CN111033689A - 用于等离子体沉积和处理的方法及系统 - Google Patents

用于等离子体沉积和处理的方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111033689A
CN111033689A CN201880055751.XA CN201880055751A CN111033689A CN 111033689 A CN111033689 A CN 111033689A CN 201880055751 A CN201880055751 A CN 201880055751A CN 111033689 A CN111033689 A CN 111033689A
Authority
CN
China
Prior art keywords
plasma
waveguide
ion
parallel
ion beams
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201880055751.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN111033689B (zh
Inventor
彼得·F·范德莫伊伦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bi DeFFandemoyilun
Original Assignee
Bi DeFFandemoyilun
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bi DeFFandemoyilun filed Critical Bi DeFFandemoyilun
Publication of CN111033689A publication Critical patent/CN111033689A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111033689B publication Critical patent/CN111033689B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/10—Lenses
    • H01J37/14—Lenses magnetic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/05—Electron or ion-optical arrangements for separating electrons or ions according to their energy or mass
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/08—Ion sources; Ion guns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/147—Arrangements for directing or deflecting the discharge along a desired path
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
    • H01J37/3171—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation for ion implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/20—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof such devices or parts thereof comprising amorphous semiconductor materials
    • H01L31/206—Particular processes or apparatus for continuous treatment of the devices, e.g. roll-to roll processes, multi-chamber deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/05—Arrangements for energy or mass analysis
    • H01J2237/057—Energy or mass filtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/06—Sources
    • H01J2237/08—Ion sources
    • H01J2237/0815—Methods of ionisation
    • H01J2237/0817—Microwaves
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/10—Lenses
    • H01J2237/14—Lenses magnetic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/15—Means for deflecting or directing discharge
    • H01J2237/152—Magnetic means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/317—Processing objects on a microscale
    • H01J2237/31701—Ion implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/317—Processing objects on a microscale
    • H01J2237/31732—Depositing thin layers on selected microareas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32412—Plasma immersion ion implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H05H1/461—Microwave discharges
    • H05H1/4622—Microwave discharges using waveguides
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

Abstract

离子束处理或植入系统包括发射具有给定间距的多个平行离子束的离子源。具有不均匀磁场的第一透镜磁体接收来自离子源的多个离子束并将多个离子束朝向共同点聚焦。系统可以可选地包括具有不均匀磁场的第二透镜磁体，该第二透镜磁体接收由第一透镜磁体聚焦的离子束并将该离子束重新导向，使得离子束具有平行的布置且在朝向目标基材的方向上具有比给定间距更靠近的间距。

