DE3402971C2 - - Google Patents

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DE3402971C2
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ring electrode
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Udo Bringmann
Klaus Drews
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Description

Vorrichtung zur plasmagestützten Dampfabscheidung oder Hochfrequenz-Kathodenzerstäubung sowie Verfahren zur Schichtherstellung unter Anwendung der Vorrichtung und Verwendung dieser Schichten.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur plasmagestützen Dampfabscheidung oder Hochfrequenz-Kathodenzerstäubung mit einer evakuierbaren Kammer, einer ersten und einer zweiten Elektrode, Einrichtungen zur Einführung gasförmiger Substanzen in die Kammer und Einrichtungen zum Anlegen einer HF-Spannung an die erste und/oder die zweite Elektrode zur Erzeugung eines Plasmas.
Eine derartige Anlage ist beispielsweise einsetzbar zur Beschichtung eines Substrates mit einer Schicht aus polymerisiertem Material durch eine Glimmentladungs-Polymerisation oder auch als Anlage für einen Hochfrequenz-Kathodenzerstäubungsprozeß.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung einer plasmapolymerisierten Schicht auf einem Substrat unter Anwendung der Vorrichtung sowie die Verwendung der nach dem Verfahren hergestellten Schichten.
Glimmentladungs-Polymerisation ist eine bekannte Technik zur Abscheidung einer Lage eines organischen oder anorganischen Polymers. Es gibt zwei grundlegende Arten von Verfahren.
Bei der ersten Art wird die Oberfläche eines existierenden Materials polymerisiert und ausgehärtet, indem sie einer Glimmentladung ausgesetzt wird, die in Luft oder einem inerten Gas erzeugt wird. Durch die Glimmentladung werden Oberflächenmoleküle aktiviert und bilden Verbindungen und Querverbindungen mit benachbarten Molekülen. Da die Aktivierung auf einen Bereich in der Nähe der Oberfläche begrenzt ist, bleibt die Masse des Materials unverändert. Bei der zweiten Art von Verfahren wird eine Lage polymerisierten Materials auf einem Substrat abgeschieden, indem eine Glimmentladung in einem monomeren Gas, angrenzend an das Substrat, betrieben wird. Reaktionsfreudige Spezies bzw. Materialarten, die in der Glimmentladung erzeugt werden, scheiden sich auf dem Substrat ab und bilden eine polymerisierte Schicht. Die Polymerisierung erstreckt sich durch das gesamte abgeschiedene Material. Die vorliegende Vorrichtung betrifft die Durchführung von Polymerisationsverfahren nach der zweiten Art.
Bei einer typischen Polymerisations-Situation der zweiten Art wird die Glimmentladung dadurch errichtet, daß ein elektrisches Potential an zwei Elektroden angelegt wird, die in einer Kammer vorgesehen sind, welche ein monomeres Gas bei einem Druck von weniger als dem Atmosphärendruck enthält. Dabei tritt keine Glimmentladung auf und es fließt nur ein sehr kleiner Strom durch das Gas, wenn nicht das Potential zwischen den Elektroden einen Schwellwert überschreitet, der ausreichend ist, um das Gas zu ionisieren oder zum Durchbruch zu bringen.
Es ist bekannt, daß dieses Durchbruchspotential von der Zusammensetzung des Gases, dem Systemdruck und dem Abstand zwischen den Elektroden abhängt. Nachdem der Durchbruch erfolgt ist, ist das Gas leitend und ein stabiles Plasma kann über einen weiten Bereich von Strömen aufrechterhalten werden. Ein einmal errichtetes Plasma kann mit einem Potential aufrechterhalten werden, das kleiner ist als das Durchbruchspotential bzw. die Durchbruchsspannung. Die genaue Zusammensetzung des Entladungsplasmas ist nicht bekannt. Es wird angenommen, daß es aus Elektronen, Ionen, freien Radikalen und anderen reaktionsfreudigen Spezies besteht.
HF-Kathodenzerstäubung ist ebenfalls ein bekanntes Verfahren zur Bildung einer Materialschicht auf einem Substrat.
