在存在等离子体情形时 在真空环境中的加热 【技术领域】
本发明涉及一种在存在等离子的真空环境中进行加热的方法。本发明更普遍的方面，还涉及一种避免在存在等离子体情形时的真空环境中产生电弧放电的方法。
背景技术
加热常常需要在真空环境中进行，作为第一示例，如对于在真空沉积系统中加热基片。对于该示例，在真空室中由非缠绕进给辊(unwinding supply roll)缠绕基片，并在真空室中将其缠绕在缠绕辊(winding roll)之前，相继引导经过沉积或涂覆步骤。在退绕之后但在涂覆之前，常常优选预加热基片以获得良好的涂层质量。第二个示例为真空中对硅盘片的分批热处理。在普通真空条件下，传导或对流技术不能有效地发挥作用。这就是使用辐射的原因。这可通过红外灯进行辐射。不过，用红外灯加热存在诸多限制。红外灯上的电压限制大约为55伏(V)至65伏。电压增大到该数值之上时，导致形成次级等离子体和电弧放电。从而，使加热功率受到限制。而且由此，基片的加热速度也受到限制。还可以通过提供更多红外灯来增大加热功率。不过，灯数量增大时需要更多空间，并且需要更多馈通孔(feed-through)和更高电流通过真空室的壁。从而可知，通常，通过真空室的壁的馈通孔数量越少，则越好，因为这可简化结构，保持真空度，并降低真空度损失的危险。
【发明内容】
本发明的一个目的在于增加在真空中加热时的加热功率。
本发明的另一目的在于避免真空中加热时发生电弧放电。
本发明的又一目的在于增大对真空中所要加热基片的移动速度。
本发明的再一目的在于限制真空中加热时红外灯的数量。
本发明地另一目的在于在真空中将基片加热到更高温度。
根据本发明，提供一种在存在等离子体情形时的真空环境中进行加热的方法。该方法包括以下步骤：
a)在真空室中设置红外辐射装置；
b)对红外辐射装置提供第一导体；
c)自红外辐射装置引出第二导体；
d)将电压施加在红外辐射装置上；
e)防止所述第一导体和第二导体的电压高于+55伏。
优选是，避免第一导体和第二导体具有正电压。
优选是，第一导体或第二导体保持电负性，最好是两者都保持电负性。
本发明不限于诸如溅射系统的沉积系统，而且能够应用于存在等离子体，即电离气体，的所有类型的真空环境。例如，本发明可用于等离子辅助化学汽相沉积技术，该技术例如用于非晶硅的沉积。
在本发明范围内，术语“真空”指压力小于100Pa(＝100毫巴)，例如低于10Pa，低于1Pa，如0.0005Pa...。
下面说明本发明的有利机制。通过保持第一导体和第二导体电负性，避免使存在于等离子体中的电子吸附到这些导体上。从而，电子云或者次级等离子体不会在导体周围积累，避免发生电弧放电。因此，输入辐射装置的电压可能会增大，而基本上不会增加发生电弧放电的危险。
在本发明的优选实施例中，设有第一馈通孔，第一导体通过该馈通孔进入真空室中。第二导体与真空室的壁一起电接地。接地使得无需设置用于第二导体的另一馈通孔。
在本发明另一优选实施例中，第一导体与第二导体双重绝缘。除此之外，围绕第一导体和第二导体缠绕以金属屏蔽物。该屏蔽物接地。可避免电荷自等离子体聚积到第一和第二电导体上。
根据本发明的普遍和更广义的方面，提供一种避免在存在等离子体情形时的真空环境中发生电弧放电的方法。该方法包括以下步骤：
a)提供真空室；
b)提供等离子体；
c)对真空室中的装置供电或者由真空室中的装置供电；
d)对所述装置提供第一电导体；
e)从所述装置引出第二电导体；
f)防止所述第一和第二电导体负载大于+55伏，从而不会吸附大量电子。
【附图说明】
现在将参照附图更详细地描述本发明，其中：
图1表示本发明第一实施例的电路；
图2表示本发明第二实施例的电路；
图3表示本发明第三实施例的电路；
图4和图5表示图3的电路中多个点处的电压波形；
图6，图7和图8均表示本发明优选实施例的电路；
图9表示作为图2中第二实施例另一可选电路的实施例；
图10表示二极管电桥与电源控制器相集成的电路的实施例；
图11表示试验设备的电路。
【具体实施方式】
图1表示本发明第一实施例的电路。在真空室10中安装溅射靶12。溅射靶用作阴极，并且通过电源14施以负偏压。使基片15涂覆以靶12的材料。在涂覆步骤之前或涂覆步骤期间，通过红外灯16加热基片15。第一导体18和第二导体20将电能输送给红外灯16。第一导体18和第二导体20均双重电绝缘。此外，围绕双重绝缘的导体18、20缠绕以金属屏蔽物，并且将该金属屏蔽物接地(未示出)。第一电导体18通过绝缘馈通孔22进入真空室10，第二电导体20通过另一绝缘馈通孔24进入真空室。DC电源26将电能输送给红外灯16，并使红外灯处于负电压下。电导体18和20为负，从而不吸附电子。
