專利名稱：用于等離子體增強化學(xué)汽相沉積的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及等離子體增強化學(xué)汽相沉積，特別是涉及利用脈沖等 離子體的等離子，強化學(xué)汽相5X^。
背景技術(shù)：
EP0522281A1公開了 一種^JU脈沖微^J^產(chǎn)生脈沖等離子體的方法^i殳 備。在這種情況中，在脈沖^^刀等離子體的點燃是靠高電壓脈沖或者靠微波 脈沖^itt支持的。但是，在脈沖持續(xù)期間維持具有相應(yīng)的微》^L生器功率的^泉燃的等離 子體可以導(dǎo)致待涂基&變熱，尤其使其表面變熱，該變熱會對溫敏'I^板的 產(chǎn)品性能產(chǎn)生不利影響。因此，在熱塑性塑料基板的情況下，例如會U表 面的軟化。此外，因為在脈沖期間被沉積的材料的量不但取決于該脈沖的時 間長度而且取決于它的功率，所以對所述微波功率的調(diào)節(jié)是復(fù)雜的，特別是 4#確的層厚是非常重要的情況下。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明基于解決上面提到的問題的目的。所述目的已經(jīng)通過獨立 權(quán)利要求的iJ級以極為簡單的方式而ii^。本發(fā)明有利的結(jié)構(gòu)和改i^M 權(quán)利要求中得以詳細說明。因此，本發(fā)明提l種利用等離子糾強汽相^^^^i^的方法，始物質(zhì)(starting substance)的處理氣體，其中所述涂層是通it^充滿處理氣 體的a表面的環(huán)境中射入電磁能點燃等離子體來沉積的。在此種情況中， 所述電磁能是以具有時間上隔開第一間斷的多個脈沖的多個脈沖序列的形式 而射入的，其中所射入的電磁能在所述的間斷內(nèi)關(guān)斷，并且其中，所述脈沖 序列之間的間斷比一個脈沖序列中的脈沖之間的第一間斷長至少3倍，優(yōu)選地至少5倍。對應(yīng)的一種可以用來執(zhí)行上述方法的利用等離子體增強汽相沉積來涂 ，敗的設(shè)備包含具有如下裝置的至少一個反應(yīng)器，所#置用于至少抽空待涂基板的J^面的部分環(huán)境，并iU:納進具有用于涂層的起始物質(zhì)的處 理氣體。所迷設(shè)備此外還具有產(chǎn)生脈沖電磁能的源，該源織到所ii^jL器， 以通過在充滿著所述處理氣體的J^L表面的環(huán)境中射入電磁能來點燃等離子 體以;^沉積涂層。提供了如下一種控制裝置，該控制裝置按照以具有時間上 隔開第一間斷的多個脈沖的多個脈沖序列的形式射入電磁能的方式來控制所 述源，其中所述源在第一間斷內(nèi)不工作，并且所逸詠沖序列之間的間斷比一 個脈沖序列中的脈沖之間的間斷長至少3倍，優(yōu)i^至少5倍。本發(fā)明因而基于這樣的事實，即，與諸如才艮梧EP0522281A1所知的利用 點燃脈沖周期性J4^進微^^沖不同，KL^利用點燃脈沖自身來產(chǎn)生等離子體。按照與EP0522281A1中同樣的方式，優(yōu)i4iikitii^目應(yīng)的以脈沖方式工作 的源偵月脈沖微波。以脈沖方式工作的射頻源同樣是適合的。特別說明，本發(fā)明的術(shù)語"微波"不^4示字面意思上的微波(即波* 孩沐范圍內(nèi)的電磁波)，而JL4示頻率在lGHz以上的電磁波。因此術(shù)語"微 波"還包含用于家用微波器具的頻率。