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GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Plasmaerzeugungsvorrichtung.
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HINTERGRUND
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Bisher wurden Plasmaerzeugungsvorrichtungen, welche reaktionsaktive Orte durch ein Plasma erzeugen, weit verbreitet für die Bearbeitung verschiedener Materialien wie beispielsweise eine Oberflächenbearbeitung, eine Dünnschichtabscheidung und Ätzen verwendet. Beispielsweise wird eine Plasmaerzeugungsvorrichtung verwendet, um eine Schicht diamantähnlichen Kohlenstoffs (DLC = Diamond-Like-Carbon) auf der Oberfläche eines Substrates aufzubringen bzw. abzuscheiden. Die Plasmaerzeugungsvorrichtung erzeugt einen Plasmazustand durch Ionisieren eines Kohlenwasserstoffgases wie beispielsweise Methan oder Acetylen, welches in eine Vakuumkammer gefüllt ist, und verwendet die resultierende reaktionsaktive Zustandsform wie beispielsweise Radikale und Ionen, um DLC-Schichten abzuscheiden.
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Im Stand der Technik wird eine Technik vorgeschlagen, welche die Vorrichtungskosten durch ein Treffen von Vorbereitungen verringert, so dass Leistung von einer einzelnen Leistungsversorgungsvorrichtung über ein Relais einer Mehrzahl von Plasmaerzeugungsvorrichtungen, von welchen eine für jede einer Mehrzahl von Vakuumkammern vorgesehen ist, oder einer Mehrzahl von Elektroden, welche in einer einzelnen Vakuumkammer vorgesehen sind, zur Verfügung gestellt wird (beispielsweise sei Bezug genommen auf die japanischen ungeprüften Patentpublikationen
JP H10-340 798 A ,
JP H11-40 395 A und
JP 2003-129 234 A ).
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Beispielsweise ist es beim Herstellungsvorgang zum Herstellen von Produkten in großen Mengen zu bevorzugen, in der Lage zu sein, die Zeit zu verringern, welche benötigt wird, um die Produkte zu bearbeiten, um die Produktivität zu erhöhen. Es ist demzufolge wünschenswert, Vorbereitungen in solchen Vorgangs- bzw. Verfahrensschritten wie der Schichtabscheidung unter Verwendung einer Plasmaerzeugungsvorrichtung zu treffen, so dass Schichten auf der Oberfläche einer Mehrzahl von Werkstücken in einer parallelen und nebeneinander hergehenden Art und Weise abgeschieden werden können.
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Die Techniken jedoch, welche in den japanischen ungeprüften Patentveröffentlichungen
JP H10-340 798 A und
JP H11-40 395 A offenbart sind, sind dazu beabsichtigt dass, während des Durchführens einer Verarbeitung unter Verwendung eines Plasmas in einer der Mehrzahl von Vakuumkammern der Transport von Werkstücken etc. in den anderen Vakuumkammern ausgeführt werden kann und Leistung von der Leistungsversorgung einer der Mehrzahl von Vakuumkammern über ein Relais zur Verfügung gestellt wird. Demzufolge ist es mit diesen Techniken nicht möglich, das Plasma in der Mehrzahl von Vakuumkammern simultan bzw. gleichzeitig zu erzeugen.
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Andererseits sind in dem Fall der Technik, welche in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung
JP 2003-129 234 A offenbart ist, eine Mehrzahl von Pulsverteilungsversorgungsmitteln, von welchen eine für jede Sputter-Verdampfungsquelle vorgesehen ist, parallel mit einer DC-Leistungsversorgung verbunden, und jedes Pulsverteilungsversorgungsmittel weist einen Kondensator, welcher in der Lage ist, Leistung, welche von der Leistungsversorgung zur Verfügung gestellt wird, zu speichern, auf. Gemäß dieser Technik kann durch ein Anschalten einer Schalteinrichtung, welche in jedem Pulsverteilungsversorgungsmittel inkorporiert bzw. einbezogen ist, eine Glimmentladung zwischen der negativen Elektrode, welche mit dem Pulsverteilungsversorgungsmittel verbunden ist, und der positiven Elektrode, welche mit der DC-Leistungsversorgung verbunden ist, erzeugt werden.
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Weiterhin sind gemäß dieser Technik die Schalter einer bzw. einzeln für jede Sputter-Verdampfungsquelle vorgesehen, und durch ein Betätigen der Schalter zum Öffnen und Schließen zu verschiedenen Zeitvorgaben unter der Steuerung bzw. Regelung eines Schaltsignals von einem Steuer- bzw. Regelmechanismus wird eine pulsähnliche Leistung sequentiell in einer zeitgeteilten Art und Weise den jeweiligen Sputter-Verdampfungsquellen zur Verfügung gestellt. Da diese Technik jedoch die Bereitstellung des Steuer- bzw. Regelmechanismus zum Anpassen der Zeitpunkte zum Zurverfügungstellen der Leistung für die jeweiligen Sputter-Verdampfungsquellen benötigt, ist die Konfiguration der Vorrichtung komplex.
