等离子体源的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及在例如用于等离子体蚀刻、加热、渗氮和利用PE-CVD工艺沉积层的真 空涂层设备中用来产生等离子体的一种等离子体产生装置和产生等离子体的一种方法。
【发明内容】
[0002] 本发明基于按照热电子发射原理并且在对加热后的发射极施加负电压之后（肖 特基效应）或者按照空屯、阴极等离子体源的原理工作的等离子体源。按照本发明所述， 使用有电气边界的空腔作为等离子体产生装置的阳极，该空腔例如外凸地安置在真空容器 上。在关断等离子体之后通过快口机构将该空腔封闭，从而避免随后的工艺步骤引起污染。 优选通过分路电阻保证等离子体源的接通。
[0003] 现在将详细地并且根据附图示例性地解释本发明。
【附图说明】
[0004] 图1:包括等离子体源、空屯、阳极W及点火辅助装置的等离子体产生装置
[0005] 图2:蚀刻分布图：依据衬底位置的蚀刻速率
[0006] 图3a-3f:等离子体源和空屯、阳极的布置变型
[0007] 图4 :等离子体源和空屯、阳极在具有更大载荷高度的设备中的布置 阳00引图5 :多个具有开关单元的阳极空屯、体
【具体实施方式】
[0009] 图1所示为本发明所述例如在真空设备中涂层之前或涂层过程中用于处理工件 的等离子体产生装置。图中所示的真空室3与通过绝缘体W电绝缘方式法兰安装在该真空 室上的等离子体源空屯、体1是等离子体源的一部分。等离子体源还包括电子发射单元5， 所述电子发射单元将被用作产生自由电子的装置。运些装置伸入到等离子体源空屯、体1之 中，从而在等离子体源空屯、体1中产生电子。例如将被加热到大约2700-3000K溫度的鹤丝 就适合作为运样的电子发射单元5。通过借助电压源8对电子发射单元5施加负电压，会使 其变成电子发射器。通过气体入口 7a将气体放入等离子体源空屯、体1之中。通过由电子 发射单元5产生的自由电子使得所述气体电离。例如氣气就适合作为气体。
[0010] 通过等离子体源分路电阻（PSsR)将电压源8的正极与等离子体源空屯、体1电相 连。当接通电压源的时候，电流就可W流过该分路电阻6a，从而可W将能量馈入等离子体源 空屯、体1中的等离子体之中。由此在等离子体源空屯、体1中形成的等离子体穿过等离子体 源空屯、体1中设置的等离子体源开口 10而延伸到真空室3的空间之中并且将该空间充满。
[0011] 此外还将W下称作阳极空屯、体2的另一个空屯、体通过绝缘体4W电绝缘方式法兰 安装在真空室3上。真空室3和阳极空屯、体2通过阳极开口 11相互连接。阳极空屯、体2 直接与电压源8的正极电相连。在阳极空屯、体2中设置气体入口 7b，通过该气体入口将气 体放入到阳极空屯、体2之中。所述气体可W是例如氣气。
[0012] 此外真空室3的壁还通过第二分路电阻化与电压源8相连。由此使得放电电流 现在也可W从电子发射单元5流向真空室壁。由于阳极空屯、体2直接与电压源8的正极相 连，因此优选穿过阳极空屯、体2地导致放电并且在阳极空屯、体中建立等离子体。由此就会 闭合适合大电流的路径，该路径能够在低电压下吸收很高的放电电流。当电压约为16V~ IOOV的时候，电流可能会高达几百安培。
[0013] 如此产生的等离子体的特性非常强烈地取决于等离子体开口 10和阳极开口 11。 沿着运些开口通过电位降导致电子加速，并且由于例如氣气的气体原子存在而导致所述 气体原子非常强烈的电离，而且是在运些开口之前和运些开口之内。运些开口优选具有 4mm~30mm之间的直径。优选直径约为12mm。等离子体源与空屯、阳极之间的距离在200~ 400mm之间。开口与待处理的衬底之间的距离在200~400mm之间。