Description

用于等离子体沉积和处理的方法及系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年6月27日提交的标题为“Methods and Systems For PlasmaDeposition And Treatment(用于等离子体沉积和处理的方法及系统)”的美国临时专利申请序列No.62/525,463的优先权，该美国临时申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本申请总体上涉及用于使用等离子体在基材上沉积材料以及使用微波辐射和等离子体对物体进行处理的方法和系统。
背景技术
沉积技术包括物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)(在大气压(APCVD)或减小的压力(LPCVD)下)、电镀、蒸发、热火焰喷涂和热等离子体喷涂。这些沉积技术中的许多技术用于制造材料层，诸如半导体、碳纳米管、工业涂层、生物医学涂层等。通常，必须在诸如层附着性、来自不期望元素的污染物、沉积速率和均匀性(在整体和微观尺度两者上)等技术关注与诸如进行这种沉积的成本(材料成本和材料有效使用)以及所部署的制造设备的成本等商业关注之间取得平衡。
一般情况下，采用真空或减压环境的工艺承受较高的资本设备成本并展示出较低的沉积速率。然而，在减压环境下操作的益处常常是污染物的减少和均匀性及附着力有效性的增加。此外，一些工艺可能根本无法在较高压力下工作，因此需要较低压力或真空水平的操作规程。
诸如PVD和CVD之类等离子体沉积技术通常有效应用在诸如半导体器件的制造等领域中。在本领域中已知用于生成等离子体的几种方法。电弧等离子体通过在两个元件(诸如阳极和阴极)之间施加DC电压来产生等离子体。所得到的电子流(电弧)负责凭借与电弧放电区域中的其它分子和原子的碰撞而在其路径中产生非常高的温度。电弧放电等离子体的常见问题是，随着时间的推移，它们会消耗其电极。换言之，电弧从电极上溅射材料，该材料随后被共沉积到或进入到等离子体区域中。在几种工艺中，诸如在要求保持非常纯的材料的沉积中，即使处于非常低的污染物水平，这种共沉积也可能是有害的。作为实例，即使非常少量的共沉积金属也可能对半导体或太阳能光伏材料的功能是有害的。
电感耦合等离子体(ICP)源通常采用由射频信号(大约1MHz至13MHz是常用频率范围)供电的电线圈。RF信号生成快速改变的电磁场。该电磁场可以被耦合到室中以产生等离子体。
电子回旋共振(ECR)等离子体源通常用于支持各种材料的沉积化学过程。ECR源组合有微波源(通常在1GHz与10GHz之间操作)和永久磁场或电磁场，其中，微波源向等离子体放电区域供电，而磁场负责产生用于诸如电子和离子等带电粒子的螺旋路径。因此，由于螺旋路径，带电粒子与中性粒子之间的碰撞可能性显著增加，从而导致带电粒子在等离子体区域中的停留时间长得多并且带电粒子与等离子体中的其它粒子之间的相互作用时间增加。该增加的停留时间允许带电粒子(特别是电子)在等离子体中产生附加的电离粒子，从而导致等离子体区域中的电荷浓度高得多。这些较高的电荷浓度导致期望粒子的较高提取速率。这在诸如离子辅助沉积等工艺中或在离子掺杂工艺中特别有用。此外，电子的较长停留时间允许等离子体的温度整体增加。
ECR等离子体在半导体器件的制造中非常普遍。大多数ECR等离子体系统要求真空度远低于大气压才能操作，因此需要昂贵的设备。然而，在升高的压力下也观察到了ECR现象。
一般而言，等离子体展现出一些独特的特性，诸如(元(meta))稳定表面波的形成，其中可以远离等离子体波来源跨越长距离地发射等离子体波。有意地增强波的形成的等离子体源是表面波等离子体源(SWP)。它们也被称为“表面波器件(Surfatron)”。表面波器件是有意设计成产生增强的等离子体波操作的等离子体源。
火焰喷涂等离子体(FSP)产生等离子体火焰，该等离子体火焰是由一种或多种气体(通常是载体气体(诸如甲烷)和反应气体(诸如空气或纯氧)的组合)在从诸如火炬等仪器中出来时发生的化学反应而产生的。将待沉积的材料通常以粉末的形式或有时以固体的形式引入到火焰中，由此发生材料的快速熔化。然后将熔化的材料/等离子体流对准待涂覆的基材或表面。FSP系统的等离子体温度通常在2,000℃至5,000℃的范围内。
热喷涂等离子体(TSP)不依赖于化学反应，而是依赖于物理过程来产生等离子体和熔化的粒子流。通常TSP将使用DC等离子体电弧(也称为DC等离子体管(Plasmatron))或射频诱导的等离子体(也称为感应耦合等离子体)。在这两种情况下，都会产生等离子体，然后将待涂覆的材料引入到等离子体流中，在等离子体流中材料被快速地熔化。然后将等离子体/材料流对准基材，材料沉积在基材上并重新固化。TSP系统的等离子体温度通常在5,000℃至12,000℃的范围内。
上述用于等离子体生成(如，感应耦合等离子体、ECR等离子体、火焰喷涂等离子体和热喷涂等离子体)的工艺全部是本领域众所周知的，并且全部已用于或试图用于半导体制造中使用的材料的沉积以及光伏活性层的沉积或期望材料沉积的其它领域。
这些等离子体施加至材料和基材的常见问题牵涉到不期望的材料的共沉积，该不期望的材料是因容纳等离子体的室的腐蚀而引入的，或者是因为使用已经包含这种污染物的起始材料而引入的。等离子体的非常高的温度实质上使室及其周围电极的一些材料蒸发。诸如使用屏蔽件或内衬或使用在共沉积时不会污染的室材料等策略是常用的做法。屏蔽件或内衬的一个缺点是，它们最终也会被待沉积的材料或其它残留的工艺废物所覆盖。这样的沉积物最终可能导致材料剥落并掉落在处理中的基材上。这些意外的粒子或剥落物一般会对处理中的半导体器件造成很大的破坏，并且通常要格外小心，以使粒子掉落在基材上的任何风险最小化。通常采用监测和定期清洁工艺来确保材料的剥落非常有限或者要尽可能地防止。
低压等离子体趋向于也具有低的沉积速率。低的沉积速率可能意味着长的工艺时间，这意味着低的设备产量。真空设备的成本通常非常高，并且长沉积时间与高设备成本的组合通常是不希望的。然而，基于真空的工艺通常展现出对基材的良好附着性，因为不存在或降低了表面污染物(水分子是附着性差的首要元凶)。此外，真空室通常允许产生稳定的大面积的等离子体，这允许横跨基材形成良好的均匀性。沉积层的均匀性很重要，因为层的性能通常至关重要地取决于层厚度。横跨基材的层厚度变化小于整体层厚度的百分之几的均匀性常常是目标。已采用各种策略来确保层均匀性，通常牵涉到使沉积源或基材横跨目标区域以某一模式移动。其它策略牵涉到源和气体射入系统的设计，以使跨越大且均匀的区域发生沉积物的扩散。
发明内容
根据本发明的一个或多个实施例，提供了用于使用等离子体进行材料沉积的方法和系统，以产生用于各种应用的多层结构，这些应用包括光伏应用以及将这样的层制造并实施成光伏面板并且集成到建筑能源管理系统中。尽管这些方法和系统可以用于沉积半导体材料(诸如用于半导体制造或光伏面板的制造)，但应清楚地理解，这些方法和系统可以用于所有方式的沉积技术，包括但不限于沉积材料以用于催化转化器、薄膜电池、基于膜的电容器、质子交换膜、为制备人体植入物使用骨骼材料的膜、用于增加诸如涡轮叶片或钻头等部件的硬度或耐磨性的涂层以及用于涂覆管内部或外部的膜等。此外，本文所述的方法和系统可以用于层的涂覆和固化，诸如将塑料和油墨固化到纸张上或将金属附着至材料，以及用于产生多层结构以制造量子阱器件、超导层和发光二极管。另外，本文所述的方法和系统存在着用于表面的杀菌和/或加热(诸如许多生物医学应用所需的)的许多应用。本文还描述了用于产生微波图案(诸如用于物体的检测(射频检测与测距或RADAR))的方法和系统。此外，本文所述的方法和系统可以应用于等离子体推进系统，诸如用于航天器。
对本发明的应用的描述绝不旨在将本发明限制于这些应用。一般情况下，基本上任何使用微波来沉积材料的方法都可以从本发明中受益。
根据一个或多个实施例，提供了方法和系统，其中，波导接收来自源的微波并将这些微波传输穿过波导的侧部中的狭缝，这些狭缝足够大到允许微波在主要垂直于波导主轴线的平面中通过并进入等离子体室中。在一些实施例中，波导在其一个或多个侧部上具有狭缝。在一些实施例中，相对于波导的主轴线成角度地切出这些狭缝。在一些实施例中，波导的主轴线与狭缝的主轴线之间的角度可以在0度与90度之间的范围内。在一些实施例中，以45度角切出该角度。
根据一个或多个实施例，提供了方法和系统，其中，波导在与狭缝相反的一侧上被一个或多个管或管子贯穿。在一些实施例中，这样的管子由适合于在高温度下操作的金属或陶瓷构成。在一些实施例中，这样的管用于将材料横跨微波管输送到通向等离子体室的狭缝中。在其它实施例中，每个管包含不同的材料或材料的组合。
根据一个或多个实施例，提供了方法和系统，其中，等离子体室配备有永久磁体或电磁体以允许产生电子回旋共振(ECR)效应。在一些实施例中，磁体的定向适合于沿着室壁产生高磁场并沿着等离子体室的主轴线产生低得多的磁场。在一些实施例中，磁体是永久磁体。在一些实施例中，磁体以逻辑布局布置在微波狭缝之间。在一些实施例中，磁体沿着基本平行于等离子体室主轴线的轴线布置。在一些实施例中，磁体相对于等离子体室的主轴线成一角度布置。在一些实施例中，磁体相对于微波室的主轴线成45度角布置。在一些实施例中，磁体安装在ECR室的壁中的腔中，以防止它们暴露于室中的等离子体。在一些实施例中，ECR室的短壁被形成为基本平行于微波狭缝。
根据一个和多个实施例，提供了方法和系统，其中，波导接收来自源的微波辐射，并且波导具有在其一个或多个侧部中切出的狭缝以允许微波辐射进入ECR等离子体室，并且在微波狭缝的相反侧设有管或管子，以允许引入诸如气体、粉末、液体、固体或这些的任何组合等的材料。在一些实施例中，材料是材料的混合物。在一些实施例中，材料是涂有其它材料的粉末，使得粉末的芯具有比涂层低的熔化温度，并且当在等离子体放电区域中时内部材料熔化掉并由此留下可以沉积在基材上的中空壳。在一些实施例中，可以针对将多少材料引入到这样的等离子体室中以及何时引入来独立地控制这样的管。在一些实施例中，以脉冲的方式穿过管提供材料。在一些实施例中，这样的材料脉冲允许非常快速地沉积交替的材料，类似于称为“原子层沉积”或ALD的工艺。在一些实施例中，管包含物理特征，诸如渐缩开口或弯曲部，以允许将材料流引导到等离子体室中。在一些实施例中，引导到等离子体室中的材料被ECR等离子体加热，并且部分或全部熔化或甚至蒸发。在一些实施例中，这样的熔化或蒸发的材料被引导至它们要沉积的表面，以形成层。在又一实施例中，管非常小并且发射非常窄的材料流，该材料流用于将单独的材料线形成到正被处理的基材上。在一些实施例中，各个管被独立地控制，诸如在喷墨打印机技术中常见的。
根据一个或多个实施例，提供了方法和系统，其中，波导接收来自源的微波辐射，并且波导具有在其一个或多个侧部中切出的狭缝以允许微波辐射进入ECR等离子体室，并且在微波狭缝的相反侧设有管或管子，以允许引入诸如气体、粉末、液体、固体或这些的任何组合等材料，并且等离子体室配备有设置磁体，以产生ECR效应。此外，提供了系统和方法：其中，ECR室由盖封闭，该盖允许ECR等离子体的更完整的密闭度，使得等离子体可以在不同于室周围环境的压力下操作。在一些实施例中，盖包含基本上平行于微波狭缝并与之重合的狭缝。在一些实施例中，狭缝之间的空间包含附加磁体。在一些实施例中，提供了次级狭缝或多组次级狭缝，次级狭缝可以被保持在与等离子体室的电压显著不同的电压下。在一些实施例中，这样的次级狭缝用于从ECR等离子体室中提取离子或电子或其它带电粒子。在另外的实施例中，这样的带电粒子用于植入到基材的表面中或处理基材的表面。
根据一个或多个实施例，提供了方法和系统，其中，波导接收来自源的微波辐射，并且波导具有在其一个或多个侧部中切出的狭缝以允许微波辐射进入ECR等离子体室，并且在微波狭缝的相反侧设有管或管子，以允许引入诸如气体、粉末、液体、固体或这些的任何组合等材料，并且等离子体配备有设置磁体，以产生ECR效应。在一些实施例中，波导和等离子体室被弯曲地成形，以与待涂覆物体的表面(诸如圆柱体或诸如管)相符。波导和/或等离子体室可以构造成呈现许多不同的形状和构造，以有效地涂覆非平面表面。在一些实施例中，波导的形状为圆形。在又一实施例中，波导的形状为螺旋形。在另外的实施例中，波导被成形为将微波引导至人体部位，其中一个优点是，微波波导可以在人体内部提供焦点，结果，微波集中度远高于身体表面的任何位置。在另一实施例中，微波波导被成形为使微波辐射集中在单个点或沿着单条线，使得局部微波功率显著高于从单个狭缝发射的功率。
根据一个或多个实施例，提供了方法和系统，其中，波导接收来自源的微波辐射，并且波导具有在其一个或多个侧部中切出的狭缝，以允许微波辐射穿过适当尺寸的狭缝从波导中出射。在一些实施例中，出射狭缝沿着波导的一个或多个侧部大致均匀地间隔开，其中狭缝的间距被设计成波导中的微波波长的近似1/4。在一些实施例中，波导由柱塞终止，该柱塞可移动地安装在波导的端部。这样的柱塞有效地允许波导的端部被调谐，使得可以将从狭缝出射的微波辐射的功率优化。在一些实施例中，这样的波导用于发射辐射，以用于距离测定(RADAR)的目的。
根据一个或多个实施例，提供了方法和系统，其中，波导接收来自源的微波辐射，并且波导具有在其一个侧部中切出的主狭缝，以允许微波辐射穿过适当尺寸的狭缝从波导出射，并且波导由可移动的第一柱塞终止，并且另外切出附加的次级狭缝，次级狭缝的尺寸与第一组狭缝的尺寸近似相等，但位于波导的相反的壁中。在一些实施例中，这样的次级狭缝装配有一组次级柱塞，被称为“喷射器”。在一些实施例中，这样的次级喷射器组用于产生穿过主狭缝的发射辐射的放大，从而导致发射的微波功率的显著增加以及发射的微波射束的窄度的增加。在一些实施例中，这样的次级柱塞用于最佳地调谐每个单独的狭缝的发射率。在另外的实施例中，这样的次级柱塞用于产生从波导的主开口出射的第二微波驻波。在一些实施例中，主狭缝和次级柱塞用于将辐射发射到等离子体室中。在另外的实施例中，这样的发射辐射用于在等离子体室中产生表面波等离子体。在另外的实施例中，表面波等离子体的发射用于在航天器上施加动量。在又一实施例中，表面波等离子体与磁场结合以在等离子体室区域中产生表面波等离子体以及ECR等离子体。
根据一个或多个实施例，提供了方法和系统，其中，波导接收来自源的微波辐射，并且波导具有在其一个侧部中切出的主狭缝，以允许微波辐射穿过适当尺寸的狭缝从波导出射。在一些实施例中，多个波导和源以一布局布置。在一些实施例中，设计布局，使得每个微波波导的出射狭缝面向共同区域。在一些实施例中，这样的布局是目标物体。
