DE102014011933A1 - Plasma treatment apparatus and method for surface treatment of substrates - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Substraten sowie eine entsprechende Plasmabehandlungsvorrichtung, mit – einer Plasmabehandlungskammer (12), in welcher zumindest ein erster Substrathalter (14) und ein zweiter Substrathalter (16) angeordnet sind, wobei der erste Substrathalter (14) in Richtung seiner Flächennormalen (N) beabstandet zum zweiten Substrathalter (16) angeordnet ist und wobei der erste und der zweite Substrathalter (14, 16) auf gegenüberliegenden Seiten eines Plasmabereichs (18) angeordnet sind, – zumindest einer den Plasmabereich (18) in Umfangsrichtung umschließenden Anregungsspule (20) zur Anregung eines Plasmas (19) im Plasmabereich (18), – einer ersten Spannungsversorgung (1), welche mit dem ersten Substrathalter (14) verbunden ist, – einer zweiten Spannungsversorgung (2), welche mit dem zweiten Substrathalter (16) verbunden ist, und mit – einer dritten Spannungsversorgung (3), welche mit der Anregungsspule (20) verbunden ist, – wobei zumindest die Phase (P1) der ersten Spannungsversorgung (1) mit der Phase (P2) der zweiten Spannungsversorgung (2) gekoppelt ist.The present invention relates to a process for the surface treatment of substrates and a corresponding plasma treatment apparatus, comprising - a plasma treatment chamber (12) in which at least a first substrate holder (14) and a second substrate holder (16) are arranged, wherein the first substrate holder (14) in Direction of its surface normal (N) spaced from the second substrate holder (16) is arranged and wherein the first and the second substrate holder (14, 16) on opposite sides of a plasma region (18) are arranged, - at least one of the plasma region (18) in the circumferential direction enclosing Excitation coil (20) for excitation of a plasma (19) in the plasma region (18), - a first voltage supply (1), which is connected to the first substrate holder (14), - a second voltage supply (2), which with the second substrate holder ( 16), and with - a third voltage supply (3) connected to the excitation coil (20 ), wherein at least the phase (P1) of the first voltage supply (1) is coupled to the phase (P2) of the second voltage supply (2).
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Plasmabehandlungsvorrichtung sowie ein betreffendes Verfahren zur Oberflächenbehandlung von planaren Substraten. Die Erfindung betrifft dabei insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum gleichzeitigen Behandeln mehrerer Substrate, die auf gegenüberliegenden Seiten eines Plasmabereichs in einer Plasmabehandlungskammer anordenbar sind.The present invention relates to a plasma processing apparatus and a related method for surface treatment of planar substrates. In particular, the invention relates to a device and a method for simultaneously treating a plurality of substrates, which can be arranged on opposite sides of a plasma region in a plasma treatment chamber.
Vorrichtungen und Verfahren zum plasmaunterstützten Behandeln von Substraten, insbesondere zum Ätzen oder Beschichten von Substratoberflächen sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Zum möglichst gleichmäßigen und vollflächigen Auftragen dünner Schichten auf Substraten kommen u. a. chemische Dampfabscheideverfahren, insbesondere plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidungsverfahren, sogenannte PECVD-Verfahren (Plasma-enhanced chemical vapor deposition), zum Einsatz. Hierfür werden ein oder mehrere Substrate in einer Plasmabehandlungskammer angeordnet, in die unter Einhaltung vorgegebener Druck- und Temperaturbereiche zumindest ein Reaktionsgas, bzw. ein auf die Beschichtung oder einen Ätzvorgang abgestimmtes Gasgemisch eingeleitet wird.Devices and methods for plasma assisted processing of substrates, particularly for etching or coating substrate surfaces, are well known in the art. For uniform and full-surface application of thin layers on substrates u. a. chemical Dampfabscheideverfahren, in particular plasma-enhanced chemical vapor deposition method, so-called PECVD method (plasma-enhanced chemical vapor deposition) used. For this purpose, one or more substrates are arranged in a plasma treatment chamber into which at least one reaction gas, or a gas mixture tuned to the coating or an etching process, is introduced while maintaining predetermined pressure and temperature ranges.
Dieses geht durch Zufuhr elektromagnetischer Energie, so etwa durch induktive oder kapazitive Einkopplung einer Hochfrequenzanregung zumindest teilweise in einen Plasmazustand über. Aus der
Aus der
Es ergeben sich hierdurch zwangsläufig unterschiedliche Spannungen bzw. unterschiedliche Spannungspotenziale an den Elektroden oder Substrathaltern, die zu zumindest geringfügig unterschiedlichen Oberflächenbehandlungsprozessen der Substrate führen, die an gegenüberliegenden Seiten des Plasmas angeordnet sind.This results inevitably in different voltages or different voltage potentials at the electrodes or substrate holders, which lead to at least slightly different surface treatment processes of the substrates, which are arranged on opposite sides of the plasma.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Plasmabehandlungsvorrichtung zur gleichzeitigen Behandlung sowie zur möglichst gleichmäßigen und gleichgearteten Oberflächenbehandlung von mehreren, mit ihren Oberflächen einander zugewandten Substraten, bereitzustellen. Es ist ferner Zielsetzung, ein Verfahren zur dementsprechend gleichzeitigen Oberflächenbehandlung zumindest zweier Substrate bereitzustellen. Die vorliegende Erfindung soll sich insbesondere für ein möglichst gleichmäßiges und qualitativ hochwertiges Beschichten mehrerer Substrate eignen.It is therefore an object of the present invention to provide a plasma treatment apparatus for the simultaneous treatment and the most uniform and similar surface treatment of several, with their surfaces facing each other substrates. It is a further object to provide a method for the correspondingly simultaneous surface treatment of at least two substrates. The present invention should be particularly suitable for the most uniform and high-quality coating of multiple substrates.
