用于抑制制造技术

本发明专利技术涉及一种用于抑制弧束

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于抑制PICVD系统中的阳极过度生长的弧束扫描
[0001]一种基于
DC
等离子体弧束
(Arc
‑
Beam)
的
PICVD(
等离子体诱导化学气相沉积
)
系统，所述
DC
等离子体弧束利用电子发射源
(
阴极
)
和收集器
(
阳极
)
生成，其通常在
0.1
和
10mbar
范围中的低压气体气氛中操作
。
该工艺中使用的气体混合物由稀有气体
(
如氩气
(Ar))、
氢气
(H2)
和碳氢化合物气体组成
。
碳氢化合物气体是待生长的碳基膜的碳原子的源，氢气确保生长处于金刚石
sp3
碳键模式，并且
Ar
是操作弧束等离子体所必需的
。
该等离子体弧束用磁场来稳定，所述磁场具有形成从阴极到阳极的非回旋路径的场线
。
在部分
(part)
上产生金刚石膜的这样的
PICVD
工艺在
[1]、[2]、[3]、[4]、[5]中被描述
。
为简单起见，阴极和阳极通常位于圆柱形反应器的相对侧上，使得弧束形成从阴极到阳极的直柱
(
见图
1a
‑
c)。
[0002]磁场由线圈
(
或多个线圈
>10)
生成，所述线圈以使得场线
10a
基本上平行于从阴极到阳极的轴并且场强近似均匀这样的方式被布置
。
[0003]在弧束的热等离子体中，激发碳氢化合物气体分子，以及形成原子氢
。
这些核素
(species)
扩散地迁移到位于离弧束一定距离的部分
。
在部分的表面上，这些核素起反应以形成碳膜
。
对于部分到弧束的适当选择的距离，满足金刚石膜高效生长的温度条件
。
[0004]在
PICVD
系统中，涂覆膜由在任何表面上凝结的受激发的核素形成
。
那些受激发的核素在涂覆系统中以扩散的方式迁移
。
根据表面温度，发生不同类型的冷凝反应，并在表面上生长不同类型的涂层
。
在用于制造金刚石型涂层的系统中，
sp3
型金刚石膜生长在适当量的原子氢的存在下在具有范围为
700
‑
900℃
的温度的表面处发生
。
通过来自弧束的等离子体的热辐射和通过主要是原子氢的放热表面反应两者加热，那些温度条件在系统的中心中的弧束周围的一定径向距离中满足
。
在更大的距离，温度是更低的，并且有利于石墨型生长
。
在具有更低温度的区域中，尤其在水冷系统壁上，观察到聚合型膜生长
。
[0005]位于离等离子体弧束特定距离处的部分上的金刚石膜生长速率关键取决于离弧束的中心的距离
。
在如同图
1a、
图
1b
中所示设置一样的典型设置中，部分1位于离弧束轴9固定距离处
。
[0006]在这样的系统中，为了弧束的稳定操作，优选使用具有确保轴对称的锥形形状的阳极电极，以用于确保弧束在系统的中心轴上的限定轴
。
到达阳极的金属表面的电子被正的阳极鞘电势加速
。
对应的能量增益随后在金属阳极表面消散
。
在至多为若干
100A
的典型弧电流的情况下，功率损耗可能上升到若干千瓦
(kW)。
需要适当地设计阳极表面的大小，以便确保足够的冷却，以避免阳极的过热和熔化
。
在阳极内部的设计良好的水冷通道的情况下，在锥形阳极表面上可能出现超过
100W/cm2范围的功率密度水平
。
在阳极的若干
kW
的总功率损耗的情况下，其表面面积必须有若干
10cm2。
由于弧束中的电流密度在中心处最高，因此阳极表面上的功率密度也在其中心处最高，并随着增加半径而降低
。
随着增加距阳极的中心的距离，在特定半径处邻近阳极表面的内部水冷面积变得更大
(
随着半径平方地变得更大
)
，而来自弧束的功率密度降低到比在弧束的中心中的功率密度小得多的水平
。
这两种效应导致朝外直径的急剧下降的阳极表面温度
。
在图
2a
中示出涂覆工艺开始时弧束中的阳极
。
弧束遍布整个金属表面
。
[0007]鉴于这些事实，特别是在
CxHy
反应气体的更高分压的情况下或在更低弧电流的情况下，绝缘聚合物型膜可能在其中表面温度最低的阳极上生长
。
最初在外圆周上开始，随着时间的推移，这种聚合物外涂层膜
(polymeric overcoat film)
逐渐朝阳极锥体的中心生长到阳极锥体上
。
图
2b
中示意性地示出具有这样的过度生长
(overgrowth)
和阳极附近收缩的弧束的阳极
。
[0008]由于这样的聚合物膜是电绝缘的，因此阳极的过度生长区域不再贡献传导来自弧束的电子的阳极有效区域
。
因此，阳极的这个有效区域随着时间的推移而减小，并且对于涂覆工艺优选的固定放电电流，静止的金属阳极表面上的功率密度上升，并且沉积的功率损耗逐渐集中到锥形阳极的尖端区
。
因此，功率密度局部增加，并因此由于功率损耗导致局部更高的热负荷和更高的温度
。
另外，束的这种收缩也可能增加从束到阳极中的电势降，导致在恒定弧电流的情况下甚至更高的总功率损耗
。
由于阳极处更高电势而造成的额外功率损耗的部分导致到系统的其余部分上的更高的功率损耗，从而导致工艺温度漂移，这可能负面影响用于部分的表面上的膜生长的工艺条件和损害涂覆质量
。
此外，已经观察到，弧束的中心可能在阳极锥体上侧向漂移，这可能对围绕系统的几何轴布置的部分上的膜生长的径向均匀性有一些不利影响
。
[0009]为了实现更高的涂覆速率，这通常是涂覆应用中的经济效益，可以将工艺气体压力增加到尽可能高，这通常受到期望膜的质量特征的限制
。
然而，在更高的工艺压力的情况下，阳极上的聚合物过度生长变得更大，延伸到中心，最终也限制在生产条件下系统中实际可实现的涂覆速率
。
[0010]一种用来减少或消除阳极表面上的这种过度生长的方法将是非常期望的，该方法不影响或仅最小程度地影响为在系统中的部分的表面上获得涂覆膜而选择的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种用于抑制弧束
PICVD
涂覆系统中阳极过度生长的方法，其特征在于，在所述弧束
PICVD
涂覆系统的涂覆工艺中的至少部分涂覆工艺期间，在阳极的表面的至少部分之上扫描弧束
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阳极基本上是旋转对称组件，并且围绕旋转对称轴扫描所述弧束
。3.
根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了扫描所述弧束，两对线圈用于产生垂直于所述旋转对称轴的振荡磁场分量，从而吸引和
/
或偏转所述弧束并且引起振荡
。4.
根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述弧束的扫描由磁场控制，其中，至少所述磁场的强度或方向是基于绝缘层在所述阳极上的预期生长设置的
。5.
根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述弧束的扫描遵循所述阳极上的椭圆路径
。6.
...

【专利技术属性】
技术研发人员：O，
申请(专利权)人：欧瑞康表面解决方案股份公司，普费菲孔，
类型：发明
国别省市：