用等离子体cvd涂敷或处理衬底的方法及装置的制作方法

专利名称：用等离子体cvd涂敷或处理衬底的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及涂敷衬底的方法，其中一种能沉积或涂层的反应气体流过待涂表面，该反应气体是由波导管中产生的微波激发的活化带状等离子体。本发明也涉及一种装置，用该装置可以实现本发明之涂敷方法及用等离子体对衬底表面作表面处理。
为了改善不同材料的表面可涂敷性，人们常利用由超高频，高频或低频放电及直流放电产生的等离子体。用该技术清洁或腐蚀表面以提供可印涂的塑料表面，也就是说，借助液体改变表面的浸润性，并使涂敷衬底具有硬的，抗划伤的涂层，或者具有良好改善的光和电特性(干涉层系，彩色层，导电层)的涂层。在许多应用场合，重要的是这种处理或涂敷具有高的均匀性，并考虑了其它各种特性，如层厚，含孔度，折射率和导电性。这一点通常取决于作用在整个表面上的等离子体是否均匀。
在DE-OS3830249中公开了一种对大面积的平面衬底进行涂敷的等离子体(CVD)方法。其中，等离子体电极是方阵排列的并安置在待涂表面的上方或下方，并且，两个相邻等离子体电极间的距离是处于这样的尺寸值上，即它们的等离子体柱是彼此重叠的。这种布置的缺点是由天线发出的微波能量没有以完全均匀的能量输入形式叠加到等离子体中。此外，还可能出现天线辐射波的干涉效应，这同样影响均匀性。
在DE-PS3147986中公开了一个产生微波等离子体的装置，以用于处理衬底，其中使用了一波导结构，它称为“低波结构”。因为沿波导结构输入至等离子体的能量是减少的，所以这种装置也总是产生不均匀的带状等离子体。
在由M.Geisler，J.Kieser，E.Raiichle，R.wilhelm，编撰的“真空科学与技术”杂志的A8，908上的文章“共振加热等离子源的长形微波电子加速器”中，公开了一种永久磁铁的带状布置(ECR)方案和一个微波馈送装置以借助长形喇叭形天线产生带状等离子体。
通过衬底与带状等离子体间的相对运动虽然沿运动方向上可得到一良好均匀的处理或涂敷，而在所有变形方案中等离子体的均匀性在带状方向上都是不够的。这种低波结构的单维格阵不会使能量完全均匀地输入至等离子体中，即使这两种天线相互错开布置也是如此。
除了具有如低波结构同样的问题外，这种ECR布置的内在缺点是需要低的过程压力。如果人们希望获得通常所希望的高的涂敷效率的话，就须应用泵速的真空泵，以便能够在低的过程压力下泵出大的质量流。这样就形成了不希望的高昂设备费用。此外，对有关负荷锁止系统的泄漏率要求也提高了。
这种布置的另外缺点是，达到要求的工作压力需要长的启动时间。
在DE-OS3926023中公开了一种制造涂层的CVD-涂敷方法和实施该方法的装置，其中，在带有待涂层的衬底的反应腔上方，设置一金属管形的带有隙缝开口的前腔。在该前腔中产生微波并激化出一种等离子体。而对输入至反应腔中的反应气体的激化是由已激化的，从等离子体流入反应腔中的组分完成的。因此，等离子体主要位于前腔中，而不是反应腔中。为了涂敷大面积的衬底，故使衬底垂直于前腔隙缝形开口运动。这种方法的缺陷在于，因为间接的激化，所以只能达到很小的涂敷效率和反应速率。这种方法不怎么适应于，例如，制造微小孔隙率的完全氧化的致密涂层。
因此本发明之目的是提供这样一种方法和装置，它能够特别经济地进行大面积的衬底的涂敷，特别是在较短的时间内完成，并且产生之涂层不仅在致密性方面还是在均匀性方面都将优于按照现有技术中的CVD等离子涂敷方法所产生的涂层。
根据对说明书及权利要求书之进一步研究，本发明之其它目的和优点对本技术领域之熟练技术人员来说是很明显的。