[0014] 本示例中的其它典型运行参数为：
[0015] 氣气的进气量； 50 - 200sccm进入等离子体源和/或空。阳极之中 放电电流： 200A 等离子体源放电电压：16V-30V空也阳极放电电压： 16 -IOOV
[0016] 必须通过专业人±熟悉的相应措施引出等离子体源和空屯、阳极中使用的功率 (图1中没有绘出）。
[0017] 利用上述等离子体产生装置可W执行稳定的等离子体方法。
[0018] 尤其当可W利用挡板保护阳极免遭涂层的时候，使用本发明所述的等离子体产生 装置就能省去否则在每次工艺开始之前所需的保养。对于蚀刻工艺打开阳极开口前面的挡 板，从而可W在空屯、阳极中建立等离子体。然后对于可能随后进行的涂层工艺，例如电弧蒸 锻或者瓣射（sputter)，可W利用快口关闭挡板。同理适用于朝向真空室的等离子体源的开 日10。
[0019] 由于阳极本身有效地作为等离子体源运行，因此等离子体体积与现有技术相比有 所提高。等离子体产生装置例如可有利地在等离子体蚀刻、等离子体加热和PECVD涂层中 使用。
[0020] 在等离子体加热时例如可W使用氣气和氨气，从而产生具有高反应活性并且例如 适合于去除有机残留物的原子氨。
[0021] 在PE-CVD涂层过程中例如可W使用氣气作为用于等离子体源和空屯、阳极的冲洗 气体。如果在涂层过程中让例如C2H2和/或CH4或者另一种单体或聚合物的气体进入真空 室之中，那么在使用负衬底电压的情况下就会在等离子体中沉积含有碳的层，例如DLC(类 金刚石碳）层。如果相应设计等离子体源和空屯、阳极的开口 1〇、11，就会在那里出现超声 流。运与高能量密度共同使得不会导致等离子体源和/或空屯、阳极的涂层。因此相应的内 表面基本上保持不被涂层，并从而保持导电，运十分有利于工艺稳定性。
[0022] 图3所示为本发明所述等离子体产生装置示出的等离子体源和空屯、阳极的布置 变型。在此，箭头头部始终指向空屯、阳极，并且箭头尾部在等离子体源的附近。应按照图1 进行接线。图3a所示为在真空室侧壁上的简化法兰安装。图3b、3c、3d和3f所示为2个 等离子体源和2个阳极的法兰安装，其中电流方向具有不同的空间取向。图3e所示为等 离子体源法兰安装在真空室顶盖上W及空屯、阳极法兰安装在真空室底板上的示意图。在具 有更大载荷高度的真空室的情况下，也可W将两个本发明所述的等离子体产生装置重叠布 置。相应的在图4中示意性示出。
[0023] 本说明书中提及的分路电阻6a和化有利地在含端点的IOOhm~1000 hm之间，尤 其优选在含端点的200hm~500hm之间。
[0024] 可能有利的是，仅仅使用在阳极体上产生的等离子体。据此在本发明的另一种优 选实施方式中，通过至少一个等离子体源空屯、体W同时或者顺序或者重叠地接通开关单元 12的开关的方式电控制多个阳极空屯、体。图5所示就是运种情况，为了简单起见，运里没有 绘出用来触发放电的装置。
[00巧]按照本发明的另一种实施方式，可W通过使用磁场来提高阳极上的放电电压。从 而导致阳极空屯、体的入口孔上产生的离子和与此相关的高能粒子加速。同样可W在等离子 体源空屯、体上使用磁场。
[0026] 图6a和化所示为具有磁场产生装置13a和13b的等离子体空屯、体和阳极空屯、体。
[0027] 等离子体空屯、体13b的磁场引导电子并由此引导离子进入真空容器之中，而阳极 空屯、体上的磁场13a则引起电子偏转并由此引起阳极前的电压降的提高（霍尔效应）。该 电位又使得电离化气体原子加速并且赋予运些气体原子更高的能量。
[0028] 附图标记清单
[0029] 1等离子体源空屯、体
[0030] 2阳极空屯、体
[0031] 3真空容器
[0032] 4绝缘体
