等离子体表面加工设备的电极结构制造技术

一种在等离子体的作用下在基材表面上形成膜的等离子体成膜设备，包括：　　　　（Ａ）包含所述膜的原材料的第一种气体供应源；　　　　（Ｂ）第二种气体供应源，它由等离子体放电引起以达到激发状态、但是不包含能形成到膜形式中的组分；　　　　（Ｃ）与所述基材对面放置的加工头；　　　　所述的加工头设置有：　　　　（ａ）接地的接地电极；和　　　　（ｂ）连接到电源并在所述的接地电极和所述的电场施加电极之间形成等离子体放电空间的电场施加电极；　　　　所述的加工头形成有：　　　　（ｃ）第一种流道，用于将来自从所述第一种气体供应源的第一种气体以避开所述等离子体放电空间或离所述等离子体放电空间很近地通过的方式引入到所述的基材；　　　　（ｄ）第二种流道，其包括所述的等离子体放电空间，并用于在使所述第二种气体通过所述等离子体放电空间之后使来自所述第二种气体供应源的第二种气体接触所述第一种气体。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种等离子体表面加工技术，其中通过在一对电极之间施加电场以等离子体化加工气体，对于半导体等的基材的表面进行例如成膜、蚀刻、灰化、清理、表面改性等加工。更具体地，本专利技术涉及一种适合在等离子体成膜设备中布置基材远离基材的电极之间的电场施加空间的所谓的远程控制型的设备。
技术介绍
等离子体表面加工设备配备一对电极(例如，日本专利申请公开第H11-236676号)。加工气体引入到该对电极之间，并且在它们之间施加电场产生辉光放电。这样加工气体被等离子体化。将这样等离子体化的加工气体吹到半导体基材等的基材表面上。这样可以对基材表面进行例如成膜(CVD)、蚀刻、灰化、清理和表面改性的加工。配备到单一设备上的电极的数目不局限于两个。例如，在日本专利申请公开第H05-226258号中公开的等离子体加工设备中，布置多个电极以致它们的极性交替出现。等离子体表面加工系统包括将基材放置在一对电极之间的电场施加空间的所谓直接系统、和其中基材远离电场施加空间放置和在电场施加空间中等离子体化的加工气体吹到这个基材上的所谓远程型。它进一步包括其中将整个系统放在减压容器中和在较低压力环境中进行加工的低压等离子体加工系统和在接近大气压力的压力(大致为常压)下进行加工的常压加工系统。例如，如日本专利申请公开第H11-251304号公开的，远程型常压表面加工设备包括吹出加工气体的喷气嘴。在这个嘴内，一对电极以对面关系布置。至少一个电极热喷涂膜在其对表面配备固体电介质层例如陶瓷。为了防止在常压电极间的空间中可发生的电弧放电发生进行这种布置。喷嘴形成有与电极之间的电场施加空间连接的喷气通道。基材布置在这个喷气通道前面。根据加工的目的选择用于等离子体表面加工的气体。在成膜(CVD)的情况中，使用包含膜的原材料的气体。这个原材料气体引入到电极之间并与等离子体反应以在基材表面形成膜。但是，这个成膜加工技术有这样的问题本来趋于粘附在基材上的膜易于粘附在设备侧面上。特别地，在远程型中，气体从喷气通道吹出之前容易粘附在电极表面。气体也容易粘附到喷嘴的喷气通道的周围区域或相对于基材的喷嘴的相对表面。这导致原材料的增加量的损失。更频繁地需要维护例如电极等的替换和其清理。主组件例如电极的完全地替换意味着组件原料的巨大浪费。而且，为了粘附在喷气通道的周围区域上的粘附物(污点)完全地清理喷嘴是非常地麻烦。另外，在维护时必须暂时地停止加工。顺便提及，日本专利申请公开第H03-248415号公开了一种技术其中在常压CVD中一般地从喷嘴的周围区域到它的放电部件的壁表面由金属网组成，从金属网的网孔中吹出惰性气体，由此防止膜粘附到设备侧面上。但是这个技术又有这样的问题加工气体流被通过网孔的惰性气体干扰，这样严重地降低了成膜到基材上的效率。并且常压等离子体表面加工具有和低压环境相比自由基的平均自由程(寿命)短的这样的问题。因为这个原因，如果放置喷嘴离基材太远，由于失活不能形成膜。