DE102008027363A1

DE102008027363A1 - Vorrichtung zur Behandlung großvolumiger Substrate im Plasma und Verfahren zur Anwendung

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Publication number: DE102008027363A1
Application number: DE102008027363A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl.-Phys. Mai; Bernd Dr.rer.nat. Rau; Dagobert Spieler; Wolfgang Dipl.-Ing. Tobisch
Original assignee: Roth and Rau AG
Current assignee: Meyer Burger Germany GmbH
Priority date: 2008-06-09
Filing date: 2008-06-09
Publication date: 2009-12-10
Anticipated expiration: 2028-06-10
Also published as: DE102008027363B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung großvolumiger Substrate im Plasma und ein Verfahren zur Anwendung der Vorrichtung. Innerhalb einer Vakuumkammer (1) ist das Substrat (2, 13) in einer Plasmaumhüllung (3) angeordnet, die der äußeren Kontur des Substrates (2, 13) nur grob nachgebildet und gasdurchlässig ist. Eine Plasmaquelle ist geeignet, im Raum zwischen dem Substrat (2, 13) und der Plasmaumhüllung (3) ein Plasma zu erzeugen. Als Plasmaquelle ist mindestens eine Antennenanordnung zur Abstrahlung elektromagnetischer Wellen, vorzugsweise 915 MHz oder 2,45 GHz vorhanden, die ein Plasma mit niedriger Plasmadichte erzeugt. Mindestens eine weitere Plasmaerzeugungsvorrichtung ist geeignet, in einem definierten Bereich vor der Oberfläche des Substrates (2, 13) ein lokal definiertes Plasma auszubilden, derart, dass im definierten Bereich ein Überlagerungsplasma mit definierter Plasmadichteverteilung ausgebildet wird. Verfahrensgemäß können mehrere Antennenanordnungen und/oder Plasmaerzeugungsvorrichtungen einzeln oder in Gruppen mit unterschiedlicher elektrischer Leistung und/oder Frequenzen sowohl zeitlich versetzt, synchronisiert und gepulst betrieben werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung großvolumiger Substrate im Plasma nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Anwendung der Vorrichtung.
Stand der Technik
Nach dem Stand der Technik werden zur Oberflächenbearbeitung großflächiger ebener Substrate, z. B. von Glasplatten mit mehreren Quadratmetern Flächeninhalt, lineare Plasmaquellen oder lineare Sputterquellen verwendet. Die Glasplatten werden dabei durch das Plasmaerzeugungsgebiet der Plasmaquellen hindurch bewegt, wodurch eine gute Homogenität der Bearbeitung erreicht wird.
Zur Plasmabehandlung großvolumiger, d. h. dreidimensionaler Substrate, werden meist so genannte Batch-Anlagen verwendet, in denen für die gleichmäßige Behandlung der Substrate eine aufwendige Bewegungstechnik erforderlich ist. Zur Verkürzung der Behandlungszeit der Substrate sowie Gewährleistung der erforderlichen Gleichmäßigkeit können die Anlagen mit mehreren Plasmaquellen, Ionenstrahlquellen bzw. Sputterquellen ausgerüstet sein. Magnetanordnungen zur Erzeugung von lokalen und weitreichenden Magnetfeldern verbessern die Plasmaverteilung und damit die Gleichmäßigkeit der Plasmabehandlung der Substrate. Batch-Anlagen eignen sich besonders für die gleichzeitige Bearbeitung einer Vielzahl gleichartiger kleinerer Substrate. Die Abmessungen dieser Anlagen erreichen Dimensionen von mehreren Kubikmetern Rauminhalt.
