專利名稱：用于產(chǎn)生等離子體的電極、具有該電極的等離子體室和用于原位分析或原位處理層或等 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生等離子體的電極、具有所述電極的等離子體室和用于對(duì)層或等離子體進(jìn)行原位分析或原位處理的方法。
背景技術(shù)：
從Li 等人(Li, Y.M.，Ilsin A.N., Ngyuen H.V., Wronski C.R., Collins R.W.(1991), Real-Time-Spectroscopic Ellipsometry Determination of the Evolutionof Amorphous-Semiconductor Optical Functions, Bandgap, and Micrsotructure.Journal of Non-Crystalline Solids, Vol.137, 787-790)已知在等離子體支持的化學(xué)氣相沉積(英語:plasma enhanced chemical vapour deposition (PECVD),等離子體增強(qiáng)的化學(xué)蒸鍍沉積)期間對(duì)無定形層的原位特征化。作為方法，這些作者在光的入射角為70°的條件下使用光譜橢圓測(cè)量。缺點(diǎn)是，使用該方法和所應(yīng)用的橢圓測(cè)量計(jì)只能對(duì)層特性做出比較有限的說明。Wagner 等人(Wagner V., Drews, D., Esser, D.R., Zahn, Τ., Geurts, J.,和ff.Richter, Raman monitoring of semiconductor growth, J.Appl.Phys.75，7330)描述了在用分子射線外延沉積的層上的原位拉曼光譜分析。該方法和所使用的設(shè)備的結(jié)構(gòu)具有以下缺點(diǎn)，即它們不能不被所使用的沉積方法的類型限制地應(yīng)用。由 Dingemans 等人(Dingemans, G.; van den Donker, Μ.N.; Hrunski, D.;Gordi jn, A.; Kessels, ff.Μ.M.; van de Sanden, M.C.M.(2007) , In-Situ FilmTransmittance Using the Plasma as Light Source: A Case Study of ThinSilicon Film Deposition in the Microcrystaline Growth Regime, Proceedingsof the 22nd EUPVSEC (European Photovoltaic Solar Energy Conference), Milan/Italy, 03.09.2007-07.09.2007，1855-1858頁)已知對(duì)等離子體室的等離子體原位地執(zhí)行光學(xué)發(fā)射光譜分析。為此在等離子體`室的反電極中存在光學(xué)通孔，利用所述光學(xué)通孔可以直接穿過襯底檢查等離子體。缺點(diǎn)是該設(shè)備也不適用于收集廣泛的信息用于該方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是在等離子體室中提供用于產(chǎn)生等離子體的電極，所述電極可以既與所使用的諸如PECVD、MOVPE的沉積方法無關(guān)又與所選擇的諸如拉曼光譜分析和光學(xué)發(fā)射光譜分析的檢查方法無關(guān)地普遍采用。本發(fā)明的另一個(gè)任務(wù)是提供等離子體室，利用該等離子體室與層的制造方法無關(guān)地原位實(shí)現(xiàn)很多檢查方法。本發(fā)明的另一個(gè)任務(wù)是說明一種方法，利用該方法可以原位地在制造方法進(jìn)行期間執(zhí)行待沉積層的分析以及處理氣體的分析。該任務(wù)通過根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的rf電極、具有這種電極的等離子體室和通過根據(jù)并列權(quán)利要求的方法解決。有利的設(shè)計(jì)從相應(yīng)的從屬權(quán)利要求中得到。根據(jù)本發(fā)明涉及用于借助高頻電壓產(chǎn)生等離子體的rf電極。等離子體例如可以用于半導(dǎo)體層的沉積或者用于半導(dǎo)體層的等離子體蝕刻。在第一種情況下，將諸如SiH4或H2的氣體導(dǎo)入等離子體室中，并且在第二種情況下將諸如NF3的氣體導(dǎo)入等離子體室中。rf電極根據(jù)本發(fā)明的特征在于，rf電極包括光學(xué)通孔。