DE102017205613A1 - separating - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abscheidevorrichtung und ein Verfahren zum Abscheiden. Die Abscheidevorrichtung weist eine Prozesskammer (1), in der ein Probenhalter (2) und dem Probenhalter (2) gegenüberliegend eine Antenne (3) und eine Kurzschlussplatte (4) angeordnet sind, einen Mikrowellengenerator (5), der elektrisch mit der Antenne (3) verbunden ist, und eine Gaszuführvorrichtung (6) zum Zuführen mindestens eines Prozessgases in die Prozesskammer (1) auf. Die Antenne (3) ist derart angeordnet, dass ein elektromagnetisches Mikrowellenfeld mit einer festen Mode in der Prozesskammer (1) ausgebildet ist, so dass sich oberhalb des Probenhalters (2) ein Plasma (7) aus dem Prozessgas ausbildet, mit dem eine Beschichtung einer Oberfläche einer am Probenhalter (2) angeordneten Probe (11) erreichbar ist. Die Antenne (3) und/oder die Kurzschlussplatte (4) ist gegenüber einer Längsachse (8) der Prozesskammer (1) durch eine Antriebsvorrichtung (9) in mindestens einer translatorischen Bewegung rechtwinklig zu der Längsachse (8) der Prozesskammer (1) und/oder mindestens einer rotatorischen Bewegung um eine von der Längsachse (8) der Prozesskammer (1) abgewinkelte Achse beweglich.

Figure DE102017205613A1_0000
The present invention relates to a deposition apparatus and a method of deposition. The deposition apparatus comprises a process chamber (1) in which a sample holder (2) and the sample holder (2) are arranged opposite one antenna (3) and one shorting plate (4), a microwave generator (5) electrically connected to the antenna (3 ), and a gas supply device (6) for supplying at least one process gas into the process chamber (1). The antenna (3) is arranged such that a microwave electromagnetic field with a fixed mode in the process chamber (1) is formed, so that above the sample holder (2) forms a plasma (7) from the process gas, with a coating of a Surface of a specimen holder (2) arranged sample (11) can be reached. The antenna (3) and / or the shorting plate (4) is opposite to a longitudinal axis (8) of the process chamber (1) by a drive device (9) in at least one translational movement perpendicular to the longitudinal axis (8) of the process chamber (1) and / or at least one rotary movement about an axis of the longitudinal axis (8) of the process chamber (1) angled axis movable.
Figure DE102017205613A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abscheidevorrichtung. Ein Abscheiden von Diamantschichten mittels mikrowellengestützter Plasmen wird seit einiger Zeit mit diversen Kavitäten durchgeführt. Beispielsweise offenbart US 5,311,103 eine Abscheidevorrichtung, bei der innerhalb eines metallischen Zylinders ein Plasma oberhalb eines Probenhalters ausgebildet wird, wobei dem Probenhalter gegenüber liegend eine Antenne und eine die Antenne umschließende Kurzschlussplatte angeordnet sind. Hierbei kann über eine einzige Einkopplung und mehrfacher Reflektionen der Mikrowellen innerhalb der Kavität die für die Plasmaausbildung benötigte ortsspezifische hohe Feldstärke erreicht werden.The present invention relates to a separation device. A deposition of diamond layers by means of microwave-assisted plasmas has been carried out for some time with various cavities. For example disclosed US 5,311,103 a deposition device in which a plasma is formed above a sample holder within a metallic cylinder, wherein the sample holder opposite an antenna and the antenna enclosing shorting plate are arranged. In this case, the location-specific high field strength required for the plasma formation can be achieved via a single coupling and multiple reflections of the microwaves within the cavity.

Eine maximale Größe einer damit herstellbaren Diamantschicht wird jedoch durch das Volumen des Plasmas limitiert. Eine qualitativ hochwertige Diamantbeschichtung ist nur in einem kleinen Parameterfenster möglich und erfordert eine sehr hohe Plasmahomogenität. Die Plasmagröße wird hierbei im Wesentlichen durch den Prozessdruck, die eingekoppelte Mikrowellenleistung und die Mikrowellenfrequenz beeinflusst.However, a maximum size of a diamond layer producible thereby is limited by the volume of the plasma. A high-quality diamond coating is possible only in a small parameter window and requires a very high plasma homogeneity. The plasma size is essentially influenced by the process pressure, the coupled-in microwave power and the microwave frequency.

