CN102439685B

CN102439685B - 电感等离子体涂敷器

Info

Publication number: CN102439685B
Application number: CN201080023168.4A
Authority: CN
Inventors: 塞巴斯蒂恩·迪内
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Ecole Polytechnique
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Ecole Polytechnique
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2030-03-18
Also published as: EP2411999A1; CN102439685A; US20100244699A1; JP5647218B2; JP2012522330A; US7994724B2; KR20120013950A; EP2411999B1; TW201119523A; WO2010108847A1

Abstract

一种电感等离子体涂敷器包括铁磁电感耦合源(3，4)以及具有关于等离子体源对中的孔样式的电极(6)。这种等离子体涂敷器提供有效能量传输至等离子体。该等离子体涂敷器优选地使用用于制造电路的技术制造。该电极(6)和该铁磁电感耦合等离子体源的线圈(3)是形成在绝缘基底上的金属轨道部分。例如，使用印刷电路板技术来制造等离子体涂敷器。

Description

电感等离子体涂敷器

背景技术

本发明涉及一种电感等离子体涂敷器，一种包含此电感等离子体涂敷器的真空容器，以及一种包括该真空容器的表面处理设备。

等离子体处理被广泛用于工业中以实现很多目的，例如，表面激活，特别是用于聚合物基的材料，材料薄膜沉积，层刻蚀，等等。很多应用还要求在大面积的基底上进行等离子体处理，这样的基底范围大约为1平方厘米至几平方米。例如，建筑的幕墙玻璃装配实施薄膜叠层，薄膜叠层被沉积在大约20平方米的玻璃面板上。在卷绕镀膜机中，薄膜叠层还被沉积在连续的聚合物基的薄板上。

根据等离子体处理的众所周知的实施方式，使用射频频率磁场来激活等离子体。在一个等离子体容积中，使用供应交流电流的线圈来生成该磁场。该交流磁场又生成一电场，该电场将能量传输至等离子体。

实际上，用于如此等离子体处理的处理时间取决于被实施的等离子体的物理参数。例如，在等离子体量中的该磁场是一个重要的参数，待处理的表面与等离子体密度最高的位置之间的相隔距离也是一个重要的参数。所以，设计等离子体处理设备应当考虑这些参数的值，这些参数因为处理以及相关应用而被优化。因此，需要提供等离子体处理设备，其具有可容易按需改变的设计和几何参数。

另一种需求涉及大面积的等离子体源，它适于执行宽基底的均匀处理。特别地，这种大面积的等离子体源应当适于在具有固定或移动基底的真空设备中实施。

另一需求是提供等离子体生成设备，这些设备适于能容易地安装在多种真空容器中，且安装时间短。

另一需求还提供等离子体生成设备，这些设备的单位成本比目前可供的等离子体源都低。

因此，本发明的目的是提供一种满足这些需求中至少一个的等离子体源。

发明内容

为此，本发明提供一种电感等离子体涂敷器，其包括：

-支持元件，具有大致平板形状，适于形成真空容器壁的部分或适于布置在真空容器壁上，此支持元件具有意欲面向真空容器的内部容积定向的前表面、后表面以及可能的位于前表面和后表面之间的附加表面，所述表面彼此平行；

-至少一个铁磁体电感耦合等离子体源，其包括：

-至少一个导电线圈，线圈包括一匝或多匝，具有平面螺旋设计，被布置在支持元件表面上；

-开环铁磁芯，具有至少两个面向同一磁输出侧定向的末端面；以及

-用于将铁磁芯刚性地连接在与所述支持元件的前表面相对的支持元件上的装置，其中铁磁芯的磁输出侧面向真空容器的内部容积定向，并且一匝或多匝线圈围绕一磁通束，该磁通束通过该铁磁芯的至少一个末端面流出；以及

-具有孔样式的至少一个电极，相对于线圈对中，并且适于不抑制磁通束在真空容器的内部容积中延伸，所述电极进一步适于与位于涂敷器外部的另一电极形成一电容器。

此外，该铁磁电感耦合的等离子体源的线圈和该电极包括各自的分布在支持元件表面的金属轨道部分，其中，该电极的金属轨道部分比线圈的金属轨道部分更接近于真空容器的内部容积。

由于该支持元件具有大致平板形状，本发明的电感等离子体涂敷器可以被容易地合并入用于等离子体处理的真空容器的壁中。可选地，它可被布置为平行于该容器壁，在其内侧或外侧上。

该电感等离子体涂敷器的支持元件的这种形状还可以兼容于模块化设计，适于将多个电感等离子体涂敷器彼此相邻地布置，并因此形成一大面积的等离子体源。

此外，线圈和电极与铁磁芯组合在一起，能够生成具有被良好控制并适于预期的表面处理的位置和物理参数的等离子体。特别地，这一组合在引入真空容器中的等离子体发生物质与用于激励等离子体的能源供应之间提供了有效的耦合。

