CN101542677A - 用于基底预处理的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于预处理至少一个基底(21)的装置，该装置包括设置在真空室(22)中的低压电弧放电源(24；25)以产生等离子(26)，由该等离子(26)可萃取出载荷子，利用该载荷子可冲击基底(21)的表面，其中基底(21)与带电的真空室接地部分(28)连接，并且用于使载荷子加速到基底表面的BIAS电压一方面将接通在基底(21)与真空室接地部分(28)之间，另一方面接通在在基底(21)与和等离子电压电势相近的电极(25)之间。

Description

用于基底预处理的装置
技术领域
本发明涉及用于基底预处理的装置。根据此发明的预处理是这样一系列加工步骤，在这些加工步骤中基底利用由低压电弧放电源的等离子产生的载荷子来冲击，以在基底上达到腐蚀或清洁效果，从而激活基底的表面或为后续加工步骤预热基底。然而，涂敷工艺不属于根据本发明的预处理。根据本发明的装置尤其适用于预处理平坦基底，例如板或带，然而也可以用于预处理成型的基底，例如部件或工具。
背景技术
已知，为预处理而将基底表面利用载荷子来冲击，其中该载荷子从等离子中萃取出。DE 3606959 A1例如揭露了这样一种装置，在该装置中中空阳极以及相对电极近乎完全包围空腔，在该空腔中基底设置成与相对电极接触并且暴露于(aussetzen)高频等离子之下。
该装置尤其证明其适用于在其中通过空腔-阴极-电弧放电来产生等离子。在此，此种放电类型的优点(如较低的燃烧电压以及较高的可萃取电流)可完全发挥出来并且利用其它方法难于产生足够的等离子密度。利用中空阴极的原理得到进一步发展以及修改，其中部分还使用环形点火阳极以及可由等离子穿透的磁场。所以，由DE102004012847 A1已知一种装置，其中在产生磁场的装置的两个极靴之间构造中空阴极等离子并且为等离子腐蚀而使得基底暴露于等离子之下。
同样已知，在用于等离子腐蚀(也可以称为离子腐蚀或离子蚀刻)的装置中，待处理的基底利用相对于等离子电势的电压差(下文中称为BIAS电压)来冲击，以在基底方向上加强从等离子出来的载荷子的加速并因此提高腐蚀率。在这类装置中，通常电压源接通在基底以及真空室之间或基底以及等离子源的电极之间，其中电极也可与真空室电连接。
尤其在处理例如为带的长基底时，通常其不仅穿过真空室而且还穿过闸门室及线圈室，对基底与真空室的电气接地部分或整个装置之间的电绝缘有较高要求。基底与导电的装置部分(也即与装置的电气接地部分并因此与电真空室的电气接地部分)的接触至少引起等离子与基底之间的电压差改变，这负面影响基底处理的质量并且在最坏的情况下导致电压源的完全短路。尤其在如由DE102004011178A1已知的装置中也存在这类短路危险，在该装置中BIAS电压施加在待处理的带形基底以及真空室之间。完全禁止带形基底与导电装置部分(如腔壁、闸门口或线圈装置的一部分)的接触几乎是不可能的或者实现起来花费极其昂贵。
发明内容
本发明解决下述技术问题，即提供用于基底预处理的装置，利用该装置克服所述现有技术中的缺点。尤其通过该装置使得不需要在基底及装置的电气接地部分之间采取昂贵的绝缘措施。
该技术问题的解决方案通过权利要求1的特征的内容来给出。本发明的其它有利设计由从属权利要求给出。
根据本发明用于基底预处理的装置包括设置在真空室中的低压电弧放电源以产生等离子，由该等离子可萃取出载荷子并且可利用该载荷子冲击基底的表面。其中，基底与带电的真空室接地部分连接，并且将用于使载荷子加速到基底表面上的BIAS电压一方面接通在基底以及真空室接地部分之间，另一方面接通在基底(21)与和等离子电压电势相近的电极(25)之间。
由此，真空室/装置的电气接地部分与待处理的基底具有相同的电势，那么不需要在基底以及装置部分之间采取昂贵的电绝缘措施。基底与真空室/装置的电气接地部分之间的电接触可例如通过滑动触点来提供，也可例如通过装置的运输轮(基底在该运输轮上移动)实现。
在根据本发明的装置中，如在等离子与基底之间那样，等离子与真空室之间存在相同的电压差。由此情况得到如下推测，即在这类装置中不仅是基底利用载荷子来冲击而且真空室的部件也利用载荷子来冲击。然而，此影响可以忽略或者可利用简单的手段即可减小到可忽略的大小。等离子完全在真空室内部扩张，那么空间上严重限制了具有较高等离子密度的等离子区域。这类区域通常在光学路径上通过明亮的光亮效应来识别。当具有较高等离子密度的等离子区域在待处理的基底附近产生时，可以忽略由等离子产生的载荷子对真空室组成部件的轰击。因此，这类具有较高等离子密度的等离子区域可借助于可产生磁场的装置额外在基底方向上偏转。
