專利名稱：用于借助微波生成等離子體的裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種用于借助微波生成等離子體用來對襯底進行CVD涂層的裝置，其中，裝置具有反應氣體可被輸送到的真空箱和布置在其中的、與用于耦合輸入微波的裝置相連接的電導體。
背景技術(shù)：
除了從實踐中公知的蒸發(fā)或濺射技術(shù)之外，也可以使用基于化學氣相沉積的涂層方法用于制造薄層。以下也將這樣的涂層方法稱作為CVD方法(來自英語chemical vapour deposition (化學氣相沉積))。由于來自氣相的化學反應而在襯底的所加熱的表面上沉積固體組分。至少一種氣體狀原始化合物和兩種反應產(chǎn)物必須參與化學反應，所述反應產(chǎn)物中的至少一種以固體相存在。用CVD涂層方法也可以在襯底的復雜成形的表面情況下實現(xiàn)均勻的涂層。
通過等離子體輔助的化學氣相沉積，可以減小襯底的溫度負荷。為此目的，相鄰于襯底表面地例如用微波生成等離子體，以便由等離子體激發(fā)原始化合物(通常是反應氣體)，并且輔助對于涂層所需要的化學反應。
在用于CVD涂層的公知的裝置中(DE 38 30 249 C2)，通過多個用于耦合輸入微波的矩陣形布置的裝置在要涂層的襯底表面之上生成大面積的等離子體。在此，將矩陣形地布置在平面中的耦合輸入裝置的巨大的結(jié)構(gòu)耗費看作為缺點，所述耦合輸入裝置是需要的，以便可以生成平面的和盡可能均勻的等離子體場。
從DE 39 26 023 C2中公知一種管形的外導體，該外導體經(jīng)由在外導體上沿著軸向伸展的縫隙形開口耦合到要涂層的襯底所位于的反應室上。在管形的外導體中，可以通過耦合輸入微波脈沖形式的微波能量來生成等離子體，所述等離子體在外導體的縫隙形開口的附近激發(fā)反應氣體，并且輔助或能夠?qū)崿F(xiàn)襯底的CVD涂層。
上述的裝置不適用于或僅有限制地適用于，將由導電材料制成的涂層生成到襯底上。用等離子體輔助的或進行的化學反應導致，也在對于等離子體生成所需要的組分的區(qū)域中沉積導電的涂層，該導電的涂層在短時間之后導致短路，或至少可能影響通過微波對等離子體的生成。一旦不再能確保由微波所生成的等離子體與導電的微波導體在空間上分開，則不再能形成空間上傳播的微波，使得等離子體生成被中斷。發(fā)明內(nèi)容
因此看作為本發(fā)明任務的是，如此設計一種用于借助微波生成等離子體用來使用于襯底的CVD涂層方法的裝置，使得用導電的材料也可以對襯底涂層。附加地線性延伸的盡可能均勻的等離子體生成也應是可能的，以便輔助盡可能同樣的涂層。
根據(jù)本發(fā)明如下來解決該任務，即電導體在其兩個端部處分別與用于耦合輸入微波的裝置相連接，電導體與電壓源相連接，用該電壓源可以在電導體和周圍的真空箱之間生成電位差，并且電導體相對于用于耦合輸入微波的裝置電絕緣或脫耦。
由于電導體相對于真空箱和位于其中的反應氣體的電位差，圍繞電導體生成電場，使得帶電的粒子要么移向電導體，要么被電導體排斥。形成包圍電導體的區(qū)域，較少的或幾乎沒有帶電的粒子逗留在該區(qū)域中，由此能夠?qū)崿F(xiàn)或輔助等離子體的形成。同樣可以設想，通過施加高頻交流電壓生成快速交變的電場，使得諸如電子的輕易可移動的粒子移向電導體，和經(jīng)由該電導體引出，或被電導體排擠，并且形成電子的貧化區(qū)，而重的和不能移動的離子幾乎不受快速交變的電場影響。合適的頻率范圍是I至200 MHz之間的無線電頻率的范圍。
