CN104593749B - 一种pecvd系统真空腔室中辉光放电时屏蔽干扰的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种PECVD系统真空腔室中辉光放电时屏蔽干扰的方法，是在真空腔室内设有一矩形或圆形围护结构的屏蔽框，并具有辉光观察窗孔和良好的接地措施，可以有效地规避真空腔室内复杂结构和几何特征对辉光所带来的不良影响，将不规则的机械结构屏蔽在限定的辉光区域之外，即屏蔽了可能带来的尖端放电效应又收敛了辉光区域的扩散，增强辉光区域的稳定性和辉光颜色的均匀性，降低辉光功率的损耗，为沉积优质的层膜提供了保证。本发明适用于正方体形或圆柱体形的真空腔室，结构简单可靠，对整体设备布局和真空腔室内的结构不构成负面影响，辉光观察窗孔可以很方便地实时查视辉光状态，成本低，易于实施。

Description

一种PECVD系统真空腔室中辉光放电时屏蔽干扰的方法

技术领域

本发明属于真空镀膜设备制造领域，特别涉及一种适用于等离子体增强化学气相沉积真空腔室内，有效规避腔室结构对辉光放电的影响。

背景技术

利用等离子体增强化学气相沉积技术(PECVD)制造的设备是一种电感耦合产生等离子体的装置，辉光放电是(PECVD)技术中的一个关键进程，但辉光放电过程受到诸多因素的影响，当小型紧凑型真空腔室内置了诸多的必备零部件之后，由于部件结构的凹凸和材料的几何特征，如毛刺和尖角等几何结构很容易造成尖端放电，影响容性极板之间辉光区域的收敛性、均匀性和稳定性，增加了激励功率的损耗，严重影响了成膜质量。尤其是当使用甚高频功率电源作为激励电源时更为严重。因此，当无法避免PECVD设备真空腔室内复杂结构时，要考虑到对辉光放电可能产生的不良影响，采取必要的屏蔽措施，收敛辉光范围，抑制辉光区域的扩散，降低激励功率的损耗。

发明内容

本发明的目的是针对以上所述PECVD设备设计过程中出现的问题，提供一种规避腔室结构对辉光放电的影响的方法，该方法采用了适用于PECVD设备中真空腔室的内置屏蔽框，它可以规避真空腔室内复杂结构和几何特征对辉光放电所带来的不良影响，有效收敛辉光区域的扩散，降低辉光功率的损耗。该方法的装置可内置在真空腔室，具有可靠接地措施，结构简单、成本低、易于实施且效果显著。

本发明的技术方案：

一种PECVD系统真空腔室中辉光放电时屏蔽干扰的方法，包括一矩形或圆形围护结构的屏蔽框，其几何尺寸根据真空腔室内置的辉光电极极板尺寸设定，但屏蔽框的内边缘应距下电极极板的外边缘20mm以上，屏蔽框的上边缘应略低于真空腔室内上电极板的底部；屏蔽框的底部翻边设有接地螺钉穿孔，用接地螺钉与真空腔室的底部拧紧固定，保持与真空腔室的接地连接。屏蔽框壁面的上部开有与真空腔室外置观察窗相对应的辉光观察窗孔，其形状和尺寸根据真空腔室观察窗结构设定，但应以便于观察辉光过程和现象为设计原则。为满足反应气体流动通畅，应在屏蔽框的四周或真空腔室排气侧开置排气孔道，几何尺寸视具体真空腔室设计结构而设计。

所述屏蔽框的材料为不锈钢板材，板材厚度为2mm，底部翻边宽度为10mm，用于穿过接地螺钉的开孔直径为5mm，并加工有锥形斜边，便于安装沉头接地螺钉，通排气孔道、观察窗口形状和位置根据真空腔室的具体结构和尺寸设定，屏蔽框所有尖角和边缘部分均做倒角处理，所有内夹角均做圆弧处理以形成内夹角圆弧。

本发明的工作原理：

在PECVD技术中，为了获得符合要求且优质的膜层，我们希望辉光放电的区域仅受限于平行电极板之间，真空腔室内结构上的突兀和尖角、棱边等，会因尖端放电效应而干扰辉光放电，扩散辉光放电区域，影响成膜质量。例如：真空腔室内输送衬底的导轨、输送通道中或腔室分隔中的插板阀以及加热板等容易凸起的边缘，都会因尖端放电效应影响平行电极板之间的辉光区域，造成腔室内的大面积辉光反应，并使得辉光区域明暗对比强烈，光度极不均匀。频闪明显而呈现不稳定性，不仅使辉光耗散，而且增加了输入功率的损耗，严重影响了成膜质量。

本发明装置用于PECVD系统真空腔室中，屏蔽辉光放电时受到的干扰，可以有效地规避真空腔室内复杂结构和几何特征对辉光所带来的不良影响，将不规则的机械结构屏蔽在限定的辉光区域之外，即屏蔽了可能带来的尖端放电效应又收敛了辉光区域的扩散，增强辉光区域的稳定性和辉光颜色的均匀性，降低辉光功率的损耗，为沉积优质的层膜提供了保证。

本发明的优点是：该装置适用于正方体形或圆柱体形的真空腔室，结构简单可靠，对整体设备布局和真空腔室设计结构不构成负面影响。用于PECVD设备中真空腔室内，屏蔽尖端放电效应、防止辉光放电质量受到干扰效果显著；辉光观察窗孔可以很方便地实时查视辉光状态，成本低，易于实施。