Bei der Kathodenzerstäubung (Sputtern) wird das Material von der Oberfläche einer Auftreffplatte (Target) durch Ionenbombardement entfernt und auf dem Substrat abgelagert. Wenn das zu zerstäubende Material ein elektrischer Leiter ist wird eine Gleichspannungspotential verwendet. Wenn das zu zerstäubende Material ein Nichtleiter bzw. ein Isolator ist, ist es bevorzugt, eine Hochfrequenzspannung zu verwenden, um den Aufbau von Oberflächenladungen auf dem Isolator und den sich daraus ergebenden Verlust an Beschleunigungsspannung zu vermeiden. Bei bekannten Verfahren zur Abscheidung einer Schicht eines Polymers durch Kathodenzerstäubung wird zuerst das Polymer selbst in der Form eine Platte bzw. einer Tafel oder eines Pulvertargets vorbereitet. Eine Auftreffelektrode wird hergestellt durch Anordnung des Targets in Kontakt mit einer leitenden Oberfläche. Die Auftreffelektrode bzw. das Target und eine zweite Elektrode werden in einer evakuierten Kammer angeordnet, die mit einem ionisierbaren inerten Gas, beispielsweise Argon, bei einem geeigneten Druck gefüllt werden kann. Eine polymere Schicht auf einem Substrat kann dadurch gebildet werden, daß eine Glimmentladung errichtet wird, indem eine geeignete Spannung zwischen dem Target und der zweiten Elektrode angelegt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sowohl für die Abscheidung von Schichten mittels eines Plasma-Chemical Vapour Deposition-Prozesses als auch mittels eines Hochfrequenz- Kathodenzerstäubungsprozesses einsetzbar ist, die eine große Variabilität der Prozeßführung gestattet, die sich also leicht auf unterschiedliche gewünschte Prozeßführungen umrüsten läßt, die leicht demontierbar ist, die sich einfach reinigen läßt und die eine besonders gute Homogenität der Dicke der herzustellenden Schichten gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der evakuierbaren Kammer eine in axialer Richtung feststehende erste Elektrode mit einer zentralen Bohrung (Ringelektrode) und eine Gegenelektrode (Plattenelektrode) zentrisch angeordnet sind, wobei die Ringelektrode auf einem zweigeteilten Isolatorblock angeordnet ist mit einem oberen, an die Ringelektrode angrenzenden, mit einer der zentralen Bohrung der Ringelektrode entsprechenden zentralen Bohrung versehenen ersten Teil und mit einem an den ersten Teil unmittelbar angrenzenden, auf der Bodenplatte der evakuierbaren Kammer über einem Anschlußstutzen der für die Evakuierung der Kammer erforderlichen Vakuumpumpe aufliegenden, den Anschlußstutzen freilassenden zweiten Teil.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der erste Teil des Isolatorblockes mit mindestens einer in die zentrale Bohrung mündenden und etwa senkrecht zu dieser sich erstreckenden weiteren Bohrung versehen. Hiermit ist der Vorteil verbunden, daß die Vorrichtung sehr schnell umrüstbar ist in bezug auf unterschiedliche Einrichtungen zur Einführung gasförmiger Substanzen.
Eine besonders gute Variabilität der Prozeßführung wird dadurch erreicht, daß die Einrichtung zur Einführung gasförmiger Substanzen nach zwei unterschiedlichen Prinzipien arbeiten kann. Nach vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung ist die Einrichtung zur Einführung gasförmiger Substanzen in die evakuierbare Kammer ein Mehrkammerringverteiler, in den von außen Reaktionsgase einspeisbar sind, die frei in den Reaktionsraum der Kammer gelangen. Die Einrichtung zur Einführung gasförmiger Substanzen in die evakuierbare Kammer kann auch durch in die evakuierbare Kammer vakuumdicht hineingeführte Gaszuleitungen realisiert sein, die in die in die zentrale Bohrung des Isolatorblockes mündende senkrecht zu ihr verlaufende weitere Bohrung einmünden.