就方法而论，本发明涉及一种处理或涂敷衬底的方法，其中，当激化时，一种能将一种物质沉积到衬底上的反应气体流流过待涂敷表面，而这种反应气体借助于在一波导管中产生的微波而激化成一带状的等离子体，还包括(a)在一具有正方形横截面的波导管装置中，将两驻波激化并使之相互垂直地偏振，同时，相互间以1/4波长差移动;(b)通过设置在波导管装置的一条棱边上的纵向隙缝将微波与等离子体耦合。
就装置而论，本发明涉及实现本发明方法的装置，其包括一个用以容纳对其一个表面待处理或涂敷的衬底的反应腔，该反应腔带有一个将反应气体输入到反应腔的气体输入件，还包括一个与反应腔相邻的波导管，并在其中分别激化出波长为λh1和λh2的微波，其中包括(a)波导管具有用第一封闭端壁封闭的第一端部和用第二封闭端壁封闭的第二端部;(b)以相距L1＝λh2/2(n+1/2)的距离装在波导管中并相互交叉的第一和第二微波偏振器;(c)用于输入微波的第一和第二微波输入件，其分别置于第一端壁和第一偏振器之间及第二端壁和第二偏振器之间，所以，每个偏振器能被相邻的微波输入件输入的微波穿过，而不能被远离该偏振器设置的微波输入件输入的微波穿过，其中，(ⅰ)在每个端壁和远离该端壁设置的偏振器之间的距离在任何情况下都允许形成驻波;(ⅱ)波导管具有一正方形的横截面和纵向边棱，在一个边棱上并在偏振器间的范围内置有一长度为S，宽度为b1的耦合隙缝，它具有一个由可通过微波的材料制成的窗件，其相对反应腔封盖住。
可以发现，使用本等离子体CVD涂敷衬底的方法是远远地比传统的等离子体CVD涂敷方法获之涂层均匀得多的，由于此时，为了产生带形等离子体，在波导管中激励出的两个相互垂直偏振的驻波，它们相互间以1/4波长差移动，而将微波耦合到等离子体上是用一个纵向隙缝(耦合隙缝)完成的，该隙缝置于最好为正方形截面波导管的一个边棱上。在任何情况下，微波都是在波导管的端部馈入的。
使用两个相互间以1/4的波长差移动的驻波带来之优点是一个驻波之波节正好落在另一驻波的波腹，因此，输入给等离子体的能量就基本上是均匀的了。
使用两个偏振方向相互垂直的偏振波具有的优点是这两个波不相互干扰，因此是彼此独立的。对于这种形式的线性偏振波，可发现在正方形截面的波导管棱边上有相同的条件，从而有利于在波导管的一条棱边上设置耦合隙缝。
已经证实，由于微波是在波导管两个相对端输入的，因此一个微波在等离子带方向以及波导管的方向上与等离子体耦合而产生的功率下降将通过在这一方向上出现的并从另一侧供入的微波的功率升高得到很大程度的补偿。由于这两个微波的功率下降总是可用依赖于阻尼的指数函数进行描述，所以，虽然事实是，在波导管的中间，功率达到最小值，但是该最小值还是远远地比现有技术方法中的下降少的多。这就意味着，沿波导管实现了一个远远改善的均匀度，因此，等离子体作用于衬底上的均匀性也得到了相当程度的改善。
由于波导管的内腔与反应腔是分开的，故与DE-OS3926023对照，等离子体是完全流进反应腔中的，所以，等离子体就直接位于衬底的上方。从而可实现高的涂敷速率和反应速率。此外，衬底和等离子体的直接接触也是很有利的，因为涂层可具有较高的致密性和较小的孔隙率。
波导管一个棱边中的耦合隙缝阻断了该波导管的集肤电流j。这些电流在棱边区域沿波导管纵向X的变化符合下列方程j1＝j0＊Sin(a＊x)和j2＝j0＊Cos(a＊x)其中a＝2π/λh，j0表示波导管最大的集肤电流。λh表示波导管中的波长;即当具有两个相同波长的驻波时，该波长为驻波波长，当驻波波长不同时，是两个波长之平均值。此外，阻尼作用假定为小得可略去不计。
在本发明第一个实施例中，应用了两个不一致的微波发生器，以产生两个具有不同波长λh1和λh2的微波。最好，这两个波长λh1和λh2的相互差别小于1%。其优点在于由集肤电流j1和j2所发出的单个功率P1和P2可迭加成总功率P，而且这个总功率沿着耦合隙缝到处是一样的，亦即与座标X无关P＝P1+P2＝P0＊Sin2(ax)+P0＊Cos2(ax)＝Po此处P0表示最大功率。
