DE102022112132A1 - PROCESS AND DEVICE FOR PLASMA ASSISTED ATOMIC LAYER DEPOSITION - Google Patents
PROCESS AND DEVICE FOR PLASMA ASSISTED ATOMIC LAYER DEPOSITION Download PDFInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung durch plasmagestützte Atomlagenabscheidung sowie ein entsprechendes Verfahren, wobei die Vorrichtung eine Beschichtungskammer (1) aufweist, die von einer Kammerwand (2) begrenzt wird, wobei die Vorrichtung mindestens einen Gaseinlass (3,10) zum Einführen von Prozessgas In die Beschichtungskammer (1) aufweist, wobei außerhalb der Beschichtungskammer eine Plasmaerzeugungseinrichtung (4) so angeordnet ist, dass innerhalb der Beschichtungskammer (1) ein Plasma (16) erzeugt werden kann, wobei innerhalb der Beschichtungskammer (1) mindestens eine Bauteilaufnahme (14) zur Aufnahme des zu beschichtenden Bauteils (15) angeordnet ist, und wobei die Vorrichtung eine Magnetfelderzeugungseinrichtung (18) umfasst, mit der im Bereich der Bauteilaufnahme (14) ein Magnetfeld erzeugbar ist, und / oder innerhalb der Beschichtungskammer (1) mindestens ein Abschirmelement (11, 11', 11'') angeordnet ist, welches die Bauteilaufnahme (14) gegenüber dem mindestens einen Gaseinlass (3,10) und / oder der Plasmaerzeugungseinrichtung (4) mechanisch und / oder elektrisch abschirmt.The present invention relates to a device for coating by plasma-enhanced atomic layer deposition and a corresponding method, the device having a coating chamber (1) which is delimited by a chamber wall (2), the device having at least one gas inlet (3,10) for introducing process gas In the coating chamber (1), with a plasma generating device (4) being arranged outside the coating chamber in such a way that a plasma (16) can be generated inside the coating chamber (1), with at least one component holder (14 ) for receiving the component (15) to be coated, and wherein the device comprises a magnetic field generating device (18) with which a magnetic field can be generated in the region of the component receptacle (14), and/or at least one shielding element within the coating chamber (1). (11, 11', 11'') is arranged, which ge the component holder (14). mechanically and/or electrically shields from the at least one gas inlet (3,10) and/or the plasma generating device (4).
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung durch plasmagestützte Atomlagenabscheidung sowie ein entsprechendes Verfahren hierzu.The present invention relates to a device for coating by plasma-enhanced atomic layer deposition and a corresponding method for this.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Zur Abscheidung von extrem dünnen Schichten, bis hin zu atomaren Monolagen, ist aus dem Stand der Technik die Atomlagenabscheidung (atomic layer deposition, ALD) bekannt. Bei diesem Verfahren handelt sich um ein chemisches Gasphasenabscheidungs Verfahren mit ein oder mehr zyklisch durchgeführten selbstbegrenzenden Oberflächenreaktionen. Hierzu wird zunächst ein Prozessgas, das das abzuscheidende Material enthält, in eine Beschichtungskammer eingelassen. Danach wird ein Reaktant, z.B. über ein Prozessgas oder Plasma zugeführt. Dies kann zyklisch wiederholt werden. Zwischen den Gaseinlässen der Prozessgase wird die Beschichtungskammer normalerweise mit einem Spülgas, z.B. einem Inertgas, wie Argon, gespült. Auf diese Weise werden die Teilreaktionen klar voneinander getrennt und auf die Oberfläche begrenzt. Wesentliches Merkmal der Atomlagenabscheidung ist der selbstbegrenzende Charakter der ersten Teilreaktionen, das heißt, der Ausgangsstoff dieser Teilreaktion reagiert nicht mit sich selbst, was das Schichtwachstum dieser Teilreaktion im Idealfall bei beliebig langer Zeit und Gasmenge auf maximal eine Monolage begrenzt bzw. im Realfall zumindest sehr stark einschränktFor the deposition of extremely thin layers, up to and including atomic monolayers, atomic layer deposition (ALD) is known from the prior art. This process is a chemical vapor deposition process with one or more cyclically performed self-limiting surface reactions. For this purpose, a process gas containing the material to be deposited is first admitted into a coating chamber. A reactant is then added, e.g. via a process gas or plasma. This can be repeated cyclically. Between the gas inlets of the process gases, the coating chamber is normally purged with a purge gas, e.g., an inert gas such as argon. In this way, the partial reactions are clearly separated from one another and limited to the surface. An essential feature of atomic layer deposition is the self-limiting character of the first partial reactions, i.e. the starting material of this partial reaction does not react with itself, which ideally limits the layer growth of this partial reaction to a maximum of one monolayer for any length of time and amount of gas, or in the real case at least very strongly restricts
Während und / oder nach und / oder vor einer Behandlung des zu beschichtenden Bauteils mit einem Reaktant kann eine Plasmabehandlung durchgeführt werden, um die chemische Reaktion zu unterstützen.A plasma treatment can be carried out during and/or after and/or before a treatment of the component to be coated with a reactant in order to support the chemical reaction.
