專利名稱：用于產(chǎn)生等離子體并用于朝著目標引導電子流的裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生等離子體的裝置、包括這樣裝置的設備以及用于將材料層施加到支撐件(support)上的方法。目前使用電子脈沖流來將特定材料薄層施加到基板上。這種技術(shù)如今在電場中得到了一個特別有利的應用，用于微芯片的生產(chǎn)
背景技術(shù)：
已知用于產(chǎn)生用來生產(chǎn)薄層的電子脈沖流的不同實驗系統(tǒng)。然而，據(jù)我們所知，僅發(fā)現(xiàn)兩個系統(tǒng)具有工業(yè)應用。這些系統(tǒng)基于一種被稱為渠道火花燒蝕法(Channel Spark Ablation)的工序。在這些系統(tǒng)中，通過從等離子體中提取電子而出現(xiàn)流的產(chǎn)生，所述等離子體通過施加一個不高的(not elevated)位差(低于30kV)而在稀薄氣體中產(chǎn)生。使用渠道火花燒蝕工序的已知裝置的實例在圖8和圖9中示出，并在公開號為 W02006/105955A2的專利申請中公開。特別地，已知的裝置A包括金屬陰極B，所述金屬陰極具有中空圓柱形的形狀，并電連接至饋電器C;密封的安瓿(amp0Ule)D，由介電材料(玻璃和/或陶瓷)制成，并連接至陰極B;以及輔助電極E，設置在安瓿D內(nèi)(圖8)或外(圖 9)。裝置A進一步包括毛細管F，所述毛細管由介電材料制成，并在關于安瓿D的相反側(cè)上從陰極B伸出；以及陽極G，所述陽極是環(huán)狀的，并圍繞毛細管F設置在陰極B外。在使用中，陰極B保持在相對高的負電位(即，具有負電荷)；當在輔助電極E上產(chǎn)生電脈沖(例如通過將所述電極接地)時，形成輝光放電，這又在陰極B內(nèi)產(chǎn)生正電荷。 通過發(fā)射電子來補償正電荷，于是朝著毛細管F內(nèi)的陽極G加速所述電子。電子在其向外運動期間進一步使分子電離，因此進一步產(chǎn)生電子(被稱為二次電子)。從毛細管G朝著目標H發(fā)送在陰極B內(nèi)產(chǎn)生的電子和二次電子。上述類型的已知裝置具有若干缺點，其中，例如-因為安瓿F和陰極B兩者的存在，所以裝置是相對細長的，且因此龐大；-裝置可能相對容易受損；安瓿D由比由金屬材料制成的其它部件易碎得多的介電材料制成；_裝置難以生產(chǎn)；因為安瓿D的易碎性，所以將輔助電極E不漏流體地插入到安瓿 D中是非常困難的；-裝置發(fā)射低密度的電子流(該密度在輔助電極E設置在安瓿D外時特別低)；這導致薄層的生產(chǎn)時間相應增加；-裝置幾乎不可控考慮到陰極B長期保持充電，可能在陰極B與陽極G之間出現(xiàn)自發(fā)的放電。NAKAGAMA ^AWi$ ( "Production of pulse high density electron beam by channel spark di scharge”， TRANSACTIONS OF THE INS TITUTE OF ELECTRICAL ENGINEERS OF JAPAN, PART A INST. ELECTR. ENG JAPAN, vol.120-A，no.4,2000 年 4 月 (2000-04) ,391-397 頁，XP002553605ISSN 0385-4205)公開了一種與上面描述的裝置類似的裝置，所述裝置同樣具有所有提到的缺陷。特別地，所引文章的裝置包括黃銅管狀陰極， 安裝在玻璃安瓿上；以及輔助電極，設置在安瓿內(nèi)完全處于陰極外。該裝置使用所謂的“中空陰極放電”(第11頁，第2欄，第6行)；即，在安瓿內(nèi)產(chǎn)生輝光放電，所述輝光放電具有低密度的電子。由公開號為US2005/012441的專利申請公開的裝置的結(jié)構(gòu)、功能以及缺點與上面指出的那些類似