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Ferner ist aus der nachveröffentlichten
DE 10 2010 048 810 A1 ein System zur Steuerung mehrerer Plasma- und/oder Induktionserwärmungsprozesse bekannt, das eine Bedieneinheit, zumindest zwei Leistungsgeneratoren, jeweils zur Leistungsversorgung eines Plasmaprozesses oder eines Induktionserwärmungsprozesses und ein Netzwerk, über das die Bedieneinheit mit den Leistungsgeneratoren signaltechnisch verbunden ist, umfasst, wobei die Bedieneinheit Folgendes aufweist: i) eine Anzeigeeinrichtung, auf der eine grafische Benutzeroberfläche anzeigbar ist, aufweisend einen statischen Bereich und einen dynamischen Bereich und ii) Auswahlmittel zur Auswahl der im dynamischen Bereich angezeigten Informationen.
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Aus der
US 5 932 116 A und der
US 2006/0057854 A1 sind eine Leistungsversorgung für eine Multi-Elektrodenentladung und eine Hochfrequenzleistungsversorgung, sowie ein entsprechender Plasmagenerator bekannt.
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Die
DE 10 2006 052 061 A1 zeigt ein Verfahren zur Ansteuerung von zumindest zwei HF-Leistungsgenaratoren.
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KURZFASSUNG
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Es ist demzufolge eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Plasmaerzeugungsvorrichtung vorzusehen, welche ein Plasma in einer Mehrzahl von Vakuumkammern in einer wechselnden Art und Weise erzeugen kann, während die Konfiguration bzw. der Aufbau der Vorrichtung vereinfacht wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Plasmaerzeugungsvorrichtung zum Erzeugen eines Plasmas in jeder von N Vakuumkammern, wobei N eine ganze Zahl ist, welche nicht kleiner als 2 ist, durch ein Anlegen von Spannung zwischen Vakuumkammerwänden der N Vakuumkammern und N Elektroden, welche in den N Vakuumkammern angeordnet sind, vorgesehen. Die Plasmaerzeugungsvorrichtung weist Folgendes auf: eine Leistungsversorgung, von der eine Elektrode mit den Vakuumkammerwänden verbunden ist; einen Oszillator, welcher ein Pulssignal zu jeder vorbestimmten Zeitdauer ausgibt; N Pulsverstärkerschaltungen, welche parallel mit dem Oszillator sowie mit der anderen Elektrode der Leistungsversorgung verbunden sind, von welchen jede das Pulssignal unter Verwendung einer Leistung, welche von der Leistungsversorgung zur Verfügung gestellt wird, verstärkt, und das verstärkte Pulssignal einer entsprechenden einen der N Elektroden zur Verfügung stellt; und wenigstens (N – 1) Zeitvorgabeerzeugungsschaltungen, welche zwischen dem Oszillator und wenigstens (N – 1) Pulsverstärkungsschaltungen verbunden sind, welche aus den N Pulsverstärkungsschaltungen ausgewählt sind, und welche das Pulssignal um jeweils verschiedene Verzögerungszeiten verzögern, so dass während einer Zeitdauer, wenn das Pulssignal einer der N Pulsverstärkungsschaltungen zur Verfügung gestellt wird, das Pulssignal nicht irgendeiner der anderen Pulsverstärkungsschaltungen zur Verfügung gestellt wird. Mit dieser Konfiguration kann die Plasmaerzeugungsvorrichtung das Plasma in der Mehrzahl von Vakuumkammern in einer wechselnden Art und Weise erzeugen, während sie dazu dient, die Vorrichtungskonfiguration zu vereinfachen. Weiterhin kann, da die Leistungsversorgung nicht der Mehrzahl von Pulsverstärkungsschaltungen gleichzeitig Leistung zur Verfügung stellen muss, und die Leistungsversorgungslast demnach verringert werden kann, die Leistungsversorgung aus im Wesentlichen derselben Menge von Schaltungen konstruiert bzw. aufgebaut sein, wie wenn nur eine Pulsverstärkungsschaltung in der Plasmaerzeugungsvorrichtung vorgesehen wäre. Demzufolge dient diese Plasmaerzeugungsvorrichtung zum Vereinfachen der Konfiguration der Vorrichtung.
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Vorzugsweise gibt der Oszillator als das Pulssignal ein Signal aus, welches einen kurzen Puls, welcher eine erste Spannung und eine erste Dauer hat, und einen langen Puls beinhaltet, welcher dem kurzen Puls folgt und welcher eine zweite Spannung, deren Größenordnung bzw. Größe geringer als die erste Spannung ist, und eine zweite Zeitdauer hat, die länger als die erste Zeitdauer ist. Auf diesem Wege wird gemäß dieser Plasmaerzeugungsvorrichtung eine Glimmentladung durch zuerst ein Anlegen eines kurzen Hochspannungspulses in der Vakuumkammer gebildet und danach, wird die Spannung, welche in der Vakuumkammer angelegt ist, auf ein Niveau verringert, bei welchem die Glimmentladung aufrechterhalten werden kann. Da dies dazu dient, um das Auftreten einer Bogenentladung in der Vakuumkammer zu verhindern, kann die Plasmaerzeugungsvorrichtung das Plasma in einer stabilen Art und Weise erzeugen.
