CN110383957B - 等离子体源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种等离子体源，其包括被布置在圆柱形壳体(202)中的四分之一波长天线(204)，圆柱形壳体(202)设置有面对天线(204)的端部的开口(208)，其中：天线(204)的直径(d)在壳体(202)的内径(d1)的三分之一至四分之一之间测量，并且天线(204)的端部与开口(208)之间的距离(l)在天线(204)的直径(d)的2/3至5/3之间测量。

Description

等离子体源
本专利申请要求法国专利申请FR17/50978的优先权权益，其通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及气态等离子体源，并且更具体地涉及其中等离子体是通过高频电磁辐射和低压气体之间的相互作用获得的源。
背景技术
已知通过将电磁辐射施加到低压气体，该气体能够在其中高频电磁场具有足够强度的区域中电离并形成等离子体。
所附于此的图1是描述了等离子体源的公开号为JPH09245658的日本专利申请的图1的副本。以下仅描述附图的某些元件。以下将参考日本专利申请以进行更完整的解释。该图中所示的等离子体源包括等离子体腔室1，其中布置有四分之一波长天线6。天线6在其底部通过隔离器2与等离子体腔室1的壳体隔离。天线6的自由端位于穿孔电极8的对面。输入端4允许气体被引入腔室1的低压壳体中。天线由高频电磁场激发，并且在电磁场最大的位置处在腔室1中形成等离子体5，如点云所示。永磁体3围绕等离子体腔室1的壳体布置，以限制等离子体。等离子体的电荷能够通过开口或提取(extraction)栅14提取。
在日本专利申请JPH09245658的段落[0020]中，天线6被描述为具有2至3小时的寿命，这归因于天线6以及壳体1的壁遭受喷射的事实。因此规定有必要定期更换天线6并清洁等离子体腔室1。因此，有必要定期从使用等离子体源的真空壳体中取出等离子体源，这致使相对长的维护和真空恢复操作。
期望具有比日本专利申请JPH09245658中描述的寿命更长的等离子体源。
发明内容
因此，一个实施例提供了一种等离子体源，其包括位于圆柱形壳体中的四分之一波长天线，圆柱形壳体设置有与所述天线的端部相对的开口，其中：天线的直径在壳体的内径的三分之一至四分之一的范围内，天线的端部与开口之间的距离在天线的直径的2/3至5/3的范围内。
根据一个实施例，壳体的内径大约为10mm。
根据一个实施例，壳体的内径为10mm，天线的直径在2.5mm至3.3mm的范围内，并且天线的端部和所述开口之间的距离在1.5mm至5.5mm的范围内。
根据一个实施例，开口是圆形开口，其直径在1μm至壳体的内径的范围内。
根据一个实施例，开口是提取栅。
根据一个实施例，天线的激励频率为2.45GHz。
一个实施例提供了一种大范围的等离子体源，其包括并排布置的诸如前面描述的那些的等离子体源的集合。
附图说明
在下面结合附图对特定实施例的非限制性描述中将详细讨论前述和其他特征和优点，在附图中：
前面描述的图1是等离子体源的截面视图，并且是专利申请JPH09245658的图1的副本；
图2A至2C示出了设置有具有不同直径的天线的等离子体腔室；
图3A和3B是示出了根据天线直径d的各个区域中由天线辐射的平均能量E的图；并且
图4是等离子体源的实施例的简化前视图。
具体实施方式
在不同的附图中，相同的元件用相同的附图标记表示。为清楚起见，仅示出了并且详述了对理解所描述的实施例有用的那些步骤和元件。特别地，未示出围绕等离子体腔室的等离子体源元件，诸如特别是气体入口、永磁体、高频信号与提取电极的连接件。
术语“约”、“基本上”和“大约”在本文中用于表示所讨论的值的正负10％，优选地正负5％的公差。
图2A至2C是圆柱形等离子体腔室100的截面视图，它们全部相同，具有布置在其中的不同直径的四分之一波长天线102。四分之一波长天线是指具有约等于天线激励信号波长的四分之一的长度的天线。图2A、图2B和图2C的天线分别具有1mm、3mm和6mm的直径。每个等离子体腔室100包括开口或提取栅104，通过该开口或提取栅104可以提取等离子体的离子。
在每个壳体100中，表面105界定等离子体形成区域。这种等离子体形成区域对应于围绕天线的区域，其中电磁场具有足够高的值以使得能够形成等离子体。该值例如可以大约为104V/m。
发明人考虑每个等离子体形成区域中的第一区域106。区域106位于开口或提取栅104的侧面。区域106，这里称为有用区域，包含将被称为有用等离子体的等离子体，即可以从中提取离子以形成离子源的等离子体。
发明人进一步考虑每个等离子体形成区域中的第二区域108。区域108沿天线102的长度的至少一部分位于天线102周围。区域108，这里称为无用区域，包含将被称为无用等离子体的等离子体。无用等离子体不能从等离子体源提取，并因此没有有用的作用，但似乎是专利申请JPH09245658中描述的天线102劣化的原因。
因此，本发明人已试图在减少无用等离子体体积的同时使有用等离子体体积最大化。为了实现这一点，发明人已经研究了等离子体腔室100的天线102的直径对这种有用等离子体区域和无用等离子体区域的影响。
在图2A或图2C以及以下附图中，具有等于10mm的内径的等离子体腔室100被考虑为一个示例。
在图2A中，天线102具有1mm的直径。这对应于上述日本专利申请中示出的天线和等离子体腔室的尺寸。
在图2B中，天线102具有3mm的直径。无用区域108具有比图2A的情况更小的体积，这导致降低的劣化。然而，有用区域106保持相似的体积。
在图2C中，天线102具有6mm的直径。无用区域108具有进一步减小的体积。然而，有用区域106的体积也减小。
图3A和3B是分别示出了对于在2.45GHz频率下具有5W强度的相同辐射功率，根据天线102的直径d的存储在有用区域106和无用区域108中的能量E的图。
在图3A中，可以观察到，对于在1mm至3mm范围内的天线102的直径d，存储在有用区域106中的能量E近似恒定，并且接近6.10-11J。还可以观察到，对于在3mm至6mm范围内的直径d，存储在有用区域106中的能量E显著减小至达到基本上一半的值，对于6mm的天线102的直径d，存储在有用区域106中的能量E接近3.10-11J。
在图3B中，可以观察到，当天线102的直径从1mm增加到6mm时，存储在无用区域108中的能量E以基本上等于3的因数减小，从2.10-9J减小到6,4.10-10J。
如图3B所示，天线直径的增加致使无用区域108的体积减小，即，可能使天线102劣化的无用等离子体的量减少。此外，如图3A所示，对于约在1mm至3mm的范围内的天线102的直径，有用区域106包含基本恒定量的有用等离子体。
因此，天线102的有利直径是使得能够在尽可能减小无用区域108的体积的同时保持尽可能大的有用区域106的体积的直径。
因此，发明人已经确定，对于10mm的等离子体腔室100的内径，天线的有利直径为约3mm，例如，在2.5mm至3.3mm的范围内。这对应于等离子体腔室内径的四分之一至三分之一的范围内的等离子体源的直径。
图4是等离子体腔室200的实施例的简化截面视图。等离子体腔室200包括圆柱形壳体202。四分之一波长天线204布置在壳体202中。天线204的基座通过隔离器206与壳体隔离。壳体202包括与天线204的端部相对的开口208。在该示例中，开口208是圆形开口。开口208也可以是提取栅。在该示例中，壳体的内径d1为10mm。如先前所确定的，天线204的直径d的最佳值在壳体的内径d1的四分之一至三分之一的范围内，即约2.5mm至3.3mm。天线204的端部与开口208之间的距离l具有例如在天线204的直径的2/3至5/3的范围内的值，即，在此在1.5mm至5.5mm的范围内。类似地，图4的示例中的开口208的直径d2具有近似等于天线208的直径d的直径，例如，在天线204的直径d的4/5至6/5的范围内。
已经描述了特定实施例。本领域技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。特别地，等离子体腔室的内径d1在此描述为具有10mm的值。该直径可以被不同地选择。
此外，开口208的直径可以在1μm和壳体的内径d1之间变化。
这种等离子体源可以相关联以形成扩展的等离子体源。

