-
Die
Erfindung bezieht sich auf eine Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle
sowie ein Verfahren zum Bestrahlen einer Oberfläche mit einem Plasmastrahl gemäß den Oberbegriffen
der unabhängigen
Patentansprüche.
-
Bei
Vakuumbeschichtungsverfahren werden häufig so genannte Hochfrequenz-Plasmastrahlquellen
eingesetzt. Ein Plasma enthält
neben neutralen Atomen und/oder Molekülen Elektronen und positive Ionen
als geladene Teilchen. Die Ionen werden durch elektrische Felder
gezielt beschleunigt und z. B. zum Abtragen einer Oberfläche oder
zum Eintragen reaktiver Komponenten wie z. B. Sauerstoff in eine
frisch aufwachsende Beschichtung eingesetzt und dergleichen mehr.
Bekannt sind auch ionengestützte
Verfahren, bei denen Material aus einer Materialquelle, typischerweise
einer Verdampferquelle, verdampft wird und sich auf einem Substrat
niederschlägt.
Das auf dem Substrat aufwachsende Material wird mit einer reaktiven
Komponente aus einem Plasma, beispielsweise Sauerstoff, beaufschlagt
und bildet so z.B. eine Oxidschicht. Solche Verfahren sind z. B.
bei der Herstellung transparenter Schichten für optische Anwendungen üblich. Dabei
ist es auch von erheblicher Bedeutung, wie gleichmäßig der
Plasmastrahl die Schicht beaufschlagt, da die optischen Eigenschaften
solcher Schichten in der Regel stark mit dem Sauerstoffgehalt variieren.
-
Bei
der Herstellung dünner
Schichten in der Mikroelektronik oder für optische Anwendungen wird in
der Regel die Bereitstellung möglichst
gleichmäßiger Schichtdicken
und Schichteigenschaften, wie z. B dem Brechwert der abgeschiedenen
Schichten, angestrebt. Im industriellen Einsatz werden dabei große Flächen und/oder
viele Substrate gleichzeitig beschichtet, was die Problematik der
Schichteigenschaften erhöht.
Besonders bei optischen Schichten werden Schichtdickenschwankungen über eine
Fläche
oder die Substrate einer Beschichtungscharge von allenfalls wenigen
Prozent als tolerabel betrachtet.
-
Aus
dem europäischen
Patent
EP 349 556 B1 ist
eine Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle zur Sicherstellung eines möglichst
großflächigen homogenen
Beschusses von Oberflä chen
mit Atom- oder Molekülionenstrahlen
einer hohen Parallelität
bekannt. Die Öffnung
der Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle ist dabei mit einem Extraktionsgitter
versehen, welches eine geringe Maschenweite aufweist, um ein Hindurchtreten
des Plasmas durch dieses Gitter zu verhindern. Das Extraktionsgitter
ist in Form eines geeignet konfigurierten Drahtnetzes oder in Form
parallel verlaufender Drähte
ausgeführt.
Besteht zwischen dem Plasma und dem Extraktionsgitter eine Hochfrequenzspannung,
so entsteht von selbst eine ionenbeschleunigende Potentialdifferenz,
die einen neutralen Plasmastrahl ermöglicht. Der so extrahierte
Ionenstrom wird durch einen im Takt der Hochfrequenz fließenden Elektronenstrom
gleicher Höhe überlagert,
so dass ein neutraler Plasmastrahl erzeugt wird, der quer zur Strahlrichtung
völlig
homogen ist und keinerlei Modulationsstruktur aufweist. Um stets
eine gute Ebenheit der Fläche
des Extraktionsgitters aufrechtzuerhalten und eine nachteilige Beeinflussung
des Plasmastrahls durch eine Verformung des Extraktionsgitters zu
vermeiden, wird die Gitterhalterung des Extraktionsgitters der bekannten Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle
mit einer Nachspannvorrichtung versehen. Es ist üblich, den Durchmesser der
Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle zu vergrößern, um eine großflächigere
Bestrahlung zu ermöglichen.