在本发明的优选实施例中，该支持元件可包括多个彼此层叠在一起的基底单元的组件，其中，每个基底单元的表面形成支持元件的表面。然后，该电感等离子体涂敷器可容易地被设计为具有两个或多个导电部分，它们垂直于涂敷器前表面定位而有可变的移位，特别是用于形成线圈和电极。该线圈还可包括两组或多组匝，每匝组以平面螺旋设计布置在支持元件的不同表面上。

有利地，该支持元件和金属轨道部分可形成印刷电路板组件、厚膜技术组件，或共焙烧陶瓷技术组件。

本发明还提供一真空容器，其包括这种电感等离子体涂敷器。

它还提供一表面处理设备，其包括这种真空容器。

从下面基于现将要列出的附图的详细说明，本发明的这些特征和其他特征以及优点将会变得清晰明了，提供该详细说明仅用于说明的目的而不引起任何的限制。

附图说明

图1a-1d是具有根据本发明的电感等离子体涂敷器的表面处理设备的截面图；

图2a和2b是根据本发明的两个电感等离子体涂敷器的截面图；

图3a和3b示出了用于根据本发明的电感等离子体设备的电极的可能设计；

图4a是用于本发明一个实施例中的铁磁电感耦合等离子体源的放大截面图；

图4b是用于本发明一个实施例中的另一铁磁电感耦合等离子体源的面内放大图；

图5a和5b示出了用于根据本发明的等离子体涂敷器的两种电连接模式；

图6a和6b示出了用于根据本发明的多源电感等离子体涂敷器的连接模式；

图7a至7c示出了用于根据本发明的多源电感等离子体涂敷器的可能阵列；以及

图8a至8c分别展示了用于图7a-7c的多源电感等离子体涂敷器的可能电极设计。

具体实施方式

在附图中，附图标记1和100分别表示电感等离子体涂敷器和设有该等离子体涂敷器的真空容器。使用一抽吸系统104来抽吸该真空容器100，该抽吸系统104被表示为PS，其可通过一真空阀103连接至该真空容器。

本领域公知的真空容器的元件不再赘述。这种已知的元件可包括真空探针，加热元件，温度探针，等等。附图标记110、111和200分别表示基底保持器，包含在该基底保持器中的电极以及将要被等离子体处理的基底。V表示容器100内部容积的中间部分，在那里形成了等离子体。该等离子体容积V位于基底200的暴露表面S₂₀₀和等离子体涂敷器1之间。根据所考虑的应用，该基底200可以是电子电路晶片、聚合物基的薄层、玻璃板，等等。

虽然图1a-1d、2a和2b示出了其中固定了待等离子体处理的基底的真空容器，可选地，该真空容器可适于处理移动的基底。这种移动的基底可以是刚性板，它们通过载体辊从真空容器外的入口区传送至同样在真空容器外的出口区。然后，通过适合的入口和出口气闸，基底被连续地载入并卸载在真空容器中。该移动的基底还可以是一种通过进料辊展开的弹性薄膜，然后，当被连续地暴露至等离子体或由等离子体产生的物质时被等离子体处理，并在之后将再次转到卸载辊上。因此，该真空容器还可以是卷绕镀膜机类型，适于被包含在容器内部的进料辊以及卸载辊。真空容器的所有这些配置在本领域中都是公知的，且不管实际的真空容器配置可能怎样，都可实施本发明的电感等离子体涂敷器。

此外，该电感等离子体涂敷器的大小可与待等离子体处理的基底的尺寸一致。为此，该涂敷器的尺寸可能按需进行调整，尤其是线圈、铁磁芯以及电极的尺寸。此外，本说明书稍后将描述多个电感等离子体涂敷器如何可以组合在一起，以获得适于处理大面积基底的等离子体设备。

还应理解的是，本发明涉及用于产生等离子体的装置，且不管基底的等离子体处理可能怎样，都可实施该装置。例如，该等离子体处理可以是基底的表面清理、基底的表面激活、基底的等离子体激活的化学处理、基底表面上的层沉积，基底初始承载层的刻蚀，等等。

该电感等离子体涂敷器1的制造始于支持元件2。此支持元件2具有大致平板的形状，具有前表面S₁和后表面S₂。表面S₁和S₂相互平行并且该等离子体涂敷器与容器100布置在一起，从而表面S₁面向等离子体容积V。

由于等离子体涂敷器1具有大致平板形状，该涂敷器可形成真空容器100其中一个壁的一部分。图1a-1d示出了用于将等离子体涂敷器与真空容器壁组合的四个可选模式。

根据图1a，该等离子体涂敷器1布置在真空容器100的内部容积中，邻近并平行于其中一个壁，例如水平上部壁101。使用适合的装置130，例如连结杆，将该等离子体涂敷器1固定到该壁。使用这种安装模式，整个等离子体涂敷器1需承受真空条件，特别是减小的压力。此外，压力减小的后方间隔W存在于等离子体涂敷器1和上部真空壁101之间。对于这种安装配置来说，可能有利的是，与前表面S₁相对的每个铁磁芯的后表面和该表面S₁之间的该等离子体涂敷器的最大厚度要小于6cm(厘米)。