根据一个或多个实施例，提供了方法和系统，其中，波导接收来自源的微波辐射，并且波导具有在其一个侧部上切出的主狭缝，以允许微波辐射穿过适当尺寸的狭缝从波导出射，并且波导由可移动的第一柱塞终止，并且另外切出附加次级狭缝，该附加次级狭缝的尺寸与第一组狭缝的尺寸近似相等，但位于波导的相反的壁中，并且将这些次级柱塞制成中空的以允许材料穿过柱塞的主体通过，以进入波导的主出射狭缝中。在一些实施例中，这样的中空次级柱塞用于将材料传送到近似连接至波导的主出射狭缝的等离子体室。在一些实施例中，这样的材料被传送到ECR等离子体室，该ECR等离子体室使用磁场来产生等离子体条件。在又一实施例中，等离子体室包含附加的盖和提取狭缝，以从等离子体室中的等离子体中提取特定的带电粒子。在另一实施例中，波导中的这种次级柱塞和主狭缝一起协作以产生表面波等离子体，并且穿过次级柱塞移动的材料被直接供给到表面波等离子体中。在一些实施例中，盖和提取狭缝是圆形的并且布置在单行中。在一些实施例中，提取盖和狭缝是长形的，并且在平行于微波室主轴线的方向上定向。在一些实施例中，长形狭缝布置在微波室的主轴线的交替侧上。在一些实施例中，长形提取狭缝在垂直于微波室的主轴线的方向上定向。在一些实施例中，长形提取狭缝相对于微波室的主轴线成一角度定向。在一些实施例中，将这样提取出的带电粒子朝向偏转器引导，该偏转器允许人们选择传输哪些带电粒子。在一些实施例中，这样的偏转器是静电偏转器，其利用两个板之间的电压差来为不同的带电粒子产生不同的路径。在一些实施例中，偏转器是利用两个磁极之间的磁场为不同带电粒子产生不同路径的磁偏转器。在一些实施例中，这样提取出的带电粒子被朝向磁性透镜磁体引导，其中，来自多个次级柱塞的多个射束被朝向单个点引导，从而导致多个射束在空间上更靠近在一起。在一些实施例中，透镜磁体具有不均匀的磁极间隙。在一些实施例中，透镜磁体具有不均匀的磁极长度。在一些实施例中，第二透镜磁体跟随在第一透镜磁体之后，该第二透镜磁体将多个带电粒子重新弯曲朝向目标基材。在一些实施例中，第二透镜磁体使带电粒子束在与第一透镜磁体相反的方向上弯曲。在一些实施例中，第二透镜磁体充当质量分析磁体，由此分离具有不同能量与质量比的带电粒子。
根据一个或多个实施例，提供了方法和系统，其中，多个波导接收来自一个或多个微波源的微波辐射，并且这样的波导包含用于使微波辐射通过以进入等离子体室的主狭缝，并且等离子体室配备有磁体以产生ECR等离子条件。在一些实施例中，以串联方式设置多个构造，其中一些构造用于粉末或固体，其它构造用于气体，再其它构造用于提取离子和/或电子，而又其它构造用于以上所有的组合。在一些实施例中，这样的构造用于沉积多层结构，诸如用于产生膜以用于制造光伏模块的那些多层结构。在一些实施例中，多个微波源的这种布置用于形成多层结构，诸如在薄膜电池、医疗设备、电子器件、部件上的涂层和其它应用中使用的那些多层结构，如先前所讨论的。
根据一个或多个实施例，提供了方法和系统，其中，波导接收来自源的微波辐射，并且其中，波导具有在其一个侧部中切出的主狭缝，以允许微波辐射穿过适当尺寸的狭缝从波导出射。在一些实施例中，波导中的主狭缝被真空密封表面封闭，该真空密封表面可以被微波辐射穿透，但对于大气环境而言则是不可穿透的。在一些实施例中，真空密封表面允许管的通过以进入波导之外的区域。在一些实施例中，波导被紧邻地安装到真空室，其中等离子体可连接地位于主狭缝处。在一些实施例中，这样的等离子体室是ECR室。在另外的实施例中，这样的等离子体室配备有提取狭缝以从等离子体中提取带电粒子。在一些实施例中，这种提取出的粒子用于表面的离子植入或离子处理。
根据一个或多个实施例，提供了方法和系统，其中，波导接收来自源的微波辐射，并且波导具有在其一个侧部中切出的主狭缝，以允许微波辐射穿过适当尺寸的狭缝从波导出射。在一些实施例中，波导在与主狭缝的相反侧具有小管，该小管贯穿波导穿入主狭缝中。在一些实施例中，这样的主管被物理地成形以向穿过该管的材料流提供方向性。在又一实施例中，管的形状与正处理的表面(诸如具有波纹状或波浪形状的玻璃基材的表面)相符。在另外的实施例中，波浪形玻璃基材涂覆有光伏材料。
在下面的详细描述中提供了本发明的各种实施例。将会认识到，本发明能够具有其它和不同的实施例，并且其若干细节可以在各个方面进行修改，而所有这些都不脱离本发明。因此，附图和描述应被认为本质上是说明性的，而不是限制性的或限制性的，权利要求中指出了本申请的范围。
附图说明
图1示出了根据现有技术的热或火焰喷涂等离子体涂覆系统。
图2示出了根据现有技术的DC电弧热喷涂等离子体系统。
图3示出了根据现有技术的感应耦合的射频热喷涂等离子体系统。
图4示出了美国专利申请出版物No.US20080220558中公开的现有技术的DC电弧热喷涂等离子体系统，其中某些元件已经用硅或涂有硅的部件替换。
图5A和图5B示出了如美国专利No.7,305,935中所公开的现有技术的电子回旋共振等离子体室，其中纵向磁体沿着微波波导的轴线放置，其中穿过微波波导中的纵向狭缝传输微波辐射，以生成电子回旋共振等离子体。
图6A和图6B示出了根据现有技术已知的用于生成表面波等离子体的系统。
图7示出了根据本发明的一个或多个实施例的包括微波波导和等离子体室的系统，其中材料供给管沿着微波波导的顶部以倾斜形状布局布置，以将材料供给到等离子体室中。
图8示出了图7的组件，其中等离子体室和微波波导已经分开，并且可看见沿着等离子体室的表面放置的倾斜形状狭缝和间隔开的磁体。
图9示出了根据一个或多个实施例的材料供给管贯穿微波波导，使得材料和微波穿过相同的开口进入等离子体室。
图10示出了根据一个或多个实施例的微波管和等离子体室的组件。
图11示出了根据一个和多个实施例的安装到等离子体室的波导柱塞和用于离子或电子的提取系统；已经移除若干部件，以允许更容易查看组件。
图12示出了图11的不同视图，其中提取狭缝组已经与主等离子体室分开，以允许更好地查看组件。
图13示出了本发明的替代实施例，其中小且单独的供给管允许穿过等离子体室的精确沉积图案。
图14A至图14D示出了由根据一个和多个实施例的若干等离子体系统发射的若干图案。
图15A和图15B示出了在穿过等离子体室前后的包括两层或更多层的小复合粒子。
图16A至图16E示出了本发明的各种实施例的沿着表面放置的磁体的变型。
图17A和图17B示出了根据一个或多个实施例的材料供给管系统进入到等离子体室组件中的各种可能的实现方式。
图18A和图18B示出根据一个和多个实施例的材料供给系统和等离子体室/电荷粒子提取系统的剖视图。
图19A和图19B示出了根据一个和多个实施例的变型，其中波导和等离子体室以与待处理的物体的形状互补的方式成形。
图20A和图20B示出了根据一个或多个实施例的替代布置，该布置允许微波辐射沿着环形波导的表面的均匀发射。
图21示出了根据一个或多个实施例的波导的替代布置，该布置允许微波辐射沿着螺旋波导的可控均匀或定向发射。
图22示出了根据一个或多个实施例的双柱塞波导系统以及材料供给系统。
图23示出图22的一部分的放大图，示出了根据一个或多个实施例的次级柱塞和材料供给系统。
图24示出了图22的系统的剖视图，该系统允许查看双柱塞微波发生器系统的主要部件的内部布置。
图25示出了图24的主和次级微波柱塞的特写剖视图。
图26示出了本发明的替代实施例，其中次级柱塞和材料射入系统的定向沿着波导的主轴线。
图27示出了根据一个和多个实施例的穿过双柱塞微波系统和ECR等离子体室的组件的剖视图。
图28A和图28B示出了根据一个和多个实施例的双柱塞微波发射系统，其中次级柱塞的首要目标是扩大和改善来自微波波导中的狭缝的微波发射的方向性。
图29是图28的微波系统的剖视图。
图30是图28的双柱塞系统的放大图。
图31示出了根据一个和多个实施例的组合有多个微波或等离子体源的系统，该多个微波或等离子体源布置成提供集中的射束位置。
图32A和图32B示出根据现有技术的薄膜光伏系统的分层结构。
图33示出了根据一个和多个实施例的多步骤沉积系统，该系统使用多个构造来产生多层沉积结构。
图34展示了根据一个或多个实施例的等离子体系统在用于材料处理的真空室中的部署。
图35示出了“透视”图像，示出根据一个或多个实施例的等离子体系统的变型，该等离子体系统使用材料供给系统的预弯曲出射元件，以允许在不平坦的表面上进行沉积。
图36示出图35实现为根据一个或多个实施例的用于涂覆波浪形或波纹状表面的系统。
图37示出了实施例，其中使用多个磁体使喷射出的离子偏转，以便分离出离子质量和电荷上的各种差异。
图38是附图37的剖视图，其中可以看到射入和出射的离子束穿过偏转器磁体。
图39示出了用于离子偏转的替代技术，其中使用静电偏转使离子偏转并借助质量和电荷使离子分离。
图40是图39的偏转器的剖视图。
图41示出根据一个或多个实施例的示例性离子束植入处理系统的俯视图和两个侧视剖视图，该系统使用两个磁透镜来产生平行射束植入场。
图42A示出根据一个或多个实施例的示例性提取板以及针对线性组的点源在源处和基材处所得到的射束分布。
图42B示出示例性提取板以及针对线性组的线源在源处和基材处所得到的射束分布，该线性组的线源被定向成主轴线平行于离子源的主轴线。
图42C示出示例性提取板以及针对线性组的线源在源处和基材处所得到的射束分布，该线性组的线源的主轴线与离子源的主轴线成角度。
图42D示出示例性提取板以及针对线性组的线源在源处和基材处所得到的射束分布，该线性组的线源的主轴线垂直于离子源的主轴线。
图43示出了图41的系统的透视图。
图44示出了图41的系统的另一方面，该系统使用多个带状射束来产生连续离子束植入场。
图45示出来自图44的各个带状射束可以根据波导中的不同狭缝而位于不同平面中。
图46示出了根据一个或多个实施例的使用分析仪磁体与透镜磁体的组合的离子束的平行布置。
图47示出图46的离子束系统的竖直截面图。
图48示出图46的离子束系统的水平截面图。
图49示出了根据一个和多个实施例的透镜磁体系统如何可以用于产生一系列平行离子束以及借助质量与能量比来分离离子。
图50示出了使用楔形透镜磁体的图49的系统的不同实施例。
具体实施方式
图1是本领域众所周知的热喷涂等离子体(TSP)系统的部件的简化图。等离子体源101生成高温等离子体环境，该环境的温度范围通常为5,000℃至12,000℃。等离子体的温度由多个操作参数来决定，诸如供应到等离子体源的电力、供应到源区域的粉末或固体材料供给速率、所引入的气体量、环境压力等等。将气体引入到等离子体室中导致从等离子体源发射出等离子体射流102。射入器105可以将附加材料射入到等离子体室101中或射入到从等离子体室发射出来的等离子体射流102中的方便位置。被射入到等离子体流中的材料可以呈几乎任何形式，无论它们是气态、液态、固态、粉末还是它们的组合。本领域使用的常用材料包括陶瓷、硅、金属、塑料、骨头等等。等离子体射流的温度以及材料被供给到射流中的速度，将决定材料在等离子体射流中熔化时的具体行为。等离子体射流102被导向基材104，在基材104处，射入的材料产生基材上的沉积层103。通常，等离子体源101和射入器105安装成相对于基材可移动。在一些实施例中，基材104安装成相对于等离子体源101和射入器105可移动。在其它实施例中，基材和等离子体两者可移动地安装。
图2描绘了本领域通常称为DC电弧热喷涂等离子体系统的示意图。圆柱形阴极201通常具有穿过其中心装配的小管202。管202用于将诸如气体、固体、液体、粉末等的材料引入到等离子体生成区域208中。除了使用管202之外，或者代替使用管202，材料也可以经由在等离子体室的侧部上的入口被引入到等离子体中203以及被引入到从等离子体室205出来的等离子体流中。可移动的材料射入系统206也被用于将材料引入到等离子体区域中。DC电源207用于在阳极204与阴极201之间产生DC电弧放电。该DC电弧在阳极与阴极之间产生大电流，这进而允许在放电区域208中产生等离子体。众所周知，DC电弧等离子体还会引入一些材料，这些材料是因高电子通量以及暴露于高等离子体温度而从阳极和阴极上移除下来的。由于阳极和阴极通常使用铜或其它合适的金属构成，因此这些材料被引入到等离子体流中并且共沉积到正被处理的基材上。在很多应用中，该少量共沉积材料不是问题，然而，在半导体应用中，这种共沉积可能对材料的半导体功能有害，即使处于非常低的污染物水平，也会显著地改变材料的期望的性质。
图3示出使用射频(RF)线圈来生成电力以产生热喷涂等离子体系统的替代方法。在该图中，阴极301容纳小管302，该小管302允许将材料引入到等离子体区域308中。线圈303接收RF信号并在放电区域产生快速交变的磁场，这导致在结构的中心产生等离子体。通过将射频波从线圈发射到等离子体区域308中，使RF信号与等离子体耦合。线圈303通常被封闭在壳体307中，该壳体307由能够承受暴露于等离子体以及所产生的高温的合适材料制成。在一些情况下，除了经由管302被引入的材料之外，或者代替该材料，材料也可以经由管304、305或经由可移动的管306或以上述方式的任何方便的组合被引入到等离子体区域308中。
图4示出来自美国专利申请公开No.20080220558的DC电弧热喷涂等离子体系统的主组件的视图，其中暴露于放电室的等离子体区域的部件已经用由硅、掺杂硅、或涂覆有硅层或掺杂硅层的材料制成的部件替换。将正常情况下用诸如紫铜、不锈钢或黄铜等金属制成的部件替换为已经用硅包覆或由硅制成的材料的概念旨在减少来自放电室周围那些金属的污染物。因此，正常情况下黄铜、紫铜或不锈钢暴露于放电室中的等离子体，而现在是等离子体仅遇到硅，因此仅有硅被引入到等离子体中。以这种方式，放电等离子体仍然被污染，但是污染物现在是硅，对于硅沉积物来说这实质上不是污染物。也可以选择实质上不是污染物的其它材料，诸如石墨、石英或其它合适材料。
图5示出来自美国专利No.7,305,935的图，其中ECR等离子体室50可连接地安装到微波管52上。ECR室容纳平行于室的主轴线放置的磁体58、60和62，以在室的壁附近产生高磁场，并且在室的中心附近产生显著减小的磁场。此外，纵向开口59沿着微波波导排成两排，以允许来自波导的微波通过以进入ECR室区域51中。这些开口的间隔和尺寸设定成使得微波能量能够出射到等离子体室中。
图6示出现有技术已知的矩形微波波导，在该矩形微波波导的端部插入有柱塞“波导柱塞”，并且穿过该矩形微波波导切割出具有次级柱塞“同轴柱塞”的同轴部分。同轴部分容纳次级柱塞，该次级柱塞面对波导的相对壁上的开口。该开口充当表面波等离子体(SWP)发射所穿过的发射间隙。放电管被插入穿过同轴部分，以将气体带入放电区域。在放电管的内部产生等离子体，并且产生的等离子体由从发射间隙发射的微波来维持。图6A示出SWP表面波器件的透视图，而图6B示出表面波器件的截面图。