Dies erhöht
jedoch die Kosten und stößt zudem
schnell an konstruktive Grenzen.
-
Die
Plasmaerzeugung in der aus dem europäischen Patent
EP 349 556 B1 bekannten Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle
lässt sich
auch nach dem ECWR-Prinzip bewerkstelligen, bei dem ein transversales
Magnetfeld einem induktiv angeregten Hochfrequenz-Niederdruckplasma überlagert
wird. Zur Beeinflussung der Eigenschaften des Plasmastrahls ist
es ferner bekannt, ein weiteres Magnetfeld zu überlagern. Damit kann der Plasmastrahl
im Bereich des Exaktionsgitters fokussiert, ausgeweitet oder in eine
gewünschte
Richtung gelenkt werden.
-
Bei
Beschichtungsprozessen wird eine Großzahl von Substraten bestrahlt,
indem die Substrate auf einer Kalotte angeordnet werden. Hierbei wird
angestrebt, eine besonders große
Fläche
gleichmäßig zu beschichten.
Wenn die bekannte Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle
zur großflächigen Bestrahlung
von Substraten verwendet wird, die auf einer solchen Kalotte oder
anderen gekrümmten
Flächen
angeordnet sind, zeigt sich jedoch, dass auch bei einer Vergrößerung des
Durchmessers der Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle
Einbußen
bei der Homogenität
der abgeschiedenen Schichtdicke oder lateral modifizierte Schicht-
oder Oberflächeneigenschaften
hingenommen werden müssen.
Dies hat zur Folge, dass häufig
eine großflächige Bestrahlung nicht
mit der gewünschten
Qualitätsanforderung
erfolgen kann.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle, einer
Vakuumkammer mit einer derartigen Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle sowie eines Verfahren zum
Bestrahlen einer Oberfläche
mit einem Plasmastrahl, die eine großflächige und hochqualitative Bestrahlung
ermöglichen.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
-
Gemäß einem
bevorzugten Aspekt der Erfindung wird ein divergenter Plasmastrahl
erzeugt.
-
Ein
Vorteil der Erfindung ist, dass es durch die erfindungsgemäße Ausbildung
der Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle gelingt, auch auf Substraten,
die auf einer Kalotte angeordnet sind, großflächig homogene Schichten abzuscheiden
oder größere Flächen zu
reinigen.
-
Erfindungsgemäß ist eine
Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes vorgesehen, mit dem die
Bildung eines in geeigneter Weise divergenten Plasmastrahls möglich ist.
-
Vorzugsweise
ist das Magnetfeld zumindest außerhalb
des Plasmaraums der Plasmastrahlquelle als divergentes Magnetfeld
ausgebildet. Ferner ist eine Magnetfeldeinrichtung vorgesehen, mittels
der im Plasmaraum ein in einer x-y-Ebene liegendes transversales
homogenes Magnetfeld erzeugbar ist, mit dem die Plasmadichte nach
dem ECWR-Prinzip erhöht und damit
der Wirkungsgrad der Plasmastrahlquelle erhöht werden kann Unter Wirkungsgrad der
Plasmastrahlquelle ist die notwendige Hochfrequenz-Versorgungsleistung
zu verstehen, die für
einen Plasma- oder Ionenstrom mit bestimmter Energie und Stromstärke erforderlich
ist.
-
Ein
divergenter Plasmastrahl kann auch mittels einer gezielten Ausbildung
des Extraktionsgitters der Plasmastrahlquelle erzeugt werden. Besonders bevorzugt
ist eine Kombination eines Magnetfeldes mit einem entsprechend geformten
Extraktionsgitter, um eine Anpassung des Plasmastrahls bzw. der Plasmastrahldichte
an eine zu bestrahlende Oberfläche
zu ermöglichen.
Dies ist insbesondere von Bedeutung, wenn die zu bestrahlende Oberfläche gekrümmt ist,
also beispielsweise eine Kalottenform aufweist.