为了改善反应气体与新鲜气体的交换，在一个优选的实施方案中，微波发生器在时间间隔td期间是周期地工作的，而在时间间隔tp期间是关闭的，该时间间隔td最好处于0.5至2ms之间，时间间隔tp在1和100ms之间。
按照第二个实施例，所用之微波发生器是相同类型并一致的。它们是交替地脉冲式工作的。在该实施例中波长λh1和λh2是相等的。在时间间隔td内，该微波发生器是交替地脉冲式工作的，并且脉冲的周期长tA相对于等离子体中的特性反应时间，沉积时间和气体交换时间而言是小的。最好，周期时间tA处于1μs至100μs之范围内。在这种情况下，仅仅与涂敷或等离子体处理相关的平均功率变得与座标X无关了。因此，通过由耦合隙缝发出的微波均可以在一维方向(X方向)激发产生均匀等离子体。
就微波频率而论，本发明所用的频率范围为400MHz至10GHz。
为了能够处理或涂敷大面积的衬底，该衬底可相对于耦合隙缝，或者耦合隙缝相对于衬底作垂直运动。
按照衬底的某些材料及在衬底上涂敷的涂层材料之需要，对衬底进行加热处理是有利的，而对于另外材料组合时，反而是在处理或涂敷过程中对衬底进行相应的冷却是有利的。
实施该方法的装置具有一用以容纳待处理或涂敷的衬底的反应腔，一用来输入反应气体的气体入口通入反应腔中。在反应腔的邻近设置一波导管，它具有直角形的最好为正方形的横截面，该波导管的两端都由端壁封住。
在波导管中相隔L1＝λh/2(n+1/2)的距离，设置两个偏转交叉的微波偏振器。
可称为微波源的微波输入件安置在相应的封闭端壁和设于该封闭端部区壁上的偏振器之间。由于最好是输入一个H10波型和一个H01波型，因此，微波输入件也应在波导管侧壁上相互错开90°设置。
由该输入件输入的微波可穿过与该相应的输入件相邻的偏振器，而输入的微波总不能穿过设置得远离该输入件的偏振器。因此，对于两个输入的微波来说，在任何情况下，在相应的封闭端壁和更远处的偏振器之间，以此方式就可使波导管构成一个、驻波形成于其中的调谐腔，此时，该封闭端壁和更远处的偏振器间的距离总是半个调谐腔波长λh1或λh2的倍数。
为使两个驻波以相互间λh/4的波长差移动，那么，封闭端壁和与该壁相邻的偏振器之间的距离要调节到λh/4或者是λh/4的奇数倍。
在两个微波偏振器之间，在波导管一个纵向棱边上设置一个长为S宽为b1的耦合隙缝，它借助一个可由微波穿过的材料制成的窗件相对反应腔封闭住。
在波导管和反应腔之间完全的空间隔开提供的优点是该涂敷材料不会在不希望的位置上沉积。该波导管之内腔应处于一最好为1bar的压力下，从而可避免在波导管中发生不希望的等离子体激化。
为了在任何情况下都能用不同的波长，并且不必使用特殊配合的波导管，因此，偏振器和/或封闭端壁设置成在轴向上是可移动的。这种端壁和/或偏振器的可移动性就允许在任何情况下波导管都能适应于相应输入的微波波长。
根据一个优选的实施例，将耦合隙缝设置成一个长度为d的耦合通道的结构，以便可改变与等离子体之耦合程度，这种耦合通道是如此构成的，即在耦合隙缝的边缘上设置有基本上沿径向向外延伸的边界壁。该长度d与相应的微波波长λh密切相关。当选定d＝λh/4时，耦合较弱，同时沿波导管之阻尼也较小。较小的阻尼是指在波导管的轴向上功率下降是微小的。因此，沿耦合隙缝方向可以得到极均匀的等离子体。当选定d＝0时，这与省去边界壁的意义相同，人们就获得一强烈的耦合及由此而来的强大的阻尼。因此，带状等离体的均匀性下降。但是人们期望的最好是一个尽可能小的阻尼，这意味着，d最好置于λh/4值。在某些情况下尽管耦合较小，但提供给等离子体的功率输入却是可与强烈耦合相比拟的，因为此时调谐腔的Q因子是提高的。微波在波导管中是往返运动多次的，所以，由微波发出的功率就会与一个强烈耦合波同样的巨大;但此时，该强烈耦合波则由于阻尼原因在波导管中只有少数几次运行。
