具有自清洁阳极的闭合漂移磁场离子源装置及基材改性修改方法
阅读：519发布：2020-10-03
专利汇可以提供具有自清洁阳极的闭合漂移磁场离子源装置及基材改性修改方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种用于改性基材表面的方法，包括向闭合漂移 磁场 离子源的 电隔离 阳极 提供 电子 。阳极具有正的阳极电荷偏移，而闭合漂移离子源的其它组件接地或具有电气浮动 电压 。电子 接触 诱导离子形成的闭合漂移磁场。在气体存在下通过将 电极 电荷偏移调整为负，邻近阳极产生等离子以清除阳极上的沉积污染物，从而防止阳极污染。然后在重复电子源存在的情况下，电极电荷漂移回复至正，以诱导重复的离子形成用以再次改性基材表面。还提供了一种用于通过该方法在基材表面改性的装置。，下面是具有自清洁阳极的闭合漂移磁场离子源装置及基材改性修改方法专利的具体信息内容。
1.一种用于改性基材表面的方法，包括：
向闭合漂移离子源的电隔离第一阳极提供电子，所述的第一阳极具有正的第一阳极电荷偏移，而所述的第一闭合漂移离子源的其它组件接地或具有电气浮动电压，所述的电子接触闭合漂移磁场，以从存在于包围所述的第一阳极的真空腔中的气体中诱导离子形成；
用所述的离子撞击基材表面以改性表面；
在所述的气体存在的情况下，将该第一电极电荷偏移调整为负，以抑制离子形态，并产生接近所述的第一阳极的第一电极等离子，以清洁所述的第一阳极上的沉积污染物；以及在重复电子源存在的情况下，将所述的第一电极电荷偏移回复为正，以诱导重复的离子形成用以改性基材表面。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电子由电子发射器提供。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述的电子发射器为具有第二阳极的第二闭合漂移离子源，在所述的离子形成和重复离子形成期间，该第二阳极具有与所述的第一电极电荷偏移相反的第二电极电荷偏移，以提供接近所述的第二阳极的第二闭合漂移离子源磁控管溅射等离子。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在所述的第一电极等离子维持期间，所述的第二阳极具有正的第二电极电荷偏移，并形成撞击基材表面的第二闭合漂移离子源。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，单一的交流电源以交流频率同时向第一电极电荷偏移和与该第一电极电荷偏移相反的第二电极电荷偏移供电。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述的交流频率位于10至100千赫兹之间。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的第一闭合漂移离子源的其它组件具有电气浮动电压。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的重复电子源为来自离子形成的二次电子发射。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述的第一闭合漂移离子源的其它组件包括至少一个阴极，一个铁磁极，或一个源主体壳体。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述的基材表面的改性是电绝缘膜的沉积。
11.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述的基材表面的改性是膜的沉积，还包括在沉积过程中横向移动所述的基材。
12.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述的第一闭合漂移离子源为延伸加速通道型或阳极层型或端部霍尔型的形式。
13.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述的闭合漂移磁场穿过至少一个所述的第一闭合漂移离子源的其它组件。