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Vorzugsweise ist die vorbestimmte Zeitdauer, zu welcher der Oszillator das Pulssignal ausgibt so gewählt bzw. gesetzt, dass ein Plasma vorübergehend in jeder der Vakuumkammern Phänomen erzeugt werden kann, auch in einer Zeitdauer zwischen dem Ende der Anwendung des verstärkten Pulssignals und dem Beginn der Anwendung eines nachfolgenden verstärkten Pulssignals. Auf diesem Weg kann die Plasmaerzeugungsvorrichtung das Plasma in der Mehrzahl von Vakuumkammern gleichzeitig erzeugen.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Plasmaerzeugungsvorrichtung vorgesehen zum Erzeugen eines Plasmas in einer Vakuumkammer durch ein Anlegen einer Spannung zwischen einer Vakuumkammerwand der Vakuumkammer und N Elektroden, welche in der Vakuumkammer angeordnet sind, wobei N eine ganze Zahl nicht kleiner als 2 ist. In dieser Ausführungsform weist die Plasmaerzeugungsvorrichtung auch Folgendes auf: eine Leistungsversorgung, von der eine Elektrode mit der Vakuumkammerwand verbunden ist; einen Oszillator, welcher ein Pulssignal zu jeder vorbestimmten Zeitdauer ausgibt; N Pulsverstärkungsschaltungen, welche parallel mit dem Oszillator sowie auch mit der anderen Elektrode der Leistungsversorgung verbunden sind, und von welchen jede das Pulssignal unter Verwendung von Leistung, welche von der Leistungsversorgung zur Verfügung gestellt wird, verstärkt und das verstärkte Pulssignal einer entsprechenden einen der N Elektroden zur Verfügung stellt; und wenigstens (N – 1) Zeitvorgabeerzeugungsschaltungen, welche zwischen dem Oszillator und wenigstens (N – 1) Pulsverstärkungsschaltungen verbunden sind, welche aus den N Pulsverstärkungsschaltungen ausgewählt sind, und welche das Pulssignal um jeweils verschiedene Verzögerungszeiten verzögern, so dass während einer Zeitdauer, wenn das Pulssignal einer der N Pulsverstärkungsschaltungen zur Verfügung gestellt wird, das Pulssignal nicht irgendeiner der anderen Pulsverstärkungsschaltungen zur Verfügung gestellt wird, ist. Der Oszillator gibt als das Pulssignal ein Signal aus, welches einen kurzen Puls, welcher eine erste Spannung und eine erste Zeitdauer hat, und einen langen Puls, welcher dem kurzen Puls folgt und welcher eine zweite Spannung, deren Größe geringer ist als die erste Spannung und eine zweite Dauer hat, welche länger ist als die erste Dauer, beinhaltet. Demzufolge kann diese Plasmaerzeugungsvorrichtung das Plasma zwischen der Kammerwand und den jeweiligen unterschiedlichen Elektroden in einer wechselnden Art und Weise innerhalb einer Vakuumkammer erzeugen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden werden durch eine Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung zusammengenommen mit den Zeichnungen, worin:
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1 eine Darstellung ist, welche schematisch die Konfiguration bzw. den Aufbau einer Plasmaerzeugungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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2 ein Schaltungsdiagramm eines Beispiels eines Oszillators ist;
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3 ein Zeitablaufdiagramm ist, welches Spannungspuls-Kurvenverläufe darstellt, welche an jeweilige Vakuumkammern angelegt werden; und
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4 eine Darstellung ist, welche schematisch die Konfiguration bzw. den Aufbau einer Plasmaerzeugungsvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform veranschaulicht.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine Plasmaerzeugungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. Die Plasmaerzeugungsvorrichtung dieser Ausführungsform erzeugt ein Plasma in jeder einer Mehrzahl von Vakuumkammern durch ein Verursachen einer Glimmentladung, welche zwischen zwei Elektroden, welche in der Vakuumkammer vorgesehen sind, auftreten soll. In dieser Plasmaerzeugungsvorrichtung sind eine Mehrzahl von Pulsverstärkungsschaltungen, von welchen eine für jede der Vakuumkammern vorgesehen ist, parallel mit einer Leistungsversorgung verbunden und sind auch parallel über jeweilige Zeitvorgabeerzeugungsschaltungen mit dem Oszillator verbunden. Pulse, welche durch den Oszillator erzeugt werden, werden den Pulsverstärkungsschaltungen zu jeweils verschiedenen Zeiten über die jeweiligen Zeitvorgabeerzeugungsschaltungen zur Verfügung gestellt. Jede Pulsverstärkungsschaltung verstärkt die Eingangspulse durch eine Verwendung von Leistung, welche von der Leistungsversorgung zur Verfügung gestellt wird, und legt die verstärkten Pulse an die Elektrode in der Vakuumkammer an. Durch ein derartiges Ausbreiten der Leistungsversorgungslast in der Zeit erzeugt die Plasmaerzeugungsvorrichtung das Plasma in der Mehrzahl von Vakuumkammern, während sie die Verwendung einer kleinen Leistungsversorgung erlaubt.
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1 ist eine Darstellung, welche schematisch den gesamten Aufbau der Plasmaerzeugungsvorrichtung 1 gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, welche als eine Schichtabscheidungsvorrichtung arbeitet, welche ein chemisches Gasphasenabscheidungsverfahren (CVD = Chemical Vapor Deposition) verwendet. Die Plasmaerzeugungsvorrichtung 1 weist drei Vakuumkammern 2-1 bis 2-3, eine Leistungsversorgung 10, einen Oszillator 11, drei Zeitvorgabeerzeugungsschaltungen 12-1 bis 12-3 und drei Pulsverstärkungsschaltungen 13-1 bis 13-3 auf, von welchen eine für jede der Vakuumkammern vorgesehen ist.