Die Patentschrift US 5,211,995 beschreibt ein Verfahren zum Schutz organischer Oberflächen von großvolumigen Werkstücken bis hin zur Dimension von Automobilkarossen durch Plasmabehandlung der Oberfläche. In einer Ausführung wird um die gesamte Karosse ein reaktives Plasma erzeugt. Dazu ist die Karosse als Elektrode beschaltet und eine Gegenelektrode, die auf Massepotential liegt, folgt annähernd der äußere Kontur der Karosse, so dass eine planparallele Plattenanordnung nachgestaltet wird. Die Karosse wird im Beispiel mit Hochfrequenz von 13,54 MHz versorgt und im Raum zwischen der Gegenelektrode und der Karosse bildet sich ein Plasma aus. Zur Ausbildung einer relativ homogenen Plasmadichte an der Oberfläche der Karosse ist ein sehr großer technischer Aufwand zur Nachbildung der Gegenelektrode an die Form der Karosse erforderlich. Die Gegenelektrode ist zur Plasmabehandlung jeder einzelnen Karosse mit großem Aufwand um diese zu positionieren. Zur Plasmabehandlung von Baugruppen aus elektrisch nichtleitenden Materialien an der Karosse sind an solchen Stellen aufwendigen Hilfselektroden vorzusehen. Hohlräume an der Karosse sind der Plasmabehandlung nur schlecht oder nicht zugänglich.
Die konkrete geometrische Verteilung der Vorrichtungen zur Erzeugung der lokalen Plasmen innerhalb der Innenwandauskleidung wird den Anforderungen zum Beispiel an die Gleichmäßigkeit und Tiefe der Wirkung, auf oder in der Oberfläche des Werkstückes, angepasst. Als Wirkung sollen alle Veränderungen der Oberfläche des Werkstückes auf Grund von Wechselwirkungen verschiedene Teilchenströme aus dem Plasma mit der Oberfläche des Werkstückes und/oder auch durch Strahlung zur Oberfläche des Werkstückes verstanden werden. Als Resultat der Wirkung mit der Oberfläche des Werkstückes kann z. B. eine gezielte Abtragung von Materialien der Oberfläche bzw. auch eine gezielte Schichtabscheidung auf der Oberfläche erreicht werden. Aber auch die definierte Veränderung des Bindungscharakters und der Struktur der Oberfläche sind weitere Möglichkeiten um die Oberflächen von Werkstücken zu modifizieren. Dabei ist es gleich, ob direkt die Materialien der Oberfläche des Werkstückes bearbeitet werden oder eine zusätzliche vor der Plasmabearbeitung aufgebrachte Beschichtung modifiziert werden soll. Das Resultat der Wirkung an der Oberfläche wird besonders durch die Wahl der eingesetzten Prozessgase und den speziellen Betriebsbedingungen bei der Ansteuerung der Antennen und den Vorrichtungen zur lokalen Plasmaerzeugung beeinflusst. Bei thermisch empfindlichen Oberflächenmaterialien oder Beschichtungen auf dem Werkstück ist es vorteilhaft, wenn dabei die Leistungsversorgungen zur Ansteuerungen der Antennen und der Vorrichtungen zur lokalen Plasmaerzeugung gepulst betrieben wird. Dadurch kann die thermische Belastung bei der Bearbeitung der Werkstücke an die Materialien der Oberfläche angepasst werden.
Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt damit als Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Behandlung großvolumiger Substrate im Plasma anzugeben, bei der das Substrat innerhalb einer Vakuumkammer in einer Plasmaumhüllung angeordnet ist und bei der eine Plasmaquelle vorhanden ist, die geeignet ist, im Raum zwischen dem Substrat und der Plasmaumhüllung ein Plasma zu erzeugen. Die Vorrichtung soll einen einfachen technischen Aufbau aufweisen und die Oberfläche der Substrate, einschließlich von Vertiefungen, Hinterschneidungen und Hohlräumen, soll einer relativ gleichmäßigen Plasmabehandlung ausgesetzt werden können. Weiterhin besteht die Aufgabe darin, ein Verfahren zur Anwendung der Vorrichtung anzugeben.