因此適合的微波頻率還有如廣泛用于家 用微波器具的2.45 GHz的頻率。此外，具有磁電管的用于產(chǎn)生微波或射頻輻 射的源也^1適合的。由于電磁脈沖(例如，此外用于等離子體脈沖引發(fā)化學(xué)汽相沉積 (PICVD)的電磁脈沖)4財居本發(fā)明被分為短點燃脈沖序列，因此將對1^ 的加熱減至最小。由于脈沖序列中的單個脈沖，特別是像EP0522281A1中的 點燃脈沖，是根據(jù)它們的脈沖幅度而產(chǎn)生的，因此仍然可以實現(xiàn)對等離子體 的可靠點燃。單個脈沖序列之間更長的脈沖間斷因而用于盡可能充分地交換 處理氣體。這同時防止了在所述等離子體中出現(xiàn)不期望的反應(yīng)產(chǎn)物的富集。 在這點上，不排ft^"定量的電磁能仍然l^^在一個脈沖序列中的點燃脈沖之 間的情況，但是所述源是按照這種功率處于維持所述等離子體的閾值以下的 方式工作的。這樣是為了避免特別是通過維持在一個脈沖序列中的脈沖之間 的等離子體而更大面積 口熱皿的情況。本發(fā)明的其他優(yōu)點在于可以省去對功率的復(fù)雜調(diào)節(jié)，這是因為等離子體的產(chǎn)生僅僅依靠通常不太可調(diào)節(jié)的點燃脈沖來實現(xiàn)。因此，本發(fā)明的改進提 供了以非調(diào)節(jié)的方式l^^脈沖功率。從而，可以^^I具有非調(diào)節(jié)功率輸出的源。與已知的其中功率輸出被調(diào)整(例如通ii/磁電管中的電壓或電流的調(diào)節(jié))到預(yù)定值的等離子體涂覆裝置相比，這大大簡化了該類設(shè)備。不管是否進行功率調(diào)節(jié)，對于被《 、材料的量仍 "進行精確監(jiān)控。因此，出于這個目的，單個脈沖的脈沖功率或取決于該脈沖功率的至少一個變 量可以被測量并將其關(guān)于時間進e^、分，其中如果積分出的脈沖功率超出了 預(yù)定的閾值，則通過控制裝置*止該脈沖序列。在預(yù)定長度的間斷之后， 如上所述，可以開始下一個脈沖序列。出于這個目的，所述設(shè)備配備有一測 量裝置，該測量裝置相應(yīng)地測量脈沖功率或取決于該脈沖功率的至少一個變 量，其中控制裝置被設(shè)計用來將單個脈沖的測得的值關(guān)于時間進行積分，并度的間斷之后開始下一個脈沖序列。因此所述脈沖的被積分的測量變量提供 了在等離子體中沉積的能量的總值。在這種情況下， 一種可能是測量在用來 ^^入電磁能的波導(dǎo)管處輪^出的場強，然后將單個脈沖中的場強關(guān)于時間 進行積分。為了測量旨出的場強，所述測量裝置可以包括用于測量在用來 ^^入電磁能的波導(dǎo)管處輪^出的場強或功率的傳感器。另外的、另選的或附加的可能情況在于測量等離子體的iut強度并將其 關(guān)于時間進^^分。如果關(guān)于時間積分的光發(fā)射超出了預(yù)定的閾值，則可以 終止脈沖序列。出于這個目的，相應(yīng)地提供了一種用于測量等離子體的光強 的裝置，其中所迷控制裝置被設(shè)置為在關(guān)于時間積分的發(fā)光強M出了預(yù)定 的閾值的情況下終止脈沖序列。在這種情況下，測量光強的裝置不必檢測整 個的輻射強度。更合適的，所i^置還可以被設(shè)計用來光if^擇'^^測量發(fā)射頻i普的特定分量的強度。因此，例如當沉積二氧/R^層時，可以測量等離 子體的硅特性的鐠線的光強。由于本發(fā)明M照類似于M PICVD處理的方 式尤其適于氧化物層的沉積，因此也可以選擇'^Wr測氧的特性語線的強度。 