[發(fā)明專(zhuān)利]等離子體源

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380065446.6
• 申請(qǐng)日: 2013-12-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105144338A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: S·克拉斯尼特澤;J·哈格曼恩
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 歐瑞康表面解決方案股份公司;特呂巴赫
• 主分類(lèi)號(hào): H01J37/32
• 分類(lèi)號(hào): H01J37/32
• 代理公司: 中國(guó)專(zhuān)利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張濤;劉春元

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及在例如用于等離子體蝕刻、加熱、滲氮和利用PE-CVD工藝沉積層的真空涂層設(shè)備中用來(lái)產(chǎn)生等離子體的一種等離子體產(chǎn)生裝置和產(chǎn)生等離子體的一種方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明基于按照熱電子發(fā)射原理并且在對(duì)加熱后的發(fā)射極施加負(fù)電壓之后(肖特基效應(yīng))或者按照空心陰極等離子體源的原理工作的等離子體源。按照本發(fā)明所述，使用有電氣邊界的空腔作為等離子體產(chǎn)生裝置的陽(yáng)極，該空腔例如外凸地安置在真空容器上。在關(guān)斷等離子體之后通過(guò)快門(mén)機(jī)構(gòu)將該空腔封閉，從而避免隨后的工藝步驟引起污染。優(yōu)選通過(guò)分路電阻保證等離子體源的接通。

現(xiàn)在將詳細(xì)地并且根據(jù)附圖示例性地解釋本發(fā)明。

附圖說(shuō)明

圖1：包括等離子體源、空心陽(yáng)極以及點(diǎn)火輔助裝置的等離子體產(chǎn)生裝置

圖2：蝕刻分布圖：依據(jù)襯底位置的蝕刻速率

圖3a-3f：等離子體源和空心陽(yáng)極的布置變型

圖4：等離子體源和空心陽(yáng)極在具有更大載荷高度的設(shè)備中的布置

圖5：多個(gè)具有開(kāi)關(guān)單元的陽(yáng)極空心體

具體實(shí)施方式

圖1所示為本發(fā)明所述例如在真空設(shè)備中涂層之前或涂層過(guò)程中用于處理工件的等離子體產(chǎn)生裝置。圖中所示的真空室3與通過(guò)絕緣體以電絕緣方式法蘭安裝在該真空室上的等離子體源空心體1是等離子體源的一部分。等離子體源還包括電子發(fā)射單元5，所述電子發(fā)射單元將被用作產(chǎn)生自由電子的裝置。這些裝置伸入到等離子體源空心體1之中，從而在等離子體源空心體1中產(chǎn)生電子。例如將被加熱到大約2700-3000K溫度的鎢絲就適合作為這樣的電子發(fā)射單元5。通過(guò)借助電壓源8對(duì)電子發(fā)射單元5施加負(fù)電壓，會(huì)使其變成電子發(fā)射器。通過(guò)氣體入口7a將氣體放入等離子體源空心體1之中。通過(guò)由電子發(fā)射單元5產(chǎn)生的自由電子使得所述氣體電離。例如氬氣就適合作為氣體。

通過(guò)等離子體源分路電阻(PSsR)將電壓源8的正極與等離子體源空心體1電相連。當(dāng)接通電壓源的時(shí)候，電流就可以流過(guò)該分路電阻6a，從而可以將能量饋入等離子體源空心體1中的等離子體之中。由此在等離子體源空心體1中形成的等離子體穿過(guò)等離子體源空心體1中設(shè)置的等離子體源開(kāi)口10而延伸到真空室3的空間之中并且將該空間充滿(mǎn)。

此外還將以下稱(chēng)作陽(yáng)極空心體2的另一個(gè)空心體通過(guò)絕緣體4以電絕緣方式法蘭安裝在真空室3上。真空室3和陽(yáng)極空心體2通過(guò)陽(yáng)極開(kāi)口11相互連接。陽(yáng)極空心體2直接與電壓源8的正極電相連。在陽(yáng)極空心體2中設(shè)置氣體入口7b，通過(guò)該氣體入口將氣體放入到陽(yáng)極空心體2之中。所述氣體可以是例如氬氣。

此外真空室3的壁還通過(guò)第二分路電阻6b與電壓源8相連。由此使得放電電流現(xiàn)在也可以從電子發(fā)射單元5流向真空室壁。由于陽(yáng)極空心體2直接與電壓源8的正極相連，因此優(yōu)選穿過(guò)陽(yáng)極空心體2地導(dǎo)致放電并且在陽(yáng)極空心體中建立等離子體。由此就會(huì)閉合適合大電流的路徑，該路徑能夠在低電壓下吸收很高的放電電流。當(dāng)電壓約為16V～100V的時(shí)候，電流可能會(huì)高達(dá)幾百安培。

如此產(chǎn)生的等離子體的特性非常強(qiáng)烈地取決于等離子體開(kāi)口10和陽(yáng)極開(kāi)口11。沿著這些開(kāi)口通過(guò)電位降導(dǎo)致電子加速，并且由于例如氬氣的氣體原子存在而導(dǎo)致所述氣體原子非常強(qiáng)烈的電離，而且是在這些開(kāi)口之前和這些開(kāi)口之內(nèi)。這些開(kāi)口優(yōu)選具有4mm～30mm之間的直徑。優(yōu)選直徑約為12mm。等離子體源與空心陽(yáng)極之間的距離在200～400mm之間。開(kāi)口與待處理的襯底之間的距離在200～400mm之間。

本示例中的其它典型運(yùn)行參數(shù)為：

必須通過(guò)專(zhuān)業(yè)人士熟悉的相應(yīng)措施引出等離子體源和空心陽(yáng)極中使用的功率(圖1中沒(méi)有繪出)。

利用上述等離子體產(chǎn)生裝置可以執(zhí)行穩(wěn)定的等離子體方法。

尤其當(dāng)可以利用擋板保護(hù)陽(yáng)極免遭涂層的時(shí)候，使用本發(fā)明所述的等離子體產(chǎn)生裝置就能省去否則在每次工藝開(kāi)始之前所需的保養(yǎng)。對(duì)于蝕刻工藝打開(kāi)陽(yáng)極開(kāi)口前面的擋板，從而可以在空心陽(yáng)極中建立等離子體。然后對(duì)于可能隨后進(jìn)行的涂層工藝，例如電弧蒸鍍或者濺射(sputter)，可以利用快門(mén)關(guān)閉擋板。同理適用于朝向真空室的等離子體源的開(kāi)口10。

由于陽(yáng)極本身有效地作為等離子體源運(yùn)行，因此等離子體體積與現(xiàn)有技術(shù)相比有所提高。等離子體產(chǎn)生裝置例如可有利地在等離子體蝕刻、等離子體加熱和PECVD涂層中使用。

在等離子體加熱時(shí)例如可以使用氬氣和氫氣，從而產(chǎn)生具有高反應(yīng)活性并且例如適合于去除有機(jī)殘留物的原子氫。