14.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其还包括将许多先导气体分子导入并接触所述的第一电极等离子和所述的离子，以分解所述的许多先导气体分子以形成沉积在基材表面上的包被物质。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述的许多先导气体分子导入位于所述的第一闭合漂移离子源或所述的第二漂移离子源至少之一和基材表面之间的等离子区域的外围。
16.一种用于在基材表面沉积薄膜的装置，其包括：
第一闭合漂移离子源，其具有电隔离的第一阳极及其它组件，所述的其它组件包括铁磁体阴极和形成闭合漂移磁场的磁体，所述的其它组件接地或具有电气浮动电压；
电源，以正电荷偏移持续时间和负电荷偏移持续时间选择性地向所述的具有电荷偏移的第一阳极供电；
电子发射器，当所述的第一电极电荷偏移为正时，向所述的第一阳极提供电子。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述的闭合漂移磁场穿过至少一个所述的其它组件。
18.根据权利要求16或17所述的装置，其中，所述的电子发射器为具有第二阳极的第二闭合漂移离子源，在所述的离子形成和重复离子形成期间，该第二阳极具有与所述的第一电极电荷偏移相反的第二电极电荷偏移，以提供接近所述的第二阳极的第二闭合漂移离子源磁控管溅射等离子。
19.根据权利要求16所述的装置，其中，所述的电源为交流电源，该交流电源具有20至
70千赫兹之间的输出频率。
20.根据权利要求16所述的装置，其中，所述的第一阳极具有等离子约束凹陷。
21.根据权利要求20所述的装置，其中，所述的第一阳极具有内向表面，在运行期间，该内向表面在闭合跑道磁约束场内经受溅射放电。
具有自清洁阳极的闭合漂移磁场离子源装置及基材改性修
改方法
[0001] 关联申请的交叉引用
技术领域
背景技术
[0004] 离子源已被证明对于基材改性和薄膜沉积有效用。高能离子被用于蚀刻表面并为生长膜提供能量。离子源在工业应用中所面临的一个挑战是，生产过程所产生的副产品，特别是当这些副产品最终在阳极上形成一绝缘薄膜时，阳极有受到污染的趋势。当阳极被绝缘薄膜覆盖，电子不再能够有效地抵达阳极，离子源的运作将被中断。本发明涉及对于闭合漂移离子源的改进。闭合漂移离子源不应当与其它类型的离子源混淆，这包括栅格离子源和具有轴向或镜像磁场特征的离子源。栅格离子源使用一系列的电场栅格来加速等离子放电腔中的离子。需要多种电源来运转栅格离子源和具有精密栅格的离子源结构使得这些离子源复杂且昂贵。另外，栅格的热膨胀因素使这些离子源延伸使用于大基材是不切实际的。闭合漂移离子源将离子加速阳极暴露于加工室中，并干预阳极和加工室之间的正交磁场。形成离子的电子注入室中，必须通过磁力线到达阳极。在遇到磁场时，电子以磁场的霍尔方向漂移，并通过配置离子源提供闭合的跑道，电子被有效捕获在一个无终止的回路中。侧壁，浮动或固定并在处理室和阳极间形成通道，阻碍电子沿磁力线流动。
[0005] 闭合偏移离子源的商业成功源于它的多项优点：1)通过迫使电子穿越磁力线到达阳极，形成对于电子流的强阻抗，并以此建立数百伏特的离子加速电场。其所形成的从闭合漂移离子源放射出的离子束对于多种方法都是积极有用的。该被穿越的磁场的阻抗大于穿过轴向或镜像磁场的阻抗。2)由正交电场和磁场形成的霍尔漂移趋向于形成均一的围绕闭合环形跑道的电子流并形成从该跑道中发射出的均一的离子束。由于该跑道可以被延伸至超过数米，因此该效应对于处理大基材非常有用。
[0006] 现有技术中已将闭合漂移离子源分为三个类别：延伸加速通道、阳极层类型和端部霍尔。尽管不是完全一致，但延伸加速通道和阳极层类型间的常规区别因素在于电子受限通道的宽度与通道深度的比例。如果通道深度超过通道宽度的尺寸，则该离子源被称为延伸加速通道型。美国专利US5,646,476是一种典型的延伸加速通道型闭合偏移离子源。现有技术中的延伸加速通道型闭合偏移离子源均具有正的电荷偏移的阳极。
[0007] 阳极层类型离子源是闭合漂移源的第二种类型。在阳极层类型离子源中，典型的，闭合通道的深度是小于或等于其宽度的。美国专利US5,763,989；US5,838,120和US7,241,360是具有代表性结构的阳极层类型离子源。美国专利US7,241,360的特点在于其整个离子源由负交流环路形成的负电荷偏移以溅射清洁该离子源。
