专利名称：用于等离子体增强化学汽相沉积的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及等离子体增强化学汽相沉积，特别是涉及利用脉冲等 离子体的等离子，强化学汽相5X^。
背景技术：
EP0522281A1公开了 一种^JU脉冲微^J^产生脉冲等离子体的方法^i殳 备。在这种情况中，在脉冲^^刀等离子体的点燃是靠高电压脉冲或者靠微波 脉冲^itt支持的。但是，在脉冲持续期间维持具有相应的微》^L生器功率的^泉燃的等离 子体可以导致待涂基&变热，尤其使其表面变热，该变热会对温敏'I^板的 产品性能产生不利影响。因此，在热塑性塑料基板的情况下，例如会U表 面的软化。此外，因为在脉冲期间被沉积的材料的量不但取决于该脉冲的时 间长度而且取决于它的功率，所以对所述微波功率的调节是复杂的，特别是 4#确的层厚是非常重要的情况下。发明内容因此，本发明基于解决上面提到的问题的目的。所述目的已经通过独立 权利要求的iJ级以极为简单的方式而ii^。本发明有利的结构和改i^M 权利要求中得以详细说明。因此，本发明提l种利用等离子糾强汽相^^^^i^的方法，始物质(starting substance)的处理气体，其中所述涂层是通it^充满处理气 体的a表面的环境中射入电磁能点燃等离子体来沉积的。在此种情况中， 所述电磁能是以具有时间上隔开第一间断的多个脉冲的多个脉沖序列的形式 而射入的，其中所射入的电磁能在所述的间断内关断，并且其中，所述脉冲 序列之间的间断比一个脉冲序列中的脉冲之间的第一间断长至少3倍，优选地至少5倍。对应的一种可以用来执行上述方法的利用等离子体增强汽相沉积来涂 ，敗的设备包含具有如下装置的至少一个反应器，所#置用于至少抽空待涂基板的J^面的部分环境，并iU:纳进具有用于涂层的起始物质的处 理气体。所迷设备此外还具有产生脉冲电磁能的源，该源織到所ii^jL器， 以通过在充满着所述处理气体的J^L表面的环境中射入电磁能来点燃等离子 体以;^沉积涂层。提供了如下一种控制装置，该控制装置按照以具有时间上 隔开第一间断的多个脉冲的多个脉冲序列的形式射入电磁能的方式来控制所 述源，其中所述源在第一间断内不工作，并且所逸咏冲序列之间的间断比一 个脉冲序列中的脉沖之间的间断长至少3倍，优i^至少5倍。本发明因而基于这样的事实，即，与诸如才艮梧EP0522281A1所知的利用 点燃脉冲周期性J4^进微^^冲不同，KL^利用点燃脉冲自身来产生等离子体。按照与EP0522281A1中同样的方式，优i4iikitii^目应的以脉冲方式工作 的源偵月脉冲微波。以脉沖方式工作的射频源同样是适合的。特别说明，本发明的术语"微波"不^4示字面意思上的微波(即波* 孩沐范围内的电磁波)，而JL4示频率在lGHz以上的电磁波。因此术语"微 波"还包含用于家用微波器具的频率。因此适合的微波频率还有如广泛用于家 用微波器具的2.45 GHz的频率。此外，具有磁电管的用于产生微波或射频辐 射的源也^1适合的。由于电磁脉冲(例如，此外用于等离子体脉冲引发化学汽相沉积 (PICVD)的电磁脉冲)4財居本发明被分为短点燃脉冲序列，因此将对1^ 的加热减至最小。由于脉沖序列中的单个脉冲，特别是像EP0522281A1中的 点燃脉冲，是根据它们的脉冲幅度而产生的，因此仍然可以实现对等离子体 的可靠点燃。单个脉冲序列之间更长的脉冲间断因而用于尽可能充分地交换 处理气体。这同时防止了在所述等离子体中出现不期望的反应产物的富集。 