Erfindung und vorteilhafte AusgestaltungenInvention and advantageous embodiments
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist insoweit eine Plasmabehandlungsvorrichtung zur Oberflächenbehandlung von mehreren Substraten vorgesehen. Die Plasmabehandlungsvorrichtung weist eine Plasmabehandlungskammer auf, in welcher zumindest ein erster Substrathalter und ein zweiter Substrathalter angeordnet sind bzw. anordenbar sind.According to a first aspect of the invention, a plasma treatment apparatus for surface treatment of a plurality of substrates is provided in this respect. The plasma treatment apparatus has a plasma treatment chamber in which at least one first substrate holder and a second substrate holder are arranged or can be arranged.
Der erste Substrathalter ist dabei in Richtung seiner Flächennormalen beabstandet zum zweiten Substrathalter angeordnet. Der erste und der zweite Substrathalter sind dabei ferner auf gegenüberliegenden Seiten einer Plasmabereichs angeordnet, in welchem sich das in der Plasmabehandlungskammer zu erzeugende Plasma im Betrieb der Plasmabehandlungsvorrichtung im Wesentlichen befindet.The first substrate holder is arranged spaced apart in the direction of its surface normal to the second substrate holder. The first and the second substrate holder are furthermore arranged on opposite sides of a plasma region, in which the plasma to be generated in the plasma treatment chamber is essentially located during operation of the plasma treatment device.
Typischerweise sind der erste und der zweite Substrathalter annähernd parallel zueinander und auf unterschiedlichen bzw. gegenüberliegenden Seiten des Plasmabereichs angeordnet. In Richtung der Flächennormalen des ersten Substrathalters betrachtet, können der erste und der zweite Substrathalter im Wesentlichen überdeckend oder überlappend angeordnet sein. Es sind aber auch anderweitige Anordnung von erstem und zweitem Substrathalter denkbar, etwa dergestalt, dass sich die Ebene des ersten Substrathalters und die Ebene des zweiten Substrathalters unter einem vorgegebenen Winkel größer 0° zueinander erstrecken.Typically, the first and second substrate holders are disposed approximately parallel to one another and on different or opposite sides of the plasma region. Considered in the direction of the surface normal of the first substrate holder, the first and the second substrate holder may be arranged substantially overlapping or overlapping. However, other arrangements of first and second substrate holders are also conceivable, for example such that the plane of the first substrate holder and the plane of the second substrate holder extend at a predetermined angle greater than 0 ° to one another.
Die Plasmabehandlungsvorrichtung weist ferner zumindest eine den Plasmabereich in Umfangsrichtung umschließende Anregungsspule zur Anregung eines Plasmas im Plasmabereich auf. Die Anregungsspule dient insbesondere der induktiven Anregung des Plasmas innerhalb der Plasmabehandlungskammer. Die Anregungsspule kann hierbei insbesondere außerhalb der eigentlichen Plasmabehandlungskammer angeordnet sein, sofern entsprechende Außenwände der Plasmabehandlungskammer für die elektromagnetische, insbesondere induktive Anregung der innerhalb der Plasmabehandlungskammer befindlichen Gase permeabel ist. Die Plasmabehandlungskammer kann beispielsweise einen umlaufenden Wandungsabschnitt aus Quarzglas oder hiermit vergleichbar elektromagnetisch permeablen Materialien aufweisen.The plasma treatment device further has at least one excitation coil enclosing the plasma region in the circumferential direction for exciting a plasma in the plasma region. The excitation coil is used in particular for inductive excitation of the plasma within the plasma treatment chamber. The excitation coil can in this case be arranged in particular outside the actual plasma treatment chamber, provided that corresponding outer walls of the plasma treatment chamber for the electromagnetic, in particular inductive excitation of the gases located within the plasma treatment chamber is permeable. The plasma treatment chamber may have, for example, a circumferential wall section made of quartz glass or comparable electromagnetically permeable materials.
Die Plasmabehandlungsvorrichtung ist ferner mit einer ersten Spannungsversorgung versehen, welche mit dem ersten Substrathalter verbunden ist. Die Plasmabehandlungsvorrichtung ist ferner mit einer zweiten Spannungsversorgung versehen, welche mit dem zweiten Substrathalter verbunden ist und die Plasmabehandlungsvorrichtung weist ferner eine dritte Spannungsversorgung auf, die mit der Anregungsspule verbunden ist. Mittels erster und zweiter Spannungsversorgung und einer dementsprechenden Spannungsbeaufschlagung von erstem und zweitem Substrathalter kann der etwa zu Beschichtungszwecken der Substrate vorgesehene Ionenstrom des Plasmas modifiziert bzw. in Richtung zu den Substratoberflächen verstärkt werden.The plasma processing apparatus is further provided with a first power supply connected to the first substrate holder. The plasma processing apparatus is further provided with a second power supply connected to the second substrate holder, and the plasma processing apparatus further includes a third power supply connected to the excitation coil. By means of first and second voltage supply and a corresponding voltage application of the first and second substrate holders, the plasma ion stream provided for coating purposes of the substrates may be modified or reinforced in the direction of the substrate surfaces.