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Jeder der Vakuumkammern 2-1 bis 2-3 weist eine Evakuiermechanismus (nicht dargestellt) zum Evakuieren der Kammer, ein Druckmessgerät (nicht dargestellt) und einen Prozessgaszuführmechanismus (nicht gezeigt) zum Zuführen eines Prozessgases in die Vakuumkammer zum Zurverfügungstellen von gasaktiven Zustandsformen, welche das Abscheidungsquellenmaterial bereitstellen. Jede der Vakuumkammern 2-1 bis 2-3 kann weiterhin einen Mechanismus zum Transportieren einer Elektrode 14-1 bis 14-3 in oder aus der Vakuumkammer aufweisen, welche durch ein Abscheidungssubstrat (Werkstück) gebildet wird.
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Die Pulsverstärkungsschaltungen 13-1 bis 13-3 sind parallel mit dem Oszillator 11 über die jeweiligen Zeitvorgabeerzeugungsschaltungen 12-1 bis 12-3 verbunden. Pulse, welche durch den Oszillator 11 erzeugt werden, werden den Pulsverstärkungsschaltungen 13-1 bis 13-3 über die jeweiligen Zeitvorgabeerzeugungsschaltungen 12-1 bis 12-3 zur Verfügung gestellt.
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Die Pulsverstärkungsschaltungen 13-1 bis 13-3 sind auch parallel mit der negativen Elektrode der Leistungsversorgung 10 verbunden. Weiterhin sind die Pulsverstärkungsschaltungen 13-1 bis 13-3 mit den Elektroden 14-1 bis 14-3, welche in den jeweiligen Vakuumkammern 2-1 bis 2-3 angeordnet sind, beispielsweise über Leitungen, welche durch die Isolatoren, welche die Böden der jeweiligen Vakuumkammern bilden, durchgeführt sind, verbunden. Jede der Pulsverstärkungsschaltungen 13-1 bis 13-3 verstärkt das Eingangspulssignal unter Verwendung von Leistung, welche von der Leistungsversorgung 10 zur Verfügung gestellt wird, und legt das verstärkte Pulssignal an die entsprechende eine der Elektroden 14-1 bis 14-3 an.
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Andererseits sind Vakuumkammerwände 15-1 bis 15-3, welche die inneren Wände der jeweiligen Vakuumkammern 2-1 bis 2-3 sind, jeweils aus einem leitfähigen Material, wie beispielsweise Eisen oder Kupfer, in der Form eines Zylinders oder einer Tempelglocke gebildet und sind beispielsweise mit der auf Masse gelegten Elektrode der Leistungsversorgung 10 verbunden. Demzufolge fungieren die Vakuumkammerwände 15-1 bis 15-3 auch als Elektroden und wenn das Pulssignal an jede der Elektroden 14-1 bis 14-3 angelegt wird, tritt eine Glimmentladung zwischen der Elektrode 14 und der entsprechenden einen der Vakuumkammerwände 15-1 bis 15-3 auf, und ein Plasma eines Prozessgases wird demnach in jeder Vakuumkammer erzeugt.
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Nach der Abscheidung werden Werkstücke in den jeweiligen Vakuumkammern 2-1 bis 2-3 platziert, die Vakuumkammern werden evakuiert. Danach wird das Prozessgas in jede der Vakuumkammern 2-1 bis 2-3 zugeführt. Ein angemessener Typ von Prozessgas wird verwendet gemäß der abscheidungsaktiven Zustandsform. Beispielsweise ein Edelgas, ein Kohlenwasserstoffgas oder ein Sauerstoffgas, oder eine Mischung von zweien oder mehrerer dieses Gase wird als das Prozessgas verwendet. Genauer wird als das Prozessgas eines von Ar, He, N2, O2, H2, CH4, C2H2, C2H4, C3H8, CF4, C2F6, SF6, SiH4, SiH3Cl, SiH2Cl2, Si(CH3)4 und (CH3)3Si-NH-Si(CH3)3 oder eine Mischung von zweien oder mehrerer dieser Gase verwendet.
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Nachdem das Prozessgas zugeführt worden ist, wird der Druck in jeder Vakuumkammer durch ein Steuern bzw. Regeln des Prozessgaszuführmechanismus oder des Evakuiermechanismus auf einen angemessenen Druck angepasst, beispielsweise innerhalb des Bereiches von 100–101 kPa.
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Dann erzeugt die Plasmaerzeugungsvorrichtung 1 ein Plasma in jeder Vakuumkammer durch ein Anlegen einer pulsähnlichen DC-Leistung zwischen den Vakuumkammerwänden 15-1 bis 15-3 und den Elektroden 14-1 bis 14-3, und eine Schicht wird auf der Oberfläche des Werkstückes durch die aktive Zustandsform, welche durch eine Zersetzung des Gases in dem Plasma erzeugt wird, gebildet. Beispielsweise wird das Werkstück mit DLC beschichtet bzw. bedeckt.
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Die verschiedenen Komponenten bzw. Bauteile der Plasmaerzeugungsvorrichtung 1 werden nachstehend beschrieben werden.
