專利名稱：對平面基片進行等離子處理的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分別根據(jù)各獨立權(quán)利要求的前序部分所述的一種用于對基片進行等離子處理方法和裝置。
背景技術(shù)：
對平面基片進行等離子處理的裝置為大家所熟知。例如EP 312 447 Bl描述了一種應用于電子或光電應用的對平面基片上的薄層進行等離子體沉積(PECVD)的裝置。未公開的DE 10 2007 022 252. 3描述了一種用于對大面積平面基片進行等離子鍍膜的系統(tǒng)，其中基片面積的數(shù)量級可以在Im2及以上。所述等離子在電極和對電極之間產(chǎn)生，并在兩電極之間引入該待處理的基片。所述系統(tǒng)包含用于改變所述電極間的相對間距的裝置，其中在帶有基片的處理室進行充電或放電時設(shè)定第一相對較大的間距，而在對所述基片進行處理時設(shè)定第二相對較小的間距。通過集成在所述電極中的氣體噴頭來提供成層的反應氣體或者反應氣體混合物。所述氣體噴頭包含具有多個出口孔的氣體噴頭出口板，借助于所述氣體噴頭出口板將反應氣體均勻分布地導入所述處理室。所述反應氣體作為被激活的氣體存在于在待處理的基片與所述氣體噴頭之間的等離子放電時的具有相對較高的電子密度的準中性等離子體當中，采用所述被激活的氣體對該待處理的基片進行加載?；兡さ乃俣群唾|(zhì)量取決于許多工藝參數(shù)，尤其是取決于反應氣體的壓力、流量和成分，還取決于等離子激勵的功率密度和頻率以及該基片的溫度。在改變工藝參數(shù)以同時獲取較高的鍍膜速度和較高的涂層質(zhì)量時，尤其是在大面積基片的情況下會出現(xiàn)一些問題，下面簡要介紹其中的幾個。首先，除了對基片所希望的鍍膜以外，還會出現(xiàn)對所述系統(tǒng)的其它部件所不希望的鍍膜，尤其是對來自所述準中性等離子體中的被激活的氣體進行加載時所述氣體噴頭被部分鍍膜，這將導致昂貴的反應氣體的損失以及過高的清潔氣體消耗。為提高鍍膜速度普遍要求提高等離子的功率密度，然而這卻可能導致較高的基片離子轟擊并從而可能對已沉積層的質(zhì)量造成負面影響。在使用13. 56MHz的高頻電壓進行等離子激勵的情況下，也可以以簡單的方式非常均勻地向大面積電極平面提供高電壓，然而其中隨著功率密度的提高對基片的所不希望的離子轟擊也增加了。在使用VHF高頻電壓(27MHZ-約150MHz)進行等離子激勵的情況下， 即使功率密度很高，但是對基片的離子轟也很小，例如，如文章Amanatides，Mataras und Rapakoulias, Journal of Applied Physics Volume 90, Number 11, Dezember 2001 所描述的。然而在大平面上均勻施加VHF高頻電壓卻唯有通過很高的費用才能實現(xiàn)。EP 0688469B1已經(jīng)公開了一種支持等離子的加工方法或者制造方法，其中采用非諧波交流電壓激勵氣體放電，所述非諧波交流電的頻譜由一基頻及其整數(shù)倍組成。在此，各個頻率成分的幅度符合所述支持等離子的方法的要求。非諧波的概念在此應理解為既不是諧波的含義，也不是正弦波的含義。該已知方法的目的另外還在于產(chǎn)生一種處理專用的離子分布以改善用于薄層的支持等離子的加工及制造方法，然而該方法卻沒有說明如何影響對電極的相對離子轟擊。在安裝有平行板的等離子反應器中，等離子激勵功率密度恒定時的對電極的相對離子轟擊由電極和對電極的面積比例決定，并且所述相對比例反映出在電極或者對電極前的在等離子表層上下降的平均電壓。如在Heil，Cranetzki，Brinkmann und Mus senbrock, J. Phys D =Appl. Phys. 41 (2008) 165002文章中所描述地，采用電極平面與對電極平面的面積比例的近二次冪來標定所述電壓的絕對值。由于在制造均勻的待鍍膜基片的過程中，電極和對電極的面積必須大致相等，所以通過幾何不對稱性來影響對電極和對電極進行加載的離子能的能量的可能性受到限制。Heil, Cranetzki, Brinkmann 和 Mussenbrock 在上述文章中還描述了一種與幾何不對稱性無關(guān)的可替代方法，其可以在給定激勵頻率和激勵電壓的條件下影響加載有離子的電極或者對電極的能量。