專利名稱：用等離子體cvd涂敷或處理襯底的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及涂敷襯底的方法，其中一種能沉積或涂層的反應(yīng)氣體流過待涂表面，該反應(yīng)氣體是由波導(dǎo)管中產(chǎn)生的微波激發(fā)的活化帶狀等離子體。本發(fā)明也涉及一種裝置，用該裝置可以實現(xiàn)本發(fā)明之涂敷方法及用等離子體對襯底表面作表面處理。
為了改善不同材料的表面可涂敷性，人們常利用由超高頻，高頻或低頻放電及直流放電產(chǎn)生的等離子體。用該技術(shù)清潔或腐蝕表面以提供可印涂的塑料表面，也就是說，借助液體改變表面的浸潤性，并使涂敷襯底具有硬的，抗劃傷的涂層，或者具有良好改善的光和電特性(干涉層系，彩色層，導(dǎo)電層)的涂層。在許多應(yīng)用場合，重要的是這種處理或涂敷具有高的均勻性，并考慮了其它各種特性，如層厚，含孔度，折射率和導(dǎo)電性。這一點(diǎn)通常取決于作用在整個表面上的等離子體是否均勻。
在DE-OS3830249中公開了一種對大面積的平面襯底進(jìn)行涂敷的等離子體(CVD)方法。其中，等離子體電極是方陣排列的并安置在待涂表面的上方或下方，并且，兩個相鄰等離子體電極間的距離是處于這樣的尺寸值上，即它們的等離子體柱是彼此重疊的。這種布置的缺點(diǎn)是由天線發(fā)出的微波能量沒有以完全均勻的能量輸入形式疊加到等離子體中。此外，還可能出現(xiàn)天線輻射波的干涉效應(yīng)，這同樣影響均勻性。
在DE-PS3147986中公開了一個產(chǎn)生微波等離子體的裝置，以用于處理襯底，其中使用了一波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，它稱為“低波結(jié)構(gòu)”。因為沿波導(dǎo)結(jié)構(gòu)輸入至等離子體的能量是減少的，所以這種裝置也總是產(chǎn)生不均勻的帶狀等離子體。
在由M.Geisler，J.Kieser，E.Raiichle，R.wilhelm，編撰的“真空科學(xué)與技術(shù)”雜志的A8，908上的文章“共振加熱等離子源的長形微波電子加速器”中，公開了一種永久磁鐵的帶狀布置(ECR)方案和一個微波饋送裝置以借助長形喇叭形天線產(chǎn)生帶狀等離子體。
通過襯底與帶狀等離子體間的相對運(yùn)動雖然沿運(yùn)動方向上可得到一良好均勻的處理或涂敷，而在所有變形方案中等離子體的均勻性在帶狀方向上都是不夠的。這種低波結(jié)構(gòu)的單維格陣不會使能量完全均勻地輸入至等離子體中，即使這兩種天線相互錯開布置也是如此。
除了具有如低波結(jié)構(gòu)同樣的問題外，這種ECR布置的內(nèi)在缺點(diǎn)是需要低的過程壓力。如果人們希望獲得通常所希望的高的涂敷效率的話，就須應(yīng)用泵速的真空泵，以便能夠在低的過程壓力下泵出大的質(zhì)量流。這樣就形成了不希望的高昂設(shè)備費(fèi)用。此外，對有關(guān)負(fù)荷鎖止系統(tǒng)的泄漏率要求也提高了。
這種布置的另外缺點(diǎn)是，達(dá)到要求的工作壓力需要長的啟動時間。
在DE-OS3926023中公開了一種制造涂層的CVD-涂敷方法和實施該方法的裝置，其中，在帶有待涂層的襯底的反應(yīng)腔上方，設(shè)置一金屬管形的帶有隙縫開口的前腔。在該前腔中產(chǎn)生微波并激化出一種等離子體。而對輸入至反應(yīng)腔中的反應(yīng)氣體的激化是由已激化的，從等離子體流入反應(yīng)腔中的組分完成的。因此，等離子體主要位于前腔中，而不是反應(yīng)腔中。為了涂敷大面積的襯底，故使襯底垂直于前腔隙縫形開口運(yùn)動。這種方法的缺陷在于，因為間接的激化，所以只能達(dá)到很小的涂敷效率和反應(yīng)速率。這種方法不怎么適應(yīng)于，例如，制造微小孔隙率的完全氧化的致密涂層。
因此本發(fā)明之目的是提供這樣一種方法和裝置，它能夠特別經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行大面積的襯底的涂敷，特別是在較短的時間內(nèi)完成，并且產(chǎn)生之涂層不僅在致密性方面還是在均勻性方面都將優(yōu)于按照現(xiàn)有技術(shù)中的CVD等離子涂敷方法所產(chǎn)生的涂層。
根據(jù)對說明書及權(quán)利要求書之進(jìn)一步研究，本發(fā)明之其它目的和優(yōu)點(diǎn)對本技術(shù)領(lǐng)域之熟練技術(shù)人員來說是很明顯的。