Mit der Einleitung der gasförmigen Substanzen über den Mehrkammerringverteiler ist der Vorteil verbunden, daß eine sehr gute Homogenisierung der Gasströmung gewährleistet ist, was zu einer außerordentlich guten Gleichmäßigkeit der Schichtdicke der erzeugten Schichten führt. Mit dieser Gasführung und der Möglichkeit der Einstellbarkeit der Höhe des Mehrkammerringverteilers, derart, daß der Abstand zwischen der Ringelektrode und den Gasaustrittsöffnungen im Mehrkammerringverteiler möglichst gering gehalten wird, ist der weitere Vorteil verbunden, daß die Verschmutzung des Reaktors sehr gering bleibt. Diese Art der Gasführung ist besonders geeignet, wenn bei höheren Gasdrucken und damit höheren Strömungsgeschwindigkeiten gearbeitet werden soll, also immer dann, wenn eine Verarmung der angeregten Spezies infolge erhöhter Abscheidungsrate auftritt und der damit sich einstellende Schichtdickengradient vermieden werden soll.
Mit der Gasführung über die Einleitung der gasförmigen Substanzen unmittelbar in die zentrale Bohrung im zweigeteilten Isolatorblock unterhalb der Ringelektrode ist der Vorteil verbunden, daß sehr homogene Schichten erreichbar sind, falls keine Verarmungseffekte der aktivierten Spezies radial nach außen auftreten.
Nach weiteren vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung sind auf einer oder beiden Elektroden, also auf der Ringelektrode und/oder auf der ihr gegenüberliegenden Plattenelektrode, Drehteller vorgesehen, derart, daß sie drehbar sind durch ein mit der (den) Elektrode(n) fest verbundenes Zahnrad, das über ein elektrisch isolierendes Zwischenstück und mindestens eine von außen vakuumdicht in die evakuierbare Kammer hineingeführte Drehdurchführung antreibbar ist.
Nach weiteren vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung ist sowohl in der Ringelektrode als auch in der Plattenelektrode ein Temperierlabyrinthsystem vorgesehen, das über einen lösbaren Anschlußflansch mit einem Temperiermedienkreislauf verbunden ist. Hiermit ist der Vorteil verbunden, daß die Abscheidungsrate über die Temperatur beeinflußbar ist.
Nach weiteren vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung sind sowohl auf die Ringelektrode als auch auf die Plattenelektrode widerstandsbeheizte Platten als Zusatzheizung aufsetzbar, bei denen die Heizstromübertragung mittels Schleifringkontakten erfolgt. Hiermit ist der Vorteil verbunden, daß auch Prozesse durchführbar sind, bei denen eine bestimmte Substrat-Mindesttemperatur erforderlich ist.
Soll die erfindungsgemäße Vorrichtung für einen Hochfrequenz- Kathodenzerstäubungsprozeß eingesetzt werden, sind nach einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Elektroden (Ring- und Plattenelektrode) mit an Massepotential liegenden Abschirmungen versehbar. Die Durchführung eines plasmagestützten Dampfabscheidungs- (Plasma-Chemical Vapour Deposition-) Prozesses mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird an einem Beispiel für die Herstellung einer plasmapolymerisierten Schicht auf einem Substrat beschrieben, wobei so verfahren wird, daß auf einer der Elektroden (Plattenelektrode oder Ringelektrode) in der evakuierten Kammer mindestens ein zu beschichtendes Substrat aufgelegt und daß in die Kammer über die Einrichtung zur Einführung gasförmiger Substanzen ein Ausgangsgas, bestehend aus mindestens einem monomeren Prozeßgas, aus dem eine Schicht aus plasmapolymerisiertem Material durch Hochfrequenz-Anregung der Gasphasenmoleküle auf dem(den) Substrat(en) abscheidbar ist, und gegebenenfalls mindestens einem inerten Trägergas, eingeführt wird. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird die Schicht aus plasmapolymerisiertem Material derart gebildet daß als monomeres Prozeßgas mindestens ein solches Gas eingespeist wird, aus dem polymerisierte Si : N : O : C : H- haltige Verbindungen gebildet werden können.
Vorzugsweise wird als monomeres Prozeßgas Hexamethyldisilazan eingespeist.
Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und in ihrer Wirkungsweise erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Vorrichtung gemäß der Erfindung im Schnitt mit einer Gaszuführung über einen Mehrkammerringverteiler.
Fig. 2 Vorrichtung gemäß der Erfindung im Schnitt mit einer Gaszuführung unmittelbar in die zentrale Bohrung im Isolatorblock unterhalb der Ringelektrode.
