DE3336652C2 - Vorrichtung zum Auftragen von Materialien, insbesondere amorphen wasserstoffhaltigen Kohlenstoffs - Google Patents

Description

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erdadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (22) ei- findung besteht die Abdeckung aus Quarz und weist ne Quarzabdeckung ist. 60 einen mittleren Bereich aus einer elektrisch leitenden

Kohlenstoffmodifikation auf. Die sich während des Ein-

satzes der Vorrichtung auf der Abdeckung bildenden

Kohlenstoffschichten blättern nicht mehr ab, so daß nicht mehr die Gefahr besteht, daß Schichtreste das

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auftra- 65 Substrat verschmutzen. Weiterhin führt die reine Kohgen von Materialien, insbesondere amorphen wasser- lerstoffzusammensetzung der Substratunterlage dazu, stoffhaltigen Kohlenstoffs, auf Oberflächen durch eine daß keine für die Beschichtung auf dem Substrat nach-Hochfrequenzplasmaabscheidung mit einer Hochfre- teiligen Sputtereffekte auftreten.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

In der Zeichnung wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine bekannte Vorrichtung zum Auftragen von Kohlenstoffschichten durch eine Hochfrequenzplasmaabscheidung,

F i g. 2 eine erfindungsgemäß abgedeckte Elektrode für eine Vorrichtung gemäß Fig. 1 und

Fig.3 eine weitere erfindungsgemäß abgedeckte Elektrode für eine Vorrichtung gemäß F i g. 1.

Die in F i g. 1 dargestellte bekannte Vorrichtung zum Auftragen kohlenstoffhaltiger Materialien verfügt über eine Vakuumkammer l,die über zwei Pumpstutzen 2 in bekannter Weise mit in der Zeichnung nicht dargestellten Pumpen verbunden ist, mit deren Hilfe in der Vakuumkammer 1 in zwei Stufen ein Vakuum mit Drücken von ca. 1,2 bis 6 Pa erzeugt wird. Zur Überwachung des Innendruckes in der Vakuumkammer 1 ist ein Druckmesser 3 vorgesehen.

Die Innenfläche der metallischen Vakuumkammer 1, die in F i g. 1 schematisch als Gegenelektrode 4 dargestellt ist, ist geerdet und einer Planarelektrode 5 zugeordnet, deren Fläche gegenüber der Gegenelektrode 4 sehr klein ist

Die Planarelektrode 5 ist bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Metallscheibe von etwa 12 cm Durchmesser. Die Unterseite 6 der metallischen Planarelektrode 5 ist mit einen Stift 7 verbunden, der in einer Isolierbuchse 8 endet, die in einer öffnung der Vakuumkammer 1 dichtend angeordnet ist

Der Stift 7 ist mit einer Anschlußleitung 9 elektrisch verbunden, die über einen Kondensator 10, ein Hochfrequenz-Anpassungsglied U und einen Hochfrequenz-Leistungsmesser 12 an den Ausgang 13 eines Hochfrequenz-Senders angeschlossen ist, dessen Frequenz im Megahertz-Bereich liegt und beispielsweise 13,6 MHz beträgt.

Die Anschlußleitung 9 steht weiterhin mit einer Hochfrequenz-Drossel 14 in Verbindung, über die ein hochohmiges Gleichstrom-Voltmeter 15 zur Messung des Gleichspannungspotentials der Planarelektrode 5 an die Planarelektrode 5 angeschlossen ist.

Wie man in F i g. 1 erkennt, sind der Stift 7, die Unterseite 6 der Planarelektrode und die Umfangsfläche 16 der Planarelektrode 5 von einer Abschirmung 17 umgeben, die wie die Gegenelektrode 4 mit dem Masseanschluß des Hochfrequenz-Senders und des Gleichstrom-Voltmeters 15 verbunden ist.

Auf der Oberseite 18 der Planarelektrode 5 ruht ein Substrat 19, das beispielsweise aus Glas, Quarz, Silicium, Germanium, Siliciumoxid oder Galliumarsenid bestehen kann und mit einer harten amorphen wasserstoffhaltigen Kohlenstoffschicht (a — C : H) bedeckt werden soll.