另一方面，如果放置喷嘴离基材太近，在施加电场的侧面上的电极和基材之间容易发生电弧，并且在一些情况下基材会损坏。在常压等离子体表面加工中，在电极的背面(相对表面的相反侧表面)和在电极的边缘可能发生电弧(异常的放电)。当包含氩气的稀有气体或氢气用作加工气体时这特别明显地发生。针对上述情形进行了本专利技术。因此本专利技术的一个目的是提供一种解决在所有等离子体表面加工中的等离子体成膜时，特别是在远程型的等离子体成膜时，膜粘附到电极等上的问题的技术。本专利技术的另一个目的是提供一种在防止电弧放电时能进行有利的成膜加工的技术。
技术实现思路
为了解决上述问题，根据本专利技术的第一方面，提供一种在等离子体作用下在基材表面上形成膜的等离子体成膜设备，包括(A)包含膜的原材料的第一种气体供应源；(B)由等离子体放电引起达到激发状态的但是不包含能形成到膜形式中的组分的第二种气体供应源；(C)要与基材对面地放置的加工头；该加工头设置有(a)接地的接地电极；和(b)连接到电源并在接地电极和电场施加电极之间形成等离子体放电空间的电场施加电极；该加工头形成有(c)以避免等离子体空间或离等离子体空间很近地通过的方式从第一种气体供应源引入第一种气体到基材的第一种流道；(d)包括等离子体放电空间且在使第二种气体通过等离子体放电空间之后使来自第二个气体供应源的第二种气体接触第一种气体的第二种流道。由于上述布置，可以阻止膜粘附到组成等离子体放电空间的电极的表面上。这样原材料的损失减少。并且可以减少维护例如电极的替换和清理的麻烦。在第一方面中，例如第一种和第二种流道相互汇聚和朝着表面与基材对面地放置的加工头的表面开口的共同喷气道连接是可以的。(见图3，其它地方一样)。还可以接受的是第一种和第二种流道的下游端间隔地朝着表面要与基材相对放置的加工头的表面开口，并且这些开口端分别作为第一种气体的喷气口和第二种气体的喷气口(见附图说明图11，其它地方一样)。在前种共同喷气结构(common blowoff construction)中，第一种气体和等离子体化的第二种气体在共同喷气通道中接触以可靠地反应。在后种单个喷气结构(individual blowoff construction)中，可以肯定地防止膜在喷气通道的内周表面上形成。在共同喷气结构中，例如，第一种和第二种流道中的一个线性地与共同喷气通道连通，另一个与上述的一种流道以一个角度交叉。第一种和第二种气体中的一个以喷气方向线性地流动，另一个气体可以与其汇集。在共同喷气结构中第一种和第二种流道之间的交叉角度例如是直角。但是，交叉角度不局限于此，它可以是钝角或锐角。第一种和第二种流道都可以与共同喷气通道成一定的角度。在第一方面中，例如，电极作为限定第一种流道的构件配置。由于这种布置，具体的第一种流道形成构件可以被省略或缩短。在第一方面中，例如，加工头设置有相同极性的以相互邻接关系布置的两个电极，第一种流道在有相同极性的电极之间形成。有相同极性的电极可以指电场施加电极，或它们可以是接地电极。在第一方面中，例如，加工头配备电场施加电极和接地电极各两个，这样总共四个，以相互邻接关系安置两个电场施加电极，这样在它们之间形成第一种流道，并且和所述各两个相应的接地电极的每一个都对面地布置两个电场施加电极的每一个，这样在它们之间形成等离子体放电空间(见图3，其它地方一样)。例如以接地电极、电场施加电极、电场施加电极和接地电极的顺序布置四个电极，由于这种布置方式，两个等离子体放电空间和进而第二种流道都布置在两边，单一的第一种流道夹在它们之间。在这个四电极和三流道结构中，例如，加工头包括覆盖朝向电极的基材的表面的基材相对构件(base material opposing member)，所述基材相对构件形成有三种流道的各个喷气通道(见图11)。由于这种布置，构成了单一喷气结构的一实施方式。