低压电弧放电源的阴极与阳极之间的燃烧电压可以为1V至250V范围内的电压。优选地，应用10V至40V范围内的燃烧电压，因为低于10V时，效率因仅可达到较小的电流密度而受到限制，而在高于40V时，存在电压击穿的危险。
如上所述，对于处理效果有正面影响而言，待处理的基底相对于等离子利用BIAS电压来冲击是有利的。等离子的电压电势不可能直接与等离子上的端口(Anschluesse)接合(abgreifen)，设置在等离子中或设置在等离子附近的电极最大只可具有与等离子相近的电压电势。据此而有“电压电势与等离子的电压电势相近的电极”的概念。在这里重要的是，为了相同的处理效果而必须维持从等离子到基底的保持相同的电压差。由此，电极是否精确具有等离子的电压电势还是只是近似具有等离子的电压电势，对于提供冲击而言并不重要。
为施加基底BIAS电压，可例如应用低压电弧放电源的阴极或阳极作为电极，其中阳极的电压电势通常与等离子电势相近并因此经常是更合适的。
当低压电弧放电源的阴极构造为中空阴极时有利地达到较高的等离子密度。为推动(betreiben)中空阴极等离子而需要使得气体通过中空阴极进入到真空室中。在此，合适的气体是具有氩气、氮气或氢气元素中的一种或多种的气体。如果为将中空阴极点火而应用环形构造的辅助阳极/点火阳极，那么此环形阳极也可作为用于施加基底BIAS电压的电极而应用。
为施加BIAS电压，也可将单独的电极放置在具有较高等离子密度的等离子区域中或在其附近。
作为BIAS电压，合适的是在20V至5000V范围内优选地在200V至500V范围内的直流电压或交流电压。同时，BIAS电压可构造为单极性的或双极性的脉冲电压，其中优选地脉冲频率在1kHz至200kHz范围内。
如果在待处理的基底上施加BIAS电压，该BIAS电压相对于等离子具有负电势，那么由等离子萃取出正离子并且该正离子在基底方向上加速。根据本发明的这类构造的装置适用于离子腐蚀基底表面。在此，可萃取出1A至300A范围内的到基底的离子电流。待萃取的离子电流的强度依赖于设计需要。总体上可以保持，上升的离子电流达到更高的腐蚀率。
备选地，也可以将待处理的基底利用正BIAS电压来冲击。以此方式，将电子从等离子中萃取出并在基底方向上加速。可应用这类装置，以使基底的表面激活或使基底加热。在此，根据设计需要可产生1A至3000A的电子电流。原理相同，利用上升的电子电流也可使处理结果的强度上升。
显然，当装置包括多个低压电弧放电源以例如同时提高待处理的基底上的待处理表面时，也可以应用本发明。
附图说明
下文中，借助于优选实施示例详细说明本发明。其中：
图1示意性描述了根据本发明用于离子腐蚀的装置；
图2图形描述了根据本发明备选的用于离子腐蚀的装置；
图3图形描述根据本发明其它备选的用于离子腐蚀的装置。
具体实施方式
图1中示意性示出用于在真空室12中离子腐蚀带形基底11的装置10。图1截面示出的基底11既穿过真空室12也穿过未示出的装置10的闸门室及线圈室。通过电流源13，维持真空室12中阴极14以及阳极15之间的放电。以此方式，在阴极14以及阳极15之间区域16中产生具有较高等离子密度的等离子。通过电连接17，基底11与真空室12电连接。基底11以及真空室12均具有装置接地部分18的电压电势。
由于从等离子16萃取出正离子并将该正离子在基底11方向上加速，具有与等离子16的电压电势相近的电压电势的阳极15通过电压源19将负的BIAS电压施加在基底11上。因为基底11具有与装置10的电气接地部分相同的电压电势，基底11与装置10的部分(该部分与装置10的地电位连接)的接触对腐蚀工艺的质量没有负面影响。
图2中示意性示出用于在真空室22中进行离子腐蚀基底21的装置20。基底21宽为200mm、厚为0.5mm、长为100m，并且在图2的俯视图中显示为钢带，该基底21既穿过真空室22也穿过未示出的装置20的闸门室及线圈室。通过电流源23，维持真空室22中中空阴极24以及环形构造的阳极25之间的放电。其中，放电电压为20V而放电电流为150A。以此方式，始于中空阴极24在区域26中产生具有较高等离子密度的等离子。通过导线27，基底21与真空室22电连接。基底21以及真空室22均具有装置接地部分28的电压电势。