Während die erste und die zweite Spannungsversorgung gemeinhin auch als Bias-Spannung für die Substrathalter und beispielsweise für die typischerweise elektrisch nicht leitenden Substrate zu bezeichnen ist, stellt die dritte Spannungsversorgung eine elektrische Hochfrequenzleistung zur Plasmaerzeugung bereit.While the first and second power supplies are commonly referred to as bias voltages for the substrate holders and, for example, for the typically electrically non-conductive substrates, the third power supply provides high frequency electrical power for plasma generation.
Hierdurch kann insbesondere bei einem plasmaunterstützten Beschichtungsprozess das Schichtwachstum einerseits beschleunigt, andererseits aber auch die Struktur der Schicht positiv beeinflusst und verändert werden. Durch Anlegen eines Spannungspotenzials, insbesondere einer entsprechenden elektrischen Leistung an den gegenüberliegenden Substrathaltern, können im Plasma befindliche Ionen in Richtung der zu behandelnden Substratoberflächen beschleunigt werden, sodass beispielsweise eine gewünschte intrinsische und mechanische Spannung innerhalb der Schicht erzeugbar ist.As a result, in particular in the case of a plasma-assisted coating process, the layer growth on the one hand accelerates, on the other hand, however, the structure of the layer can also be positively influenced and changed. By applying a voltage potential, in particular a corresponding electrical power to the opposite substrate holders, ions located in the plasma can be accelerated in the direction of the substrate surfaces to be treated, so that, for example, a desired intrinsic and mechanical stress can be generated within the layer.
Es ist für die Plasmabehandlungsvorrichtung ferner vorgesehen, dass zumindest die Phase der ersten Spannungsversorgung mit der Phase der zweiten Spannungsversorgung gekoppelt ist. Durch eine Phasenkopplung von erster und zweiter Spannungsversorgung können gleiche Spannungspotenziale am ersten und zweiten Substrathalter verwirklicht werden, sodass für beide Substrathalter, mithin für zumindest zwei an den entsprechenden Substrathaltern lösbar befestigte Substrate weitgehend identische elektrische Randbedingungen bereitstellbar sind.It is further provided for the plasma processing apparatus that at least the phase of the first power supply is coupled to the phase of the second power supply. By a phase coupling of the first and second voltage supply same voltage potentials can be realized at the first and second substrate holder, so that substantially identical electrical boundary conditions can be provided for both substrate holder, and thus for at least two substrates detachably attached to the respective substrate holders.
Auf diese Art und Weise können die beidseits des Plasmas und an unterschiedlichen gegenüberliegenden Seiten des Plasmas Substrate angeordnet und werden, welche eine quasi identische Oberflächenbehandlung, insbesondere eine hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaften und ihrer Güte weitreichend identische Oberflächenbeschichtung erfahren.In this way, the substrates on both sides of the plasma and on different opposite sides of the plasma can be arranged and which experience a quasi-identical surface treatment, in particular a surface coating which is far more identical in terms of its physical properties and quality.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist ferner vorgesehen, dass die Phase der dritten Spannungsversorgung mit zumindest einer der Phasen von erster oder zweiter Spannungsversorgung gekoppelt ist. Auf diese Art und Weise kann nicht nur zwischen der ersten und der zweiten Spannungsversorgung eine feste Phasenbeziehung im Betrieb der Plasmabehandlungsvorrichtung, sondern es kann auch zwischen sämtlichen drei Spannungsversorgung eine feste Phasenbeziehung bereitgestellt werden.According to a further embodiment, it is further provided that the phase of the third power supply is coupled to at least one of the phases of the first or second power supply. In this way, not only can a fixed phase relationship between the first and second power supplies in the operation of the plasma processing apparatus, but also a fixed phase relationship can be provided between all three power supplies.
Indem sämtliche Phasen von erster Spannungsversorgung, zweiter Spannungsversorgung und dritter Spannungsversorgung miteinander koppelbar sind, lassen sich nicht nur identische Bias-Spannungen oder dementsprechende Spannungspotenziale am ersten und zweiten Substrathalter einstellen, sondern es kann auch eine Optimierung der Leistungsausbeute bezüglich einer in die Substrathalter eingekoppelten elektrischen Bias-Leistung ermöglicht werden.By virtue of the fact that all the phases of the first voltage supply, second voltage supply and third voltage supply can be coupled to one another, not only identical bias voltages or corresponding voltage potentials can be set on the first and second substrate holders, but it can also be an optimization of the power output with respect to an electrical bias coupled into the substrate holders Be made possible.
Durch die Kopplung der Phase der ersten Spannungsversorgung mit der Phase der zweiten Spannungsversorgung, insbesondere durch variables und stufenloses Einstellen einer relativen Phasenlage zwischen erster und zweiter Spannungsversorgung, können symmetrische und identische Plasma- und Oberflächenbehandlungsbedingungen am ersten und zweiten Substrathalter eingestellt werden. Durch eine Kopplung der Phase der dritten Spannungsversorgung, insbesondere durch Modifizieren der Phasenlage von erster und zweiter Spannungsversorgung relativ zur Phase der dritten Spannungsversorgung, kann bei gleichbleibend eingekoppelter elektrischer Leistung am ersten und zweiten Substrathalter ein Spannungspotenzial am ersten und zweiten Substrathalter maximiert werden.By coupling the phase of the first voltage supply with the phase of the second voltage supply, in particular by variably and continuously adjusting a relative phase position between first and second voltage supply, symmetrical and identical plasma and surface treatment conditions can be set on the first and second substrate holders. By coupling the phase of the third voltage supply, in particular by modifying the phase position of the first and second voltage supply relative to the phase of the third voltage supply, a voltage potential at the first and second substrate holder can be maximized while the electrical power coupled to the first and second substrate holders remains constant.