另外的、另選的或附加的用于調(diào)節(jié)沉積工藝的可能情況在于測量單個脈 沖的脈沖功率或取決于該脈沖功率的至少一種變量并將其關(guān)于時間進行積 分。基于如此測得的變量，可以通過控制裝置來調(diào)節(jié)脈沖序列之間的間斷的 長度。同樣按照這種方式，可以設(shè)置單位時間的平均功率(其是關(guān)于多個脈沖序列而平均出的)。盡管才娘本發(fā)明的利用由^的間斷隔開的短脈沖的脈沖序列(脈沖序 列間被更長的間斷隔開)的操怍特別適于將對Jj仗的加熱減至最小，但Mit^M溫度自身還可以用作沉積處理的控制桐l出于這個目的，通ii^目應(yīng)地設(shè)置的控制裝置，可以;J^測lJtl的溫度，并J^于所檢測的溫度值，可M來說，如下的情形;l有利的，即，當a溫度位于預(yù)定值以上時，縮短 脈沖序列的長度，或者減小脈沖序列的長度與脈沖序列間的脈沖間斷的長度的比率；和/或當基敗溫度位于預(yù)定值以下時，延^L^沖序列的長度，或者 增大脈沖序列的長度與脈沖序列間的脈沖間斷的長度的比率。為了減少對M的加熱，單個點燃脈沖特別伏^it^保持為比脈沖序列的 長度短得多。特別地，如果脈沖序列中的脈沖具有比脈沖序列的持續(xù)時間的 1/10更短的持續(xù)時間是有利的。用在PICVD涂覆方法中的常用脈沖此外還具 有毫秒范圍內(nèi)的脈沖長度。4 本發(fā)明，這樣脈沖3tt被分為形成為點燃脈 沖的多*得多的脈沖。因此，優(yōu)it^采用脈吵序列中具有至多5微秒、甚 至^^5L^多2微秒持續(xù)時間的脈沖。


下面基于示例性的實施方式并參照附圖，對本發(fā)明進行更詳細地說明， 附圖中圖1表示具有例如iW技術(shù)已知的周期性脈沖推進的脈沖波形； 圖2表示具有才Nt本發(fā)明的連續(xù)脈沖的脈沖序列的圖；以及 圖3表示使用如圖2所示的脈沖序列，通過等離子體脈沖引發(fā)化學(xué)》'W目 ^^UM^tJ^的i殳備的示意圖。M實施方式圖1例示了例如S^技術(shù)中已知的才娥EP0522281A1的脈沖的賴UW沖 圖。幅值為U2且持續(xù)時間^為tu的周期性的脈沖M重疊在幅值為仏且 持續(xù)時間為T的微^J^沖上。依靠該周期性脈沖推進，等離子^^泉燃棘 靠在^ii之間的脈沖強度而維持。圖2表示例如才Mt本發(fā)明所使用的微波脈沖的圖。在這種情況下，脈沖 的功率L被繪制成為時間t的函數(shù)。該脈沖以持續(xù)時間為tt的脈沖序列的形式射A^應(yīng)器中。持續(xù)時間為tl 的每個脈沖序列1被細分為持續(xù)時間為t3的單個點燃脈沖3，其中在點燃脈 沖3之間，微波功率處于被中斷或關(guān)斷持續(xù)時間t4的情況下。單個脈沖序列 1被持續(xù)時間為t2的間斷而中斷。在這種情況下，脈沖序列1之間的間斷的 持續(xù)時間t2比脈沖序列1中的連續(xù)脈沖3之間的間斷持續(xù)時間t4長至少3 倍，M地至少S倍。在脈沖序列1中的單個脈沖3之間的微波功，選為 零。但是，例如由于作為源的磁電管的關(guān)斷特性使得在長度為t4的脈沖間斷 中仍然存在一定量的微波功率，因此所述功率低于維持脈沖序列之間的等離 子體所需的閾值功率。脈沖3還尤其遠遠短于脈沖序列的持續(xù)時間。^i^地，在脈沖持續(xù)時間 至多5微秒甚至至多2微秒的情況下持續(xù)時間t3比持續(xù)時間tl至少短10倍。