图7示出了根据一个或多个实施例的微波波导主体703，其中波导辐射701从微波源(未示出)引入。凸缘702用于将微波波导的当前部分连接至源或穿过微波波导的附加部分。微波波导主体703被一个或多个管704贯穿，材料可以经由该一个或多个管704传送到等离子体室705中。等离子体室705可以被多个磁体706覆盖。所得到的ECR等离子体708用于使经由管704进入到等离子体室705中的材料熔化或蒸发。材料被从等离子体区域708引导到基材707上，该基材707可以相对于等离子体源移动。根据各种实施例，管、磁体和ECR室形状的多种布置是可能的。此外，ECR/波导组件可以可移动地安装以涂覆基材，或者基材可以沿着静止不动的ECR/波导组件移动，或者两个组件可以相对于彼此以合适的模式移动。从该图还可以看出，可以形成管704的布局，该布局主要相对于波导703的主轴线709成角度。这种布局的优点在于，在等离子体区域708中可能存在出射的等离子体射流的重叠，使得可以产生均匀得多的等离子体放电。
图8示出图7的元件的另一方面，其中等离子体室705已经与微波波导703分开，使得可以更容易地看到磁体802、803和狭缝801的定向和布局。如从该图可以看出的，管704遵循与ECR室705的主体中的狭缝801相同的布局。此外，从该图可以看出，室的顶部上的磁体相对于波导的主轴线709成角度。实际上，室的顶部中的磁体802与室中的狭缝801对齐。如从该图还可以看出的，安装到ECR室的磁体706被安装在室外侧上的小腔中。这样做的原因在于，磁体不应该直接暴露于室中的等离子体，因为它们通常无法承受与等离子体相关联的高温，并且，因为存在着当利用等离子体从磁体上移除小粒子时它们可能会污染沉积工艺的担忧，也不应该将磁体暴露于室中的等离子体。图8中所示的布置显示，可以通过ECR室自身将磁体相对于等离子体屏蔽。ECR室可以由如下的材料制成：即，该材料即使移除到等离子体中，对等离子体的污染也是不要紧的。对于牵涉到半导体材料的沉积，人们可以想到不受限制地针对ECR室使用诸如硅、石墨、石英、氧化铝或涂有硅的材料等材料。
图9示出来自图7和图8的下侧波导，其中ECR室已从该图中被完全移除。如图所示，管704贯穿波导703并且布置成使得它们在狭缝附近终止，这些狭缝允许微波通过以进入等离子体室中。从该图可以看出，该布置允许材料901和微波701在相同的接近位置903处穿过狭缝902被引入到ECR等离子体室。管和狭缝可以以许多不同的布局来布置，并且每个管可以容纳不同的材料。
图10描绘了来自图7、图8和图9的组合起来的微波波导703和ECR等离子体室705。在本图中，可以看出材料管704可以从用于微波的狭缝1001中退出。除了构成ECR室的材料以外，ECR等离子体室1002的内部侧不会使任何不期望的材料暴露于等离子体自身。磁体706和803被保持分开并离开等离子体区域，然而，如果ECR室由非磁性材料(例如，石墨)构成，则磁场线可以容易地贯穿等离子体区域。
图11示出了本发明的替代实施例。微波波导703在一端由可移动的波导柱塞1101终止。调节螺杆1102或类似的方便机构可以用于将柱塞1101移动到如下位置：在该位置处，最大的微波功率穿过狭缝902出射。不同的操作条件可能需要柱塞在不同位置，以使穿过狭缝的功率输出最佳。较短直管1103的组合对具有渐缩出射开口的管1104进行支撑。在一些实施例中，直管1103将气体运送到等离子体室中，并且渐缩管将粉末运送到等离子体室中。ECR室1105具有相对于系统的主轴线成角度的短壁，而不是图7至图9所示的矩形壁。这种布置使ECR室1105的壁与狭缝902保持近似相等的距离，而矩形室(诸如先前附图中所示)中的狭缝的一端更靠近ECR室的短壁，从而有可能在距狭缝最远的角部产生不均匀性。再次参考该图，ECR室1105用盖板1106覆盖。盖板1106配有狭缝1109，该狭缝1109允许来自ECR等离子体区域的等离子体或粒子通过以进入源的外部环境。将理解到的是，通常这样的狭缝定位成与狭缝902相对，狭缝902允许微波通过以进入ECR室；然而，可以容易地设想到其它布置。附加磁体1108可以位于盖板中，也以各种方式进行布置。布置这样的磁体1108以防止等离子体紧密靠近离等离子体区域最近的板盖1106的内部侧。
此外，如图中可以看出的，可以增加第二盖1110，该第二盖1110也可以配有狭缝1111。第二盖1110可以安装在绝缘件1107上，使得盖1110可以被静电充电至与源自身不同的电势。这样的正电势或负电势可以用于从等离子体区域提取电子或离子或其它带电粒子。应理解的是，可以布置具有不同狭缝布置的盖以及具有狭缝和其它静电或磁场部件的附加盖，以将提取的粒子束成形，或选择某些粒子而放弃其它粒子，诸如通常在离子植入机中的质量分离器中进行的那样，无论是通过静电方式还是通过磁方式进行的。
图12示出与图11相同的元件，其中部件现在基本上被组装成通常使用的构造。第二盖1110仍然被示出为从常用位置移开一些，以允许读者更好地观看主狭缝1109。从图中可以清楚地看出，除狭缝1109中的开口之外，ECR室1105的内部区域与外部环境几乎完全隔离。
图13示出来自先前附图的ECR室，其中在ECR室中的开口1301中突出有非常小的管1302。作为非限制性实例，每个管1302可以具有从约1μm至约1mm范围内的直径。非常小的管的这种布置可以对于图案的沉积(诸如用于在基材上沉积金属线)是有用的。此外，将理解的是，可以同时射入材料以在等离子体区域内产生混合物，以进行以其它方式难以混合的材料的共沉积。还将理解的是，穿过管的材料流可以以脉冲的方式来沉积，使得可以将薄的交替的层沉积到基材上。当沉积薄的交替的材料层时(诸如通常在原子层沉积中进行的)或者对于材料的图案化沉积，这些布置可能是方便的。
图14A至图14D示出各种等离子体沉积源的各种狭缝布置的沉积图案。在图14A中，在右侧示出了常用DC电弧等离子体的出射开口，并且在左侧示出匹配的沉积图案，该图示出了基本上为圆形图案的沉积图案，该圆形图案与利用喷漆罐产生的图案类似。为了跨越大面积获得非常均匀的层，通常利用扫描运动使等离子体源在图案上方移动。通常，图案会重复多次，使得可以在彼此之上沉积多个层以产生具有更好均匀性的较厚层，因为可以以这种方式将不均匀性平均化。在图14B中，在图的右侧示出ECR室的狭缝图案，并且在图的左侧示出相应的沉积图案。取决于狭缝的长度，沉积图案可以彼此重叠或者也可以彼此不重叠。在图14C中，在右侧示出具有倾斜形状狭缝的ECR室的狭缝图案，并且在左侧示出了相应的沉积图案。在图14D的右侧，示出具有与系统主轴线垂直的狭缝的狭缝图案，并且在左侧示出相应的沉积图案。从图中应该显而易见的是，狭缝的长度和角度可以仔细地选择，以使被涂覆的基材接收均一的整体涂覆图案。还应该清楚的是，可以移动等离子体源以及基材，以产生具有更好均匀性质的多层。
图15A示出包括由第一材料制成的芯1501的小粒子，该芯1501被由第二材料制成的壳1502覆盖。当粒子在等离子体中升温的过程中，诸如根据本发明的各种实施例所述，芯1501(其与壳1502相比可以具有较低的熔化温度)可以蒸发或析出，从而产生中空结构1503以及在这种结构中的开口1504。在图15B中，画出了这种过程的所得到的结构。以这种方式可以产生具有非常大的表面积的非常复杂的结构，这对于例如催化转化器或膜的制造可以具有显著的优势。
图16A至图16E示出磁体在ECR室的侧部上的设置的多个实施例。图16A示出诸如在美国专利No.7,305,935中基本上公开的磁体设置。图16B示出诸如在图7中实质上所示的磁体设置。图16C示出诸如在图11、图12和图13中实质上所示的磁体设置。在图16D所示的另一实施例中，ECR室的侧壁上的磁体可以放置成相对于室的表面成角度。在图16E所示的另一实施例中，使用圆形磁体在ECR室的侧部上产生磁体的布局。应理解的是，磁体的首要目的是双重的：1)靠近ECR室的壁产生高磁场，并且在ECR室的中心产生低磁场，和2)产生带电粒子的螺旋路径，以提高它们与等离子体中的其它粒子的碰撞可能性。
图17A示出根据一个或多个实施例的波导1702与将材料供给到等离子体区域1705中的材料供给管1701的组件的截面图。ECR室1703适当地被磁体1704覆盖，该磁体1704旨在防止产生的等离子体与ECR室壁接触。发射的等离子体射流1706可以被导向待处理的基材(未示出)。图17B示出从波导的侧部进入的材料供给管1707或穿过ECR室壁从侧部进入的供给管1708的替代实施例。另外，供给管1709和1710可以可移动地定位以将材料射入到等离子体室中的各种位置。应理解的是，可以实施供给管的各种组合与布置，以将材料供应到等离子体区域。
图18A示出具有主盖1081和安装在该盖中的可选磁体1802的来自图11的等离子体室的截面图。喷射出的射束1803现在可以进入区域1804，在该区域1804中，因为由狭缝1806提供的流动限制，所以压力显著不同于ECR室1805中的压力。在右侧图18B中示出具有提取板1808的相同系统的截面图。提取板1808安装在作为电绝缘件的支座1807上。然后可以将提取板1808静电充电以从等离子体区域提取带电粒子1803。
在图19A中，根据一个或多个实施例的波导1901被成形为环形或半环形形状，以与待涂覆的圆柱形物体1904相符。ECR室1902进而也是环形或半环形的形状。等离子体射流1903被朝向系统的中心发射，以对圆柱形基材1904进行处理。在图19B中，波导1901现在具有在波导外侧的ECR室1906，并且等离子体射流1907被从系统的中心向外引导。射流被导向圆柱形内表面1908，以对这种圆筒形管的内表面进行处理或涂覆。本领域技术人员将清楚的是，可以采用许多其它形状的波导，具有或不具有相应形状的ECR等离子体室。在一些实施例中，这些系统可以用来涂覆诸如通常用于石油和天然气输送的管线的内表面。在一些实施例中，这些系统可以用于在人体部位中产生集中的微波。在一些实施例中，这样系统可以用于涂覆诸如钻头等圆柱形物体。
在图20A中，示出根据一个或多个实施例的具有环形形状的波导。微波辐射在2001处进入系统，并且穿过波导2002的短部分被传输到环形形状的波导2004。在环形波导2003的侧部中切出的狭缝2003可以用于将微波辐射传输到可选的ECR等离子体室(图中未示出)中。在右侧图中，示出波导的替代构造，其中波导的短部分已移除，使得可以将柱塞2005插在波导的端部。柱塞允许对波导的端部进行调节，以使穿过波导的侧部中切出的狭缝2006传输的功率最大化。这在功能上类似于图11中讨论的波柱塞。
图21示出成形为螺旋形状的波导2103的另一实施例。微波在凸缘2101处进入波导并沿着波导行进。波导的端部也由柱塞2104终止，该柱塞2104可以通过调节螺杆或机构2105来移动，以使穿过狭缝2102发射的功率最大化。图中所示波导可以用于将微波发射到螺旋形状的可选ECR室(未示出)中。在利用这样的ECR室的一些实施例中，这样的组件可以用于在管的内侧上产生沉积物，如例如图19中所示。在一些实施例中，次级套管2109被一个或多个导管贯穿以允许材料通过，以形成材料发射系统(例如，如图24中所示)，以便允许材料进入ECR室中。
波导也可以用于以全方向方式发射微波辐射，诸如用在(等离子体)RADAR系统中。本领域技术人员应该清楚的是，图21的系统可以在具有或不具有次级柱塞组件的情况下使用，该次级柱塞组件包括次级柱塞壳体2107、次级柱塞2108和次级套管2109。还应该理解的是，可以调节次级柱塞组件，以使穿过每个狭缝喷射出的功率最大化，或者根据需要最小化。在一些实施例中，调节次级柱塞，以产生远离中心轴线2110的均匀的放射状辐射发射。在其它实施例中，调节次级柱塞，以在一个特定方向而不是在其它方向上产生发射。在一些实施例中，次级柱塞面向微波管的内部(在如图所示的相反方向上)。这种布置的一个优点在于，微波辐射可以沿着系统2110的主轴线高度地集中。在另一实施例中，微波的这种集中可以用于生成线性等离子体区域或者在圆柱形物体上生成沉积物，例如，如图19中所示。
在图22中，微波进入波导2202中。微波在2206处进入波导。在波导的端部，波导由柱塞(未示出)终止。借助调节机构2201调节柱塞允许在波导底部(未示出)中切出的一组主狭缝处或附近产生波的最大值。与这些狭缝相对地，存在次级柱塞组件。次级柱塞组件(“喷射器”组件)包括壳体2203、可移动地连接至壳体的次级柱塞2204以及套管2205。套管2205可以具有穿过其中心切出来的一个或多个通道，以允许材料方便地输送到可选的等离子体室(图中未示出)。套管2205也可以用金属护套或类似屏蔽件覆盖。
第一柱塞能够沿着微波波导的主轴线在微波波导内产生第一驻波。调节第一柱塞允许调谐微波波导，以穿过狭缝发射最大值。次级柱塞2204能够在室中沿垂直于波导的主轴线的方向并沿主狭缝的方向产生第二驻波。可以调谐次级柱塞以优化二级驻波，以穿过狭缝发射最大量的功率。主和次级柱塞系统的布置可以允许产生围绕主狭缝的出口出射的表面波等离子体。
图23示出来自图22的次级喷射器系统的放大图。在图中，壳体2203安装到波导壳体2202上。次级柱塞2204相对于壳体2204可移动地安装。套管2205相对于壳体2203以固定的取向安装。可以沿垂直于波导2202的中心轴线的方向调节可移动柱塞2204，以使得产生二级驻波，该二级驻波在波导的与喷射器组件相反的一侧上发射。
图24示出来自图22和图23的系统的剖视图。如从图中可以看出的，可以通过机构2201可移动地调节主柱塞2401。可以在波导的侧部中切出主狭缝2402。在狭缝2402的相反侧，设有次级柱塞组件(“喷射器”组件)，该次级柱塞组件包括壳体2203、次级柱塞2204和套管2205。套管2205的尺寸设定成使得在其与波导中的切口之间存在小的间隙。小的开口在套管与狭缝2402的边缘之间建立强的电磁场。这样的布置可以导致等离子体驻波(也称为表面波等离子体(SWP)波)的喷射或发射。
图25放大地示出了图24的剖视图，使得更容易看到套管2205与狭缝2402之间的间隙2501。应理解的是，可以以各种形状和尺寸来产生多个狭缝。还将明白的是，套管2205可以具有在其中切出的一个或多个开口，用于材料的输送。
图26示出沿着波导2202的主轴线布置成两排的喷射器组件2601的布置。在该布置中，每个喷射器将在安装有喷射器的表面的相反侧喷射表面波等离子体射流。
图27示出与ECR等离子体室组合到一起的图22的波导和柱塞组件的剖视图。波导柱塞2401和调节件2201在波导2202内建立一级驻波。喷射器(2203、2204和2205)建立了利用等离子体室的ECR功能得到增强的二级表面驻波等离子体。两个效应的组合允许使来自等离子体室的较高辐射的混合与发射更强，以及使初始等离子体放电的点火更容易，然而应理解的是，可选磁体2701、2702和2703不是产生等离子体必须的，而是表面波等离子体(SWP)效应足以点火并维持室中的等离子体放电。磁体2701、2702和2703可以布置成使得磁场强度在等离子体室壁附近较高，并且在等离子体室的中心显著降低。可选的提取狭缝2704允许产生明确限定的射束分布以及增加等离子体室内的压力。可以利用适当的静电电压来有效利用板2706中切出的可选次级提取狭缝2705，该适当的静电电压被施加以允许从等离子体区域提取离子或电子。