該光學(xué)通孔有利地保證既到達(dá)等離子體室本身又穿過等離子體室一直到達(dá)設(shè)置在反電極(也稱為地電極)上的襯底的光學(xué)通路。由此保證了通過本發(fā)明rf電極的光學(xué)通孔的射線光路的貫通。由此有利地引起在等離子體燃燒期間實(shí)現(xiàn)對(duì)襯底以及在襯底上生長(zhǎng)的層的分析以及處理。特別有利的是，通過在rf電極中設(shè)置光學(xué)通孔引起在等離子體室中也可以就氣體組成來檢查等離子體本身并且事后調(diào)節(jié)該氣體組成。由此在選擇檢查方法和處理方法時(shí)達(dá)到最大程度的自由。在本發(fā)明的范圍中已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，現(xiàn)有技術(shù)，既涉及Dingemans等人的反電極中光學(xué)通孔的設(shè)置，又針對(duì)在Li等人中所應(yīng)用的檢查方法以及Wagner等人中的沉積方法，都是有限的。只有本發(fā)明的rf電極保證在或多或少每一種沉積方法(PECVD，MOVPE及其它)中都原位地實(shí)現(xiàn)層以及等離子體的極為不同的檢查或處理步驟。本發(fā)明的方法通過重新采用本發(fā)明的rf電極，將與待沉積層之間成大約O度的入射角既用于電磁輻射到等離子體室中的入射又用于該電磁輻射的射出。由此有利地引起還可以在等離子體燃燒期間(原位地)對(duì)生長(zhǎng)層執(zhí)行拉曼光譜分析，或者對(duì)等離子體執(zhí)行局部分辨的、光學(xué)發(fā)射光譜分析。對(duì)層的處理可以包括利用激光進(jìn)行的處理步驟。特別有利的是，通過rf電極中的光學(xué)通孔引起通過具有與層之間成大約O度的入射角的光的輸入耦合和輸出耦合實(shí)現(xiàn)對(duì)該層的直接觀察。可以考慮與零度略微不同的入射角。相反在現(xiàn)有技術(shù)中，在與層之間成70°角時(shí)入射射線光路來用于對(duì)層進(jìn)行分析。其缺點(diǎn)是，在等離子體室中的大部分沉積室被考慮在內(nèi)并且還錯(cuò)誤地被分析和解釋。在本發(fā)明的范圍中已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，原位分析的這種形式在解釋層特性或等離子體特性時(shí)提供有錯(cuò)的結(jié)果。此外還認(rèn)識(shí)到，迄今為止，尤其是在電極間距相對(duì)于電極面積較小的情況下只能分析層的邊緣區(qū)域或者只能在特定的角度下還分析與生產(chǎn)相關(guān)的部分。但是，諸如拉曼光譜分析的很多檢查在諸如Dingemans等人的現(xiàn)有技術(shù)中要在沉積之后才能執(zhí)行。層的邊緣區(qū)域表示生長(zhǎng)層的位于電極的最佳使用區(qū)域之外或與層的稍后應(yīng)用不相干的部分。由此排除了將諸如拉曼光譜分析或反射光譜分析的特定測(cè)量方法用作對(duì)所沉積的層實(shí)時(shí)地特征化、也就是還在沉積期間就特征化的特別有益的方法。本專利申請(qǐng)的術(shù)語“原位”因此意味著在等離子體燃燒期間、也就是實(shí)時(shí)地對(duì)襯底或者設(shè)置在襯底上或者待沉積的層進(jìn)行分析或處理。與現(xiàn)有技術(shù)相反，利用本發(fā)明的rf電極也可以實(shí)時(shí)地分析和處理層的與生產(chǎn)相關(guān)的區(qū)域，并且不僅僅是邊緣區(qū)域。作為分析特別有效的是原位拉曼光譜分析。通過脈沖式激光射線穿過rf電極的光學(xué)通孔而輸入耦合到層并且通過被散射的光在直接背向反射時(shí)的光譜分析，可以在沉積期間，例如在沉積用于薄層太陽能電池的材料期間執(zhí)行拉曼光譜分析。由此可以在沉積期間更好地監(jiān)視層的生長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)化特性。作為分析有效的還有位置分辨的發(fā)射光譜分析。借助具有在射線光路中的固定設(shè)置或可移動(dòng)的透鏡的共焦結(jié)構(gòu)，可以在生長(zhǎng)的硅表面上方位置分辨地、也就是在與層表面的不同距離處對(duì)等離子體發(fā)射進(jìn)行光譜分析。透鏡可以固定地設(shè)置在rf電極處。但是透鏡也可以固定在等離子體室的外殼中。但是透鏡還可以可移動(dòng)地設(shè)置在外殼中，使得達(dá)到對(duì)不同的應(yīng)用都共焦的測(cè)量空間?？梢詰?yīng)用諸如反射光譜分析的其它方法。此外出于相同的目的可以將具有固定于其上的透鏡的rf電極在測(cè)量空間的射線光路中相對(duì)于檢查層可移動(dòng)地設(shè)置。光學(xué)通孔穿過rf電極地從rf電極表面的一側(cè)進(jìn)行到rf電極的與該一側(cè)相對(duì)的一側(cè)。