Auf diese Art und Weise kann letztlich ein Ionenbeschuss aus dem Plasma auf die an den Substrathaltern angeordneten Substrate unabhängig von anderen Beschichtungsparametern eingestellt werden.In this way, ion bombardment from the plasma to the substrates arranged on the substrate holders can ultimately be set independently of other coating parameters.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist zumindest eine der Spannungsversorgungen einen Hochfrequenz(HF)-Generator auf, welcher mit den beiden übrigen Spannungsversorgungen gekoppelt ist. Zur Phasenkopplung von erster, zweiter und dritter Spannungsversorgung untereinander ist es prinzipiell ausreichend, wenn lediglich eine Spannungsversorgung, etwa über ein oder mehrere Kopplungskabel, mit den beiden übrigen Spannungsversorgungen phasengekoppelt ist. Insoweit kann vorgesehen sein, dass beispielsweise die erste Spannungsversorgung mit der dritten Spannungsversorgung gekoppelt ist, und dass die zweite Spannungsversorgung ebenfalls mit der dritten Spannungsversorgung gekoppelt ist.In accordance with a further embodiment, at least one of the power supplies has a high-frequency (HF) generator, which is coupled to the two remaining power supplies. For the phase coupling of the first, second and third voltage supply with each other, it is sufficient in principle, if only one Power supply, such as one or more coupling cable, is phase-coupled to the other two power supplies. In that regard, it can be provided that, for example, the first power supply is coupled to the third power supply, and that the second power supply is also coupled to the third power supply.
Eine Phasenkopplung von erster und dritter Spannungsversorgung sowie eine Phasenkopplung von zweiter und dritter Spannungsversorgung bewirkt implizit auch eine Phasenkopplung zwischen erster und zweiter Spannungsversorgung. Der HF-Generator kann beispielsweise als sogenannter Master-Oszillator oder als Clocksignalgeber ausgestaltet sein. Über die Phasenkopplung kann ein Frequenz- oder Clocksignal des zumindest einen HF-Generators an die beiden weiteren Spannungsversorgungen übertragen werden, sodass diese lediglich das zu empfangende Frequenz- oder Clocksignal hinsichtlich seiner Phase und Amplitude bedarfsgerecht anpassen.A phase coupling of the first and third voltage supply and a phase coupling of the second and third voltage supply implicitly also causes a phase coupling between the first and second voltage supply. The HF generator can be configured, for example, as a so-called master oscillator or as a clock signal generator. By means of the phase coupling, a frequency or clock signal of the at least one HF generator can be transmitted to the two further power supplies, so that they merely adapt the frequency or clock signal to be received with regard to its phase and amplitude as required.
Zumindest zwei der drei Spannungsversorgungen benötigen jedoch keinen eigenen Hochfrequenzgenerator. Über die phasengetreue Kopplung der drei Spannungsversorgungen untereinander ist es ausreichend, wenn lediglich eine Spannungsversorgung mit einem HF-Generator zur Erzeugung eines entsprechenden Hochfrequenzsignals ausgestattet ist. Der apparative Aufwand kann somit in vorteilhafter Weise verringert werden.However, at least two of the three power supplies do not require their own high frequency generator. About the phase-synchronous coupling of the three power supplies to each other, it is sufficient if only one power supply is equipped with an RF generator for generating a corresponding high-frequency signal. The apparatus required can thus be reduced in an advantageous manner.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass jede der drei Spannungsversorgungen jeweils einen Verstärker aufweist, wobei die jeweiligen Verstärker unabhängig voneinander regelbar und bedarfsgerecht einstellbar sind. Auf diese Art und Weise können, ausgehend von einem gemeinsamen Frequenz- oder Clocksignal bedarfsgerecht unterschiedliche Versorgungsspannungen der Anregungsspule und den zumindest ersten und zweiten Substrathaltern zugeführt werden.According to a further embodiment it is provided that each of the three power supplies each having an amplifier, wherein the respective amplifiers are independently adjustable and adjustable as needed. In this way, starting from a common frequency or clock signal, different supply voltages of the excitation coil and the at least first and second substrate holders can be supplied as needed.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist ferner vorgesehen, dass die Phase der ersten Spannungsversorgung relativ zur Phase zumindest einer der beiden übrigen Spannungsversorgungen, das heißt zur Phase der zweiten Spannungsversorgung und/oder zur Phase der dritten Spannungsversorgung wahlweise einstellbar und fixierbar ist. Die selektive und voneinander unabhängige Einstellbarkeit der Phasen der einzelnen Spannungsversorgungen ist zur Bildung symmetrischer Beschichtungsbedingungen an den gegenüberliegenden Substrathaltern sowie zur Maximierung einer Leistungsausbeute von Vorteil.According to a further embodiment, it is further provided that the phase of the first voltage supply is selectively adjustable and fixable relative to the phase of at least one of the two remaining power supplies, that is to the phase of the second power supply and / or the phase of the third power supply. The selective and independent adjustability of the phases of the individual power supplies is advantageous for forming symmetric coating conditions on the opposed substrate holders as well as for maximizing power yield.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass auch die Phase der zweiten Spannungsversorgung relativ zur Phase zumindest einer der beiden übrigen Spannungsversorgungen, das heißt zur Phase der ersten Spannungsversorgung und/oder zur Phase der dritten Spannungsversorgung wahlweise einstellbar und fixierbar ist. Auf diese Art und Weise kann eine beliebige Einstellbarkeit und Fixierbarkeit der Phasen der Spannungsversorgungen bzw. der Bias-Spannungen der Substrathalter und der Betriebsspannung der Anregungsspule erreicht werden.According to a further embodiment, it is provided that also the phase of the second voltage supply relative to the phase of at least one of the two remaining power supplies, that is to the phase of the first power supply and / or the phase of the third power supply is selectively adjustable and fixable. In this way, any adjustability and fixability of the phases of the power supplies or the bias voltages of the substrate holder and the operating voltage of the excitation coil can be achieved.