Fig. 3 Vorrichtung gemäß der Erfindung im Schnitt zur Anwendung als Hochfrequenz-Kathodenzerstäubungsanlage.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur Beschichtung eines Substrates mit einer evakuierbaren Kammer 1 dargestellt mit einer Plattenelektrode 3 und einer Ringelektrode 5, die auf einem zweigeteilten Isolatorblock aufliegt. Die Ringelektrode 5 hat eine zentrale Bohrung 11. Der unterhalb der Ringelektrode angeordnete Isolatorblock weist einen ersten oberen, an die Ringelektrode angrenzenden Teil 7 auf, der mit einer zentralen, vorzugsweise sich konisch erweiternden Bohrung 13 versehen ist, deren an die Ringelektrode 5 angrenzender Durchmesser dem Durchmesser der zentralen Bohrung 11 in der Ringelektrode 5 entspricht. Der Teil 7 des Isolatorblockes weist eine in die zentrale Bohrung 13 einmündende, etwa senkrecht zu ihr verlaufende weitere Bohrung 15 auf, die verschließbar ist über Verschlußstopfen 17. Der Teil 7 des Isolatorblockes liegt auf einem zweiten Teil 9 des Isolatorblockes auf, der ebenfalls eine zentrale, vorzugsweise sich konisch erweiternde Bohrung 19 aufweist, deren an den ersten Teil des Isolatorblockes angrenzender Durchmesser dem Durchmesser der zentralen Bohrung im ersten Teil 7 des Isolatorblockes an dieser Stelle entspricht. Über den aus den zentralen Bohrungen 11, 13 und 19 gebildeten Kanal sind Gase aus dem Reaktionsraum über eine an einen Pumpstutzen 21 angeschlossene Vakuumpumpe (nicht dargestellt) absaugbar. In die evakuierbare Kammer 1 werden Prozeßgase eingespeist über einen Mehrkammerringverteiler 23; die Gase treten aus dem Mehrkammerringverteiler 23 in Pfeilrichtung frei aus in den Reaktionsraum. Der Mehrkammerringverteiler 23 weist mindestens einen Anschluß 25 für den Eintritt von Prozeßgasen auf (in der Zeichnung sind vier Anschlußstutzen dargestellt), von dem (denen) die Prozeßgase über Bohrungen in über den Anschlüssen 25 liegende, miteinander in Verbindung stehende Kammern 27 gelangen, von denen aus die Prozeßgase über eine Vielzahl von kleineren Bohrungen 29 in den Reaktionsraum gelangen und über das System der Bohrungen 11, 13 und 19 entsprechend der Richtung der Pfeile 31 aus dem Reaktionsraum wieder absaugbar sind.
Damit werden die Gase gleichmäßig verteilt über die Elektrodenoberfläche der Ringelektrode 5 zentral abgesaugt. Auf der Ringelektrode 5 ist ein Drehteller 33 angeordnet, der drehbar ist durch ein mit der Ringelektrode fest verbundenes Zahnrad 35, in das ein nicht dargestelltes Ritzel eingreift, das über ein elektrisch isolierendes, versatzausgleichendes Zwischenstück und eine von außen vakuumdicht durch die Bodenplatte 37 der Kammer 1 hindurchgeführte und von außen betätigbare Drehdurchführung 39 antreibbar ist.
Aufbau des auf der Ringelektrode befindlichen Drehtellers: Das Zahnrad 35 mit z = 360 und m = 1 (z = Zähne; m = Modul), das mit einem Ansatz (nicht dargestellt) eines Durchmessers von 160 × 20 und einer Zentralbohrung eines Durchmessers von 150 mm versehen ist, wird durch einfaches Aufstecken auf die Ringelektrode 5 montiert. Der Antrieb erfolgt über ein seitlich an der Elektrode montiertes Ritzel mit z = 20, das über ein isolierendes und versatzausgleichendes Zwischenstück und die Drehdurchführung 39 von außen angetrieben wird. Die maximale Drehzahl liegt bei etwa 2 U/min. Die Ringelektrode 5 besitzt ein Temperaturlabyrinth 41, das über einen seitlichen, schnell lösbaren Anschlußflansch 43 mit einem Temperiermedienkreislauf verbindbar ist. Der Anschlußflansch 43 dient gleichzeitig als Verbindung zum Hochfrequenz-Generatorsystem und ist vakuumdicht und elektrisch isoliert über die Bodenplatte 37 aus der evakuierbaren Kammer 1 herausgeführt.