可选地，该等离子体涂敷器1自身可形成上部容器壁(图1b)。在此情形中，该等离子体涂敷器1的支持元件2被压靠在真空容器100的侧壁102的顶部突缘上，中间具有一密闭接头120。然后，与等离子体容积V相对放置的与支持元件2相关的该等离子体涂敷器的组件可承受周围的压力，即，在真空容器100外部存在的压力。

根据图1c所示的另一可能配置，该真空容器100在一侧上被一窗口140关闭，并且该等离子体涂敷器1被布置为相对于与窗口140相关的等离子体容积V。然后，包括支持元件2的整个等离子体涂敷器1，承受真空容器100外部存在的压力。

图1d还示出了另一配置，其中该等离子体涂敷器1在真空容器100内形成一分隔壁，在等离子体容积V和后部容积Z之间。该等离子体涂敷器1至容器100的侧壁102的外围连接设有一密闭接头140，以便不漏气。这种安装配置带来的优点将稍后描述。

图1a-1d示出的配置解释了叙述支持元件2形成部分真空容器壁的词语的含义。

支持元件2的表面S₁和S₂每个都可设计为具有凹陷部R₁和R₂(图2a-2b)，将在本说明书中稍后进行解释。当规定支持元件具有大致平板形状时，这种凹陷部包含在支持元件2的描述中。

该等离子体涂敷器1包括铁磁电感耦合等离子体(F-ICP)源和用于将能量传输至等离子体容积V中的等离子体的电极。正是因为用于将能量传输至等离子体的装置的这一组合，该能量可以有效地传输，并且该等离子体可以相对于基底200的暴露表面S₂₀₀合适地定位。

该铁磁电感耦合等离子体源本身包括线圈3、铁磁芯4以及将磁芯4固定到支持元件2上的装置。该线圈3包括布置在平行于表面S₁和S₂的支持元件2的表面上的至少一个金属轨道部分。为了说明的目的，在图1a-1d和2a-2b中，线圈3的该金属轨道部分被布置在后表面S₂上，然而，一个或多个轨道还可布置在支持元件2的至少一个内部表面上，位于表面S₁和S₂中间，这将稍后进行描述。线圈3的金属轨道部分被布置为可以形成连续的具有螺旋设计的匝3a-3c，对于匝数没有任何限制。为此，该金属轨道部分可包括一个连续弯曲的部分或一系列被连接的直线的部分，这取决于所使用的设计技术。线圈3被设计为在此线圈的端点之间供给电流时，可以产生一磁场。然后，所产生的磁场扩展至等离子体容积V内，使磁通束基本上垂直于支持元件2的前表面S₁。有利地，线圈3的金属轨道部分垂直于支持元件2的表面的厚度大于30μm(微米)，优选为大于100μm，从而它可被供给足够的电流。

根据本发明，铁磁芯4与线圈3耦接。该磁芯4由铁磁材料制成并具有开环设计，因此当磁芯布置成使磁通束穿过磁芯的一末端面时，它可以提升线圈3产生的磁场强度。铁素体材料可被用于磁芯4，例如Mn-Zn或Ni-Zn铁素体。这种铁磁芯4在市场上销售并且被广泛应用在例如变压器中。在变压器中，两个这种开环铁磁芯成对具有配对的相应末端面。然后，它们一起形成铁磁材料的闭环，适于变压。在本发明中，该铁磁芯4形成一不完全环，所谓的开环，从而它具有面向同一磁输出侧定位的至少两个末端面E₁和E₂。然后，线圈匝3a-3c围绕至少一个末端面E₁和E₂，从而加强的磁通束被集中在铁磁芯4内并在末端面E₁和E₂处被输出。在铁磁芯4外部，加强的磁通束在不含铁磁材料的在末端面E₁和E₂之间或超出末端面E₁和E₂的间隙内延伸，即在等离子体容积V内。如果使用了铁磁芯，在商业上可对铁磁芯4提供很多种设计，例如Pot-Core，E-Core，X-core，SlabPot-Core，PQ-Core，RM-Core，Planar Core等等，并且本领域技术人员将能够从中选择一个设计以用于实施刚刚描述过的与线圈3的组合。在图中，该铁磁芯4具有一中心端面E₁，以及围绕端面E₁的外围端面E₂，其间具有间隙。线圈3位于围绕端面E₁的该间隙中。特别地，可能有利的是，铁磁芯4的厚度和最长直径之间的比值要高于0.2，优选为高于0.3，并且所述厚度和直径分别垂直和平行于支持元件2的表面测得。确实，这样的比值在等离子体容积V中提供了较高的磁场强度。