-
Ein
weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Anpassungsnetzwerk zum Einkoppeln
von Hochfrequenzleistung in den Plasmaraum einer Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle.
Eine besonders hohe Anregungseffizienz des Plasmas lässt sich
durch eine Induktionsschleife zur Erzeugung des Plasmas und eine
Energieelektrode zum Einstellen einer Plasmastrahlenergie erreichen,
die mit dem Anpassungsnetzwerk verbunden sind. Wenn, wie bei einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, nur eine Energie-Versorgungseinheit für die Induktionsschleife und
die Energieelektrode vorgesehen ist, lassen sich damit der Herstellungsaufwand
und Kosten der Vorrichtung reduzieren.
-
Ein
weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Vakuumkammer mit einer erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle.
-
Die
Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zum Bestrahlen einer Oberfläche mit
einem divergenten Plasmastrahl einer erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle
mit Vorrichtung.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben, aus denen
sich auch unabhängig
von der Zusammenfassung in den Patentansprüchen weitere Merkmale, Einzelheiten und
Vorteile der Erfindung ergeben.
-
Es
zeigen in schematischer Darstellung:
-
1 eine Plasmastrahlquelle
mit einem homogenen Magnetfeld in x-Richtung
-
2 eine erfindungsgemäße Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle
-
3 eine erfindungsgemäße Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle
mit einer Spiegelmagnet-Vorrichtung
-
4 eine weitere Ausgestaltung
einer erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle mit
einer Zylinderspule
-
5 eine weitere Ausgestaltung
einer erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle mit
einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes mit einer zu
einer Längsachse
des Plasmaraums geneigten Zentralachse
-
6 ein Anpassungsnetz für eine Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle
-
7 eine Vakuumkammer mit
einer erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle zum
Bestrahlen einer Oberfläche
mit einem divergenten Plasmastrahl.
-
In
den folgenden Figuren sind gleiche oder sich entsprechende Elemente
jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
In
1 ist schematisch der Aufbau
einer Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle (Hf-Plasmastrahlquelle) zur Erzeugung eines
Plasmastrahls hoher Parallelität
dargestellt, die insbesondere nach dem ECWR-Prinzip betrieben werden
kann. In einem Plasmaraum
6 befindet sich ein Plasma, welches durch
die Einstrahlung einer Hochfrequenzstrahlung, beispielsweise von
13,56 Megahertz, erzeugt wird. Der Plasmaraum
6 ist in
einem Gehäuse
4 angeordnet,
welches ein vom Gehäuse
4 elektrisch
getrenntes Extraktionsgitter 5 im Bereich einer Austrittsöffnung aufweist.
Durch ein homogenes transversales Magnetfeld
2, hier durch
parallele Feldlinien in x-Richtung dargestellt, werden eine Erhöhung der Plasmadichte
und damit ein Betrieb der Plasmastrahlquelle bei relativ niedrigen
Drücken
ermöglicht. Zur
Erzeugung des Magnetfelds
2 ist eine Magnet-Einrichtung
1 vorgesehen. Üblicherweise
wird die Magneteinrichtung
1 durch einen Spulensatz ausgebildet,
kann aber auch durch Permanentmagnete gebildet werden. Das Gehäuse
4 ist
topfartig mit einer Längsachse
S ausgebildet. Der Plasmastrahl
3 tritt durch das vorzugsweise
eine hohe Transmission aufweisende Extraktionsgitter
5 in
Richtung der Längsachse
S, die in diesem Fall parallel zu einer Quellnormalen liegt, aus
dem Plasmaraum
6 aus, um damit eine in der
1 nicht dargestellte Oberfläche zu bestrahlen.
Zur Extraktion eines üblicherweise
neutralen Plasmastrahls wird die Plasmastrahlquelle beispielsweise
in der aus der
EP 349
556 B1 bekannten Weise betrieben.
-
In 2 sind schematisch wesentliche
Elemente einer erfindungsgemäßen Hf-Plasmastrahlquelle
dargestellt. Erfindungsgemäß ist ein
Magnetfeld 7, 8 vorgesehen, mit dem die Bildung
eines divergenten Plasmastrahls 3 erreicht werden kann.