波导管置于一金属天线座上，同时，耦合隙缝面朝天线座。该天线座基本上由金属板构成，其中设置一个隙缝，其宽度与耦合隙缝之宽度相一致。在波导管装上后，耦合通道的边界壁与天线座形成传导连接。其优点是在耦合隙缝区域中断的集肤电流可以传入天线座中。
将耦合隙缝或合通道封闭的微波窗是嵌入天线座中的，并且最好安置在密封元件上，因此，波导管的内腔相对于反应腔是完全密封隔开的。且这是完全必要的，原因是波导管中的压力最佳达到1000mbar，而此时反应腔中的压力只有大约1mbar。
天线座的宽度b2最好是耦合隙缝宽度b1的倍数。天线座的宽度的选择确定了等离子区在垂直于波导管纵轴方向上的延伸宽度。通过其将反应气体的所有组分输入(反应腔)的气体输入件置于天线座的侧边，并且最好终止在反应腔中的微波窗之前。气体输入件的出口最好调节至天线座的宽度，以使反应气体能精确地输入到激化等离子体区域内。气体输入件基本上沿耦合隙缝的整个长度上延伸。气体输入件对面是气体排出件，它也在耦合隙缝的几乎整个长度上延伸。在该气体排出件上连接着抽真空装置，因此，可以不断地使新的反应气体输入并经过衬底，即可进行连续地涂敷操作。根据需要，处理或涂敷衬底时，可应用常规的冷却和/或加热装置以对衬底进行冷却或加热。
为了能够涂敷面积大的衬底，或者是将该衬底设置成是可运动的，或者是将带天线座和气体输入、输出装置的波导管设置成是可运动的。借助该装置，例如可以对管件之内壁进行涂敷，因为该微波装置是如此紧凑的，以致于它可以完全插入该管件内部，然后进行涂敷;涂敷时，或者是让涂敷的管件旋转，或者是管件固定，而让微波装置旋转。在这两种情况下，等离子体都沿待涂敷的管件内壁面作圆周运动。
这种装置还适合于对稍带曲面的衬底的涂敷。为此，波导管在轴向上也是弯曲形的。为了涂敷两维方向上的曲面衬底，可使用一在轴向弯曲的波导管，并使其沿着一个与衬底曲率配合的弯曲轨迹运动。
最好在衬底背离波导管的一侧安置一个顶板。该顶板之任务是使得用于激化的微波场在空间内集中起来。此外，该顶板还可以设置成可加热的，因此涂敷工作可以在升高的温度下进行。
为了能够实现两个方法变型方案，该输入件连接到两个提供相同波长或不同波长微波的微波发生器上。当使用相同的微波发生器时，即它们产生相同波长的微波，那么该微波发生器在时间间隔td内通过一个适当的装置产生交变脉冲，并且脉冲周期tA处于1μs至100μs的范围内。
下面借助附图更详细地说明本发明实施例，其中

图1是本发明装置的一个波导管透视图;
图2是沿图1所示波导管的Ⅱ-Ⅱ线剖开的剖视图，并带有天线座和反应腔;
图3是图2所示剖面图的局部详细图;
图4是用以说明集肤电流的带天线座的波导管透视图;
图5是电场随座标X变化的图解曲线;
图6是功率输入随坐标轴X的变化曲线;
图7是供入波导管中的脉冲功率随时间变化的两条曲线A和B;
图8是对玻璃管内部进行涂敷的一个装置实施例示意图。
图1描述的是波导管1的透视图，该波导管的横截面在此处所示的实施例中是具有边长为a的正方形，而波导管之总长用L3表示。
在该波导管1的端部区域内设置了微波输入件7和8，它们与微波发生器(未示出)相连接。在此处所示的实施例中，该微波输入件7终止在波导管1的侧壁32上。因此，由该微波输入件7则可将H10波型输入至波导管1中。双箭头9说明了该H10波型的电场(E-Feld)方向。
输入件8连接在波导管1的侧壁33上。通过该输入件8将H01波型输入波导管1中。而双箭头10则表示该H01波型的电场(E-Feld)方向。
波导管1的端面是由一个第一封闭端壁2和一个第二封闭端壁3与外部隔开的。这两个封闭端壁2和3设置成是可沿轴向运动的。这一点可由箭头11和12表明。
在波导管1的内腔中，安置两个微波偏振器4和5，该第一微波偏振器4允许由输入件7输入的垂直偏振微波通过。该第二微波偏振器5是与输入件8相邻安置的，并且允许由输入件8输入的水平偏振的微波通过。这两个微波偏振器4和5间的距离为L1＝λh/2(n+1/2)，其中n是一个大于零的整数。