并且，在四电极和三流道结构中，如下结构是可以接受的加工头包括要覆盖面向电极的基材的表面的基材相对构件，在基材相对构件和每个电场施加电极之间形成作为第二种流道的一部分的连通通道，等离子体放电空间和第一种流道通过连通通道相互连通，由第一种和第二种气体的共同喷气通道形成基材相对构件，因此共同喷气通道与第一种流道和连通通道之间的交叉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在等离子体的作用下在基材表面上形成膜的等离子体成膜设备，包括(A)包含所述膜的原材料的第一种气体供应源；(B)第二种气体供应源，它由等离子体放电引起以达到激发状态、但是不包含能形成到膜形式中的组分；(C)与所述基材对面放置的加工头；所述的加工头设置有(a)接地的接地电极；和(b)连接到电源并在所述的接地电极和所述的电场施加电极之间形成等离子体放电空间的电场施加电极；所述的加工头形成有(c)第一种流道，用于将来自从所述第一种气体供应源的第一种气体以避开所述等离子体放电空间或离所述等离子体放电空间很近地通过的方式引入到所述的基材；(d)第二种流道，其包括所述的等离子体放电空间，并用于在使所述第二种气体通过所述等离子体放电空间之后使来自所述第二种气体供应源的第二种气体接触所述第一种气体。2.根据权利要求1的等离子体成膜设备，其中所述第一种和第二种流道相互汇集，并且与朝着其表面要与所述基材对面放置的所述加工头的表面开口的共同喷气通道相连通。3.根据权利要求2的等离子体成膜设备，其中所述第一种和第二种流道中的一个线性地与所述共同喷气通道连通，另一个与所述一种流道以一个角度交叉。4.根据权利要求1的等离子体成膜设备，其中所述第一种和第二种流道的下游端间隔地朝着其表面要与所述基材对面放置的所述加工头的的表面开口，所述开口端分别充当第一种气体的喷气口和第二种气体的喷气口。5.根据权利要求1的等离子体成膜设备，其中所述加工头设置有具有相同极性并以相互邻接关系安置的两个电极。6.根据权利要求1的等离子体成膜设备，其中所述加工头设置有所述电场施加电极和接地电极中的各两个，所述两个电场施加电极以相互邻接的关系安置，这样在它们之间形成所述第一种流道，所述两个电场施加电极与所述各两个相应的接地电极对面地放置，从而在它们之间形成所述等离子体放电空间。7.根据权利要求6的等离子体成膜设备，其中所述四个电极以接地电极、电场施加电极、电场施加电极和接地电极的顺序安置，由于这种安置方式，所述两个等离子体放电空间、进而两个第二种流道安置在两侧，所述单个第一种流道夹在它们之间。8.根据权利要求7的等离子体成膜设备，其中所述加工头包括覆盖要面对所述电极的所述基材的表面的基材相对构件，并且所述基材相对构件形成有所述三个流道的各自的喷气通道。9.根据权利要求7的等离子体成膜设备，其中所述加工头包括要覆盖将面对所述电极的所述基材的表面的基材相对构件、连通通道作为所述基材相对构件和每个电场施加电极之间的所述第二种流道的一部分而形成，所述等离子体放电空间和所述第一种流道通过所述连通通道相互连通，并且，所述基材相对构件形成有所述第一种和第二种气体的共同喷气通道，使得所述共同喷气通道与所述第一种流道和所述连通通道之间的交叉部分相连通。10.根据权利要求1的等离子体成膜设备，其中所述加工头设置有多个电场施加电极和多个接地电极，所述电极以平行关系安置，使得每个都在有相同极性的所述电极之间形成的第一种流道，和等离子体放电空间，即每个都在有不同极性的所述电极之间形成的第二种流道，交替地安置。11.根据权利要求10的等离子体成膜设备，其中位于安置方向的相反端部的所述电极为接地电极。12.根据权利要求1的等离子体成膜设备，其中所述电场施加电极和所述接地电极以与所述电场施加电极和所述接地电极的相对方向正交的方向伸展，在所述电极之间的所述等离子体放电空间的上游端以正交于所述相反方向和伸展方向的第一个方向放置在一个端部上，其下游端以所述第一个方向放置在另一端部上。13.根据权利要求12的等离子体成膜设备，其中所述电场施加设备的供电线连接到所述电场施加电极的纵长方向的一个端部，地线连接到所述接地电极的纵长方向的另一端部上。