Zur Erzeugung des Magnetfeldes 7, 8 ist eine in 2 zur Vereinfachung nicht
dargestellte Vorrichtung vorgesehen. Einzelheiten dieser Vorrichtung
werden in den folgenden 3 bis 5 gezeigt. Unter einem divergenten
Plasmastrahl 3 soll ein Plasmastrahl verstanden werden,
der zumindest in einer Richtung senkrecht zur Hauptstrahlrichtung
noch merklich Teilchen abstrahlt. Ein divergenter Plasmastrahl kann
eine Strahlcharakteristik aufweisen, die sich annäherungsweise
durch eine Kosinus-Verteilung beschreiben lässt, wie detailliert in der
Abhandlung von G. Deppisch: „Schichtdickengleichmäßigkeit
von aufgedampften Schichten in Theorie und Praxis", Vakuumtechnik,
30. Jahrgang, Heft 3, 1981, ausgeführt wird. Die Vorrichtung in 2 weist ein planares Extraktionsgitter 5 und
eine Quellennormale auf, die mit der Achse S des Plasmaraums 6 zusammenfällt.
-
Das
in 2 dargestellte Magnetfeld 7,8 hat im
Plasmaraum 6 nur eine Komponente in z-Richtung, senkrecht
zum lateralen Magnetfeld 2. Dies hat den Vorteil, dass
bei einem Betrieb der Hf-Plasmastrahlquelle nach dem ECWR-Prinzip
dieses nicht durch das überlagerte
Magnetfeld 7, 8 in seiner Funktion gestört wird.
Das Magnetfeld 7,8 verläuft außerhalb des Plasmaraums 6,
wie durch die gekrümmten Feldlinien 7 im
Anschluss an die senkrechten Feldlinien 8 angedeutet ist.
Außerhalb
des Plasmaraums 6 nimmt die Magnetfeldstärke mit
zunehmender Entfernung vom Plasmaraum 6 bzw. vom Extraktionsgitter 5 ab.
Da geladene Teilchen des Plasmas durch das Magnetfeld im Plasmaraum 6 auf
Kreisbahnen gezogen werden und so Wandverluste durch geladene Teilchen
verringert werden, wird mit dem Magnetfeld 7,8 der
Wirkungsgrad der Hf-Plasmastrahlquelle verbessert. Vorzugsweise
wird die erfindungsgemäße Quelle
nach dem ECWR-Prinzip betrieben, wobei quer zur Achse 5 in
der x-y-Ebene ein transversales homogenes Magnetfeld 2 erzeugt
wird. Zumindest in diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn das überlagerte Magnetfeld 7,8 im
Plasmaraum 6 homogen ausgebildet ist.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Erzeugung des Magnetfeldes 7, 8 kann durch
eine oder mehrere Magnetspulen oder Permanent-Magnete gebildet sein.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung außerhalb des Gehäuses 4 angeordnet.
-
In 3 ist eine weitere Ausgestaltung
der Erfindung dargestellt. Durch eine erste Ringspule 9 am
oberen Rand des Gehäuses 4 bzw.
des Plasmaraums 6 und eine zweite Ringspule 10 am
unteren Rand des Gehäuses 4 bzw.
des Plasmaraums 6 wird eine Spiegelmagnetvorrichtung gebildet,
wobei die ein Magnetfeld erzeugenden Ströme in der oberen Ringspule 9 und
in der unteren Ringspule 10 gegenläufig fließen.
-
Die
in 4 gezeigte weitere
bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet eine Vorrichtung
mit einer Zylinderspule 11, die das Gehäuse 4 bzw. den Plasmaraum 6 umgibt.
Als Zylinderspule wird eine Magnetspule definiert, bei der die Länge größer als
der Radius ist. Je kleiner das Verhältnis Spulendurchmesser zu
Spulenlänge
ist, desto besser ähnelt
das hiermit erzeugbare Magnetfeld dem in 2 dargestellten Magnetfeld 7, 8.