通過電導體相對于微波的耦合輸入的電的或電流的絕緣，確保圍繞電導體的電場生成不明顯影響微波的生成。也可以設置可能在商業(yè)上可買到的直通濾波器 (Durchgangsfilter)來代替電的或電流的絕緣,該直通濾波器將微波饋入從電導體脫率禹。
以下僅僅示例性地從電導體的負電位出發(fā)來闡述本發(fā)明思想的其它的實施方案和擴展方案，并且也可以以類似的方式在電導體的正電位的情況下或在施加高頻交流電壓的情況下來實現(xiàn)。
由于電導體的負電位，來自圍繞電導體所生成的等離子體中的電子遠離電導體地在徑向上被排擠，并且以由負電位所預先給定的間距圍繞電導體聚集。等離子體的包圍電導體的電子與電導體一起形成同軸導電裝置，耦合輸入的微波可在所述同軸導電裝置中傳播。通過在電導體的兩個端部處耦合輸入微波，所耦合輸入的微波能量可以在很大程度上均勻地沿著電導體分布，并且導致生成相應均勻的等離子體。
通過電導體的負電位此外可以實現(xiàn)，帶負電的粒子或電子被排斥并且?guī)д姷碾x子朝電導體方向被加速。在合適地預先給定負電位時，通過用帶正電的離子對電導體的由此所生成的沖擊可以減少以高動能撞擊到電導體上的離子的粘附和沉淀，或者可以再次通過持續(xù)的離子沖擊將已經(jīng)沉淀的離子從電導體脫開。通過預先給定合適的環(huán)境條件和運行參數(shù)，可以以此方式實現(xiàn)電導體的自凈化，該自凈化尤其是在電絕緣的殼體穿通的區(qū)域中和在布置在該區(qū)域中的用于耦合輸入微波的裝置中防止或至少延遲電導體的連續(xù)增長的涂層。于是可以在長的時間間隔上使用所述裝置用于用導電涂層材 料對襯底進行CVD涂層，而不需要為清除對于微波傳播和等離子體生成所必要的組分而定期地中斷涂層過程。 通常謀求高的涂層速率，使得只引起電導體的延遲的涂層，而不能完全防止該電導體的涂層。
為了輔助電導體的自凈化，可以規(guī)定采用脈沖式微波激發(fā)，該微波激發(fā)同時也有利于許多涂層過程，尤其是PECVD涂層過程。
由于電導體的通過負電位所生成的離子沖擊導致該電導體的加熱，因而規(guī)定電導體是連接到冷卻液容器上的空心導體。通過用例如空氣或水的合適的冷卻介質(zhì)來連續(xù)流過空心的電導體，可以可靠地引出在電導體中所生成的熱量。
按照本發(fā)明思想的一種擴展方案規(guī)定，電導體具有棒狀的造型?？梢猿杀居欣刂圃彀魻铍妼w，尤其是空心圓柱形電導體，并且由于簡單的幾何關系，而能夠?qū)崿F(xiàn)等離子體沿著棒狀電導體的很均勻的形成。通過多個平行的和互相以間距布置的棒狀導體，可以產(chǎn)生平面延伸的等離子體生成。
按照本發(fā)明思想的另一種擴展方案規(guī)定，電導體具有彎曲的走向。在此，彎曲的電導體可以布置在基本上平坦的面之內(nèi)，并且例如可以具有螺旋形的或回紋形的走向。以此方式已經(jīng)可以用唯一的電導體來生成平面延伸的、在工作區(qū)域之內(nèi)在很大程度上均勻的等離子體，使得可以實現(xiàn)在其尺寸方面與工作區(qū)域相匹配的襯底的相應均勻的涂層。
同樣可以設想，通過一個彎曲的電導體或多個互相相間隔地布置的彎曲的電導體的合適的造型，生成復雜的空間造型，使得經(jīng)由或沿著復雜彎曲的表面可以生成在很大程度上均勻的等離子體。復雜成形的襯底以此方式也可以配備盡可能均勻的涂層，并且例如具有凹狀或凸狀的區(qū)域的工件，可以配備由導電材料制成的均勻的敷層。
為了防止在電導體的兩個端部處所耦合輸入的微波影響或干擾電導體相對于真空箱的負電位，規(guī)定電導體經(jīng)由穿通濾波器(DurchfUhrungsfilter)與電壓源相連接。穿通濾波器可以要么布置在用于耦合輸入微波的裝置的區(qū)域中，要么卻布置在電壓源的區(qū)域中，或布置在電壓源和真空箱之間的導電連接的走向中。