依此，借助于RF電壓產(chǎn)生DC自偏壓，所述電壓具有至少兩種相互具有預定的相對相位關(guān)系的諧波頻率成分，其中較高頻率成分中的至少一個是較低頻率成分的偶數(shù)高次諧波。依賴于這兩個諧波成分之間的相對相位關(guān)系，可以對電極和對電極上的離子能量的相對比例進行調(diào)整。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務是實現(xiàn)對一種基片的等離子處理，在處理過程中采用被激活的氣體達到對電極和基片加載的相對改變，其中所述基片設(shè)置在電極和對電極之間并且所述被激活的基本氣種處于電極與對電極之間的準中性等離子體中。所述任務可以采用獨立權(quán)利要求的特征來完成。有利的實施方式可以從從屬權(quán)利要求中得出。根據(jù)本發(fā)明的在等離子裝置中對基片進行等離子處理的方法，首先提出，-所述基片設(shè)置在電極和對電極之間且所述基片的待處理的表面區(qū)域與所述電極之間的間距為d，-在電極與對應電極之間以形成DC自偏壓來激勵電容耦合的等離子放電，-在待處理的表面區(qū)域與所述電極之間以準中性等離子體進行等離子放電的區(qū)域中存在一定量的至少一種可激活的氣體，采用該氣體可以加載所述基片的待處理的表面區(qū)域。所述方法的特征在于，激勵等離子放電，-其中間距d為一個s至2.5s范圍中的值，且s = se+sg，其中se表示電極前的等離子邊緣層厚度，而s g表示對電極前的等離子邊緣層厚度，或者_其中所述待處理的表面區(qū)域與所述電極之間的準中性等離子體具有線性膨脹 dp，且 dp < l/3d、dp < max (se+sg)或者 dp < 0. 5s。本發(fā)明能夠通過所述給定的、限定等離子放電的確定的幾何結(jié)構(gòu)的值d、se、Sg和 dp，依據(jù)所述DC自偏壓值設(shè)置一個速度，以所述速度采用所述激活的氣體來加載所述基片的待處理表面區(qū)域。在此所述DC自偏壓取決于所述兩個電極的面積比例。所述等離子放電借助于由 HF發(fā)生器提供的高頻電壓、在被輸入進所述電極之間區(qū)域中的諸如氬或氫氣的處理氣體中、以1至40MHz范圍中的優(yōu)選13. 56MHz的激勵頻率而被激勵。所述基片直接處于所述對電極前面，應當理解，所述表述“電極”和“對電極”純粹是習慣上的，并且可以對調(diào)。在本發(fā)明的方法中，前提是用于激勵等離子所加的電壓主要在電極和對電極前面的等離子邊緣層區(qū)域中下降，而僅有很少一部分在所述準中性等離子體的范圍中下降。在基片設(shè)置在所述對電極前面的情況下，所述等離子邊緣層從所述基片表面起延伸至所述準中性等離子體。在采用DC自偏壓進行等離子放電的情況下，電極和對電極前的等離子邊緣層厚度不同，其中在具有較小厚度的所述邊緣層上下降較小的平均電壓。如果d值與s = se+sg 可比，也就是說d的取值約等于s，其中se表示電極前的等離子邊緣層厚度，而Sg表示對電極前的等離子邊緣層厚度，那么所述準中性等離子體的膨脹必然相對地小。在此，對電極前的所述等離子邊緣層延伸至待處理的基片表面的上表面。優(yōu)選的是，d值在1. Is至2. 5s 的范圍內(nèi)，尤其優(yōu)選的是，d值在1. Is至1.2s、l. Is至1.4s、l. Is至1.6s、l. Is至1. 8s或者1. Is至2s的范圍內(nèi)。在根據(jù)本發(fā)明所述的方法中，處于中性等離子體中的被激活的氣體加載所述電極或者所述基片的速度取決于所述被激活的氣體的最高濃度的區(qū)域的位置，并且在相當狹窄的準中性等離子體的情況下主要取決于所述準中性等離子體與所述電極或基片之間的間距，并且總是隨著所述準中性等離子體與所述電極或基片之間的間距減少而增加。所述間距由所述等離子邊緣層的厚度se或者Sg決定，所述厚度在DC自偏壓的情況下取不同的值。所述準中性等離子體位于所述電極或者對電極附近，并且所述具有較小厚度的邊緣層在所述電極或者對電極的前面。因此在根據(jù)本發(fā)明所述的間距d的情況下，采用被激活的氣體對電極或者基片進行的相對加載可以通過改變所述等離子邊緣層的厚度se和Sg加以影響。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述準中性等離子體有線性膨脹dp < l/3d，dp < max(se, sg)或者dp < 0. 5s。平行于在相對的電極面與基片面之間的橫截面直徑的所述準中性等離子體的厚度稱為所述準中性等離子體的線性膨脹dp。