CN1833050A - 制造真空等离子体处理过的工件的方法和真空等离子体处理工件的系统 - Google Patents
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Abstract
为了制造真空等离子体处理过的工件，将待处理的工件引入真空室(1)中。由此，在真空室(1)中在至少处于Hf频率范围中的第一频率(f1)下建立等离子体放电。在从真空室(1)中移走现在处理过的工件之后，清洁该真空室(1)，由此在高于所提出的第一频率(f1)的第二频率(f2)下现在产生等离子体放电。
Description
本发明一般涉及用于真空等离子体处理工件的该类型的方法和系统，其中，在真空容器中同时或相继处理一个或多个工件之后，在其中进一步处理之前必须清洁该真空容器。
因此，作为本发明所提出的处理是其中应用等离子体类型的处理，该等离子体是由在高频范围中的频率下具有最大能量的供应信号供给的。
定义：
高频范围：3至30MHz
极高频范围(VHF)：30至300MHz
这种方法和系统的总周期时间和由此的生产量极大地由处理周期时间和清洁周期时间来控制。如果在每个处理周期之后执行清洁周期，则这明显是特别正确的。该总周期时间可以(根据增长的生产量)通过缩短用于建立所需的处理结果的处理周期来缩短。这与在处理周期期间提高处理效率相符。已知使用高频等离子体的处理过程的处理效率可以通过提高处理等离子体频率来提高。例如已知，在使用高频等离子体的等离子体增强化学汽相淀积处理过程(PHfECVD)中，淀积率可以通过提高等离子体频率来提高，从而缩短处理周期。还已知，当用于工件处理的高频等离子体的频率提高直至VHF频率范围并在VHF频率范围中时，这可能引起关于沿着工件表面的处理效果的一致性问题，特别是如果这个表面大，这种问题对于这种HfPECVD处理、如针对制造平板显示器、半导体器件、太阳能电池工件或具有感光膜的工件例如通常是真实的。这些在极高的处理等离子体频率下一致的处理效果的问题已经被提出并通过特殊电极概念(诸如在US 6 228 438中所描述的那样)得到解决。因此，并且考虑到处理周期，已知通过增加等离子体频率来降低周期时间，特别是关于处理均匀性或一致性的伴随问题也被解决。
然而，并且如上已提到的，总周期和由此的生产量还由用于清洁真空容器的清洁周期时间控制，其中，已经完成和执行工件处理。
本发明提出的该类型的缩短处理过程中的清洁周期时间是在US 6 410 102中所涉及的一个主题。因此，提议通过使用具有比用于工件处理的等离子体的频率低的频率的等离子体的干法刻蚀技术来减小清洁时间。
在US 6 410 102中报告，当将干法刻蚀的等离子体频率提高至高于50MHz的VHF带或更高时，不均匀的干法刻蚀效果导致真空容器的不精确清洁。处理等离子体在VHF带或更高下操作。
本发明的目标是，在上述处理/清洁系统或制造方法中，相对于处理周期时间来缩短清洁周期。根据本发明，这是通过制造真空等离子体处理过的工件的方法来实现的，该方法包括以下步骤：
(a)向真空容器中引入至少一个待处理的工件；
(b)在真空室中处理该工件，从而由在至少在Hf频率范围中的第一频率下具有最大能量的供应信号在真空室中产生等离子体放电；
(c)从真空容器中移走处理过的工件；
(d)在真空容器之内执行清洁，从而由在比所提出的第一频率高的第二频率下具有最大能量的供应信号来产生等离子体放电；和
(e)重复步骤(a)至(d)至少一次。
本发明的发明人已经认识到，无论何时通过在Hf-范围中建立处理等离子体的频率来缩短用于处理工件的周期时间，相应获得的、关于生产量的优势可通过相应地缩短清洁周期时间而被削弱，因为清洁等离子体的频率相应地被提高或被保持在处理等离子体的频率之上。
如果为了通过增加处理等离子体频率来缩短处理周期时间而不得不应用特殊电极概念来解决处理均匀性问题，那么这些措施还将在相应高的清洁等离子体的频率下减少不均匀的清洁。