Die Erfindung löst die Aufgabe für die Vorrichtung durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Die Aufgabe für ein Verfahren zur Anwendung der Vorrichtung wird durch die Merkmale des Anspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen gekennzeichnet und werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung, einschließlich der Zeichnung, näher dargestellt.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung innerhalb einer Vakuumkammer eine Plasmaumhüllung auf, die die äußere Kontur des Substrates nur grob nachgebildet und gasdurchlässig ist. Zur Erzeugung eines Plasmas zwischen dem Substrat und der Plasmaumhüllung ist als Plasmaquelle mindestens eine Antennenanordnung zur Abstrahlung elektromagnetischer Wellen vorhanden, die im Raum zwischen dem Substrat und der Plasmaumhüllung ein Plasma mit relativ niedriger Plasmadichte erzeugt. Weiterhin ist mindestens eine weitere Plasmaerzeugungsvorrichtung vorhanden, die geeignet ist, in einem definierten Bereich vor der Substratoberfläche ein lokal definiertes Plasma auszubilden, derart, dass im definierten Bereich ein Überlagerungsplasma mit definierter Plasmadichteverteilung ausgebildet wird.
Die Plasmaumhüllung umschließt das Substrat je nach dessen Form so, dass diese dauerhaft in der Vakuumkammer positioniert ist. Dabei sollte die Ein- und Ausschleusung des Substrates nicht wesentlich behindert sein. In den meisten Fällen wird eine zylindrische Form der Plasmaumhüllung ausreichend sein. Die Plasmaumhüllung kann auch als Innenauskleidung der Vakuumkammer bezeichnet werden, die grob der mittleren Geometrie des zu bearbeitenden Werkstückes bzw. allgemein ausgedrückt des Substrates angepasst ist. Dadurch wird die Plasmaausbildung begrenzt und es können in der Anwendung ungenutzte Plasmabereiche minimiert werden. Die Plasmaumhüllung kann geometrisch unabhängig von der Vakuumkammer gestaltet werden. Die Plasmaumhüllung ist aus elektrisch leitfähigem Material, bevorzugt Lochblech, gefertigt. Dadurch ist ein ungehinderter Gasaustausch zwischen dem Raum innerhalb und außerhalb der Plasmaumhüllung gewährleistet, was für viele reaktive Verfahren sehr vorteilhaft ist. Die Wand der Plasmaumhüllung weist somit keine unnötigen Öffnungen zur Gasversorgung oder für die Absaugung der eingesetzten Gase auf.
Die Antenne zur Abstrahlung elektromagnetischer Wellen in den Plasmaraum ist so aufgebaut, dass die von der Antenne abgestrahlten elektromagnetischen Wellen nicht in den Raum zwischen der Wand der Vakuumkammer und der Plasmaumhüllung gelangen können. Damit wird in diesem Raum eine unerwünschte Plasmazündung vermieden. Auch bei der Anordnung mehrerer Antennen werden diese so angeordnet, dass nur der Raum zwischen Substrat und Plasmaumhüllung mit elektromagnetischen Wellen ausgefüllt wird. Als Antennen sind alle gängigen Antennenformen wie Stabantennen, Dipolantennen, Hornstrahler, dielektrische Antennen, Stromschleifenantennen, Schlitzantennen usw. einsetzbar.
Entsprechend Anspruch 2 wird die Antennenanordnung bevorzugt mit Mikrowellen der Frequenzen von 300 MHz bis 100 GHz, vorzugsweise 915 MHz oder 2,45 GHz, eingesetzt.
Als weitere Plasmaerzeugungsvorrichtung können ICP-Quellen (Inductively Coupled Plasma), ECR-Plasmaquellen (Electron Cyclotron Resonance), Plasmaquellen auf der Grundlage von Wellenleitern bzw. gespeisten Elektroden oder Magnetanordnungen eingesetzt werden. Entsprechend der Anpassung an den jeweiligen definierten Bereich vor der Substratoberfläche kann die weitere Plasmaerzeugungsvorrichtung neben anderen Formen auch als lineare Plasmaquelle ausgebildet sein. Die Plasmaerzeugungsvorrichtung kann auch ein örtlich definiertes Magnetsystem mit geeigneter Magnetfeldstärke aufweisen, derart dass ein lokales Plasma hoher Plasmadichte ausbildet wird. Die weitere Plasmaerzeugungsvorrichtung und/oder das Substrat können auch relativ zueinander bewegbar angeordnet sein.