Der Prozessdruck und die eingekoppelte Mikrowellenleistung können aufgrund des engen Parameterfensters als vorgegeben angesehen werden. Die Verwendung einer anderen Mikrowellenquelle ist üblicherweise mit deutlich höheren Kosten verbunden, wobei gängige Mikrowellenquellen auf Substratgrößen von 1" Durchmesser limitiert sind, eine industrielle Verarbeitung aber erst ab ungefähr 3" Substratgröße von Interesse ist.The process pressure and the coupled microwave power can be considered as given due to the narrow parameter window. The use of another microwave source is usually associated with significantly higher costs, with common microwave sources are limited to substrate sizes of 1 "diameter, industrial processing but only from about 3" substrate size is of interest.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Abscheidevorrichtung und ein Verfahren zum Abscheiden vorzuschlagen, die die genannten Nachteile vermeiden, mit denen also eine Schicht hoher Qualität in effizienter Weise herstellbar ist.The present invention is therefore based on the object to propose a separation device and a method for depositing, which avoid the disadvantages mentioned, with which therefore a layer of high quality can be produced in an efficient manner.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Abscheidevorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.This object is achieved by a separation device according to claim 1 and a method according to claim 7. Advantageous embodiments and further developments are described in the dependent claims.

Eine Abscheidevorrichtung weist eine Prozesskammer, einen Mikrowellengenerator und eine Gaszuführvorrichtung auf. In der Prozesskammer sind ein Probenhalter und dem Probehalter gegenüberliegend eine Antenne und eine Kurzschlussplatte angeordnet. Durch die Gaszuführvorrichtung kann mindestens ein Prozessgas der Prozesskammer zugeführt werden, wobei der Mikrowellengenerator elektrisch mit der Antenne verbunden ist und die Antenne derart angeordnet ist, dass ein elektromagnetisches Mikrowellenfeld mit einer festen Mode in der Prozesskammer ausgebildet ist. Hierdurch bildet sich oberhalb des Probenhalters ein Plasma aus dem Prozessgas aus, mit dem eine Beschichtung einer Oberfläche einer am Probenhalter angeordneten Probe erreichbar ist. Die Antenne und bzw. oder die Kurzschlussplatte sind gegenüber einer Längsachse der Prozesskammer durch eine Antriebsvorrichtung in mindestens einer translatorischen Bewegung rechtwinklig zu der Längsachse der Prozesskammer beweglich. Alternativ oder zusätzlich sind die Antenne und bzw. oder die Kurzschlussplatte in mindestens einer rotatorischen Bewegung um eine von der Längsachse der Prozesskammer abgewinkelte Achse beweglich.A separation device comprises a process chamber, a microwave generator and a gas supply device. In the process chamber a sample holder and the sample holder opposite an antenna and a shorting plate are arranged. At least one process gas can be supplied to the process chamber by the gas supply device, wherein the microwave generator is electrically connected to the antenna and the antenna is arranged such that a microwave electromagnetic field having a fixed mode is formed in the process chamber. As a result, a plasma forms above the sample holder from the process gas, with which a coating of a surface of a sample arranged on the sample holder can be reached. The antenna and / or the shorting plate are movable relative to a longitudinal axis of the process chamber by a drive device in at least one translational movement perpendicular to the longitudinal axis of the process chamber. Alternatively or additionally, the antenna and / or the short-circuiting plate are movable in at least one rotational movement about an axis angled away from the longitudinal axis of the process chamber.