就方法而論，本發(fā)明涉及一種處理或涂敷襯底的方法，其中，當(dāng)激化時，一種能將一種物質(zhì)沉積到襯底上的反應(yīng)氣體流流過待涂敷表面，而這種反應(yīng)氣體借助于在一波導(dǎo)管中產(chǎn)生的微波而激化成一帶狀的等離子體，還包括(a)在一具有正方形橫截面的波導(dǎo)管裝置中，將兩駐波激化并使之相互垂直地偏振，同時，相互間以1/4波長差移動;(b)通過設(shè)置在波導(dǎo)管裝置的一條棱邊上的縱向隙縫將微波與等離子體耦合。
就裝置而論，本發(fā)明涉及實現(xiàn)本發(fā)明方法的裝置，其包括一個用以容納對其一個表面待處理或涂敷的襯底的反應(yīng)腔，該反應(yīng)腔帶有一個將反應(yīng)氣體輸入到反應(yīng)腔的氣體輸入件，還包括一個與反應(yīng)腔相鄰的波導(dǎo)管，并在其中分別激化出波長為λh1和λh2的微波，其中包括(a)波導(dǎo)管具有用第一封閉端壁封閉的第一端部和用第二封閉端壁封閉的第二端部;(b)以相距L1＝λh2/2(n+1/2)的距離裝在波導(dǎo)管中并相互交叉的第一和第二微波偏振器;(c)用于輸入微波的第一和第二微波輸入件，其分別置于第一端壁和第一偏振器之間及第二端壁和第二偏振器之間，所以，每個偏振器能被相鄰的微波輸入件輸入的微波穿過，而不能被遠(yuǎn)離該偏振器設(shè)置的微波輸入件輸入的微波穿過，其中，(ⅰ)在每個端壁和遠(yuǎn)離該端壁設(shè)置的偏振器之間的距離在任何情況下都允許形成駐波;(ⅱ)波導(dǎo)管具有一正方形的橫截面和縱向邊棱，在一個邊棱上并在偏振器間的范圍內(nèi)置有一長度為S，寬度為b1的耦合隙縫，它具有一個由可通過微波的材料制成的窗件，其相對反應(yīng)腔封蓋住。
可以發(fā)現(xiàn)，使用本等離子體CVD涂敷襯底的方法是遠(yuǎn)遠(yuǎn)地比傳統(tǒng)的等離子體CVD涂敷方法獲之涂層均勻得多的，由于此時，為了產(chǎn)生帶形等離子體，在波導(dǎo)管中激勵出的兩個相互垂直偏振的駐波，它們相互間以1/4波長差移動，而將微波耦合到等離子體上是用一個縱向隙縫(耦合隙縫)完成的，該隙縫置于最好為正方形截面波導(dǎo)管的一個邊棱上。在任何情況下，微波都是在波導(dǎo)管的端部饋入的。
使用兩個相互間以1/4的波長差移動的駐波帶來之優(yōu)點(diǎn)是一個駐波之波節(jié)正好落在另一駐波的波腹，因此，輸入給等離子體的能量就基本上是均勻的了。
使用兩個偏振方向相互垂直的偏振波具有的優(yōu)點(diǎn)是這兩個波不相互干擾，因此是彼此獨(dú)立的。對于這種形式的線性偏振波，可發(fā)現(xiàn)在正方形截面的波導(dǎo)管棱邊上有相同的條件，從而有利于在波導(dǎo)管的一條棱邊上設(shè)置耦合隙縫。
已經(jīng)證實，由于微波是在波導(dǎo)管兩個相對端輸入的，因此一個微波在等離子帶方向以及波導(dǎo)管的方向上與等離子體耦合而產(chǎn)生的功率下降將通過在這一方向上出現(xiàn)的并從另一側(cè)供入的微波的功率升高得到很大程度的補(bǔ)償。由于這兩個微波的功率下降總是可用依賴于阻尼的指數(shù)函數(shù)進(jìn)行描述，所以，雖然事實是，在波導(dǎo)管的中間，功率達(dá)到最小值，但是該最小值還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)地比現(xiàn)有技術(shù)方法中的下降少的多。這就意味著，沿波導(dǎo)管實現(xiàn)了一個遠(yuǎn)遠(yuǎn)改善的均勻度，因此，等離子體作用于襯底上的均勻性也得到了相當(dāng)程度的改善。
由于波導(dǎo)管的內(nèi)腔與反應(yīng)腔是分開的，故與DE-OS3926023對照，等離子體是完全流進(jìn)反應(yīng)腔中的，所以，等離子體就直接位于襯底的上方。從而可實現(xiàn)高的涂敷速率和反應(yīng)速率。此外，襯底和等離子體的直接接觸也是很有利的，因為涂層可具有較高的致密性和較小的孔隙率。
波導(dǎo)管一個棱邊中的耦合隙縫阻斷了該波導(dǎo)管的集膚電流j。這些電流在棱邊區(qū)域沿波導(dǎo)管縱向X的變化符合下列方程j1＝j(luò)0＊Sin(a＊x)和j2＝j(luò)0＊Cos(a＊x)其中a＝2π/λh，j0表示波導(dǎo)管最大的集膚電流。λh表示波導(dǎo)管中的波長;即當(dāng)具有兩個相同波長的駐波時，該波長為駐波波長，當(dāng)駐波波長不同時，是兩個波長之平均值。此外，阻尼作用假定為小得可略去不計。
在本發(fā)明第一個實施例中，應(yīng)用了兩個不一致的微波發(fā)生器，以產(chǎn)生兩個具有不同波長λh1和λh2的微波。最好，這兩個波長λh1和λh2的相互差別小于1%。其優(yōu)點(diǎn)在于由集膚電流j1和j2所發(fā)出的單個功率P1和P2可迭加成總功率P，而且這個總功率沿著耦合隙縫到處是一樣的，亦即與座標(biāo)X無關(guān)P＝P1+P2＝P0＊Sin2(ax)+P0＊Cos2(ax)＝Po此處P0表示最大功率。