出于提高等离子体容积V中的磁场强度以及将它相对于基底200定位的同样目的，铁磁芯4的末端面E₁和E₂可被插入支持元件2的后表面S₂的凹陷部R₂内。这样，铁磁芯4的末端面E₁和E₂可比线圈3的金属轨道部分更接近于真空容器100的内部容积。

使用适合的装置将铁磁芯4固定到支持元件2上。例如，该铁磁芯4具有一通孔，且杆5a被布置在该孔内并具有阻挡元件5b，该阻挡元件将铁磁芯4推靠在支持元件2上。位于前表面S₁上的阻挡元件5b的其中一个可被包含在凹陷部件R₁内。

与铁磁芯4组合的线圈3形成所谓的变压器耦合等离子体(TCP)源。

电极由附图标记6表示。它由也被支持元件2承载的另一金属轨道部分或多个金属轨道部分组成，平行于前表面S₁并比线圈3更接近于等离子体容积V。为了说明的目的，在图1a-1d和2a-2b中它被表示在前表面S₁上，但是可选地，它可被支持元件2的位于前表面S₁和线圈支持表面中间的表面承载。该电极6被用来关于基底保持器电极111电极化，或关于任意其他位于容器100内部的电极电极化，使用一稍后将被描述的电压源。这样，除了铁氧体电磁耦合等离子体源之外，电极6也参与将能量供给等离子体。实际上，电极6和111两者形成一电容器，电容器适于在中间产生一电场，并因此激励该等离子体。为此原因，获得的等离子体通常被称为电容耦合等离子体(CCP)。因此，根据本发明的等离子体涂敷器是铁氧体电感耦合等离子体设备和电容耦合等离子体设备两者的结合。因此，它的操作效率高于独立执行的电容或电感设备的操作效率。因此，能够独立地控制等离子体的密度和等离子体中的离子能量。该等离子体的密度主要由应用至线圈3的极化量控制，而离子的能量主要由应用至电极6的极化量控制。这些独立的控制使得能够访问新的利于很多等离子体基的表面处理的等离子体环境。

电极6具有相对于线圈3对中的孔样式。这种孔样式可被设计为使得由电极6自身产生的位于铁氧体电感耦合等离子体源前方的电场中的变化是平滑的平行于此电极。优选地，还可以设计为用于防止因线圈生成的随时间变化的磁场导致的在电极6内部有方位地生成的涡电流。该孔样式与用于法拉第屏蔽的孔样式相似，其已经在电感耦合的等离子体中实施以减少当防止引入涡电流时在线圈和等离子体之间的电容射频耦合。法拉第屏蔽，通常接地，被放置在射频天线线圈和等离子体容积之间，以便减小等离子体电压，也被称为等离子体电势，这归因于电容的耦合。等离子体电势的减少导致了冲击容器壁的离子能量的减少，并因此减少了容器内壁的侵蚀。

与电感耦合等离子体源内的法拉第屏蔽相反，这种用于电极6的孔样式并非用来抑制线圈和等离子体之间的寄生电容耦合，这是因为铁磁芯提供的磁场强度的加强使得应用至线圈的电压大大地降低，结果减少了寄生耦合。当阻止生成涡电流时，这种孔样式被用于减少由电极6产生的位于线圈3前面的电场中可能出现的不连续性。

图3a和3b示出了两个用于电极6的可能孔样式，然而本领域技术人员可以理解的是，在不改变等离子体涂敷器的操作的情况下，可实施多种孔设计的变形。在这些图中，附图标记60表示形成电极6的金属轨道部分中的孔。

该等离子体涂敷器1可选地进一步包括下述某些元件：

-填充块7，其相对于支持元件2的前表面S₁放置，并被造型成与铁磁电感耦合等离子体源的铁磁芯4的外表面相一致，并还适于将热量导离铁磁芯。在此情形中，用于将铁磁芯4刚性地连接至支持元件2的装置可进一步适于将热量从磁芯传至填充块7。然后，填充块7可被连接至一冷却系统105，也被标记为CS，用于导出等离子体涂敷器1运行期间生成的热量。这样，该铁磁芯4的温度在等离子体涂敷器1运行期间可被保持足够低，从而防止对于铁磁芯4的任何破坏。例如，杆5a可能不含铜(Cu)并被设计成显现与铁磁芯4和填充块7两者紧密的热接触；

-窗口8，能透过电场和磁场，平行于支持元件2的前表面S₁放置并比该前表面更接近于真空容器100的内部容积。如此窗口的材料可以例如为硅石或石英(SiO₂)或氧化铝(Al₂O₃)，或任何其他不会被等离子体改变的材料。这用来保护支持元件2免受等离子体的影响；