Es ist dabei insbesondere vorgesehen, die relativen Phasenlagen zwischen der ersten und der zweiten Spannungsversorgung sowie in Bezug auf die dritte Spannungsversorgung einzustellen und alsdann jene Phasenlagen für den weiteren Betrieb der Plasmabehandlungsvorrichtung zueinander zu fixieren.In this case, it is provided in particular to set the relative phase positions between the first and the second voltage supply as well as with respect to the third voltage supply and then to fix those phase positions for the further operation of the plasma treatment device relative to one another.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Plasmabehandlungsvorrichtung ist diese mit einer Steuerung zur selbsttätigen Einstellung einer relativen Phasenlage zwischen der ersten und der zweiten Spannungsversorgung derart ausgebildet, dass sich bei gleicher Versorgungsleistung der ersten und zweiten Spannungsversorgung gleiche Spannungspotenziale am ersten und am zweiten Substrathalter bilden. Es ist insbesondere denkbar, dass zur Ausbildung gleicher Spannungspotenziale am ersten und am zweiten Substrathalter eine relative Phasenlage ungleich 0 zwischen der ersten und der zweiten Spannungsversorgung einzustellen ist.According to a further embodiment of the plasma treatment device, this is designed with a control for the automatic adjustment of a relative phase position between the first and the second voltage supply such that the same supply potential of the first and second voltage supply equal voltage potentials at the first and the second substrate holder form. In particular, it is conceivable that a relative phase position not equal to 0 between the first and the second voltage supply can be set to form the same voltage potentials on the first and the second substrate holder.
Die elektrische Verbindung der ersten Spannungsversorgung mit dem ersten Substrathalter, bzw. die elektrische Verbindung der zweiten Spannungsversorgung mit dem zweiten Substrathalter weist womöglich unterschiedlich lange Kabel sowie jeweils eine Impedanzanpassung auf, die unter realen Bedingungen dazu führen, dass beispielsweise trotz gleicher Phasenwinkel an der ersten und der zweiten Spannungsversorgung letztlich unterschiedliche Phasenlagen an den für die Beschichtung maßgeblichen Substrathaltern vorliegen.The electrical connection of the first voltage supply to the first substrate holder, or the electrical connection of the second voltage supply to the second substrate holder possibly has cables of different lengths and an impedance matching, which under real conditions cause, for example, despite the same phase angle at the first and the second voltage supply ultimately different phase positions on the substrate holders relevant for the coating are present.
Durch Messung der sich tatsächlich an den Substrathaltern bildenden Spannungspotenziale kann ein Matching und eine Anpassung der Phasenlage zwischen erster und zweiter Spannungsversorgung derart eingestellt und gewählt werden, dass die Spannungspotenziale am ersten und am zweiten Substrathalter im Wesentlichen gleich groß sind. Jene Anpassung der Spannungspotenziale an den beiden Substrathaltern kann hierbei unabhängig von einer Veränderung der Versorgungsleistung erster und zweiter Spannungsversorgungen erfolgen.By measuring the voltage potentials that actually form on the substrate holders, matching and adjustment of the phase position between the first and second voltage supply can be set and selected such that the voltage potentials at the first and second substrate holders are substantially equal. The adaptation of the voltage potentials on the two substrate holders can be effected independently of a change in the supply power of the first and second power supplies.
Dies ermöglicht die Ausbildung weitgehend symmetrischer und identischer Oberflächenbehandlungsumgebungsparameter an dem ersten und dem gegenüberliegend hierzu angeordneten zweiten Substrathalter, ohne dass dies einen nennenswerten Einfluss oder eine Rückkopplung auf die eingestellte Bias-Leistung der Spannungsversorgungen bzw. der Substrathalter hätte. Symmetrische bzw. identische Oberflächenbehandlungsvoraussetzungen können auf diese Art und Weise unabhängig von der Versorgungsleistung von erster und/oder zweiter Spannungsversorgung bereitgestellt und eingestellt werden.This allows for the formation of substantially symmetrical and identical surface treatment environment parameters on the first and second substrate holders oppositely arranged therewith without this significant influence or feedback on the set bias power of the power supplies or the substrate holder. Symmetrical surface treatment requirements may be provided and adjusted in this manner regardless of the supply power of the first and / or second power supply.