為了改善反應(yīng)氣體與新鮮氣體的交換，在一個優(yōu)選的實施方案中，微波發(fā)生器在時間間隔td期間是周期地工作的，而在時間間隔tp期間是關(guān)閉的，該時間間隔td最好處于0.5至2ms之間，時間間隔tp在1和100ms之間。
按照第二個實施例，所用之微波發(fā)生器是相同類型并一致的。它們是交替地脈沖式工作的。在該實施例中波長λh1和λh2是相等的。在時間間隔td內(nèi)，該微波發(fā)生器是交替地脈沖式工作的，并且脈沖的周期長tA相對于等離子體中的特性反應(yīng)時間，沉積時間和氣體交換時間而言是小的。最好，周期時間tA處于1μs至100μs之范圍內(nèi)。在這種情況下，僅僅與涂敷或等離子體處理相關(guān)的平均功率變得與座標(biāo)X無關(guān)了。因此，通過由耦合隙縫發(fā)出的微波均可以在一維方向(X方向)激發(fā)產(chǎn)生均勻等離子體。
就微波頻率而論，本發(fā)明所用的頻率范圍為400MHz至10GHz。
為了能夠處理或涂敷大面積的襯底，該襯底可相對于耦合隙縫，或者耦合隙縫相對于襯底作垂直運(yùn)動。
按照襯底的某些材料及在襯底上涂敷的涂層材料之需要，對襯底進(jìn)行加熱處理是有利的，而對于另外材料組合時，反而是在處理或涂敷過程中對襯底進(jìn)行相應(yīng)的冷卻是有利的。
實施該方法的裝置具有一用以容納待處理或涂敷的襯底的反應(yīng)腔，一用來輸入反應(yīng)氣體的氣體入口通入反應(yīng)腔中。在反應(yīng)腔的鄰近設(shè)置一波導(dǎo)管，它具有直角形的最好為正方形的橫截面，該波導(dǎo)管的兩端都由端壁封住。
在波導(dǎo)管中相隔L1＝λh/2(n+1/2)的距離，設(shè)置兩個偏轉(zhuǎn)交叉的微波偏振器。
可稱為微波源的微波輸入件安置在相應(yīng)的封閉端壁和設(shè)于該封閉端部區(qū)壁上的偏振器之間。由于最好是輸入一個H10波型和一個H01波型，因此，微波輸入件也應(yīng)在波導(dǎo)管側(cè)壁上相互錯開90°設(shè)置。
由該輸入件輸入的微波可穿過與該相應(yīng)的輸入件相鄰的偏振器，而輸入的微波總不能穿過設(shè)置得遠(yuǎn)離該輸入件的偏振器。因此，對于兩個輸入的微波來說，在任何情況下，在相應(yīng)的封閉端壁和更遠(yuǎn)處的偏振器之間，以此方式就可使波導(dǎo)管構(gòu)成一個、駐波形成于其中的調(diào)諧腔，此時，該封閉端壁和更遠(yuǎn)處的偏振器間的距離總是半個調(diào)諧腔波長λh1或λh2的倍數(shù)。
為使兩個駐波以相互間λh/4的波長差移動，那么，封閉端壁和與該壁相鄰的偏振器之間的距離要調(diào)節(jié)到λh/4或者是λh/4的奇數(shù)倍。
在兩個微波偏振器之間，在波導(dǎo)管一個縱向棱邊上設(shè)置一個長為S寬為b1的耦合隙縫，它借助一個可由微波穿過的材料制成的窗件相對反應(yīng)腔封閉住。
在波導(dǎo)管和反應(yīng)腔之間完全的空間隔開提供的優(yōu)點(diǎn)是該涂敷材料不會在不希望的位置上沉積。該波導(dǎo)管之內(nèi)腔應(yīng)處于一最好為1bar的壓力下，從而可避免在波導(dǎo)管中發(fā)生不希望的等離子體激化。
為了在任何情況下都能用不同的波長，并且不必使用特殊配合的波導(dǎo)管，因此，偏振器和/或封閉端壁設(shè)置成在軸向上是可移動的。這種端壁和/或偏振器的可移動性就允許在任何情況下波導(dǎo)管都能適應(yīng)于相應(yīng)輸入的微波波長。
根據(jù)一個優(yōu)選的實施例，將耦合隙縫設(shè)置成一個長度為d的耦合通道的結(jié)構(gòu)，以便可改變與等離子體之耦合程度，這種耦合通道是如此構(gòu)成的，即在耦合隙縫的邊緣上設(shè)置有基本上沿徑向向外延伸的邊界壁。該長度d與相應(yīng)的微波波長λh密切相關(guān)。當(dāng)選定d＝λh/4時，耦合較弱，同時沿波導(dǎo)管之阻尼也較小。較小的阻尼是指在波導(dǎo)管的軸向上功率下降是微小的。因此，沿耦合隙縫方向可以得到極均勻的等離子體。當(dāng)選定d＝0時，這與省去邊界壁的意義相同，人們就獲得一強(qiáng)烈的耦合及由此而來的強(qiáng)大的阻尼。因此，帶狀等離體的均勻性下降。但是人們期望的最好是一個盡可能小的阻尼，這意味著，d最好置于λh/4值。在某些情況下盡管耦合較小，但提供給等離子體的功率輸入?yún)s是可與強(qiáng)烈耦合相比擬的，因為此時調(diào)諧腔的Q因子是提高的。微波在波導(dǎo)管中是往返運(yùn)動多次的，所以，由微波發(fā)出的功率就會與一個強(qiáng)烈耦合波同樣的巨大;但此時，該強(qiáng)烈耦合波則由于阻尼原因在波導(dǎo)管中只有少數(shù)幾次運(yùn)行。