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Die Leistungsversorgung 10 legt die DC-Spannung zwischen jeder der Pulsverstärkungsschaltungen 13-1 bis 13-3, welche parallel mit der negativen Elektrode der Leistungsversorgung 10 verbunden sind, und der entsprechenden einen der Vakuumkammerwände 15-1 bis 15-3 an, welche parallel mit der positiven Elektrode, d. h. der auf Masse gelegten Elektrode der Leistungsversorgung 10 verbunden ist. Die Leistungsversorgung 10 erzeugt eine Spannung beispielsweise von ungefähr 300 V bis 1 kV. Die Leistungsversorgung 10 kann beispielsweise irgendeine von verschiedenen Typen von Leistungsversorgungsvorrichtungen sein, welche kommerziell für Plasmaerzeugungsvorrichtungen erhältlich sind.
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Der Oszillator 11 erzeugt ein Pulssignal zu jeder vorbestimmten Zeitdauer und stellt die erzeugten Pulse den Pulsverstärkungsschaltungen 13-1 bis 13-3 über die jeweiligen Zeitvorgabeerzeugungsschaltungen 12-1 bis 12-3 zur Verfügung. In der vorliegenden Ausführungsform enthält das Pulssignal, welches durch den Oszillator 11 erzeugt wird, einen kurzen Hochspannungspuls, welcher eine relativ hohe Spannung und eine relative kurze Zeitdauer hat, und einen langen Niedrigspannungspuls, der dem kurzen Hochspannungspuls folgt und der eine Spannung hat, deren Größenordnung geringer ist als die Spannung des kurzen Hochspannungspulses und der eine Zeitdauer hat, die länger ist als diejenige des kurzen Hochspannungspulses.
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Dies erleichtert die Bildung einer Glimmentladung in der Vakuumkammer, da zuerst eine hohe Spannung in der Vakuumkammer angelegt wird. Da die Spannung, welche in der Vakuumkammer angelegt wird, abnimmt, nachdem die Glimmentladung einmal gebildet wurde, kann die Plasmaerzeugungsvorrichtung 1 das Auftreten einer Bogenentladung in der Vakuumkammer unterdrücken. Demzufolge kann die Plasmaerzeugungsvorrichtung 1 das Plasma in der Vakuumkammer in einer stabilen Art und Weise erzeugen. Beispielsweise ist die Zeitdauer des kurzen Hochspannungspulses 1 μs, während andererseits die Zeitdauer des langen Niedrigspannungspulses 5 μs ist. Weiterhin ist die Spannung des kurzen Hochspannungspulses, welcher durch den Oszillator 11 erzeugt wird, mehrere Volt und die Spannung des langen Niedrigspannungspulses ist ungefähr eine Hälfte derjenigen des kurzen Hochspannungspulses.
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Die Pulsoszillationszeitdauer kann hier gleich zu dem Produkt (Pt × N) der Pulsdauer Pt und der Anzahl N von Pulsverstärkungsschaltungen, welche parallel mit dem Oszillator 11 verbunden sind, oder zu dem Produkt (Pt × N) plus einer vorgeschrieben Offset-Zeitdauer (beispielsweise mehrere Mikrosekunden) gewählt sein.
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Vorzugsweise ist die Pulsoszillationszeitdauer so gesetzt, dass die Zeitdauer zwischen dem Ende des Anlegens des Pulssignals in der Vakuumkammer und dem Beginnen des Anlegens des nächsten Pulssignals kürzer ist als die Zeitdauer während welcher der Zustand, der vorübergehend das Plasma erzeugen kann, andauert. In diesem Fall ist die Oszillationszeitdauer beispielsweise auf mehrere Mikrosekunden bis einigen Zehntel von Mikrosekunden gesetzt. Dadurch kann die Plasmaerzeugungsvorrichtung 1 das Plasma in der Mehrzahl von Vakuumkammern gleichzeitig erzeugen.
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2 ist in Schaltungsdiagramm eines Beispiels des Oszillators 11. Der Oszillator 11 weist einen digitalen Signalerzeuger 21, einen Digital/Analogwandler 22 und eine DC-Leistungsversorgung 23 auf.
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Der digitale Signalerzeuger 21 weist beispielsweise einen Prozessor vom eingebetteten Typ auf und dessen periphere Schaltungen und arbeitet auf einer Arbeitsspannung (beispielsweise 5 Volt), welche von der DC-Leistungsversorgung 23 zur Verfügung gestellt werden. Der digitale Signalerzeuger 21 erzeugt zu jeder vorbestimmten Zeitdauer ein Digitalkurvenverlaufssignal, welches einen kurzen Hochspannungspuls und einen langen Niedrigspannungspuls hat, welcher ihm folgt, und stellt das digitale Kurvenverlaufssignal dem Digital/Analogwandler 22 zur Verfügung.