Nach einer Weiterbildung ist ferner vorgesehen, dass die Steuerung zum selbsttätigen Einstellen einer relativen Phasenlage zwischen der dritten Spannungsversorgung und einer von erster und zweiter Spannungsversorgung derart ausgebildet ist, dass sich betragsmäßig ein maximales Spannungspotenzial an einem von erstem und zweitem Substrathalter bildet. Durch Veränderung der Phasenlage zumindest einer von erster und zweiter Spannungsversorgung relativ zur Phase der dritten Spannungsversorgung kann insbesondere der Median oder Mittelwert des sich am jeweiligen Substrathalter bildenden Spannungspotenzials verändert werden.According to a further development, it is further provided that the control for the automatic setting of a relative phase position between the third voltage supply and one of the first and second voltage supply is designed in such a way that a maximum voltage potential is formed on one of the first and second substrate holders. By changing the phase position of at least one of the first and second voltage supply relative to the phase of the third voltage supply, in particular the median or mean value of the voltage potential forming on the respective substrate holder can be changed.
Es kann insoweit vorgesehen werden, zunächst die relative Phasenlage zwischen einer von erster und zweiter Spannungsversorgung relativ zur dritten Spannungsversorgung zur Maximierung eines sich am jeweiligen Substrathalter bildenden Spannungspotenzials auszuwählen und hiernach die Phase der jeweils anderen von erster und zweiter Spannungsversorgung derart einzustellen, dass sich am ersten und am zweiten Substrathalter im Wesentlichen gleiche Spannungspotenziale bilden.Insofar, it may be provided to initially select the relative phase position between one of the first and second voltage supply relative to the third voltage supply for maximizing a voltage potential forming at the respective substrate holder and thereafter adjusting the phase of the other of the first and second voltage supply in such a way that the first and form substantially equal voltage potentials at the second substrate holder.
Auf diese Art und Weise kann die Leistungsausbeute der elektrischen Versorgung von erstem und zweitem Substrathalter maximiert werden. Soll beispielsweise eine Bias-Leistung von erster und zweiter Spannungsversorgung verändert werden, so ist dies unter Einhaltung der bereits eingestellten festen Phasenbeziehungen zwischen erster, zweiter und dritter Spannungsversorgung problemlos und nahezu ohne Nachjustage möglich. Zusammengefasst wird es durch die Phasenkopplung von erster, zweiter und dritter Spannungsversorgung ermöglicht, an den gegenüberliegenden Substrathaltern weitgehend identische Plasmabehandlungsvoraussetzungen zu schaffen und unabhängig von einer Plasmaleistung, eine Bias-Leistung bzw. Bias-Versorgung der Substrathalter bedarfsgerecht einzustellen.In this way, the power output of the electrical supply of the first and second substrate holders can be maximized. If, for example, a bias power of the first and second power supply to be changed, this is easily possible and almost without readjustment in compliance with the already set fixed phase relationships between the first, second and third power supply. In summary, the phase coupling of the first, second and third voltage supply makes it possible to provide substantially identical plasma treatment requirements for the opposite substrate holders and to adjust a bias power or bias supply of the substrate holder as required independently of a plasma power.
Nach einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zur gleichzeitigen Oberflächenbehandlung zumindest zweier Substrate mittels einer zuvor beschriebenen Plasmabehandlungsvorrichtung. Es wird hierbei eine relative Phasenlage zwischen der ersten und der zweiten Spannungsversorgung derart eingestellt, dass sich bei gleicher Versorgungsleistung der ersten und zweiten Spannungsversorgung gleiche Spannungspotenziale am ersten und am zweiten Substrathalter bilden.According to a further aspect, the invention further relates to a method for the simultaneous surface treatment of at least two substrates by means of a previously described plasma treatment apparatus. In this case, a relative phase position between the first and the second voltage supply is set in such a way that identical voltage potentials are formed on the first and the second substrate holder with the same supply power of the first and second voltage supply.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist ferner vorgesehen, dass die Phase von einer von erster und zweiter Spannungsversorgung mit der Phase der dritten Spannungsversorgung gekoppelt und zu dieser fixiert wird. Die Phase der anderen von erster und zweiter Spannungsversorgung wird dann solange variiert, bis sich am ersten und am zweiten Substrathalter gleiche Spannungspotenziale bilden.According to a further embodiment of the method, it is further provided that the phase of one of the first and second power supply is coupled to the phase of the third power supply and fixed thereto. The phase of the other of the first and second voltage supply is then varied until the same voltage potentials are formed at the first and at the second substrate holder.
Hierzu ist insbesondere vorgesehen, die sich tatsächlich an den Substrathaltern bildenden Spannungspotenziale zu messen und hierbei zumindest eine der Phasen von erster und zweiter Spannungsversorgung konstant zu halten, während man die Phase der anderen von erster und zweiter Spannungsversorgung solange ändert, bis die Spannungspotenziale am ersten und zweiten Substrathalter im Wesentlichen gleich groß sind.For this purpose, it is in particular provided to measure the voltage potentials actually forming on the substrate holders and to keep at least one of the phases of the first and second voltage supply constant while changing the phase of the other of the first and second voltage supply until the voltage potentials at the first and second voltage supply are changed second substrate holder are substantially equal.