Die Plasmaumhüllung besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material, vorzugsweise einem Lochblech. Dabei kann sie derart ausgebildet sein, dass die Innenwand der Plasmaumhüllung für die von der Antennenanordnung abgestrahlten elektromagnetischen Wellen mindestens teilweise als Reflektor wirkt. Die reflektierten elektromagnetischen Wellen können sich definiert überlagern, wodurch Gebiete mit erhöhter Mikrowellenkonzentration erzeugt werden können.
Beim Vorhandensein mehrerer Antennenanordnungen werden diese bevorzugt derart angeordnet, dass sich deren abgestrahlte elektromagnetischen Wellen im Raum zwischen dem Substrat und der Plasmaumhüllung überlagern und dieser Raum gleichmäßig mit elektromagnetischen Wellen ausgefüllt ist.
Sind mehrere weitere Plasmaerzeugungsvorrichtungen zur Ausbildung mehrerer lokal definierter Plasmen vorhanden, ist es vorteilhaft, die definierten Bereiche der variablen Oberflächenkontur des Substrates folgend anzuordnen.
Soweit das Substrat insgesamt oder teilweise hohl ist oder Vertiefungen bzw. Hinterschneidungen aufweist, ist es vorteilhaft, dass mindestens eine Antennenanordnung derart in den Innenraum des Substrates eintaucht oder als Richtstrahlantenne ausgebildet ist, dass durch geeignete Öffnungen hindurch die elektromagnetischen Wellen im Inneren des hohlen Substrates ein Plasma ausbilden.
In entsprechender Weise kann mindestens eine der weiteren Plasmaerzeugungsvorrichtungen derart angeordnet sein, dass das Plasma örtlich im Innenraum des Substrates ausgebildet wird.
Beim Vorhandensein mehrerer Antennenanordnungen und/oder Plasmaerzeugungsvorrichtungen können diese verfahrensgemäß als Gruppen angeordnet sein, deren elektrische Parameter und/oder deren zeitlicher Einsatz von einer Steuereinheit definiert variiert werden. Die Antennenanordnungen und/oder Plasmaerzeugungsvorrichtungen können einzeln oder in Gruppen mit unterschiedlicher elektrischer Leistung und/oder Frequenzen sowohl zeitlich versetzt, synchronisiert und gepulst betrieben werden.
Die vorbeschriebene Antennenanordnungen und/oder die weiteren Plasmaerzeugungsvorrichtungen können einzeln oder in Gruppen mit unabhängigen Stromversorgungseinrichtungen betrieben und relativ zum Substrat bewegt werden.
Ausführungsbeispiele
Die Erfindung wird nachstehend an vier Ausführungsbeispielen näher erläutert. Zugehörig zum Ausführungsbeispiel I zeigt 1 einen Schnitt durch eine zylinderförmige Vakuumkammer, in der sich ein Substrat mit einem einfachen rechteckförmigen Querschnitt befindet. Die Ausführungsbeispiele II bis IV beinhalten bei grundsätzlich gleicher vakuumkammer unterschiedliche Varianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 2, zugehörig zum Ausführungsbeispiel II, zeigt eine gleiche Vakuumkammer mit einem Substrat, das einen achteckigförmigen Querschnitt aufweist. In 3, zugehörig zum Ausführungsbeispiel III, ist das Substrat ein im Wesentlichen geschlossener rechteckförmiger Hohlkörper und in 4, zugehörig zum Ausführungsbeispiel IV, ist das Substrat ein Hohlkörper mit Öffnungen.
Ausführungsbeispiel I
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Querschnittes durch eine zylinderförmige Vakuumkammer 1, in deren Längsausdehnung sich ein Werkstück mit einem einfachen langgestreckten, rechteckförmigen Querschnitt als Substrat 2 mit einer Lackbeschichtung befindet. Die Lackbeschichtung soll zur Härtung einer Plasmabehandlung ausgesetzt werden, wobei die Plasmabehandlung der Seitenflächen besonders intensiv sein soll.