[0033] 5电子发射单元（例如灯丝和馈电装置）
[0034] 6a等离子体源分路电阻
[0035]6b阳极分路电阻
[0036] 7a等离子体源气体入口
[0037]7b阳极气体入口 阳0測 8 电压源
[0039]9a阳极开口前的挡板
[0040]9b等离子体源开口前的挡板
[0041] 10等离子体源的开口
[0042] 11阳极的开口
[0043] 12开关单元
[0044] 13a磁场装置
[0045] 13b磁场装置
【主权项】
1. 等离子体产生装置，包括 -具有等离子体源空心体（1)和电子发射单元（5)的等离子体源，所述电子发射单元使 得自由电子能够发射到等离子体源空心体之中，其中所述等离子体源空心体（1)具有第一 气体入口（7a)和等离子体源开口（10)，所述等离子体源开口构成通向真空室的开口， _以及具有阳极空心体（2)的阳极，其中所述阳极空心体（2)具有第二气体入口（7b) 和阳极开口（11)，所述阳极开口构成通向真空室的开口， -和电压源（8)，所述电压源的负极与电子发射单元（5)相连并且所述电压源的正极与 阳极空心体（2)相连， 其特征在于，电压源（8)的正极还通过第一分路电阻（6a)与等离子体源空心体电相 连。2. 根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其特征在于，电压源（8)的正极通过第二 分路电阻（6b)与真空室电相连。3. 根据权利要求1或2中任一项所述的等离子体产生装置，其特征在于，在等离子体源 开口（10)的情况下设置挡板（9p)，利用该挡板能够在需要时关闭等离子体源开口。4. 根据权利要求1~3中任一项所述的等离子体产生装置，其特征在于，在阳极开口 (11)的情况下设置挡板（9a)，利用该挡板能够在需要时关闭阳极开口（11)。5. 根据上述权利要求中任一项所述的等离子体产生装置，其特征在于，等离子体源开 口和/或阳极开口被设计为，使得能够在运行时通过一个开口和/或这些开口建立超声流。6. 利用PE-CVD对衬底进行涂层的方法，其中将单体和/或聚合物气体放入到包括等离 子体产生装置的真空室之中，利用等离子体产生装置在真空室中建立等离子体，并且对待 涂层的衬底施加负电压，其特征在于，所述等离子体产生装置是根据权利要求5所述的等 离子体产生装置，并且不会通过该等离子体产生装置对等离子体空心体的内腔进行涂层， 也不会对阳极空心体的内腔进行涂层。
【专利摘要】本发明涉及一种等离子体产生装置，包括：-具有等离子体源空心体(1)和电子发射单元(5)的等离子体源，所述电子发射单元使得自由电子能够发射到等离子体源空心体之中，其中所述等离子体源空心体(1)具有第—气体入口(7a)和等离子体源开口(10)，所述等离子体源开口构成通向真空室的开口；-以及具有阳极空心体(2)的阳极，其中所述阳极空心体(2)具有第二气体入口(7b)和阳极开口(11)，所述阳极开口构成通向真空室的开口；-和电压源(8)，其负极与电子发射单元(5)相连并且其正极与阳极空心体(2)相连，其中所述电压源(8)的正极还通过第一分路电阻(6a)与等离子体源空心体电相连。
【IPC分类】H01J37/32
【公开号】CN105144338
【申请号】CN201380065446
【发明人】S·克拉斯尼特泽, J·哈格曼恩
【申请人】欧瑞康表面解决方案股份公司，特吕巴赫
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2013年12月9日
【公告号】CA2894942A1, DE102012024340A1, EP2932523A1, US20150318151, WO2014090389A1