在圖2中，單個脈沖3的脈沖功率^L^示為對于4^的脈沖來說具有相 同的幅值。但是實際上，特別是在^j ]未調(diào)節(jié)的、僅^5lA打開和關(guān)閉之一情 形的微波源來產(chǎn)生脈沖3的情況下，脈沖功率是可以變化的。圖3表示使用如圖2所示的脈沖序列，通過等離子體引發(fā)化學(xué)汽相^^H ;JM^^J^1的設(shè)備10的示意圖。設(shè)備10例^(^皮i殳計用于:^覆前燈球形帽形 式的基板12的內(nèi)表面14。出于這種目的，將球形帽12置于密封表面16上， 使得內(nèi)表面14相對于環(huán)境密封。借助于泵，經(jīng)由排放管線18，抽空如此產(chǎn)生 的環(huán)繞內(nèi)表面14的空間13。將具有#;冗積的層的起始物質(zhì)的處理氣體通過供 給管線20引入到隔離的空間13。借助于微波源22,經(jīng)由波導(dǎo)管24將微波傳 導(dǎo)到球形帽12。經(jīng)由波導(dǎo)管^^入空間13的微波點燃空間13中的等離子體。 作為結(jié)果，在等離子體中產(chǎn)生反應(yīng)產(chǎn)物，并JJt些反應(yīng)產(chǎn)物沉積到球形帽12 的內(nèi)表面14上成為涂層。作為氣態(tài)起始物質(zhì)，可以交^i^納進例如與氧氣 混合的硅前體和鈥前體，以產(chǎn)生氧化鈥/氧化睡的交替層。然后這些交替層 可以用作影響球形帽12的光學(xué)性能的干涉層系統(tǒng)。通常，例如HMDSO(六甲_|^^烷)適于作為硅前體。氯化鈥(TiCU) 特別適于沉積氧化鈥層。所沉積的交替層系統(tǒng)例如可以^i冷>SJt鏡層。微波源22以脈沖方式工作，其中源22以產(chǎn)生如圖2所示意性例示的脈沖序列波形的方式切換。在這種情況中，微波源的切^A通過控制裝置32來 完成的，控制裝置32按照射入時間上隔開第一間斷的多個脈沖的方iU目應(yīng)地 切換源22,其中所射入的電磁能在所述間斷內(nèi)關(guān)斷，并且其中脈沖序列之間 的間斷比一個脈沖序列中的脈沖之間的第一間斷長至少3倍，^i&至少5 倍。另外還可以設(shè)置測量裝置30,該測量裝置30通過窗口 28測量等離子體 的發(fā)光強度。然后通過控制裝置將所測得的值關(guān)于時間進^R分。如果積分 出的強M出了預(yù)定的閾值，則可以終止脈沖序列。這確保了獲得預(yù)定的層 厚。另i^Mil另外地，還可以調(diào)整脈沖序列之間的間斷的長度。另選地或另外地還可以將所述測量裝置設(shè)計為例如利用高溫測量計來 測量J414面的溫度。然后可以根據(jù)J41溫度來調(diào)整間斷的長度或脈沖序列 之間的間斷與脈沖序列的持續(xù)時間的比率。在這種情況中，當M溫度處于 預(yù)定值以上時，通過控制裝置32縮短脈沖序列的長度或減小脈沖序列的長度 與脈沖序列之間的脈沖間斷的長度的比率是有利的；和/或當J^溫M于預(yù) 定值以下時，延^l^沖序列的長度或增大脈沖序列的長度與脈沖序列之間的 脈沖間斷的長度的比率是有利的。另a或另外地，此外還可以在波導(dǎo)管24 JiM傳感器26，該傳感器 測量從孩么波源22耦合出的功率。所述傳感器26同樣連接到控制裝置32上， 使得可以按照與測量裝置30類似的方式偵月傳感器26的測量值，從而通過 控制裝置32來控制脈沖序列的長度。對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，顯然本發(fā)明不限于上述的示例性實施方式，而是可以以不同的方式進行改變。M來說，在不脫離本發(fā)明的本質(zhì)的 情況下，單個示例性實施方式的特M可以彼:J^且合或者可以省e^個M 特征。