Die Abscheidung der harten amorphen wasserstoff- « hakigen Kohlenstoffschicht auf dem Substrat 19 erfolgt durch Hochfrequenzplasmaabscheidung aus einem Kohlenwasserstoffgas, in dem mit Hilfe der an den Hochfrequenz-Sender angeschlossenen Planarelektrode 5 eine Plasmaentladung angeregt wird.

Das Kohlenwasserstoffgas, beispielsweise Butangas oder Benzoldämpfe, gelangt über ein Nadelventil 20 in die Vakuumkammer 1. Infolge der Abschirmung 17 findet eine Plasmaentladung nur in dem Raum oberhalb der Planarelektrode 5 statt, bei der die Kohlenwasserstoffe teilweise ionisiert und gekrackt werden. Da die Planarelektrode 5 eine wesentlich kleinere Fläche als die Innenfläche der Vakuumkammer 1 aufweist, ergibt sich eine Fokussierungswirkung auf die Planarelektrode 5 und das auf ihrer Oberseite 18 ruhende Substrat 19. Infolge der Asymmetrie der Elektrodenanordnung und der kapazitiven Kopplung über den Kondensator 10 ergibt sich wegen der höheren Beweglichkeit der Elektronen des Plasmas gegenüber den größeren positiven Ionen auf der Planarelektrode 5 eine negative Vorspannung, die fast den Betrag der halben Spitze-Spitze-Spannung der angelegten Hochfrequonzspannung erreicht Je nach der Höhe der negativen Vorspannung und der vom Druck abhängigen freien Weglänge der positiven Ionen, erreichen diese eine die Eigenschaften der Kohlenstoffschicht bestimmende Energie. Aus diesem Grunde werden der Innendruck der Vakuumkammer 1 mit dem Druckmesser 3 und die negative Vorspannung mit Hilfe des Gleichstrom-Voltmeters 15 gemessen, um reproduzierbare Kohlenstoffschichten herstellen zu können, deren Eigenschaften außerdem noch von der Substrattemperatur abhängen, die einerseits von der negativen Vorspannung und dem Gasdruck und andererseits von der Wärmeableitung an der Planarelektrode 5 bestimmt ist.

Bei der in Fig. i dargestellten bekannten Vorrichtung treten zwischen der Planarelektrode 5 und der Abschirmung 17 häufig unerwünschte »parasitäre« Entladungen auf, wenn infolge des Abscheidungsprozesses im Bereich des Randes der Planarelektrode 5 durch Materialabscheidungen eine Verringerung der elektrischen Durchschlagsfestigkeit des Abschirmspaltes 21 (Fig.2) bewirkt wird. Diese »parasitären« Entladungen bewirken, daß ein Teil der eingespeisten Energie für den Plasmaabscheidungsprozeß auf dem Substrat 19 verlorengeht und daher die Eigenschaften der abgeschiedenen Kohlenstoffschicht aus der Kontrolle geraten.

Da dem Plasmaabscheidungsprozeß auch noch ein Sputterprozeß überlagert ist, besteht auch die Gefahr, daß das Metall der Planarelektrode 5 zu Verunreinigungen führt oder eine auf der Planarelektrode 5 aufgebrachte Kohlenstoffschicht sich von der Pianareiektrode 5 teilweise ablöst und auf das Substrat 19 gelangt.

Um eine Verunreinigung des Substrats 19 durch Sputterwirkung und »parasitäre« Entladungen zu verhindern, ist die Planarelektrode 5 gemäß dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung auf ihrer Oberseite mit einer Quar/abdeckung 22 versehen. Die Quarzabdeckung 22 ist als Deckel ausgebildet, der mit seinem Rand über den Rand der Abschirmung 17 übergreift und den Abschirmspalt 21 überbrückt, so daß während des Abscheidens der Kohlenstoffschicht keine »parasitären« Entladungen mehr im Abschirmspalt 21 auftreten können. Das Substrat 19 mit seiner Kohlenstoffschicht 23 liegt nicht mehr wie bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung unmittelbar auf der Oberseite 18 der Planarelektrode 5, sondern auf der Oberseite 24 der Quarzabdeckung 22 auf.