Durch eine räumliche Verschiebung einer Einkopplungsposition der Mikrowellen in die Prozesskammer als Kavität, die durch die Antenne erfolgt, kann das elektrische Feld im Plasmaentladungsbereich oberhalb des Probenhalters und somit das gesamte Plasma verschoben werden. Hierdurch kann eine Beschichtung gesteuert werden, indem das Plasma gezielt über die Probe verfahren wird. Unter Mikrowellen sollen im Rahmen dieser Schrift insbesondere elektromagnetische Wellen im Frequenzbereich zwischen 500 MHz und 300 GHz verstanden werden, insbesondere elektromagnetische Wellen im Frequenzbereich zwischen 900 MHz und 30 GHz. Obwohl es ausreichend ist, wenn nur die Antenne oder nur die Kurzschlussplatte bewegt werden, kann durch eine Kombination der Bewegungen von Antenne und Kurzschlussplatte eine besonders effiziente Verschiebung des Plasmas erreicht werden. Indem eine translatorische Bewegung rechtwinklig zu der Längsachse durchgeführt wird, wird die Antenne bzw. die Kurzschlussplatte parallel zu der zu beschichtenden Oberfläche verfahren. Durch die rotatorische Bewegung kann ebenfalls eine Abrasterung der Oberfläche erreicht werden. Durch diese Verkippung um einen von 0° verschiedenen Winkel gegenüber der Längsachse der Prozesskammer, die in ihrem Winkel und ihrer Orientierung einstellbar ist, sowie die entsprechende Bewegung kann das Plasma über die Oberfläche bewegt werden.By a spatial displacement of a coupling position of the microwaves in the process chamber as a cavity, which is performed by the antenna, the electric field in the plasma discharge region above the sample holder and thus the entire plasma can be moved. In this way, a coating can be controlled by the plasma is moved specifically over the sample. In the context of this document, microwaves are to be understood as meaning, in particular, electromagnetic waves in the frequency range between 500 MHz and 300 GHz, in particular electromagnetic waves in the frequency range between 900 MHz and 30 GHz. Although it is sufficient to move only the antenna or only the shorting plate, a combination of the movements of the antenna and the shorting plate can achieve a particularly efficient displacement of the plasma. By performing a translatory movement perpendicular to the longitudinal axis, the antenna or the shorting plate is moved parallel to the surface to be coated. Due to the rotational movement, a rastering of the surface can also be achieved. By this tilting at an angle different from 0 ° with respect to the longitudinal axis of the process chamber, which is adjustable in its angle and orientation, and the corresponding movement, the plasma can be moved over the surface.

Typischerweise ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, die die Antriebsvorrichtung ansteuert. Die Ansteuerung kann dabei derart ausgebildet sein, dass die Antenne und bzw. oder die Kurzschlussplatte eine Kreiselbewegung und bzw. oder mindestens eine der genannten translatorischen Bewegungen durchführt. Unter einer „Kreiselbewegung“ soll dabei insbesondere eine Taumelbewegung oder eine Bewegung entsprechend einer Präzessionsbewegung sein. Vorzugsweise erfolgt die angesteuerte Bewegung auf einer virtuellen Kegeloberfläche, bei der ein Ende der Antenne mit einer Kegelspitze des virtuellen Kegels zusammenfällt.Typically, a control device is provided which drives the drive device. The control can be designed such that the antenna and / or the short-circuit plate performs a gyroscope movement and / or at least one of said translatory movements. A "gyroscopic movement" is intended in particular to be a tumbling movement or a movement corresponding to a precession movement. The controlled movement preferably takes place on a virtual conical surface, in which one end of the antenna coincides with a conical tip of the virtual cone.

Eine Verkippung kann in einem Bereich zwischen einem Winkel ungleich 0° und 30°, vorzugsweise zwischen 4° und 6°, erfolgen, um eine ausreichend große Auslenkung zu erhalten, ohne den Winkelbereich so groß zu wählen, dass das Plasma nicht mehr oberhalb der zu beschichtenden Oberfläche ausgebildet wird bzw. eine kontrollierte Plasmaentladung nicht mehr möglich ist, da eine gewünschte Feldverteilung des elektrischen Felds nicht mehr ausgebildet wird. A tilt can be in a range between an angle not equal to 0 ° and 30 °, preferably between 4 ° and 6 °, in order to obtain a sufficiently large deflection, without selecting the angle range so large that the plasma is no longer above the coating surface is formed or a controlled plasma discharge is no longer possible because a desired field distribution of the electric field is no longer formed.