-一个或多个气体馈送入口，它们被布置为穿过支持元件2(图1d和2b)，并适于将气体排入真空容器100内。可选地，气体馈送入口还可延伸穿过窗口8，如果涂敷器中存在有后者的话。在图1d中，气体馈送入口9位于每个铁磁电感耦合等离子体源的侧面上。还有可能的是，气体馈送入口9可被布置在铁磁芯4的通孔中，并且该气体馈送入口延伸穿过支持元件2。图2b示出了这一配置，其中，气体馈送入口9是位于杆5a内的气体导管；

-电气部件10，其被支持元件2承载，并可以是电源部件、功率分布部件、阻抗匹配部件、操作控制部件、加热部件、探针和计量部件，等等；以及

-极化装置，其也被布置在支持元件2上，并适于控制在线圈3的一端与电极6之间的电压。

本领域技术人员将会理解的是，这些可选的元件可在与等离子体涂敷器100分离的真空容器100中实施。例如，图1c示出了本发明的一个实施例，其中，气体馈送入口150与等离子体涂敷器1分离，并穿过真空容器100的一个侧壁102。然后，窗口8(如果有的话)在它的整个范围内可以是连续的。

根据本发明的优选实施例，该等离子体涂敷器1使用用于电路的现有技术制造。特别地，支持元件2以及由后者承载的金属轨道部分可形成印刷电路板(PCB)组件，厚膜技术组件，或共焙烧陶瓷技术组件。这些技术是公知的，从而本文不再对它们进行描述。使用它们中的一种技术，可从经验和当前可用的所有的改进中获益。特别地，可大量减少用于支持元件2以及线圈3和电极6、还有电连接以及涂敷器1的其他部件的成本。此外，从而，特别是对于印刷电路板技术，能够将多个铁磁电感耦合等离子体源与同一个共用支持元件布置在一起。从而等离子体源可以并列布置在彼此临近的共用支持元件上，这将稍后进行描述。

特别地，使用这种电路技术适于由多个彼此叠合的电绝缘基底单元组成的支持元件2。每个基底单元具有独特的大体上平板的形状，并具有至少一个位于整个支持元件2的前表面S₁和后表面S₂中间的表面。这些中间表面中的至少某些表面平行于表面S₁和S₂，可设置有形成电连接和部件的金属轨道部分。支持元件2的这种实施方式使得线圈3能够由多个布置在分开的基底单元表面上的螺旋金属轨道部分形成，每个都围绕着离开铁磁芯4的磁通束。当这些螺旋金属轨道部分进一步通过跨越中间基底单元的导电过孔(vias)被串联电连接时，在等离子体容积V中可产生出强度甚至更高的磁场。形成支持元件2的所有基底单元可在中间表面上被粘在一起。

使用一种多基底支持元件2还特别适于容易地获得前面介绍过的凹陷部R₁和R₂。确实，在基底单元合在一起之后，这些凹陷部可通过切掉位于等离子体涂敷器1的前表面S₁和/或后表面S₂附近的基底单元的相应部分而制成。

图4a示出了使用这种多基底支持元件设计的铁磁电感耦合等离子体源。例如，支持元件2可包括七个标记为2A至2G的基底单元。用于下部阻挡元件5b的凹陷部分R₁通过在基底单元2A中形成一个孔来提供，该孔大于在基底单元2B中的相应孔，后者的大小与杆5a的直径一致。凹陷部R₂通过在基底单元2C至2G中形成相同的孔来提供，对应于铁磁芯4的末端面E₁和E₂的各自横截面的形状。支持元件2的多基底结构进一步为每对相邻基底单元提供了平面的中间表面，位于表面S₁和S₂之间并平行于这两个表面。然后，一个或多个螺旋线圈匝可被提供在这些每个中间表面上。例如，线圈匝3Ba，3Bb，…，3Bn被提供在基底单元2B和2C中间的表面上。它们可形成在基底单元2B的上表面上，然后被嵌入在将基底单元2B和2C粘合在一起的胶水层中。相同的线圈匝也可被提供在基底单元2C至2F的上表面上，例如，在基底单元2F的上表面上的标记为3Fa，3Fb，…，3Fn的线圈匝，具有横贯基底单元的过孔(未示出)，以便串联地电连接包含在所有中间表面中的线圈匝。此外，线圈匝和连接过孔被设计成使在所有线圈匝中流动的电流以一个转动方向围绕末端面E₁循环。因此，线圈3是柱形的，有一匝或多匝在支持元件2的好几个表面中。优选地，在支持元件2表面中的线圈匝可被布置成在包含在磁芯4的末端面E₁、E₂以及桥接部分之间的容积部分中具有最大密度。

图4b示出了用于铁磁电感耦合等离子体源的另一种设计，其适于当铁磁芯的末端面中的一个是两部分之时。例如，在对应于支持元件2的一个表面的此图中，末端面E₂被分为两个单独部分，它们分别位于中心末端面E₁的左侧和右侧。然后，线圈3可在支持元件2的这一表面中包含一匝或多匝3a、3b，它们围绕末端面E₁布置，但是它可进一步包括一个或多个额外的匝3y，3z，它们被布置成分别围绕末端面E₂的分开部分的其中一个或每一个。然后，所有的线圈匝必须被电连接，从而在围绕末端面E₁的匝中流动的第一电流以某一转动方向循环，该转动方向与在围绕末端面E₂的分开部分的匝中流动的第二电流的转动方向相反(参见图4b中的箭头)。本领域技术人员可理解的是，图4a和图4b的设计的所有各自特征都可彼此组合。

