DE19830402A1

DE19830402A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Abscheidung von Funktionsschichten auf bewegten Substraten in einem PECVD-Prozeß

Info

Publication number: DE19830402A1
Application number: DE1998130402
Authority: DE
Inventors: Dietmar Schulze; Martin Dimer; Johannes Stuempfel; Hans-Christian Hecht; Klaus Gehm; Stanley Rehn
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Priority date: 1998-07-08
Filing date: 1998-07-08
Publication date: 2000-01-13
Anticipated expiration: 2018-07-09
Also published as: DE19830402C2

Abstract

Der Erfindung, die ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abscheidung von Funktionsschichten auf bewegten Substraten in einem PECVD-Prozeß betrifft, bei dem ein eingeleitetes Reaktivgas infolge einer Hochspannung dissoziiert, liegt die Aufgabe zugrunde, die Beschichtungsrate in diesem PECVD-Prozeß unter Gewährleistung einer guten Schichthomogenität zu erhöhen. Dies wird dadurch gelöst, daß über dem Substrat eine erhöhte Plasmadichte erzeugt wird, indem das Substrat während der Beschichtung von einem Magnetfeld tunnelförmig durchflutet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abscheidung von Funktionsschichten auf bewegten Substraten in einem PECVD- Prozeß, bei dem in einem Vakuum zwischen einer Flächenelek trode und einer Gegenelektrode eine Mittelfrequenzspannung von 1 kHz bis 500 kHz oder eine HF-Spannung von 500 kHz bis zu einigen MHz angelegt und ein Reaktivgas eingeleitet wird, und bei dem ein bewegtes Substrat als Gegenelektrode geschalten ist, das in dem Vakuum in Richtung seiner Längserstreckung bewegt und dabei eine Vorderseite des Substrates beschichtet wird.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Abscheidung von Funktionsschichten auf bewegten Substraten in einem PECVD- Prozeß mit einem Vakuumrezipienten, der mit einer Flächenelek trode versehen ist, die mit einem Plasmagenerator verbunden ist, und in dem eine Gegenelektrode als ein bewegtes Substrat beweglich geführt ist, und in der Mittel zur Einleitung von Reaktivgas angeordnet sind.

Die chemische Schichtabscheidung aus der plasma-aktivierten Gasphase, kurz PECVD-Prozeß genannt, ist ein etabliertes Ver fahren in der Dünnschichttechnologie.

Im einfachsten Fall besteht die Anlagentechnik aus einem Vaku umrezipienten in dem zwei flächige Elektroden, parallel zuein ander angeordnet, installiert sind. Die Elektroden sind gegenüber dem Rezipienten elektrisch isoliert befestigt. Es ist auch möglich, nur eine Elektrode in den Rezipienten ein zubauen. Dann wird die Funktion der Gegenelektrode von dem Teil des Rezipienten, der auf Erdpotential liegt, übernommen. Gewöhnlich wird an eine der beiden Elektroden ein Plasmagene rator angeschlossen. Die Anregungsfrequenz des Plasmagenera tors liegt im Bereich zwischen einigen Kilohertz bis zu eini gen Megahertz. Somit wird die mit dem Plasmagenerator verbun dene Elektrode zur HF-Elektrode. Die gegenüberliegende Elek trode, die nachfolgend als Gegenelektrode bezeichnet ist, wird mit dem Erdpotential verbunden.

Eine Schichtabscheidung findet auf der HF-, der Gegenelektrode und den Wänden des Rezipienten mit unterschiedlichen Schicht qualitäten statt.

Die Wachstumsrate und die Schichteigenschaften werden bestimmt durch den Radikalenstrom und den Ionenbeschuß auf dem Sub strat. Ein hoher Dissoziationsgrad des eingelassenen Reaktiv gases und eine hohe Plasmadichte führen zu einem hohen Radika len- und Ionenstrom und damit zu einer hohen Wachstumsrate auf der Substratoberfläche. Die Plasmadichte ist im allgemeinen am höchsten im Bereich vor der HF-Elektrode, wenn die Anregungs frequenz deutlich geringer als ein Megahertz ist und die auf Erdpotential liegende Gegenelektrode, die mit dem Plasma in Kontakt steht, sehr viel größer als die HF-Elektrode ist. Zur Nutzung dieser hohen Plasmadichte ist es somit zweckmäßig, das Substrat als HF-Elektrode auszuführen.