[0008] 端部霍尔离子源表现为一种闭合漂移离子源的变化。在端部霍尔离子源中，其内磁极要低于外磁极，从而暴露出环状阳极的侧面。在这一几何形态下，第二电子约束架构与闭合偏移离子源的潘宁型(Penning style)约束相结合。该第二约束架构是一镜像电子约束，其中，电子被梯度磁场沿磁力线部分限制。美国专利US6,750,600和US6,870,164是这类离子源的代表。特别的，美国专利US6,750,600试图减少与阳极上污染物沉积有关的阳极导电性的丧失。美国专利US6,870,164通过在阳极上应用脉冲正电荷偏移解决其上污染物沉积导致的阳极降解，从而避免操作的不稳定性，然而并不负偏移阳极以便在阳极上形成等离子。
[0009] 已经采用多种方法来解决所有类型的闭合漂移离子源的阳极污染物问题。尽管如此，仍存在对于闭合漂移离子源的方法和装置的需求，其能持续操作而不随时间丧失阳极导电性。理想上，解决方案将包括自清洁阳极，该自清洁阳极即便超过数十小时的延长的处理时间的情况下仍能免于绝缘物的聚集。
发明内容
[0010] 本发明提供了一种用于改性基材的表面的方法，其包括将电子提供至闭合漂移离子源的电隔离阳极。该阳极具有阳极正电荷偏移，而该闭合漂移离子源的其它组件电接地或具有电气浮动电压。电子会遇到一闭合漂移磁场，该闭合漂移磁场从存在于围绕第一阳极的真空腔中的气体中诱导离子形成。然后，离子被加速为一离子束以撞击基材的表面并改性该表面。表面改性包括蚀刻，协助磁控管溅射沉积方法，离子增强热沉积及等离子体增强化学气相沉积。通过将电极的电荷偏移在存在气体的情况下调整为负偏移来防止阳极污染，等离子产生于接近阳极的位置以清除阳极上的沉积污染物。然后，在存在重复电子源的情况下，该电极电荷偏移回复到正偏移，以诱导重复离子形成以再次改性基材的表面。
[0011] 本发明还提供一种用于改性基材的表面的装置，其包括具有电隔离阳极的闭合漂移离子源，该闭合漂移离子源的其它组件还包括铁磁极，和形成闭合漂移磁场的磁铁。所述的其它组件电接地或具有电气浮动电压。电源选择性地以正电荷偏移持续时间和负电荷偏移持续时间向具有电荷偏移的阳极供电。当电荷偏移为正偏移时，电子发射器向阳极提供电子。附图说明
[0012] 图1A是具有交电电源的发明装置的实例的剖视图，其中，左侧闭合漂移溅射离子源为负偏移，右侧闭合漂移溅射离子源为正偏移。
[0013] 图1B为图1A中的发明装置的另一个实例的剖视图，其中，左侧闭合漂移溅射离子源为正偏移，右侧闭合漂移溅射离子源为负偏移。
[0014] 图2为图1A所示的发明装置的立体图。
[0016] 图4为发明装置的剖视图，该装置在负阳极偏移期间，在阳极内侧进行等离子放电，为了图示清晰，与已示的闭合漂移离子源类似的第二闭合漂移离子源及位于该装置附近的基材被省略。
[0017] 图5为发明装置的剖视图，其特别适合于溅射沉积，且显示了电极完全暴露于周围的真空腔及基材。
具体实施方式
[0018] 本发明作为用于基材的表面改性包括蚀刻或沉积的装置具有用处，特别是用于在基材上沉积绝缘膜。闭合漂移溅射离子源的电极在本文中也被称为阳极。本发明成功实现了通过对于基材的表面的稳定的和可重复的改性延长其运行期限，其具体通过在闭合漂移离子源的电隔离阳极上每隔一段时间应用负电荷偏移，并持续充分的时间以抑制由阳极产生的离子形成，并经受能清洁阳极沉积污染物的溅射等离子。保持阳极清洁状态的结果是，得以实现可重复的表面改性特性和所得装置维护间更长的运行期限。
[0019] 本发明是以以下认识作为前提的，与现有技术相反，在闭合漂移离子源的磁极和阳极上均应用负偏移导致阴极材料的溅射沉淀作为基材表面的污染物。通过仅在阳极上应用负电荷偏移，可以简单地选择阳极材料以避免在给定的基材的表面形成污染。提供这样的材料约束至壳体，闭合漂移离子源的阴极及其它组件会防止这样的假设装置的基材表面污染，以及复杂的生产和运行。另外，仅在闭合漂移离子源的阳极应用负偏移能实现溅射清洁阳极，且消除与闭合漂移离子源如气体、水线、磁极覆盖层、保护层等的电隔离的其它组件有关的相当大的作用力，。