Die Kurzschlussplatte kann eine von einer planaren, also ebenen oder glatten Oberfläche abweichende Oberflächenkontur, typischerweise in Richtung des ausgebildeten Plasma, aufweisen. Vorzugsweise weist die Kurzschlussplatte mindestens eine Erhebung und bzw. oder eine Vertiefung auf, um eine Form des Plasmas durch die geänderten Feldlinienführung zu beeinflussen. Die Kurzschlussplatte kann aber natürlich auch mit einer glatten Oberfläche ohne Erhebungen und Vertiefungen ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Antenne, die typischerweise eine pilzförmige Form hat, eine glatte Oberfläche ohne Erhebungen und Vertiefungen oder eine von einer planaren bzw. glatten Oberfläche abweichende Oberflächenkontur aufweisen.The short-circuiting plate may have a surface contour deviating from a planar, ie flat or smooth surface, typically in the direction of the formed plasma. Preferably, the shorting plate has at least one elevation and / or a depression in order to influence a shape of the plasma by the changed field line guidance. Of course, the shorting plate can also be formed with a smooth surface without elevations and depressions. Alternatively or additionally, the antenna, which typically has a mushroom-shaped form, may also have a smooth surface without elevations and depressions or a surface contour deviating from a planar or smooth surface.

Typischerweise emittiert der Mikrowellengenerator Mikrowellen einer Frequenz von 915 MHz, 2,54 GHz oder 5,8 GHz, damit sich bei üblichen Dimensionierungen der Prozesskammer das Plasma wie gewünscht ausbildet.Typically, the microwave generator emits microwaves of a frequency of 915 MHz, 2.54 GHz or 5.8 GHz, so that the plasma forms as desired with conventional dimensions of the process chamber.

Ein Verfahren zum Abscheiden eines Werkstoffs umfasst einen Schritt, bei dem in einer Prozesskammer an einem Probenhalter eine Probe gehalten wird und durch einen Mikrowellengenerator und eine dem Probenhalter gegenüberliegende Antenne mit Kurzschlussplatte ein elektromagnetisches Mikrowellenfeld mit einer festen Mode in der Prozesskammer ausgebildet wird. Durch eine Gaszuführvorrichtung wird mindestens ein Prozessgas in die Prozesskammer zugeführt, so dass oberhalb einer Oberfläche der Probe ein Plasma ausgebildet wird, mit dem eine Beschichtung auf der Oberfläche der Probe ausgebildet wird. Die Antenne und bzw. oder die Kurzschlussplatte werden durch eine Antriebsvorrichtung gegenüber einer Längsachse der Prozesskammer in mindestens einer translatorischen Bewegung rechtwinklig zu der Längsachse der Prozesskammer bewegt und bzw. oder mindestens eine rotatorische Bewegung um eine von der Längsachse der Prozesskammer abgewinkelte Achse bewegt.A method of depositing a material comprises a step of holding a sample in a process chamber on a sample holder, and forming a microwave electromagnetic field having a fixed mode in the process chamber by a microwave generator and a probe-shorting antenna with shorting plate. At least one process gas is supplied into the process chamber by a gas supply device, so that a plasma is formed above a surface of the sample with which a coating is formed on the surface of the sample. The antenna and / or the shorting plate are moved by a drive device relative to a longitudinal axis of the process chamber in at least one translational movement perpendicular to the longitudinal axis of the process chamber and / or at least one rotational movement is moved about an axis angled from the longitudinal axis of the process chamber.

Eine Steuervorrichtung kann die Verkippung derart steuern, dass durch das Plasma die Probe abgerastert wird und somit eine automatisierte Beschichtung vorgenommen wird.A control device can control the tilt such that the sample is scanned by the plasma and thus an automated coating is performed.

Typischerweise wird mit dem Verfahren eine Diamantabscheidung aus einem kohlenstoffhaltigen Prozessgas, beispielsweise Methan (CH4) oder Acetylen (C2H2) gemischt mit Wasserstoff (H2) durchgeführt.Typically, the process involves diamond deposition from a carbonaceous process gas, such as methane (CH 4 ) or acetylene (C 2 H 2 ) mixed with hydrogen (H 2 ).

Vorzugsweise wird in der Prozesskammer ein elektromagnetisches Mikrowellenfeld ausgebildet mit einer TM012-Mode, einer TM013-Mode oder einer TM014-Mode als der festen Mode, um eine entsprechende Positionierung des Plasmas oberhalb der Probe zu gewährleisten.Preferably, a microwave electromagnetic field is formed in the process chamber with a TM012 mode, a TM013 mode, or a TM014 mode as the fixed mode to ensure proper positioning of the plasma above the sample.