而且，本发明人已经认识到，通过提高清洁等离子体的频率并将其保持在充分高于处理等离子体的高频，使得应用增加的清洁等离子体功率(plasmapower)成为可能，从而另外阻止不精确的清洁并缩短清洁周期时间。
通过在清洁期间将清洁等离子体的频率维持在充分高于处理等离子体的高频，可能导致溅射的室壁和电极的离子轰击被减小。这允许极大地增加等离子体功率。通过提高或保持清洁等离子体的频率充分高于处理等离子体的高频，在电极内表面之前的和由此也在用作电极的容器内表面之前的外壳电压被极大地降低，这减小了离子轰击这种电极表面的能量。因此，在达到表面溅射变得明显的临界功率之前，可以应用非常高的功率，其过度补偿了沿着容器壁的可能的清洁效果的不均匀性。
在根据本发明的方法的一个实施方案中，在执行随后的清洁步骤(d)之前，至少重复一次引入(a)直至并包括移走(c)的步骤。这意味着，在建立清洁周期之前，真空容器可以首先在至少两个或甚至更多的随后的处理周期中分别用于处理至少一个工件。
对于更关键的工件处理和作为又一个实施方案，在每次处理和移走周期之后执行清洁周期，这通过直接从移走步骤(c)前进到清洁步骤(d)来建立。
在又一个实施方案中，在清洁步骤(d)期间产生真空容器中的总压ptot，针对该总压满足
0.2mbar≤ptot≤0.6mbar。
因此，等离子体激活的气体基团(gas radical)的相对长的平均自由行程在清洁期间被建立。这导致甚至在小孔和裂缝中的有效的清洁。尽管低压更会导致清洁速率的限制和轰击内部表面的增加的离子能量的事实，但是由于清洁等离子体频率被保持在充分高于处理等离子体的高频的事实，这些效果被过度补偿。
在根据本发明方法的又一个实施方案中，在清洁步骤期间，向真空容器中施加含氟气体。
在又个实施方案中，施加SF6和NF3中的至少一种。
在一个实施方案中，所提到的第一频率、即处理等离子体的频率f1被选为：
10MHz≤f1≤30MHz。
在又一个实施方案中，所提到的第一频率f1被选为大约13.56MHz。
在又一个实施方案中，根据清洁等离子体频率的第二频率f2被选为第一频率f1的谐频。
在又一个实施方案中，第二频率f2在VHF频率范围中被选择。
又在另一个实施方案中，第一频率f1在VHF频率范围中被选择。
又在另一个实施方案中，第二频率f2被选为：
30MHz≤f2≤100MHz。
又在另一个实施方案中，第二频率f2被选为近似40MHz。
又在另一个实施方案中，第二频率f2也在高频范围中被选择。因此，又在另一个实施方案中，f2被选为
20MHz≤f2≤30MHz。
又在另一个实施方案中，f2被选为大约27MHz，该f2大约是被选为大约13.56MHz的f1的第一谐频，当将f2选择为大约40MHz时与f1的第二谐频对应。
在再一个实施方案中，第二频率f2被选为第一频率f1的至少两倍。
在根据本发明的方法的又一个实施方案中，处理至少为2000cm2的工件表面。
又在另一个实施方案中，在处理步骤(b)期间，在工件上淀积SiN涂层。
又在另一个实施方案中，在处理步骤(b)期间，执行PVD和PECVD中的至少一种，并在又一个实施方案中，这种处理步骤(b)由PECVD处理组成。
又在根据本发明的方法的另一个实施方案中，生产平的工件，在又一个实施方案中生产平板显示器工件、也就是被用于平板显示器制造的工件。
又在另一个实施方案中，制造太阳能电池工件或具有感光膜的工件或针对半导体工件的工件。
根据本发明，进一步提出真空等离子体处理工件的系统，其包括
可抽空的真空容器；
容器中的、可连接到第一气体源和第二气体源的气体入口装置；
容器中的、具有到电极的电输入的等离子体发生装置；
具有第一和第二输出的发生器装置，并且在第一输出产生在高频范围中的第一频率下具有最大功率的信号和在第二输出产生在比第一频率高的第二频率下具有最大功率的信号；