Derartige Verfahren zur plasmagestützten Atomlagenabscheidung werden insbesondere auch zur Beschichtung von optischen Elementen, wie beispielsweise Spiegeln oder optischen Linsen, beispielsweise für optische Anlagen für die Mikrolithographie eingesetzt.Such methods for plasma-assisted atomic layer deposition are also used in particular for coating optical elements, such as mirrors or optical lenses, for example for optical systems for microlithography.
Es hat sich gezeigt, dass bei diesen extrem dünnen und exakt abzuscheidenden Schichten teilweise Probleme mit der Haftung auftreten können. Zusätzlich sind bei der plasmagestützten Atomlagenabscheidung auch die Bildung von Bläschen, Löchern oder vergleichbaren Fehlstellen beobachtet worden. Dies ist jedoch für entsprechende Bauteile, die beispielsweise in der Mikrolithographie eingesetzt werden sollen, nicht akzeptabel.It has been shown that with these extremely thin and precisely deposited layers, problems with adhesion can sometimes occur. In addition, the formation of bubbles, holes or similar defects has also been observed in plasma-enhanced atomic layer deposition. However, this is unacceptable for corresponding components that are to be used, for example, in microlithography.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION
AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur plasmagestützten Atomlagenabscheidung bereitzustellen, welche die im Stand der Technik auftretenden Probleme hinsichtlich der Schichthaftung und der Ausbildung von Fehlstellen in der Beschichtung beseitigen oder zumindest reduzieren. Gleichzeitig soll das Verfahren zuverlässig und einfach durchführbar und eine entsprechende Vorrichtung effizient betreibbar sein, um reproduzierbare Beschichtungsergebnisse zu erzielen.It is therefore the object of the present invention to provide a method and a device for plasma-assisted atomic layer deposition which eliminate or at least reduce the problems occurring in the prior art with regard to layer adhesion and the formation of defects in the coating. At the same time, the method should be reliable and easy to carry out and a corresponding device should be able to be operated efficiently in order to achieve reproducible coating results.
TECHNISCHE LÖSUNGTECHNICAL SOLUTION
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte Ausgestaltung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a device having the features of
Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung eine Vorrichtung zur Beschichtung durch plasmagestützte Atomlagenabscheidung sowie ein entsprechendes Verfahren vor, wobei die Vorrichtung eine Beschichtungskammer aufweist, die von einer Kammerwand begrenzt wird und in der die Beschichtung eines zu beschichtenden Bauteils erfolgt. Zur aufeinander folgenden Bereitstellung der Prozessgase und / oder von Spülgasen zwischen den einzelnen Beschichtungsschritten weist die Vorrichtung mindestens einen Gaseinlass zum Einführen von Prozess - und / oder Spülgasen In die Beschichtungskammer auf. Zusätzlich umfasst die Vorrichtung innerhalb oder außerhalb der Beschichtungskammer, beispielsweise in einem an die Beschichtungskammer angrenzenden oder in der Beschichtungskammer durch eine Trennwand abgetrennten Raum eine Plasmaerzeugungseinrichtung, die so angeordnet ist, dass innerhalb der Beschichtungskammer ein Plasma zur Unterstützung der Atomlagenabscheidung erzeugt werden kann. Zur Aufnahme des zu beschichtenden Bauteils ist innerhalb der Beschichtungskammer mindestens eine Bauteilaufnahme angeordnet, die ein oder mehrere zu beschichtende Bauteile aufnehmen kann.To achieve the object, the invention proposes a device for coating by plasma-enhanced atomic layer deposition and a corresponding method, the device having a coating chamber which is delimited by a chamber wall and in which the coating of a component to be coated takes place. For the successive provision of the process gases and/or flushing gases between the individual coating steps, the device has at least one gas inlet for introducing process and/or flushing gases into the coating chamber. In addition, the device comprises a plasma generating device inside or outside the coating chamber, for example in a room adjacent to the coating chamber or in the coating chamber separated by a partition wall, which is arranged in such a way that a plasma can be generated inside the coating chamber to support the atomic layer deposition. At least one component holder, which can accommodate one or more components to be coated, is arranged inside the coating chamber to accommodate the component to be coated.
Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung in einer ersten Alternative eine Magnetfelderzeugungseinrichtung, mit der im Bereich der Bauteilaufnahme ein Magnetfeld erzeugbar ist, sodass geladene Teilchen, wie Elektronen und / oder Ionen, durch das Magnetfeld daran gehindert werden können das oder die zu beschichtenden Bauteile in der Bauteilaufnahme zu erreichen. Es hat sich nämlich gezeigt, dass Haftungsprobleme bei der Beschichtung oder Fehlstellen in der Beschichtung vermieden oder zumindest reduziert werden können, wenn verhindert wird, dass das zu beschichtende Bauteil und die Beschichtung mit geladenen Teilchen, wie Elektronen oder Ionen, beaufschlagt oder beschossen werden, was durch eine Potenzialdifferenz des Bauteils zum Plasma bzw. zur Plasmaerzeugungseinrichtung verursacht werden kann.In addition, in a first alternative, the device comprises a magnetic field generating device with which a magnetic field can be generated in the area of the component holder, so that charged particles, such as electrons and/or ions, can be prevented by the magnetic field from entering the component or components to be coated to achieve recording. It has been shown that adhesion problems in the coating or defects in the coating can be avoided or at least reduced if the component to be coated and the coating are prevented from being impacted or bombarded with charged particles such as electrons or ions can be caused by a potential difference between the component and the plasma or the plasma generating device.
Alternativ oder zusätzlich kann innerhalb der Beschichtungskammer mindestens ein Abschirmelement angeordnet sein, welches die Bauteilaufnahme und das Bauteil gegenüber der Plasmaerzeugungseinrichtung mechanisch und / oder elektrisch abschirmt, um so ebenfalls zu verhindern, dass unerwünschte Teilchen in Richtung des zu beschichtenden Bauteils bewegt oder beschleunigt werden können. Entsprechend kann an das Abschirmelement ein elektrisches Potenzial anlegbar sein, um die elektrische Abschirmung zu ermöglichen.Alternatively or additionally, at least one shielding element can be arranged within the coating chamber, which mechanically and/or electrically shields the component holder and the component from the plasma generating device in order to also prevent unwanted particles from being moved or accelerated in the direction of the component to be coated. Correspondingly, an electrical potential can be applied to the shielding element in order to enable electrical shielding.
Zur Erzeugung eines Plasmas kann jede geeignete Plasmaerzeugungseinrichtung eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Plasmaerzeugungseinrichtung Elektroden oder Elektrodenplatten zur elektrostatischen oder elektromagnetischen Anregung eines Plasmas oder mindestens eine Anregungsspule zur induktiven Anregung aufweisen. Auch ein Vorsehen eines Magnetrons zur Anregung eines Plasmas durch Mikrowellen ist denkbar. Die Anordnung der Plasmaerzeugungseinrichtung außerhalb der Beschichtungskammer ist vorteilhaft, da dadurch eine Beschichtung der Plasmaerzeugungseinrichtung oder von Teilen davon vermieden werden kann.Any suitable plasma generating device can be used to generate a plasma. For example, the plasma generating device can have electrodes or electrode plates for electrostatic or electromagnetic excitation of a plasma or at least one excitation coil for inductive excitation. It is also conceivable to provide a magnetron for exciting a plasma using microwaves. The arrangement of the plasma generating device outside of the coating chamber is advantageous, since this means that coating of the plasma generating device or parts thereof can be avoided.
Um die elektrische Feldstärke auf Grund einer Potenzialdifferenz zwischen Bauteil und Plasmaerzeugungseinrichtung, die eine Beschleunigung geladener Teilchen in Richtung des zu beschichtenden Bauteils bewirken kann, möglichst klein zu halten soll die Elektrodenoberfläche von Elektroden oder Elektrodenplatten der Plasmaerzeugungseinrichtung möglichst groß gehalten werden. Entsprechend kann die Elektrodenoberfläche von Elektroden oder Elektrodenplatten der Plasmaerzeugungseinrichtung, die in Richtung des Bauteils bzw. auf eine Trennwand, die die Plasmaerzeugungseinrichtung von der Beschichtungskammer abtrennt, ausgerichtet sind, im Bereich von mindestens 2 % der Fläche der Trennwand oder Kammerwand, insbesondere mehr als 5 % oder vorzugsweise mehr als 10 % der Fläche der Trennwand oder der Kammerwand liegen.In order to keep the electric field strength as small as possible due to a potential difference between the component and the plasma generating device, which can cause charged particles to accelerate in the direction of the component to be coated, the electrode surface of electrodes or electrode plates of the plasma generating device should be kept as large as possible. Correspondingly, the electrode surface of electrodes or electrode plates of the plasma generation device, which are aligned in the direction of the component or on a partition wall that separates the plasma generation device from the coating chamber, can be in the range of at least 2% of the area of the partition wall or chamber wall, in particular more than 5 % or preferably more than 10% of the area of the partition wall or the chamber wall.