在这点上，不排ft^"定量的电磁能仍然l^^在一个脉冲序列中的点燃脉冲之 间的情况，但是所述源是按照这种功率处于维持所述等离子体的阈值以下的 方式工作的。这样是为了避免特别是通过维持在一个脉冲序列中的脉冲之间 的等离子体而更大面积 口热皿的情况。本发明的其他优点在于可以省去对功率的复杂调节，这是因为等离子体的产生仅仅依靠通常不太可调节的点燃脉冲来实现。因此，本发明的改进提 供了以非调节的方式l^^脉沖功率。从而，可以^^I具有非调节功率输出的源。与已知的其中功率输出被调整(例如通ii/磁电管中的电压或电流的调节)到预定值的等离子体涂覆装置相比，这大大简化了该类设备。不管是否进行功率调节，对于被《 、材料的量仍 "进行精确监控。因此，出于这个目的，单个脉沖的脉冲功率或取决于该脉沖功率的至少一个变 量可以被测量并将其关于时间进e^、分，其中如果积分出的脉冲功率超出了 预定的阈值，则通过控制装置*止该脉沖序列。在预定长度的间断之后， 如上所述，可以开始下一个脉冲序列。出于这个目的，所述设备配备有一测 量装置，该测量装置相应地测量脉冲功率或取决于该脉冲功率的至少一个变 量，其中控制装置被设计用来将单个脉冲的测得的值关于时间进行积分，并度的间断之后开始下一个脉冲序列。因此所述脉冲的被积分的测量变量提供 了在等离子体中沉积的能量的总值。在这种情况下， 一种可能是测量在用来 ^^入电磁能的波导管处輪^出的场强，然后将单个脉冲中的场强关于时间 进行积分。为了测量旨出的场强，所述测量装置可以包括用于测量在用来 ^^入电磁能的波导管处輪^出的场强或功率的传感器。另外的、另选的或附加的可能情况在于测量等离子体的iut强度并将其 关于时间进^^分。如果关于时间积分的光发射超出了预定的阈值，则可以 终止脉冲序列。出于这个目的，相应地提供了一种用于测量等离子体的光强 的装置，其中所迷控制装置被设置为在关于时间积分的发光强M出了预定 的阈值的情况下终止脉冲序列。在这种情况下，测量光强的装置不必检测整 个的辐射强度。更合适的，所i^置还可以被设计用来光if^择'^^测量发射频i普的特定分量的强度。因此，例如当沉积二氧/R^层时，可以测量等离 子体的硅特性的镨线的光强。由于本发明M照类似于M PICVD处理的方 式尤其适于氧化物层的沉积，因此也可以选择'^Wr测氧的特性语线的强度。 另外的、另选的或附加的用于调节沉积工艺的可能情况在于测量单个脉 冲的脉冲功率或取决于该脉冲功率的至少一种变量并将其关于时间进行积 分。基于如此测得的变量，可以通过控制装置来调节脉冲序列之间的间断的 长度。同样按照这种方式，可以设置单位时间的平均功率(其是关于多个脉冲序列而平均出的)。尽管才娘本发明的利用由^的间断隔开的短脉冲的脉冲序列(脉冲序 列间被更长的间断隔开)的操怍特别适于将对Jj仗的加热减至最小，但Mit^M温度自身还可以用作沉积处理的控制桐l出于这个目的，通ii^目应地设置的控制装置，可以;J^测lJtl的温度，并J^于所检测的温度值，可M来说，如下的情形;l有利的，即，当a温度位于预定值以上时，缩短 脉冲序列的长度，或者减小脉冲序列的长度与脉冲序列间的脉冲间断的长度的比率；和/或当基敗温度位于预定值以下时，延^L^冲序列的长度，或者 增大脉冲序列的长度与脉冲序列间的脉冲间断的长度的比率。为了减少对M的加热，单个点燃脉冲特别伏^it^保持为比脉冲序列的 长度短得多。特别地，如果脉冲序列中的脉沖具有比脉沖序列的持续时间的 1/10更短的持续时间是有利的。用在PICVD涂覆方法中的常用脉冲此外还具 有毫秒范围内的脉冲长度。4 本发明，这样脉冲3tt被分为形成为点燃脉 冲的多*得多的脉冲。因此，优it^采用脉吵序列中具有至多5微秒、甚 至^^5L^多2微秒持续时间的脉冲。