因此，在本發(fā)明的含義下利用通孔包括穿過電極的構(gòu)造的開口，該開口保證電磁輻射、尤其是用于在生長(zhǎng)層的方向上進(jìn)行掃描的激光輻射的穿透。另一方面，光學(xué)通孔保證從層或等離子體出發(fā)的輻射(例如反射、散射或熱輻射)返回到分析設(shè)備。層的溫度測(cè)量也得到保證。因此，具有光學(xué)通孔的電極設(shè)置在輸入耦合到等離子體室中的輻射的射線光路。電極特別有利地集成到等離子體室中，在該等離子體室中可以產(chǎn)生真空。電極與室壁電絕緣。rf電極具有針對(duì)高頻交流電壓(rf連接:30kHz-300GHz振蕩，優(yōu)選13.56MHz至108.48MHz)的連接可能性。rf發(fā)生器的交變電壓被施加在作為電極的金屬板上，所述金屬板位于低壓室中。用襯底固定器與rf電極平行的并且與rf電極相對(duì)地設(shè)置反電極。真空室有利地在其壁中包含窗口作為光學(xué)通孔，電磁輻射通過該壁輸入耦合并且又輸出I禹合。從等離子體室輸出耦合的輻射有利地通過透鏡和必要時(shí)還有反射鏡系統(tǒng)引導(dǎo)并且聚焦到諸如Oriel Instruments MS260的光譜分析儀的入射空隙上。借助該光譜分析儀，福射被分解為其經(jīng)過光譜分析的成份，借助諸如Andor iDus 420的CCD相機(jī)對(duì)所述成份進(jìn)行分析。在拉曼光譜分析的情況下，在從襯底表面到光譜分析儀的光學(xué)路徑中設(shè)置了光學(xué)陷波濾波器。該陷波濾波器有利地引起具有非常窄帶寬的用于激勵(lì)起拉曼散射的波長(zhǎng)得到抑制。經(jīng)由層至層或至等離子體的光學(xué)通路在最簡(jiǎn)單的情況下是孔，優(yōu)選在rf電極的中心或中心附近，使得可以對(duì)襯底或待沉積層的與生產(chǎn)有關(guān)的部分進(jìn)行分析或處理。這也無法利用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電極實(shí)現(xiàn)。rf電極特別有利地具有光學(xué)通孔，所述光學(xué)通孔對(duì)準(zhǔn)等離子體室地被屏蔽。所述屏蔽優(yōu)選利用設(shè)置在光學(xué)通孔的開口上的金屬柵格進(jìn)行。由此有利地引起由電極產(chǎn)生的電場(chǎng)不會(huì)受到干擾。在本發(fā)明的范圍中可以認(rèn)識(shí)到，光學(xué)通孔依據(jù)所使用的沉積方法的參數(shù)或者在蝕刻期間由于電場(chǎng)受到干擾而可能導(dǎo)致層沉積的不均勻性。因此，朝著等離子體室優(yōu)選通過金屬柵格屏蔽rf電極的光學(xué)通孔，使得實(shí)現(xiàn)具有小損耗的光學(xué)通路。由此有利地引起，由電極板產(chǎn)生的高頻場(chǎng)最大程度地不受光學(xué)通孔的影響。這尤其還適用于特別有利的情況，即光學(xué)通孔是作為rf電極的氣體噴頭電極的組成部分(英語=Showerhead電極,噴頭電極)。在這種情況下，光學(xué)通孔集成在作為rf電極的氣體噴頭電極中，使得氣體分布的均勻性不受干擾。這通過選擇光學(xué)通孔的地點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)，其中只有用于氣體穿透的少量孔或者最佳情況下根本沒有孔受到光學(xué)通孔的影響。光學(xué)通孔以及作為屏蔽裝置的金屬柵格可以由相同的材料制成，例如由VA鋼或招制成。作為屏蔽裝置的柵格優(yōu)選可以通過激光射線切割來制造。柵格支桿的厚度可以是大約0.3mm并且支桿寬度例如是大約0.1_。光學(xué)通孔的開口優(yōu)選可以被該屏蔽裝置的支桿覆蓋到12至19%。通過該屏蔽裝置將該開口覆蓋到大約10%應(yīng)當(dāng)足以獲得等離子體的均勻性。還通過金屬板來獲得最佳的屏蔽裝置，但是通過該金屬板當(dāng)然無法對(duì)襯底或等離子體進(jìn)行分析或處理步驟。對(duì)光學(xué)通孔的開口表面覆蓋低于10%的屏蔽裝置原則上也是可以的。通過屏蔽裝置對(duì)光學(xué)通孔的開口的精確百分比覆蓋取決于處理?xiàng)l件，例如取決于在等離子體室中采用的壓力。在壓力>18托，電極間距為9mm，功率密度為 lW/cm2并且生長(zhǎng)速率為0.5nm/s的情況下，在沉積微晶硅時(shí)在朝著襯底的孔直徑為Icm的情況下根本不需要對(duì)光學(xué)通孔的屏蔽。在壓力為10托，電極間距為9mm，功率密度為0.6ff/cm2并且生長(zhǎng)速率為0.5nm/s的情況下，在沉積微晶硅時(shí)在朝著襯底的孔直徑為Icm的情況下應(yīng)當(dāng)通過屏蔽裝置覆蓋光學(xué)通孔的開口的大約10%。