由于从等离子26萃取出10A电流强的正离子并将该正离子在基底方向上21加速，由具有与等离子26的电压电势相近的电压电势的环形阳极25通过电压源29将单极性300V的脉冲BIAS电压施加到基底21上。
在给定的条件下，可在移动的基底上达到3nm*m/s的损坏率。
类似于图2中的装置20，图3中示意性示出了装置30，通过该装置30可对基底31进行离子腐蚀处理。然而，相对于装置20，始于辅助电极35b的基底通过电压源39而利用BIAS电压冲击。为此，不应用环形阳极35a的电压电势。

Claims (18)

1.一种用于预处理至少一个基底(21)的装置，所述装置包括设置在真空室(22)中的低压电弧放电源(24；25)以产生等离子(26)，从所述等离子(26)可萃取出载荷子，利用所述载荷子可冲击所述基底(21)的表面，其特征在于，所述基底(21)与带电的真空室接地部分(28)连接，并且将用于使载荷子加速到基底表面上的BIAS电压一方面接通在所述基底(21)与真空室接地部分(28)之间，另一方面接通在所述基底(21)与和等离子电压电势相近的电极(25)之间。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电极是所述低压电弧放电源的阴极。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电极是所述低压电弧放电源(24；25)的阳极(25)。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述阳极(25)构造为环形阳极。
5.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述BIAS电压为20V至5000V，优选地为200V至500V。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述BIAS电压构造为直流电压。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述BIAS电压构造为交流电压。
8.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述BIAS电压构造为单极性的或双极性的脉冲电压。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述基底(21)相对于所述等离子(26)具有负电势。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述基底相对于所述等离子具有正电势。
11.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，在所述低压电弧放电源的阴极与阳极之间构造1V至250V的放电电压，优选地构造10V至40V的放电电压。
12.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，可从所述等离子萃取出到基底的1A至300A的离子电流。
13.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，可从所述等离子萃取到基底的1A至3000A的电子电流。
14.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述低压电弧放电源(24；25)的阴极(24)构造为中空阴极。
15.根据权利要求1所述的装置4，其特征在于，通过所述中空阴极可使得氩气、氮气、氢气或包括所述一种或多种这些元素的混合气体进入所述真空室。
16.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，用于产生磁场的装置，通过磁场可以使等离子向基底偏移。
17.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述等离子设置在基底附近。
18.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述等离子在基底附近具有比在真空室壁附近更高的等离子密度。
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