由输入件8输入的H01波型不能通过偏振器4。与此相对应，由输入件7输入的H10波型不能通过偏振器5。该第一封闭端壁2至第二偏振器5的距离是如此选定的，亦即，在封闭端壁2和偏振器5之间形成H10波型的驻波。同样，第二封闭端3和第一偏振器4间的距离是如此选定的，以便于形成H01波型的驻波。为了确保这两种波以λh/4波差移动，那么，第一封闭端壁2和第一偏振器4之间距离以及第二封闭端壁3和第二偏振器5间的距离应为波长λh/4的奇数倍在两个偏振器4和5之间，在波导管1的前棱边处设置一个耦合槽6，其长度为S。最好该耦合槽6稍短于两个微波偏振器4，5间的距离。
在图2中可以看到一沿图1所示实施例中Ⅱ-Ⅱ线剖开的剖视图，其中还给出了其上安置着波导管1的天线座13。因为耦合槽6是设置在波导管1的一个棱边上的，因此，波导管就利用其边壁34和35放置在天线座13上。该天线座13由导电材料，最好是金属制成。该天线座13具有一种平板形结构，其中部设置一个长形槽，该槽的宽度基本上与图3所示的宽度b1相一致。
正如图2和3中可看出的那样，在波导管1上，在耦合槽6的区域内设置有向外延伸的边界壁24和25，从而构成一个长度为d的耦合通道26，该耦合槽6的宽度b1是如此选定的，亦即一方面在边界壁24和25之间不存在凸起部，另一方面在轴向上不会有微波扰动。
该耦合槽6或耦合通道26是通过一个微波窗15与下边安置的反应腔31封闭的。因为边界壁24，25是与天线座13密封连接的，并且，波导管1的内腔相对反应腔31也是真空密封的，所以将微波窗15靠置在密封件19上，而密封件19安置在天线座13中。该微波窗15是如此嵌置在天线座13中的，即天线座13的侧边段14a和14b与微波窗15搭接。
在微波窗15的下边示意地描述绘了等离子区18。通过气体输入口20往该等离子区中输入反应气体。该气体输入口20是安置在天线座的侧边的，并且延伸至基本上与耦合槽6相同的长度，在该气体进入口的对面，在天线座的侧边设置有气体排出口21，而且该气体排出口21是设置成隙缝形状的，也在耦合槽6的整个长度上延伸。该气体进入口终止于所示位置，亦即在微波窗15的正前方位置。
该衬底17是在耦合槽6的F边沿Y方向推入的，因此，等离子区18在衬底的待涂敷表面上经过。由于等离子区18在X方向上是均匀的，并且衬底17是连续地在Y方向上移动的，所以在衬底17上就涂敷出一个两维方向均匀之涂层。
在衬底17的下边还设置一个顶板16，在需要时它可设置成加热式的。该顶板16同样是电导体。
图3是图2所示装置的局部详细描述。箭头22a和22b表示波导管1中的集肤电流，这些电流在图4中表示得更清晰。由于波导管1与边界壁24和25是导电连接的，故集肤电流22a和22b将在金属的天线座13中发展传导，并形成电流23a和23b。这些电流围绕微波窗15而流动。因此，电力线从侧边段14a和14b处流出，然后进入等离子区18中。
正如从图4中看出的那样，在等离子区18中，因为设置了顶板16而产生了用箭头36表示的输入微波场。等离子区18的宽度基本上通过天线座13的宽度b2来确定。
耦合通道26的长度d是如此选定的，亦即通过与等离子体的良好耦合，可在轴向上获得相当高度的均匀性。在图6中描述了功率输入沿座标轴X的图解曲线。曲线a2描述了通过微波输入件7输入的H10波型的功率输入。曲线a1表明通过微波输入件8输入的H01波型的功率输入。通过将两条曲线a1和a2的叠加就得到一条特性曲线，用曲线A表示。曲线A、B和C的分布十分明显地取决于参数d，同时随着d的增长，功率输入的下跌就变得微小。出于这个原因，选择d大于0，最好选择的数值为λh/8至λh/4之间。