14.根据权利要求1的等离子体成膜设备，其中所述接地电极以相对关系安置在所述电场施加电极的要面向所述加工头中的所述基材的那侧上。15.根据权利要求14的等离子体成膜设备，其中所述加工头包括要覆盖要面对所述电场施加电极的所述基材的表面的基材相对构件，所述接地电极置于所述基材相对构件上。16.根据权利要求15的等离子体成膜设备，其中在所述电场施加电极和所述基材相对构件之间形成缝隙，所述缝隙充当包括所述等离子体放电空间的第二种流道。17.根据权利要求16的等离子体成膜设备，其中所述等离子体放电空间直接与所述第一种流道交叉，所述基材相对构件形成有所述第一种和第二种气体的共同喷气通道，使得所述共同喷气通道和所述交叉部分相连通。18.根据权利要求15的等离子体成膜设备，其中所述基材相对构件由陶瓷组成，其要面向所述基材的表面，即所述电场施加电极所在的相反侧的表面形成有用于在其中接收所述接地电极的凹槽，所述接收凹槽的形成部分作为要覆盖所述接地电极的金属主体的固体电介质层提供。19.根据权利要求17的等离子体成膜设备，其中要面向所述电场施加电极的金属主体的所述共同喷气通道的端面大体上与所述电场施加电极的金属主体的同侧的端面平齐或更为扩展。20.根据权利要求17的等离子体成膜设备，其中在面向所述接地电极的金属主体的所述共同喷气通道的那侧上的端面比所述电场施加电极的金属主体的同侧的端面缩进更多。21.根据权利要求1的等离子体成膜设备，其中所述加工头设置有接地的导电构件，使得所述接地的导电构件覆盖要面向所述电场施加电极的所述基材的一侧。22.根据权利要求21的等离子体成膜设备，其中所述导电构件在所述电场施加电极和所述导电构件之间形成等离子体放电空间，所述导电构件作为所述接地电极提供。23.根据权利要求21的等离子体成膜设备，其中在所述绝缘构件和和所述电场施加电极之间填充有使所述导电构件和所述电场施加电极相绝缘的绝缘构件。24.根据权利要求1的等离子体成膜设备，其中所述加工头设置有具有围绕其基材相对表面的周缘部分的入口的输入管。25.一种用于在等离子体的作用下在基材表面形成膜的等离子体成膜设备，包括包含所述膜的原材料的第一种气体供应源；第二种气体供应源，其由等离子体放电引起以达到激发状态、但是不包含能形成到膜形式中的组分；一个接地的接地电极；连接到电源并以与所述接地电极相对的方式形成等离子体放电空间的电场施加电极；第一种流道形成设备，用于使来自所述第一种气体供应源的第一种气体以避开所述等离子体放电空间或离所述等离子体放电空间很近地通过的方式从其中流过并将所述第一种气体吹到所述基材上；和第二种流道形成设备，用于使来自所述第二种气体的第二种气体通过所述等离子体放电空间并使所述第二种气体接触所述第一种气体。26.根据权利要求25的等离子体成膜设备，其中所述电场施加电极包括形成第一种流道并作为所述第一种流道形成设备而配置的表面。27.根据权利要求25的等离子体成膜设备，其中所述电场施加电极和所述接地电极作为所述第二种流道形成设备配置，其中第二种流道、进而等离子体放电空间形成在所述电场施加电极和所述接地电极之间。28.根据权利要求25的等离子体成膜设备，其中所述接地电极安置在要面向所述电场施加电极的所述基础构件的那侧上，在所述接地电极和所述电场施加电极之间夹有电介质构件，在所述接地电极的一部分中形成用于使所述电介质构件通过其暴露的切口，所述切口部分的内部充当所述等离子体放电空间；所述第二种流道形成设备使所述第二种气体沿所述接地电极吹出，并进入所述切口；和所述第一种流道形成设备使所述第一种气体以将与所述第二种气体形成层流的方式从所述第二种气体吹出到所述接地电极的相反侧上。29...

【专利技术属性】
技术研发人员：川崎真一，中武纯夫，北畠裕也，中嶋节男，江口勇司，安西纯一郎，中野良宪，
申请(专利权)人：积水化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：