Das Abschirmelement kann zwischen der mindestens einen Bauteilaufnahme und der Plasmaerzeugungseinrichtung, insbesondere einer Elektrode davon, angeordnet sein, um eine direkte und geradlinige Bewegung von geladenen Teilchen zum zu beschichtenden Bauteil zu verhindern.The shielding element can be arranged between the at least one component holder and the plasma generating device, in particular an electrode thereof, in order to prevent charged particles from moving in a straight line to the component to be coated.
Alternativ oder zusätzlich kann das Abschirmelement an der Seite der Bauteilaufnahme angeordnet sein, die von der Plasmaerzeugungseinrichtung und / oder dem mindestens einen Gaseinlass abgewandt ist, wenn die Abschirmung beispielsweise durch ein elektrisches Potenzial bewirkt wird, das an dem Abschirmelement anliegt.Alternatively or additionally, the shielding element can be arranged on the side of the component holder that faces away from the plasma generating device and/or the at least one gas inlet if the shielding is effected, for example, by an electrical potential applied to the shielding element.
Da das Abschirmelement einen Beschuss des zu beschichtenden Bauteils mit geladenen Teilchen bzw. eine Bewegung geladener Teilchen zum zu beschichtenden Bauteil verhindern soll, kann das Abschirmelement in seiner Form und / oder Position an das oder die zu beschichtenden Bauteile angepasst sein. Entsprechend kann das mindestens eine Abschirmelement nur in einem Teilbereich der Trennwand oder der Kammerwand, vorzugsweise variabel einstellbar oder verschiebbar angeordnet sein. Bevorzugt wird dabei die Sichtline zwischen der Elektrode / den Elektroden und dem Bauteil / den Bauteilen unterbrochen.Since the shielding element is intended to prevent the component to be coated from being bombarded with charged particles or a movement of charged particles to the component to be coated, the shape and/or position of the shielding element can be adapted to the component or components to be coated. Correspondingly, the at least one shielding element can be arranged in only a partial area of the partition wall or the chamber wall, preferably in a variably adjustable or displaceable manner. In this case, the line of sight between the electrode/electrodes and the component/components is preferably interrupted.
Das Abschirmelement kann als Platte oder Scheibe, vorzugsweise mit Durchlässen, insbesondere Löchern oder Schlitzen, für das Prozess - oder Spülgas oder als Gitterstruktur ausgebildet sein.The shielding element can be designed as a plate or disc, preferably with passages, in particular holes or slits, for the process gas or flushing gas, or as a lattice structure.
Das Abschirmelement kann aus einem Isolierstoff, insbesondere aus Glas oder Keramik, oder aus einem leitfähigen Material, insbesondere einem Metall gebildet sein.The shielding element can be formed from an insulating material, in particular glass or ceramic, or from a conductive material, in particular a metal.
Entsprechend wird bei einem Verfahren zur Beschichtung durch plasmagestützte Atomlagenabscheidung, insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung wie sie oben beschrieben worden ist, während oder nach einem Beschichtungsschritt, bei welchem Prozessgas in die Beschichtungskammer eingeleitet wird, im Bereich des zu beschichtenden Bauteils ein Plasma erzeugt, um die Beschichtung zu unterstützen.Accordingly, in a method for coating by plasma-enhanced atomic layer deposition, in particular using a device as described above, during or after a coating step in which process gas is introduced into the coating chamber, a plasma is generated in the area of the component to be coated in order to support coating.
Zumindest teilweise während der Plasmabehandlung wird durch eine Magnetfelderzeugungseinrichtung im Bereich der Bauteilaufnahme ein Magnetfeld erzeugt, um geladene Teilchen abzulenken und sie am Erreichen des oder der zu beschichtenden Bauteile zu hindern.At least partially during the plasma treatment, a magnetic field generating device generates a magnetic field in the area of the component holder in order to deflect charged particles and prevent them from reaching the component or components to be coated.
Alternativ oder zusätzlich wird durch ein Abschirmelement innerhalb der Beschichtungskammer eine Bauteilaufnahme mit dem oder den zu beschichtenden Bauteilen insbesondere gegenüber einer Plasmaerzeugungseinrichtung mechanisch und / oder elektrisch abgeschirmt, um ebenfalls das zu beschichtende Bauteil zu schützen.Alternatively or additionally, a component holder with the component or components to be coated is mechanically and/or electrically shielded by a shielding element within the coating chamber, in particular from a plasma generating device, in order to also protect the component to be coated.