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目標是提供一種用于產(chǎn)生等離子體的裝置、一種用于將材料層施加到支撐件上的設備及方法，其允許至少部分地克服已知的現(xiàn)有技術(shù)的缺點，且同時生產(chǎn)起來是容易且便宜的。根據(jù)本發(fā)明，提供了根據(jù)在所附獨立權(quán)利要求中以及優(yōu)選地在直接地或間接地引用獨立權(quán)利要求的任一項權(quán)利要求中所陳述的用于產(chǎn)生等離子體的裝置、用于將材料層施加到支撐件上的設備及方法。


在下文中參照示出了一些非限制性實施例的附圖描述本發(fā)明，附圖中-圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的設備及裝置；-圖2是根據(jù)本發(fā)明的裝置的一部分的透視側(cè)視圖；-圖3是圖2中的裝置的分解部件的透視圖；-圖4是圖2中的裝置的分解部件的透視側(cè)視圖；-圖5是圖2中的裝置的一部件(主電極)的透視圖；-圖6和圖7是圖2中的裝置的一部件(陰極)的相反側(cè)的透視圖；以及-圖8和圖9示出了屬于現(xiàn)有技術(shù)的裝置。
具體實施例方式圖1中的標號1從整體上指出用于敷設(lay down)特定材料的設備。設備1包括用于產(chǎn)生等離子體(即，使稀薄氣體至少部分地電離)并用于朝著目標3引導電子流的裝置2，所述目標具有特定材料(特別地，由特定材料制成)，從而使得特定材料的至少一部分與目標3分離并敷設在支撐件4上。根據(jù)可替代的實施例，特定材料可由單一均質(zhì)材料形成，或由兩種或更多種不同材料的組合形成。有利地，將目標3接地。這樣，目標3不排斥(且實際上吸引)電子流，即使電子已經(jīng)擊中目標3。裝置2包括中空元件5，所述中空元件作為陰極，并具有(在外部限定)內(nèi)腔6; 以及主電極7，所述主電極包含金屬(特別地，是基本導電的)材料(特別地，由金屬材料制成)，并布置在腔6 (通過中空元件5限定的)內(nèi)。特別地，中空元件5包含金屬材料(更特別地，是基本導電的)(更特別地，由金屬材料制成)。根據(jù)一些實施例，中空元件包含在以下各項構(gòu)成的組中選擇的材料(特別地，由該材料制成)不銹鋼、鎢、鉬、鉻、鐵、鈦。根據(jù)一些實施例，主電極7包含在以下各項構(gòu)成的組中選擇的材料(特別地，由該材料制成) 不銹鋼、鎢、鉬、鉻、鐵、鈦。 根據(jù)圖1所示的實施例，主電極7通過中空元件5的壁8延伸。在主電極7與壁 8之間插入有基本介電材料(特別地是陶瓷)的環(huán)狀件9。此外，裝置2包括電阻器10，所述電阻器將主電極7接地，并具有至少為lOOOhm、 有利地至少為IkOhm的電阻。特別地，電阻器10具有約20k0hm的電阻。根據(jù)其他實施例，使用具有等效功能的另一電子器件而非電阻器10。腔6內(nèi)存在有稀薄氣體。根據(jù)一些實施例，所述腔裝有處于低于或等于IO-2Hibar 的壓力下的稀薄氣體。有利地，裝在腔6內(nèi)的稀薄氣體示出了包含在10_2mbar到10_5mbar 之間、具體地為約10_3mbar的壓力。在這點上，應注意，設備2包括氣體供給組件(本身已知且未示出)，以將無水氣體(非限制性實例-氧氣、氮氣、氬氣、氦氣、氙氣等)供給到腔6內(nèi)；以及抽吸組件(本身已知且未示出)，包括泵，并能夠使腔6中的氣體變稀薄(即，降低腔6內(nèi)的氣壓)。供給組件和抽吸組件借助于管線(duct) 23連接至中空元件5。中空元件5電連接至激活組(activation group) 11，所述激活組能夠在少于20ns 內(nèi)使中空元件5的電位降低至少SkV (特別地，從基本等于零的電位開始)，向中空元件發(fā)送帶有至少為0. 16mC的電荷的電脈沖。根據(jù)一些實施例，前述電脈沖低于或等于0. 5mC。因此，在使用中，激活組11根據(jù)前述參數(shù)在中空元件5與主電極7之間強加一位差。