在图5中描绘了两种驻波H01和H10型随座标轴X的变化曲线。在上边的曲线中，封闭端壁2设置于X＝0处，而在下边的曲线中，封闭端壁3设置于Xw处。偏振器4和5的位置是用虚线表示的。可以看出，在上边的曲线中，在端壁2和偏振器5之间构成一驻波，同时，在下边的曲线中，在偏振器4和端壁3之间边产生一驻波。两个驻波是相互间以1/4波长差错开的。
按实施例之一，可用微波输入件7和8输入波长相同的微波。在这一实施方案中，微波是脉冲式的，并具有一周期时间tA。在图7上边表示的曲线是通过微波输入件7输入的功率P1，而下边的曲线是通过微波输入件8输入的功率P2。周期时间tA在这两种情况下是相同的，但是，在微波输入件8进行输入时，微波输入件7总是停止输入的，反之亦然。为了改善反应容器中的气体交换，微波发生器在时间间隔td内是周期性接通的，并在时间间隔tp内断开。在断开的间隔tp期间，可以用新鲜的反应气体将原有的气体从反应腔中挤出。
图8表示了另一实施例，其适应于涂敷玻璃管30形式的衬底内部(对应于图1和4中的衬底17)。天线座13和微波窗15的曲率最好与玻璃管的曲率半径匹配。为了进行涂敷，有两个可能的方式，即波导管1是静止的而玻璃30围绕波导管1旋转;或者是该玻璃30是静止的，而波导管1在管件30中旋转。
下边的表1和2概述了实施例中波导管尺寸及TiO2涂层的过程参数。
表1用2.45GHz微波频率的波导管尺寸尺寸参数数值a73mms580mmL1605mmL2715mmL3825mmλh220mm天线座宽度b250mm表2:TiO2涂层的过程参数过程参数数值频率2.45GHz脉冲能量2×6.0kw脉冲持续期td1ms脉冲中断间隔期tp9ms周期时间tA0.1ms
平均能量1.2kw质量流O21.5slm质量流Ticl415sccm过程压力1mbar衬底移动10cm/min(厘米/分)可以相信，无需更详细描述，本领域内的熟练技术人员可用前述之说明将本发明扩展至最大的范围。因此，以下之优选实施例仅作为说明用，无论如何都不是限制所公开的其余内容。
在前述和下述的例子中，所有温度值都是未经修正的摄氏温度，并且除非另有说明，所有组分及百分比都是以重量计的。
上述和下面列出的所有公开的申请，专利及出版物和相应的德国申请P4114108.3在此都作为参考资料用。
实施例1利用图1-3和8中所示之装置涂敷一内直径为600mm，外直径为640mm，长605mm的玻璃管17之整个内表面，涂层厚度为150nm的TiO2，含有1.5slmO2和15sccm TiCl4的反应气体流经反应腔，并让玻璃管绕波导管1以0.053转/分的速度旋转，借助于加热板16将该衬底玻璃管加热至90℃。TiO2涂层在光波长为632nm时具有的折射率为2.44。这很接近TiO2块状材料经锐钛矿处理后的总体值，因此表明该涂层是厚度致密和低孔率的。
实施例2利用图1-3所示之装置涂敷一宽度为605mm的石英玻璃板，该板以100mm/min的速度作垂直于波导管1轴线X方向的运动，含有1.5slmO2和15sccm ccl2F2的反应气体流经过反应腔，当用等离子体处理后，就清除了在用等离子体处理前留在石英玻璃表面的有机污染物，并且将处理过的石英玻璃表面30nm厚的层料腐蚀掉，从而留下完全清洁的玻璃表面以用于进一步处理。
将前述实施例中的本发明一般性或特别描述的反应剂和/或工作条件加以取代，则前述各实施例仍可同样成功地重复实现。
根据前面之描述，本领域内之熟练技术人员可容易地认识到本发明的基本特点，在不脱离本发明构思和范围下可做出不同的变化和修改，以适应于不同的用途和条件。
权利要求