Entsprechend kann das Abschirmelement mit einem elektrischen Potenzial beaufschlagt werden, sodass geladene Teilchen, insbesondere negativ geladene Teilchen, nicht in die Beschichtungskammer und / oder nicht zu dem zu beschichtenden Bauteil gelangen können.Accordingly, an electric potential can be applied to the shielding element, so that charged particles, in particular negatively charged particles, cannot get into the coating chamber and/or cannot reach the component to be coated.
Das Plasma kann wiederum durch alle geeigneten Verfahren erzeugt werden, z.B. durch ein elektrostatisches Feld mit Hilfe elektrischer Gleichspannung zwischen Elektroden oder durch kapazitive elektrische Anregung mit Hilfe elektrischer Wechselspannung an Elektrodenplatten sowie durch einen hochfrequenten Wechselstrom durch eine Anregungsspule.The plasma can in turn be generated by any suitable method, e.g. by an electrostatic field using electrical DC voltage between electrodes or by capacitive electrical excitation using electrical AC voltage at electrode plates and by high-frequency alternating current through an excitation coil.
Mit Wechselspannung betriebene Elektroden oder Elektrodenplatten oder eine mit von Wechselstrom durchflossene Anregungsspule der Plasmaerzeugungseinrichtung können auf eine positive elektrische Grundspannung, eine sogenannte Vorspannung oder Bias - Spannung eingestellt werden, sodass negativ geladene Teilchen in Richtung der Elektroden oder der Anregungsspule bewegt werden anstatt in Richtung des Plasmas und des oder der zu beschichtenden Bauteile.Electrodes or electrode plates operated with AC voltage or an excitation coil of the plasma generating device through which alternating current flows can be set to a positive electrical basic voltage, a so-called bias voltage, so that negatively charged particles are moved in the direction of the electrodes or the excitation coil instead of in the direction of the plasma and the component(s) to be coated.
Eine Reduzierung oder Vermeidung des Beschusses des zu beschichtenden Bauteils mit geladenen Teilchen kann auch erreicht werden, wenn der Druck des Prozessgases so eingestellt wird, dass die Potenzialdifferenz zwischen dem Bauteil / den Bauteilen und der Elektrode / den Elektroden minimiert wird. Hierzu wird zunächst bei einem beliebigen Prozessdruck das Plasma so eingestellt, dass die Schicht die gewünschten Eigenschaften, aber möglicherweise noch Defekte zeigt. Dann wird der Prozessdruck im Bereich von 0,01 bis 100 Pa, bevorzugt zwischen 0,1 und 10 Pa variiert und gleichzeitig die Potenzialdifferenz gemessen. Als Prozessdruck wird dann der Druck gewählt, bei dem die Potenzialdifferenz minimal ist, das Plasma aber noch stabil existiert. Zur Zündung des Plasmas kann auch ein davon abweichender Druck eingestellt werden.The bombardment of the component to be coated with charged particles can also be reduced or avoided if the pressure of the process gas is adjusted in such a way that the potential difference between the component/components and the electrode/electrodes is minimized. For this purpose, the plasma is first adjusted at any desired process pressure in such a way that the layer shows the desired properties but possibly still has defects. The process pressure is then varied in the range from 0.01 to 100 Pa, preferably between 0.1 and 10 Pa, and the potential difference is measured at the same time. The pressure at which the potential difference is minimal but the plasma still exists in a stable manner is then selected as the process pressure. A different pressure can also be set to ignite the plasma.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Plasmaleistung zu reduzieren und stattdessen eine längere Dauer der Plasmabehandlung vorzusehen. Entsprechend kann die zur Herstellung einer Beschichtung erforderlich Energiezufuhr zur Erzeugung eines Plasmas erfasst werden, das zu den gewünschten Schichteigenschaften führt, bei dem aber noch Defekte in der Schicht erzeugt werden. Aus dieser Gesamtheit der notwendigen Energie, die zur Erzeugung der Beschichtung bzw. der Plasmabehandlung notwendig ist, kann die Dauer der Energiezufuhr bestimmt werden, wenn die Energiezufuhr pro Zeiteinheit minimiert wird, sodass die zugeführte Energie insgesamt konstant gehalten werden kann.Another possibility is to reduce the plasma power and instead provide a longer duration of the plasma treatment. Accordingly, the supply of energy required to produce a coating can be recorded in order to generate a plasma that leads to the desired layer properties, but in which defects are still generated in the layer. The duration of the energy supply can be determined from this total of the energy required to produce the coating or the plasma treatment, if the energy supply per unit of time is minimized so that the energy supplied can be kept constant overall.