控制单元，其可替换地可操作地将发生器装置的第一输出与容器中的等离子体发生装置的电输入相连接并将第一气体源与气体入口相连接，或者其将发生器装置的第二输出与电输入相连接并将第二气体源与气体入口相连接。
现在借助附图并通过实施例来描述本发明。
附图：
图1示意性地示出根据本发明的和执行根据本发明的制造方法的系统的第一实施方案；
图2示出又一变型中的如图1的本发明系统的一部分；
图3示出，在高于处理等离子体频率的清洁等离子体频率下，当根据制造方法和利用根据本发明的系统执行清洁时，清洁速率(/s)与Rf功率(w)的图表；以及
图4示出在根据本发明的系统和方法中溅射-临界等离子体功率对等离子体频率的图表。
在图1中，示意性地示出根据本发明的系统执行根据本发明的制造方法的第一实施方案。
真空容器1具有输入负载锁(input loadlock)3和输出负载锁5。如平基底、特别是用于制造平板显示器或太阳能电池或具有感光膜的基底的、特别是具有至少2000cm2的待处理的大表面的工件7通过输入负载锁3输入并被放置在基底接收表面7a上。根据图1，容器1的底面被用作基底接收表面7a。在处理之后，基底7通过输出负载锁5被卸载。除了单个工件，在一些应用中，可以同时将多于一个的工件批量送入真空容器1。在真空容器1内和工件接收表面7a的对面(这里用作一个电极)，通过绝缘的供给通道11穿过容器1的壁，在容器1提供与电输入E1相连的第二电极装置9。
根据图1的实施方案，电输入E1可操作地被连接到匹配箱(matchbox)装置13的输出A13，该匹配箱(matchbox)装置13的输入E13可操作地可连接到发生器装置15的第一输出AHf或者第二输出AHf+。发生器装置15如通过发生器级15Hf在输出AHf产生在高频范围中的频率f1下具有最大能量的信号。装置15还在输出AHf+产生在比频率f1高的频率f2下具有最大能量的电信号。如示意性通过受控的切换单元17所示，电极9可操作地被连接到输出AHf或者输出AHf+。切换单元17具有控制输入C17。
电极装置9以及工件支撑表面7a可根据特定需要来定形，例如以便处理诸如在US 6 228 438中所示的基底表面上的、由高频等离子体引发的不均匀的处理效果。
真空容器1还具有气体入口19，其通过受控流交换(flow switching)单元21被流连接(flow-connected)到气体源G1或者气体源G2。流交换单元21具有控制输入C21。
切换单元17以及流交换单元21通过其相应的控制输入C17和C21由过程循环控制单元23来控制。另外，必须注意的是，尽管以下事实，即在图1中提供有一个匹配箱装置13并且容器1的壁被示出与参考电势、例如地电势相连，但也可能如通过经由参考电势上的第二匹配箱装置连接容器1的壁或甚至通过经由匹配箱装置向容器1输送Rf能量而在电极装置9和基底支撑表面7a之间不同地施加高频电压。然而，更常用的是如图所示将容器1固定到参考电势上。一旦基底7已被引入容器1，就在其上执行高频等离子体辅助的处理。为此，控制单元23操作切换单元17从发生器装置15的输出AHf向电极装置9供给电能。高频等离子体辅助的处理可以是活性的或非活性PVD处理，但其在高频等离子体增强的CVD处理中。因此，特别是针对这种处理，处理气体(可能含有诸如氩气的工作气体)经由入口19从气体源G1送入容器1中。这通过单元23和流控制单元21来控制。
一终止基底7的高频等离子体处理，已经处理过的基底就经由输出负载锁5从容器1中移走。随后，容器1的内部必须清除污染淀积物，这些污染淀积物由于如在高频等离子体辅助处理期间来自薄膜淀积或刻蚀的基底处理形成。
在每个工件处理周期之后或者，在不大重要的应用中，在已执行预定数量的处理周期之后直接执行随后的清洁周期。
对于清洁周期，电极9可操作地被电连接到由控制单元23和切换单元17控制的发生器装置15的输出AHf+。同时并在多数情况下，经过气体入口19向容器1供应的气体由控制单元23和流控制单元21切换到第二气体源G2。为了清洁目的，该气体源G2可能含有氟，从而含有SF6和/或NF3。在气体源G2中也可能含有氧气。当在输出AHf+通过发生器装置15产生的信号具有比在输出AHf产生的频率f1高的频率f2时，清洁周期等离子体由在高于处理周期期间的频率下具有最大能量的供应信号供应。