[0020] 在本发明的装置中，阻断电子流向电极的闭合漂移阻抗路径不应与镜像阻抗混淆。本发明中的闭合漂移阻抗比镜像阻抗更大。例如，通过闭合漂移区域所产生的电压大约为300伏特，而通过磁镜像所产生的电压接近80伏特。这是这两种电子约束方法的重要且根本的区别。在本发明的情况下，形成了闭合漂移约束，导致更高的阻抗和更高的离子能量。该更高的离子能量对于某些薄膜沉积和蚀刻方法是特别有用的。例如，类钻涂层(DLC)的形成通过闭合漂移型离子源的更高的能量得到加速。受益于更高的离子能量的其它成膜方法为氧气和水渗透阻隔膜。
[0021] 通过连接两个由交流电源提供能量的闭合漂移离子源，当第一源的阳极为负电荷偏移时，该源运行作为溅射磁控管，其通过闭合漂移磁场向另一具有正电荷偏移的源提供电子，从而使第二源产生击打基材表面的离子，产生表面的改性。通过两个相连的离子源中各自电隔离的阳极的电荷偏移交替，实现两个阳极均保持清洁及稳定的基材表面改性环境。
[0022] 现参考图1A、1B及2所示，本发明的装置被标识为100，其具有两个均连接电源11的闭合偏移离子源10a和10b。如在图1A、1B及2中所标注的，分别关联离子源10a和10b的类似特征将在给定的附图标记后加上不同的字母，关联离子源10a的特征将在附图标记后面加字母a，关联离子源10b的特征将在附图标记后面加字母b。阳极1a和1b的形状为直线型的环状，如图2所示，离子源10a的长度102其优选的尺寸为基材S的宽度W的±10％之内。可理解，长度102能延伸至数米以适应基材S。更为优选的是，离子源10a的长度102大于宽度W，从而限定边缘的基材改性轮廓，该边缘限定了宽度W，宽度W与磁场边缘效应有关，磁场边缘效应与源10a和10b有关。可理解，离子源10a和10b均具有其它形状的独立构造，该其它形状取决于具有其它形状的基材的形态，其它形状包括所述的两个离子源的椭圆形或圆形环，或椭圆形或圆形盘，或内嵌的形态。同心环状离子源是两个离子源的内嵌结构的一种典范。可理解，在离子源10a和10b之间具有可互换的组件时，实现制造和运行的相当高的效率。离子源10a和10b分别具有阳极1a和1b。阳极1a和1b均连接在图中标示为11的电源。电源11的性质仅受限于本装置的能力，以偶尔将阳极的偏移调整为负，并持续足够的时间，从而诱导阳极溅射自清洁。该电源11包括任意数量的市售可得的电源，例如交流电(AC)，射频(RF)，脉冲直流(脉冲DC)及其它脉冲波形源。优选交流电源用于多数表面改性方法，原因在于其低成本以及易于获得数十千瓦的高功率型号。AC电源11的典型的交流电频率范围为1千赫兹到1百万赫兹，优选的范围是1万赫兹至10万赫兹。如图所示的阳极1a和1b具有环形形状，以此形成对于闭合漂移离子源来说常见的闭合跑道形状。阳极1a和1b均分别通过支座104a和104b电隔离。支座104a和104b为电绝缘体，以此将阳极1a和1b与离子源10a和10b的其它组件电隔离，然而，支座104a和104b允许离子源气体18从其间穿过并接触到阳极1a和1b。为了实现本发明的装置100的持久运行，阳极1a和1b优选通过与其实现热交换的闭环水循环进行冷却。为了图示清晰，水冷通道未在图中示出。
[0023] 阳极1a和1b，外侧铁磁极2a和2b，以及内侧铁磁极4a和4b分别限定了等离子放电区域24a和24b的几何范围。等离子区域24a和24b延伸向基材S的表面T。由9a一并表示的磁体间的相互作用，背分路器12a以及铁磁极2a和4a共同限定了在等离子区域24a中的磁场13a。相应的，在等离子区域24b中也形成由对应的组件9b、分隔体12b及2b与4b所限定的磁场13b。可选的，每个离子源10a或10b分别独立具有热挡板21a和21b。
挡板(21a或21b)分别减少从阳极(1a或1b)发射出的并撞击上磁体(9a或9b)的热辐射。
特别适用于热挡板的材料包括任何非铁磁的材料，铝是形成热挡板的较好的材料。可选择的，内铁磁极4a和4b的侧面分别安装有覆盖层6a和6b。相似的，外铁磁极2a和2b的侧面也可选择分别安装有覆盖层3a和3b。如果存在覆盖层3a、3b、6a和6b，则选择其材料用以在运行中保护在本发明的装置100形成的环境中的磁极，并相容于具体的基材表面改性化学。