Die Kombination der Einstellung von Prozessdruck und Plasmaleistung bzw. Dauer der Plasmabehandlung sollte dann dazu führen, dass die Potenzialdifferenz zwischen Elektroden und dem oder den zu beschichtenden Bauteilen kleiner als 100 V, bevorzugt kleiner 50 V, besonders bevorzugt kleiner 30 V liegt. Falls es sich um ein zu beschichtendes Bauteil handelt, das elektrisch nicht leitfähig ist und im Plasma floatet, so kann stattdessen die Potenzialdifferenz zwischen den Elektroden und der Anlagenmasse bzw. der Erdung der Beschichtungsvorrichtung, z.B. der Kammerwand, gemessen werden.The combination of setting the process pressure and plasma power or duration of the plasma treatment should then result in the potential difference between the electrodes and the component or components to be coated being less than 100 V, preferably less than 50 V, particularly preferably less than 30 V. If the component to be coated is not electrically conductive and floats in the plasma, the potential difference between the electrodes and the system ground or the ground of the coating device, e.g. the chamber wall, can be measured instead.
Weiterhin kann die Plasmaerzeugung noch an einen Ort außerhalb der eigentlichen Beschichtungskammer verlagert werden oder über eine Trennwand abgekoppelt werden. Die angeregten Atome / Ionen können dann über Flansche oder Spalte in der Trennwand eingelassen werden.Furthermore, the plasma generation can be shifted to a location outside of the actual coating chamber or be decoupled via a partition. The excited atoms/ions can then be let in via flanges or gaps in the partition.
Figurenlistecharacter list
Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
-
1 eine Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgenäßen Vorrichtung zur Beschichtung durch plasmagestützte Atomlagenabscheidung, -
2 eine Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Beschichtung durch plasmagestützte Atomlagenabscheidung, -
3 eine Darstellung einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Beschichtung durch plasmagestützte Atomlagenabscheidung und in -
4 eine Darstellung einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Beschichtung durch plasmagestützte Atomlagenabscheidung.
-
1 a representation of a first embodiment of a device according to the invention for coating by plasma-enhanced atomic layer deposition, -
2 a representation of a second embodiment of a device according to the invention for coating by plasma-enhanced atomic layer deposition, -
3 a representation of a third embodiment of a device according to the invention for coating by plasma-enhanced atomic layer deposition and in -
4 a representation of a fourth embodiment of a device according to the invention for coating by plasma-enhanced atomic layer deposition.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELEEXEMPLARY EMBODIMENTS
Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele ersichtlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.Further advantages, characteristics and features of the present invention become apparent in the following detailed description of the exemplary embodiments. However, the invention is not limited to these exemplary embodiments.
Die
Beispielsweise kann zunächst ein erstes Prozessgas mit einem ersten Reaktanten in die Beschichtungskammer 1 eingeleitet werden, sodass der erste Reaktant mit der Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils 15 reagieren kann. Danach kann die Beschichtungskammer 1 evakuiert werden und / oder ein Spülgas eingeführt werden, um nicht reagiertes Gas des ersten Reaktanten und mögliche nicht abgeschiedene Reaktionsprodukte zu entfernen. Danach kann ein zweites Prozessgas mit einem zweiten Reaktanten in die Beschichtungskammer 1 eingeführt werden sodass der zweite Reaktant mit dem bereits an der Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils 15 anhaftenden ersten Reaktanten oder Reaktionsprodukt zu reagieren.For example, a first process gas with a first reactant can first be introduced into the
Während und / oder nach dem Einführen eines Prozessgases kann in der Beschichtungskammer 1, ein Plasma 16 insbesondere im Bereich der Bauteilaufnahme 14 und der zu beschichtenden Bauteile 15 erzeugt werden, um die Reaktion der Reaktanten und die Abscheidung der Beschichtung zu unterstützen.During and/or after the introduction of a process gas, a
Zur Erzeugung des Plasmas 16 ist eine Plasmaerzeugungseinrichtung 4 vorgesehen, von der zumindest Teile in der Beschichtungskammer 1 bzw. einem durch eine Trennwand 9 abgetrennten Raum 8 angeordnet sind. Bei dem in
Um zu vermeiden, dass geladene Teilchen, wie beispielsweise Elektronen oder negativ geladene Ionen, aufgrund einer Spannungsdifferenz zwischen dem Bauteil 15 und den Elektroden 5 der Plasmaerzeugungseinrichtung 4 in Richtung des zu beschichtenden Bauteils 15 beschleunigt werden und dort die Ausbildung der Schicht bzw. die abgeschiedene Beschichtung beeinträchtigen oder beschädigen, sind bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur plasmagestützten Atomlagenabscheidung verschiedene Maßnahmen getroffen worden.In order to prevent charged particles, such as electrons or negatively charged ions, from being accelerated in the direction of the