在本發(fā)明的等離子體室中，在存在屏蔽裝置的情況下光學(xué)通孔的對(duì)準(zhǔn)沉積區(qū)域的開口被屏蔽。作為等離子體室通常是指整個(gè)真空室。光學(xué)通孔一般化地必須大到使得可以穿過本發(fā)明的電極實(shí)現(xiàn)所追求的檢查方法。這例如可以是原位拉曼光譜分析或光學(xué)發(fā)射光譜分析，或者例如是通過光學(xué)途徑確定氣體濃度。光學(xué)通孔的面積應(yīng)當(dāng)大約是至少0.03cm2。在圓形光學(xué)通孔的情況下，這相當(dāng)于對(duì)準(zhǔn)沉積區(qū)域的開口具有超過2_的直徑。優(yōu)選的，該開口具有I至IOcm2的面積。透鏡可以設(shè)置在rf電極處或者一般化地設(shè)置在等離子體室中。對(duì)于本發(fā)明的方法來說，透鏡應(yīng)當(dāng)將電磁輻射穿過光學(xué)通孔地聚焦到等離子體或?qū)踊蛞r底上。同一個(gè)透鏡，或者根據(jù)輻射的入射角在rf電極中的其它光學(xué)通孔的透鏡將被襯底或被等離子體穿過光學(xué)通孔而反射或散射或發(fā)射的電磁輻射平行化。優(yōu)選的，入射到襯底或?qū)由系碾姶泡椛涞娜肷浣鞘荗度。與O度之間的小偏差是可以的，從而對(duì)于至層或放電區(qū)域的與生產(chǎn)有關(guān)的部分的通路來說，與從側(cè)面通過電極之間的空間的通路來說較小的入射角也可以。因此，光學(xué)通孔的大小絕不能與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的氣體噴頭電極中的孔的開口大小相混淆，因此也不能與該孔的開口大小相比較。它們通常僅具有大約0.8mm的直徑，相當(dāng)于大約0.005cm2的面積。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的開口不適用于本發(fā)明通過光學(xué)途經(jīng)對(duì)層或等離子體的分析或處理。光學(xué)通孔完全穿過電極。由此，電極在表面的一側(cè)具有第一開口，并且在電極的與該表面相對(duì)的表面上具有第二開口。光學(xué)通孔的兩個(gè)開口可以具有相同的直徑。于是本發(fā)明的電極可以特別容易地制造。優(yōu)選的，光學(xué)通孔具有圓錐形截面。于是光學(xué)通孔圓錐形地設(shè)置在電極中。在該圓錐形通孔中，對(duì)準(zhǔn)等離子體室的開口具有比光學(xué)通孔的與該開口相對(duì)的開口更大的面積。于是有利地引起從層或等離子體發(fā)出的電磁輻射被更有效地收集并且可以輸送給分析設(shè)備。
可以看出，在最簡(jiǎn)單的情況下光學(xué)通孔可以通過電極中的單個(gè)的例如圓柱形的孔實(shí)現(xiàn)。例如可以用IOmm的鉆頭將rf電極鉆穿。但是也可以代替地用埋頭鉆在rf電極中設(shè)置圓錐形通孔。圓錐形光學(xué)通孔的兩個(gè)開口中的較小一個(gè)可以具有0.03cm2至5cm2的面積。圓錐形光學(xué)通孔的兩個(gè)開口中的較大一個(gè)可以具有0.031cm2至IOOcm2的面積。特別有利的是光學(xué)通孔的較大開口的面積最大有20倍。一般化地，背離襯底的開口的大小在給定椎體角的情況下取決于本發(fā)明電極的厚度。優(yōu)選的，通過光學(xué)通孔流入等離子體室中，或者恰好有來自未經(jīng)修改的氣體噴頭電極的相同大小面積的那么多的氣體通過光學(xué)通孔流入等離子體室。由此有利地引起氣體流的均勻性不會(huì)受到光學(xué)通孔的干擾。光學(xué)通孔除了電極中的簡(jiǎn)單的孔之外還通過一個(gè)部件構(gòu)成。該光學(xué)通孔為電極中的孔形成套管形式的襯里。在作為rf電極的氣體噴頭布置中，例如3個(gè)具有不同直徑的氣體分發(fā)板上下重疊地設(shè)置，例如在圖2中所示。它們構(gòu)成了作為rf電極的本發(fā)明氣體噴頭。在這三個(gè)氣體分發(fā)板中分別設(shè)置一個(gè)不同大小的孔以形成光學(xué)通孔。在電極中，這些孔上下疊加地設(shè)置，從而形成圓錐形的光學(xué)通孔。在氣體噴頭中還附加地設(shè)置漏斗形狀的錐形部件，用于構(gòu)成圓錐形的光學(xué)通孔。該部件從內(nèi)部為光學(xué)通孔形成襯里。為此，該漏斗具有用于氣體分發(fā)板的階梯形狀的支承面。諸如螺絲的固定裝置將(一個(gè)或多個(gè))板固定到漏斗上。通過漏斗形狀部件的壁，有利地防止氣體穿過光學(xué)通孔流入到等離子體室中。該漏斗在此負(fù)責(zé)光學(xué)通孔的氣密性。在此依據(jù)沉積方法的參數(shù)還可以在漏斗形狀部件的較小的開口上設(shè)置金屬柵格作為屏蔽裝置。