Claims (7)

1.一种等离子体源，包括位于圆柱形壳体(202)中的天线(204)，所述天线(204)具有等于天线激励信号波长的四分之一的长度，所述圆柱形壳体(202)被设置有与天线(204)的端部相对的开口(208)，其中：
所述天线(204)的直径(d)在所述圆柱形壳体(202)的内径(d1)的三分之一至四分之一的范围内，
所述天线(204)的端部与所述开口(208)之间的距离(l)在所述天线(204)的直径(d)的2/3至5/3的范围内。
2.根据权利要求1所述的等离子体源，其中，所述圆柱形壳体(202)的内径(d1)大约为10mm。
3.根据权利要求2所述的等离子体源，其中，所述圆柱形壳体(202)的内径(d1)为10mm，所述天线(204)的直径(d)在2.5mm至3.3mm的范围内，并且所述天线(204)的端部和所述开口(208)之间的距离(l)在1.5mm至5.5mm的范围内。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的等离子体源，其中，所述开口(208)是圆形开口，其具有在1μm至所述圆柱形壳体(202)的内径(d1)的范围内的直径。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的等离子体源，其中，所述开口(208)是提取栅。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的等离子体源，其中，所述天线的激励频率为2.45GHz。
7.一种大范围的等离子体源，包括被并排布置的根据权利要求1至6中任一项所述的等离子体源的集合。
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