Das beschriebene Verfahren wird typischerweise mit der beschriebenen Vorrichtung durchgeführt, die Vorrichtung ist also zum Durchführen des beschriebenen Verfahrens eingerichtet.The method described is typically carried out with the device described, the device is thus set up to carry out the described method.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend anhand der 1 und 2 beschrieben.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are described below with reference to the 1 and 2 described.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Seitenansicht einer Abscheidevorrichtung und
  • 2 ein Diagramm einer Verschiebung des Plasmas.
Show it:
  • 1 a schematic side view of a separator and
  • 2 a diagram of a shift of the plasma.

In 1 ist in einer schematischen seitlichen Ansicht eine Abscheidevorrichtung dargestellt. In einer Prozesskammer 1 ist ein Probenhalter 2 angeordnet. Dem Probenhalter 2 gegenüberliegend befindet sich eine Antenne 3 samt einer an der Antenne 3 angeordneten Kurzschlussplatte 4. Die Kurzschlussplatte 4 umschließt die Antenne 3 und bildet eine obere Begrenzung der Prozesskammer 1, die auch als Kavität bzw. Resonator bezeichnet wird. Die Antenne 3 steht in elektrischer Verbindung mit einem Mikrowellengenerator 5, der im dargestellten Ausführungsbeispiel Mikrowellen mit einer Frequenz von 2,45 GHz emittiert.In 1 is shown in a schematic side view of a deposition device. In a process chamber 1 is a sample holder 2 arranged. The sample holder 2 opposite there is an antenna 3 including one on the antenna 3 arranged shorting plate 4 , The shorting plate 4 encloses the antenna 3 and forms an upper boundary of the process chamber 1 , which is also referred to as cavity or resonator. The antenna 3 is in electrical connection with a microwave generator 5 which emits in the illustrated embodiment microwaves with a frequency of 2.45 GHz.

Unterhalb des Probenhalters 2 befindet sich eine Zuführung für mindestens ein Prozessgas aus einer Gaszuführvorrichtung 6 sowie eine Absaugvorrichtung 12, die mit der Prozesskammer 1 verbunden ist. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Gaszuführung auch oberhalb des Probenhalters 2 oder seitlich vom Probenhalter 2 erfolgen. Ebenso ist es in weiteren Ausführungsformen möglich, einen Unterdruck gegenüber einem Umgebungsdruck oder ein Vakuum in der Prozesskammer 1 durch eine Vakuumpumpe zu erzeugen.Below the sample holder 2 there is a feed for at least one process gas from a gas supply device 6 and a suction device 12 connected to the process chamber 1 connected is. In further embodiments, the gas supply may also be above the sample holder 2 or to the side of the sample holder 2 respectively. Likewise, it is possible in other embodiments, a negative pressure relative to an ambient pressure or a vacuum in the process chamber 1 to be generated by a vacuum pump.

Die Antenne 3 ist derart in der Prozesskammer 1 angeordnet, dass ein elektromagnetisches Mikrowellenfeld mit einer festen Mode, im dargestellten Ausführungsbeispiel eine TM013-Mode, ausgebildet wird. Hierdurch bildet sich oberhalb des Probenhalters 2 bzw. oberhalb der auf dem Probenhalter 2 gelagerten Probe 11, typischerweise einem Siliziumsubstrat, ein Plasma 7 aus dem zugeführten Prozessgas aus, mit dem eine Beschichtung der Oberfläche der Probe 11 erreicht wird. Als Prozessgas wird im dargestellten Ausführungsbeispiel Methan verwendet, so dass sich eine homogene Diamantschicht auf der Probe 11 ausbildet.The antenna 3 is so in the process chamber 1 arranged that a microwave electromagnetic field with a fixed mode, in the illustrated embodiment, a TM013 mode is formed. This forms above the sample holder 2 or above the on the sample holder 2 stored sample 11 , typically a silicon substrate, a plasma 7 from the supplied process gas, with which a coating of the surface of the sample 11 is reached. As the process gas methane is used in the illustrated embodiment, so that a homogeneous diamond layer on the sample 11 formed.