Zum einen ist zwischen den Elektroden 5 und der Bauteilaufnahme 14 bzw. dem zu beschichtenden Bauteil 15 eine Abschirmplatte 11 angeordnet, mit welcher mechanisch die Beschleunigung von unerwünschten Teilchen in Richtung des Plasmas 16 zumindest teilweise verhindert werden kann. Die Abschirmplatte 11 weist eine Vielzahl von Durchlässen 12 auf oder ist in einer Gitterstruktur ausgebildet, um den Gaszufluss in die Beschichtungskammer 1 nicht zu beeinträchtigen. Gleichwohl verhindert die Anordnung der Abschirmplatte 11 die ungehinderte, direkte Beschleunigung von unerwünschten Teilchen in Richtung des Bauteils 15, insbesondere wenn die Abschirmplatte 11 mit den Durchlässen 12 so angeordnet ist, dass keine Sichtlinie zwischen den Elektroden 5 und dem Bauteil 15 besteht.On the one hand, a shielding
Der Abschirmeffekt kann noch dadurch verstärkt werden, dass die Abschirmplatte 11 auf ein bestimmtes elektrisches Potenzial eingestellt wird, wozu die Abschirmplatte 11 mit einer Potenzialquelle 13 verbunden ist. Beispielsweise kann durch Einstellung eines positiven elektrischen Potenzials an der Abschirmplatte 11 verhindert werden, dass negativ geladenen Teilchen die Durchlässe 12 passieren können.The shielding effect can be further enhanced by setting the shielding
Eine weitere Maßnahme zur Verringerung der Beschleunigung bzw. Bewegung von unerwünschten geladenen Teilchen in Richtung des Plasmas 16 bzw. der zu beschichtenden Bauteile 15 ist dadurch verwirklicht, dass auch die Elektroden 5 der Plasmaerzeugungseinrichtung 4 mit einer Potenzialquelle 7 verbunden sind, um die Elektroden 5 auf ein bestimmtes Grundpotenzial, eine sogenannte Vorspannung oder Bias - Spannung, einzustellen. Damit kann erreicht werden, dass geladene Teilchen, wie beispielsweise Elektronen oder negativ geladene Ionen bei einer positiven Grundspannung der Elektroden 5 nicht in Richtung des Plasmas 16 beschleunigt werden, sondern in Richtung der Elektroden 5 der Plasmaerzeugungseinrichtung 4.Another measure to reduce the acceleration or movement of unwanted charged particles in the direction of the
Ferner ist die Elektrodenoberfläche 6 der Elektroden 5 so gewählt, dass eine möglichst große Elektrodenoberfläche 6 aller Elektroden 5 in Richtung des zu erzeugenden Plasmas 16 gegeben ist, sodass der Potenzialunterschied zwischen dem Plasma 16 und den Elektrodenoberflächen 6 der Elektroden 5 auf eine große Elektrodenoberfläche 6 verteilt ist, was wiederum die Beschleunigung von geladenen Teilchen in Richtung des zu beschichtenden Bauteils 15 verringert.Furthermore, the
Des Weiteren kann zur Reduzierung negativer Einflüsse auf die Beschichtung durch unerwünschten Beschuss mit geladenen Teilchen so vorgegangen werden, dass bei den verwendeten Prozessgasen der Druck des Gases in der Beschichtungskammer 1 derart optimiert wird, dass die Potenzialdifferenz zwischen Bauteil 15 und Elektroden 5 minimiert wird.Furthermore, to reduce negative influences on the coating due to unwanted bombardment with charged particles, the procedure can be such that the pressure of the gas in the
Die Energie der geladenen Teilchen ist mit der momentan eingekoppelte Plasmaleistung verknüpft. D.h. die Energie der Teilchen - und damit ihr Potenzial die Schicht zu beschädigen - steigt mit der eingekoppelten Plasmaleistung an. Daher besteht eine weitere Maßnahme zur Reduzierung negativer Einflüsse von auf die Beschichtung beschleunigten, geladenen Teilchen darin, dass die für die Plasmaerzeugung zugeführte Energie pro Zeiteinheit minimiert wird, aber im Gegenzug die Plasmabehandlung und somit die Dauer der Energiezufuhr für die Plasmaerzeugung verlängert wird, sodass also die Plasmaleistung minimiert und die Dauer der Plasmabehandlung entsprechend verlängert wird, vorzugsweise so, dass die Energiezufuhr insgesamt konstant gehalten wird. Hierzu kann zunächst der Energiebedarf, also die gesamte Energiezufuhr, ermittelt werden, welche nötig ist, um ein Plasma zu erzeugen, mit dem die gewünschte Beschichtung hergestellt werden kann. Anschließend kann die Energiezufuhr pro Zeiteinheit so weit gesenkt werden, dass gerade noch ein Plasma gezündet werden kann, aber dieses wird dann so lange aufrechterhalten, bis der vorher festgestellte Energiebedarf über der Zeit erreicht wird.The energy of the charged particles is linked to the momentarily injected plasma power. This means that the energy of the particles - and thus their potential to damage the layer - increases with the injected plasma power. Therefore, another measure to reduce negative effects of charged particles accelerated onto the coating is that the energy supplied for plasma generation per unit of time is minimized, but in return the plasma treatment and thus the duration of the energy supply for plasma generation is extended, so that the plasma power is minimized and the duration of the plasma treatment is extended accordingly, preferably in such a way that the energy supply is kept constant overall. For this purpose, the energy requirement, ie the total energy supply, can first be determined, which is necessary to generate a plasma with which the desired coating can be produced. The energy supply per unit of time can then be reduced to such an extent that a plasma can just about be ignited, but this is then maintained until the previously determined energy requirement over time is reached.