每个基底单元根据使用的电路技术制造。例如，它可由嵌入在用于印刷电路板技术的树脂基体中的编织玻璃纤维或相伴纤维形成。使用可替换的其他技术，该基底单元可以是覆盖有至少一个电绝缘层的玻璃板、陶瓷板或金属板。对于以上列出的任何一个技术而言，线圈3和电极6都是使用该技术的处理步骤在一些基底单元表面上形成的金属轨道部分。

使用这种电路技术还特别适于制造导电过孔，用于连接布置在支持元件2分开表面上的金属轨道部分。为了说明的目的，图2a至2b中的标记11a和11b表示这种金属轨道部分和过孔。它还特别适于将附加电气部件10添加在等离子体涂敷器1中。确实，这种部件10从而可容易地固定在支持元件2上，并可被电连接至等离子体涂敷器1的其他元件。

如果连接上电源以将电流提供至铁磁电感耦合等离子体源的线圈3的话，那么，装备有如上所述等离子体涂敷器1的真空容器100就可形成表面处理设备。因此，由电源提供的电流产生了在铁磁芯4和等离子体容积V中扩展的磁场。

图5a仅示出了这种表面处理设备的主要电气部件。线圈3的两个末端31和32分别被连接至第一电源单元301的两个输出端。为此，支持元件2可包括另一从线圈3的中间端31延伸至支持元件的侧缘的金属轨道段3a。该金属轨道段3a可放置在支持元件2的任意表面上，而不是那些提供有线圈3或电极6的表面上。可替代地，线圈3的一个末端31可使用外部的带子连接至支持元件2。电源单元301是交流型的，可在50kHz(千赫兹)至30MHz(兆赫兹)的频率范围内运行。优选地，电源301在低射频频率下运行，例如大约400kHz。

第二电源单元302可用于产生位于等离子体涂敷器1的电极6与等离子体涂敷器1外部的电极111之间的电压。电源单元301和302两者可以同一频率运行。可替代地，电源单元301同样可为交流型的，而电源单元302可为直流型的。选择电源单元301和302，使铁磁电感耦合等离子体源1和电极6有效地合作以在容积V中提供具有足够能量的等离子体。可选地，电耦合装置303可被布置为将电极6连接至线圈3的端31和32中的一个。耦合装置303可为主动式或被动式，并供选择以便进一步调整等离子体参数。

图5b中示出的一种替代连接模式被限制为仅使用一个电源单元。为此，可使用一功率分配器304，以在线圈3和由电极6和111形成的电容器之间分配由电源单元301提供的电流，和/或用于相对于提供至线圈3的电流调整提供至电极6和111的电流的相移。

在本发明的一个优选实施例中，电感等离子体涂敷器1可包括多个铁磁电感耦合等离子体源，它们平行于支持元件2的表面而彼此并置。这种多源等离子体涂敷器已经在图1a至1d中示出。支持元件2是所有铁磁电感耦合等离子体源共用的，所有铁磁芯4都附连到支持元件2上。优选地，所有线圈3都被放置在共用支持元件2的同一表面上，从而它们可在同一制造步骤序列中被制造出。

至少两个铁磁电感耦合等离子体源的各自的线圈3可被串联或并联或使用串并联混合连接模式电连接。图6a是用于这种连接模式的电路图，并使用了功率调节器305。然后，等离子体涂敷器1可进一步包括第一金属轨道段以串联地电连接至少两个铁磁电感耦合等离子体源的各自线圈。在更一般的方式下，所有的线圈3可被分布在分开的组中，也被称作集群，并在图6a中标记为30，从而属于同一集群的线圈被以串联连接模式供电。此外，不同的线圈集群可通过并联模式连接的电源单元301分开供电。供给不同集群和不同线圈3的所有电流可适当地使用功率调节器305进行调节。这种部件可位于等离子体涂敷器1外部，但是最好通过实施可提供给支持元件2和金属部分的生产技术的改进措施，这样的部件优选地被添加在该共用支持元件2上。

该多源等离子体涂敷器1可进一步包括第二金属轨道段，用于彼此电连接至多个具有孔样式的电极6，它们分别与至少两个不同铁磁电感耦合等离子体源的线圈3对中。这样，以此方式连接的电极6具有相对于电极111的相同的电压。可能地，所有铁磁电感耦合等离子体源的电极6可成组地分布，使属于同一组的电极彼此连接，而属于不同组的电极被供以不同的电压值。这种电极分布使得能够调制每个电极组的极化电压，以便补偿例如涂敷器的边缘效应。这样，能够获取一个大的，可能大于1m²(平方米)，并甚至更大，可能大于5m²的具有好的表面处理均匀性的等离子体区。