挡板(21a或21b)分别减少从阳极(1a或1b)发射出的并撞击上磁体(9a或9b)的热辐射。
特别适用于热挡板的材料包括任何非铁磁的材料，铝是形成热挡板的较好的材料。可选择的，内铁磁极4a和4b的侧面分别安装有覆盖层6a和6b。相似的，外铁磁极2a和2b的侧面也可选择分别安装有覆盖层3a和3b。如果存在覆盖层3a、3b、6a和6b，则选择其材料用以在运行中保护在本发明的装置100形成的环境中的磁极，并相容于具体的基材表面改性化学。
[0024] 阳极的溅射效果通过选定阳极材料来控制。例如，可以通过选定阳极材料来实现低溅射率和高二次电子发射率。在使用氧气源气体的情况下，铝是一种典型的材料。在该情况下，阳极表面被氧化形成氧化铝。氧化铝具有低溅射率和高二次电子发射量。也可以通过选定阳极材料来最小化在基材和方法上产生的任何有害效果。例如，在镀覆电子级硅薄膜的情况下，应避免使用任何含铁的材料。在该情况下，电极最好覆盖有硅薄膜。除了电极材料之外，磁极覆盖层的材料同样需要考虑到。磁极覆盖层同样会被高能量等离子侵蚀。其材料的选择可以基于与上述的阳极材料选择相似的考虑进行。
[0025] 本发明的装置100中，源气体可以设置于多个位置。如图1A、1B及2所示，源气体18显示通过孔洞19b进入闭合漂移离子源10b，该孔洞19b连通气体歧管17b。优选的歧管17b是连续的环状槽，该环状槽具有在图1A和1B中表示为两部分17b，该两部分17b是连通的。歧管17b与对应的离子源10a的歧管17a相连通，或可选择的，向歧管17a提供独立的源气体，该源气体在其成分、流速或成分和流速的组合方面有不同。对于歧管17b，源气体18流过穿设于背分路器12b的孔10b，然后通过散热板21b内的气体出口23形成的路径进入位于阳极1b和包括支座104b在内的周围结构之间的暗区域14。存在用于歧管
17a的相似的气体路径，标注为23a。离子源10b内的源气体18的分子从暗区域14流入等离子区域24b。可供选择的，歧管16提供外部气体15。当歧管16为设置于离子源10a和
10b间的中间介质时，可理解，外围气体15可以通过进入真空腔方便地进行反应，该真空腔设置于接近本发明的装置的位置，也可以设置于接近图1A、1B和2中左侧的基材S的表面T的位置。
17a的相似的气体路径，标注为23a。离子源10b内的源气体18的分子从暗区域14流入等离子区域24b。可供选择的，歧管16提供外部气体15。当歧管16为设置于离子源10a和
10b间的中间介质时，可理解，外围气体15可以通过进入真空腔方便地进行反应，该真空腔设置于接近本发明的装置的位置，也可以设置于接近图1A、1B和2中左侧的基材S的表面T的位置。
[0026] 本发明的装置100安装于真空腔内，在该运行环境中，基材S是惰性的，除了氮在某些条件下会生成氮化物。为了启动本装置100，源气体18被泵入孔洞19，直到其存在于暗区域14b并接近阳极1a和1b。然后启动电源11，以在第一阳极1a和第二阳极1b上应用电荷偏移。优选的电源11为一交流电源。举例而言，基材S的表面T横向移动穿过本装置的表面103，其生成等离子、诱导电子8和离子束7，从而提供所需要的一致的表面T的表面改性。本发明的装置100能方便地实现各种表面改性，包括蚀刻表面T，沉积物质岛或沉积物质薄膜。可理解，本发明的装置100的发射面103与基材S的表面T之间的间隔距离d可以根据方法的特点变化。举例而言，在线状等离子体增强化学气相沉积(PECVD)及大面积基材的情况下，间隔距离d通常在25至100毫米之间。
[0027] 在运行过程中，源气体18被输送至本发明的装置100中，从而使所在的等离子区域24a或24b具有足够的源气体气压，以分别触发阳极1a或1b上的磁控管溅射等离子5a或5b。源气体18的典型气压为1至50毫托。举例而言，源气体18包括各种非凝结气体，例如氧气、氦气、氩气、氮气，或上述气体的组合物。在反应源气体具有氧气成分并包含其它气体时，交流电源的频率为20至70千赫兹。当第一阳极1a具有负电荷偏移时，磁控管溅射等离子5a近距离激发至阳极1a。优选的，阳极1a和1b分别具有表面凹陷26a和26b，其用以限定溅射等离子的立体空间。如图1A所示，阳极1a具有负电荷偏移，等离子5a触发并向具有第二阳极1b的离子源10提供电子(e-)8，第二阳极1b具有与第一阳极相反的电荷偏移，即阳极1b具有正电荷偏移。