图28A和图28B示出双柱塞系统的另一实施例，其中主柱塞2201沿着微波波导2202的主轴线建立微波驻波。次级喷射器组件2801布置成使来自在波导侧部中切出的狭缝的微波发射大体上最大化。与不采用次级喷射器系统的系统相比，在这样的布置中，微波具有从狭缝发射出强得多的辐射的潜力。
图29示出图28的布置的剖视图。套管2901充当次级天线以帮助增加来自狭缝2902的微波发射。这样的布置可以用于增加微波系统(诸如用于RADAR)的操作效率。
图30示出图29的剖视图的放大图。次级喷射器组件包括壳体3001、次级柱塞3002以及套管2901。套管2901也可以可移动地定位，以帮助优化来自微波波导2202的微波辐射发射。
图31示出定位在安装机构或框架3102上的一组微波波导3101。安装机构或框架被定位成使得微波波导的出射狭缝面向公共聚焦区域3103。从微波波导3101发射的微波等离子体束3104全部会聚在一个或多个聚焦区域上。应理解的是，可以设想到许多布置或布局，每个布置或布局具有用于将辐射对准目标区域或目标物体的特定优点。
图32A和图32B示出了如现有技术中已知的用在薄膜光伏结构中的常用层。在图32A中，层3201通常是透明玻璃覆盖层。层3202通常是用于在玻璃背面形成导电膜的透明导电氧化物或TCO层。层3203是非晶硅(a-Si)层，通常沉积有高浓度的氢。背侧接触件3204提供金属的导电层。封装层3205通常是聚合物层，该聚合物层提供对背面玻璃3206的附着性和环境密封。入射光子穿过前玻璃和TCO层并且可以被硅层吸收，在该硅层中光子可以产生电子空穴对。层的结构使得这些电荷可以被收集在前和后接触层上，在这些层中它们产生可以用于功率器件的电压。
如图32B所示，层利用附加层3207(也称为非晶微晶叠层(Micromorph layer))得到增强。非晶微晶叠层通常包括使用CVD工艺形成的微晶硅。非晶微晶叠层允许没有被捕获在非晶硅层中的较长波长的光子仍然可能被捕获，从而增加了光子能量转换的整体效率。本领域熟知的是，附加层可以进行设计并集成到一起，每个附加层的目的是将太阳能光谱的不同部分转换成电。
然而，这样的薄膜结构仍然大多数需要真空处理，如前面所讨论的，真空处理使用昂贵的设备并且通常具有生长速率慢的缺点，尤其是对于诸如非晶微晶叠层等厚层来说。
图33示出了根据一个或多个实施例的各种构造的一系列等离子体源，该一系列等离子体源设置为以非常简单且连续的工艺流程构造光伏结构。源3301可以设置为用于在基材3303上沉积TCO层的源。源3302可以设置为将掺杂硅的沉积物传送到基材，而源3304可以提供本征硅层。随后，源3305可以提供另一硅层，该另一硅层稍后由源3306中的不同材料掺杂。最后，源3307可以提供小的印刷接触线或一些其它金属接触层以完成结构。应理解的是，可以想到源的不同序列或变型，并且还应明白的是，这样的源可以提供一组工艺步骤中的一部分，而其它步骤可以在传统的沉积设备或工艺设备中进行。
在一些实施例中，这样的源序列以与图32中提供的顺序和厚度类似的顺序和厚度来沉积层。
在另一实施例中，作为实例，设置一组源来沉积氧化铁粉的层，随后可以将其加热以在材料的表面形成小液滴。另一第二源可以提供被加热的烃流，用于生产本领域众所周知的碳纳米管。这样的制造工艺在生产高质量电容器和电池时非常有用。
应理解的是，可以以适当的序列生产多个膜，以覆盖各种基材。
再次参考该图，可以通过诸如辊3308等方便的装置或其它材料输送方法在一系列源的下方输送基材3303。应理解的是，连续的膜或网也可以是用于通过这样的沉积和处理源进行沉积的潜在基材。
在图34中，根据一个或多个实施例的等离子体源安装在真空室3403的一部分中。微波在凸缘3407处进入微波波导，并且穿过波导3405中的开口被喷射到等离子体室3409中。如之前所述，可以通过柱塞组件3408来调谐微波以获得最大功率输出，并且可以利用射入系统3406射入材料。可选的一组提取板3404允许产生离子或电子幕，诸如通常用在基材的离子处理或离子植入的应用中的那些。诸如成片的玻璃3401或膜或其它合适基材等材料可以穿过开口3402被移动到处理区域中进行处理。
在图35中，示出剖视图，其中材料输送管3506穿过微波波导3505进入等离子体室3503中。管3506(中的一些)的端部被以机械的方式弯曲，以将材料流以合适的角度引导到等离子体中。通过辊3501或任何其它合适的输送系统在等离子体处理源的下方输送基材3502。弯曲管3504的角度被设计成使得横跨基材3502的波浪形表面均匀地沉积材料。在传统的涂覆系统中，有时很难横跨非平面表面获得均匀的涂覆覆盖率，从而导致沉积出的膜的不同特性并且通常是不期望的特性。本发明系统能够使沉积的方向成形以与如图所示的表面轮廓相符。使用弯曲管允许更均匀的沉积，而无需源或基材的复杂移动。
图36示出了根据一个或多个实施例的等离子体源3602可以如何用于处理大的波浪形表面，诸如波浪形玻璃板3601。应理解的是，可以采用多个源和各种几何形状的表面在非平面表面上涂覆多个层。应进一步理解的是，与现今当前使用的系统相比，可变形波导基础等离子体源与同样可变形的沉积系统相结合的组合将允许低成本、高通量的均匀涂层，以及更好地控制均匀性和沉积污染物两者。
图37示出了根据一些实施例的等离子体源，其进一步配备有使用磁体的质量/电荷分离系统。众所周知，可以使用垂直于粒子轨迹的磁场对离子进行质量分离。具有不同质量和/或不同电荷的离子(单、双或多个带电离子)将在这样的磁场中遵循不同的轨迹。在该图中，提取板1808中的每个提取孔与ECR源盖板1801中的孔对准。提取板1808被保持处于适当的电压，以穿过板中的孔提取离子束3706。在该情况下，喷射器组件可以包括与套管3705对齐的圆筒形管3701。次级柱塞3703可移动地连接在套管2205与壳体3704之间。从喷射器出射的等离子体束被直接对准提取板中的开口。如图所示，离子束通过包括磁极件3708和线圈3707的电磁体(或者在一些实施例中为永久磁体)被转向。由此产生的电磁场使从等离子体中提取出的离子束弯曲。
图38示出穿过图37的提取平面的剖视图。如图中可以看出的，磁体组件由磁极件3708和线圈3707制成，并且可以围绕中心线3803可旋转地安装。提取出的离子束3706进入由线圈3807产生的磁场。因为提取出的射束将包含不同质量的离子，因此这样的布置会使较轻的离子遵循更急转的轨迹并且如3801所示从磁体中出射，而较重的离子将遵循较大的半径并在3802附近从系统中出射。本领域技术人员将明白的是，这样的布置可以用于进行同位素分离，诸如根据需要提纯铀以用于燃料浓缩。图38的实施例优于当前使用的其它方法的一个优点在于，等离子体密度和分离将导致大得多的材料流并因此导致更快的同位素分离系统。
本领域技术人员还应明白的是，以上布置可以用于产生包括离子化物质的推进剂射束，诸如可以用于引导航天器。磁体可以围绕提取板中的孔可旋转地安装，使得离子束可以被设置为指向驱动航天器所必需的任何方向。施加在航天器上的力将与出射的离子束3801和3802的方向相反。
在图39中，示出用于使提取出的离子偏转的不同方法。在该图中，采用一组静电偏转器，其包括带相反电荷的板3901和3902。众所周知，静电偏转器还将借助质量和离子电荷而导致离子的分离。结果，出射离子束3903和3904将包含不同的离子质量，其中离子束3904将包含较重离子并且离子束3903将包含较轻离子。本领域技术人员应清楚的是，可以想到狭缝形状和提取器形状的任何方便的布置。狭缝可以平行于系统的主轴线、垂直于系统的主轴线或者如图所示成一角度。
图40示出图39的剖视图，其中该剖视图是穿过喷射器和提取狭缝截取的。与图37和图38中的磁分离器相比，诸如图39和图40所示的带有狭缝的提取器的一个优点在于，可以容纳较宽的射束，从而潜在地导致较大的材料输送能力。这种方法的潜在缺点是，出射射束的旋转变得更有挑战性，并且已知的是使用静电偏转器会引起带正电的离子束“空间电荷”爆炸。空间电荷爆炸是由于带正电的射束中的电子(通常存在并阻止射束在其自身的离子电荷下膨胀)被偏转到偏转器3901和3902的相反侧而引起的。结果，穿过偏转器的射束不再是空间电荷中性的，并且发生快速的射束膨胀，这使质量分离更加困难。在实践中，借助如图37和图38所示的磁分离进行的质量分离是更有利的，因为在磁场中通常不会发生空间电荷问题。
图41示出了根据一个或多个实施例的包括离子源4101的离子束处理或植入系统的俯视图和三个截面图，该离子源4101可以是例如图12、图22、图26、图27、图37以及图41至图50的离子源或其变型。如那些图中所示，可以在单个平面中(例如，在图44和图46中)或在两个或更多个平行平面中(例如，在图26和图43中)或沿斜向(例如，在图12、图22、图27和图37中)提取离子。此外，每个单独的射束源可以是点形的(例如，在图37或图46中)或带状的(例如，在图12、图22、图26、图27或图43中)。参考俯视图，多点离子源4101发射一系列射束4104。作为替代方案，如截面C-C’所示，离子源4102可以定位成与离子束的主路径成一角度，并且可以配有偏转器4103以进行离子能量和质量分离。这也显示在图37、图38和图39中。出现了一个问题在于，提取孔或狭缝通常间隔开微波源波长的1/4或1/2(对于2.45GHz微波源分别为6.1cm或3.05cm)，因此狭缝或孔的间距会导致植入不均匀。一种解决方案是将提取出的射束更近地聚焦在一起。例如，离子束4104随后进入可选的第一透镜磁体4105，该第一透镜磁体4105包含如截面A-A’所示的不均匀的磁场4111。这样的透镜磁体在DonaldW.Berrian等人的美国专利No.4922106中有更详细的描述。第一磁体4105的磁极被设计成向离子束4104赋予弯曲，以使得所有离子束4106经过第一透镜磁体4105而朝向图中标记为4109的单个焦点“f”转弯。在经过第一磁体的一定距离处，可以设置可选的第二透镜磁体4107，该第二透镜磁体4107可以被设计成向离子束4106赋予第二弯曲，从而使射束4106基本上弯曲回到一系列平行射束4110并被导向基材4113。第二透镜磁体4107具有与第一透镜磁体相反的方向上的磁场4112，从而导致离子束弯曲回到一组紧密间隔开又再次彼此平行的射束4110。在诸如半导体晶片的植入(其中离子穿过硅晶格的沟道会导致植入的深度不均匀)等的应用中，具有平行的离子束是期望的。在不需要过多关注沟道的其它应用中，诸如用于植入到多晶太阳能电池中，可以省去第二透镜磁体，甚至两个透镜磁体都可以省去，并且可以将射束4104或4106直接引导至基材4113。为了以均匀的方式完全覆盖基材4113，离子束4104、4106或4110的尺寸设定成使得允许它们之间重叠从而形成带状射束。通常，基材4113将沿竖直方向(进出“俯视图”的平面)机械地移动，以便以均匀的方式覆盖基材。
图42A至图42D示出了提取板的几种可能的布置，该提取板可以用作图11的离子源的盖1110和狭缝1111。如果狭缝本质上是圆形的，并且沿着提取板中间的一条线设置(图42A)，则所得到的离子束将被放置在相距微波频率的波长的1/2的距离处，并且来自图41的透镜磁体系统会将离子束压缩靠近在一起，从而形成近似带状的射束。这样的带状离子束可以主要在一维上整个覆盖基材。通过沿另一维度移动基材，可以获得基材的完全均匀的处理。作为替代方案，在图42B中，在提取板中切出短的线性线，从而形成交错的布局，该布局在被透镜磁体系统压缩时导致紧密重叠的带。同样地，图42C中的成角度的狭缝导致密集紧凑的带布局。图42D中的垂直射束也可以聚集地更紧密，从而产生高强度的、适用于均匀高剂量植入的带状射束。
如前所述，提取出的射束可以位于两个平行的平面中。图43示出了这种布置的一个实例。主微波管2202以交错布置(例如，如图26所示)与多个次级柱塞装置2205联接。在图17中示出了次级等离子体室1703和ECR磁体1704。提取板1110具有横跨提取板1110以交错偏移的布局布置且与次级柱塞2205匹配的狭缝4301和4302，从而产生一系列交错的离子束4104，如图41所示。这些交错的射束也可以被输送到透镜磁体4105，在那里它们被弯曲成会聚射束组4106，然后由第二透镜磁体4107再次将其变成平行的一组交错射束4110，之后将它们导向基材4113。在这样的系统中，可以同时均匀地覆盖基材的大面积(如果不是全部的话)，从而导致非常短的处理时间。
图44示出了与图43类似的布置，但是在本实例中，带状射束全部在同一平面中提取。像以前一样，离子源4101在微波波导2202上配备有多个次级柱塞2205。次级ECR室1703和提取盖1110产生多个平行射束4401，它们也可以被第一磁体4105和第二磁体4107偏转。通过使所有带靠近在一起，可以构建非常长的、紧密且均匀的带状射束。
图45示出图43的离子束系统的下半部的剖视图。如图中可以看出的，不均匀形状的磁极件与第一磁体一起使离子束沿一个方向弯曲，并且与第二磁体一起使离子束沿另一方向弯曲。这不是强制性的：因为根据对整个系统布局的期望，磁体可以沿相同的方向弯曲，但是此概念的一个特殊优点是，两个磁体可实现自动质量分离，而无需单独的分析仪磁体。即使离子束位于如图所示的两个不同平面上，此方法也有效(只要磁极间隙不会变得太大而损害磁场的均匀性即可)。
图46示出了不同的布置，其中离子源4102配备有一组磁偏转器4103和分辨板4601。分辨板4601是配备有一系列孔的简单板，孔的大小近似于提取出的离子束的大小。也提取出来的但不具有相同质量与能量比的任何离子将以不同的路径横穿偏转器4103，从而不能穿过分辨板4601。在这种情况下，透镜磁体4105和4107可能无法充当质量分析仪，不过，被真空环境中性化的任何离子仍将被引导远离基材。
图47示出了图46的在穿过源4102以及磁体4105、4107的竖直平面中的截面图。
图48示出了图46的在穿过提取板4601以及透镜磁体4105、4107的水平平面中的截面图。
图49示出了与图48相同的截面图，但是第二透镜磁体4901已经被扩大以便以如下方式过度校正离子束4902：使得第二透镜磁体部分地像分析仪磁体一样起作用，但是也将射束带回到系统的中心，这对于系统布局可能是期望的。这样的较大第二透镜磁体4902将更容易地利用质量与能量比来分辨紧密靠近在一起的离子。
图50示出了与图48和图49相同的截面图，但是该图示出了使用以楔形截面构造的透镜磁体。
至此已经描述了几个说明性实施例，应领会的是，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。这样的改变、修改和改进旨在形成本公开的一部分，并且旨在落入本公开的精神和范围内。尽管本文提出的一些实例涉及功能或结构元件的特定组合，但应理解的是，根据本发明，那些功能和元件可以以其它方式组合以实现相同或不同的目的。特别地，结合一个实施例讨论的动作、元件和特征不旨在从其它实施例中的相似或其它角色中排除。因此，前面的描述和附图仅作为实例，而无意于进行限制。