因此，在腔6內(nèi)產(chǎn)生(即，使稀薄氣體至少部分地電離)一些等離子體。有利地，激活組11能夠在少于15ns內(nèi)、特別地在約IOns內(nèi)在中空元件5上強加從8kV到25kV的電位降。特別參照圖1所示的，將中空元件5接地。這樣，當未執(zhí)行電子流的發(fā)射時，中空元件保持在基本為零的電位，并且基本避免了中空元件5與主電極7之間的自發(fā)放電的危險。特別地，電阻器12連接在中空元件5與大地之間。根據(jù)一些實施例，電阻器12具有至少為50k0hm的電阻。有利地，電阻器12具有至少為lOOKOhm、特別地約為0. 5M0hm的電阻。根據(jù)一些實施例，該電阻低于IMOhm。根據(jù)其他實施例，使用具有等效功能的另一電子器件而非電阻器12。根據(jù)圖1所示的實施例，激活組11包括閘流管13;電容器14，所述電容器具有連接至閘流管13的陽極15的一框架以及連接至中空元件5的另一框架；以及饋電器16，所述饋電器具有電連接至陽極15的正電極17以及接地的負電極18。此外，閘流管13具有接地的陰極19。激活組11還包括閘流管13的控制單元20，所述控制單元20可操作閘流管13并接地。根據(jù)未示出的實施例，激活組11包括電脈沖的磁壓縮器或Blumlein高電位電脈沖發(fā)生器。有利地，磁壓縮器(或脈沖發(fā)生器)替代間流管13和相關的控制單元20。裝置2進一步包括操作員界面組(已知且因此未示出)，所述操作員界面組允許操作員調(diào)整對裝置2的操作(例如，對工作參數(shù)的操作和/或修改)。特別地，操作員界面組包括個人計算機、顯示器、鍵盤和/或定點裝置(例如鼠標)。操作員界面組連接至控制單元 20。根據(jù)其他實施例，使用具有等效功能的另一電子器件而非電容器14。此外，裝置2包括管狀元件21，所述管狀元件由基本介電的材料(特別地是玻璃) 制成，并穿過中空元件5的與壁8相對的壁22延伸，且部分地位于腔6內(nèi)，部分地位于外室 24內(nèi)。管狀元件21具有將腔6連接至外室24的內(nèi)管腔，在所述外室中，設置有目標3和支撐元件4。管狀元件21和相關的內(nèi)管腔具有相應的基本為圓形的橫截面。根據(jù)特定實施例，管狀元件21具有從90mm到220mm的長度。管狀元件具有從約 5mm到約7mm的直徑。管狀元件21的內(nèi)管腔具有從約2mm到約4mm的直徑。裝置2的其它部件與根據(jù)圖4所示的基本成比例(關于管狀元件21的尺寸)。外室24以這樣的方式來建造，即，使得其關于外部環(huán)境是不漏流體的。裝置2進一步包括外部元件25，所述外部元件沿管狀元件21 ( S卩，與管狀元件21 的一端不相關)設置在外室24中，并作為陽極。特別地，外部元件25與管狀元件21的外表面相接觸。在使用中，當在腔6內(nèi)形成的電子進入管狀元件21時，通過外部元件25建立的位差允許朝著目標3沿管狀元件21加速電子。在其運動期間，這些電子進一步撞擊氣體分子， 且因此確定二次電子的發(fā)射，這又朝著目標3加速二次電子。裝置2進一步包括電位保持組26，所述電位保持組電連接至外部元件25，從而保持外部元件25的電位基本等于或高于零。特別地，電位保持組26使外部元件25的電位基本接地。外部元件25成形為使得其圍繞管狀元件21而設置；特別地，外部元件25具有一孔，管狀元件21穿過該孔延伸。根據(jù)特定實施例，外部元件25是環(huán)狀的。特別地參照圖2、圖3和圖4，中空元件5具有截面基本為圓形的基本為圓柱形的形狀，并通過安裝兩個有孔板28和29而獲得，一旦安裝，所述兩個有孔板分別限定壁8和 9。參照圖2、圖3和圖4，裝置2進一步包括管道30，所述管道由介電材料(特別地是玻璃和氧化鋁)制成，并圍繞管狀元件21的截面而設置，以機械地連接中空元件5和外部元件25。在管道30與外部元件25之間插入有由聚合物材料制成的環(huán)狀件31。