優(yōu)選規(guī)定，用于耦合輸入微波的裝置朝向電導體漏斗狀地展開。此外，可以用介電材料部分地或完全地充填用于耦合輸入微波的裝置，以便降低在微波耦合輸入處的電場并且延遲或限制在該區(qū)域中用導電材料的涂層。
用于耦合輸入微波的裝置可以具有帶有彎曲的徑向?qū)ΨQ外表面的截錐形的或優(yōu)選喇叭形的外輪廓。
優(yōu)選規(guī)定，用于耦合輸入微波的裝置具有縫隙形的或槽形的凹口?？p隙形的或槽形的凹口或切口可以在徑向上或與此成角度地沿著封閉的周邊線布置。通過以此方式明顯放大的表面，越過用于耦合輸入微波的裝置的表面地至少延遲用導電材料的連貫 涂層和封閉的導電路徑的形成。
同樣可以設想以及鑒于電導體相對于真空箱和微波的耦合輸入的電絕緣有利的是，在軸向上包圍電導體地布置縫隙形的或槽形的凹口。尤其是在沿著電導體延伸的和包圍該電導體的縫隙形凹口的同心的布置情況下，在通向電導體的過渡區(qū)域中發(fā)生縫隙形凹口的基本上完全的遮蔽，使得由于此原因而在該區(qū)域中不進行連貫的涂層，或僅僅進行強烈減少的涂層，并且可以顯著延遲或在通常的維護區(qū)間的范圍內(nèi)完全防止電導體與殼體壁的導電連接。
根據(jù)本發(fā)明思想的一種特別有利的擴展方案規(guī)定，用于耦合輸入微波的裝置基本上在真空箱之內(nèi)展開。在真空箱的殼體壁的區(qū)域中，用于耦合輸入微波的裝置具有較小的直徑，或小的橫截面，使得可將在商業(yè)上可買到的密封裝置或密封組件采用于電導體和周圍的用于耦合輸入微波的裝置的壓力密封(Druckdichte)和電絕緣固定。


以下更詳細地闡述本發(fā)明思想的示出在附圖中的不同的擴展方案。其中圖1展示用于借助微波生成等離子體的裝置的示意圖，該裝置具有真空箱和具有布置在其中的電導體，圖2示例性地展示電導體的不同的平面的或三維的造型，該電導體僅僅示意地繪出在真空箱的相對的殼體壁之 間，圖3展示電導體的近似螺旋形走向的示意圖，圖4展示布置在真空箱的殼體壁的區(qū)域中的用于耦合輸入微波的裝置的示意圖，該裝置電絕緣地包圍同心布置的電導體，圖5展示圖4中所示出的用于耦合輸入微波的裝置的不同的擴展方案，圖6展示用于耦合輸入微波的裝置的又不同的擴展方案，圖7以放大的和剖視的視圖展示用于耦合輸入微波的裝置的另一擴展方案，和圖8以與圖7可比較的視圖展示用于耦合輸入微波的裝置的其它擴展方案。
具體實施方式
在圖1中示出用于借助微波生成等離子體的本發(fā)明裝置1，該裝置I適用于在用尤其是導電材料對襯底進行CVD涂層時使用。裝置I具有真空箱2，在該真空箱2中，電導體 3布置在真空箱2的兩個相對的殼體壁4之間。電導體3可以由導電的或半導電的材料組成。電導體3借助合適的密封元件5來電絕緣，并且壓力密封地固定在兩個殼體壁4處。
電導體3在其兩個端部處分別與用于耦合輸入微波的裝置6相連接。經(jīng)由用于耦合輸入微波的裝置6，可以在電導體3的兩側(cè)上耦合輸入微波。可以互相獨立地、但是優(yōu)選以合適的方式同步地實現(xiàn)耦合輸入。
電導體3附加地與電壓源7相連接，該電壓源7可以使電導體3達到相對于合宜地接地的真空箱2的負電位。為此所需要的偏置電壓可以例如在10 V和1000 V之間。由于電導體3通過密封元件5的電絕緣而確保，用于耦合輸入微波的裝置6和輸送微波導體不具有負電位。
如果在真空箱2中生成合適的真空并且經(jīng)由用于耦合輸入微波的裝置6饋入微波，則在電導體3的周圍生成等離子體。通過施加在電導體3上的偏置電壓生成恒定的電場，在該電場中，由電導體3徑向向外排擠電子和帶負電的粒子。通過微波所生成的等離子體的輕易可移動的電子以與電導體3的基本上由電導體3的負電位預先給定的間距聚集， 并且形成包圍電導體3的包絡。