Die Ausbildung des Substrates als HF-Elektrode ist allerdings bei bewegte bandförmigen Substrate, bedingt durch Kontaktie rungs- und Potentialverteilungsprobleme, unzweckmäßig. Aus diesem Grunde liegen bewegten Substrate in industriellen Be schichtungsanlagen auf Erdpotential und wirken daher als Ge genelektrode.

Es gilt daher, die Erzeugung von angeregten hochreaktiven Radikalen und Ionen im unmittelbaren Raumbereich vor der Ge genelektrode zu unterstützen. Dies kann durch einen geringen Abstand, d. h. durch eine erhöhte Konzentration des Plasmas zwischen den Elektroden oder mittels einer asymmetrischen Elektrodenkonfiguration erreicht werden. Bei der asymmetri schen Elektrodenkonfiguration ist die HF-Elektrode in der Fläche sehr viel größer als die Gegenelektrode.

Durch die kapazitive Kopplung des HF-Generators mit der HF- Elektrode stellt sich im zeitlichen Mittel an der HF-Elektrode eine positive Spannung ein. Dies hat zur Folge, daß sich eine erhöhte Plasmadichte an der Gegenelektrode einstellt. Der artige Konfigurationen werden zur Abscheidung von Plasmapoly meren genutzt, wie dies in der europäischen Patentanmeldung 0786795 A2 dargestellt ist.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, die Be schichtungsrate bei der Beschichtung von bewegten Substraten in einem PECVD-Prozeß unter Gewährleistung einer guten Schichthomogenität zu erhöhen.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe verfahrensseitig dadurch gelöst, daß über dem Substrat eine erhöhte Plasmadichte er zeugt wird, indem das Substrat während der Beschichtung von mindestens einem Magnetfeld tunnelförmig durchflutet wird. Durch die Feldlinien dieses Magnetfeldes wird ein ge schlossener Ring oder mehrere geschlossene Ringe erhöhter Plasmadichte erzeugt, die sich im unmittelbaren Substratbe reich befinden und somit die Plasmadichte an dem als Gegen elektrode wirkenden Substrat erhöhen.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Magnetfeld quer zur Längserstreckung des bewegten Substrates größer ist als die Breite des Substrats. Damit wird gleichmäßig über die Breite des Substrates eine erhöhte Plas madichte erzielt und damit eine homogene Schichtdickenver teilung erreicht.

Es ist zweckmäßig, daß bei Verwendung eines elektrisch leit fähigen Substrats dieses auf Erdpotential gelegt wird. Auch wenn grundsätzlich das Potential des Substrates "schwimmend" sein kann, was bei einer isolierten Handhabung des Substrats eintritt, können die Beschichtungsverhältnisse bei Erdpotenti al an dem Substrat genau definiert werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgese hen, daß das Magnetfeld außerhalb eines Bereiches erhöhter Plasmadichte unmittelbar über der Vorderseite des Substrates senkrecht zur Bewegungsrichtung des Substrates abgeschwächt wird. Damit wird erreicht, daß die erhöhte Plasmadichte weit gehend nur dort auftritt, wo sie erwünscht ist, nämlich im unmittelbaren Substratbereich.

Weiterhin ist es zweckmäßig, daß das Plasma in einem Raum zwischen dem Substrat und der Flächenelektrode konzentriert wird. Auch dies dient dem Ziel, die erhöhte Plasmadichte nur dort entstehen zu lassen, wo sie benötigt wird, um damit unerwünschte Beschichtungen zu vermeiden.

Vorrichtungsseitig wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß unter der der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite des Substra tes ein Magnetsystem angeordnet ist. Mittels dieses Magnet systems durchdringt ein Magnetfeld das Substrat. Entlang der Feldlinien entstehen Ringe mit erhöhter Plasmadichte, die durch die Anordnung des Magnetsystems unter dem Substrat in unmittelbarer Nähe zu der Vorderseite des Substrates auftre ten. Damit wird die Beschichtungsrate erhöht.