在本發(fā)明的另一種設(shè)計(jì)中，在rf電極的光學(xué)通孔處固定地設(shè)置凸形的、尤其是平凸的匯聚透鏡。該匯聚透鏡有利地引起為了分析目的或?yàn)榱颂幚砟康膶㈦姶泡椛浯┻^光學(xué)通孔引導(dǎo)至襯底或生長(zhǎng)層上或等離子體中，并且聚焦到襯底或生長(zhǎng)層或等離子體的表面上。由此可以通過脈沖式激光的高能量激勵(lì)襯底或?qū)拥睦l(fā)射并由此對(duì)返回的輻射進(jìn)行拉曼光譜分析。此外，借助透鏡收集光或一般化地電磁輻射并進(jìn)行聚焦，而且還進(jìn)行平行化。于是透鏡設(shè)置在光學(xué)通孔的未對(duì)準(zhǔn)等離子體室的一側(cè)上。在另外存在屏蔽裝置的情況下，透鏡相應(yīng)地設(shè)置在開口的與該屏蔽裝置相對(duì)的一側(cè)上。特別優(yōu)選的是，在匯聚透鏡與光學(xué)通孔的開口之間設(shè)置可更換的玻璃板以保護(hù)匯聚透鏡。由此有利地引起，該透鏡在等離子體燃燒期間不會(huì)被涂層。由此有利地引起，在對(duì)等離子體室進(jìn)行清潔時(shí)不需要拆除透鏡。由此該光學(xué)裝置有利地在清潔之后不需要被重新校準(zhǔn)。本發(fā)明的等離子體室包括具有一個(gè)或多個(gè)光學(xué)通孔和rf高頻接頭的rf電極。在等離子體室中，設(shè)置接地的或懸浮的反電極，該反電極具有設(shè)置在該反電極上的襯底。在電極和反電極之間構(gòu)成用于產(chǎn)生等離子體的高頻交變場(chǎng)。等離子體室根據(jù)本發(fā)明具有含有光學(xué)通孔的rf電極。由此有利地引起電磁輻射可以通過光學(xué)通孔被引導(dǎo)至襯底或在襯底上生長(zhǎng)的層上或等離子體中。由此，在沉積期間以及在等離子體燃燒期間，可以對(duì)等離子體室中的襯底、層或氣體組成進(jìn)行原位檢查。光學(xué)通孔的對(duì)準(zhǔn)等離子體室內(nèi)部的開口有利地受到屏蔽，從而對(duì)設(shè)置在襯底上的層產(chǎn)生特別均勻的沉積或蝕刻。在光學(xué)通孔的背離等離子體室的一側(cè)上的凸形匯聚透鏡將射線光路聚焦到襯底上或聚焦到在襯底上生長(zhǎng)的層上或聚焦到等離子體本身上。為了分析目的，該透鏡對(duì)層的反射的或散射的或從樣品表面發(fā)出的輻射進(jìn)行收集、聚焦并且平行化。也就是說，被層反射或散射或發(fā)射的輻射又通過光學(xué)通孔在反向路徑上得到收集并且從等離子體室中導(dǎo)出。本發(fā)明的rf電極和本發(fā)明的等離子體室由此在統(tǒng)一的想法的含義下實(shí)現(xiàn)了一種用于在等離子體燃燒期間對(duì)等離子體室中的層以及等離子體進(jìn)行原位分析或原位處理的方法。襯底設(shè)置在反電極上。在面向襯底的那一側(cè)，與襯底相距X地設(shè)置rf電極。用于沉積或蝕刻的處理氣體被引入并且設(shè)置處理壓力。然后啟動(dòng)等離子體。對(duì)于該方法，在本發(fā)明的一種設(shè)計(jì)中選擇具有光學(xué)通孔的電極，所述電極在其面向襯底的一側(cè)上具有屏蔽裝置。特別有利的是，在電極的與屏蔽裝置相對(duì)的一側(cè)上設(shè)置平凸的匯聚透鏡。優(yōu)選的，選擇焦距為X加上電極厚度的匯聚透鏡。由此有利地引起穿過光學(xué)通孔的射線光路被聚焦到襯底上。所反射的或散射的或由層表面發(fā)射的輻射相反則通過該透鏡收集并且被平行化地從等離子體室導(dǎo)出。為此目的，所反射的或散射的或由層表面發(fā)射的輻射首先根據(jù)分析裝置的結(jié)構(gòu)和空間供應(yīng)而被導(dǎo)向反射鏡。特別有利的是，等離子體室具有沿著射線光路調(diào)節(jié)匯聚透鏡的可能性。為此該透鏡被可移動(dòng)地安裝在等離子體室的外殼中。選擇具有固定器的等離子體室，該固定器高度可調(diào)節(jié)地安裝在電極上。該透鏡還可以固定在rf電極上并且電極本身是可移動(dòng)的。利用這兩種結(jié)構(gòu)有利地引起rf電極與層之間的不同區(qū)域以及層和等離子體本身可以得到可變的光譜分析。高度可調(diào)節(jié)性可以通過在長(zhǎng)孔中的螺絲來保證。由此該系統(tǒng)在所述方法期間可以與不同的透鏡和電極間距相匹配。此外通過這種方式可以對(duì)生長(zhǎng)層以及等離子體進(jìn)行檢查。當(dāng)然對(duì)于該方法還可以將匯聚透鏡安裝在電極本身上。優(yōu)選的，通過借助匯聚透鏡收集光子來執(zhí)行原位拉曼光譜分析，其中該透鏡將對(duì)準(zhǔn)襯底的光聚焦到待檢查的層上，并且由層反射或散射或由層表面發(fā)射的輻射平行化地從等離子體室中導(dǎo)出。根據(jù)本發(fā)明，也利用術(shù)語“層”來表示襯底。