Claims (25)

1.一种离子束处理或植入系统，包括：
离子源，其发射具有给定间距的多个平行离子束；
第一透镜磁体，其具有不均匀磁场，并且接收来自所述离子源的所述多个平行离子束并将所述多个平行离子束朝向共同点聚焦。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一透镜磁体包括磁极，所述磁极被构造成向所述多个平行离子束赋予弯曲，以使所述多个平行离子束朝向所述共同点转弯。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个平行离子束中的每一个是点形的。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个平行离子束中的每一个是带状的。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个平行离子束位于单个平面上。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个平行离子束位于多个平行的平面上。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个平行离子束具有交错偏移的布置。
8.根据权利要求1所述的系统，进一步包括偏转器，所述偏转器被联接至所述离子源，以使所述多个平行离子束偏转，从而进行离子能量和质量分离。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述离子源包括多个离子提取器狭缝，所述多个离子提取器狭缝用于形成所述多个平行离子束。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述离子源包括多个磁偏转器和分辨板，所述分辨板具有多个孔，每个孔与所述多个磁偏转器中的一个相关联，所述分辨板被构造成仅使具有选定质量与能量比的离子穿过。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述离子源包括：
微波源；
波导导管，在所述波导导管中具有多个开口，所述波导导管被联接至所述微波源，以将来自所述微波源的微波传输穿过所述多个开口；
等离子体室，其经由所述多个开口与所述波导导管连通，所述等离子体室经由所述多个开口接收来自所述波导导管的微波，所述等离子体室包括多个磁体，所述多个磁体布置在所述等离子体室的外壁中以在所述等离子体室中形成磁场，所述等离子体室进一步包括带电的盖，所述带电的盖位于所述等离子体室的与包含所述多个开口的一侧相反的一侧，所述带电的盖包括提取孔，所述多个平行离子束穿过所述提取孔被提取。
12.根据权利要求11所述的系统，进一步包括柱塞，所述柱塞能移动地安装在所述微波导管中，从而允许调谐所述波导导管以总体上优化从所述多个开口出射的微波的功率。
13.根据权利要求12所述的系统，进一步包括次级开口和一组次级柱塞，所述次级开口与所述多个开口相反地形成在所述波导导管中，所述一组次级柱塞装配在所述次级狭缝中以放大穿过所述多个开口发射的辐射。
14.根据权利要求1所述的系统，进一步包括具有不均匀磁场的第二透镜磁体，所述第二透镜磁体接收由所述第一透镜磁体聚焦的离子束并将所述离子束重新导向，使得它们具有平行的布置且在朝向目标基材的方向上具有比所述给定间距更靠近的间距。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述第二透镜磁体被构造成过度校正由所述第一透镜磁体聚焦的离子束，并由此用作用于分辨具有类似质量与能量比的离子的分析仪磁体。
16.根据权利要求14所述的系统，其中，所述第一透镜磁体和/或所述第二透镜磁体的截面为楔形。
17.根据权利要求1所述的系统，进一步包括用于使所述离子束源或基材相对于彼此移动以增加所述基材的离子覆盖率的机构。
18.一种离子束处理或植入方法，包括：
发射具有给定间距的多个平行离子束；以及
使用具有不均匀磁场的第一透镜磁体接收所述多个平行离子束并将所述多个平行离子束朝向共同点聚焦。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述多个平行离子束中的每一个是点形的。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述多个平行离子束中的每一个是带状的。
21.根据权利要求18所述的方法，其中，所述多个平行离子束位于单个平面上。
22.根据权利要求18所述的方法，其中，所述多个平行离子束位于多个平行的平面上。
23.根据权利要求18所述的方法，其中，所述多个平行离子束具有交错偏移的布置。
24.根据权利要求18所述的方法，进一步包括使所述多个平行离子束偏转，以进行离子能量和质量分离。
25.根据权利要求18所述的方法，进一步包括使用具有不均匀磁场的第二透镜磁体接收由所述第一透镜磁体聚焦的离子束并将所述离子束重新导向，使得所述离子束具有平行的布置且在朝向目标基材的方向上具有比所述给定间距更靠近的间距。
CN201880055751.XA 2017-06-27 2018-05-02 用于等离子体沉积和处理的方法及系统 Active CN111033689B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762525463P 2017-06-27 2017-06-27
US62/525,463 2017-06-27
PCT/US2018/030632 WO2019005288A1 (en) 2017-06-27 2018-05-02 METHODS AND SYSTEMS FOR PLASMA DEPOSITION AND TREATMENT