图2表示本发明第二实施例的电路。与图1的区别在于，在图2中，使用AC电压源。AC电压通过变压器28输送给真空系统。馈通孔22和24以及电导体22和24没有接地。从而，红外灯16上的AC电压是波动的。假设AC电压为100V。这表明在红外灯16上，即电导体18与20之间，有141V的最大电压。鉴于波动特性，导体上的绝对电压并不确定。它可以为0V和+141V，或者-141V和0V，或者-70.5V和+70.5V。尽管这种正电压值相对较高，也不会发生电弧放电问题。可以做如下解释。如果一个导体为电正性，则它将吸附电子。这些电子就不能流走，因为没有接地。整个次级电路变为负，阻止吸附其他电子。从而电子施加的这种负性负载防止导体具有较高正电压。不出现高正电压，可防止电子流集中，从而防止电弧放电。这已在试验中得到证实，在下面表1中概括出其结果。
图3表示用于实现本发明第三实施例的另一种电路。与图2的区别在于二极管30和32滤除正的峰值。图4中的粗线曲线34给出第二导体20处的电压。图5中的粗线曲线36给出第一导体18处的电压。曲线36相对于曲线34具有180°相移。
图6，7和8均表示使用二极管电桥40和可控硅控制器42的实施例。可控硅控制器42调节加热元件的功率。
在图6的实施例中，依然使用两个馈通孔22，24。
在图7的实施例中，阳极44以及第一电导体18均接地。该实施例具有仅需要一个馈通孔24的优点。
在图8的实施例中，提供额外线圈46用于保护半导体部件在两电极之间不产生电弧。正极44通过电阻48接地。
图9所示电路是图2电路的一种优选替代。变压器28的次级线圈具有三部分。即为红外灯16产生电压的主要部分59，和两个辅助线圈。第一辅助线圈60经由阻抗64上面的二极管62接地。第二辅助线圈66经由同一阻抗64上的另一二极管68接地。结果，红外灯16上为正弦电压，不过最大和最小值为负。
图10表示二极管电桥与电源控制器集成的电路的一个实施例。70为三相变压器。可控硅电桥72是图6至8所示二级管电桥40与图6至8所示可控硅控制器42的集成。可控硅电桥72包括六个可控硅74，并将三相AC输入信号转换成用于红外加热器的单相输出信号。连续测量温度，并且将相关信号76反馈到控制电路78，由控制电路78控制可控硅74。
图11表示用于设置某些电弧放电试验的电路。自耦变压器50将可变电压输送给系统。部分电压通过变压器52，并输送到可变间隙54。另一部分电压通过另一变压器56，并施加在10欧姆电阻器58上。一旦在真空室10中产生电弧，就可靠地散失在电阻器58中。示波器与电路中的多个点相连，以便进行监测。
所进行的试验包括调节间隙，抽空真空室，开始氩的流动，获得大约1毫托的氩局部压力，开始溅射阴极，随后增大自耦变压器50，直到电弧变得比较明显为止。
表1归纳了所获得数据的结果。
表1 试验编 号 间隙 (cm) 等离子 体 电压 AC/DC 接地 电弧放电 (No或V) 注释 1 1.20 ON 85 AC Y 85 2 1.20 OFF 85 AC Y N 3 1.20 ON 85 AC N N 4 1.20 ON 300 AC N N 5 2.50 ON 300 AC N N 6 2.50 ON 62 AC Y 62 7 6.98 ON 任意 AC N N 8 9.52 ON 65-70 AC Y 65 9 8.89 ON 任意 AC N N 10 8.89 ON 62 AC Y 62 11 12.70 ON 任意 AC N N 12 12.70 ON 65 AC Y 65 13 19.05 ON 275 AC N 275 14 19.05 ON 76 AC Y 65 15 27.94 ON 82 AC Y 82 16 27.94 ON 任意 AC N N 17 19.05 ON 65 AC Y 65 18 19.05 ON 330 AC N 330 19 25.40 ON 260 AC N 260 20 30.48 ON 275 AC N 275 21 30.48 ON 72 AC Y 72 22 38.10 ON 240 AC N 240 23 38.10 ON 60 DC Y- 60 24 38.10 ON 任意 DC Y+ N (*) 25 64.77 ON 220 AC N 220 26 64.77 ON 221 DC Y+ N (*)
(*)在430V最大电压时没有电弧放电
上面的表1中没有显示出仅当未接地电极受到正驱动时产生电弧放电。
如从表1可以得出，在不存在接地(接地＝N)时，产生电弧放电的电压远大具有接地的相同情形。例如，比较试验No.5与No.6，在不接地的实施例中在300V时没有发生电弧放电，而在接地的实施例中在62V时已经产生电弧放电。