通過合適地預先給定諸如低壓、偏置電壓和所耦合輸入的微波能量的邊界條件， 可以實現(xiàn)，電導體3和包圍該電導體3的電子包絡的該同軸布置有利于微波的傳播，使得最后沿著電導體3形成表面波，并可以實現(xiàn)所耦合輸入的微波能量的均勻的能量分布。均勻的微波傳播 導致，在真空箱2中所生成的等離子體的相應均勻的生成和維持。
經(jīng)由沒有示出的輸送設備可將反應氣體輸送給真空箱2。由等離子體激發(fā)反應氣體，使得迫使沉積所希望的涂層材料。涂層材料此外沉淀在同樣沒有示出的襯底表面上，并且引起襯底用涂層材料的連續(xù)生長的涂層。
也可以用上述的等離子體CVD涂層方法來生成半導電的或?qū)щ姷膶印@電導體 3所生成的電場導致，帶正電的離子朝向電導體3被加速，并且以相應的動能撞擊到電導體 3上。通過該離子沖擊引起電導體3的自凈化。為了抵制電導體3的加熱可以規(guī)定，將電導體3實施為空心的導體，并在其端部處與冷卻劑循環(huán)相連接，使得通過冷卻劑的循環(huán)可以確保電導體3的有效冷卻。
根據(jù)圖1中所示出的實施例可將電導體3實施為棒狀電導體3。同樣可以設想，電導體3可以具有回紋形的或卻是螺旋形的走向，并且因此可以具有平面的或空間的延伸， 通過該延伸可以預先給定圍繞電導體3所生成的等離子體的相應平面的或空間的傳播。在圖2中示范性示意地示出若干實施例。在圖3中繪出具有平面的、基本上螺旋形走向的電導體3的擴展方案。以此方式，在與電導體3的螺旋形構(gòu)成的區(qū)域的尺寸相匹配的工作區(qū)域中，可以用簡單的結(jié)構(gòu)裝置來生成比較均勻的等離子體，使得以與電導體3的間距所布置的襯底的均勻涂層成為可能。
在圖4至6中示范性繪出用于耦合輸入微波的裝置6的不同的擴展方案。
在圖4中所展示的裝置6情況下，將要耦合輸入的微波用的包圍電導體3的外導體8在真空箱2之外漏斗狀地展開。合適的介電材料11位于漏斗狀放大的區(qū)域9中和用于耦合輸入微波的裝置6的倒圓的終端區(qū)域10中。附加地經(jīng)由真空密封12來密封電導體 3的穿通。
外導體8的漏斗狀的展開和位于其中的介電材料11導致微波場的局部削弱，使得顯著減少在圍繞用于耦合輸入微波的裝置6的區(qū)域中的等離子體生成。以此方式可以避免或至少延遲，在導電的涂層材料的情況下進行在耦合輸入位置處的迅速涂層，該涂層可能導致短路和中止等離子體生成。
在圖5中所示出的實施例中，將用于耦合輸入微波的裝置6的外導體8的漏斗狀展開移置到真空箱2的內(nèi)部空間中，使得外導體8在穿通真空箱2的殼體壁4時具有小的直徑，并且可以使用在該圖解中沒有更詳細示出的在商業(yè)上可買到的密封元件用于電導體 3的同軸輸送部和周圍的外導體8的壓力密封和電絕緣密封。
在圖6中所示出的實施例中，終端區(qū)域10附加地具有環(huán)狀構(gòu)成的槽形的凹口 13， 所述槽形的凹口 13由于顯著放大的表面而使連續(xù)的涂層變得困難，并且在導電的涂層材料情況下，防止或至少延遲封閉的導電路徑的形成。
在圖7和8中，在電導體3的過渡區(qū)域中，放大地以剖視視圖示出包圍電導體3的用于耦合輸入微波的裝置6·的兩種其它的擴展方案，其中所述電導體3是內(nèi)部空心的和可以由冷卻介質(zhì)流過。代替首先漏斗狀放大的區(qū)域9和倒圓的終端區(qū)域10，圖7中所展示的擴展方案具有相間隔地包圍電導體3的空心圓柱形的端部區(qū)域14。在絕緣的介電材料11 中，同心布置的包圍電導體3的縫隙形的凹口 15位于空心圓柱形的端部區(qū)域14和電導體 3之間。在縫隙形的凹口 15的內(nèi)部區(qū)域16中僅發(fā)生顯著減小的涂層。