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111033689A true CN111033689A (zh) 2020-04-17
CN111033689B CN111033689B (zh) 2023-07-28

Family

ID=64693593

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880055751.XA Active CN111033689B (zh) 2017-06-27 2018-05-02 用于等离子体沉积和处理的方法及系统

Country Status (3)

Country Link
US (2) US10490386B2 (zh)
CN (1) CN111033689B (zh)
WO (1) WO2019005288A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115529710A (zh) * 2022-09-28 2022-12-27 中国原子能科学研究院 一种电子帘加速器

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10861667B2 (en) 2017-06-27 2020-12-08 Peter F. Vandermeulen Methods and systems for plasma deposition and treatment
US10490386B2 (en) * 2017-06-27 2019-11-26 Peter F. Vandermeulen Methods and systems for plasma deposition and treatment
US11533801B2 (en) * 2017-11-30 2022-12-20 Corning Incorporated Atmospheric pressure linear rf plasma source for surface modification and treatment
US11037765B2 (en) * 2018-07-03 2021-06-15 Tokyo Electron Limited Resonant structure for electron cyclotron resonant (ECR) plasma ionization
CN109786203B (zh) * 2018-12-28 2021-04-20 基准精密工业（惠州）有限公司 多通道离子源产生装置
US10923311B1 (en) * 2019-11-11 2021-02-16 Xia Tai Xin Semiconductor (Qing Dao) Ltd. Cathode for ion source comprising a tapered sidewall
CN111120112B (zh) * 2019-12-04 2022-06-14 中国人民解放军空军工程大学 基于燃烧室二次流的多阳极滑动弧等离子体点火器及点火方法
CN113727554B (zh) * 2021-08-27 2023-07-14 北京北方华创微电子装备有限公司 电源组件、等离子体浸没离子注入设备及其使用方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3999097A (en) * 1975-06-30 1976-12-21 International Business Machines Corporation Ion implantation apparatus utilizing multiple aperture source plate and single aperture accel-decel system
US5126575A (en) * 1990-04-17 1992-06-30 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for broad beam ion implantation
US20030234369A1 (en) * 2000-01-03 2003-12-25 Yuri Glukhoy Electron-cyclotron resonance type ion beam source for ion implanter
CN1672235A (zh) * 2002-07-31 2005-09-21 艾克塞利斯技术公司 用于产生经质量分析的带状离子束的对称束线的方法
US20050258380A1 (en) * 2004-05-18 2005-11-24 White Nicholas R High aspect ratio, high mass resolution analyzer magnet and system for ribbon ion beams
US20060113494A1 (en) * 2004-05-18 2006-06-01 Jiong Chen Apparatus and methods for ion beam implantation using ribbon and spot beams
WO2007146395A2 (en) * 2006-06-13 2007-12-21 Semequip, Inc. Ion beam apparatus and method employing magnetic scanning
US20080149826A1 (en) * 2006-12-22 2008-06-26 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Techniques for providing a ribbon-shaped gas cluster ion beam
CN101553897A (zh) * 2006-09-29 2009-10-07 艾克塞利斯科技公司 用于离子注入器的新型且改进的束线架构
US20100237232A1 (en) * 2009-03-18 2010-09-23 Jiong Chen Apparatus & method for ion beam implantation using scanning and spot beams with improved high dose beam quality
US20100243879A1 (en) * 2009-03-24 2010-09-30 Yongzhang Huang High mass resolution low aberration analyzer magnet for ribbon beams and the system for ribbon beam ion implanter