下面基于示例性的实施方式并参照附图，对本发明进行更详细地说明， 附图中图1表示具有例如iW技术已知的周期性脉冲推进的脉冲波形； 图2表示具有才Nt本发明的连续脉沖的脉冲序列的图；以及 图3表示使用如图2所示的脉冲序列，通过等离子体脉冲引发化学》'W目 ^^UM^tJ^的i殳备的示意图。M实施方式图1例示了例如S^技术中已知的才娥EP0522281A1的脉冲的賴UW冲 图。幅值为U2且持续时间^为tu的周期性的脉冲M重叠在幅值为仏且 持续时间为T的微^J^冲上。依靠该周期性脉沖推进，等离子^^泉燃棘 靠在^ii之间的脉冲强度而维持。图2表示例如才Mt本发明所使用的微波脉沖的图。在这种情况下，脉冲 的功率L被绘制成为时间t的函数。该脉冲以持续时间为tt的脉冲序列的形式射A^应器中。持续时间为tl 的每个脉冲序列1被细分为持续时间为t3的单个点燃脉冲3，其中在点燃脉 冲3之间，微波功率处于被中断或关断持续时间t4的情况下。单个脉冲序列 1被持续时间为t2的间断而中断。在这种情况下，脉沖序列1之间的间断的 持续时间t2比脉冲序列1中的连续脉冲3之间的间断持续时间t4长至少3 倍，M地至少S倍。在脉沖序列1中的单个脉冲3之间的微波功，选为 零。但是，例如由于作为源的磁电管的关断特性使得在长度为t4的脉冲间断 中仍然存在一定量的微波功率，因此所述功率低于维持脉沖序列之间的等离 子体所需的阈值功率。脉冲3还尤其远远短于脉冲序列的持续时间。^i^地，在脉冲持续时间 至多5微秒甚至至多2微秒的情况下持续时间t3比持续时间tl至少短10倍。在图2中，单个脉冲3的脉冲功率^L^示为对于4^的脉冲来说具有相 同的幅值。但是实际上，特别是在^j ]未调节的、仅^5lA打开和关闭之一情 形的微波源来产生脉沖3的情况下，脉冲功率是可以变化的。图3表示使用如图2所示的脉冲序列，通过等离子体引发化学汽相^^H ;JM^^J^1的设备10的示意图。设备10例^(^皮i殳计用于:^覆前灯球形帽形 式的基板12的内表面14。出于这种目的，将球形帽12置于密封表面16上， 使得内表面14相对于环境密封。借助于泵，经由排放管线18，抽空如此产生 的环绕内表面14的空间13。将具有#;冗积的层的起始物质的处理气体通过供 给管线20引入到隔离的空间13。借助于微波源22,经由波导管24将微波传 导到球形帽12。经由波导管^^入空间13的微波点燃空间13中的等离子体。 作为结果，在等离子体中产生反应产物，并JJt些反应产物沉积到球形帽12 的内表面14上成为涂层。作为气态起始物质，可以交^i^纳进例如与氧气 混合的硅前体和钬前体，以产生氧化钬/氧化睡的交替层。然后这些交替层 可以用作影响球形帽12的光学性能的干涉层系统。通常，例如HMDSO(六甲_|^^烷)适于作为硅前体。氯化钬(TiCU) 特别适于沉积氧化钬层。所沉积的交替层系统例如可以^i冷>SJt镜层。微波源22以脉冲方式工作，其中源22以产生如图2所示意性例示的脉冲序列波形的方式切换。在这种情况中，微波源的切^A通过控制装置32来 完成的，控制装置32按照射入时间上隔开第一间断的多个脉沖的方iU目应地 切换源22,其中所射入的电磁能在所述间断内关断，并且其中脉沖序列之间 的间断比一个脉冲序列中的脉沖之间的第一间断长至少3倍，^i&至少5 倍。