Um eine gute Wärmekopplung zur temperierten Ringelektrode 5 zu gewährleisten, ist als Werkstoffpaarung der Gleitflächen Bronze und Hartchrom eingesetzt. Silikonöl verbessert die thermische Kontaktaufnahme und die Gleiteigenschaft. Es kann auch auf der Plattenelektrode 3 ein Drehteller angeordnet werden (nicht dargestellt). Konstruktiv ist der Drehteller der oberen Plattenelektrode 3 wie der der unteren Ringelektrode 5 aufgebaut.
Infolge der hängenden Anordnung der Plattenelektrode 3 muß die Lagerung formschlüssig aufgebaut sein; dazu kann ein an der prozeßabgewandten Seite konischer Laufring am Umfang der hängenden Plattenelektrode 3 aufgesetzt sein. Auf diesen Ring können sich radial wie axial Laufrollenböcke abstützen, die auf dem Drehteller montiert sind und ihn mit seiner Planfläche gegen die Oberfläche der ebenfalls über ein Temperierlabyrinth temperierbaren Plattenelektrode 3 plazieren, so daß einerseits eine gute Wärmeleitung stattfindet und andererseits die Rotation nicht behindert wird. Die Werkstoffpaarung der Laufflächen ist auch hier Bronze auf Hartchrom, ebenfalls kann Silikonöl die Gleiteigenschaften und die Wärmeleitung verbessern.
Gemäß Fig. 2 ist eine abgewandelte Ausführung der Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt, bei der Prozeßgase in die evakuierbare Kammer 1 eingespeist werden über durch die Bodenplatte 37 der evakuierbaren Kammer 1 vakuumdicht hindurchgeführte Gaszuleitungen 45, die in die, in die zentrale Bohrung 13 des Teils 7 des Isolatorblockes einmündende weitere Bohrung 15, von der die Verschlußstopfen 17 entfernt sind, einmünden. Für die Ausgestaltung der Vorrichtung nach Fig. 2 ist der zweite Teil 99 des Isolatorblockes eine massive Platte und der an den Reaktionsraum angrenzende Bereich der zentralen Bohrung 11 in der Ringelektrode 5 ist mit einer perforierten Abdeckplatte 47, z. B. aus Kupferblech, abgedeckt. Die über die zentrale Bohrung 13 im Teil 7 des Isolatorblockes und die perforierte Abdeckplatte 47 in den Reaktionsraum gelangten Reaktionsgase werden bei diesem Ausführungsbeispiel nicht über das zentrale System aus den Bohrungen 11, 13 und 19 von der Vakuumpumpe abgesaugt, sondern sie werden außen am Isolatorblock 99 über seitlich in ihm angebrachte Schlitze 49, deren additiver Querschnitt größer als der Querschnitt des Anschlußstutzens 21 der Vakuumpumpe ist, vom Pumpsystem abgesaugt.
Die Teilung des Isolatorblockes in die Teile 7, 9 und 99 ermöglicht also zwei Betriebsformen der Vorrichtung: gemäß Fig. 1 ist im Isolatorblock die zentrale Bohrung frei, so daß das Pumpsystem die über den Gasverteilerring eingespeisten Gase aus dem Reaktionsraum durch diese Bohrung absaugt.
Gemäß Fig. 2 ist die zentrale Absaugung unterbrochen. Die Prozeßgase strömen durch die vorhandenen Bohrungen im oberen Isolatorteil und gelangen durch das perforierte Abdeckblech zentral in den Reaktionsraum. Sie werden über die Elektrode von innen nach außen und durch seitlich angebrachte Schlitze im unteren ausgetauschten Isolatorteil in Form einer Platte ohne zentrale Bohrung von dem Pumpsystem abgesaugt.