由于电子8必须达到具有正电荷偏移的阳极1b以形成一供电电路，则电子8a必须穿过位于等离子区域24b中的闭合漂移磁场，且如图1A中所示，独立的离子源10b的功能为本领域中常见的典型闭合漂移离子源。本发明的装置100的结果是，在给定的阳极上交替产生正负电荷偏移，从而至少在部分时间，阳极1a或1b经受磁控管溅射等离子，而其它离子源组件，包括铁磁极2a、2b、4a和4b以及磁极覆盖层3a、3b、6a和6b排除在电源-阳极电路外。这些闭合漂移离子源的其它组件不是表现为电接地就是具有电气浮动电压。优选的，这些组件是电气浮动的。如图1A所示，电子8从离子源
10b诱导离子形成。这些离子向表面T方向加速形成离子束7。本领域的技术人员将容易理解离子束(i)7可以被用于蚀刻表面T，并独立地与表面T反应，或与先前的气体结合在表面T上形成沉积。
10b诱导离子形成。这些离子向表面T方向加速形成离子束7。本领域的技术人员将容易理解离子束(i)7可以被用于蚀刻表面T，并独立地与表面T反应，或与先前的气体结合在表面T上形成沉积。
[0028] 当如图1A所示的电压反转，阳极1a和1b反转其电荷偏移并与离子源10b起作用，向离子源10a提供离子化及中性化的电子的离子源10b现在则如图1B所示那样运行作为离子源并产生离子束7。
[0029] 当离子源10a和10b交替其阳极电荷偏移时，其分别交替表现为一电子源和一离子源，其结果是密集的等离子和离子束从各离子源10a和10b交替发射出。可理解，本发明的装置所产生的离子的均方根速度远小于电子的均方根速度，这样的具有适当频率的电荷偏移转换的本发明的装置100，其有效地实现了作为图1A和1B所表示的状态的结合的功能，该结合为一有效的稳定状态的表面改性离子束产物。在稳定状态运行的过程中，阳极1a和1b分别在其功能为电子源时持续地进行自清洁。通过连续的阳极自清洁，装置运行控制的稳定性得到大幅度的提升。
[0030] 可理解，本发明的装置100通过引入先导气体15通过外部歧管16对于PECVD方法特别有用。可理解，优选将歧管16介于密集等离子和离子源区域之间，离子源区域位于离子源10a、10b和基材S的表面T之间。注意到在等离子区域24a和24b外输送反应先导气体15，可以减少与在离子源10a和10b内先导气体分子的分解有关的污染物的堆积。本发明的装置100在运行过程中的阳极1a和1b自清洁能力能大幅促进PECVD，特别是当先导气体15的分子遇到激活在距离间隙内的反应物分子的激发态离子和电子时，该距离间隙位于本装置100的表面与表面T之间，以在距离间隙d内形成反应中间体。一旦反应中间体接触表面T，这些先导气体15的激活的中间体凝结于表面T上。注意到，相较于那些在CVD沉积过程中形成的缺少离子束的撞击，本发明的装置100的离子束7的能量促进密集高质量PECVD薄膜。可理解，如图1A和1B所示的长加速通道型离子源，其作为进入离子源10a或10b的反应凝结气体的延迟出口。
[0031] 本发明的具有电隔离的自清洁阳极的装置的效果是，该装置能在真空条件下在氧气作为反应源气体存在情况下容易地运行，而无需氩或其它惰性覆盖气体。可理解，在一特别优选的实施方式中，具有10至100千赫兹的异步电源串联离子源的运行频率的交流电用以排除在阳极上的绝缘污染物的堆积。该数千赫兹的交流电是足够高频率的以通过在正电荷偏移环路(电子抵达阳极)或负电荷偏移回路(离子撞击阳极)中堆积在阳极上的任何薄氧化物允许电流电容耦合。这是与常见的由直流电源驱动的离子源相反的。另外，在串联结构中，阳极的目标材料可以选择为与纯氧气环境相容。例如，可以使用铝作为目的材料。在运行过程中，铝目标材料的表面氧化形成氧化铝。在产生电子的阴极运行模式中，氧化铝表面的溅射较慢，并具有较高的二次电子发射。这是溅射离子源的电极的理想特性。在纯反应气体中运行的能力是区别于常见的离子源的，常见的离子源需要输送氩气通过离子源以避免毒化阳极表面，或过早地磨损阴极凹陷，或者细丝状电子源。需要流动氩气，或其它惰性覆盖气体的取消，减少在输气系统中气体负荷，从而允许使用更低输出的气泵且简化所有操作步骤。