另外还可以设置测量装置30,该测量装置30通过窗口 28测量等离子体 的发光强度。然后通过控制装置将所测得的值关于时间进^R分。如果积分 出的强M出了预定的阈值，则可以终止脉冲序列。这确保了获得预定的层 厚。另i^Mil另外地，还可以调整脉冲序列之间的间断的长度。另选地或另外地还可以将所述测量装置设计为例如利用高温测量计来 测量J414面的温度。然后可以根据J41温度来调整间断的长度或脉冲序列 之间的间断与脉冲序列的持续时间的比率。在这种情况中，当M温度处于 预定值以上时，通过控制装置32缩短脉冲序列的长度或减小脉冲序列的长度 与脉冲序列之间的脉冲间断的长度的比率是有利的；和/或当J^温M于预 定值以下时，延^l^冲序列的长度或增大脉冲序列的长度与脉冲序列之间的 脉冲间断的长度的比率是有利的。另a或另外地，此外还可以在波导管24 JiM传感器26，该传感器 测量从孩么波源22耦合出的功率。所述传感器26同样连接到控制装置32上， 使得可以按照与测量装置30类似的方式偵月传感器26的测量值，从而通过 控制装置32来控制脉冲序列的长度。对于本领域普通技术人员来说，显然本发明不限于上述的示例性实施方式，而是可以以不同的方式进行改变。M来说，在不脱离本发明的本质的 情况下，单个示例性实施方式的特M可以彼:J^且合或者可以省e^个M 特征。
权利要求
1.一种利用等离子体增强汽相沉积来涂覆基板的方法，其中至少抽空待涂基板的基板表面的部分环境并且容纳进具有用于涂层的起始物质的处理气体，其中所述涂层是通过在充满所述处理气体的基板表面的环境中射入电磁能点燃等离子体来沉积的，其中，所述电磁能是以具有时间上隔开第一间断的多个脉冲的多个脉冲序列的形式而射入的，所述多个脉冲序列优选地为微波或射频脉冲序列，其中所射入的电磁能在所述第一间断内关断，并且其中，所述多个脉冲序列之间的间断比一个脉冲序列中的脉冲之间的第一间断长至少3倍，优选地至少5倍。
2，如权利要求l所述的方法，其中，测量单个脉沖的脉冲功率或取决于 该脉冲功率的至少一个变量并将其关于时间进#^、分，其中，如果积分出的 脉冲功率超出了预定的阈值则通过控制装置来终止该脉冲序列，并且在间断后开始下一个脉冲序列。
3. 如前ii^利要求所述的方法，其中，测量单个脉冲的在用来M^入电 磁能的波导管处耦合出的场强并对其进行积分。
4. 如前述两个权利要求之一所述的方法，其中，测量所述等离子体的发 光强度并将其关于时间进行积分，其中，如果关于时间积分出的光发射超出 了预定的阈值，则终止该脉冲序列。
5. 如前狄利要求之一所述的方法，其中，测量单个脉冲的脉冲功率或 取决于该脉冲功率的至少一个变量并将其关于时间进行积分，其中通过控制 装JJ^于测得的变量来调整脉冲序列之间的间断的长度。
6. 如前i^利要求之一所述的方法，其中，检测^i^l温度，并JL^于检 测到的温度值来调整脉沖序列的长度或脉冲序列之间的间断的长度与脉冲序 列的长度的比率。
7. 如前ii^利要求所述的方法，其中，如果所ili^温M于预定值以 上，则缩短脉冲序列的长度或者减小脉冲序列的长度与脉冲序列之间的脉沖 间断的长度的比率；并且/或者如果所iii^L温度处于预定值以下，则延长比率。
8. 如前i^K利要求之一所述的方法，其中，所述脉冲功率是以非调节的 方式^^入的。
9. 如前*利要求之一所述的方法，其中，脉冲序列中的脉冲具有比一个脉冲序列的持续时间的1/10 ^if的持续时间。