波導(dǎo)管置于一金屬天線座上，同時，耦合隙縫面朝天線座。該天線座基本上由金屬板構(gòu)成，其中設(shè)置一個隙縫，其寬度與耦合隙縫之寬度相一致。在波導(dǎo)管裝上后，耦合通道的邊界壁與天線座形成傳導(dǎo)連接。其優(yōu)點(diǎn)是在耦合隙縫區(qū)域中斷的集膚電流可以傳入天線座中。
將耦合隙縫或合通道封閉的微波窗是嵌入天線座中的，并且最好安置在密封元件上，因此，波導(dǎo)管的內(nèi)腔相對于反應(yīng)腔是完全密封隔開的。且這是完全必要的，原因是波導(dǎo)管中的壓力最佳達(dá)到1000mbar，而此時反應(yīng)腔中的壓力只有大約1mbar。
天線座的寬度b2最好是耦合隙縫寬度b1的倍數(shù)。天線座的寬度的選擇確定了等離子區(qū)在垂直于波導(dǎo)管縱軸方向上的延伸寬度。通過其將反應(yīng)氣體的所有組分輸入(反應(yīng)腔)的氣體輸入件置于天線座的側(cè)邊，并且最好終止在反應(yīng)腔中的微波窗之前。氣體輸入件的出口最好調(diào)節(jié)至天線座的寬度，以使反應(yīng)氣體能精確地輸入到激化等離子體區(qū)域內(nèi)。氣體輸入件基本上沿耦合隙縫的整個長度上延伸。氣體輸入件對面是氣體排出件，它也在耦合隙縫的幾乎整個長度上延伸。在該氣體排出件上連接著抽真空裝置，因此，可以不斷地使新的反應(yīng)氣體輸入并經(jīng)過襯底，即可進(jìn)行連續(xù)地涂敷操作。根據(jù)需要，處理或涂敷襯底時，可應(yīng)用常規(guī)的冷卻和/或加熱裝置以對襯底進(jìn)行冷卻或加熱。
為了能夠涂敷面積大的襯底，或者是將該襯底設(shè)置成是可運(yùn)動的，或者是將帶天線座和氣體輸入、輸出裝置的波導(dǎo)管設(shè)置成是可運(yùn)動的。借助該裝置，例如可以對管件之內(nèi)壁進(jìn)行涂敷，因為該微波裝置是如此緊湊的，以致于它可以完全插入該管件內(nèi)部，然后進(jìn)行涂敷;涂敷時，或者是讓涂敷的管件旋轉(zhuǎn)，或者是管件固定，而讓微波裝置旋轉(zhuǎn)。在這兩種情況下，等離子體都沿待涂敷的管件內(nèi)壁面作圓周運(yùn)動。
這種裝置還適合于對稍帶曲面的襯底的涂敷。為此，波導(dǎo)管在軸向上也是彎曲形的。為了涂敷兩維方向上的曲面襯底，可使用一在軸向彎曲的波導(dǎo)管，并使其沿著一個與襯底曲率配合的彎曲軌跡運(yùn)動。
最好在襯底背離波導(dǎo)管的一側(cè)安置一個頂板。該頂板之任務(wù)是使得用于激化的微波場在空間內(nèi)集中起來。此外，該頂板還可以設(shè)置成可加熱的，因此涂敷工作可以在升高的溫度下進(jìn)行。
為了能夠?qū)崿F(xiàn)兩個方法變型方案，該輸入件連接到兩個提供相同波長或不同波長微波的微波發(fā)生器上。當(dāng)使用相同的微波發(fā)生器時，即它們產(chǎn)生相同波長的微波，那么該微波發(fā)生器在時間間隔td內(nèi)通過一個適當(dāng)?shù)难b置產(chǎn)生交變脈沖，并且脈沖周期tA處于1μs至100μs的范圍內(nèi)。
下面借助附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明實施例，其中

圖1是本發(fā)明裝置的一個波導(dǎo)管透視圖;
圖2是沿圖1所示波導(dǎo)管的Ⅱ-Ⅱ線剖開的剖視圖，并帶有天線座和反應(yīng)腔;
圖3是圖2所示剖面圖的局部詳細(xì)圖;
圖4是用以說明集膚電流的帶天線座的波導(dǎo)管透視圖;
圖5是電場隨座標(biāo)X變化的圖解曲線;
圖6是功率輸入隨坐標(biāo)軸X的變化曲線;
圖7是供入波導(dǎo)管中的脈沖功率隨時間變化的兩條曲線A和B;
圖8是對玻璃管內(nèi)部進(jìn)行涂敷的一個裝置實施例示意圖。
圖1描述的是波導(dǎo)管1的透視圖，該波導(dǎo)管的橫截面在此處所示的實施例中是具有邊長為a的正方形，而波導(dǎo)管之總長用L3表示。
在該波導(dǎo)管1的端部區(qū)域內(nèi)設(shè)置了微波輸入件7和8，它們與微波發(fā)生器(未示出)相連接。在此處所示的實施例中，該微波輸入件7終止在波導(dǎo)管1的側(cè)壁32上。因此，由該微波輸入件7則可將H10波型輸入至波導(dǎo)管1中。雙箭頭9說明了該H10波型的電場(E-Feld)方向。
輸入件8連接在波導(dǎo)管1的側(cè)壁33上。通過該輸入件8將H01波型輸入波導(dǎo)管1中。而雙箭頭10則表示該H01波型的電場(E-Feld)方向。
波導(dǎo)管1的端面是由一個第一封閉端壁2和一個第二封閉端壁3與外部隔開的。這兩個封閉端壁2和3設(shè)置成是可沿軸向運(yùn)動的。這一點(diǎn)可由箭頭11和12表明。