參照圖3、圖4和圖5，主電極7具有由金屬材料制成并借助于電連接器HV 33接地的網(wǎng)狀端部32。圖6和圖7分別示出了腔6的內(nèi)部和中空元件5與管狀元件21之間的連接。指出以下內(nèi)容是重要的，S卩，裝置2的不同部件通過插入合適的襯墊而彼此緊密地連接。在使用中，當激活組11在中空元件5上引發(fā)電脈沖時，外部元件25的電位在約 10nS-20nS內(nèi)下降至地電位。在這樣的短時間間隔中，中空元件5處于“漂浮”狀態(tài)中。這導致中空元件5的電位非常迅速地降低。因此，在腔6的內(nèi)表面與主電極7之間，電弧發(fā)光。電弧的等離子體在管狀元件21 內(nèi)擴展開來，并使渠道化火花放電，這又產(chǎn)生高能電子流。注意到以下內(nèi)容是重要的，S卩，可用實驗方法觀察到根據(jù)本發(fā)明的裝置2可產(chǎn)生特別密集的等離子體，且因此產(chǎn)生非常強烈的電子流(特別地，比可借助于已知裝置獲得的那些電子流更強烈-這決定了薄層的生產(chǎn)時間相應增加)。特別地，已用實驗方法觀察至|J，根據(jù)本發(fā)明的裝置2能夠產(chǎn)生密度近似為IO17電子/cm3的等離子體，然而，另一方面， 已知裝置(諸如在W02006/105955A2、US2005/012441A1中公開的以及在所引的NAKAGAWAY 等人的文章中公開的那些裝置)產(chǎn)生密度為約IO9電子/cm3的等離子體。因此，根據(jù)本發(fā)明的 裝置具有驚人地高于已知裝置的效力和效率。特別地，已用實驗方法觀察到，在工序開始時，產(chǎn)生持續(xù)時間為約50ns的高能電子脈沖(受加速電壓或電容器的充電電壓控制)。朝著目標3借助于管狀元件21引導并發(fā)送因此產(chǎn)生的電子。此時，中空元件5與目標3之間的電流消失，然后由于在中空元件5與目標3之間形成的短路借助于同時在管狀元件21中出現(xiàn)的等離子體柱而再次增加。注意裝置1(本發(fā)明的目的)不需要存在連接至中空元件5的安瓿。因此，裝置1 絕不會是龐大的，易于生產(chǎn)且是機械耐久的。除明確指出是相反的，否則將在本文中所引的參考文獻(文章、書籍、專利申請等)的內(nèi)容完全結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生等離子體并用于朝著目標(3)引導電子流的裝置；所述裝置(1)包括中空元件(5)，所述中空元件具有腔(6)并設計成作為陰極；主電極(7)；基本介電的管狀元件(21)，所述管狀元件穿過所述中空元件(5)的壁(22)從所述腔(6)延伸至外室 (24)；以及外部元件(25)，所述外部元件設計成作為陽極，關于所述中空元件(5)設置在外部，并位于所述管狀元件(21)外部且沿著所述管狀元件；所述裝置(1)的特征在于，所述裝置包括激活組(11)，所述激活組電連接至所述中空元件(5)，并能在少于20ns內(nèi)使所述中空元件(5)的電位降低至少8kV;所述主電極(7)至少部分地設置在所述中空元件(5)的所述腔(6)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述中空元件(5)包含基本導電的金屬材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，并包括將所述主電極(7)電接地的第一電阻裝置 (10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述第一電阻裝置(10)具有高于IOOOhm的電阻。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中，所述腔(6)裝有處于低于或等于 l(T2mbar的壓力下的稀薄氣體。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，裝在所述腔(6)內(nèi)的稀薄氣體具有從10_2mbar到 KT5Hibar的壓力。