Bevorzugt wird in diesem Fall daher ein in x-y-Richtung gering dimensionierter
Plasmaraum möglichst
großer
Länge in
z-Richtung.
-
In 5 ist eine weitere bevorzugte
Ausgestaltung der Erfindung dargestellt mit einer Zylinderspule 11a mit
einer Längsachse
T. Der Plasmaraum 6 weist eine Achse S auf, wie dies beispielsweise
bei einem rotationssymmetrischen Topf der Fall ist. Erfindungsgemäß ist die
Längsachse
T gegenüber
der Längsachse
S um einen Winkel α gekippt.
Anstelle der langen Spule 11a kann auch eine Spiegelmagnetanordnung
verwendet werden. Da das Magnetfeld der Spule 11a z. B.
in x-Richtung eine Komponente proportional zu Sinus (von α) und eine
z-Komponente proportional zu Kosinus (von α) aufweist, kann hiermit ein
homogenes Magnetfeld in z-Richtung und ein homogenes Magnetfeld
in der x-Richtung zusätzlich zu
einem divergenten Magnetfeld außerhalb
des Plasmaraums 6 erzeugt werden. Bei dieser Ausgestaltung
kann auf eine separate Magneteinrichtung zur Erzeugung des transversalen
Magnetfeldes senkrecht zur Achse 5 verzichtet werden.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausbildungsform der Erfindung wird insbesondere
zusätzlich
zu einem Magnetfeld eine gezielte Wechselwirkung des Plasmas mit
einem geeignet ausgebildeten Extraktionsgitter
5 verwendet.
Im Unterschied zu der Hf-Plasmastrahlquelle, wie sie aus der
EP 349 556 B1 bekannt ist,
wird das Extraktionsgitter
5 dabei nicht planar, sondern
gekrümmt
ausgebildet und/oder das Extraktionsgitter weist Maschen auf mit
einer Maschenweite, die größer ist
als die Dicke der Raumladungszone zwischen dem Extraktionsgitter
5 und
dem Plasma.
-
Die
Dicke d der Raumladungszone kann aus Textbüchern entnommen werden. Danach
hängt die Dicke
d von der Ionenstromdichte j und dem Spannungsabfall U zwischen
dem Plasmarand und dem Extraktionsgitter
5 ab:
mit e
0:
Dielektrizitätskonstante
des Vakuums
e: Elementarladung
m
ion:
Masse der beteiligten Ionen
U: Spannungsabfall zwischen dem
Plasmarand und dem Extraktionsgitter
5 (entspricht der
Extraktionsspannung)
-
Zur
Bestimmung einer erfindungsgemäßen vergrößerten Maschenweite
des Extraktionsgitters 4 wird von folgenden Überlegungen
ausgegangen: Für einen
Ionenstrom von 1 A/m2, der einen üblichen Wert
für den
Betrieb derartiger Beschichtungsanlagen darstellt, wurde bei einer
Hf-Plasmastrahlquelle die Dicke d der Raumladungszone berechnet.
Die Dicke d der Raumladungszone steigt mit zunehmendem Spannungsabfall
an und variiert zwischen 0,5 mm bis zu 2,5 mm bei einem Spannungsabfall
zwischen ca. 50 und ca. 370 Volt. Die Dicke d in einem bevorzugten
Spannungsbereich zwischen 50 und 200 Volt ist deutlich kleiner als
2 mm.
-
Betrachtet
man die Abhängigkeit
der Dicke d der Raumladungszone von der Ionenstromdichte bei fester
Extraktionsspannung, z. B. bei 150 Volt, ergibt sich, dass die Dicke
der Raumladungszone d bei fester Extraktionsspannung mit steigender
Stromdichte fällt.
In einem bevorzugten Bereich zwischen 4 A/m2 und
25 A/m2 ist die Dicke d der Raumladungszone geringer
als 2 mm.