在這種情況下也可以依據(jù)DC自偏壓的值來控制采用準中性等離子體中的激活的氣體加載所述基片的速度。參數(shù)d、se、sg和dp的值可以依據(jù)諸如放電電壓、激勵頻率或者功率密度的等離子放電參數(shù)來改變或者設(shè)置，以使得d取值在1. Is至2. 5s的范圍內(nèi)，尤其優(yōu)選的是，d取值在1. Is至1. 2s、l. Is至1. 4s、l. Is至1. 6s、l. Is至1. 8s或者1. Is至2s的范圍內(nèi)，或者使得 dp < 2/3d, dp < max(se, sg)或者 dp < 0. 5s 成立。優(yōu)選的是在se、sg和dp為常量時d為變量，以及在d為常量時se、Sg和dp為變
So所述電極和對電極更確切的說是基片表面前的等離子邊緣層的厚度的每一值以及準中性等離子體的厚度都可以以一種公知的方式計算得出。優(yōu)選的是，所述這些值可以采用諸如激光診斷法的光學等離子診斷方法計算得出。應當理解，所述這些值還可以在理論上確定和/或通過計算機模擬來確定。在本發(fā)明的一個布置中提出，依據(jù)間距d的值或者DC自偏壓的值設(shè)置或者改變在電極與對電極之間的所述準中性等離子體的幾何重心的相對位置，以此可以影響采用被激活的氣體加載基片和電極，以優(yōu)化所述等離子處理。在本發(fā)明的另一個布置中，沿著待處理的表面相對于無DC自偏壓等離子放電時的所述重心的位置推移所述幾何重心的位置，從而有利地提高了采用被激活的氣體加載待處理的表面的效果。在本發(fā)明的另一個實施方式中，所述等離子處理包含等離子鍍膜，尤其是如同其應用于制造太陽能電池和平面顯示器中那樣。此外，所述等離子處理可以包含一種通過等離子的表面變態(tài)，其中利用離子轟擊以及被激活的氣體對基片的表面結(jié)構(gòu)和組成的效果。此外所述等離子處理還包含對基片的蝕刻，其中利用離子轟擊以及被激活的氣體對表面蝕刻的影響?？傮w上，前導氣體的激勵可以熱力地(CVD)、通過等離子激勵(PVCVD)或者通過光線激勵(Foto-CVD)實現(xiàn)。在本發(fā)明的一個布置中，所述氣體的激活通過在準中性等離子體本身中形成自由基的方式實現(xiàn)，因為在等離子體中提高電子密度便于自由基的形成。在此情況下所述準中性等離子體是源區(qū)域和被激活的專門氣體的最高濃度的區(qū)域。在本發(fā)明的另一個實施方式中，采用可以在等離子中可以形成產(chǎn)生層的自由基的前導氣體作基本氣種。優(yōu)選的是所述前導氣體涉及硅烷(SiH4)，其通過電子碰撞在等離子中形成層前導SiH3。所述前導氣體還可以涉及可氣態(tài)地流入所述處理室中的CH4、 TEOS(Si(OC2H5)4)或者其它氣體。這些化合物是穩(wěn)定的，并且在轉(zhuǎn)化成一種具有形成層的能力的形態(tài)時需要一種激勵。在另一個實施方式中提出，采用諸如NF3的清潔氣體作為可激活的氣體，所述清潔氣體可以在等離子中形成反應的自由基。尤其是在采用硅烷或者類似成層氣體進行鍍膜時，鑒于避免寄生鍍膜，于其中進行等離子體中的可激活的氣體的激活的空間區(qū)域?qū)τ趦?yōu)化設(shè)計所述等離子裝置很是重要。如由 Pflug, M. Siemers, B. Szyszka, M. Gesler 禾口 R. Beckmann 在出版物"Gas Flow and Plasmea Simulation for Paralle Plate PACVD Reactors，，，51st SVC Technical Conference, April 23,2008 Chicago中所闡述的，在平行板反應器中硅烷/氫等離子放電的情況下，通過在準中性等離子體的區(qū)域中等離子激活的硅烷裂解來形成被激活的氣體。 因此可以通過根據(jù)本發(fā)明的表述等離子放電特征的幾何參數(shù)de、se、sg和dp的值的選擇， 相對于電極的鍍膜有利地提高待處理基片表面的鍍膜效果。在本發(fā)明的另一個實施方式中，借助于包含氣體分配裝置的電極把處理氣體和/ 或可激活的氣體輸送到電極與對電極之間的區(qū)域中，所述氣體分配裝置具有許多氣體流出孔，因為以此方式可以實現(xiàn)待處理表面的加載的較高均勻性。根據(jù)另一個對平面基片優(yōu)選的實施方式中，可以非常簡單地通過電極和對電極的幾何非對稱性實現(xiàn)所述DC自偏壓。