与多个铁磁电感耦合等离子体源相关的所有各自电极优选地放置于共用支持元件2的同一表面上。具有分别与至少两个不同铁磁电感耦合等离子体源的线圈3对中的孔样式的电极6可包括一个共用的金属轨道部分。然后，该多源等离子体涂敷器实际上设有一个大面积的电极6，或少数大面积电极6，它们每个都具有位于上述位置的与线圈3对中的孔样式。可替换地，具有分别与至少两个不同铁磁电感耦合等离子体源的线圈对中的孔样式的电极6可并联连接，如图6b的电路图所示。那么，调节器305可与每个电极6相关，以便调节供给该电极的电压。

对于多源等离子体涂敷器，铁磁电感耦合等离子体源1可被并置以便形成平行于真空容器壁101的等离子体源阵列。特别地，这种阵列可具有包含在1x 1cm²和15x 15cm²之间的二维间距。因而，读者将理解的是，本发明特别适于提供低成本大面积的等离子体源，并具有适于根据很多容器设计和应用进行调整的模块化设计。采用这种设计，使用等离子体涂敷器达到的处理均匀性与等离子体源自身的尺寸相关。为制造等离子体涂敷器使用已经开发用于具有平板基底的电路的技术，特别地适合于具有许多源的多源涂敷器。但是，由此用于制造基底单元的加工工具可能限制这些基底单元可能的尺寸大小。由于这种限制，支持元件可被分段，尤其是对于大面积的表面处理设备来说，使分开的彼此相临布置的平行于公共平面的部分，一起形成该大面积的多源等离子体涂敷器。

图7a至7c示出了共用支持元件2的平面中的单独等离子体源的三种可能分布。这些图是承载所有线圈3和铁磁芯4的支持元件2的表面的平面图。源的布置可以是线性(图7a)、方形(图7b)、蜂窝状(图7c)，等等。图8a，8b和8c是承载电极6的共用支持元件2的表面的平面图。它们示出了电极6的可能分组，分别用于图7a，7b和7c的阵列。标记6A、6B、6C表示不同的电极组。那么，每个电极组6A、6B、6C就要替代图6b的电路图中的个别电极6。

使用被布置穿过支持元件2的气体馈送入口9尤其适于多源等离子体涂敷器。多个气体馈送入口可被布置成在等离子体涂敷器1的前表面S₁中彼此间隔的位置处释放气体。然后，应当获得分别由气体馈送入口释放的气体体积中的适当平衡。可使用用于调节由任一气体馈送入口释放的气体体积的任意适当的装置。图1d示出了多源等离子体涂敷器的一个实施例，其中，真空容器100包括位于等离子体涂敷器1后方的气体膨胀体积Z，并提供有一主气体馈送入口150。这样的膨胀容积Z确保相似的体积由所有的气体馈送入口9释放至等离子体容积V中。可能地，气体馈送入口9可被单独地调整，以提高基底的处理均匀性。

应当理解的是，很多变型可被引入到已经描述的等离子体涂敷器的实施例中。这种变型可涉及尺寸或设计特征，同时保持本发明的至少部分优点。它们还可涉及等离子体涂敷器和电源单元之间的电连接模式。

Claims

1.一种电感等离子体涂敷器包括：

-支持元件，具有大致平板形状，适于形成部分真空容器壁的部分或适于被布置在真空容器壁上，所述支持元件具有意欲面向真空容器的内部容积定向的前表面、后表面，所述表面彼此平行；

-至少一个铁磁体电感耦合等离子体源，其包括：

-至少一个导电线圈，包括一匝或多匝，具有平面螺旋设计，被布置在支持元件的表面上；

-用于将铁磁芯刚性地连接在与所述支持元件的前表面相对的支持元件上的装置，使铁磁芯的磁输出侧面向真空容器的内部容积定向，以及围绕磁通束的一匝或多匝线圈，该磁通束通过该铁磁芯的至少一个末端面流出；以及

-至少一个具有一孔样式的电极，孔关于线圈对中并且适于不抑制磁通束在真空容器的内部容积中延伸，所述电极进一步适于形成带有位于涂敷器外部的另一电极的电容器；

其特征在于，该铁磁电感耦合等离子体源的线圈和该电极包括各自的被分布在支持元件表面上的金属轨道部分，使该电极的金属轨道部分比线圈的金属轨道部分更接近于真空容器的内部容积。

2.根据权利要求1所述的电感等离子体涂敷器，其特征在于，该支持元件包括彼此叠合的多个基底单元的组件，使每个基底单元的表面形成支持元件的表面。

3.根据权利要求2所述的电感等离子体涂敷器，其特征在于，该线圈为圆柱形并在支持元件的多个表面中具有一匝或多匝。

4.根据权利要求1所述的电感等离子体涂敷器，其特征在于，支持元件和金属轨道部分形成选自一列表中的组件，该列表包括：印刷电路板组件，厚膜技术组件，以及共焙烧陶瓷技术组件。