Für die Hochfrequenz des Hochfrequenz-Senders stellt die Quarzabdeckung 22 ein Dielektrikum dar, das für die sich bei der Plasmaentladung bildende negative Vorspannung jedoch ein Isolator ist. Aus diesem Grunde kann bei der in F i g. 2 dargestellten Anordnung mit Hilfe des Gleichstrom-Voltmeters 15 keine Spannungsmessung zur Überwachung des Abscheidungsprozesses und der Schichteigenschaften erfolgen. Vielmehr muß indirekt aufgrund der Hochfrequenzleistung des Hochfrequenz-Senders, der Geometrie und dem Innendruck auf die regative Vorspannung gesch lossen werden.

Zur genaueren Bestimmung der negativen Vorspannung eignet sich die in Fig. 3 dargestellte Anordnung,

* die wieder defi Einsatz des GieichStrom-Voltmeters 1*5 ** zuläßt.

Wie man in F i g. 3 erkennt, ist in der Quarzabdeckung 22 eine Ausnehmung 25 vorgesehen, in die eine den Abmessungen der Ausnehmung 25 entsprechende Scheibe 26 aus elektrisch leitendem Material eingesetzt ist, das eine galvanische Verbindung mit dem Eingang des Gleichstrom-Voltmeters 15 zur Messung der negativen Vorspannung herstellt.

Die als Unterlage für das Substrat 19 mit der Kohler· Stoffschicht 23 dienende Scheibe 26 besteht aus einer elektrisch leitenden Kohlenstoffmodifikation, beispielsweise glasartiger Kohle oder Glasgraphit. Eine solche Scheibe 26 läßt sich problemlos mit einer Kohlenstoffbeschichtung von mehreren pm Dicke bedecken, ohne daß die Schicht abblättert und die Schichtreste das Substrat 19 beschmutzen können. Aufgrund der reinen Kohlenstoffzusammensetzung der als Substratunterlage dienenden Scheibe 26 treten auch keine für die Kohlenstoffschicht 23 nachteiligen Sputtereffekte auf.

Die Quarzabdeckung 22 gemäß F i g. 3 ist als Ring mit einem L-förmigen Profil oder Winkelprofil ausgebildet, wobei der eine Schenkel auf der Oberkante der Abschirmung 17 aufiiegt und der andere Schenkel zur Positionierung die Abschirmung 17 übergreift. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Quarzabdeckung 21 vollkommen überdeckt ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
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Claims (9)

1 2 quenzquelle, die an eine seitlich entlang ihrem Umfang Patentansprüche: sowie rückseitig von einer Abschirmung umgebenen Elektrode angeschlossen ist, die mit ihrer Oberseite eine

1. Vorrichtung zum Auftragen von Materialien, Unterlage für das zu beschichtende Substrat bildet und insbesondere amorphen wasserstoffhaltigen Koh- 5 in einer das Material als Gas niedrigen Druckes enthallenstoffs, auf Oberflächen durch eine Hochfrequenz- tenden Vakuumkammer angeordnet ist, deren Innenfiäplasmaabscheidung mit einer Hochfrequenzquelle, ehe eine geerdete Gegenelektrode bildet die an eine seitlich entlang ihrem Umfang sowie Eine derartige Vorrichtung ist aus der GB-PS rückseitig von einer Abschirmung umgebenen Elek- 15 82 231 bekannt und eignet sich zur Herstellung von trode angeschlossen ist, die mit ihrer Oberseite eine io harten amorphen wasserstoffhaltigen Kohlenstoff-Unterlage für das zu beschichtende Substrat bildet schichten, die als Antirefiexvergütungen für im Infrarot- und in einer das Material als Gas niedrigen Druckes bereich arbeitende optische Komponenten, verschleißenthaltenden Vakuumkammer angeordnet ist, deren arme Schichten für mechanische Teile oder als isolieren-Innenfläche eine geerdete Gegenelektrode bildet de und als passivierende Schichten für die Halbleiterdadurch gekennzeichnet, daß die Obersei- 15 elektronik verwendet werden. Bei der bekannten Vorte (18) der Elektrode (5) mit einer als Auflagefläche richtung wird das zu beschichtende Substrat unmittelfür das Substrat (19) dienenden Abdeckung (22) ver- bar auf die nicht abgeschirmte Oberseite der mit dem sehen ist, die sich bis zur Abschirmung (17) erstreckt Anschluß der Hochfrequenzquelle verbundenen Elek- und wenigstens im Bereich zwischen dem Rand (16) trode aufgelegt Es hat sich gezeigt daß sich während der Elektrode (5) und der Abschirmung (17) aus ei- 20 des Plasmaabscheidungsprozesses auch Material zwinem elektrisch nichtleitenden Material besteht sehen der Elektrode und der geerdeten Abschirmung