下面借助實(shí)施例和附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，但是并不由此限制本發(fā)明。示出:
圖1:本發(fā)明rf電極和等離子體室的截面(示意圖)。圖2:本發(fā)明氣體噴頭電極的截面(技術(shù)圖)。圖3:本發(fā)明等離子體室的截面(示意圖)。圖4:本發(fā)明等離子體室的截面(技術(shù)圖)。
圖5:依據(jù)移動(dòng)的大小作為拉曼光譜分析的基礎(chǔ)，通過本發(fā)明的由具有光學(xué)通孔和在等離子體室中的布置的rf電極組成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行的對(duì)斯托克移動(dòng)的強(qiáng)度的原位測(cè)量。圖6:依據(jù)所述強(qiáng)度作為確定等離子體室中SiH4濃度的基礎(chǔ)，通過本發(fā)明的由具有光學(xué)通孔和在等離子體室中的布置的電極組成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行的對(duì)波長(zhǎng)的原位測(cè)量。
具體實(shí)施例方式圖1示出通過光學(xué)通孔解決本發(fā)明任務(wù)的原理。在電極1、即反電極上設(shè)置襯底
6。本發(fā)明的rf電極2具有光學(xué)通孔，該光學(xué)通孔大得足以對(duì)襯底或等離子體進(jìn)行原位的分析或處理。射線光路為此以與襯底之間成O度入射角地被引導(dǎo)至該襯底，并且通過透鏡聚焦。光學(xué)通孔的區(qū)域用附圖標(biāo)記5來說明。利用較小的開口對(duì)準(zhǔn)襯底的通孔5的圓錐體有利地引起與諸如圖3中的簡(jiǎn)單孔實(shí)施相比，可以有來自襯底的更多的反向輻射通過該透鏡收集。在通孔5的朝向襯底的那一側(cè)上設(shè)置通過點(diǎn)線示出的金屬屏蔽柵格4。該屏蔽裝置為此目的可以被焊接在光學(xué)通孔中的槽內(nèi)。附圖標(biāo)記3說明在等離子體室的固定器中高度可調(diào)的匯聚透鏡。圖2以截面示出本發(fā)明的具有三個(gè)氣體分發(fā)板的氣體噴頭電極裝置，所述氣體分發(fā)板安裝在由VA鋼制成的固定器39中。在該截面中可以看見對(duì)準(zhǔn)襯底(在該圖中未示出，但假想設(shè)置在電極31的上方)的第一氣體分發(fā)板32。該第一氣體分發(fā)板利用兩個(gè)螺絲37安裝在所述固定器上。第二氣體分發(fā)板33和第三氣體分發(fā)板34通過墊圈38相互分隔。這些氣體分發(fā)板的直徑從氣體分發(fā)板32向氣體分發(fā)板34連續(xù)增加。板32中的孔具有IOmm的內(nèi)直徑，板33中的孔具有16mm的內(nèi)直徑，而板34中的孔具有19mm的內(nèi)直徑。利用附圖標(biāo)記35表示階梯形狀的漏斗作為物理上存在的部件。漏斗35具有邊框狀的、向外取向的階梯，氣體分發(fā)板32，33和34被施加在這些階梯上。在漏斗的下端部上設(shè)置鎖緊邊，所述鎖緊邊在其邊緣中承載兩個(gè)或更多的鉆孔。這些鉆孔是為螺絲36設(shè)置的。只有兩個(gè)螺絲36的左側(cè)具有附圖標(biāo)記。由這些板和固定器39組成的整個(gè)電極31被借助如圖4中所示的陶瓷固定器52安裝在等離子體室中。氣體分發(fā)板32至34實(shí)現(xiàn)了等離子體室(在圖2的上部)中的均勻氣體分布。通過每個(gè)氣體分發(fā)板的圖中從下向上逐步增加的氣體分發(fā)孔的數(shù)量，達(dá)到所需要的壓力降。由此氣體均勻地從最上面的板32流入等離子體室中。氣體為此首先被導(dǎo)入設(shè)置在板34下方的區(qū)域中。光學(xué)通孔中的漏斗防止氣體通過光學(xué)通孔逸出并且保持光學(xué)通孔不透氣。通孔35通過氣體分發(fā)板的孔柵格的大小和圓錐體的角度通過三個(gè)氣體分發(fā)板本身來預(yù)先給定。這應(yīng)當(dāng)盡可能少地通過通孔35改變。通孔在圓錐體中的上開口的直徑是Icm,而下開口的直徑是2.2cm。圓錐形的通孔被選擇來用于在上電極中的開口較小的情況下實(shí)現(xiàn)盡可能大的接收角以收集電磁輻射。在當(dāng)前的情況下，氣體噴頭電極具有13.7cm的直徑。但是在工業(yè)上同時(shí)對(duì)多達(dá)5.7m2的襯底大小進(jìn)行涂層。襯底也不需要設(shè)置在電極32的上方。噴頭電極也可以在襯底的上方。這相當(dāng)于圖2的布置的“倒立”。電極和反電極也可以豎直地設(shè)置。這相當(dāng)于翻轉(zhuǎn)90°。