5.根据权利要求1所述的电感等离子体涂敷器，其特征在于，支持元件包括凹陷部分，从而铁磁芯的末端面比线圈的金属轨道部分更接近于真空容器的内部容积。

6.根据权利要求1所述的电感等离子体涂敷器，其特征在于，所述铁磁芯的厚度和最长直径之间的比值高于0.2，所述厚度和直径分别垂直于和平行于支持元件的表面测得。

7.根据权利要求1所述的电感等离子体涂敷器，其特征在于，线圈的至少一个金属轨道部分厚于30μm，垂直于支持元件的表面。

8.根据权利要求1所述的电感等离子体涂敷器，其特征在于，进一步包括由支持元件承载的电气部件，且从以下列表中选择：电源部件、功率分布部件、阻抗匹配部件、操作控制部件、加热部件、探针和测量部件。

9.根据权利要求1所述的电感等离子体涂敷器，其特征在于，包括多个彼此并置并平行于支持元件表面的铁磁电感耦合等离子体源。

10.根据权利要求9所述的电感等离子体涂敷器，其特征在于，至少两个铁磁电感耦合等离子体源的各自线圈以串联或并联或以一种串并联混合的方式电连接。

11.根据权利要求10所述的电感等离子体涂敷器，其特征在于，进一步包括第一金属轨道段，用于串联地电连接至少两个铁磁电感耦合等离子体源的各自线圈。

12.根据权利要求9所述的电感等离子体涂敷器，其特征在于，进一步包括第二金属轨道段，用于彼此电连接具有分别与至少两个不同铁磁电感耦合等离子体源的线圈对中的孔样式的电极。

13.根据权利要求9所述的电感等离子体涂敷器，其特征在于，具有分别与至少两个不同铁磁电感耦合等离子体源的线圈对中的孔样式的电极包括一个共用的金属轨道部分。

14.根据权利要求9所述的电感等离子体涂敷器，其特征在于，具有分别与至少两个不同铁磁电感耦合等离子体源的线圈对中的孔样式的电极被并联连接。

15.根据权利要求9所述的电感等离子体涂敷器，其特征在于，铁磁电感耦合等离子体源被并置以便形成平行于真空容器壁的等离子体源阵列。

16.根据权利要求15所述的电感等离子体涂敷器，其特征在于，该阵列具有包含在1x1cm²和15x15cm²之间的二维间距。

17.根据权利要求1所述的电感等离子体涂敷器，其特征在于，介于与支持元件前表面相对的每个铁磁芯的后表面和所述前表面之间的涂敷器的最大厚度小于6cm。

18.根据权利要求1所述的电感等离子体涂敷器，其特征在于，进一步包括位于支持元件前表面对面的一填充块，其被塑造成型以便符合每个铁磁电感耦合等离子体源的铁磁芯的外表面，并进一步适于以将热量从所述铁磁芯导出。

19.根据权利要求18所述的电感等离子体涂敷器，其特征在于，用于将每个铁磁电感耦合等离子体源的铁磁芯刚性地连接至支持元件上的装置，还适于将热量从所述铁磁芯传输至填充块。

20.根据权利要求1所述的电感等离子体涂敷器，其特征在于，进一步包括跨越支持元件布置的至少一个气体馈送入口，并适于释放气体至真空容器内。

21.根据权利要求20所述的电感等离子体涂敷器，其特征在于，该气体馈送入口布置在铁磁芯的通孔内，使所述气体馈送入口延伸穿过该支持元件。

22.根据权利要求1所述的电感等离子体涂敷器，其特征在于，进一步包括可透过电场和磁场的窗口，其平行于支持元件的前表面布置，且比所述前表面更接近于真空容器的内部容积。

23.根据权利要求1所述的电感等离子体涂敷器，其特征在于，进一步包括布置在支持元件上的极化装置，并适用于控制线圈的末端与电极之间的电压。

24.根据权利要求1所述的电感等离子体涂敷器，其特征在于，电极的孔样式的设计与法拉第屏蔽相似，从而使由所述电极形成的在铁磁电感等离子体源前方的电场平行于所述电极变化平缓。

25.一种真空容器，其特征在于，包括权利要求1所述的电感等离子体涂敷器。

26.一种表面处理设备，其特征在于，包括权利要求25所述的真空容器，并进一步包括一连接的电源供给单元以便提供电流至每个铁磁电感耦合等离子体源的线圈。

27.根据权利要求26所述的表面处理设备，其特征在于，进一步包括电耦合装置，其被布置成连接电极和至少一个铁磁电感耦合等离子体源的线圈的一端，具有关于该电源供给单元的电流输出端的并联连接模式。