在波導(dǎo)管1的內(nèi)腔中，安置兩個微波偏振器4和5，該第一微波偏振器4允許由輸入件7輸入的垂直偏振微波通過。該第二微波偏振器5是與輸入件8相鄰安置的，并且允許由輸入件8輸入的水平偏振的微波通過。這兩個微波偏振器4和5間的距離為L1＝λh/2(n+1/2)，其中n是一個大于零的整數(shù)。
由輸入件8輸入的H01波型不能通過偏振器4。與此相對應(yīng)，由輸入件7輸入的H10波型不能通過偏振器5。該第一封閉端壁2至第二偏振器5的距離是如此選定的，亦即，在封閉端壁2和偏振器5之間形成H10波型的駐波。同樣，第二封閉端3和第一偏振器4間的距離是如此選定的，以便于形成H01波型的駐波。為了確保這兩種波以λh/4波差移動，那么，第一封閉端壁2和第一偏振器4之間距離以及第二封閉端壁3和第二偏振器5間的距離應(yīng)為波長λh/4的奇數(shù)倍在兩個偏振器4和5之間，在波導(dǎo)管1的前棱邊處設(shè)置一個耦合槽6，其長度為S。最好該耦合槽6稍短于兩個微波偏振器4，5間的距離。
在圖2中可以看到一沿圖1所示實施例中Ⅱ-Ⅱ線剖開的剖視圖，其中還給出了其上安置著波導(dǎo)管1的天線座13。因為耦合槽6是設(shè)置在波導(dǎo)管1的一個棱邊上的，因此，波導(dǎo)管就利用其邊壁34和35放置在天線座13上。該天線座13由導(dǎo)電材料，最好是金屬制成。該天線座13具有一種平板形結(jié)構(gòu)，其中部設(shè)置一個長形槽，該槽的寬度基本上與圖3所示的寬度b1相一致。
正如圖2和3中可看出的那樣，在波導(dǎo)管1上，在耦合槽6的區(qū)域內(nèi)設(shè)置有向外延伸的邊界壁24和25，從而構(gòu)成一個長度為d的耦合通道26，該耦合槽6的寬度b1是如此選定的，亦即一方面在邊界壁24和25之間不存在凸起部，另一方面在軸向上不會有微波擾動。
該耦合槽6或耦合通道26是通過一個微波窗15與下邊安置的反應(yīng)腔31封閉的。因為邊界壁24，25是與天線座13密封連接的，并且，波導(dǎo)管1的內(nèi)腔相對反應(yīng)腔31也是真空密封的，所以將微波窗15靠置在密封件19上，而密封件19安置在天線座13中。該微波窗15是如此嵌置在天線座13中的，即天線座13的側(cè)邊段14a和14b與微波窗15搭接。
在微波窗15的下邊示意地描述繪了等離子區(qū)18。通過氣體輸入口20往該等離子區(qū)中輸入反應(yīng)氣體。該氣體輸入口20是安置在天線座的側(cè)邊的，并且延伸至基本上與耦合槽6相同的長度，在該氣體進(jìn)入口的對面，在天線座的側(cè)邊設(shè)置有氣體排出口21，而且該氣體排出口21是設(shè)置成隙縫形狀的，也在耦合槽6的整個長度上延伸。該氣體進(jìn)入口終止于所示位置，亦即在微波窗15的正前方位置。
該襯底17是在耦合槽6的F邊沿Y方向推入的，因此，等離子區(qū)18在襯底的待涂敷表面上經(jīng)過。由于等離子區(qū)18在X方向上是均勻的，并且襯底17是連續(xù)地在Y方向上移動的，所以在襯底17上就涂敷出一個兩維方向均勻之涂層。
在襯底17的下邊還設(shè)置一個頂板16，在需要時它可設(shè)置成加熱式的。該頂板16同樣是電導(dǎo)體。
圖3是圖2所示裝置的局部詳細(xì)描述。箭頭22a和22b表示波導(dǎo)管1中的集膚電流，這些電流在圖4中表示得更清晰。由于波導(dǎo)管1與邊界壁24和25是導(dǎo)電連接的，故集膚電流22a和22b將在金屬的天線座13中發(fā)展傳導(dǎo)，并形成電流23a和23b。這些電流圍繞微波窗15而流動。因此，電力線從側(cè)邊段14a和14b處流出，然后進(jìn)入等離子區(qū)18中。
正如從圖4中看出的那樣，在等離子區(qū)18中，因為設(shè)置了頂板16而產(chǎn)生了用箭頭36表示的輸入微波場。等離子區(qū)18的寬度基本上通過天線座13的寬度b2來確定。
耦合通道26的長度d是如此選定的，亦即通過與等離子體的良好耦合，可在軸向上獲得相當(dāng)高度的均勻性。在圖6中描述了功率輸入沿座標(biāo)軸X的圖解曲線。曲線a2描述了通過微波輸入件7輸入的H10波型的功率輸入。曲線a1表明通過微波輸入件8輸入的H01波型的功率輸入。通過將兩條曲線a1和a2的疊加就得到一條特性曲線，用曲線A表示。曲線A、B和C的分布十分明顯地取決于參數(shù)d，同時隨著d的增長，功率輸入的下跌就變得微小。出于這個原因，選擇d大于0，最好選擇的數(shù)值為λh/8至λh/4之間。
在圖5中描繪了兩種駐波H01和H10型隨座標(biāo)軸X的變化曲線。在上邊的曲線中，封閉端壁2設(shè)置于X＝0處，而在下邊的曲線中，封閉端壁3設(shè)置于Xw處。偏振器4和5的位置是用虛線表示的。可以看出，在上邊的曲線中，在端壁2和偏振器5之間構(gòu)成一駐波，同時，在下邊的曲線中，在偏振器4和端壁3之間邊產(chǎn)生一駐波。兩個駐波是相互間以1/4波長差錯開的。