“最大能量”的频率考虑到：发生器装置15的输出信号不必是正弦的，并且“最大能量”的频率将正常地提供特征为特定光谱频率下的能量最大的相应分布的频率光谱。
关于如何操作并分析根据图1的系统的具体实施方案，参考介绍部分和在此提出的具体实施方案。
如果两个频率f1和f2在光谱上彼此分开很远，则可能难以制做对两个频率都足够好的匹配箱装置13。那么或者如图1中虚线所示的那样，控制匹配箱装置13来适应相应的频率f1和f2，或者根据图2，匹配箱装置包括两个分离的匹配箱13Hf和13Hf+，这两个匹配箱能够一起具有各自的供应源。
实例：
在根据图1的系统中的相应的处理步骤中，用SiN层涂覆具有410×520mm2的待处理的表面的玻璃基底，从而选择处理等离子体频率f1＝13.56MHz。然后从容器1中移走基底。
在相应涂覆之后，如图1所示，随着SF6和O2从气体源G2进入容器1中执行随后的清洁步骤。针对所有实例，气体流如下：
SF6：500sccm
O2：100sccm
在所有清洁周期期间的容器1中的总压ptot是0.4mbar。
首先，以频率f2＝13.56MHz和约500W的所施加的功率执行清除SiN。500W的功率大约是由于离子轰击和最终的电极溅射而开始损害电极之前的极限功率pcrit。
接着，f2分别被提高至f2＝27MHz和f2＝40MHz。在这些频率f2下，Rf功率变化。结果如图3中所示。曲线(a)示出，在f2＝27MHz下，单位为/s的清洁速率与单位为W的Rf功率的相关性，曲线(b)示出，在f2＝40MHz下，单位为/s的清洁速率与单位为W的Rf功率的相关性。认识到，随着清洁等离子体的频率f2的提高，所施加的Rf功率在未达到pcrit时也相当大。
发现临界功率pcrit与f2的相关性近似地如图4中所示的曲线。
由此，可看到，随着频率f2的提高，等离子体功率也可能在未达到pcrit时大量提高，并招致溅射电极和壁表面的危险。
因此，可以将通过提高处理等离子体的频率来缩短处理周期时间与同时通过保持清洁等离子体的频率仍高于处理等离子体的频率来缩短处理周期时间相结合是可能的，由此甚至提高清洁等离子体的功率。因此，总周期时间被大大缩短，并相应地通过根据本发明的系统及相应制造方法，工件生产量被大大提高。
在下表中示出了在f2的频率值为13.56MHz和27MHz下执行反应器清洁的速率。用SF6/O2执行清洁。从而，移走在反应器中的SiN和以低淀积速率淀积的非晶硅a-Si-LDR的污染层。对于两种频率值，所施加的Rf功率恰好低于电极表面和容器壁表面的表面溅射开始的pcrit。可以看到在f2＝27MHz下，由于可应用的较高功率实现了明显更高的清洁速率。
| 过程 | 频率(MHz) | SF6/O2(sccm) | 压力(mBar) | RF(W) | 清洁速率(/s) |
| SiN | 13.56 | 500/100 | 0.4 | 500 | 17.5 |
| 27 | 500/100 | 0.4 | 875 | 24 | |
| a-Si-LDR | 13.56 | 500/100 | 0.4 | 500 | 13 |
| 27 | 500/100 | 0.4 | 875 | 22.5 |
Claims (28)
1、一种制造真空等离子体处理过的工件的方法，其包括步骤：
(a)向真空容器中引入至少一个待处理的工件；
(b)在所述真空室中处理所述工件，从而由在至少在Hf频率范围中的第一频率下具有最大能量的供应信号在所述真空室中产生等离子体放电；
(c)从所述真空室中移走所述处理过的工件；
(d)在所述真空室之内执行清洁，从而由在比所述Hf频率高的第二频率下具有最大能量的供应信号来产生所述等离子体放电；
