快速等离子处理的设备和方法技术

本发明专利技术的等离子处理设备适宜用较高淀积速率使基片涂敷出具有防潮性能之薄膜。该设备包括一个易抽空的空腔，在该空腔内限定一个面向等离子体的表面的供电电极，和一个与该面向等离子体表面横向间距为Δ的护罩。在等离子处理期间，等离子体被约束在距离Δ范围内，同时基片被连续进给而通过被约束的等离子体。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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 batcb)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等专利技术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。专利技术人为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。专利技术人为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。专利技术人为Gruenwald，于1991年4月23日颁布的美国专利5009738揭示了一种等离子体刻蚀设备，待进行处理的基片在设备中受到相对阴极的挤压，据说，该设备是为实现改善刻蚀过程中基片的排热性的。专利技术人为Murayama，于1991年5月7日颁布的美国专利5,013,416揭示了一种利用离子镀制造透明导电膜的设备，该方法借助一个有压力梯度的等离子枪和中间电极用以控制等离子体。据说，该设备能在基片高速运行条件下制造导体膜。本专利技术的一个目的是提供一种如下所述设备，人们用此设备能以工业可行的较快淀积速率可重复地在大或小衬底上淀积附着的以硅氧化物为基本组分，并最好具有予选的隔气(gas barrier)性能的硬薄膜。附图说明图1是表示可利用本专利技术实施例的一个等离子体真空系统的简略示意图；和图2概略地示出利用本专利技术各特点的反应室及其相关装置的一个侧面剖视图。就本专利技术的一个方面而言，一个等离子体处理设备包括一个易抽空的真空室，用于在该真空室中形成等离子体的装置，在该室中限定一面向等离子体之表面的供电电极，用于电气连通所述电极至基片，并将该基片的连续可变部分暴露于等离子体中的装置，以及用于约束毗邻被处理的所述连续可变基片部分之等离子体的约束装置。该约束装置与所述设备的某些元件配合将在被等离子体处理的基片部分处的等离子体约束在一个距离为△的范围内，以便获得以较快速度淀积提供气密封保护性合的薄膜。该约束装置相对于负偏压电极形成一个地平面(ground plane)。就本专利技术的另一方面而言，是淀积具有防潮(vapor barrier)生能的基本组分为氧化硅的薄膜。本专利技术的实践允许制备特别好的软聚合物，能使涂上该聚合物的基片实物在淀积速率约大于250A/秒薄膜厚度小于1000A的情况下氧气的渗透率小于0.1cc/100英寸/天左右。上述这种基片对于需要具有极好防潮和气密封性能；不起化学作用的软包装场合是极其有用的，例如在商品包覆速率下，可应用于医用血清和血液袋和对氧气十分敏感的食品的包装。本专利技术等离子型处理设备适用于涂层以及等离子刻蚀或欲改善基片表面的等离子清洗。予料用本专利技术的等离子型处理设备的最佳方式是待进行等离子处理的基片是可挠曲的。待处理基片的可挠曲适应性归因于等离子处理期间携带该基片通过等离子体的整个系统的最佳构型。此后还将对这点作更充分的论述。各种软塑料，无论其是导体，半导体还是非导体均适于按本专利技术方法进行涂层。例如用于食品包装的聚苯二甲酸乙醇酯(PET)或聚碳酸脂(PC)树脂进类的各种软塑料均可根据本专利技术进行涂层，以抑制氧气，二氧化碳或潮气的渗透。虽然软基片的厚度可达大约10密耳，但食品包装应用的基片厚度通常为0.5-1密耳。本专利技术设备最好用于制作具有减小对水蒸气，氧和二氧化碳等的渗透率的软膜。正如与本文共同转让，于1990年8月3日提交的序号为07/562,119专利申请所述，人们已发现二气体传递性能是软基片上本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于制备具有汽阻保护性能供包装用的基片的方法，该方法包括以下步骤： 提供聚合物的基片； 建立从易挥发的有机硅化合物，氧和一种隋性气体在一真空室内所导出的辉光放电等离子体，同时维持真空室压力至少小于０．１乇左右； 将距离子体约束成一条带，它具有一维尺寸不大于１２英寸的距离Δ，该距离Δ被限定在一个负偏置的面向等离子体的表面与一个相对的被冷却的护罩之间； 使至少一部分基片通过所述受约束的等离子体并经历一段在所述基片部分上有效淀积具有汽阻保护性能的氧化硅基本组分薄膜的时间，同时将所述负偏压连通至所述基片部分。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JT费尔斯，H查塔姆，J康特里伍德，RJ纳尔逊，
申请(专利权)人：维美德总公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]