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- abscheidet Innerhalb kurzer Zeit führen diese Abscheizeichnet, daß die Abdeckung (22) eine bis zur Ab- düngen zu »parasitären« Entladungen zwischen der schirmung (17) reichende Platte oder Scheibe aus Elektrode und der geerdeten Abschirmung. Dadurch Quarz ist 25 wird 1:1 unkontrollierbarer Weise die Entladung über

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- dem Substrat destabilisiert.

zeichnet daß die Abdeckung (22) deckelartig mit Ein weiteres in der Praxis aufgetretenes Problem be-

einem wulstartig vorstehender. Randbereich verse- steht darin, daß dem Plasmaabscheidungsprozeß immer

hen ist, der die Abschirmung (17) umgreift ein Sputterprozeß überlagert ist so daß das Material

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 30 der Unterlage für das Substrat eine wichtige Rolle spiedadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (22) len kann. Wenn die Elektrode aus unbeschichtetem Memit einem die Oberseite (18) der Elektrode (5) beruh- tall besteht, besteht die Gefahr, daß infolge der Sputterrenden Einsatz (26) aus elektrisch leitendem Materi- wirkung Metall abgetragen wird und die Beschichtung al ausgerüstet ist des Substrates verunreinigt Wenn eine solche Metall-

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- 35 elektrode mit einer Kohlenstoffbeschichtung versehen zeichnet, daß der Einsatz (26) eine Platte oder Schei- wird, ergeben sich Verunreinigungen und Defekte der be ist, die in eine Ausnehmung (25) im mittleren Beschichtung auf dem Substrat dadurch, daß sich Teile Bereich der Abdeckung (22) eingesetzt ist der Beschichtung auf der Elektrode ablösen und zum

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch Substrat gelangen.

gekennzeichnet, daß sich der Einsatz (26) bis in die 40 Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Nähe des Elektrodenrandes erstreckt Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, eingangs genannten Art zu schaffen, mit der fehlerfreie dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (26) die Schichten, insbesondere amorphe wasserstoffhaltige gleiche Dicke wie die Abdeckung (22) aufweist. Kohlenstoffschichten, hergestellt werden können, deren

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, 45 Eigenschaften genau reproduzierbar sind.

dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (26) aus Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, einer elektrisch leitenden Kohlenstoffmodifikation, daß die Oberseite der Elektrode mit einer als Auflageinsbesondere glasartige Kohle oder Glasgraphit, fläche für das Substrat dienenden Abdeckung versehen hergestellt ist. ist, die sich bis zur Abschirmung erstreckt und wenig-

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, 50 stens im Bereich zwischen dem Rand der Elektrode und dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (22) ei- der Abschirmung aus einem elektrisch nichtleitenden nen Ring mit einem winkelprofilartigen Querschnitt Material besteht.

aufweist, der den Abschirmspalt (21) zwischen der Dadurch, daß die Abdeckung den Abschirmungsspalt Abschirmung (17) und der Elektrode (5) überdeckt, zwischen der Abschirmung und der Elektrode über- und daß der Einsatz (26) eine in den Ring eingepaßte 55 deckt, wird das Abscheiden von Material im Abschir-Scheibe ist, durch die der Elektrodenbereich abge- mungsspalt verhindert, das parasitäre Entladungen verdeckt ist. ursacht.