-
Die
Maschenstruktur des Extraktionsgitters beeinflusst die Form der
Raumladungszone. Die Verformung nimmt zu, wenn die Dicke der Raumladungszone
und die Maschenweite in der gleichen Größenordnung liegen. Dies kann
zur Erzeugung eines divergenten Plasmastrahls ausgenutzt werden. Sinnvollerweise
sollte die Maschenweite jedoch klein genug sein, damit das Plasma
nicht merklich durch die Austrittsöffnung entweicht.
-
Wird
das Extraktionsgitter 4 nicht planar, sondern gekrümmt ausgebildet,
so bildet sich eine gekrümmte
Plasmarandschicht aus und es kann ein divergenter Plasmastrahl extrahiert
werden. In diesem Fall kann die Maschenweite des Extraktionsgitters 5 relativ
klein, insbesondere geringer als die Dicke der Raumladungszone gewählt werden.
Es sind sowohl konvexe als auch konkave Extraktionsgitter möglich.
-
Bei
einer weiteren Ausführungsform
kann das Extraktionsgitter 5 über zumindest einen Teilbereich
seiner Fläche
hinsichtlich der Maschenweite inhomogen ausgebildet sein. Beispielsweise
kann eine der Maschenabmessungen so variiert werden, so dass zum
Rand hin eine größere Maschenöffnung vorgesehen
ist. Ferner können
zur Beeinflussung des Plasmastrahls außerhalb des Plasmaraums 6 eine
oder mehrere Blenden vorgesehen sein. Ebenso kann die Austrittsöffnung in
Teilbereichen mit Blenden abgedeckt sein und damit sonst inhomogen bestrahlte
Bereiche einer Oberfläche
ausgeblendet werden.
-
In
einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung kann eine aus der
EP 349 556 B1 an sich bekannte Hf-Plasmastrahlquelle
mit einem planaren Extraktionsgitter zur Bestrahlung von auf einer
Kalotte angeordneten Substraten verwendet werden, wobei jedoch in
einem Raumbereich außerhalb
des Plasmaraums zumindest eine Blende angeordnet ist. Diese Blende
begrenzt den Plasmastrahl derart, dass die ansonsten inhomogen bestrahlten
Bereiche auf der Kalotte von der Bestrahlung ausgenommen werden.
Dies kann ebenso durch die Abdeckung von Teilbereichen der Austrittsöffnung erfolgen.
Die Form der verwendeten Blenden wird vorzugsweise empirisch anhand
der erreichten Bestrahlungsergebnisse bestimmt.
-
Für einen
optimierten Betrieb der Hf-Plasmastrahlquelle ist ein Anpassungsnetzwerk
vorgesehen, um den Innenwiderstand eines Hochfrequenz-Generators
auf die Verbraucherimpedanz abzustimmen.
-
In 6 ist ein bevorzugtes Anpassungsnetzwerk
gezeigt, das einen Hochfrequenz-Generator 15 für einen
Primär-
und Sekundärkreis
an eine Hf-Plasmastrahlquelle ankoppelt, wie beispielsweise aus
dem Artikel von J. P. Rayner et al: "Radio frequency matching for helicon
plasma sources",
J. Vac. Scl. Technol. A 14(4), Jul/Aug. 1996, bekannt ist. Dem Hochfrequenz-Generator 15 ist
ein Kondensator 12 parallel geschaltet. Ferner ist zwischen
einer Primärspule 14 und
dem Hochfrequenz-Generator 15 ein einstellbarer Kondensator 13 angeordnet. Eine
Sekundärspule 16 überträgt elektrische
Leistung des Hochfrequenz-Generators 15 an eine Induktionsschleife 17,
mit der eine induktive Anregung des Plasmas erfolgen kann. Parallel
zur Sekundärspule 16 bzw.
zum Kondensator 13 ist ein Kondensator 16a bzw.