圖3示意性示出本發(fā)明真空室41中的布置。通過在該示例中渦輪泵47的布置，不能進(jìn)行線性射線引導(dǎo)，因此需要通過反射鏡46進(jìn)行45°偏轉(zhuǎn)。本發(fā)明rf電極44的間距以及由此透鏡45至襯底43的間距是大小可調(diào)的并且可以從大約5mm可變地調(diào)節(jié)到大約25mm。這相當(dāng)于工業(yè)中在PECVD方法期間沉積硅所采用的間距。附圖標(biāo)記42表示反電極，襯底43就設(shè)置在該反電極上。未示出的激勵(lì)激光器產(chǎn)生穿過等離子體室壁中的窗口 50并且經(jīng)由匯聚透鏡45聚焦到襯底或沉積在襯底上的層上的輻射48。附圖標(biāo)記49示出通過該透鏡收集的(拉曼)輻射，該輻射通過透鏡45被引導(dǎo)至反射鏡46。從反射鏡46將輻射49引導(dǎo)至光譜儀(未示出)以進(jìn)行進(jìn)一步分析。入射角是O度。圖4以技術(shù)截面示出針對(duì)圖3的實(shí)際實(shí)施。平凸的匯聚透鏡56用于將激勵(lì)輻射聚焦到樣本上并且用于收集拉曼輻射(未示出)。透鏡56的焦距被選擇為，使得襯底表面位于焦點(diǎn)(在此是38mm)。透鏡56被利用螺絲55夾緊在固定器中。為了在對(duì)樣本層(未示出)進(jìn)行沉積期間防止對(duì)透鏡涂層，裝入在透鏡56上方的玻璃板60。這有利地實(shí)現(xiàn)了對(duì)該光學(xué)裝置的簡(jiǎn)單清潔。光學(xué)通孔在該圖中未示出。為了將輻射輸出稱合和輸入稱合，設(shè)置與固定器成45°角的反射鏡61。反射鏡61與透鏡56共同設(shè)置在固定器中。該固定器53高度可調(diào)地安裝在電極上，以便能對(duì)電極與層之間不同間距以及層自身進(jìn)行可變的光譜分析。高度可調(diào)性通過長(zhǎng)孔中的螺絲(在該圖中看不見)得以保證。圖5示出依據(jù)移動(dòng)的大小作為拉曼光譜分析的基礎(chǔ)，通過本發(fā)明的由具有光學(xué)通孔和在等離子體室中的布置的電極組成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行的對(duì)斯托克移動(dòng)的強(qiáng)度的原位測(cè)量。示出在層沉積的不同階段中的測(cè)量。在沉積了大約12nm的硅層之后可以識(shí)別能被分配給玻璃襯底的信號(hào)。在大約240nm之后，測(cè)量信號(hào)展示出對(duì)于微晶硅來說典型的特性。微晶硅的斯托克移動(dòng)可以被分解為兩個(gè)部分。第一部分由微晶相引起并且其強(qiáng)度最大值在IZOcnT1附近。第二部分由無定形相引起。其強(qiáng)度最大值位于ISOcnT1附近。由于沉積在大約200°C附近進(jìn)行，因此微晶相的強(qiáng)度最大值位于大約505個(gè)相對(duì)波數(shù)的斯托克移動(dòng)附近，而無定形相的強(qiáng)度最大值位于IeOcnT1附近。在所沉積的層的厚度大約為720nm的情況下該信號(hào)還更為清楚，因?yàn)椴Ａбr底的份額現(xiàn)在被完全抑制。圖6a)示出依據(jù)在505nm至570nm范圍中的波長(zhǎng)，通過本發(fā)明的由具有光學(xué)通孔和在等離子體室中的布置的電極組成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行的對(duì)等離子體的光學(xué)發(fā)射的強(qiáng)度的原位測(cè)量。如果在較大的光譜范圍中測(cè)量，如在圖6b)中所示，則例如可以使用兩個(gè)發(fā)射線之比來確定等離子體中的氣體濃度。
權(quán)利要求
1.用于在等離子體室中產(chǎn)生等離子體的rf電極， 其特征在于至少一個(gè)光學(xué)通孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電極， 其特征在于，所述光學(xué)通孔大到使得能夠穿過rf電極地執(zhí)行原位拉曼光譜分析或光學(xué)發(fā)射光譜分析。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的電極， 其特征在于光學(xué)通孔的圓錐形截面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的電極， 其中通孔的兩個(gè)開口中較小的一個(gè)具有0.03cm2至5cm2的面積。
