[发明专利]等离子体源

说明书

技术领域

本发明涉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

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)或者按照空心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门机构将该空腔封闭，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。

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

图1：包括等离子体源、空心阳极以及点火辅助装置的等离子体产生装置

图2：蚀刻分布图：依据衬底位置的蚀刻速率

图3a-3f：等离子体源和空心阳极的布置变型

图4：等离子体源和空心阳极在具有更大载荷高度的设备中的布置

图5：多个具有开关单元的阳极空心体

具体实施方式

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与通过绝缘体以电绝缘方式法兰安装在该真空室上的等离子体源空心体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。这些装置伸入到等离子体源空心体1之中，从而在等离子体源空心体1中产生电子。例如将被加热到大约2700-3000K温度的钨丝就适合作为这样的电子发射单元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心体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。例如氩气就适合作为气体。

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心体1电相连。当接通电压源的时候，电流就可以流过该分路电阻6a，从而可以将能量馈入等离子体源空心体1中的等离子体之中。由此在等离子体源空心体1中形成的等离子体穿过等离子体源空心体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。

此外还将以下称作阳极空心体2的另一个空心体通过绝缘体4以电绝缘方式法兰安装在真空室3上。真空室3和阳极空心体2通过阳极开口11相互连接。阳极空心体2直接与电压源8的正极电相连。在阳极空心体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心体2之中。所述气体可以是例如氩气。

此外真空室3的壁还通过第二分路电阻6b与电压源8相连。由此使得放电电流现在也可以从电子发射单元5流向真空室壁。由于阳极空心体2直接与电压源8的正极相连，因此优选穿过阳极空心体2地导致放电并且在阳极空心体中建立等离子体。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～100V的时候，电流可能会高达几百安培。

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。沿着这些开口通过电位降导致电子加速，并且由于例如氩气的气体原子存在而导致所述气体原子非常强烈的电离，而且是在这些开口之前和这些开口之内。这些开口优选具有4mm～30mm之间的直径。优选直径约为12mm。等离子体源与空心阳极之间的距离在200～400mm之间。开口与待处理的衬底之间的距离在200～400mm之间。

本示例中的其它典型运行参数为：

必须通过专业人士熟悉的相应措施引出等离子体源和空心阳极中使用的功率(图1中没有绘出)。

利用上述等离子体产生装置可以执行稳定的等离子体方法。

尤其当可以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，从而可以在空心阳极中建立等离子体。然后对于可能随后进行的涂层工艺，例如电弧蒸镀或者溅射(sputter)，可以利用快门关闭挡板。同理适用于朝向真空室的等离子体源的开口10。

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。

在等离子体加热时例如可以使用氩气和氢气，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氢。