Die Anordnung von Substraten kann auf beiden Elektroden erfolgen. Beide Elektroden sind elektrisch auf Hochfrequenz-Potential oder Massepotential schaltbar. Das Positionieren erfolgt durch einfaches Ablegen auf der Ringelektrode, während für die Positionierung auf der oberen Plattenelektrode eine Substrathalteplatte erforderlich ist. Beide Elektroden sind mit Drehtellern ausrüstbar, die eine gute Schichtdickenhomogenität ermöglichen.
Bei Depositionsbedingungen, die eine Temperatur bis 500°C erfordern, kann als weiteres Zusatzelement eine Heizplatte sowohl auf die untere Ringelektrode 5 als auch auf die obere Plattenelektrode 3 in Form einer widerstandsbeheizten Platte (53) aufgesetzt werden. Die Heizstromübertragung erfolgt vermittels abgeschalteter Schleifringkontakte.
Zur thermischen Trennung sind vorteilhafterweise zwischen den Drehtellern 33 und den widerstandsbeheizten Platten 53 Strahlungsbleche 57 montiert. Substrate werden in diesem Fall auf den widerstandsbeheizten Platten plaziert.
Unter Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 1 wurde eine aus Hexamethyldisilazan (HMDSN) hergestellte Polymerschicht auf Substraten abgeschieden, die bei einer Schichtdicke von d = 0,6 µm eine radiale Schichtdickenhomogenität von ± 1% bei einer betrachteten Länge von 1 = 60 mm erreicht; eine radiale Schichtdickenhomogenität von ± 5% wurde bei einer betrachteten Länge von 1 = 140 mm erreicht.
Es wurde mit folgenden Prozeßparametern gearbeitet: die Substrate wurden auf der oberen Plattenelektrode 3 angebracht; der Elektrodenabstand H zwischen der Plattenelektrode 3 und der Ringelektrode 5 wurde auf H = 50 mm eingestellt; Substrattemperatur TS = 35°C; Monomergasdruck PHMDSN = 2 Pa; Trägergasdruck PArgon = 3 Pa; Leistungsflächendichte N = 0,5 W/cm²; Abscheidungsgeschwindigkeit d = 40 nm/min.
Dieses Ausführungsbeispiel zeigt, daß mit der vorliegenden Vorrichtung eine besondere gute Gleichmäßigkeit der Schichtdicke der erzeugten Schichten erreichbar ist. Trotz einer erhöhten Abscheidungsgeschwindigkeit, bei der üblicherweise durch die Verarmung der angeregten Spezies ein Schichtdickengradient auftritt, wurden die oben angegebenen guten Werte für die Schichtdickenhomogenität erreicht.
In Fig. 3 ist eine Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Anwendung als Hochfrequenz-Kathodenzerstäubunganlage dargestellt. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, die Elektroden 3,5 gegenüber der Innenwand der evakuierbaren Kammer 1 durch zwei auf Massepotential liegende Abschirmringe 51 abzuschirmen.
 1 Evakuierbare Kammer
 3 Plattenelektrode
 5 Ringelektrode
 7 oberer Teil des Isolatorblockes
 9, 99 unterer Teil des Isolatorblockes
11 Bohrung in 5
13 Bohrung in 7
15 weitere Bohrung in 7,
   senkrecht zu 13
17 Verschlußstopfen in 15
19 Bohrung in 9
21 Anschlußstutzen der Vakuumpumpe
23 Mehrkammerringverteiler
25 Anschluß in 23
27 Kammern in 23
29 Bohrungen in 27
31 Gasrichtungspfeile
33 Drehteller auf 5
35 Zahnrad
37 Bodenplatte der Kammer 1
39 Drehdurchführung
41 Temperierlabyrinth in 5
43 Anschlußflansch an 41
45 Gaszuleitung
47 perforierte Abdeckplatte
49 Schlitz in 99
51 Abschirmring
53 Widerstandsbeheizte Platte
55 Schiebedurchführung
57 Strahlungsblech

Claims (31)

1. Vorrichtung zur Beschichtung eines Substrates mittels Plasma-Chemical Vapour Deposition oder Hochfrequenz-Kathodenzerstäubung mit einer evakuierbaren Kammer, einer ersten und einer zweiten Elektrode, Einrichtungen zur Einführung gasförmiger Substanzen in die Kammer und Einrichtungen zum Anlegen einer HF-Spannung an die erste und/oder die zweite Elektrode zur Erzeugung eines Plasmas, dadurch gekennzeichnet, daß in der evakuierbaren Kammer (1) eine in axialer Richtung feststehende erste Elektrode mit einer zentralen Bohrung (Ringelektrode) (5) und eine Gegenelektrode (Plattenelektrode) (3) zentrisch angeordnet sind, wobei die Ringelektrode auf einem zweigeteilten Isolatorblock angeordnet ist mit einem oberen, an die Ringelektrode angrenzender, mit einer der zentralen Bohrung (11) der Ringelektrode entsprechenden zentralen Bohrung (13) versehenen ersten Teil (7) und mit einem, an den ersten Teil unmittelbar angrenzenden, auf der Bodenplatte (37) der evakuierbaren Kammer (1) über einem Anschlußstutzen (21) der für die Evakuierung der Kammer erforderlichen Vakuumpumpe aufliegenden, den Anschlußstutzen freilassenden, zweiten Teil (9, 99).