(e)重复步骤(a)至(d)至少一次。
2、根据权利要求1所述的方法，还包括在进行到所述清洁步骤(d)之前，重复所述引入步骤(a)直至包括所述移走步骤(c)至少一次。
3、根据权利要求1所述的方法，还包括从所述移走步骤(c)直接变换到所述清洁步骤(d)。
4、根据权利要求1至3之一所述的方法，还包括在所述清洁步骤(d)期间建立所述真空室中的总压ptot，针对该总压ptot满足：
0.2mbar≤ptot≤0.6mbar。
5、根据权利要求1至4之一所述的方法，还包括在所述清洁步骤(d)期间在所述真空容器中提供含氟气体。
6、根据权利要求1至5之一所述的方法，还包括在所述清洁步骤(d)期间在所述真空容器中提供SF6和NF3中的至少一种。
7、根据权利要求1至6之一所述的方法，还包括选择所述第一频率f1为
10MHz≤f1≤30MHz。
8、根据权利要求7所述的方法，还包括选择所述第一频率f1为大约13.56MHz。
9、根据权利要求1至8之一所述的方法，还包括选择所述第二频率为所述第一频率的谐频。
10、根据权利要求1至9之一所述的方法，还包括在VHF范围中选择所述第二频率。
11、根据权利要求1至10之一所述的方法，进一步在VHF范围中选择所述第一频率。
12、根据权利要求1至11之一所述的方法，还包括选择所述第二频率f2：
30MHz≤f2≤100MHz。
13、根据权利要求1至12之一所述的方法，还包括选择所述第二频率为大约40MHz。
14、根据权利要求1至9之一所述的方法，还包括在高频范围中选择所述第二频率f2。
15、根据权利要求1至9之一所述的方法，还包括选择所述第二频率f2是
20MHz≤f2≤30MHz。
16、根据权利要求1至9之一所述的方法，还包括选择所述第二频率f2为大约27MHz。
17、根据权利要求1至16之一所述的方法，还包括选择所述第二频率f2是所述第一频率f1的至少两倍。
18、根据权利要求1至17之一所述的方法，从而制造具有大于2000cm2的处理过的表面的工件。
19、根据权利要求1至18之一所述的方法，所述处理包括用SiN涂覆。
20、根据权利要求1至19之一所述的方法，其中，所述处理包括物理汽相淀积、即PVD和等离子体增强的化学汽相淀积、即PECVD中的至少一种。
21、根据权利要求1至20之一所述的方法，其中，所述处理是等离子体增强的化学汽相淀积PECVD。
22、根据权利要求1至21之一所述的方法，其中，所述工件是平的工件。
23、根据权利要求1至22之一所述的方法，其中，所述工件是用于平板显示器的工件。
24、根据权利要求1至22之一所述的方法，其中，所述工件是太阳能电池工件。
25、根据权利要求1至22之一所述的方法，其中，所述工件是具有感光膜的工件。
26、根据权利要求1至22之一所述的方法，其中，所述工件是用于半导体工件的工件。
27、根据权利要求1至26之一所述的方法，还包括通过第一发生器产生具有所述第一频率的所述供应信号和通过第二发生器产生具有所述第二频率的所述供应信号，并在所述真空容器中经由公共匹配箱装置或经由相应的第一和第二匹配箱装置向公共电极施加两个所述供应信号。
28、一种真空等离子体处理工件的系统，其包括：
可抽空的真空容器；
所述真空容器中的、并可被连接到第一气体源和第二气体源的气体入口装置；
所述容器中的、具有到电极的电输入的等离子体发生装置；
具有第一和具有第二输出的发生器装置，并且在所述第一输出产生在至少在Hf频率范围中的第一频率下具有最大能量的输出信号和在所述第二输出产生在比所述第一频率更高的第二频率下具有最大能量的信号；
控制单元，其可替换地可操作地将所述发生器装置的所述第一输出与所述电输入相连接并将所述第气体源与所述气体入口相连接，或者其将所述发生器装置的所述第二输出与所述电输入相连接并将所述第二气体源与所述气体入口相连接。
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