權(quán)利要求
1.一種利用等離子體增強汽相沉積來涂覆基板的方法，其中至少抽空待涂基板的基板表面的部分環(huán)境并且容納進具有用于涂層的起始物質(zhì)的處理氣體，其中所述涂層是通過在充滿所述處理氣體的基板表面的環(huán)境中射入電磁能點燃等離子體來沉積的，其中，所述電磁能是以具有時間上隔開第一間斷的多個脈沖的多個脈沖序列的形式而射入的，所述多個脈沖序列優(yōu)選地為微波或射頻脈沖序列，其中所射入的電磁能在所述第一間斷內(nèi)關(guān)斷，并且其中，所述多個脈沖序列之間的間斷比一個脈沖序列中的脈沖之間的第一間斷長至少3倍，優(yōu)選地至少5倍。
2，如權(quán)利要求l所述的方法，其中，測量單個脈沖的脈沖功率或取決于 該脈沖功率的至少一個變量并將其關(guān)于時間進#^、分，其中，如果積分出的 脈沖功率超出了預(yù)定的閾值則通過控制裝置來終止該脈沖序列，并且在間斷后開始下一個脈沖序列。
3. 如前ii^利要求所述的方法，其中，測量單個脈沖的在用來M^入電 磁能的波導(dǎo)管處耦合出的場強并對其進行積分。
4. 如前述兩個權(quán)利要求之一所述的方法，其中，測量所述等離子體的發(fā) 光強度并將其關(guān)于時間進行積分，其中，如果關(guān)于時間積分出的光發(fā)射超出 了預(yù)定的閾值，則終止該脈沖序列。
5. 如前狄利要求之一所述的方法，其中，測量單個脈沖的脈沖功率或 取決于該脈沖功率的至少一個變量并將其關(guān)于時間進行積分，其中通過控制 裝JJ^于測得的變量來調(diào)整脈沖序列之間的間斷的長度。
6. 如前i^利要求之一所述的方法，其中，檢測^i^l溫度，并JL^于檢 測到的溫度值來調(diào)整脈沖序列的長度或脈沖序列之間的間斷的長度與脈沖序 列的長度的比率。
7. 如前ii^利要求所述的方法，其中，如果所ili^溫M于預(yù)定值以 上，則縮短脈沖序列的長度或者減小脈沖序列的長度與脈沖序列之間的脈沖 間斷的長度的比率；并且/或者如果所iii^L溫度處于預(yù)定值以下，則延長比率。
8. 如前i^K利要求之一所述的方法，其中，所述脈沖功率是以非調(diào)節(jié)的 方式^^入的。
9. 如前*利要求之一所述的方法，其中，脈沖序列中的脈沖具有比一個脈沖序列的持續(xù)時間的1/10 ^if的持續(xù)時間。
10. 如前a利要求之一所述的方法，其中，脈沖序列中的脈沖的持續(xù)時間至多5微秒，tt^至多2微秒。
11. 一種利用等離子體增強汽相沉積、尤其是利用前a利要求之一所 述的方法來涂a^板的設(shè)備，該設(shè)備包括具有如下裝置的至少一個反應(yīng)器， 所ii^置用于至少抽空待涂M的^i^面的部分環(huán)境，并JL^納進具有用 于涂層的船會物質(zhì)的處理氣體，并且其中，所述設(shè)備具有用于脈沖電磁能的源，優(yōu)i^fc是以脈沖方式工作的 微波或射頻源，該源耦接到所ii^應(yīng)器，以通過在充滿著所述處理氣體的基 錄面的環(huán)境中射入電磁能來點燃等離子體以及MH涂層，其中，所述設(shè)備具有如下的控制裝置，該控制裝置按照以具有時間上隔 開第一間斷的多個脈沖的多個脈沖序列的形式射入電磁能的方式來控制所述 源，其中，所述源在第一間斷內(nèi)不工作，并且其中，所逸詠沖序列之間的間 斷比一個脈沖序列中的脈沖之間的間斷長至少3倍，優(yōu)逸地至少5倍。