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Der Digital/Analogwandler 22 ist beispielsweise ein Widerstandsleitertyp-Digital/Analogwandler und wandelt das digitale Kurvenverlaufssignal in ein analoges Pulssignal um unter Verwendung der Antriebsspannung bzw. Treiberspannung, welche von der DC-Leistungsversorgung 23 zur Verfügung gestellt wird. Der Absolutwert der Spannung des kurzen Hochspannungspulses, welcher in dem Pulssignal enthalten bzw. beinhaltet ist, welches durch den Digital/Analogwandler 22 erzeugt wird, ist beispielsweise 5 V und der Absolutwert der Spannung des langen Niedrigspannungspulses ist beispielsweise 2,5 V. Der Digital/Analogwandler 22 stellt das Pulssignal jeder der Zeitvorgabeerzeugungsschaltungen 12-1 bis 12-3 zur Verfügung. Der Oszillator 11 kann aus einer anderen Schaltung konstruiert sein, welche periodisch ein Pulssignal erzeugen kann, welches einen Kurvenverlauf hat, welcher stufenweise in zwei Stufen wie obenstehend beschrieben ist, zerfällt.
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Die Zeitvorgabeerzeugungsschaltungen 12-1 bis 12-3 empfangen das Pulssignal von dem Oszillator 11 und geben das Pulssignal nach einer Verzögerung des empfangenen Pulssignals um jeweils verschiedene Verzögerungszeiten aus.
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3 veranschaulicht ein Beispiel des Zeitablaufdiagramms des Pulssignalausgangs von den jeweiligen Zeitvorgabeerzeugungsschaltungen 12-1 bis 12-3. In 3 repräsentiert die Abszisse die Zeit und die Ordinate die Spannung. Die Abbildung 301 stellt die Änderung der Spannungsausgabe von der Zeitvorgabeerzeugungsschaltung 12-1 mit der Zeit dar. Ähnlich stellt die Darstellung 302 die Änderung der Spannungsausgabe von der Zeitvorgabeerzeugungsschaltung 12-2 mit der Zeit dar. Weiterhin stellt die Darstellung 303 die Änderung der Spannungsausgabe der Zeitvorgabeerzeugungsschaltung 12-3 mit der Zeit dar. In jeder der Darstellungen 301–303 begründet die Zeitdauer, während welcher die Spannung sich schrittweise in zwei Stufen verändert ein Pulssignal 310. In dieser Ausführungsform hat, da die Pulsspannung an die negative Elektrode der Vakuumkammer angelegt wird, das Pulssignal 310 einen negativen Spannungswert. Das heißt, die Spannung des kurzen Hochspannungspulses ist geringer als die Spannung des langen Niederspannungspulses.
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Wie in 3 veranschaulicht ist, verzögern die Zeitvorgabeerzeugungsschaltungen 12-1 bis 12-3 das Pulssignal um jeweils verschiedene Verzögerungszeiten, so dass während der Zeitdauer, wenn das Pulssignal einer der Pulsverstärkungsschaltungen zur Verfügung gestellt wird, das Pulssignal nicht irgendeiner der anderen Pulsverstärkungsschaltungen zur Verfügung gestellt wird. Beispielsweise stellt die Zeitvorgabeerzeugungsschaltung 12-1 das Pulssignal, welches von dem Oszillator 11 empfangen wird, der Pulsverstärkungsschaltung 13-1 nach einem Verzögern des Signals um einige Mikrosekunden zur Verfügung. Andererseits stellt die Zeitvorgabeerzeugungsschaltung 12-2 das Pulssignal der Pulsverstärkungsschaltung 13-2 nach einem Verzögern des empfangenen Pulssignales um eine Zeitdauer gleich zu der Summe der Dauer der Pulssignalausgabe von dem Oszillator 11, der Verzögerungszeit der Zeitvorgabeerzeugungsschaltung 12-1 und einem vorgeschriebenen Offset (beispielsweise einige Mikrosekunden) zur Verfügung. Weiterhin stellt die Zeitvorgabeerzeugungsschaltung 12-3 das Pulssignal der Pulsverstärkungsschaltung 13-3 nach einem Verzögern des empfangenen Pulssignales um eine Zeitdauer gleich der Summe der Dauer der Pulssignalausgabe von dem Oszillator 11, der Verzögerungszeit der Zeitvorgabeerzeugungsschaltung 12-2 und dem vorgeschriebenen Offset zur Verfügung.
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Beispielsweise wird in der Zeitdauer t1 das Pulssignal nur der Pulsverstärkungsschaltung 13-1 zugeführt. Ähnlich wird in der Zeitdauer t2 das Pulssignal nur der Pulsverstärkungsschaltung 13-2 zur Verfügung gestellt. In der Zeitdauer t3 wird das Pulssignal nur der Pulsverstärkungsschaltung 13-3 zur Verfügung gestellt. Da dies verhindert, dass die Last auf die Leistungsversorgung 10 gleichzeitig von der Mehrzahl von Pulsverstärkungsschaltungen angelegt wird, kann die Leistungsversorgung 10 aus im Wesentlichen der gleichen Menge von Schaltungen konstruiert werden, als wie wenn nur eine Pulsverstärkungsschaltung mit der Leistungsversorgungsschaltung verbunden wäre.
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Die Pulsverstärkungsschaltungen 13-1 bis 13-3 verstärken die Pulse, welche über die jeweiligen Zeitvorgabeerzeugungsschaltungen empfangen werden. Zu diesem Zweck weisen die Pulsverstärkungsschaltungen 13-1 bis 13-3 jeweils eine Strom-Boostschaltung 31, welche mit der negativen Elektrode der Leistungsversorgung 10 verbunden ist, und eine Verstärkungsschaltung 32 auf, welche die Pulse von der Zeitvorgabeerzeugungsschaltung empfängt und die verstärkten Pulse der entsprechenden einen der Elektroden 14-1 bis 14-3 zur Verfügung stellt.