Durch eine Antriebsvorrichtung 9, im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Servomotor, ist, gesteuert von einem Computer als Steuervorrichtung 10, die Antenne 3 und bzw. oder die Kurzschlussplatte 4 gegenüber einer Längsachse 8 der Prozesskammer 1 translatorisch in mindestens einer Richtung bewegbar, die senkrecht auf der Längsachse 8 steht. Typischerweise erfolgt eine translatorische Bewegung in mindestens zwei rechtwinklig zueinander stehenden sowie rechtwinklig auf die Längsachse 8 stehenden Bewegungsrichtungen.By a drive device 9 , in the illustrated embodiment a servomotor, is controlled by a computer as a control device 10 , the antenna 3 and / or the shorting plate 4 opposite a longitudinal axis 8th the process chamber 1 translationally movable in at least one direction, perpendicular to the longitudinal axis 8th stands. Typically, a translatory movement takes place in at least two orthogonal to one another and at right angles to the longitudinal axis 8th stationary directions of movement.

Alternativ oder zusätzlich kann die Antenne 3 und bzw. oder die Kurzschlussplatte 4 auch um eine Achse rotiert werden, die gegenüber der Längsachse 8 der Prozesskammer 1 abgewinkelt ist. Insbesondere ergibt sich hierdurch eine Taumelbewegung oder eine Kreiselbewegung, bei der die Antenne 3 bzw. die Kurzschlussplatte 4 auf einer Kegeloberfläche rotiert. Diese rotatorische Bewegung kann auch mit einer translatorischen Bewegung oder zwei translatorischen Bewegungen überlagert sein. Durch die sich bei der rotatorischen Bewegung einstellende Verkippung um beispielsweise 6° wird das Plasma 7 gegenüber seiner ursprünglichen Position ausgelenkt und kann über die Oberfläche der Probe 11 bewegt werden. Damit wird die Probe 11 abgerastert. Bei einer beschriebenen Ausbildung einer Diamantschicht beträgt eine Wachstumsrate der Diamantschicht typischerweise zwischen 0,5 µm/h und 2 µm/h, vorzugsweise 1 µm/h, so dass eine homogene großflächige Beschichtung, beispielsweise von Wafern mit 3" Durchmesser bei einer Mikrowellenfrequenz von 2,45 GHz, möglich ist.Alternatively or additionally, the antenna 3 and / or the shorting plate 4 also be rotated about an axis, which is opposite to the longitudinal axis 8th the process chamber 1 is angled. In particular, this results in a wobbling motion or a gyroscopic movement, in which the antenna 3 or the shorting plate 4 rotated on a cone surface. This rotational movement can also be superposed with a translational movement or two translatory movements. As a result of the tilting, for example, 6 °, which occurs during the rotary movement, the plasma becomes 7 deflected over its original position and can over the surface of the sample 11 to be moved. This will be the sample 11 scanned. In a described formation of a diamond layer, a growth rate of the diamond layer is typically between 0.5 .mu.m / h and 2 .mu.m / h, preferably 1 .mu.m / h, so that a homogeneous large-area coating, for example of wafers with 3 "diameter at a microwave frequency of 2 , 45 GHz, is possible.

In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Kurzschlussplatte 4 auch mindestens eine Erhebung und bzw. oder mindestens eine Vertiefung aufweisen. Hierdurch wird ein Feldlinienverlauf beeinflusst und das Plasma 7 in seiner Form wie gewünscht eingestellt.In further embodiments, the shorting plate 4 also have at least one survey and / or at least one depression. This affects a field line and the plasma 7 set as desired in its shape.