按實施例之一，可用微波輸入件7和8輸入波長相同的微波。在這一實施方案中，微波是脈沖式的，并具有一周期時間tA。在圖7上邊表示的曲線是通過微波輸入件7輸入的功率P1，而下邊的曲線是通過微波輸入件8輸入的功率P2。周期時間tA在這兩種情況下是相同的，但是，在微波輸入件8進(jìn)行輸入時，微波輸入件7總是停止輸入的，反之亦然。為了改善反應(yīng)容器中的氣體交換，微波發(fā)生器在時間間隔td內(nèi)是周期性接通的，并在時間間隔tp內(nèi)斷開。在斷開的間隔tp期間，可以用新鮮的反應(yīng)氣體將原有的氣體從反應(yīng)腔中擠出。
圖8表示了另一實施例，其適應(yīng)于涂敷玻璃管30形式的襯底內(nèi)部(對應(yīng)于圖1和4中的襯底17)。天線座13和微波窗15的曲率最好與玻璃管的曲率半徑匹配。為了進(jìn)行涂敷，有兩個可能的方式，即波導(dǎo)管1是靜止的而玻璃30圍繞波導(dǎo)管1旋轉(zhuǎn);或者是該玻璃30是靜止的，而波導(dǎo)管1在管件30中旋轉(zhuǎn)。
下邊的表1和2概述了實施例中波導(dǎo)管尺寸及TiO2涂層的過程參數(shù)。
表1用2.45GHz微波頻率的波導(dǎo)管尺寸尺寸參數(shù)數(shù)值a73mms580mmL1605mmL2715mmL3825mmλh220mm天線座寬度b250mm表2:TiO2涂層的過程參數(shù)過程參數(shù)數(shù)值頻率2.45GHz脈沖能量2×6.0kw脈沖持續(xù)期td1ms脈沖中斷間隔期tp9ms周期時間tA0.1ms
平均能量1.2kw質(zhì)量流O21.5slm質(zhì)量流Ticl415sccm過程壓力1mbar襯底移動10cm/min(厘米/分)可以相信，無需更詳細(xì)描述，本領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員可用前述之說明將本發(fā)明擴(kuò)展至最大的范圍。因此，以下之優(yōu)選實施例僅作為說明用，無論如何都不是限制所公開的其余內(nèi)容。
在前述和下述的例子中，所有溫度值都是未經(jīng)修正的攝氏溫度，并且除非另有說明，所有組分及百分比都是以重量計的。
上述和下面列出的所有公開的申請，專利及出版物和相應(yīng)的德國申請P4114108.3在此都作為參考資料用。
實施例1利用圖1-3和8中所示之裝置涂敷一內(nèi)直徑為600mm，外直徑為640mm，長605mm的玻璃管17之整個內(nèi)表面，涂層厚度為150nm的TiO2，含有1.5slmO2和15sccm TiCl4的反應(yīng)氣體流經(jīng)反應(yīng)腔，并讓玻璃管繞波導(dǎo)管1以0.053轉(zhuǎn)/分的速度旋轉(zhuǎn)，借助于加熱板16將該襯底玻璃管加熱至90℃。TiO2涂層在光波長為632nm時具有的折射率為2.44。這很接近TiO2塊狀材料經(jīng)銳鈦礦處理后的總體值，因此表明該涂層是厚度致密和低孔率的。
實施例2利用圖1-3所示之裝置涂敷一寬度為605mm的石英玻璃板，該板以100mm/min的速度作垂直于波導(dǎo)管1軸線X方向的運(yùn)動，含有1.5slmO2和15sccm ccl2F2的反應(yīng)氣體流經(jīng)過反應(yīng)腔，當(dāng)用等離子體處理后，就清除了在用等離子體處理前留在石英玻璃表面的有機(jī)污染物，并且將處理過的石英玻璃表面30nm厚的層料腐蝕掉，從而留下完全清潔的玻璃表面以用于進(jìn)一步處理。
將前述實施例中的本發(fā)明一般性或特別描述的反應(yīng)劑和/或工作條件加以取代，則前述各實施例仍可同樣成功地重復(fù)實現(xiàn)。
根據(jù)前面之描述，本領(lǐng)域內(nèi)之熟練技術(shù)人員可容易地認(rèn)識到本發(fā)明的基本特點(diǎn)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思和范圍下可做出不同的變化和修改，以適應(yīng)于不同的用途和條件。
權(quán)利要求
1.一種處理或涂敷襯底的方法，其中，一種能在激化時將一物質(zhì)沉積到襯底上的反應(yīng)氣體流過待涂敷的表面，而這種反應(yīng)氣體借助在一個波導(dǎo)管中產(chǎn)生的微波可激化成一帶狀的等離子體，其還包括(a)在一橫截面為正方形的波導(dǎo)管裝置中，將兩個波長為λh1，λh2的駐波激化，并使之相互垂直地偏振，同時相互間以1/4波長差移動；(b)由設(shè)置在波導(dǎo)管裝置一棱邊上的縱向隙縫實現(xiàn)微波與等離子體耦合。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于兩個駐波的波長λh1和λh2是不同的。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于兩個駐波的波入λh1和λh2間的差別小于1%。