Die
Die
Entsprechend kann auch vorgesehen sein, dass die Abschirmplatte 11' beweglich gelagert ist und je nach Bedarf in verschiedenen Bereichen der Beschichtungskammer 1 angeordnet werden kann, wobei die Anordnung der Abschirmplatte 11' insbesondere auf die Anordnung des zu beschichtenden Bauteils 15 abgestellt sein kann.Correspondingly, it can also be provided that the shielding
Darüber hinaus unterscheidet sich die Abschirmplatte 11' gegenüber der Abschirmplatte 11 der
Die
Die Ausführungsform der
Darüber hinaus weist die Vorrichtung der
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, ohne dass der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche verlassen wird. Insbesondere schließt die vorliegende Offenbarung sämtliche Kombinationen der in den verschiedenen Ausführungsbeispielen gezeigten Einzelmerkmale mit ein, sodass einzelne Merkmale, die nur in Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel beschrieben sind, auch bei anderen Ausführungsbeispielen oder nicht explizit dargestellten Kombinationen von Einzelmerkmalen eingesetzt werden können.Although the present invention has been described in detail on the basis of the exemplary embodiments, it is self-evident for the person skilled in the art that the invention is not limited to these exemplary embodiments, but rather that modifications are possible in such a way that individual features are omitted or other types of combinations of features can be implemented without departing from the scope of the appended claims. In particular, the present disclosure includes all combinations of the individual features shown in the various exemplary embodiments, so that individual features that are only described in connection with one exemplary embodiment can also be used in other exemplary embodiments or combinations of individual features that are not explicitly shown.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Beschichtungskammercoating chamber
- 22
- Kammerwandchamber wall
- 33
- Gaszufuhrgas supply
- 44
- Plasmaerzeugungseinrichtungplasma generating device
- 55
- Elektrodenelectrodes
- 66
- Elektrodenoberflächeelectrode surface
- 77
- Potenzialquellesource of potential
- 88th
- abgetrennter Raumseparated room
- 99
- Trennwandpartition wall
- 1010
- Gaseinlassdüsegas inlet nozzle
- 11, 11', 11''11, 11', 11''
- Abschirmplatteshielding plate
- 1212
- Durchlasspassage
- 1313
- Potenzialquellesource of potential
- 1414
- Bauteilaufnahmecomponent recording
- 1515
- zu beschichtendes Bauteilcomponent to be coated
- 1616
- Plasmaplasma
- 1717
- Erdunggrounding
- 1818
- Magnetfelderzeugungseinrichtungmagnetic field generating device
Claims (18)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022112132.1A DE102022112132A1 (en) | 2022-05-13 | 2022-05-13 | PROCESS AND DEVICE FOR PLASMA ASSISTED ATOMIC LAYER DEPOSITION |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022112132.1A DE102022112132A1 (en) | 2022-05-13 | 2022-05-13 | PROCESS AND DEVICE FOR PLASMA ASSISTED ATOMIC LAYER DEPOSITION |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102022112132A1 true DE102022112132A1 (en) | 2022-09-01 |
Family
ID=82799478
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102022112132.1A Pending DE102022112132A1 (en) | 2022-05-13 | 2022-05-13 | PROCESS AND DEVICE FOR PLASMA ASSISTED ATOMIC LAYER DEPOSITION |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102022112132A1 (en) |
-
2022
- 2022-05-13 DE DE102022112132.1A patent/DE102022112132A1/en active Pending
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