[0032] 图2是图1A和1B所示的装置100的透视图。该视图表示了本发明应用于类玻璃片或塑料薄膜卷的大面积基材的能力。可理解，本发明的离子源装置同样能方便地形成具有圆形或其它尺寸的环形电极形态。闭合漂移离子源延伸至不同长度是本领域已知的。重要的评判标准是在跑道的周围形成闭合漂移电子霍尔流路径。
[0033] 图3表示了具有自清洁阳极的闭合漂移离子源40，其在外部铁磁极32和内部铁磁极34之间形成一加速通道，该加速通道相较于图1A和1B所示的要短。在图3中所使用的附图标记具有与前述的那些附图标记一致的含义。离子源40具有与离子源10a和10b那些详细描述的材料组件相似的材料组件。具有短加速通道的离子源40是阳极层类型离子源。内磁极34被一磁极帽61覆盖，外磁极32则覆盖有相应的磁极帽60。帽60和61是可选择的，其用以在电极31上聚集附加的磁场强度62。磁体39和背分路器42产生包括磁力线63和62的闭合漂移磁场。电极31由绝缘支座134支撑而离开其周围的电气浮动电压表面。源气体18通过位于背覆盖层55内的螺纹孔50、位于背分路器42内的气体出口53、气体歧管57和分布孔54进入暗区域44分隔体。电极31及其它组件在需要的情况下，可以选择已知的方法进行水冷。
[0034] 离子源40是具有阳极31的单一源，阳极31连接两个电源。开关71允许电源70或71连接电极31。在电源70连接的情况下，电极31负偏移，且电极31上维持等离子放电35。等离子放电35用以清除在电极31上的污染物沉积。当开关71设置为连接电极31至电源72，电极31正偏移，离子源40运行为产生离子束7的常见的闭合漂移离子源。在该离子源模式中，电子8的源通常要求中性化发射的离子并向电极31提供电子流。基于这一意图，设置电子发射器73，其示例行地包括细丝状中空阴极，或溅射磁控管，例如负偏移源
10A或其它常见的磁控管阴极。可理解，激发后，通过离子束撞击基材S和能提供足够的电子用于离子源运行的磁极帽60和61产生的二次电子发射，离子源40可选择地运行而无需电子发射器73，。
10A或其它常见的磁控管阴极。可理解，激发后，通过离子束撞击基材S和能提供足够的电子用于离子源运行的磁极帽60和61产生的二次电子发射，离子源40可选择地运行而无需电子发射器73，。
[0035] 典型的，电极31连接电源72以延长运行的持续时间，而源40则运行为一离子源。当源电压增长到一预设的表明阳极31污染的值时，打开电源70以溅射清洁电极31。一旦简短的清洁过程完成，运行再回复到离子源模式以改性附近的表面T。
[0036] 图4表示一具有阳极201的离子源200，该阳极201在其朝内的表面上经受溅射放电105。在图4中所使用的标号具有与前述的相同的含义。磁体109和112形成位于电极201上的闭合跑道磁约束126以建立约束场。电极201可选择性地具有凹陷226以增强约束126。如图1A中104a所示的，电极201通过例如图1A中104a的支座实现电隔离，为视图清晰在图4中没有示出。凹陷226限定了溅射放电105，同时，在运行过程中，特别是在与PECVD方法相关的污染环境中，其还用于在电势绝缘覆盖层形成中隐藏导电电极。离子源200选择性地具有侧分路器222，和/或中心分路器204。基底125支撑该离子源200的剩余部分。磁体112用以形成磁约束场126以及闭合漂移约束磁力线113。闭合的漂移约束场力线113穿过位于磁体覆盖层203和中心分路器204之间的开放的放电区域。源气体
18通过与歧管117和孔120连通的螺纹孔119输送入离子源200内。孔120开设于非铁磁体热遮盖121中。遮盖121保持磁体109隔离电极201的潜热，并将中心分路器204保持在位置上。源气体18流入位于电极201和与其电隔离的周围组件间的暗区域114。在暗区域114中注入源气体18，确保大部分气体18流入在127的溅射等离子105的邻近区域中。
与离子源200相同的第二源200b连接于电源11。
18通过与歧管117和孔120连通的螺纹孔119输送入离子源200内。孔120开设于非铁磁体热遮盖121中。遮盖121保持磁体109隔离电极201的潜热，并将中心分路器204保持在位置上。源气体18流入位于电极201和与其电隔离的周围组件间的暗区域114。在暗区域114中注入源气体18，确保大部分气体18流入在127的溅射等离子105的邻近区域中。