ein Kondensator 13a angeordnet. Ferner ist eine Energieelektrode 19 vorgesehen,
die in direktem Kontakt mit dem Plasma steht oder optional über ein
isolierendes Material, beispielsweise eine Quarz- oder Glasscheibe,
kapazitiv an das Plasma im Plasmaraum 6 ankoppelt. Durch
das Potential der Energieelektrode 19 lässt sich die Ionenenergie des
Plasmastrahls einstellen. Vorzugsweise ist die Energieelektrode 19 Bestandteil
einer Gasversorgung, beispielsweise einer Gasdusche, mit der ein
flächig-homogenes
Einströmen
eines Gases in den Plasmaraum 6 ermöglicht wird. Die Energieelektrode
ist über einen
einstellbaren Kondensator 18 mit einem Abgriff an der Primärspule 14 verbunden.
Bei der gezeigten Anordnung werden durch eine Versorgungseinheit (Hochfrequenz-Generator 15)
die Induktionsschleife 17 und die Energie-Elektrode 19 mit
elektrischer Energie versorgt. Alternativ können beispielsweise auch zwei
separate Hochfrequenz-Generatoren und zwei Anpass-Netzwerke, und
zwar jeweils eines für
die Induktionsspule 17 und eines für die Energie-Elektrode 19,
verwendet werden.
-
Bevorzugt
wird die Anordnung gemäß 6 in Verbindung mit einer
Vorrichtung und/oder einer Magneteinrichtung eingesetzt, wie sie
im Zusammenhang mit den vorerwähnt
beschriebenen Ausführungsbeispielen
der Hf-Plasmastrahlquelle vorgesehen sind. Besonders bevorzugt ist
der Einsatz bei einer nach dem ECWR-Prinzip betreibbaren oder betriebenen
Hf-Plasmastrahlquelle. Allerdings ist auch ein Einsatz bei anders
aufgebauten Quellen denkbar.
-
Eine
erfindungsgemäße Hf-Plasmastrahlquelle
wird bevorzugt in eine Vakuumkammer 20 eingebaut und zum
Bestrahlen einer gekrümmten
Oberfläche
K eingesetzt, wie in 7 gezeigt.
Eine derartige Vakuumkammer 20 weist neben Kammerwänden 21 üblicherweise
Vakuumpumpen, Gasversorgung und Analytik auf. Bei der in 7 dargestellten Vakuumkammer
sind ferner auf der als Kalotte ausgebildeten Oberfläche K Substrate 22 angeordnet. Ein
divergenter Plasmastrahl 3 der erfindungsgemäßen Hf-Plasmastrahlquelle
ermöglicht
eine homogene großflächige Bestrahlung
der Oberfläche
K bzw. der Substrate 22. Die Substrate 22 können beispielsweise
auf Kreisringen angeordnet sein. Wie an sich bekannt, kann die in
diesem Fall als Substrathalterung fungierende gekrümmte Oberfläche bewegbar, insbesondere
drehbar ausgebildet sein. Wie in 7 kann
die Hf-Plasmastrahlquelle 23 gegenüber der Symmetrieachse
der Kalotte versetzt sein. Jedoch kann bei alternativen Ausführungsformen
auch eine zentrale Anordnung der Hf-Plasmastrahlquelle vorgesehen sein.
-
Die
erfindungsgemäße Hf-Plasmastrahlquelle
mit Vorrichtung ermöglicht
eine großflächige und hochqualitative
Bestrahlung von Oberflächen
mit einem Plasmastrahl. Erfindungsgemäß ist dieser Plasmastrahl divergent
ausgebildet. Ein besonderer Vorteil besteht in der Möglichkeit,
die Plasmastrahldichte einer gekrümmten Oberfläche anzupassen.
Besonders geeignet ist ein derartiges Verfahren für das Auftragen
einer Beschichtung oder einer Modifikation einer Oberfläche oder
für das
Plasma-Ätzen
einer Oberfläche.
Der divergente Plasmastrahl 3 kann im letzteren Fall dynamisch
den räumlich
zeitlichen Änderungen
durch Änderungen
des Magnetfeldes 7,8 angepasst werden.
