專利名稱：改善大面積鍍膜均勻性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及真空鍍膜領(lǐng)域，特別涉及到一種大面積等離子體化學(xué)氣相鍍膜技術(shù)。
技術(shù)背景當(dāng)今工業(yè)上廣泛使用的PECVD系統(tǒng)，采用一對(duì)平板形狀相互平行的電極來(lái)激發(fā)等離子 體，并提供薄膜沉積或蝕刻表面。這兩個(gè)電極板分別為接地的正極和用來(lái)激發(fā)等離子體的激 發(fā)電極(負(fù)極)。流行的激發(fā)方式為射頻(RF)和極高頻(VHF)，激發(fā)電極通過(guò)一個(gè)射頻 或極高頻阻抗匹配器與一個(gè)提供等離子體激發(fā)功率的電源相連接。這種方式所鍍的薄膜，在 襯底變得很大時(shí)，均勻度往往有不令人滿意的變化。特別是在使用射頻(RF)和極高頻(VHF) PECVD設(shè)備時(shí)隨著電極的增大，所鍍薄膜的非均勻性可以變得非常明顯，其原因之一就是當(dāng) 電極的線性尺寸接近和超過(guò)交流激發(fā)電能的自由空間波長(zhǎng)的1/8時(shí)，電磁波的反射、干涉和 住波等現(xiàn)象變得十分嚴(yán)重，使得電場(chǎng)的分布不均勻。大型PECVD反應(yīng)器的另一個(gè)問(wèn)題是， 高頻電場(chǎng)在電極邊緣的非均勻變化在一定程度上向電極的中部延伸，這是由于這個(gè)現(xiàn)象來(lái)源 于電極的有限尺寸。上述現(xiàn)象導(dǎo)致等離子體激發(fā)電場(chǎng)的在大面積電極表面的非均勻性，使得 源氣體的分解效率，也就是薄膜沉積(或蝕刻)速率隨著襯底的位置而變化。所以，大面積PECVD沉積系統(tǒng)激發(fā)電極必須具有特殊的設(shè)計(jì)以滿足等離子體處理過(guò)程 中的均勻性要求。發(fā)明內(nèi)容基于上述考慮，申請(qǐng)人擬訂了本發(fā)明的首要目的改善大面積等離子體加工過(guò)程的均勻性。本發(fā)明進(jìn)一步目的是，為大面積高頻激發(fā)的PECVD系統(tǒng)提供一個(gè)可以產(chǎn)生均勻電場(chǎng)的 激發(fā)電極。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用一種改善大面積鍍膜均勻性的辦法。具體做法是在 電容耦合式平行電極的PECVD系統(tǒng)中，將大面積的激發(fā)電極進(jìn)行虛擬的延伸或改變，使它 對(duì)于被引入的電磁波而言是一個(gè)近乎無(wú)限的導(dǎo)體，以減少被引入的射頻或極高頻功率在電極 邊界反射和干涉而造成的激發(fā)電場(chǎng)的不均勻分布。這種方法簡(jiǎn)單易行，適用于任何形狀的電 極，且不需對(duì)PECVD系統(tǒng)作出重大改動(dòng)。為使注入的電磁波的釋放不僅僅局限于鍍膜的電極， 一個(gè)具體的做法就是在激發(fā)電極的背面或一個(gè)邊緣，用一個(gè)屏蔽的導(dǎo)線，與外界的另一個(gè)阻抗匹配器相連接，其射頻阻抗可以 連續(xù)的得到調(diào)整。作為一個(gè)外置虛擬負(fù)載，這個(gè)阻抗匹配器的實(shí)際作用是將真空室里的激發(fā) 電極，延伸到更大的面積，這樣可以消除或減弱在大面積電極上的反射和干擾效應(yīng)。根據(jù)鍍 膜的具體條件及電極的尺寸，被置于在真空室外的延伸性阻抗匹配器的阻抗，可以被不斷的 調(diào)整，以達(dá)到所需要的鍍膜均勻度。另外一種有效的做法，就是在鍍膜的激發(fā)電極后面，接上另一片虛擬電極，它與上述激 發(fā)電極在各角相連接，但是這個(gè)背后的虛擬電極并不真正起到鍍膜的作用。它與面對(duì)等離子 體的激發(fā)電極的連接方式以及它的大小會(huì)影響到等離子體激發(fā)電場(chǎng)的分布，從而可以改善大 面積鍍膜的均勻性。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是一個(gè)具有虛擬電極的PECVD系統(tǒng)的截面圖。圖2是一個(gè)具有延伸性阻抗匹配器的PECVD系統(tǒng)的截面圖。
具體實(shí)施方式