4.如權(quán)利要求1所述的方法其特征在于微波是用兩個微波發(fā)生器產(chǎn)生的，并且該微波發(fā)生器是在時間間隔td內(nèi)周期地接通，而在時間間隔tp內(nèi)是周期地斷開的，從而改善了處理襯底期間的氣體交換。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于該微波發(fā)生器產(chǎn)生兩個相同波長的微波，即λh1＝λh2＝λh，并且在它們接通的時間間隔td內(nèi)是交替地脈沖式工作的，其脈沖周期時間tA相對于等離子體中的反應(yīng)時間，沉積時間和氣體交換時間而言是較小的值。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于接通時間td是在0.5和2ms之間，而斷開時間tp是在1至100ms之間。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于周期時間tA是在1μs至100μs之間。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于微波的輸入是在波導(dǎo)管的端部進(jìn)行的。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于微波頻率位于400MHz和10GHz之間。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在涂敷或處理襯底時，襯底是垂直于縱向隙縫運(yùn)動的，或者縱向隙縫是相對于襯底運(yùn)動的。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在涂敷或處理襯底時，該襯底是可加熱的，或是可冷卻的。
12.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于兩波波長差小于1%，它們的接通時間td是在0.5和2ms之間，它們的斷開時間tp是在1ms和100ms之間，其周期時間tA是在1μs和100μs之間，并且，微波是在波導(dǎo)管的端部產(chǎn)生的，同時，微波頻率為400MHz至10GHz之間;在涂敷或處理襯底時，襯底是垂直于縱向隙縫運(yùn)動的，或者是縱向隙縫相對于襯底運(yùn)動。
13.一種涂敷或處理襯底表面的裝置，其中，一種能在激化時將一物質(zhì)沉積到襯底上的反應(yīng)氣體流過待涂敷表面，而該反應(yīng)氣體借助在一波導(dǎo)管中產(chǎn)生的微波而激化成帶狀等離子體，還有一用來容納待處理或待涂敷襯底的反應(yīng)腔，該反應(yīng)腔具有一將反應(yīng)氣體輸入其中的輸入件;還有一與反應(yīng)腔相鄰的波導(dǎo)管，并在其中分別將波長為λh1和λh2的微波激化，還包括(a)該波導(dǎo)管具有用第一封閉端壁封閉的第一封閉端和用第二封閉端壁封閉的第二封閉端;(b)以間隔L1＝λh2/2(n+1/2)的距離在波導(dǎo)管中設(shè)置兩個相互交叉的第一和第二微波偏振器;(c)用于輸入微波的第一和第二微波輸入件，分別置于第一封閉端壁和第一偏振器之間以及第二封閉端壁和第二偏振器之間，這樣，每個偏振器能讓最相鄰的微波輸入件輸入的微波穿過，而不能讓遠(yuǎn)離該偏振器設(shè)置的微波輸入件輸入的微波穿過;其中，(ⅰ)每個封閉端壁和遠(yuǎn)離該封閉端壁設(shè)置的偏振器之間的距離在任何情況下都允許形成駐波;(ⅱ)波導(dǎo)管具有一正方形橫截面和縱向棱邊，并在一個棱邊上對應(yīng)于偏振器之間的范圍內(nèi)置有一長度為S，寬度為b1的耦合隙縫，它具有一個由可通過微波的材料構(gòu)成的窗件，并用其對著反應(yīng)腔封閉住。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于封閉端壁，或者偏振器，或者兩者在軸線方向上是可移動安置的。
15.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于為了在波導(dǎo)管上構(gòu)成一個長度為d的耦合通道，在耦合隙縫的邊緣處設(shè)置有基本沿徑向向外延伸的邊界壁。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于0≤d≤λh/4。
17.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于波導(dǎo)管設(shè)置在一金屬天線座上，它與邊界壁是導(dǎo)電連接的。
