[发明专利]离子束和射频混合驱动的容性耦合等离子体源

说明书

本发明提供了一种离子束和射频混合驱动的等离子体源，包括真空腔室，其内设有平行且水平放置的上极板和下极板，该上极板为栅状电极板，该上极板上还设有离子束源；该容性耦合等离子体源还包括射频电源，其输出端连接上极板或者下极板；该真空腔室上还设有进气系统，放电气体通过进气系统注入真空腔室内；上极板和下极板通电后产生容性耦合等离子体，离子束源内的高能离子通过栅状电极注入放电区域，并直接与放电区域的等离子体中各粒子发生碰撞并传递能量。本发明可以实现不同环境和需求的等离子体源。

技术领域

本发明涉及等离子体放电技术领域，尤其涉及一种离子束和射频混合驱动的容性耦合等离子体源。

背景技术

低温等离子体工艺在工业生产中有着极为广泛的应用，常见的低温等离子体源是由电磁波提供能量而产生的，例如射频容性耦合等离子体(RF-CCP)、感性耦合等离子体(ICP)、微波放电(ECR)。虽然，射频驱动的容性耦合放电已有较长的研究和发展，并广泛应用与工业生产中，但是其对等离子体中各参量的独立调控还有明显的不足

发明内容

本发明的目的在于提供一种离子束和射频混合驱动的等离子体源，为解决射频容性耦合等离子体中低密度、低离子通量、难独立调制等离子参量等问题。

本发明所采用的技术方案是：

提供一种离子束和射频混合驱动的容性耦合等离子体源，包括真空腔室，其内设有平行且水平放置的上极板和下极板，该上极板为栅状电极板，该上极板的正上方还设有离子束源；

该容性耦合等离子体源还包括射频电源，其输出端连接上极板或者下极板；

该真空腔室上还设有进气系统，放电气体通过进气系统注入真空腔室内；

上极板和下极板通电后产生容性耦合等离子体，离子束源内的高能离子通过栅状电极板注入放电区域，并直接与放电区域的等离子体中各粒子发生碰撞并传递能量。

接上述技术方案，射频电源输出正弦交流电压。

接上述技术方案，射频电源频率低于30MHz。

接上述技术方案，上极板和下极板之间的间隙可调节，间隙为1-10厘米。

接上述技术方案，该容性耦合等离子体源还包括真空泵组，用于抽出废气并控制放电气压。

接上述技术方案，进气系统置于真空腔室的侧壁且靠近顶部位置。

接上述技术方案，真空泵组置于真空腔室底部中心。

本发明还提供了一种产生容性耦合等离子体的方法，该方法基于上述技术方案的离子束和射频混合驱动的容性耦合等离子体源，具体包括以下步骤：

在真空腔室的低气压密闭环境内，进气系统提供稳定流量的放电气体；

射频电源驱动和维持上极板和下极板放电，产生容性耦合等离子体；

离子束源内的高能离子束从栅状上极板注入等离子体区域；

高能离子束直接与放电区域中各粒子发生碰撞并传递能量，增加轰击到极板上的低能离子通量，提高等离子体密度，并影响等离子体鞘层位置，改变电子能量分布。

本发明产生的有益效果是：本发明提出了一种由离子束源和射频电源混合驱动的等离子体源来有效地解决独立调控的问题。本发明在射频容性耦合放电条件下，利用离子束源提供的高密度、高能离子通过栅状上极板孔洞向放电区注入并且直接与等离子体中各粒子发生电荷交换、动量碰撞等，在低气压可提高等离子体密度，影响电子能量分布，并且通过控制注入离子能量和离子流等参数可达到独立调控轰击到极板上的离子通量和能量分布。另外还通过注入的高能离子影响等离子体鞘层，增强等离子体中放电模式中的γ模式，将可能在等离子体刻蚀、清洗、镀膜等工艺中广泛应用。

附图说明