与离子源200相同的第二源200b连接于电源11。
[0037] 在运行中，依据阳极电荷偏移，源200交替作为一溅射磁控管，向源200b提供中性化的电子8，和闭合漂移离子源。在正阳极偏移期间，例如在交流回路的一部分期间，试图到达电极201的电子8受到磁力线113的阻碍，气体原子在区域124中离子化以产生离子束7。在阳极负偏移期间，电极201上维持等离子放电105，用以向第二源200b提供中性化和产生离子的电子8，同时清除电极201上的污染堆积。
[0038] 图5所示为另一包含有第一离子源302a和第二闭合漂移离子源302b的阳极自清洁离子源装置300。在图5中所使用的标号具有与前述的相同的含义。该情况中，电极301a和301b完全暴露于真空腔和基材S。源302a和第二源302b通过电源11配对。当源302b与源302a一致时，可理解，其它源将代替源302b是可操作得。其包括常见的磁控管及离子源10b、40和200。分别位于源302a和302b中的磁体303a和303b形成溅射约束场力线315a和315b以及位于源302a和302b中的闭合漂移约束场力线314a和314b。磁路进一步由背分路器305a、外分隔体304a和内分隔体306a限定，而在源302中由背分路器305b、外分隔体304b和内分隔体306b限定。电极301a可选择为矩形环形或圆形环形或椭圆形。电极301a和301b可选择水冷。如果存在冷却水，流过位于背板325a和325b中的导管311a和311b。为图示清晰，水冷供应及回流管在图中未表示。背覆盖层325a和325b以及电极
301a和301b由一绝缘支座104(未示出)支撑以隔离其它离子源组件。维持暗区域316a和316b，以使电极301a和301b处于高电压，其它周围源组件保持接地或处于浮动电压下。
优选的，周围其它源组件具有浮动电压。
301a和301b由一绝缘支座104(未示出)支撑以隔离其它离子源组件。维持暗区域316a和316b，以使电极301a和301b处于高电压，其它周围源组件保持接地或处于浮动电压下。
优选的，周围其它源组件具有浮动电压。
[0039] 在运行中，打开交流电源11，源302a交替运行为溅射磁控管和闭合漂移离子源。当源302a通过电源11相对于源302b为正偏移时，离子源模式作用在源302a上。在这一模式下，试图抵达电极301a目标表面的电子8被磁力线314阻碍。当电子8在309绕磁力线314旋转时，电子8与原子碰撞并在阴影区域313中产生离子。这些离子然后从电极
301a经过一加速电场，推动离子作为离子束至基材S表面T。区域313由分别穿过外磁极
304a和内磁极306a的浮动或接地表面的磁力线314形成。由磁极表面确定界限的磁力线
314形成本发明的方法中的闭合漂移阻抗区域。
301a经过一加速电场，推动离子作为离子束至基材S表面T。区域313由分别穿过外磁极
304a和内磁极306a的浮动或接地表面的磁力线314形成。由磁极表面确定界限的磁力线
314形成本发明的方法中的闭合漂移阻抗区域。
[0040] 装置300示例了本发明的一个重要的方面：不同于双溅射磁控管，本发明的装置提供一个真实的闭合漂移阻抗来引入电子8。如同在双磁控管溅射中已知的，当一个磁控管正偏移时，其就表现为另一个磁控管的阳极。在这样的情况下，电子从负偏移的阴极磁控管流向正磁控管以形成电路。在现有的双磁控管技术中，电子无需穿越磁力线即可到达正磁控管。在现有的双磁控管技术中，电极的中心对电子流是可传导的。在该区域中，电子流可以被磁镜像所阻碍，但不能被更高的阻抗正交场线所阻碍。本发明认为，溅射磁控管和闭合漂移离子源可以组合以产生改善的运行离子和溅射源。装置用来自电极301的溅射膜覆盖基材表面T并受到高能量离子束7轰击。该双重效果可理解用于在表面T上形成高密度高质量薄膜沉积是理想的。
[0041] 在本说明书中提及的专利文献及其它公开出版物表示与本发明相关的领域的技术人员的水平。这些文献及公开出版物在这里通过参考并入，如同各独立的文献或公开出版物在这里通过参考具体和单独并入的相同程度。
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