1.一种处理或涂敷衬底的方法，其中，一种能在激化时将一物质沉积到衬底上的反应气体流过待涂敷的表面，而这种反应气体借助在一个波导管中产生的微波可激化成一带状的等离子体，其还包括(a)在一横截面为正方形的波导管装置中，将两个波长为λh1，λh2的驻波激化，并使之相互垂直地偏振，同时相互间以1/4波长差移动；(b)由设置在波导管装置一棱边上的纵向隙缝实现微波与等离子体耦合。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于两个驻波的波长λh1和λh2是不同的。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于两个驻波的波入λh1和λh2间的差别小于1%。
4.如权利要求1所述的方法其特征在于微波是用两个微波发生器产生的，并且该微波发生器是在时间间隔td内周期地接通，而在时间间隔tp内是周期地断开的，从而改善了处理衬底期间的气体交换。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于该微波发生器产生两个相同波长的微波，即λh1＝λh2＝λh，并且在它们接通的时间间隔td内是交替地脉冲式工作的，其脉冲周期时间tA相对于等离子体中的反应时间，沉积时间和气体交换时间而言是较小的值。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于接通时间td是在0.5和2ms之间，而断开时间tp是在1至100ms之间。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于周期时间tA是在1μs至100μs之间。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于微波的输入是在波导管的端部进行的。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于微波频率位于400MHz和10GHz之间。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于在涂敷或处理衬底时，衬底是垂直于纵向隙缝运动的，或者纵向隙缝是相对于衬底运动的。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于在涂敷或处理衬底时，该衬底是可加热的，或是可冷却的。
12.如权利要求4所述的方法，其特征在于两波波长差小于1%，它们的接通时间td是在0.5和2ms之间，它们的断开时间tp是在1ms和100ms之间，其周期时间tA是在1μs和100μs之间，并且，微波是在波导管的端部产生的，同时，微波频率为400MHz至10GHz之间;在涂敷或处理衬底时，衬底是垂直于纵向隙缝运动的，或者是纵向隙缝相对于衬底运动。
13.一种涂敷或处理衬底表面的装置，其中，一种能在激化时将一物质沉积到衬底上的反应气体流过待涂敷表面，而该反应气体借助在一波导管中产生的微波而激化成带状等离子体，还有一用来容纳待处理或待涂敷衬底的反应腔，该反应腔具有一将反应气体输入其中的输入件;还有一与反应腔相邻的波导管，并在其中分别将波长为λh1和λh2的微波激化，还包括(a)该波导管具有用第一封闭端壁封闭的第一封闭端和用第二封闭端壁封闭的第二封闭端;(b)以间隔L1＝λh2/2(n+1/2)的距离在波导管中设置两个相互交叉的第一和第二微波偏振器;(c)用于输入微波的第一和第二微波输入件，分别置于第一封闭端壁和第一偏振器之间以及第二封闭端壁和第二偏振器之间，这样，每个偏振器能让最相邻的微波输入件输入的微波穿过，而不能让远离该偏振器设置的微波输入件输入的微波穿过;其中，(ⅰ)每个封闭端壁和远离该封闭端壁设置的偏振器之间的距离在任何情况下都允许形成驻波;(ⅱ)波导管具有一正方形横截面和纵向棱边，并在一个棱边上对应于偏振器之间的范围内置有一长度为S，宽度为b1的耦合隙缝，它具有一个由可通过微波的材料构成的窗件，并用其对着反应腔封闭住。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于封闭端壁，或者偏振器，或者两者在轴线方向上是可移动安置的。