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Die Strom-Boostschaltung 31 verstärkt den Strom, welcher von der Leistungsversorgung 10 zu der entsprechenden einen der Elektroden 14-1 bis 14-3 fließt. Beispielsweise verstärkt die Strom-Boostschaltung 31 den Strom so, dass ein Strom von einigen Milliampere bis einigen Ampere zwischen der Vakuumkammerwand und der Elektrode fließt, wenn das Pulssignal an die Elektrode angelegt wird. Die Strom-Boostschaltung 31 kann beispielsweise irgendeine von verschiedenen bekannten Strom-Boostschaltungen sein, welche für die Verwendung in Plasmaerzeugungsvorrichtungen ausgebildet sind.
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Die Verstärkungsschaltung 32 verstärkt die Spannung des Pulssignals während sie den Kurvenverlauf des Pulssignals aufrechterhält. Beispielsweise verstärkt die Verstärkungsschaltung 32 die Spannung des kurzen Hochspannungspulses in dem Pulssignal auf ungefähr einige Hundert Volt bis 1 Kilovolt. Weiterhin verstärkt die Verstärkungsschaltung 32 die Spannung des langen Niedrigspannungspulses in dem Pulssignal auf ungefähr eine Hälfte der Spannung des verstärkten kurzen Hochspannungspulses. Die Verstärkungsschaltung 32 kann beispielsweise irgendeine von verschiedenen bekannten Verstärkungsschaltungen sein, welche eine DC-Ausgangsspannung von einigen Hundert Volt bis mehreren Kilovolt handhaben kann.
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Die Verstärkungsschaltung 32 stellt das verstärkte Pulssignal der entsprechenden einen der Elektroden 14-1 bis 14-3 zur Verfügung. Wenn das kurze Hochspannungspulssignal, welches in dem verstärkten Pulssignal beinhaltet ist, an die Elektrode angelegt wird, tritt eine Glimmentladung in der Vakuumkammer auf. Danach wird die Glimmentladung in der Vakuumkammer während der Zeitdauer, wenn das verstärkte lange Niedrigspannungspulssignal an die Elektrode angelegt wird, aufrechterhalten. Auf diese Art und Weise kann die Plasmaerzeugungsvorrichtung 1 kontinuierlich das Plasma des Prozessgases während der Zeitdauer erzeugen, wenn das verstärkte Pulssignal an die Elektrode angelegt wird. Weiterhin wird, da die Spannung, welche an die Elektrode angelegt wird, abnimmt, nachdem die Glimmentladung einmal gebildet worden ist, das Auftreten einer Bogenentladung in der Vakuumkammer verhindert.
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Wie obenstehend beschrieben ist, werden in der Plasmaerzeugungsvorrichtung Pulse, welche durch einen Oszillator erzeugt werden, den Pulsverstärkungsschaltungen über die jeweiligen Zeitvorgabeerzeugungsschaltungen zur Verfügung gestellt, welche parallel mit dem Oszillator verbunden sind, welche unterschiedliche Verzögerungszeiten einführen, so dass die Pulse, welche durch die Pulsverstärkungsschaltungen verstärkt werden, in einer schrittweisen bzw. versetzten Art und Weise an die jeweiligen Vakuumkammern angelegt werden. Demzufolge kann in der Plasmaerzeugungsvorrichtung die Größe und Kapazität der Leistungsversorgung verringert werden, da die Last auf die Leistungsversorgung auf im Wesentlichen dasselbe Niveau verringert werden kann, wie wenn nur eine Pulsverstärkungsschaltung mit der Leistungsversorgungsschaltung verbunden wäre. Weiterhin beseitigt die Plasmaerzeugungsvorrichtung die Notwendigkeit für einen komplexen Steuer- bzw. Regelmechanismus zum Steuern bzw. Regeln der Zeitvorgabe, da die Zeitvorgabe zum Anlegen der Pulssignale an jede Vakuumkammer durch ihre zugeordneten Zeitvorgabeerzeugungsschaltungen angepasst wird. Dies dient dazu, die Konfiguration bzw. den Aufbau der Plasmaerzeugungsvorrichtung zu vereinfachen.
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Weiterhin kann, da das Pulssignal, welches einen zweistufigen Kurvenverlauf hat, welcher stufenweise zerfällt, an jede Vakuumkammer angelegt wird, die Plasmaerzeugungsvorrichtung nicht nur leicht eine Glimmentladung in der Vakuumkammer erzeugen, sondern sie kann auch das Auftreten einer Bogenentladung verhindern. Als ein Ergebnis kann die Plasmaerzeugungsvorrichtung das Plasma in jeder Vakuumkammer in einer stabilen Art und Weise erzeugen.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obige bestimmte Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise ist die Anzahl von Vakuumkammern, welche in der Plasmaerzeugungsvorrichtung vorgesehen ist, nicht auf drei beschränkt, sondern die Plasmaerzeugungsvorrichtung kann eine angepasste Anzahl von Vakuumkammern aufweisen, die Anzahl kann gemäß dem Zweck zwei oder mehr sein.