Insoweit können allein durch Anpassung und Modifikation der relativen Phasenlage zwischen erster und zweiter Spannungsversorgung weitgehend identische Oberflächenbehandlungsvoraussetzungen an den an gegenüberliegenden Seiten des Plasmas vorgesehenen Substraten bereitgestellt werden. Insoweit sind die beispielsweise auf diese Art und Weise auf den Substraten aufbringbaren Schichten weitgehend identisch und weisen identische Schichteigenschaften auf.To that extent, by adapting and modifying the relative phase position between first and second voltage supply, substantially identical surface treatment conditions can be provided on the substrates provided on opposite sides of the plasma. In that regard, for example, be applied in this way on the substrates layers are largely identical and have identical layer properties.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist ferner vorgesehen, dass die Phase von einer von erster und zweiter Spannungsversorgung relativ zur Phase der dritten Spannungsversorgung variiert wird, bis sich ein betragsmäßig maximales Spannungspotenzial am ersten und am zweiten Substrathalter bildet, welches am ersten und am zweiten Substrathalter gleich groß ist. Es kann beispielsweise vorgesehen werden, die Phase der ersten Spannungsversorgung konstant zu halten und die Phase der zweiten Spannungsversorgung um einen gewissen Betrag gegenüber der Phase der dritten Spannungsversorgung zu variieren und schließlich zu fixieren. Mit der neu gewählten Phase der zweiten Spannungsversorgung ist dann die erste Phase beispielsweise über den gesamten Phasenraum variierbar.According to a further refinement of the method, it is further provided that the phase of one of the first and second voltage supply is varied relative to the phase of the third voltage supply until an absolute maximum voltage potential is formed on the first and second substrate holders, which are on the first and second substrate holders is the same size. It can be provided, for example, to keep the phase of the first power supply constant and to vary the phase of the second power supply by a certain amount relative to the phase of the third power supply and finally to fix it. With the newly selected phase of the second voltage supply, the first phase can then be varied over the entire phase space, for example.
Typischerweise gibt es hierbei zwei Phasenwinkel oder relative Phasendifferenzen zwischen der ersten und der zweiten Phase, bei welchen das Spannungspotenzial am ersten und zweiten Substrathalter im Wesentlichen gleich groß ist. Alsdann kann in einem weiteren Schritt vorgesehen werden, beispielsweise die Phase der ersten Spannungsversorgung wiederholt konstant zu halten und die Phase der zweiten Spannungsversorgung abermals um einen gewissen vorgegebenen Betrag zu verändern.Typically, there are two phase angles or relative phase differences between the first and second phases in which the voltage potential across the first and second substrate holders is substantially equal. Then it can be provided in a further step, for example, to keep the phase of the first power supply repeatedly constant and the phase the second voltage supply again to change by a certain predetermined amount.
Hiernach ist dann die Phase der zweiten Spannungsversorgung konstant zu halten, während die Phase der ersten Spannungsversorgung abermals über den gesamten Phasenraum variiert wird. Es ergeben sich abermals zumindest zwei Phasenwinkel, bei welchem am ersten und zweiten Substrathalter gleiche Spannungspotenziale vorliegen. Der Betrag jener identischen Spannungspotenziale ist alsdann mit dem Betrag der zuvor ermittelten Spannungspotenziale zu vergleichen.Thereafter, the phase of the second power supply is then to be kept constant, while the phase of the first power supply is varied again over the entire phase space. Once again, at least two phase angles result, in which the same voltage potentials are present at the first and second substrate holders. The magnitude of those identical voltage potentials is then compared to the magnitude of the previously determined voltage potentials.
Dieses Prozedere kann solange iterativ durchgeführt werden, bis ein über den gesamten einstellbaren Phasenraum zwischen erster und zweiter Phase in Bezug auf die dritte Phase ein betragsmäßig maximales Spannungspotenzial erreicht wird, welches an beiden Substrathaltern gleich groß ist. Auf diese Art und Weise kann ohne Veränderung der in die Substrathalter eingekoppelten elektrischen Leistung eine Maximierung der Leistungsausbeute erreicht werden. Die Plasmabehandlungsvorrichtung lässt sich auf diese Art und Weise besonders effizient und energiesparend betreiben.This procedure can be carried out iteratively until an absolute maximum voltage potential is achieved across the entire adjustable phase space between the first and second phase with respect to the third phase, which voltage is the same on both substrate holders. In this way, maximizing the power yield can be achieved without altering the electrical power coupled into the substrate holders. The plasma treatment device can be operated in this way particularly efficient and energy-saving.
Auf der Basis der an den Substrathaltern gebildeten Spannungspotenziale entsteht dementsprechender Ionenstrom, sofern ein Plasma im Plasmabereich der Plasmabehandlungskammer gezündet wurde. Zur Veränderung des Spannungspotenzials als auch zur Veränderung der sich hieraus ergebenden Ionenstroms ist generell vorgesehen, die mittels erster und zweiter Spannungsversorgung in die Substrathalter einkoppelbaren Bias-Leistungen im gleichen Maße an erstem und zweitem Substrathalter bedarfsgerecht zu verändern.On the basis of the voltage potentials formed on the substrate holders, corresponding ion current is produced if a plasma has been ignited in the plasma region of the plasma treatment chamber. In order to change the voltage potential as well as to change the resulting ion current, it is generally provided that the bias powers which can be injected into the substrate holders by means of first and second voltage supply can be changed to the same extent on first and second substrate holders as required.