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil (7) des Isolatorblockes mit mindestens einer in die zentrale Bohrung (13) mündenden und etwa senkrecht zu dieser sich erstreckenden weiteren Bohrung (15) versehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil (9) des Isolatorblockes eine zentrale Bohrung (19) aufweist, die einen Durchmesser hat, der dem Durchmesser der zentralen Bohrung (13) des ersten Teils (7) des Isolatorblockes entspricht.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil (99) des Isolatorblockes eine massive Platte ist.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere(n) Bohrung(en) (15) an der Seite zum Reaktionsraum der evakuierbaren Kammer (1) verschließbar ist (sind).
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Bohrung (13) des ersten Teils (7) des Isolatorblockes an seiner, an die Ringelektrode (5) angrenzenden Seite einen Durchmesser hat, der dem Durchmesser der zentralen Bohrung (11) der Ringelektrode entspricht und sich in Richtung auf den zweiten Teil (9, 99) des Isolatorblockes hin vergrößert.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil (9) des Isolatorblockes eine zentrale Bohrung (19) aufweist, die an der, an den ersten Teil (7) des Isolatorblockes angrenzenden Seite einen Durchmesser hat, der dem Durchmesser der zentralen Bohrung (13) des ersten Teils (7) des Isolatorblockes an dieser Seite entspricht und der sich in Richtung auf die Bodenplatte (37) der evakuierbaren Kammer (1) hin vergrößert.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Einführung gasförmiger Substanzen in die evakuierbare Kammer (1) ein Mehrkammerringverteiler (23) ist, in den von außen Reaktionsgase einspeisbar sind, die frei in den Reaktionsraum der Kammer gelangen.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Einführung gasförmiger Substanzen in die evakuierbare Kammer (1) durch vakuumdicht in sie hineingeführte Gaszuleitungen (45) realisiert ist, die in die in die zentrale Bohrung (13) des Isolatorblockes mündende, senkrecht zu ihr verlaufende weitere Bohrung (15) einmünden.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehteller (33) auf mindestens einer der Elektroden (Plattenelektrode 3; Ringelektrode 5) vorgesehen ist, der drehbar ist durch ein mit der Elektrode fest verbundenes Zahnrad (35), das über ein elektrisch isolierendes Zwischenstück und eine von außen vakuumdicht in die evakuierbare Kammer (1) hineingeführte Drehdurchführung (39) antreibbar ist.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrkammerringverteiler (23) mindestens einen Anschluß (25) für den Eintritt von Prozeßgasen aufweist, von dem (denen) die Prozeßgase über Bohrungen in im Mehrkammerringverteiler über dem (den) Anschluß (Anschlüssen) liegenden, miteinander in Verbindung stehenden Kammern (27) gelangen, von denen aus die Prozeßgase über eine Vielzahl von Bohrungen (29) in den über dem Mehrkammerringverteiler liegenden Reaktionsraum der evakuierbaren Kammer (1) gelangen und über die zentrale Bohrung (11) in der Ringelektrode (5) und die zentralen Bohrungen (13, 19) im Isolatorblock wieder aus der evakuierbaren Kammer absaugbar sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer der Elektroden (Plattenelektrode 3; Ringelektrode 5) ein Temperierlabyrinthsystem (41) vorgesehen ist, das über einen lösbaren Anschlußflansch (43) mit einem Temperiermedienkreislauf verbunden ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochfrequenzgenerator zum Erzeugen der elektrischen Spannung vorgesehen ist mit Anschlüssen an die Ringelektrode (5) und/oder die Plattenelektrode (3).