10. 如前a利要求之一所述的方法，其中，脉冲序列中的脉冲的持续时间至多5微秒，tt^至多2微秒。
11. 一种利用等离子体增强汽相沉积、尤其是利用前a利要求之一所 述的方法来涂a^板的设备，该设备包括具有如下装置的至少一个反应器， 所ii^置用于至少抽空待涂M的^i^面的部分环境，并JL^纳进具有用 于涂层的船会物质的处理气体，并且其中，所述设备具有用于脉冲电磁能的源，优i^fc是以脉冲方式工作的 微波或射频源，该源耦接到所ii^应器，以通过在充满着所述处理气体的基 錄面的环境中射入电磁能来点燃等离子体以及MH涂层，其中，所述设备具有如下的控制装置，该控制装置按照以具有时间上隔 开第一间断的多个脉冲的多个脉冲序列的形式射入电磁能的方式来控制所述 源，其中，所述源在第一间断内不工作，并且其中，所逸咏冲序列之间的间 断比一个脉冲序列中的脉冲之间的间断长至少3倍，优逸地至少5倍。
12. 如前a利要求所述的设备，其特征在于包括一测量装置，该测量 装置测量脉冲功率或取决于该脉冲功率的至少一个变量，其中，所述控制装 置被设计为将单个脉沖的测得值关于时间进行积分，如果积分出的脉冲功率 超出预定的阈值则终止所述脉冲序列，并JMt预定长度的间断^，开始下 一个脉冲序列。
13. 如前ii^利要求所述的设备，其中，所述测量装置包括一传感器， 该传感器测量在用于^^入所述电磁能的波导管处輪^出的场强。
14. 如前述两个权利要求之一所述的设备，其特征在于包括用于测量等 离子体的光强的装置，其中，所述控制装置被设置为在关于时间积分出的发 光强M出了预定的阈值的情况下终止脉冲序列。
15. 如前述权利要求之一所述的设备，其中，设置了如下的测量装置， 该测量装置可以测量脉冲功率或者取决于该脉冲功率的至少一个变量，其中所述控制装置被设置为将单个脉冲的测得的变量关于时间进行积分，并iL^ 于积分出的测得变量来调整脉冲序列之间的间断的长度。
16. 如前权利要求之一所述的设备，其特征在于包括用iM^测^i^l温 度的测量装置，其中，所述控制装置基于检测到的温度值来调整脉冲序列的 长度。
17. 如前权利要求所述的设备，其中，所述控制装置被设置如下当 a温度处于预定值以上时，缩短脉冲序列的长度或减小脉冲序列的长度与 脉冲序列之间的脉冲间隔的长度的比率；并且/或者当141温度处于预定值 以下时，延长脉冲序列的长度或增;>0咏冲序列的长度与脉冲序列之间的脉冲 间隔的长度的比率。
18. 如前权利要求之一所述的设备，其特征在于包括具有非调节的功 率输出的源。
全文摘要
本发明基于减少在等离子体增强化学汽相沉积过程中对基板的加热的目的。为此，提供了一种用于利用等离子体增强汽相沉积来涂覆基板的方法和设备，其中，至少抽空待涂基板的基板表面的部分环境并且容纳进具有用于涂层的起始物质的处理气体，其中所述涂层是通过在充满所述处理气体的基板表面的环境中射入电磁能点燃等离子体来沉积的。所述电磁能是以具有时间上隔开第一间断的多个脉冲的多个脉冲序列的形式而射入的，所述多个脉冲序列优选地为微波或射频脉冲序列，其中所射入的电磁能在所述第一间断内关断，并且其中，所述多个脉冲序列之间的间断比一个脉冲序列中的脉冲之间的第一间断长至少3倍，优选地至少5倍。
文档编号C23C16/50GK101220469SQ200710308199
公开日2008年7月16日 申请日期2007年11月9日 优先权日2006年11月10日
发明者克里斯托夫·默勒, 托马斯·尼克罗斯, 托马斯·库伯尔, 拉斯·布兰德特, 拉斯·贝维格 申请人:肖特股份公司