5.根據(jù)權(quán)利要求3和4之一的電極， 其中通孔的兩個(gè)開口中較大的一個(gè)具有0.031cm2至IOOcm2的面積。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的電極， 其特征在于，光學(xué)通孔的開口具有屏蔽裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的電極， 其特征在于作為光學(xué)通孔的屏蔽裝置的金屬柵格，該金屬柵格設(shè)置在光學(xué)通孔的所述開口上。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的電極`， 其特征在于匯聚透鏡。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的電極， 其特征在于，在匯聚透鏡與光學(xué)通孔的開口之間設(shè)置玻璃板以保護(hù)匯聚透鏡免受等離子體室中的氣體。
10.等離子體室，包括rf電極和具有用于容納襯底的襯底固定器的反電極，其中在rf電極和反電極之間能夠構(gòu)成用于產(chǎn)生等離子體的高頻交變場(chǎng)， 其特征在于根據(jù)上述權(quán)利要求之一的rf電極。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的等離子體室， 其特征在于根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的rf電極，其中設(shè)置在等離子體室中的凸形匯聚透鏡將電磁輻射通過光學(xué)通孔聚焦到層或等離子體上，并且穿過光學(xué)通孔散射或反射的或由層或等離子體發(fā)射的輻射被平行化并被輸送到分析設(shè)備，以用于分析所散射或反射或發(fā)射的輻射的目的。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的等離子體室， 其特征在于在等離子體室的射線光路中可移動(dòng)的匯聚透鏡。
13.用于在根據(jù)權(quán)利要求10-12之一的等離子體室中對(duì)層或等離子體進(jìn)行原位分析或原位處理的方法，其中該層設(shè)置在反電極上并且在朝向?qū)拥囊粋?cè)上設(shè)置rf電極， 其特征在于選擇根據(jù)權(quán)利要求1至9之一的rf電極，并且其特征在于至少一個(gè)步驟，在所述步驟中電磁輻射從等離子體室通過rd電極的光學(xué)通孔被輸送到分析設(shè)備。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法， 其特征在于，進(jìn)行生長(zhǎng)層的原位拉曼光譜分析或等離子體的光學(xué)發(fā)射光譜分析，其中電磁輻射經(jīng)由匯聚透鏡被輸送到分析設(shè)備。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的電極、等離子體室或方法，其特征在于氣體噴頭作為rf電極或選擇氣體噴頭作為rf電極。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的電極、等離子體室或方法，其特征在于，在氣體噴頭中設(shè)置多于一個(gè)氣體分發(fā)板。
17.根據(jù)權(quán)利要求15和16之一的電極、等離子體室或方法，其中圓錐形漏斗氣密地作為 氣體噴頭的光學(xué)通孔的襯里。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在等離子體室中產(chǎn)生等離子體的rf電極，其特征在于光學(xué)通孔。本發(fā)明還涉及一種等離子體室，包括rf電極和具有用于容納襯底的襯底固定器的反電極，其中在rf電極和反電極之間能夠構(gòu)成用于產(chǎn)生等離子體的高頻交變場(chǎng)。該等離子體室的特征在于具有光學(xué)通孔的rf電極。本發(fā)明還涉及一種用于在等離子體室中對(duì)層或等離子體進(jìn)行原位分析或原位處理的方法，其中該層設(shè)置在反電極上并且在朝向?qū)拥囊粋?cè)上設(shè)置rf電極。該方法的特征在于選擇具有光學(xué)通孔的rf電極，并且其特征在于至少一個(gè)步驟，在所述步驟中電磁輻射為了對(duì)層或等離子體進(jìn)行分析或處理的目的通過光學(xué)通孔引導(dǎo)，并且在于至少一個(gè)其它步驟，在所述步驟中所散射或發(fā)射或反射的輻射被輸送到分析設(shè)備。
文檔編號(hào)H01J37/32GK103109343SQ201180034905
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2011年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月15日
發(fā)明者S.穆特曼, A.戈迪恩, R.卡里尤斯, M.許爾斯貝克, D.哈倫斯基 申請(qǐng)人:于利奇研究中心有限公司