Die Vorrichtung umfasst eine Plasmaumhüllung 3, die der äußeren Geometrie des Substrates 2 grob nachgebildet ist, derart dass zwischen der Plasmaumhüllung 3 und dem Substrat 2 ein Raum mit einer relativ gleichmäßigen Dicke ausgebildet wird. Dieser Raum definiert im Betrieb der Vorrichtung den Plasmaraum 4, in dessen Zentrum sich das Substrat 2 befindet. Die Plasmaumhüllung 3 besteht aus elektrisch leitfähigem Lochblech, so dass ein guter Gasaustausch zwischen dem Plasmaraum 4 und dem Außenraum 5, zwischen der Plasmaumhüllung 3 und der Wand der Vakuumkammer 1, gewährleistet ist. Das Lochblech als Begrenzung des Plasmaraumes 4 schirmt im Betrieb der Vorrichtung den Außenraum 5 gegenüber Durchtreten von elektromagnetischen Wellen ab. Wenn eine vollständige Abschirmung des Außenraumes 5 erreicht werden soll, muss die Plasmaumhüllung 3 auch im Bereich der stirnseitigen Enden der Vakuumkammer 1 elektrisch geschlossen werden. In diesem Fall wird praktisch jede Plasmazündung zwischen der Plasmaumhüllung 3 und der Wand der Vakuumkammer 1 verhindert. Mit der angepassten Geometrie der Plasmaumhüllung 3 an die Form des Substrates 2 entsteht ein definierter und minimierter Plasmaraum 4, der das gesamte Substrat 2 umhüllt. Somit wird in großen Bereichen innerhalb der Vakuumkammer 1 und außerhalb der Plasmaumhüllung 3, in denen technologisch kein Plasma benötigt wird, auch kein Plasma erzeugt. Dadurch wird insbesondere der Leistungseintrag wesentlich verringert und unerwünschte Entladungen im Bereich der Einbauten an der Wand der Vakuumkammer können ausgeschlossen werden.
An der Innenwand der Vakuumkammer 1 sind mehrere Gaseinlässe 6 vorgesehen, über die Prozessgase definiert in die Vakuumkammer 1 zugeführt werden können. An einem Pumpstutzen 7 ist eine Vakuumerzeugereinrichtung angeschlossen.
Erfindungsgemäß durchdringen, in der 1 oben und unten dargestellt, zwei gegenüberliegende Antennenanordnungen, nachfolgend kurz als Antennen 8 bezeichnet, die Wand der Vakuumkammer 1 und die Plasmaumhüllung 3, derart dass elektromagnetische Wellen unmittelbar in den Plasmaraum 4 eingekoppelt werden können. Extern sind die Antennen 8 mit geeigneten, in der Zeichnung nicht dargestellten Leistungsversorgern verbunden.
In 1 links und rechts dargestellt, sind gegenüberliegend in der Wand der Vakuumkammer 1 zwei Plasma quellen 9 vorgesehen, die an Öffnungen 10 in der Plasmaumhüllung 3 anschließen. Als Plasmaquellen 9 sind im Ausführungsbeispiel lineare, an die Längsstruktur der Substrate 2 angepasste, ECR-Plasmaquellen vorgesehen. Über Vakuumflansche in der Wand der Vakuumkammer 1 sind die Plasmaquellen 9 außerhalb der Vakuumkammer 1 mit Leistungsversorgern verbunden.
Nachfolgend wird die Vorrichtung in der Anwendung näher beschrieben. Die in 1 nur schematisch dargestellte Vorrichtung wird als Durchlaufanlage betrieben, wobei die Vakuumkammer 1 zur Plasmabehandlung des Substrates 2 in der Längsrichtung beidseitig verschlossen werden kann. Die Vakuumkammer wird zuerst auf ca. 1 Pa evakuiert. Danach wird über die Gaseinlässe 6 ein Stickstoff-Sauerstoffgemisch eingebracht und durch permanente Evakuierung über den Pumpstutzen 7 ein Arbeitsdruck von 0,5 Pa eingestellt. Verfahrensgemäß werden die zwei Antennen 8 und die zwei Plasmaquellen 9 je als Gruppe mit den zugehörigen Leistungsversorgern verbunden.
