离子体生成室内生成磁场，其中，所述第一磁体设置在所述等离子体生成室外靠近其侧壁的位置，所述第二磁体设置在所述等离子体生成室外靠近其底面的位置；

栅网结构，设置在所述等离子体生成室的开口处，用于拉出离子以及对离子加速；

射频电源，与所述电极连接，用于向所述电极提供所述射频电。

2.根据权利要求1所述的等离子体源，其中，所述电极环绕在所述等离子体生成室的侧壁外。

3.根据权利要求2所述的等离子体源，其中，所述电极为板状电极或盘绕的管状电极。

4.根据权利要求3所述的等离子体源，其中：

所述电极的内部具有空腔结构；

所述等离子体源还包括与所述空腔结构连通的冷却液输入管和冷却液输出管，所述电极工作时冷却液通过所述冷却液输入管进入所述空腔结构后从所述冷却液输出管排出。

5.根据权利要求2所述的等离子体源，其中：

所述第一磁体环绕在所述电极的外侧；

所述第二磁体设置在靠近所述等离子体生成室底面中心的位置。

6.根据权利要求5所述的等离子体源，其中：

所述第一磁体包括一整块环形磁体；或

所述第一磁体包括多个磁体单元，该多个磁体单元采用均匀分布的方式进行排列以形成对所述电极的环绕。

7.根据权利要求1、5或6所述的等离子体源，其中，所述第一磁体和所述第二磁体采用永磁铁。

8.根据权利要求1所述的等离子体源，该等离子体源还包括：

导磁板，该导磁板与所述第一磁体和所述第二磁体连接导通。

9.根据权利要求1所述的等离子体源，其中：

所述栅网结构包括第一栅网和第二栅网，该第一栅网和第二栅网在沿等离子体射出的方向上依次排列；

所述第一栅网选择地与正电压连接、或与地连接、或不被使用；

所述第二栅网与地连接。

10.根据权利要求9所述的等离子体源，其中，所述第一栅网和所述第二栅网采用钨丝、钼丝或石墨丝制成。

11.一种镀膜机，该镀膜机包括如权利要求1至9中任一项所述的等离子体源。