15.如权利要求13所述的装置，其特征在于为了在波导管上构成一个长度为d的耦合通道，在耦合隙缝的边缘处设置有基本沿径向向外延伸的边界壁。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于0≤d≤λh/4。
17.如权利要求15所述的装置，其特征在于波导管设置在一金属天线座上，它与边界壁是导电连接的。
18.如权利要求17的装置，其特征在于天线座是金属的，其中嵌置一能让微波通过的微波窗。
19.如权利要求17的装置，其特征在于天线座的宽度是耦合隙缝宽度的倍数。
20.如权利要求18所述的装置，其特征在于与反应腔连通送气的气体输入件位于天线座的侧边部位，并终止于微波窗的前方。
21.如权利要求17所述的装置，其特征在于衬底，或是波导管与天线座和气体输入件是可运动的。
22.如权利要求17所述的装置，其特征在于在反应腔中衬底之背离波导管的一侧设有一顶板。
23.如权利要求22所述的装置，其特征在于置有加热所述顶板的装置。
24.如权利要求13所述的装置，其特征在于每个输入件都是连接在单独的微波发生器上的，并且该微波发生器按程序周期地接通与断开，以分别产生波长为λh1和λh2的微波，其中，(λh1-λh2)/λh1小于0.01。
25.如权利要求13所述的装置，其特征在于每输入件连接在单独的微波发生器上，该微波发生器按程序周期地接通与断开，并产生相同波长λh的微波，同时，该微波发生器产生周期时间tA从1μs至100μs的序列脉冲，因此，当一个发生器输出功率时，另一个发生器则断开，反之亦然。
26.如权利要求21所述的装置，其特征在于为在空心管件旋转时涂敷其内壁，而在该管件内壁上装有波导管，天线座和气体输入件。
27.如权利要求17所述的装置，其特征在于封闭端壁，或者偏振器，或者两者在轴线方向上是可移动安装的为了在波导管上构成一长度为d的耦合通道，在耦合隙缝的边缘处设置有基本沿径向向外延伸的边界壁，其中，O≤d≤λh/4;波导管安置在一与边界壁为导电连接的天线座上;该天线座为金属的，并在其中嵌装一个可让微波通过的微波窗，该天线座的宽度为耦合隙缝宽度的倍数;一与反应腔连通送气的气体输入件置于天线座的侧面并终止于微波窗的前面;衬底，或者波导管、天线座及气体输入件是可运动的，并且当空心管件旋转以涂敷该管件的内表面时，该管件的内壁上就装有波导管、天线座及气体输入件。
28.如权利要求27所述的装置，其特征在于每个输入件与单独的微波发生器相连，并且该微波发生器按程序周期地接通与断开，同时，微波发生器产生的微波长差小于0.01。
29.如权利要求27所述的装置，其特征在于每个输入件与单独的微波发生器相连，并且微波发生器按程序周期地接通与断开，在这期间。微波发生器产生的微波波长相同，并产生1μs至100μs的序列脉冲，作为优选，当一个发生器输出功率时，另一发生器断开，反之亦然。
30.在用以涂敷衬底的等离子体CVD方法中，其改进在于等离子体是带状的，并且其由两个激化的驻波产生;该两驻波是相互垂直地偏振并相互间以1/4波长差移动。
全文摘要
一种等离子体CVD方法，其中，能沉积涂层材料的反应气体流过待涂敷表面，气体在一装置中通过两微波输入件(7，8)馈入的微波激化成带状等离子体，该装置包括端壁(2，3)及一正方形截面的波导管(1)，微波与等离子体耦合是用波导管棱边上的隙缝(6)实现的，两个交叉的微波偏振器(4，5)置于波导管中，每个偏振器让相邻的微波输入件馈入的微波通过，而不让非相邻的微波输入件输入的微波通过，端壁和相邻偏振器间的距离选定适于形成驻波。
文档编号C23C16/511GK1067930SQ9210367
公开日1993年1月13日 申请日期1992年4月30日 优先权日1991年4月30日
发明者J·奥托 申请人:肖特玻璃制造厂