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，并包括電位保持組(26)，所述電位保持組電連接至所述外部元件(25)并能夠保持所述外部元件(25)的電位基本等于或高于零。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述電位保持組(26)將所述外部元件(25)的電位接地。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中，所述外部元件(25)形成為使得所述外部元件(25)圍繞所述管狀元件(21)而設置。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中，為了在少于20ns內(nèi)使所述中空元件(5)的電位降低至少8kV，所述激活組(11)能發(fā)射包含有介于0. 16mC到0. 5mC之間的全局式電荷的電脈沖。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中，所述激活組(11)包括閘流管(13)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述激活組(11)包括電容裝置(14)，所述電容裝置的一側(cè)電連接至所述閘流管(13)的陽極(15)而另一側(cè)電連接至所述中空元件 (5)；以及饋電器(16)，所述饋電器具有電連接至所述閘流管(13)的所述陽極(15)的正電極(17)。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，并進一步包括第二電阻裝置(12)，所述第二電阻裝置具有至少為50k0hm的電阻并電連接在所述中空元件(5)與大地之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求1到11中任一項所述的裝置，其中，所述激活組(11)包括磁脈沖壓縮器或Blumlein電脈沖發(fā)生器。
15.一種用于將特定材料施加到基板(4)上的設備，所述設備包括外室(24)、由特定材料制成并設置在所述外室(24)中的目標(3)；所述設備(1)的特征在于，所述設備(1)包括如前述權(quán)利要求中的一項所限定的裝置(2)，所述裝置的所述腔(6)與所述外室(24)連通并裝有處于低于IO-2Hibar的壓力下的氣體；所述裝置(2)能夠?qū)χ瞿繕?3)引導電子流，從而使 得所述特定材料的至少一部分離開所述目標(3)并停落在所述支撐件(4)上。
16. 一種用于將特定材料施加到支撐件(4)上的方法，所述方法包括發(fā)射步驟，在所述發(fā)射步驟期間，根據(jù)權(quán)利要求1到13中的一項所述的裝置(1)對著具有所述特定材料的目標(3)引導電子流，以使所述特定材料的至少一部分離開所述目標(3)并朝著所述支撐件 (4)引導所述特定材料的該至少一部分。
全文摘要
一種用于產(chǎn)生等離子體并用于朝著特定目標(3)引導電子流的裝置(1)；裝置(1)包括中空陰極(5)；主電極(7)，至少部分地設置在陰極(5)內(nèi)；電阻器(12)，將主電極(7)電接地；基本介電的管狀元件(21)，穿過陰極的壁(22)延伸；環(huán)狀陽極(25)，圍繞管狀元件(21)設置并接地；以及激活組(11)，所述激活組電連接至陰極(5)，并能夠在約10ns內(nèi)使陰極(5)的電位降低至少8kV。
文檔編號H01J3/02GK102449721SQ201080022641
公開日2012年5月9日 申請日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月23日
發(fā)明者卡洛·塔利亞尼, 彼得·諾扎爾, 里卡爾多·洛蒂 申請人:有機自旋電子學有限公司