Über die Antennen 8 werden Mikrowellen mit einer Frequenz von 2,45 GHz in den Plasmaraum 4 eingespeist. Das führt zur Ausbildung eines allgemeinen relativ schwachen Plasmas im gesamten Plasmaraum 4. Parallel werden die zwei Plasmaquellen 9 in Betrieb genommen und es werden zwischen den Plasmaquellen 9 und dem Substrat 2 relativ selbständige Plasmen erzeugt, die sich im lokal definierten Bereich seitlich des Substrates 2 ausbilden und mit dem allgemeinen Plasma der Antenneneinkopplung überlagern. Das führt dazu, dass im lokal definierten Bereich seitlich des Substrates 2 ein besonders intensives Plasma erzeugt wird und entsprechend intensiv auf die Seitenflächen des Substrates 2 einwirkt. Beispielhaft können dadurch in der reaktiven Stickstoff-Sauerstoff-Atmosphäre dickere Lackschichten an den Seitenflächen gleich wirkungsvoll behandelt werden wie dünnere Lackschichten an den oberen und unteren Flächen des Substrates 2. Wenn in der Seitenwand des Substrates 2 beispielsweise Vertiefungen vorhanden wären, könnten auch diese durch das intensive lokal definierte Plasma einer wirkungsvollen Plasmabehandlung unterzogen werden.
Ausführungsbeispiel II
Beim Ausführungsbeispiel II nach 2 ist eine gleiche Vakuumkammer I wie im Ausführungsbeispiel I vorhanden und als Substrat 2 soll ein Werkstück mit einem achteckigförmigen Querschnitt einer Plasmabehandlung unterzogen werden. Dabei sind gleichartige Elemente mit gleicher Positionsnummer bezeichnet.
In entsprechender Weise wie im Ausführungsbeispiel I ist die Plasmaumhüllung 3 in grober Form der äußeren Kontur des Substrates 2 in achteckiger Form nachgebildet. Jeder der acht Flächen des Substrates 2 ist eine Plasmaerzeugungseinrichtung zugeordnet. Vier Antennen 8 speisen Mikrowellen mit einer Frequenz von 915 MHz in den Plasmaraum 4 ein und erzeugen ein allgemeines Plasma im gesamten Plasmaraum 4. Jeweils zwischen zwei Antennen 8 sind zugeordnet zu den schrägen Flächen 11 des Substrates 2 vier ICP-Quellen 12 vorgesehen. Diese erzeugen relativ selbständige Plasmen in lokal definierten Bereichen vor den Flächen 11 des Substrates 2, die sich mit dem allgemeinen Plasma der Antenneneinkopplung überlagern. Bei spielhaft sind koaxial an den ICP-Quellen 12 verschiebbare Magnetanordnungen 22 vorgesehen, mit denen die Dichte des Plasmas verstärkt und die Geometrie verändert werden kann.
Diese Vorrichtung kann verfahrensgemäß in verschiedenen Varianten betrieben werden. Insbesondere können die Antennen 8 und/oder die ICP-Quellen 12 einzeln oder in Gruppen mit unterschiedlicher elektrischer Leistung und/oder Frequenzen sowohl zeitlich versetzt, synchronisiert und gepulst betrieben werden. In dieser Vorrichtung ist es auch leicht möglich, das Substrat 2 gegenüber den Antennenanordnungen und die ICP-Quellen 12 relativ zueinander zu bewegen, damit örtlich abweichende Plasmaintensitäten ausgeglichen werden.