In 2 ist in einem Diagramm die durch eine gezielte Dislokation der Antenne 3 bzw. der Kurzschlussplatte 4 erreichbare Position der unteren maximalen elektrischen Feldstärke dargestellt. Auf der Abszisse ist hierbei ein Radius der Probe 11 aufgetragen, während die Feldstärke auf der Ordinate aufgetragen ist. Die verschiedenen Kurven zeigen unterschiedliche Grade der Verkippung der Antenne 3 oder der Verkippung der Antenne 3 und der Kurzschlussplatte 4. Eine Verkippung um 6° der Antenne 3 und der Kurzschlussplatte 4 ist somit ausreichend, um das Plasma 7 um ca. 10 mm in radialer Richtung zu verschieben. Durch eine CNC (computerized numerical control)-gesteuerte zyklische Verschiebung durch die Steuervorrichtung 10 ist somit ein kreisförmiges oder anderweitig geartetes Rastern der Probe 11 möglich. In weiteren Ausführungsbeispielen kann eine verkippbare elektrische Abschirmung der Kurzschlussplatte 4 durch einen λ/4-Kurzschluss, einen Kontaktfinger und bzw. oder ein elektrische leitfähiges Gewebe erfolgen.In 2 is in a diagram by a targeted dislocation of the antenna 3 or the shorting plate 4 achievable position of the lower maximum electric field strength shown. On the abscissa here is a radius of the sample 11 applied while the field strength is plotted on the ordinate. The different curves show different degrees of tilt of the antenna 3 or tilting the antenna 3 and the shorting plate 4 , A tilt by 6 ° of the antenna 3 and the shorting plate 4 is therefore sufficient to the plasma 7 about 10 mm to move in the radial direction. By a CNC (computerized numerical control) -controlled cyclic shift by the control device 10 is thus a circular or otherwise kind rasterizing the sample 11 possible. In further embodiments, a tiltable electrical shield of the shorting plate 4 by a λ / 4 short circuit, a contact finger and / or an electrically conductive tissue.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 5311103 [0001]US 5311103 [0001]

Claims (9)