我們以兩個(gè)具體實(shí)施例來(lái)揭示本發(fā)明的原理。 實(shí)施例一如圖1所示， 一個(gè)具有一對(duì)平行板狀電極的PECVD系統(tǒng)的激發(fā)電極有兩個(gè)重疊的電極 板構(gòu)成，它們分別為暴露于等離子體的實(shí)際激發(fā)電極48，和位于其下的虛擬激發(fā)電極49。這 兩個(gè)電極之間的距離為2-4毫米，最好是3毫米，它們?cè)跀?shù)點(diǎn)43形成電性連接，最好是在角 落或邊緣的中點(diǎn)。由于虛擬電極與置于其后的均勻布?xì)獾膰娏馨?5的間距為3毫米左右，是 在所謂等離子體的"暗區(qū)"，所以虛擬電極49的兩面都不接觸等離子區(qū)，由外置電源44通 過(guò)一個(gè)阻抗匹配器(圖中沒(méi)有顯示)向它提供的激發(fā)功率被傳導(dǎo)到激發(fā)電極48而耦合于等離 子體中。這個(gè)系統(tǒng)的其它部分包括真空室40，進(jìn)氣口41，出氣口42， 一個(gè)半開(kāi)式的"盒子" 46， 一個(gè)置于激發(fā)電極對(duì)面的接地電極47。虛擬電極49的作用是使得激發(fā)電極48對(duì)入射高 頻電磁波顯得是一個(gè)沒(méi)有終端的巨大電極，因?yàn)殡姌O48和49形成了多個(gè)循環(huán)電路。圖2所示的具有一對(duì)平行板狀電極的PECVD系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常相似，只不 過(guò)激發(fā)電極被虛擬的增大。在真空室40中，放有一個(gè)接地電極47，與其相對(duì)的激發(fā)電極48， 和置于激發(fā)電極下的用于均勻布?xì)獾膰娏馨?5，進(jìn)氣口41，出氣口 42， 一個(gè)半開(kāi)式的"盒子"46。外置電源44 (比如射頻或極高頻)，連接到一個(gè)阻抗匹配器51，然后通過(guò)被屏蔽的 電纜連接到激發(fā)電極48的一個(gè)邊緣中點(diǎn)或一角(供電接觸點(diǎn))。在與供電接觸點(diǎn)相反的一端 有一個(gè)被屏蔽的電纜將激發(fā)電極連接到另外一個(gè)外置的阻抗匹配器52,這個(gè)匹配器的阻抗值 可以以獨(dú)立于阻抗匹配器51的方式進(jìn)行調(diào)整，它的實(shí)際數(shù)值要根據(jù)所需鍍膜的均勻程度而決 定。它的一個(gè)功能就是實(shí)際上使有限的激發(fā)電極48得以延伸，并且使產(chǎn)生等離子體的激發(fā)電 路獲得了一個(gè)虛擬負(fù)載(部分電能可以在阻抗匹配器52中散發(fā))，從而調(diào)整真實(shí)負(fù)載(等離 子體)中的電勢(shì)分布狀態(tài)。
權(quán)利要求
1. 一個(gè)等離子體處理設(shè)備，包括具有一對(duì)大面積平行板狀電極的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)系統(tǒng)，使用高頻率或極高頻率的電容耦合激發(fā)方式產(chǎn)生并維持等離子體，從而進(jìn)行薄膜沉積或蝕刻。其特征在于激發(fā)電極的面積不小于1平方米，且在譬如射頻的高頻率等離子體鍍膜時(shí)具有良好的激發(fā)電場(chǎng)均勻性，原因是該激發(fā)電極與外界的另一個(gè)或數(shù)個(gè)非鍍膜用的虛擬電極或外置虛擬負(fù)載相連接，所述虛擬電極和虛擬負(fù)載并不直接參與導(dǎo)致鍍膜或蝕刻的等離子體過(guò)程。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子體處理設(shè)備，其特征在于所述外置虛擬負(fù)載是一個(gè)可 被獨(dú)立調(diào)節(jié)的阻抗匹配器，它被連接到激發(fā)電極上與提供交流功率的電纜的接觸點(diǎn)相對(duì)稱且 盡可能遠(yuǎn)的一點(diǎn)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理設(shè)備，其特征在于所述虛擬電極為一個(gè)平行放 置在激發(fā)電極之下，并與其在各個(gè)角落導(dǎo)電相連的不暴露于等離子體的金屬平板。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子體處理設(shè)備，其特征在于該設(shè)備含有多個(gè)如權(quán)利要求 1所描述的激發(fā)電極，以便同時(shí)為多個(gè)大型基板提供等離子體鍍膜或蝕刻。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種改善大面積鍍膜均勻性的辦法。在電容耦合式平行電極的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)系統(tǒng)中，將大面積的激發(fā)電極進(jìn)行虛擬的延伸或改變，以減少被引入的射頻功率在邊界反射和干涉而造成的激發(fā)電場(chǎng)的不均勻分布。這種方法簡(jiǎn)單易行，適用于任何形狀的電極，且不需對(duì)PECVD系統(tǒng)作出重大改動(dòng)。
文檔編號(hào)C23C16/513GK101245446SQ200710005079
公開(kāi)日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2007年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月14日
發(fā)明者李沅民, 昕 馬 申請(qǐng)人:北京行者多媒體科技有限公司