[发明专利]快速等离子处理的设备和方法

说明书

本发明涉及对基片的等离子处理，更具体地涉及在基片上沉积以硅氧化物作基本组分的薄膜的快速等离子增强型淀积，以便为包装密封作用提供有用的透气隔档。

等离子聚合，有时称为“等离子增强型化学汽相淀积”或“PECVD”，在各种基片上成膜已成为已知技术。例如，在有氧或无氧情况下，使硅烷同氧化氮或氨的混合物产生等离子聚合作用，以形成氧化硅膜。在1985年12月10日颁布的Sacher等人的美国专利4,557,946描述了通过加热衬底并控制等离子的功率采用有机硅化合物的等离子聚合涂敷技术，以形成该基片上的防潮层。在1986年7月8日颁布的Wertheimer等人的美国专利4,599,678揭示了将衬底加热至50℃以上时，以辉光放电形式用有机硅涂敷薄膜电容器的方法。

一般来说，由有机硅形成薄膜，通常是在比较低的淀积率下形成(例如，同磁控溅射时比较而论)，故所形成的薄膜较软而且往往模糊不清。如Sacher等人和Wertheimer等人所用方法要求对衬底加热，对某些衬底而言也是不利因素。

采用有机硅化合物的等离子增强型沉积之另一问题是淀积期间聚合条件的变化和缺乏控制。用于控制等离子体操作的传统方法乃是采用功率、压力和流量来监视和试图控制该操作过程。然而，这三种变晕都为输入量因而不能控制所产生的薄膜。因此，对这样一种工艺过程的比例放大是极其复杂的。

就早期的微电子PECVD反应器(reactors)而言，等离子体产生于两个平行的圆形电极之间。晶片(wafers)加到电气接地的下部电极。上部电极则通过一个阻抗匹配网络连接到一个射频(rf)发生器。用气体环流输入反应剂，这些反应剂在被送入的反应剂等离子体外缘进入等离子体区(即，两电极之间的区域)，并径向地流入电极中心处的泵出口。这些反应器通常称之为“辐向流动”反应器。

在“逆向”的辐向流动反应器情况下，气体入口在下部电极的中心，而气体朝着辐向向外流动。一个磁驱动组件使下部电极能转动，因而使基片位置随机化，同时使淀积均匀度最佳化。

在热壁型批量(hot-wall batch)PECVD系统中，淀积室包括一个置于一耐热炉内的石英管。垂直排列方向的石墨板将晶片载入槽内。每隔一个的石墨板被连接到同一rf电源端，于是在相邻电极间产生辉光放电。反应剂沿淀积室石英管的轴向和在电极之间定向导入。

最近，PECVD工艺已用来涂敷其片，例如供食品包装用软膜的塑料容器和卷筒。在1989年10月24日提交的序号为07/426,514，与本文一起转让的专利申请中所描述的等离子聚合作用是用于淀积来自挥发性有机硅化合物的硅氧化物为基本成份的薄膜工艺。这种淀积一种粘附的硬氧化硅基本组分的薄膜方法包括：提供具有若干成分的气流，在一预先抽真空的反应室内，建立由该气流，或其成分之一导出的辉光放电等离子体，同时在该等离子体中具有可移动放置的基片以及使该气流可控地流入该等离子体，在置于等离子体中的基片上沉积氧化硅。所述气流成分包括一种挥发性的有机硅化合物，氧和诸如氦或氩之类的一种隋性气体。

该气流是通过使有机硅在反应室外挥发和计量有机硅同氧和隋性气体混合而可控地流入等离子体的。使气流流入等离子体的控制过程最好包括在淀积期间调节进入反应室的有机硅的量。可利用在1989年7月11日颁布的美国专利4847469由Hafmann等发明人所描述的流量蒸发器来实现该控制。

对包装食品等各种不同应用场合来说，为减少对诸如水汽，氧和二氧化碳等之渗透率的薄膜是有用的。这种薄膜一般由几种材料合成，例如，经常是一层象聚乙烯或聚丙烯之类的软聚合物，而另一层是涂在其上或同一起挤压而用作保护层。保护层一般可视为基本为有机组分或基本为无机组分的。

除了象如上所述的涂层应用外，等离子辅助或增强工艺过程还包括等离子刻蚀或改善衬底表面的等离子清洗过程。例如，等离子刻蚀工艺用于制造集成电路。

供等离子处理用的不少设备是已知的。发明人为Hartig等人，于1989年9月5日颁布的美国专利4863756所描述的等离子涂敷设备包括：置于一个电极之一侧的磁铁，而另一电极侧则固定面对等离子体的待涂敷的衬底。

发明人为Kondo等人于1990年11月6日颁布的美国专利4,968,918揭示了一种有多个供电电极的等离子体处理设备。使待进行等离子处理的基片在供电电极附近通过。