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Weiterhin kann eine der Mehrzahl von Pulsverstärkungsschaltungen mit dem Oszillator direkt verbunden sein, nicht über die Zeitvorgabeerzeugungsschaltung. Genauer hat, wenn N Pulsverstärkungsschaltungen (N ist eine gerade Zahl nicht kleiner als zwei) parallel mit der Leistungsversorgung und dem Oszillator verbunden sind, die Plasmaerzeugungsvorrichtung (N – 1) Zeitvorgabeerzeugungsschaltungen, welche zwischen dem Oszillator und (N – 1) Pulsverstärkungsschaltungen verbunden sind. In diesem Fall kann, da jede Zeitvorgabeerzeugungsschaltung die Zeitvorgabe zu der der Puls seine zugeordnete Pulsverstärkungsschaltung erreicht, verzögern kann, die Plasmaerzeugungsvorrichtung gemäß diesem abgewandelten Beispiel einen eine ähnliche Wirkung zu derjenigen erreichen, welche durch die Plasmaerzeugungsvorrichtung gemäß der obigen Ausführungsform erreicht wird.
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Die Plasmaerzeugungsvorrichtung gemäß der obigen Ausführungsform oder dem abgewandelten Beispiel kann in verschiedenen Anwendungen verwendet werden, wo es eine Notwendigkeit gibt, ein Plasma in einer Vakuumkammer zu erzeugen. Beispielsweise kann die Plasmaerzeugungsvorrichtung auch als eine Schichtabscheidungsvorrichtung angewandt werden, welche eine Schicht auf einem Werkstück durch eine physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) abscheidet bzw. anlagert.
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4 ist ein Diagramm, welches schematisch die Konfiguration bzw. den Aufbau einer Plasmaerzeugungsvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, welche als eine PVD-Schichtabscheidungsvorrichtung arbeitet. Die Plasmaerzeugungsvorrichtung 41 gemäß dieser Ausführungsform weist drei Vakuumkammern 2-1 bis 2-3, eine Leistungsversorgung 10, einen Oszillator 11, drei Zeitvorgabeerzeugungsschaltungen 12-1 bis 12-3 und drei Pulsverstärkungsschaltungen 13-1 bis 13-3 auf, von welchen eine für jede der Vakuumkammern vorgesehen ist.
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Die Plasmaerzeugungsvorrichtung 41 unterscheidet sich von der Plasmaerzeugungsvorrichtung 1 der 1 darin, dass die Elektroden 14-1 bis 14-3, welche jede durch ein Abscheidungssubstrat gebildet werden, welches ein Werkstück ist, mit den positiven Elektroden der Leistungsversorgung 10 über die jeweiligen Pulsverstärkungsschaltungen 13-1 bis 13-3 verbunden sind. In dieser Ausführungsform sind auch die Vakuumkammerwände 15-1 bis 15-3 mit der auf Masse gelegten Elektrode der Leistungsversorgung 10 verbunden. In dieser Ausführungsform sind Ziele 16-1 bis 16-3 zum Versorgen mit Abscheidungsmaterial elektrisch mit der jeweiligen Vakuumkammerwand 15-1 bis 15-3 verbunden. Wenn die Ionen, welche durch ein Ionisieren des Gases erzeugt werden, welches in die Vakuumkammer zugeführt wird, auf dem Ziel auftreffen, werden Partikel, welche von dem Ziel durch den Aufprall entfernt werden, auf den Elektroden 14-1 bis 14-3 abgeschieden.
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In der Plasmaerzeugungsvorrichtung 41 dieser Ausführungsform werden auch Pulse, welche durch einen Oszillator erzeugt werden, den Pulsverstärkungsschaltungen über die jeweiligen Zeitvorgabeerzeugungsschaltungen, welche parallel mit dem Oszillator verbunden sind, zur Verfügung gestellt, welche verschiedene Verzögerungszeiten einführen, so dass die Pulse, welche durch die Pulsverstärkungsschaltungen verstärkt werden, an die jeweilige Vakuumkammer in einer versetzten Art und Weise angelegt werden. Demzufolge kann auch diese Plasmaerzeugungsvorrichtung 41 eine ähnliche Wirkung zu derjenigen erreichen, welche durch die Plasmaerzeugungsvorrichtung gemäß der obigen Ausführungsform erreicht wird.
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Auch in dieser Ausführungsform ist die Anzahl von Vakuumkammern nicht auf drei beschränkt. Weiterhin kann als ein abgewandeltes Beispiel die Mehrzahl von Elektroden 14-1 bis 14-3, von welchen jede ein Abscheidungswerkstück ist und welche mit einer Elektrode der Leistungsversorgung über eine der Mehrzahl von Pulsverstärkungsschaltungen verbunden sind, innerhalb einer Vakuumkammer angeordnet sein, wie durch gestrichelte Linien in 4 angezeigt ist. In diesem Fall können die Elektroden, welche mit den jeweiligen Pulsverstärkungsschaltungen verbunden sind, beispielsweise aus jeweils unterschiedlichen Materialien gebildet sein. Auch in diesem abgewandelten Beispiel ist die Vakuumkammerwand der Vakuumkammer mit der anderen Elektrode (auf Masse gelegte Elektrode) der Leistungsversorgung verbunden. Die Plasmaerzeugungsvorrichtung kann demnach eine Schicht auf der Mehrzahl von Werkstücken abscheiden.
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Wie oben beschrieben ist, kann jeder Fachmann verschiedene Abwandlungen tätigen, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