Abscheidevorrichtung mit einer Prozesskammer (1), in der ein Probenhalter (2) und dem Probenhalter (2) gegenüberliegend eine Antenne (3) und eine Kurzschlussplatte (4) angeordnet sind, einem Mikrowellengenerator (5), der elektrisch mit der Antenne (3) verbunden ist, und einer Gaszuführvorrichtung (6) zum Zuführen mindestens eines Prozessgases in die Prozesskammer (1), wobei die Antenne (3) derart angeordnet ist, dass ein elektromagnetisches Mikrowellenfeld mit einer festen Mode in der Prozesskammer (1) ausgebildet ist, so dass sich oberhalb des Probenhalters (2) ein Plasma (7) aus dem Prozessgas ausbildet, mit dem eine Beschichtung einer Oberfläche einer am Probenhalter (2) angeordneten Probe (11) erreichbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (3) und/oder die Kurzschlussplatte (4) gegenüber einer Längsachse (8) der Prozesskammer (1) durch eine Antriebsvorrichtung (9) in mindestens einer translatorischen Bewegung rechtwinklig zu der Längsachse (8) der Prozesskammer (1) beweglich ist und/oder in mindestens einer rotatorischen Bewegung um eine von der Längsachse (8) der Prozesskammer (1) abgewinkelte Achse beweglich ist. Separating device with a process chamber (1), in which a sample holder (2) and the sample holder (2) opposite an antenna (3) and a shorting plate (4) are arranged, a microwave generator (5) which is electrically connected to the antenna (3) and a gas supply device (6) for feeding at least one process gas into the process chamber (1), wherein the antenna (3) is arranged such that a microwave electromagnetic field having a fixed mode is formed in the process chamber (1), such that a plasma (7) from the process gas is formed above the sample holder (2), with which a coating of a surface of a sample (11) arranged on the sample holder (2) can be reached, characterized in that the antenna (3) and / or the Shorting plate (4) relative to a longitudinal axis (8) of the process chamber (1) by a drive device (9) in at least one translational movement perpendicular to the longitudinal axis (8) of the process chamber (1 ) is movable and / or in at least one rotational movement about an axis of the longitudinal axis (8) of the process chamber (1) angled axis is movable. Abscheidevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Steuervorrichtung (10) die Antriebsvorrichtung (9) zum Durchführen einer Kreiselbewegung und/oder der translatorischen Bewegung(en) der Antenne (3) und/oder der Kurzschlussplatte (4) ansteuerbar ist.Separator after Claim 1 , characterized in that by a control device (10) the drive device (9) for performing a gyroscopic movement and / or the translatory movement (s) of the antenna (3) and / or the short-circuiting plate (4) can be controlled. Abscheidevorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verkippung in einem Bereich zwischen einem Winkel ungleich 0° und 30° erfolgt.Separator after Claim 1 or Claim 2 , characterized in that a tilting in a range between an angle other than 0 ° and 30 ° takes place. Abscheidevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verkippung in einem Bereich zwischen 4° und 6° erfolgt.Separator after Claim 3 , characterized in that a tilting in a range between 4 ° and 6 ° takes place. Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzschlussplatte (4) eine von einer planaren Oberfläche abweichende Oberflächenkontur in Richtung des ausgebildeten Plasmas aufweist.Separating device according to one of the preceding claims, characterized in that the short-circuiting plate (4) has a surface contour deviating from a planar surface in the direction of the formed plasma. Abscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrowellengenerator (5) Mikrowellen einer Frequenz von 915 MHz, 2,54 GHz oder 5,8 GHz emittiert.Separating device according to one of the preceding claims, characterized in that the microwave generator (5) emits microwaves of a frequency of 915 MHz, 2.54 GHz or 5.8 GHz. Verfahren zum Abscheiden eines Werkstoffs, bei dem in einer Prozesskammer (1) an einem Probenhalter (2) eine Probe (11) gehalten wird, wobei durch einen Mikrowellengenerator (5) und eine dem Probenhalter (2) gegenüberliegende Antenne (3) mit Kurzschlussplatte (4) ein elektromagnetisches Mikrowellenfeld mit einer festen Mode in der Prozesskammer (1) ausgebildet wird, sowie durch eine Gaszuführvorrichtung (6) mindestens ein Prozessgases in die Prozesskammer (1) zugeführt wird, so dass oberhalb einer Oberfläche der Probe (11) ein Plasma (7) ausgebildet wird, mit dem eine Beschichtung auf der Oberfläche der Probe (11) ausgebildet wird und die Antenne (3) und/oder die Kurzschlussplatte (4) durch eine Antriebsvorrichtung (9) gegenüber einer Längsachse (8) der Prozesskammer (1) in mindestens einer translatorischen Bewegung rechtwinklig zu der Längsachse (8) der Prozesskammer (1) bewegt und/oder in mindestens einer rotatorischen Bewegung um eine von der Längsachse (8) der Prozesskammer (1) abgewinkelte Achse bewegt wird.Method for depositing a material, in which in a process chamber (1) on a sample holder (2) a sample (11) is held, wherein by a microwave generator (5) and an antenna (3) with shorting plate (4) opposite the sample holder (2) a microwave electromagnetic field with a fixed mode is formed in the process chamber (1), and by a gas supply device (6) at least one process gas in the process chamber (1) is supplied, so that above a surface of the sample (11) a plasma (7) is formed, with which a coating is formed on the surface of the sample (11) and the antenna (3) and / or the shorting plate (4) are moved by a drive device (9) relative to a longitudinal axis (8) of the process chamber (1) in at least one translational movement perpendicular to the longitudinal axis (8) of the process chamber (1); or is moved in at least one rotational movement about an axis of the longitudinal axis (8) of the process chamber (1) angled axis. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Steuervorrichtung (10) die Verkippung derart gesteuert wird, dass durch das Plasma (7) die Probe (11) abgerastert wird.Method according to Claim 7 , characterized in that by a control device (10), the tilting is controlled such that the sample (11) is scanned by the plasma (7). Verfahren nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Diamantabscheidung aus einem kohlenstoffhaltigen Prozessgas durchgeführt wird.Method according to Claim 7 or Claim 8 , characterized in that a diamond deposition is carried out from a carbon-containing process gas.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021069620A1 (en) * 2019-10-11 2021-04-15 Neocoat Sa Cvd reactor for manufacturing synthetic films and methods of fabrication

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5311103A (en) 1992-06-01 1994-05-10 Board Of Trustees Operating Michigan State University Apparatus for the coating of material on a substrate using a microwave or UHF plasma
DE19631333A1 (en) * 1996-08-02 1998-02-05 Linde Ag Function layer manufacturing method for electronic component or substrate in vacuum plasma
US5749966A (en) * 1993-05-14 1998-05-12 Modular Process Technology Corp. Process for depositing diamond and refractory materials

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5311103A (en) 1992-06-01 1994-05-10 Board Of Trustees Operating Michigan State University Apparatus for the coating of material on a substrate using a microwave or UHF plasma
US5749966A (en) * 1993-05-14 1998-05-12 Modular Process Technology Corp. Process for depositing diamond and refractory materials
DE19631333A1 (en) * 1996-08-02 1998-02-05 Linde Ag Function layer manufacturing method for electronic component or substrate in vacuum plasma

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021069620A1 (en) * 2019-10-11 2021-04-15 Neocoat Sa Cvd reactor for manufacturing synthetic films and methods of fabrication

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