[發(fā)明專利]中空式陰極放電裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610149467.8
• 申請日: 2006-11-21
• 公開（公告）號: CN101192500A
• 公開（公告）日: 2008-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 杜陳忠;江銘通;董福慶;鄭欽峰;沈添沐
• 申請（專利權(quán)）人: 財團法人工業(yè)技術(shù)研究院
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32;H01J37/00;H05H1/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 程偉;王錦陽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種陰極放電裝置，特別涉及一種應(yīng)用于產(chǎn)生低溫電漿線束的中空式陰極放電裝置。

背景技術(shù)

中空式陰極放電(Hollow?Cathode?Discharge，HCD)原理為用于產(chǎn)生低溫電漿的常用技術(shù)。如圖1所示，傳統(tǒng)中空式陰極放電裝置1是由一個中空陽極電極11包覆一個中空陰極電極13構(gòu)成，該中空陰極電極13與一個高頻電源產(chǎn)生器(例如一個頻率為13.56MHz的高頻功率產(chǎn)生器)15連接，并以氧化鋁陶瓷絕緣管17與中空陽極電極11絕緣隔開。產(chǎn)生電漿所需的反應(yīng)氣體(例如氬氣、氦氣、氮氣等)自外部以絕緣導(dǎo)氣管18貫穿中空陽極電極11導(dǎo)入中空陰極電極13內(nèi)，由該高頻電源產(chǎn)生器15施以高頻電源，使游離的電子獲得能量并與反應(yīng)氣體發(fā)生碰撞。由于中空陰極電極13的幾何形狀拘束，使得游離電子會在內(nèi)部震蕩加速并碰撞反應(yīng)氣體產(chǎn)生電離(Ionization)，因而激發(fā)高密度電漿(Plasma)，并自噴口(Jet?Holes)19引出形成電漿束(Plasma?Jet)，此電漿束配合不同制造方法需要，可以進行不同的應(yīng)用例如表面改質(zhì)、薄膜沉積等。

因?qū)嶋H應(yīng)用的需要，前述可提供單一電漿束的點狀電漿源可擴展為線狀甚至面狀的電漿源，才能利于例如大面積基板的鍍膜制造方法，一般的做法為將中空式陰極放電裝置水平放置，并結(jié)合多個獨立的反應(yīng)腔室，反應(yīng)腔室設(shè)有電漿引出噴孔，且對應(yīng)于一個中空陽極電極的圓形孔引出電漿，進而產(chǎn)生多個獨立電漿束，以達到利于沉積薄膜的目的，如歐洲第EP08828165號專利即公開相關(guān)技術(shù)。

歐洲第EP08828165號專利公開一種用于產(chǎn)生多個低溫電漿束的設(shè)備，如圖2所示的設(shè)備2是由一個中空陽極電極21絕緣包覆一個相間隔且呈管狀的中空陰極電極22構(gòu)成，該中空陰極電極22用以連接一個高頻電源產(chǎn)生器以施加高頻電源，且以多個隔板23區(qū)隔為多個獨立的環(huán)狀反應(yīng)腔室24，并同軸貫穿一個與該中空陽極電極21保持絕緣的氣體傳輸管25，以由氣體導(dǎo)入管252導(dǎo)入產(chǎn)生電漿所需的反應(yīng)氣體至各該環(huán)狀反應(yīng)腔室24。該氣體傳輸管25于對應(yīng)各該環(huán)狀反應(yīng)腔室24均設(shè)有一氣孔251，而該中空陰極電極22及中空陽極電極21則分別設(shè)有對應(yīng)的陰極開口221與陽極噴口211，故由各該環(huán)狀反應(yīng)腔室24的幾何形狀拘束，可使得游離電子在內(nèi)部震蕩而激發(fā)高密度電漿并自陽極噴口211引出形成多數(shù)獨立的電漿束26，從而供用于沉積薄膜。

由于各個獨立的環(huán)狀反應(yīng)腔室24相互間由隔板23區(qū)隔開，提供的多個連續(xù)間隔的點狀電漿束26，在每一獨立電漿束26電漿密度極高的情況下，意味著對應(yīng)該處所進行薄膜沉積的速率較高，而相鄰二電漿束26之間的薄膜沉積速率較低，其間的差異甚大。為了得到均勻沉積的薄膜，所以應(yīng)用時必須盡量使基板27遠離陽極噴口211，以通過較長距離d的延伸使得電漿密度均化形成近似于線狀的輸出，如此雖然可提升鍍模厚度的均勻效果，但其電漿密度亦將降低許多，因而使鍍膜的沉積速率下降。

如圖2及圖3所示，由于各該環(huán)狀反應(yīng)腔室24對應(yīng)輸入反應(yīng)氣體的氣體傳輸管25的單一氣孔251，因應(yīng)下方有真空腔室的真空吸力吸引電漿流出時，當制作或組立發(fā)生氣孔偏向單側(cè)情形，會造成環(huán)狀反應(yīng)腔室24內(nèi)的反應(yīng)氣體無法理想地對稱均勻分布。

同時，由于該氣體傳輸管25配置貫穿中空陰極電極22的中心處，當該氣體傳輸管25的內(nèi)徑增大時，環(huán)狀反應(yīng)腔室24隨之變小，使得氣體不對稱分布情形更驅(qū)明顯，因此該氣體傳輸管25的內(nèi)徑必然受到限制且較小，如欲增長裝置整體的軸向長度時，由于細長比太大導(dǎo)致該氣體傳輸管25的氣導(dǎo)(Conductance)降低，使得反應(yīng)氣體無法均勻分布于細長的氣體傳輸管25中，加上各該環(huán)狀反應(yīng)腔室24均獨立配置的緣故，因此進入各該環(huán)狀反應(yīng)腔室24間不均勻的反應(yīng)氣體，直接影響了所對應(yīng)環(huán)狀反應(yīng)腔室24間的電漿密度差異，亦即當其整體的軸向長度愈長時，裝置軸向的電漿密度將會隨之變成非常不均勻，因此難以滿足大面積薄膜的沉積需求。

有鑒于前述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，如何提供一種裝置軸向大尺寸化應(yīng)用的中空式陰極放電裝置，使反應(yīng)氣體均勻分布，以產(chǎn)生高密度與均勻度的電漿線束，進而克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，乃成為目前業(yè)界亟待克服的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的一目的在于提供一種使反應(yīng)氣體均勻分布的中空式陰極放電裝置。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種具有高氣導(dǎo)特性以利于裝置軸向大尺寸化應(yīng)用的中空式陰極放電裝置。

本發(fā)明的再一目的在于提供一種可產(chǎn)生電漿線束的中空式陰極放電裝置。