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方式中，采用RF電壓產(chǎn)生所述DC自偏壓，其具有至少兩種相互具有預設(shè)的相對相位關(guān)系的諧波頻率成分(混合頻率)，其中較高頻率成分中的至少一個是一較低頻率成分的偶次諧波。以此方式實現(xiàn)的DC自偏壓的形成在下文中稱為電不對稱效應。通過該電不對稱效應能夠在所述準中性等離子體中產(chǎn)生電子密度的不對稱分布。 用于在所述準中性等離子體中產(chǎn)生自由基的源強度于是可以在其他均勻分布的電子溫度或者能量分布函數(shù)的條件下在所述準中性等離子體中采取為與所述電子密度成正比。于是，采用被激活的氣體來加載電極，也就是說流向所述電極的自由基流量通過擴散平衡由電子的密度特性曲線給定。這在下面對完全吸收的電極的情況加以說明。對于不完全吸收的電極可以改變邊界條件類似地處理。電極用標準化的長度標尺χ =口 1定位。N表示所述自由基的密度，而f(x)表示與電子密度成比例的源函數(shù)。從而有
權(quán)利要求
1.一種用于在等離子裝置中對基片進行等離子處理的方法，其中_所述基片設(shè)置在電極和對電極之間，且所述基片的待處理的表面區(qū)域與所述電極之間的間距為d，_在電極與對電極之間以形成DC自偏壓來激勵電容耦合的等離子放電，-在待處理的表面區(qū)域與所述電極之間以準中性等離子體進行等離子放電的區(qū)域中存在一定量的至少一種可激活的氣體，采用所述氣體加載所述基片的待處理的表面區(qū)域，-其特征在于，激勵等離子放電，-其中間距d為一個s至2. 5s范圍內(nèi)的值，且s = se+sg，其中se表示電極前的等離子邊緣層厚度，而Sg表示待處理的基片表面前的等離子邊緣層厚度，或者-其中所述待處理的表面區(qū)域與所述電極之間的準中性的等離子體具有線性膨脹dp， 且 dp < l/3d、dp < max (se+sg)或者 dp < 0. 5s。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，依據(jù)間距d的值和/或DC自偏壓的值設(shè)置或改變在電極與對電極之間的所述準中性等離子體的幾何重心的相對位置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，沿著待處理的表面的方向相對于無DC 自偏壓等離子放電時的所述重心的位置改變所述幾何重心的位置。
4.如以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述等離子處理包含等離子鍍膜、表面變性或者基片蝕刻。
5.如以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述氣體的激活通過優(yōu)選地在準中性等離子體區(qū)域中的自由基的形成來實現(xiàn)。
6.如以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，采用能夠在等離子中形成成層的自由基的前導氣體作為可激活氣體。
7.如以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，采用能夠在等離子中形成反應的自由基的清潔氣體作為可激活的氣體。
8.如以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，借助于包含氣體分配裝置的電極將處理氣體和/或可激活的氣體輸送到電極與對電極之間的區(qū)域中，所述氣體分配裝置具有多個氣體出口孔。
9.如以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，幾何非對稱地設(shè)置電極和對電極以產(chǎn)生所述DC自偏壓。
10.如以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，為產(chǎn)生所述DC自偏壓，優(yōu)選的是在電極和對電極幾何對稱的情況下，采用RF電壓，所述RF電壓具有至少兩種相互具有預設(shè)的相對相位關(guān)系的諧波頻率成分，其中較高頻率成分中的至少一個是較低頻率成分的偶次諧波。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，依據(jù)所述RF電壓的至少兩種諧波頻率成分之間的相對相位關(guān)系和/或所述至少兩種諧波頻率成分的幅度改變所述DC自偏壓。