14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußflansch (43) für das Temperiermedium gleichzeitig Verbindung zum Hochfrequenzgenerator ist.
15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Bohrung (11) der Ringelektrode (5) auf der dem Reaktionsraum zugekehrten Seite mit einer perforierten Platte (47) abdeckbar ist, über die die Reaktionsgase in den Reaktionsraum strömen.
16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Teile (7, 9, 99) des Isolatorblockes aus einem für die Hochfrequenz-Anwendung geeigneten, elektrisch isolierenden Material bestehen.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß beide Teile (7, 9, 99) des Isolatorblockes aus Polytetrafluoräthylen bestehen.
18. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattenelektrode (3) zur Verschiebung der Elektrode in axialer Richtung über einen Isolator mit einer vakuumdicht in die evakuierbare Kammer (1) hineingeführten Schiebedurchführung (55) verbunden ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Substrate sowohl auf der Ringelektrode (5) als auf der Plattenelektrode (3) plazierbar sind.
20. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4, 9 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Teil (99) des Isolatorblockes Schlitze (49) vorgesehen sind, über die die Reaktionsgase von der Vakuumpumpe absaugbar sind.
21. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleiteigenschaften zwischen dem (den) Drehteller(n) (33) und der (den) Elektroden (Plattenelektrode 3, Ringelektrode 5) verbessert werden durch ein gut wärmeleitfähiges Gleitmittel.
22. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl auf die Ringelektrode (5) als auch auf die Plattenelektrode (3) widerstandsbeheizte Platten (53) als Zusatzheizung aufsetzbar sind, bei denen die Heizstromübertragung mittels Schleifringkontakten erfolgt.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem (den) Drehteller(n) (33) und der (den) widerstandsbeheizten Platte(n) (53) Strahlungsbleche (57) montierbar sind.
24. Vorrichtung nach den Ansprüchen 19 und 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrate auf den widerstandsbeheizten Platten (53) plazierbar sind.
25. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung der Vorrichtung als HF-Kathodenzerstäubungsanlage die Elektroden mit an Massepotential liegenden Abschirmungen (51) versehbar sind.
26. Verfahren zur Herstellung einer plasmapolymerisierten Schicht auf einem Substrat unter Anwendung der Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer der Elektroden (Plattenelektrode 3; Ringelektrode 5) in der evakuierbaren Kammer (1) mindestens ein zu beschichtendes Substrat aufgelegt wird und das in die Kammer über die Einrichtung zur Einführung gasförmiger Substanzen Ausgangsgas, bestehend aus mindestens einem monomeren Prozeßgas, aus dem eine Schicht aus plasmapolymerisiertem Material durch Hochfrequenz-Anregung der Gasphasenmoleküle auf dem (den) Substrat(en) abscheidbar ist, und gegebenenfalls einem inerten Trägergas, eingeführt wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus plasmapolymerisiertem Material derart gebildet wird, daß als monomeres Prozeßgas mindestens ein solches Gas eingespeist wird, aus dem polymerisierte Si : N : O : C : H-haltige Verbindungen gebildet werden können.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß als monomeres Prozeßgas Hexamethyldisilazan eingespeist wird.
29. Verwendung der nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 26 bis 28 hergestellten plasmapolymerisierten Schichten als elektrisch isolierende Schichten in Dünnfilm-Dehnungsmeßstreifen.
30. Verwendung der nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 26 bis 28 hergestellten plasmapolymerisierten Schichten als Isolierung von Spulendrähten oder Spulenbändern.
31. Verwendung der nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 26 bis 28 hergestellten plasmapolymerisierten Schichten als Isolierung von Kondensatoren insbesondere für Hochtemperaturanwendungen bei Spannungen von 1000 V.
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