用于耦合輸入微波的裝置6的在圖8中所展示的擴展方案既具有沿著周邊線伸展的縫隙形的凹口 13也具有同心布置的、包圍電導體3的縫隙形的凹口 15。用于耦合輸入微波的裝置6的以此方式強烈放大的表面導致在該區(qū)域中涂層的相應延遲的形成，所述涂層能夠在電導體3和圖7和8中沒有示出的、位于左邊的殼體壁4之間實現(xiàn)導電連接。
權(quán)利要求
1.用于借助微波生成等離子體用來對襯底進行CVD涂層的裝置，具有反應氣體可被輸送到的真空箱(2)和具有布置在其中的、與用于耦合輸入微波的裝置(6)相連接的電導體(3)，其特征在于，電導體(3)在其兩個端部處分別與用于耦合輸入微波的裝置(6)相連接，電導體(3)與電壓源(7)相連接，用所述電壓源(7)可以在電導體(3)和周圍的真空箱(2)之間生成電位差，并且電導體(3)相對于用于耦合輸入微波的裝置(6)電絕緣或脫耦。
2.按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，電導體(3)是連接到冷卻液容器上的空心的導體。
3.按照權(quán)利要求1的或權(quán)利要求2的裝置，其特征在于，電導體(3)具有棒狀的造型。
4.按照權(quán)利要求1的或權(quán)利要求2的裝置，其特征在于，電導體(3)具有彎曲的走向。
5.按照以上權(quán)利要求之一的裝置，其特征在于，電導體(3)經(jīng)由穿通濾波器與電壓源(7)相連接。
6.按照以上權(quán)利要求之一的裝置，其特征在于，用于耦合輸入微波的裝置(6)朝向電導體(3)漏斗狀地展開。
7.按照權(quán)利要求6的裝置，其特征在于，用于耦合輸入微波的裝置(6)基本上在真空箱(2)之內(nèi)展開。
8.按照以上權(quán)利要求之一的裝置，其特征在于，用于耦合輸入微波的裝置(6)部分地或完全地用介電材料(11)充填。
9.按照以上權(quán)利要求之一的裝置，其特征在于，用于耦合輸入微波的裝置(6)具有縫隙形的或槽形的凹口(13，15)。
10.按照權(quán)利要求9的裝置，其特征在于，在軸向上包圍電導體(3)地布置縫隙形的或槽形的凹口(15)。
11.按照以上權(quán)利要求之一的裝置，其特征在于，電導體(3)相對于周圍的真空箱(2)具有負電位或正電位。
12.按照權(quán)利要求1至10之一的裝置，其特征在于，可以用高頻交流電壓施加電導體(3)。
全文摘要
用于借助微波生成等離子體用來對襯底進行CVD涂層的裝置(1)具有反應氣體可被輸送到的真空箱(2)和布置在其中的電導體(3)，所述電導體在其兩個端部處分別與用于耦合輸入微波的裝置(6)以及與電壓源(7)相連接，用該電壓源(7)可在電導體(3)和周圍的真空箱(2)之間生成電位差，其中，電導體(3)相對于用于耦合輸入微波的裝置(6)是電絕緣的。電導體(3)具有棒狀的造型或彎曲的走向。電導體(3)經(jīng)由穿通濾波器與電壓源(7)相連接。用于耦合輸入微波的裝置(6)朝向電導體(3)漏斗狀地展開，并且部分地或完全地用介電材料(11)充填。用于耦合輸入微波的裝置(6)具有沿著周邊伸展的槽形的凹口。
文檔編號H01J37/32GK103003913SQ201080061090
公開日2013年3月27日 申請日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月11日
發(fā)明者H.米格, K-M.鮑姆格特納, M.凱澤, L.阿爾貝茨 申請人:米格有限責任公司