Ausführungsbeispiel III
Beim Ausführungsbeispiel III nach 3 ist ein Substrat 13 ein rechteckförmiger Hohlkörper mit geschlossenem Körpermantel. Die Plasmaumhüllung 3 ist wieder in grober Form dem Substrat 13 nachgebildet und in bewährter Weise aus Lochblech gefertigt. Gegenüber den vier Seitenflächen 14 des Substrates 13 sind je eine Antenne 8 vorgesehen, die an konischen Ausformungen 15 in der Plasmaumhüllung 3 mit dieser verbunden sind. Die konischen Ausformungen 15 sind in Abweichung zur Plasmaumhüllung 3 nicht aus Lochblech, sondern vollflächig ausgebildet und wirken für die Antennen 8 in vorteilhafter Weise als Reflektoren, wodurch die Einkopplung der elektromagnetischen Wellen in den Plasmaraum 4 besonders wirkungsvoll ist.
Als weitere Plasmaerzeugungsvorrichtung sind im Aus führungsbeispiel III definierte Magnetanordnungen 16 um die konischen Ausformungen 15 herum vorgesehen sowie Magnetanordnungen 17 im Inneren des Substrates 2. Diese Magnetanordnungen 16 und 17 führen in ähnlicher Weise wie die Plasmaquellen 9 und die ICP-Quellen 12 zur Ausbildung lokal definierter Plasmen, die mit dem Plasma der Antenneneinkopplung überlagert sind.
Ausführungsbeispiel IV
Beim Ausführungsbeispiel IV nach 4 ist ein Substrat 18 ein rechteckförmiger Hohlkörper mit allseitigen Öffnungen 19. Ähnlich dem Ausführungsbeispiel III ist die Plasmaumhüllung 3 wieder in grober Form dem Substrat 18 nachgebildet und in bewährter Weise aus Lochblech gefertigt. Gegenüber den vier Öffnungen 19 in den Seitenflächen des Substrates 18 sind je eine Antenne 8 vorgesehen, die an konischen Ausformungen 15 in der Plasmaumhüllung 3 mit dieser verbunden sind. Die konischen Ausformungen 15 wirken für die Antennen 8 ebenfalls in vorteilhafter Weise als Reflektoren. An den beiden seitlich gegenüberstehenden Antennen 8 sind in entsprechender Weise wie im Ausführungsbeispiel III definierte Magnetanordnungen 16 um die konischen Ausformungen 15 herum vorgesehen.
Auf Grund der spezifischen Anordnung der Antennen 8 gegenüber den Öffnungen 19 wirken die Antennen 8 als Richtstrahlantenne, derart dass auch im Inneren des Substrates 18 ein Plasma ausgebildet wird.
Zusätzlich sind im Inneren des Substrates 18 an einer zentrischen Halteeinrichtung 20 in Ausrichtung zu den Öff nungen 19 je eine Magnetanordnungen 21 vorgesehen. Die Magnetanordnungen 16 und 21 führen ebenfalls zur Ausbildung lokal definierter Plasmen, die mit dem Plasma der Antenneneinkopplung überlagert sind, wobei die Magnetanordnungen 21 in besonderer Weise in Kombination mit der gerichteten Strahlung der Antennen 8 im Inneren des Substrates 8 ein Plasma ausbilden.