Zweckmäßig ist es, das Magnetsystem aus einem oder mehreren Permanentmagneten bestehen zu lassen, deren Nord-Süd-Richtung parallel oder senkrecht zur Rückseite des Substrats verläuft. Damit kann der dargestellte Effekt mit einfachen technischen Mitteln erreicht werden.

In einer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Magnetsystem elektrisch isoliert befestigt und auf ein de finiertes Potential gegenüber dem Erdpotential eingestellt ist. Dadurch kann ein schwimmendes Potential vermieden und es können definierte Beschichtungsverhältnisse eingestellt wer den.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Magnetsystem an eine elektrische Widerstandsschaltung angeschlossen, wodurch das definierte Potential mit einfachen technischen Mitteln eingestellt werden kann.

Eine weitere Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsystem längserstreckt ausgebildet ist und zumindest einen längserstreckten Pol aufweist, wobei das tunnelförmige Magnetfeld das Substrat durchflutet.

Besonders zweckmäßig ist es hierbei, daß der längserstreckte Pol von dem anderen Pol in einer Ebene liegend ringförmig umschlossen wird. Durch diese Gestaltung ist das Magnetsystem geeignet, unter der gesamten Breite des bewegten Substrates wirksam zu werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein zwischen der Flächenelektrode und dem Substrat liegender Raum von einer die Flächenelektrode einschließenden und gegenüber dem Sub strat offenen Umhüllung umschlossen. Durch diese Maßnahme kann das Plasma in dem Raum konzentriert werden, der für die Be schichtung maßgebend ist.

Es ist zweckmäßig, zwischen dem Substrat und dem Magnetsystem einen Spalt vorzusehen. Dadurch kann ein Schleifen des beweg ten Substrats auf dem Magnetsystem vermieden werden. Zur Ver hinderung parasitärer Entladungen zwischen der Rückseite des Substrats und dem Magnetsystem ist es weiterhin zweckmäßig, diesen Spalt durch eine isolierende Platte auszufüllen.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbei spieles näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung.

In einem Vakuumrezipienten 1 ist eine Flächenelektrode 2 angeordnet. Die Flächenelektrode 1 ist mit einem Plasmagenera tor 3 verbunden. In dem Vakuumrezipienten wirkt ein bewegtes bandförmiges Substrat 4, das durch den Vakuumrezipienten 1 geführt wird, als Gegenelektrode. Weiterhin wird in den Vaku umrezipienten 1 Reaktivgas über eine Gaseinleitung 5 einge bracht. Unter der Rückseite des Substrates 4 ist ein Magnet system 6 angeordnet.

Das Magnetsystem 6 ist elektrisch isoliert angeordnet. Sein Potential ist auf Erdpotential eingestellt. Das Magnetsystem 6 ist längserstreckt ausgebildet und weist einen längser streckten Pol 7 auf, der von dem anderen Pol 8 in einer Ebene liegend ringförmig umschlossen wird. Damit verläuft dessen Nord-Süd-Richtung parallel zur Rückseite 9 des Substrats 4.

Zwischen dem Substrat 4 und dem Magnetsystem 6 ist ein Spalt vorgesehen, der durch eine isolierende Platte 12 ausgefüllt ist.

In dem Vakuumrezipienten 1 wird Vakuum erzeugt. An die Flä chenelektrode 2 wird eine HF-Spannung angelegt und über die Gaseinleitung 5 ein Reaktivgas eingeleitet. Dabei ist das bandförmige Substrat 4 als Gegenelektrode geschalten. Dieses wird in dem Vakuum in Richtung seiner Längserstreckung bewegt. Dabei wird die Vorderseite 10 des Substrates 4 beschichtet.

Über dem Substrat 4 wird dabei eine erhöhte Plasmadichte er zeugt, indem das Substrat 4 während der Beschichtung von einem Magnetfeld 11 tunnelförmig durchflutet wird. In nicht näher dargestellter Weise ist das Magnetfeld 11 quer zur Längser streckung des bandförmigen Substrates 4 größer, als die Breite des Substrats 4.

