CN101245446A - 改善大面积镀膜均匀性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善大面积镀膜均匀性的办法。在电容耦合式平行电极的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统中，将大面积的激发电极进行虚拟的延伸或改变，以减少被引入的射频功率在边界反射和干涉而造成的激发电场的不均匀分布。这种方法简单易行，适用于任何形状的电极，且不需对PECVD系统作出重大改动。
Description
技术领域
本发明涉及真空镀膜领域，特别涉及到一种大面积等离子体化学气相镀膜技术。
背景技术
当今工业上广泛使用的PECVD系统，采用一对平板形状相互平行的电极来激发等离子体，并提供薄膜沉积或蚀刻表面。这两个电极板分别为接地的正极和用来激发等离子体的激发电极(负极)。流行的激发方式为射频(RF)和极高频(VHF)，激发电极通过一个射频或极高频阻抗匹配器与一个提供等离子体激发功率的电源相连接。这种方式所镀的薄膜，在衬底变得很大时，均匀度往往有不令人满意的变化。特别是在使用射频(RF)和极高频(VHF)PECVD设备时随着电极的增大，所镀薄膜的非均匀性可以变得非常明显，其原因之一就是当电极的线性尺寸接近和超过交流激发电能的自由空间波长的1/8时，电磁波的反射、干涉和住波等现象变得十分严重，使得电场的分布不均匀。大型PECVD反应器的另一个问题是，高频电场在电极边缘的非均匀变化在一定程度上向电极的中部延伸，这是由于这个现象来源于电极的有限尺寸。上述现象导致等离子体激发电场的在大面积电极表面的非均匀性，使得源气体的分解效率，也就是薄膜沉积(或蚀刻)速率随着衬底的位置而变化。
所以，大面积PECVD沉积系统激发电极必须具有特殊的设计以满足等离子体处理过程中的均匀性要求。
发明内容
基于上述考虑，申请人拟订了本发明的首要目的：改善大面积等离子体加工过程的均匀性。
本发明进一步目的是，为大面积高频激发的PECVD系统提供一个可以产生均匀电场的激发电极。
为了达到上述发明目的，本发明采用一种改善大面积镀膜均匀性的办法。具体做法是在电容耦合式平行电极的PECVD系统中，将大面积的激发电极进行虚拟的延伸或改变，使它对于被引入的电磁波而言是一个近乎无限的导体，以减少被引入的射频或极高频功率在电极边界反射和干涉而造成的激发电场的不均匀分布。这种方法简单易行，适用于任何形状的电极，且不需对PECVD系统作出重大改动。
为使注入的电磁波的释放不仅仅局限于镀膜的电极，一个具体的做法就是在激发电极的背面或一个边缘，用一个屏蔽的导线，与外界的另一个阻抗匹配器相连接，其射频阻抗可以连续的得到调整。作为一个外置虚拟负载，这个阻抗匹配器的实际作用是将真空室里的激发电极，延伸到更大的面积，这样可以消除或减弱在大面积电极上的反射和干扰效应。根据镀膜的具体条件及电极的尺寸，被置于在真空室外的延伸性阻抗匹配器的阻抗，可以被不断的调整，以达到所需要的镀膜均匀度。
另外一种有效的做法，就是在镀膜的激发电极后面，接上另一片虚拟电极，它与上述激发电极在各角相连接，但是这个背后的虚拟电极并不真正起到镀膜的作用。它与面对等离子体的激发电极的连接方式以及它的大小会影响到等离子体激发电场的分布，从而可以改善大面积镀膜的均匀性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
图1是一个具有虚拟电极的PECVD系统的截面图。
图2是一个具有延伸性阻抗匹配器的PECVD系统的截面图。
具体实施方式
我们以两个具体实施例来揭示本发明的原理。
实施例一：
如图1所示，一个具有一对平行板状电极的PECVD系统的激发电极有两个重叠的电极板构成，它们分别为暴露于等离子体的实际激发电极48，和位于其下的虚拟激发电极49。这两个电极之间的距离为2-4毫米，最好是3毫米，它们在数点43形成电性连接，最好是在角落或边缘的中点。由于虚拟电极与置于其后的均匀布气的喷淋板45的间距为3毫米左右，是在所谓等离子体的“暗区”，所以虚拟电极49的两面都不接触等离子区，由外置电源44通过一个阻抗匹配器(图中没有显示)向它提供的激发功率被传导到激发电极48而耦合于等离子体中。这个系统的其它部分包括真空室40，进气口41，出气口42，一个半开式的“盒子”46，一个置于激发电极对面的接地电极47。虚拟电极49的作用是使得激发电极48对入射高频电磁波显得是一个没有终端的巨大电极，因为电极48和49形成了多个循环电路。实施例二：
图2所示的具有一对平行板状电极的PECVD系统，与传统的系统设计非常相似，只不过激发电极被虚拟的增大。在真空室40中，放有一个接地电极47，与其相对的激发电极48，和置于激发电极下的用于均匀布气的喷淋板45，进气口41，出气口42，一个半开式的“盒子”46。外置电源44(比如射频或极高频)，连接到一个阻抗匹配器51，然后通过被屏蔽的电缆连接到激发电极48的一个边缘中点或一角(供电接触点)。在与供电接触点相反的一端有一个被屏蔽的电缆将激发电极连接到另外一个外置的阻抗匹配器52，这个匹配器的阻抗值可以以独立于阻抗匹配器51的方式进行调整，它的实际数值要根据所需镀膜的均匀程度而决定。它的一个功能就是实际上使有限的激发电极48得以延伸，并且使产生等离子体的激发电路获得了一个虚拟负载(部分电能可以在阻抗匹配器52中散发)，从而调整真实负载(等离子体)中的电势分布状态。
Claims (4)
1. 一个等离子体处理设备，包括具有一对大面积平行板状电极的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统，使用高频率或极高频率的电容耦合激发方式产生并维持等离子体，从而进行薄膜沉积或蚀刻。其特征在于：激发电极的面积不小于1平方米，且在譬如射频的高频率等离子体镀膜时具有良好的激发电场均匀性，原因是该激发电极与外界的另一个或数个非镀膜用的虚拟电极或外置虚拟负载相连接，所述虚拟电极和虚拟负载并不直接参与导致镀膜或蚀刻的等离子体过程。
2. 根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于：所述外置虚拟负载是一个可被独立调节的阻抗匹配器，它被连接到激发电极上与提供交流功率的电缆的接触点相对称且尽可能远的一点。
3. 根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于：所述虚拟电极为一个平行放置在激发电极之下，并与其在各个角落导电相连的不暴露于等离子体的金属平板。
4. 根据权利要求1所述的等离子体处理设备，其特征在于：该设备含有多个如权利要求1所描述的激发电极，以便同时为多个大型基板提供等离子体镀膜或蚀刻。
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| CNA2007100050797A CN101245446A (zh) | 2007-02-14 | 2007-02-14 | 改善大面积镀膜均匀性的方法 |
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| CN101245446A true CN101245446A (zh) | 2008-08-20 |
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2007
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