附图说明

图1为该屏蔽框在PECVD系统真空腔室中的工作原理示意图。

图2为该屏蔽框主视结构示意图。

图3为该屏蔽框侧视立体结构示意图。

图4为屏蔽框俯视结构示意图。

图中：1.真空腔室2.插板阀3.屏蔽框4.电极升降杆5.接地螺钉6.下电极7.衬底8.上电极9.衬底输送导轨10.加热器11.辉光观察窗孔12.接地螺钉穿孔13.排气孔道14.内夹角圆弧。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所述的技术方案进行详细的说明。

实施例1：

一种用于PECVD系统真空腔室中辉光放电时屏蔽干扰的装置，如图1、2、3、4(A)所示，包括屏蔽框3、辉光观察窗孔11、接地螺钉穿孔12和排气孔道13。

正方体形真空腔室1左右两侧分别连接有相同形状的真空室，相邻真空室通过插板阀2彼此分割，插板阀2的部分零部件凹凸不平，裸露在真空沉积室内；衬底7放置在上电极8的衬底托架上，通过衬底输送导轨9置于下电极6上方，上电极8由固定在腔室边缘的支架支撑，其中插板阀2中的凸起部分和衬底输送导轨9的边缘部分以及上电极8的支架等处对辉光放电和功率电场产生干扰，当施加辉光功率电源时，真空腔室1内辉光区域扩散严重，辉光不均匀并且光闪强烈。

将正方形屏蔽框3置于真空腔室1的正中央，其内边缘距下电极6的外边缘20mm，其高度居于衬底输送导轨9的下方；放置屏蔽框3时将辉光观察窗孔11正对真空腔室1的观察窗口，便于实时查视辉光情况，另外一侧的排气孔道13与真空腔室1的排气孔相对应；屏蔽框3的底部边缘开有接地螺钉穿孔12，用沉头接地螺钉5穿过穿孔与真空腔室1底部紧紧连接，保证良好的接地。屏蔽框3所有尖角和边缘部分均做倒角处理，所有内夹角均做圆弧处理以形成内夹角圆弧14。

沉积参数：真空腔室1通入H₂和SiH4气体，流量分别为180sccm和20sccm，气体压强为2torr(1torr＝133.32Pa)，施加的辉光电源频率为40.68MHz，功率为10W，平行板电极间距为20mm，衬底底托面积为140×140mm，沉积样品(衬底)面积为100×100mm。一次启动激励功率电源辉光成功，且辉光均匀稳定，辉光区域仅局限于平行电极板之间，与周边部件凹凸部分和边缘棱边没有产生尖端放电效应。该装置应用于正方体形真空室且容性电极为正方形平板时，有效屏蔽了复杂结构给辉光带来的不利影响，得到了良好的辉光效果。

实施例2：

一种用于PECVD系统真空腔室中辉光放电时屏蔽干扰的装置，如图1、4(B)所示，本实施例中真空腔室1及屏蔽框3外形均为圆柱体型结构，上、下电极为圆型平板结构。在圆柱体型屏蔽框3上同样设有辉光观察窗孔11、接地螺钉穿孔12和排气孔道13。将圆形屏蔽框3置于圆柱体型真空腔室1的正中央，其内径边缘距下电极6的外边缘20mm，其屏蔽框3上边缘高度居于衬底输送导轨9的下方；放置屏蔽框3时将辉光观察窗孔11正对真空腔室1的观察窗口，便于实时查视辉光情况，另外一侧的排气孔道13与真空腔室1的排气通孔相对应；屏蔽框3的底部边缘开有接地螺钉穿孔12，用沉头接地螺钉5穿过穿孔与真空腔室1底部紧紧连接，保证良好的接地。屏蔽框3所有尖角和边缘部分均做倒角处理。

沉积参数：真空室通入Ar气体，流量为200sccm，气体压强为2torr(1torr＝133.32Pa)，施加的辉光电源频率为40.68MHz，功率为10W，平行板电极间距为20mm，衬底底托面积为Ф125mm，沉积样品(衬底)面积为Ф100mm。一次启动激励功率电源辉光成功，且辉光均匀稳定，辉光区域仅局限于平行电极板之间，与周边部件凹凸部分和边缘棱边没有产生尖端放电效应。该装置应用于圆柱体形真空腔室且容性电极为圆形平板时，有效屏蔽了复杂结构给辉光带来的不利影响，得到了良好的辉光效果。

目前在本领域中并未发现采用本发明屏蔽的方法，来解决辉光放电干扰问题。上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明，熟悉本领域技术的人员显然可以容易的对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修饰都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种PECVD系统真空腔室中辉光放电时屏蔽干扰的方法，其特征是：在真空腔室内设有一屏蔽框，所述的屏蔽框为一矩形或圆形围护结构，屏蔽框的几何尺寸根据真空腔室内置的辉光电极极板尺寸设定，屏蔽框的内边缘距下电极的外边缘20mm以上，其上边缘略低于真空腔室内上电极极板高度；屏蔽框的底部翻边设有接地螺钉穿孔，用接地螺钉与真空腔室的底部拧紧固定，保持与真空腔室的接地连接，屏蔽框壁面的上部开有与真空腔室外置观察窗相对应的辉光观察窗孔，用于观察辉光过程和现象，为满足反应气体流动通畅，屏蔽框的四周或真空腔室排气侧开置排气孔道；所述的屏蔽框所有尖角和边缘部分均做倒角处理，所有内夹角均做圆弧处理以形成内夹角圆弧。

2.根据权利要求1所述PECVD系统真空腔室中辉光放电时屏蔽干扰的方法，其特征是：屏蔽框的材料为不锈钢板材，板材厚度为2mm，底部翻边宽度为10mm，用于穿过接地螺钉的接地螺钉穿孔直径为5mm，并加工有锥形斜边，便于安装沉头接地螺钉。