18.如權(quán)利要求17的裝置，其特征在于天線座是金屬的，其中嵌置一能讓微波通過的微波窗。
19.如權(quán)利要求17的裝置，其特征在于天線座的寬度是耦合隙縫寬度的倍數(shù)。
20.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于與反應(yīng)腔連通送氣的氣體輸入件位于天線座的側(cè)邊部位，并終止于微波窗的前方。
21.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于襯底，或是波導(dǎo)管與天線座和氣體輸入件是可運(yùn)動的。
22.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于在反應(yīng)腔中襯底之背離波導(dǎo)管的一側(cè)設(shè)有一頂板。
23.如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于置有加熱所述頂板的裝置。
24.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于每個輸入件都是連接在單獨(dú)的微波發(fā)生器上的，并且該微波發(fā)生器按程序周期地接通與斷開，以分別產(chǎn)生波長為λh1和λh2的微波，其中，(λh1-λh2)/λh1小于0.01。
25.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于每輸入件連接在單獨(dú)的微波發(fā)生器上，該微波發(fā)生器按程序周期地接通與斷開，并產(chǎn)生相同波長λh的微波，同時，該微波發(fā)生器產(chǎn)生周期時間tA從1μs至100μs的序列脈沖，因此，當(dāng)一個發(fā)生器輸出功率時，另一個發(fā)生器則斷開，反之亦然。
26.如權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于為在空心管件旋轉(zhuǎn)時涂敷其內(nèi)壁，而在該管件內(nèi)壁上裝有波導(dǎo)管，天線座和氣體輸入件。
27.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于封閉端壁，或者偏振器，或者兩者在軸線方向上是可移動安裝的為了在波導(dǎo)管上構(gòu)成一長度為d的耦合通道，在耦合隙縫的邊緣處設(shè)置有基本沿徑向向外延伸的邊界壁，其中，O≤d≤λh/4;波導(dǎo)管安置在一與邊界壁為導(dǎo)電連接的天線座上;該天線座為金屬的，并在其中嵌裝一個可讓微波通過的微波窗，該天線座的寬度為耦合隙縫寬度的倍數(shù);一與反應(yīng)腔連通送氣的氣體輸入件置于天線座的側(cè)面并終止于微波窗的前面;襯底，或者波導(dǎo)管、天線座及氣體輸入件是可運(yùn)動的，并且當(dāng)空心管件旋轉(zhuǎn)以涂敷該管件的內(nèi)表面時，該管件的內(nèi)壁上就裝有波導(dǎo)管、天線座及氣體輸入件。
28.如權(quán)利要求27所述的裝置，其特征在于每個輸入件與單獨(dú)的微波發(fā)生器相連，并且該微波發(fā)生器按程序周期地接通與斷開，同時，微波發(fā)生器產(chǎn)生的微波長差小于0.01。
29.如權(quán)利要求27所述的裝置，其特征在于每個輸入件與單獨(dú)的微波發(fā)生器相連，并且微波發(fā)生器按程序周期地接通與斷開，在這期間。微波發(fā)生器產(chǎn)生的微波波長相同，并產(chǎn)生1μs至100μs的序列脈沖，作為優(yōu)選，當(dāng)一個發(fā)生器輸出功率時，另一發(fā)生器斷開，反之亦然。
30.在用以涂敷襯底的等離子體CVD方法中，其改進(jìn)在于等離子體是帶狀的，并且其由兩個激化的駐波產(chǎn)生;該兩駐波是相互垂直地偏振并相互間以1/4波長差移動。
全文摘要
一種等離子體CVD方法，其中，能沉積涂層材料的反應(yīng)氣體流過待涂敷表面，氣體在一裝置中通過兩微波輸入件(7，8)饋入的微波激化成帶狀等離子體，該裝置包括端壁(2，3)及一正方形截面的波導(dǎo)管(1)，微波與等離子體耦合是用波導(dǎo)管棱邊上的隙縫(6)實現(xiàn)的，兩個交叉的微波偏振器(4，5)置于波導(dǎo)管中，每個偏振器讓相鄰的微波輸入件饋入的微波通過，而不讓非相鄰的微波輸入件輸入的微波通過，端壁和相鄰偏振器間的距離選定適于形成駐波。
文檔編號C23C16/511GK1067930SQ9210367
公開日1993年1月13日 申請日期1992年4月30日 優(yōu)先權(quán)日1991年4月30日
發(fā)明者J·奧托 申請人:肖特玻璃制造廠