Um eine Berührung des Substrats 4 mit dem Magnetsystem 5 zu vermeiden, ist ein Spalt vorgesehen, der durch eine isolieren de Platte 12 ausgefüllt ist.

Bezugszeichenliste

1

Vakuumrezipient

2

Flächenelektrode

3

Plasmagenerator

4

Substrat

5

Gaseinleitung

6

Magnetsystem

7

Pol

8

Pol

9

Rückseite des Substrats

10

Vorderseite des Substrats

11

Magnetfeld

12

Platte

Claims

1. Verfahren zur Abscheidung von Funktionsschichten auf be wegten Substraten in einem PECVD-Prozeß, bei dem in einem Vakuum zwischen einer Flächenelektrode und einer Gegen elektrode eine Mittelfrequenzspannung von 1 kHz bis 500 kHz oder eine HF-Spannung von 500 kHz bis zu einigen MHz angelegt und ein Reaktivgas eingeleitet wird, und bei dem ein bewegtes Substrat als Gegenelektrode geschalten ist, das in dem Vakuum in Richtung seiner Längserstreckung bewegt und dabei eine Vorderseite des Substrates beschichtet wird, dadurch gekennzeich net, daß über dem Substrat (4) eine erhöhte Plasmadichte erzeugt wird, indem das Substrat während der Beschichtung von mindestens einem Magnetfeld (11) tunnelförmig durch flutet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Magnetfeld (11) quer zur Längser streckung des bewegten Substrates (4) größer ist, als die Breite des Substrats (4).

3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch ge kennzeichnet, daß bei Verwendung eines elek trisch leitfähigen Substrats (4) dieses auf Erdpotential gelegt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld (11) au ßerhalb eines Bereiches erhöhter Plasmadichte unmittelbar über der Vorderseite (10) des Substrats (4) senkrecht zur Bewegungsrichtung des Substrats (4) abgeschwächt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma in einem Raum zwischen dem Substrat (4) und der Flächenelektrode (2) konzentriert wird.

6. Vorrichtung zur Abscheidung von Funktionsschichten auf bewegten Substraten in einem PECVD-Prozeß mit einem Vaku umrezipienten, der mit einer Flächenelektrode versehen ist, die mit einem Plasmagenerator verbunden ist, und in dem eine Gegenelektrode als ein bewegtes Substrat beweg lich geführt ist, und in der Mittel zur Einleitung von Reaktivgas angeordnet sind, dadurch gekenn zeichnet, daß unter der der Vorderseite (10) gegen überliegenden Rückseite (9) des Substrates (4) ein Magnet system (6) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß das Magnetsystem (6) aus einem oder mehreren Permanentmagneten besteht, deren Nord-Süd-Rich tung parallel oder senkrecht zur Rückseite (9) des Sub strats (4) verläuft.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge kennzeichnet, daß das Magnetsystem (6) elek trisch isoliert befestigt und auf ein definiertes Potenti al gegenüber dem Erdpotential eingestellt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß das Magnetsystem (6) an eine elek trischer Widerstandsschaltung angeschlossen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, da durch gekennzeichnet, daß das Magnet system (6) längserstreckt ausgebildet ist und zumindest einen längserstreckten Pol (7) aufweist, wobei das tunnel förmige Magnetfeld (11) das Substrat (4) durchflutet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, daß der längserstreckte Pol (7) von dem anderen Pol (8) in einer Ebene liegend ringförmig umschlossen wird.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, da durch gekennzeichnet, daß ein zwischen der Flächenelektrode (2) und dem Substrat (4) liegender Raum von einer die Flächenelektrode (2) einschließenden und gegenüber dem Substrat (4) offenen Umhüllung umschlos sen ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, da durch gekennzeichnet, daß zwischen dem Substrat (4) und dem Magnetsystem (5) ein Spalt vorgesehen ist, der durch eine isolierende Platte (12) ausgefüllt ist.