12.如權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，依據(jù)所述至少兩種諧波頻率成分之間的相對相位關(guān)系來設(shè)置電極和對電極上的離子能量的相對比例。
13.一種用于對基片進行等離子處理的裝置，其包含-用于在電極與對電極之間的區(qū)域中激勵電容耦合的、具有DC自偏壓的等離子放電的裝置以及_用于向具有準中性等離子體的等離子放電區(qū)域中輸送一定量的至少一種可激活的氣體的裝置，其中_所述基片設(shè)置在或者可設(shè)置在所述電極和對電極之間，且所述基片的待處理表面區(qū)域與所述電極之間有間距d，其特征在于，設(shè)有用于操縱所述裝置的控制裝置，從而設(shè)置等離子放電-其中，間距d為s至2. 5s范圍內(nèi)的值，其中se表示所述電極前的等離子邊緣層厚度， 而sg表示所述待處理的基片表面前的等離子邊緣層厚度，或者-所述待處理的表面區(qū)域與所述電極之間的準中性的等離子體具有線性膨脹dp，且dp < l/3d、dp < max (se+sg)或者 dp < 0. 5s。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，設(shè)有用于調(diào)節(jié)所述間距d的裝置。
15.如權(quán)利要求13或14所述的裝置，其特征在于，所述電極包含具有多個氣體流出孔的氣體分配裝置，采用所述氣體分配裝置能夠?qū)⒅辽僖环N可激活的氣體輸送到電極與對電極之間的區(qū)域中。
16.如權(quán)利要求13至15中任一項所述的裝置，其特征在于，所述控制裝置包含用于借助于RF電壓產(chǎn)生具有所述DC自偏壓的等離子放電的器件，所述RF電壓具有至少兩種相互具有預設(shè)的相對相位關(guān)系的諧波頻率成分，其中較高頻率成分中的至少一個是較低頻率成分的偶次諧波。
17.如權(quán)利要求13至16中任一項所述的裝置，其特征在于，所述控制裝置包含-用于輸入所希望的離子能量和/或所希望的離子流量以加載待處理的基片表面的器件；_用于設(shè)置所述等離子功率密度的控制器件；_用于設(shè)置所述RF電壓的諧波頻率成分的幅度和/或所述諧波頻率成分的相對相位關(guān)系以設(shè)置所述等離子的離子能量和/或所述等離子的離子流量的器件；和-用于控制RF電壓的諧波頻率成分的幅度和/或相對相位關(guān)系的器件。
18.如權(quán)利要求13至17中任一項所述的裝置，其特征在于，為確定電極前的等離子邊緣層厚度se和基片表面前的等離子邊緣層厚度sg和/或所述準中性等離子體的線性膨脹 dp的中的每一個的當前值，設(shè)有用于等離子診斷的器件，這些測量值可以作為輸入值供給所述控制裝置。
全文摘要
一種用于在等離子裝置中對基片進行等離子處理的方法和裝置，其中所述基片(110)設(shè)置在電極(112)和對電極(108)之間并且所述基片待處理的表面區(qū)域與電極之間的間距為d，在電極(112)與對電極(108)之間通過形成DC自偏壓來激勵電容耦合的等離子放電，在待處理的表面區(qū)域與所述電極之間的以準中性等離子體(114)進行等離子放電的區(qū)域中存在一定量的至少一種可激活的氣體，采用所述氣體加載所述基片的待處理的表面區(qū)域，對等離子放電進行激勵，其中間距d具有一個與s＝se+sg可比的值，其中se表示電極前的等離子邊緣層(119)厚度，而sg表示待處理的基片表面前的等離子邊緣層(118)厚度，或者其中所述待處理的表面區(qū)域與所述電極之間的準中性的等離子體(114)具有線性膨脹dp，且dp＜1/3d、dp＜max(se+sg)或者dp＜0.5s。
文檔編號H01J37/32GK102318033SQ200980153624
公開日2012年1月11日 申請日期2009年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月4日
發(fā)明者A·弗魯格, A·策語納, G·格拉伯斯, M·格斯勒, M·西摩斯, M·費德勒, R·貝克曼, R-P·伯林科曼, U·察納特克 申請人:弗蘭霍菲爾運輸應用研究公司, 波鴻魯爾大學, 萊博德光學有限責任公司