12. 如前a利要求所述的設(shè)備，其特征在于包括一測量裝置，該測量 裝置測量脈沖功率或取決于該脈沖功率的至少一個變量，其中，所述控制裝 置被設(shè)計為將單個脈沖的測得值關(guān)于時間進行積分，如果積分出的脈沖功率 超出預(yù)定的閾值則終止所述脈沖序列，并JMt預(yù)定長度的間斷^，開始下 一個脈沖序列。
13. 如前ii^利要求所述的設(shè)備，其中，所述測量裝置包括一傳感器， 該傳感器測量在用于^^入所述電磁能的波導(dǎo)管處輪^出的場強。
14. 如前述兩個權(quán)利要求之一所述的設(shè)備，其特征在于包括用于測量等 離子體的光強的裝置，其中，所述控制裝置被設(shè)置為在關(guān)于時間積分出的發(fā) 光強M出了預(yù)定的閾值的情況下終止脈沖序列。
15. 如前述權(quán)利要求之一所述的設(shè)備，其中，設(shè)置了如下的測量裝置， 該測量裝置可以測量脈沖功率或者取決于該脈沖功率的至少一個變量，其中所述控制裝置被設(shè)置為將單個脈沖的測得的變量關(guān)于時間進行積分，并iL^ 于積分出的測得變量來調(diào)整脈沖序列之間的間斷的長度。
16. 如前權(quán)利要求之一所述的設(shè)備，其特征在于包括用iM^測^i^l溫 度的測量裝置，其中，所述控制裝置基于檢測到的溫度值來調(diào)整脈沖序列的 長度。
17. 如前權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，所述控制裝置被設(shè)置如下當 a溫度處于預(yù)定值以上時，縮短脈沖序列的長度或減小脈沖序列的長度與 脈沖序列之間的脈沖間隔的長度的比率；并且/或者當141溫度處于預(yù)定值 以下時，延長脈沖序列的長度或增;>0詠沖序列的長度與脈沖序列之間的脈沖 間隔的長度的比率。
18. 如前權(quán)利要求之一所述的設(shè)備，其特征在于包括具有非調(diào)節(jié)的功 率輸出的源。
全文摘要
本發(fā)明基于減少在等離子體增強化學(xué)汽相沉積過程中對基板的加熱的目的。為此，提供了一種用于利用等離子體增強汽相沉積來涂覆基板的方法和設(shè)備，其中，至少抽空待涂基板的基板表面的部分環(huán)境并且容納進具有用于涂層的起始物質(zhì)的處理氣體，其中所述涂層是通過在充滿所述處理氣體的基板表面的環(huán)境中射入電磁能點燃等離子體來沉積的。所述電磁能是以具有時間上隔開第一間斷的多個脈沖的多個脈沖序列的形式而射入的，所述多個脈沖序列優(yōu)選地為微波或射頻脈沖序列，其中所射入的電磁能在所述第一間斷內(nèi)關(guān)斷，并且其中，所述多個脈沖序列之間的間斷比一個脈沖序列中的脈沖之間的第一間斷長至少3倍，優(yōu)選地至少5倍。
文檔編號C23C16/50GK101220469SQ200710308199
公開日2008年7月16日 申請日期2007年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月10日
發(fā)明者克里斯托夫·默勒, 托馬斯·尼克羅斯, 托馬斯·庫伯爾, 拉斯·布蘭德特, 拉斯·貝維格 申請人:肖特股份公司