1: Vakuumkammer
2: Substrat
3: Plasmaumhüllung
4: Plasmaraum
5: Außenraum
6: Gaseinlass
7: Pumpstutzen
8: Antennen
9: Plasmaquellen
10: Öffnungen
11: schräge Flächen
12: ICP-Quellen
13: Substrat
14: Seitenflächen
15: Ausformung
16: Magnetanordnung
17: Magnetanordnung
18: Substrat
19: Öffnung
20: Halteeinrichtung
21: Magnetanordnung
22: Magnetanordnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 5211995 [0004]

Claims

Vorrichtung zur Behandlung von großvolumigen Substraten im Plasma, bei der das Substrat (2, 13) innerhalb einer Vakuumkammer (1) in einer Plasmaumhüllung (3) angeordnet ist, die der äußeren Kontur des Substrates (2, 13) nachgebildet ist, und bei der eine Plasmaquelle vorhanden ist, die geeignet ist, im Raum zwischen dem Substrat (2, 13) und der Plasmaumhüllung (3) ein Plasma zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass – die Plasmaumhüllung (3) die äußere Kontur des Substrates (2, 13) nur grob nachbildet und gasdurchlässig ist, – als Plasmaquelle mindestens eine Antennenanordnung zur Abstrahlung elektromagnetischer Wellen vorhanden ist, die im Raum zwischen dem Substrat (2, 13) und der Plasmaumhüllung (3) ein Plasma mit niedriger Plasmadichte erzeugt, und – dass mindestens eine weitere Plasmaerzeugungsvorrichtung vorhanden ist, die geeignet ist, in einem definierten Bereich vor der Oberfläche des Substrates (2, 13) ein lokal definiertes Plasma auszubilden, derart, dass im definierten Bereich ein Überlagerungsplasma mit definierter Plasmadichteverteilung ausgebildet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenanordnung geeignet ist, Mikrowellen mit Frequenzen von 300 MHz bis 100 GHz, vorzugsweise 915 MHz oder 2,45 GHz, abzustrahlen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Plasmaerzeugungsvorrichtung eine ICP-Quelle (12), ECR-Plasmaquelle, eine Plasmaquelle auf der Grundlage von Wellenleitern bzw. gespeisten Elektroden oder eine Magnetanordnung (16, 21) vorhanden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Plasmaerzeugungsvorrichtung als lineare Plasmaquelle ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmaumhüllung (3) aus einem elektrisch leitfähigen Material, vorzugsweise einem Lochblech, besteht und derart ausgebildet ist, dass mindestens ein Teil der Innenwand der Plasmaumhüllung (3) die von der Antennenanordnung abgestrahlten elektromagnetischen Wellen reflektiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ICP-Quelle (12) oder ECR-Plasmaquelle als weitere Plasmaerzeugungsvorrichtung mindestens eine Magnetanordnung aufweist, derart dass die Dichte des lokalen Plasmas erhöht und die Geometrie verändert werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung und/oder das Substrat relativ zueinander bewegbar angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Antennenanordnungen vorhanden und derart angeordnet sind, dass sich deren abgestrahlte elektromagnetischen Wellen im Plasmaraum (4) zwischen dem Substrat (2, 13) und der Plasmaumhüllung (3) überlagern und der Plasmaraum (4) gleichmäßig mit elektromagnetischen Wellen ausgefüllt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere weitere Plasmaerzeugungsvorrichtungen zur Ausbildung mehrerer lokal definierter Plasmen vorhanden sind, wobei die definierten Bereiche einer variablen Oberflächenkontur des Substrates (2, 13) folgen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei hohlen Substraten (18) mindestens eine Antennenanordnung derart in den Innenraum des Substrates (18) eintaucht, dass örtlich im Innenraum des Substrates (18) ein Plasma ausgebildet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (8) der Antennenanordnung als Richtstrahlantenne ausgebildet ist, die elektromagnetische Wellen durch geeignete Öffnungen (19) im hohlen Substrat (18) hindurch in dessen Innenraum sendet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei hohlen Substraten (18) mindestens eine weitere Plasmaerzeugungsvorrichtung derart angeordnet ist, dass das Plasma örtlich im Innenraum des Substrates (18) ausgebildet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Antennenanordnungen und/oder Plasmaerzeugungsvorrichtungen als Gruppen angeordnet sind, deren elektrische Parameter und/oder deren zeitlicher Einsatz von einer Steuereinheit definiert variiert werden kann.
Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung mehrerer Antennenanordnungen und/oder Plasmaerzeugungsvorrichtungen diese einzeln oder in Gruppen mit unterschiedlicher elektrischer Leistung und/oder Frequenzen sowohl zeitlich versetzt, synchronisiert und gepulst betrieben werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenanordnungen und/oder die weiteren Plasmaerzeugungsvorrichtungen einzeln oder in Gruppen mit unabhängigen Stromversorgungseinrichtungen betrieben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenanordnungen und/oder die weiteren Plasmaerzeugungsvorrichtungen relativ zum Substrat bewegt werden.