Kurzum kann insbesondere vorgesehen sein, den gesamten dreidimensionalen Phasenraum der drei Phasen P1, P2 und P3 vollständig abzuscannen um hierdurch diejenigen relativen Phasenlagen zwischen erster und zweiter Spannungsversorgung sowie zwischen dritter und einer von erster und zweiter Spannungsversorgung zu ermitteln, bei denen ein identisches und maximales Spannungspotenzial Vmax am ersten und am zweiten Substrathalter anliegt.In short, it can be provided in particular to completely scan the entire three-dimensional phase space of the three phases P1, P2 and P3 in order thereby to determine those relative phase positions between first and second voltage supply and between third and one of first and second voltage supply, in which an identical and maximum voltage potential Vmax abuts the first and second substrate holders.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass das beschriebene Verfahren insbesondere eine bestimmungsgemäße Verwendung der zuvor beschriebenen Plasmabehandlungsvorrichtung betrifft. Insoweit gelten sämtliche zur Plasmabehandlungsvorrichtung beschriebenen Merkmale, Vorteile und Eigenschaften auch in gleicher Art und Weise für das Verfahren; und umgekehrt.It should be noted at this point that the described method relates in particular to an intended use of the plasma treatment device described above. In that regard, all the features, advantages and properties described for the plasma treatment apparatus also apply in the same manner to the method; and vice versa.
Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures
Weitere Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Ausgestaltungen werden in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Hierbei zeigen:Further objects, features and advantageous embodiments are described in the following description of an embodiment with reference to the drawings. Hereby show:
Detaillierte BeschreibungDetailed description
In
Der erste Substrathalter
In einem Zwischenraum zwischen den Substrathaltern
Mittels diesen können die für eine Beschichtung oder für eine anderweitige Oberflächenbehandlung vorgesehenen Reaktionsgase in die Plasmabehandlungskammer
Die Vakuumpumpvorrichtung
Die in
Das Vorsehen eines Spannungspotenzials, insbesondere einer negativen Bias-Spannung, an den Substrathaltern
Insoweit ist der erste Substrathalter
Insoweit ist eine feste Phasenlage zwischen der Spannung der ersten Spannungsversorgung
Gleiche Spannungspotenziale V1, V2 an den gegenüberliegend zum Plasmabereich
Es ist ferner vorgesehen, dass die Phasen P1, P2 von erster und zweiter Spannungsversorgung
Es ist insoweit ausreichend, wenn lediglich eine der drei Spannungsversorgungen
Die dritte Spannungsversorgung weist einen Verstärker
Die erste Spannungsversorgung
Die zweite Spannungsversorgung
Durch die elektrische Verbindung zwischen erster Spannungsversorgung und dritter Spannungsversorgung sowie durch die elektrische Verbindung von zweiter Spannungsversorgung und dritter Spannungsversorgung sind sämtliche Spannungsversorgungen
Zumindest zwei der drei Spannungsversorgungen, typischerweise die erste und die zweite Spannungsversorgung
Die Plasmabehandlungsvorrichtung ist ferner mit einer Steuerung
In
Die Phase P3 der dritten Spannungsversorgung
Das in
Ein Vergleich der beiden Diagramme gemäß der
Es ist hierbei insbesondere anzumerken, dass die über die Spannungsversorgungen
Durch Einstellen der Phasen P1, P2 und P3 derart, dass am ersten und am zweiten Substrathalter
Zur Ermittlung jener relativen Phasenlagen DP2P3 und DP1P2 der einzelnen phasengekoppelten Spannungsversorgungen
In
In
In
Alsdann springt das Verfahren zum Schritt
Die Darstellung des Verfahrens im Flussdiagramm der
Auf diese Art und Weise kann die Leistungsausbeute für die an den Substrathaltern
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Spannungsversorgungpower supply
- 22
- Spannungsversorgungpower supply
- 33
- Spannungsversorgungpower supply
- 44
- Substratsubstratum
- 66
- Substratsubstratum
- 1010
- PlasmabehandlungsvorrichtungThe plasma processing apparatus
- 1212
- PlasmabehandlungskammerPlasma processing chamber
- 1414
- Substrathaltersubstrate holder
- 1515
- Gasverteilergas distributor
- 1616
- Substrathaltersubstrate holder
- 1717
- Gasverteilergas distributor
- 1818
- Plasmabereichplasma region
- 1919
- Plasmaplasma
- 2020
- Anregungsspuleexcitation coil
- 2323
- Impedanzanpassungimpedance matching
- 2424
- Verstärkeramplifier
- 2525
- HF-GeneratorRF generator
- 2626
- Verstärkeramplifier
- 2828
- Impedanzanpassungimpedance matching
- 2929
- Spannungsquellevoltage source
- 3030
- Verstärkeramplifier
- 3232
- Impedanzanpassungimpedance matching
- 3333
- Spannungsquellevoltage source
- 3434
- VakuumpumpeinrichtungVacuum pump device
- 3636
- Verbindungconnection
- 3838
- Verbindungconnection
- 4040
- Steuerungcontrol
- 4141
- Phasenregelungphase control
- 4242
- Phasenregelungphase control
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102011013467 A1 [0003] DE 102011013467 A1 [0003]
- JP 2007-150012 A [0004] JP 2007-150012 A [0004]
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