Family Cites Families (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4185213A (en) 1977-08-31 1980-01-22 Reynolds Metals Company Gaseous electrode for MHD generator
US4268801A (en) 1979-07-17 1981-05-19 Northrop Corporation Mode-locked laser using a saturable absorber in a cavity
EP0106497B1 (en) 1982-09-10 1988-06-01 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Ion shower apparatus
JPS6016424A (ja) 1983-07-08 1985-01-28 Fujitsu Ltd マイクロ波プラズマ処理方法及びその装置
US5487875A (en) 1991-11-05 1996-01-30 Canon Kabushiki Kaisha Microwave introducing device provided with an endless circular waveguide and plasma treating apparatus provided with said device
US5311103A (en) 1992-06-01 1994-05-10 Board Of Trustees Operating Michigan State University Apparatus for the coating of material on a substrate using a microwave or UHF plasma
US5389153A (en) 1993-02-19 1995-02-14 Texas Instruments Incorporated Plasma processing system using surface wave plasma generating apparatus and method
EP0702393A3 (en) 1994-09-16 1997-03-26 Daihen Corp Plasma processing apparatus for introducing a micrometric wave from a rectangular waveguide, through an elongated sheet into the plasma chamber
US5702530A (en) 1995-06-23 1997-12-30 Applied Materials, Inc. Distributed microwave plasma reactor for semiconductor processing
DE19603685C1 (de) 1996-02-02 1997-08-21 Wu Jeng Ming Mikrowellengerät
US5783102A (en) 1996-02-05 1998-07-21 International Business Machines Corporation Negative ion deductive source for etching high aspect ratio structures
JPH09270421A (ja) 1996-04-01 1997-10-14 Mitsubishi Electric Corp 表面処理装置および表面処理方法
EP1189493A3 (en) 1997-05-22 2004-06-23 Canon Kabushiki Kaisha Plasma processing apparatus provided with microwave applicator having annular waveguide and processing method
FR2766321B1 (fr) 1997-07-16 1999-09-03 Air Liquide Dispositif d'excitation d'un gaz par plasma d'onde de surface
US5945677A (en) 1998-04-10 1999-08-31 The Regents Of The University Of California Focused ion beam system
US6204606B1 (en) 1998-10-01 2001-03-20 The University Of Tennessee Research Corporation Slotted waveguide structure for generating plasma discharges
US6558504B1 (en) 1998-12-21 2003-05-06 Research Triangle Institute Plasma processing system and method
US6179973B1 (en) 1999-01-05 2001-01-30 Novellus Systems, Inc. Apparatus and method for controlling plasma uniformity across a substrate
JP4441038B2 (ja) 2000-02-07 2010-03-31 東京エレクトロン株式会社 マイクロ波プラズマ処理装置
JP2003109941A (ja) 2001-09-28 2003-04-11 Canon Inc プラズマ処理装置および表面処理方法
JP4008728B2 (ja) 2002-03-20 2007-11-14 株式会社 液晶先端技術開発センター プラズマ処理装置
JP2004153240A (ja) 2002-10-09 2004-05-27 Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd プラズマ処理装置
JP4369264B2 (ja) 2003-03-25 2009-11-18 東京エレクトロン株式会社 プラズマ成膜方法
US20070054064A1 (en) 2003-12-26 2007-03-08 Tadahiro Ohmi Microwave plasma processing method, microwave plasma processing apparatus, and its plasma head
US7164095B2 (en) 2004-07-07 2007-01-16 Noritsu Koki Co., Ltd. Microwave plasma nozzle with enhanced plume stability and heating efficiency
US7305935B1 (en) 2004-08-25 2007-12-11 The United States Of America As Represented By The Administration Of Nasa Slotted antenna waveguide plasma source
JP5213150B2 (ja) 2005-08-12 2013-06-19 国立大学法人東北大学 プラズマ処理装置及びプラズマ処理装置を用いた製品の製造方法
JP4703371B2 (ja) 2005-11-04 2011-06-15 国立大学法人東北大学 プラズマ処理装置
TW200742506A (en) 2006-02-17 2007-11-01 Noritsu Koki Co Ltd Plasma generation apparatus and work process apparatus
JPWO2008018159A1 (ja) 2006-08-08 2009-12-24 株式会社アドテック プラズマ テクノロジー ２電源を備えたマイクロ波ラインプラズマ発生装置
US20080220558A1 (en) 2007-03-08 2008-09-11 Integrated Photovoltaics, Inc. Plasma spraying for semiconductor grade silicon
JP5058084B2 (ja) 2007-07-27 2012-10-24 株式会社半導体エネルギー研究所 光電変換装置の作製方法及びマイクロ波プラズマｃｖｄ装置
US7705328B2 (en) * 2007-10-31 2010-04-27 Axcelis Technologies, Inc. Broad ribbon beam ion implanter architecture with high mass-energy capability
US8800483B2 (en) 2009-05-08 2014-08-12 Peter F. Vandermeulen Methods and systems for plasma deposition and treatment
WO2011130092A1 (en) * 2010-04-14 2011-10-20 The Regents Of The University Of California Method and apparatus for sputtering with a plasma lens
JP5776254B2 (ja) * 2011-03-25 2015-09-09 富士通株式会社 通信システム、通信装置および通信方法
US20130001414A1 (en) 2011-07-01 2013-01-03 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. System and method for producing a mass analyzed ion beam for high throughput operation
CN102915902B (zh) 2011-08-02 2015-11-25 中微半导体设备(上海)有限公司 一种电容耦合式的等离子体处理装置及其基片加工方法
US10861667B2 (en) 2017-06-27 2020-12-08 Peter F. Vandermeulen Methods and systems for plasma deposition and treatment
US10490386B2 (en) * 2017-06-27 2019-11-26 Peter F. Vandermeulen Methods and systems for plasma deposition and treatment

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3999097A (en) * 1975-06-30 1976-12-21 International Business Machines Corporation Ion implantation apparatus utilizing multiple aperture source plate and single aperture accel-decel system
US5126575A (en) * 1990-04-17 1992-06-30 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for broad beam ion implantation
US20030234369A1 (en) * 2000-01-03 2003-12-25 Yuri Glukhoy Electron-cyclotron resonance type ion beam source for ion implanter
CN1672235A (zh) * 2002-07-31 2005-09-21 艾克塞利斯技术公司 用于产生经质量分析的带状离子束的对称束线的方法
US20050258380A1 (en) * 2004-05-18 2005-11-24 White Nicholas R High aspect ratio, high mass resolution analyzer magnet and system for ribbon ion beams
US20060113494A1 (en) * 2004-05-18 2006-06-01 Jiong Chen Apparatus and methods for ion beam implantation using ribbon and spot beams
WO2007146395A2 (en) * 2006-06-13 2007-12-21 Semequip, Inc. Ion beam apparatus and method employing magnetic scanning
CN101553897A (zh) * 2006-09-29 2009-10-07 艾克塞利斯科技公司 用于离子注入器的新型且改进的束线架构
US20080149826A1 (en) * 2006-12-22 2008-06-26 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Techniques for providing a ribbon-shaped gas cluster ion beam
US20100237232A1 (en) * 2009-03-18 2010-09-23 Jiong Chen Apparatus & method for ion beam implantation using scanning and spot beams with improved high dose beam quality
US20100243879A1 (en) * 2009-03-24 2010-09-30 Yongzhang Huang High mass resolution low aberration analyzer magnet for ribbon beams and the system for ribbon beam ion implanter

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115529710A (zh) * 2022-09-28 2022-12-27 中国原子能科学研究院 一种电子帘加速器
CN115529710B (zh) * 2022-09-28 2024-02-20 中国原子能科学研究院 一种电子帘加速器

Also Published As

Publication number Publication date
US20180374670A1 (en) 2018-12-27
US20200058463A1 (en) 2020-02-20
US10861669B2 (en) 2020-12-08
WO2019005288A1 (en) 2019-01-03
US10490386B2 (en) 2019-11-26
CN111033689B (zh) 2023-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10727031B2 (en) Methods and systems for plasma deposition and treatment
CN111033689B (zh) 用于等离子体沉积和处理的方法及系统
US10861667B2 (en) Methods and systems for plasma deposition and treatment
TWI273625B (en) Ion beam mass separation filter and its mass separation method, and ion source using the same
US7381311B2 (en) Filtered cathodic-arc plasma source
CN107316662B (zh) 基于负离子的中性束注入器
KR102204217B1 (ko) 자기 제한을 갖는 플라즈마 소스를 이용하는 플라즈마 기반 재료 변경
EP2405463A1 (en) Laser-ablation ion source with ion funnel
US9761424B1 (en) Filtered cathodic arc method, apparatus and applications thereof
EP2415897B1 (en) Insulator-interposed type plasma processing apparatus
US8028654B2 (en) Planar controlled zone microwave plasma system
US20210313154A1 (en) System And Methods Using An Inline Surface Engineering Source
US20090166555A1 (en) RF electron source for ionizing gas clusters
WO2015057829A1 (en) Wide metal-free plasma flood gun
Belchenko et al. Development of surface-plasma negative ions sources at the Budker Institute of nuclear physics
US20240043142A1 (en) Sources for plasma assisted electric propulsion
CN109192646B (zh) 离子植入机
GB2599393A (en) Method and apparatus for sputter deposition
Hassan et al. Development of a Radio Frequency Coupled Broad Beam Ion Source for Material Processing

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant