DE3736917A1

DE3736917A1 - Geraet zum ausbilden einer funktionellen aufdampfungsduennschicht unter anwendung eines chemischen aufdampfungsverfahrens mittels mikrowellenplasma

Info

Publication number: DE3736917A1
Application number: DE19873736917
Authority: DE
Inventors: Yasutomo Fujiyama
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-10-31
Filing date: 1987-10-30
Publication date: 1988-05-05
Anticipated expiration: 2007-10-31
Also published as: JPS63114973A; DE3736917C2; US4909184A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Gerät, das ein chemisches Aufdampfverfahren mittels eines Mikro wellenplasmas zum Ausbilden einer funktionellen aufgedampf ten Dünnschicht, wie z. B. einer amorphen Siliziumdünn schicht auf einem Substrat anwendet, die insbesondere als photoleitendes Element für Halbleiter-Bauteile, photo leitende Teile zur Verwendung in der Elektrophotographie, Bildeingabe-Zeilensensoren, Bildaufnahmeelemente, Elemente für photoelektromotorische Kraft oder dgl. verwendbar ist.

Bisher sind als Element in einem Halbleiter-Bauteil, einem photoleitenden Bauteil zur Verwendung in der Elektrophoto graphie, einem Bildeingabe-Zeilensensor, einem Bildauf nahmeelement oder anderen optischen Bauteilen eine Anzahl amorpher Halbleiter-Dünnfilmschichten vorgeschlagen worden,

z. B. eine aufgedampfte amorphe Dünnschicht, die sich aus Silizium mit amorphen Material zusammensetzt, das ein Wasserstoffatom oder/und Halogenatom, wie z. B. ein Fluoratom oder Chloratom enthält (nachfolgend auch als "A-Si(HX)" bezeichnet). Einige solche Dünnschichten sind zu praktischer Anwendung gelangt.

Neben diesen amorphen Halbleiter-Dünnschichten sind ver schiedene Verfahren zu deren Herstellung vorgeschlagen worden, die eine chemische Aufdampftechnik mittels Plasma anwenden, bei der ein Ausgangsstoff dadurch zerlegt wird, daß er der Einwirkung von Energie eines Gleichstroms, einer Hochfrequenz oder einer Mikrowellen-Glimmentladung zum Bilden einer aufgedampften Dünnschicht auf einem Sub strat aus Glas, Quarz, hitzebeständigem Harz, korrosionsbe ständigen Stahl oder Aluminium unterzogen wird. Es sind auch verschiedene Geräte zum Durchführen solcher Verfahren vorgeschlagen worden.

In den letzten Jahren war die öffentliche Aufmerksamkeit auf ein chemisches Plasma-Aufdampfverfahren mittels Mikro wellen-Glimmentladung (nachfolgend auch mit "MW-PCVD-Ver fahren" abgekürzt) auch auf industrieller Ebene gerichtet.

Ein Beispiel eines solchen Gerätes zum Durchführen des chemischen Aufdampfverfahrens mittels Mikrowellenplasma gibt der in Fig. 2 gezeigte schematische perspektivische Aufbau wieder.

In Fig. 2 sind eine ganze Vakuumkammer 1, ein Mikrowellen- Eintrittsfenster 2 aus dielektrischem Material, wie z. B. Aluminiumkeramik oder Quarz, ein Wellenleiter 3, in dem sich die von einer (nicht gezeigten) Mikrowellen-Lei stungsquelle erzeugte Mikrowelle 4 fortpflanzt, ein über ein (nicht gezeigtes) Ausströmventil mit einer (nicht gezeigten) Ausströmvorrichtung verbundenes Ausströmungsrohr 5, ein Substrat 6, auf dem eine aufgedampfte Dünnschicht aufzubringen ist, und ein im wesentlichen umschlossener Aufdampfungsraum 7 (Plasmaerzeugungsraum) gezeigt.

Der Vorgang der Dünnschichtausbildung in dem vorgenannten Gerät wird auf folgende Weise durchgeführt.

Die Luft in der Vakuumkammer 1 wird durch Öffnen des Haupt ventils in dem Ausströmungsrohr 5 evakuiert, um den Auf dampfungsraum der Vakuumkammer auf ein vorbestimmtes Vakuum zu bringen. Eine (nicht gezeigte) Heizung, die in einem (nicht gezeigten) Substrathalter eingebaut ist, wird zum gleichmäßigen Aufheizen des Substrats 6 auf eine vorbe stimmte Temperatur in Betrieb gesetzt und auf dieser Tempe ratur gehalten.

Daraufhin werden die Ausgangsstoffgase, beispielsweise Silangas, wie z. B. SiF₄-Gas und Wasserstoffgas (H₂-Gas) usw. im Falle des Aufbringens einer aufgedampften amorphen Dünnschicht mit Silizium, durch (eine nicht gezeigte) Gaszuführvorrichtung in den Aufdampfungsraum 7 der Vakuum kammer 1 geleitet, während der Aufdampfungsraum bei einem Vakuum von weniger als 1,333 PA (1×10^-2 Torr) gehalten wird.

Anschließend wird eine Mikrowelle 4 mit einer Frequenz von beispielsweise 2,45 GHz von der (nicht gezeigten) Mikrowellen-Leistungsquelle durch einen Isolator, eine Leistungsüberwachungseinheit, eine Abstimm-Stichleitung (letztere sind nicht gezeigt), den Wellenleiter 3 und das Mikrowellen-Eintrittsfenster 2 in den Aufdampfungsraum 7 geführt. Die derart in den Aufdampfungsraum 7 geführten Ausgangsstoffgase werden durch eine Energie der Mikrowelle angeregt und dissoziiert, so daß sie ein Plasma erzeugen und chemische Reaktionen in demselben hervorrufen, die zur Ausbildung einer niedergeschlagenen Dünnschicht auf dem Substrat 6 führen.

Im übrigen wirkt das so erzeugte Plasma als eine Art Ab sorptions- oder Reflexionsmittel für eine Mikrowelle, die sich naturgemäß in dem dielektrischem Medium räumlich ausbreitet. Die Dichte des Plasmas verringert sich infolge der Verlängerung der mittleren freien Weglänge geladener Partikel, wenn sich das Ausmaß des Vakuums erhöht. Wenn das Ausmaß des Vakuums zur Zeit der Ausbildung des Plasmas erhöht wird, wird es daher möglich, die Ausbreitungslänge der Mikrowelle zu vergrößern.

Falls jedoch beabsichtigt ist, einen aufgedampften Dünnfilm hauptsächlich unter Verwendung von neutralen Radikalpar tikeln auszubilden, liegt die untere Grenze des Vakuum wertes in der Größenordnung von 0,133 Pa (10^-3 Torr). Wenn beabsichtigt ist, eine aufgedampfte Dünnschicht auf einem großflächigen Substrat, wie z. B. einem zylindrischen Substrat (Trommel) zur Anwendung in der Elektrophotographie zu erzeugen, ist es daher schwierig, ein Plasma gleichmäßig über der ganzen Oberfläche einer solchen Trommel zu erzeu gen. Im Hinblick darauf wird ein Gerät für ein chemisches Aufdampfverfahren mittels Mikrowellenplasma gemäß Fig. 2 in der Art verwendet, daß Mikrowellen-Energien desselben Resonanzmodus von der oberen und unteren Seite der Trommel zum Erzeugen des Plasmas zugeführt werden.

Bei einem solchen bekannten Gerät für chemisches Aufdampfen mittels Mikrowellenplasma stehen sich die mit dem oberen und unteren Mikrowellen-Eintrittsfenster verbundenen Wel lenleiter 3, die mit einem TE₁₁-Modus in Resonanz sind, unter einem Winkel von 0° gegenüber. Daraus ergibt sich die Schwierigkeit, daß die eingeführten Mikrowellen oft schädlich in den entsprechenden Wellenleitern ineinander eindringen, so daß die entsprechenden Isolatoren beschädigt werden. Ein anderes Problem besteht darin, daß Mikrowellen, die durch das Magnetfeld des Isolators nicht ausreichend polarisiert bleiben, in die entsprechenden Magnetrons der Mikrowellen-Leistungsquellen eindringen und mit deren Mikrowellen interferieren, wodurch die Mikrowellenschwin gungen untauglich werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Probleme bei herkömmlichen Geräten zur Ausbildung einer aufgedampften Dünnschicht unter Anwendung eines chemischen Aufdampfverfahrens mittels Mikrowellenplasma zu umgehen und ein verbessertes Gerät zum Durchführen des chemischen Aufdampfverfahrens mittels Mikrowellenplasma vorzusehen, mit dem die zuverlässige Ausbildung einer erwünschten funktionellen aufgedampften Dünnschicht gewährleistet ist, die als Element eines Halbleiter-Bauteils, eines photoleitenden Teils in der Elektrophotographie, von Bau teilen für die photoelektromotorische Kraft oder anderer elektronischer und optischer Bauteile bei hoher Aufdam pfungsrate verwendbar ist.

Weiterhin soll die Erfindung ein verbessertes Gerät zum Aufbringen einer A-Si(H,X) Aufdampfungs-Dünnschicht unter Anwendung des chemischen Aufdampfverfahrens mittels Mikro wellenplasma bereitstellen, bei dem Plasmen dauerhaft und zuverlässig erzeugt werden, wobei die Mikrowellenener gie wirkungsvoll zum gleichmäßigen Aufdampfen einer A-Si(H,X)-Dünnschicht verwendet wird.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:.

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht, die repräsentativ ein Ausführungsbeispiel eines Gerätes zur Ausbildung einer funktionellen aufgedampften Dünnschicht unter Anwendung eines chemischen Aufdampfverfahrens mittels Mikrowellenplasma gemäß der Erfindung wiedergibt, bei dem ein Meßinstrument vorgesehen ist,

Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht, die ein bekanntes Gerät zum Ausbilden einer funktionellen aufgedampften Dünnschicht unter Anwendung des chemischen Aufdampfverfahrens mittels Mikrowellenplasma wiedergibt,

Fig. 3(a) und Fig. 4(a) erläuternde schematische Ansich ten der Beziehung eines relativen Einstellwinkels zwischen den Wellenleitern,

Fig. 3(b) und Fig. 4(b) erläuternde schematische Ansich ten des Richtungs- und Verteilungszustandes von elektri schen Feldstärkelinien im Falle der Fig. 3(a) und 4(a) Fig. 5 Kurven, die die Beziehung zwischen einem relativen Einstellwinkel zwischen den Wellenleitern und der Mikrowel lenleistung wiedergeben,

Fig. 6 Kurven, die die Beziehung zwischen einem relativen Einstellwinkel zwischen den Wellenleitern und einer Dünn schicht-Aufdampfrate wiedergeben, und

Fig. 7 eine Kurve, die eine Dickenverteilung einer Dünn schicht in Axialrichtung des Substrats im Falle einer relativen Winkeleinstellung von 240° gegen den Uhrzeiger sinn wiedergibt.

Der Erfinder hat aufwendige Untersuchungen zur Überwindung der vorgenannten Probleme bei dem bekannten Geräte zur Ausbildung einer funktionellen aufgedampften Dünnschicht unter Anwendung des chemischen Aufdampfungsverfahren mit tels eines Mikrowellenplasmas und zum Erfüllen der erfin dungsgemäßen Aufgabe durchgeführt. Der Erfinder ist zu dem Ergebnis gelangt, daß zum Verhindern des Eindringens der Mikrowellen in die gegenseitigen Wellenleiter und des gegenseitigen Interferierens die wirkungsvollste Maß nahme in der passenden Wahl des relativen Einstellungs winkels der Mikrowellenleiter besteht.

Aufgrund dieser Befunde hat der Erfinder ausgiebige Unter suchungen durchgeführt, mit dem Ergebnis, daß, wenn der relative Einstellwinkel zwischen den beiden Wellenleitern auf 60° oder 240° im Gegenuhrzeigersinn eingestellt wird, das Auftreten eines solchen gegenseitigen Eindringens der Mikrowellen, wie es bei den bekannten Geräten für das chemische Aufdampfen mittels Mikrowellenplasma auf tritt, ausreichend verhindert wird.

Darüber hinaus wurde festgestellt, daß diese Bedingung nicht nur wirkungsvoll in dem Falle ist, daß der Aufbau eines Aufdampfungsraumes unterschiedlich ist, sondern auch in dem Falle, daß der Resonanzmodus des Aufdampfungs raumes bzw. einer Aufdampfungskammer unterschiedlich ist, solange das verwendete Mikrowelleneintrittsfenster den selben Resonanzmodus besitzt.

Die Erfindung wurde auf der Grundlage der vorstehenden Befunde gemacht. Das erfindungsgemäße Gerät zur Ausbildung einer funktionellen aufgedampften Dünnschicht unter Anwen dung des chemischen Aufdampfverfahrens mittels Mikrowellen plasma weist eine im wesentlichen umschlossene Vakuumkammer mit einem Aufdampfungsraum auf, der mit einem Wellenleiter für eine Mikrowelle einer Mikrowellen-Leistungsquelle an den beiden sich gegenüberliegenden Stellen ausgestattet ist und zwei den jeweiligen Wellenleitern entsprechende Mikrowellen-Eintrittsfenster, einen Substrathalter mit eingebauter elektrischer Heizung, eine Zuführvorrichtung für ein Ausgangsstoffgas in den Aufdampfungsraum und eine Vorrichtung zum Aussaugen des Aufdampfungsraumes vorsieht,; das Gerät zeichnet sich dadurch aus, daß die beiden Wellen leiter derart angeordnet sind, daß sie einen relativen Einstellwinkel von 60° oder 240° im Gegenuhrzeigersinn zueinander über den Aufdampfungsraum einschließen.

In dem Gerät, das den vorgenannten erfindungsgemäßen Aufbau aufweist, ist die Vakuumkammer mit einer umgebenden Wand aus leitendem Material derart gebildet, daß sich ein zy lindrisch geformter Aufdampfungsraum ergibt, in dem ein leitendes, koaxiales zylindrisches Substrat angeordnet ist, so daß ein koaxialer Mikrowellen-Resonanzaufbau vorge sehen ist. Daher wird die zugeführte Mikrowellenenergie wirkungsvoll in Plasma umgewandelt und in dem System absor biert.

Bei dem erfindungsgemäßen Gerät ist es im Hinblick auf die Steuerung des Ausmaßes des Vakuums des Aufdampfungs raumes auf einen Wert von 1,33 PA (10^-2 Torr) oder weniger und auch im Hinblick auf die Reflexion und Absorption einer Mikrowelle durch Plasmen wünschenswert, die Vakuum kammer baulich mit den Wellenleitern dadurch zu verbinden, daß die Mikrowellen-Eintrittsfenster aus dielektrischem Material gefertigt werden, die auch als Vakuumverschluß dienen.

Da ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel dieses Gerätes im einzelnen derart konstruiert ist, daß die Vakuumkammer mit einem Ausströmungs-bzw. Aussaugrohr versehen ist, das an einer geeigneten Stelle mit einer Aussaugvorrichtung verbunden ist, ist um zu verhindern, daß die Resonanz frequenz sich infolge eines Eindringens der Mikrowelle in das Ausströmungsrohr ändert, außerdem das Anbringen eines geeigneten Mikrowellenabschirmteils erwünscht, das derart ausgebildet ist, daß der Ausströmwiderstand an der Öffnung des Aussaugrohres zum Aufdampfungsraum nicht vergrößert wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Gerät zur Bildung einer funktio nellen aufgedampften Dünnschicht unter Anwendung des chemi schen Aufdampfungsverfahrens mittels Mikrowellenplasma ist der relative Einstellwinkel zwischen den sich gegen überstehenden Wellenleitern auf 60° oder 240° im Gegenuhr zeigersinn eingestellt, wodurch sichergestellt ist, daß eine Mikrowellenenergie sicher in die Vakuumkammer gleichzeitig von mehreren Mikrowellen-Leistungsquellen ohne Interferenz zwischen den Mikrowellen geführt wird.

Die Erfindung wird aufgrund der experimentellen Ergebnisse, die nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden, im einzelnen betrachtet.

Ein typisches Beispiel eines erfindungsgemäßen Gerätes ist in Fig. 1 gezeigt, in der eine Vakuumkammer 1 mit einem Aufdampfungsraum 7, ein oberes und unteres Mikrowel len-Eintrittsfenster 2 a und 2 b aus dielektrischem Material, wie z. B. Aluminiumkeramik oder Quarz, ein oberer und unterer Wellenleiter 3 a und 3 b, die Mikrowellenleistung von (nicht gezeigten) Mikrowellen-Leistungsquellen weiter leiten, ein über ein Aussaugventil mit einer (nicht gezeig ten) Aussaugvorrichtung verbundenes Aussaugrohr 5, ein leitendes zylindrisches Substrat 6, das an einem Substrat halter mit einer (nicht gezeigten) elektrischen Heizung angeordnet ist, und ein Mikrowellenabschirmteil 8 wiederge geben sind, das an der Öffnung des Aussaugrohres 5 zum Aufdampfungsraum 7 angeordnet ist.

Weiterhin sind eine eindringende Mikrowellenleistung 4 a und eine reflektierte Mikrowellenleistung 4 b im oberen Wellenleiter sowie eine einlaufende Mikrowellenleistung 4 c und eine reflektierte Mikrowellenleistung 4 d im unteren Wellenleiter 3 b gezeigt.

Weiterhin ist ein Meßinstrument mit einer Leistungsüber wachungsvorrichtung 9 a und einem Isolator 10 a an dem Gerät vorgesehen.

Der Betrieb zur Dünnschichtausbildung bei dem in Fig.

1 gezeigten Gerät wird auf dieselbe Weise ausgeführt, wie im Falle des bekannten Geräts nach Fig. 2.

Im folgenden wird die Fortpflanzung der Mikrowellenleistung zwischen dem oberen und unteren Wellenleiter 3 a und 3 b durch die Vakuumkammer 1 unter Verwendung des mit dem Gerät verbundenen Meßinstruments erläutert.

Die Leistung der einlaufenden Mikrowelle 4 c von einer (nicht gezeigten) Mikrowellen-Leistungsquelle wird in den unteren Wellenleiter 3 b durch einen Isolator und eine Leistungsüberwachungsvorrichtung geführt (letztere sind nicht gezeigt). Die Mikrowelle wird in einem TE₁₀-Resonanz modus durch den Wellenleiter, das untere Mikrowellen-Ein trittsfenster 2 b mit einem TE₁₁-Modus und die Vakuumkammer 1 mit einem koaxialen Resonanzmodus geführt. In diesem Falle erreicht ein Teil der Mikrowelle das obere Mikrowel len-Eintrittsfenster 2 a, von der ein Teil zum unteren Wellenleiter 3 b als Leistung einer reflektierten Mikrowelle 4 d zurückkehrt.

Die in das obere Mikrowellen-Eintrittsfenster 2 a weiterge leitete Mikrowelle dringt in Abhängigkeit von dem relativen Einstellwinkel zwischen dem oberen Wellenleiter 3 a und dem unteren Wellenleiter 3 b in den Wellenleiter 3 a ein.

Um diesen Umstand festzustellen, wurde die Leistung einer einzubringenden Mikrowelle, d. h. die Leistung der eindrin genden Mikrowelle 4 a mittels der Leistungsüberwachungsvor richtung 9 a gemessen. Als Ergebnis wurde gefunden, daß der größte Teil der Leistung der eindringenden Mikrowelle 4 a in dem Isolator 10 a absorbiert wird, ein kleiner Lei stungsanteil der Mikrowelle jedoch von einer Leiterwand usw. reflektiert wird; d. h. die Leistung der reflektierten Mikrowelle 4 b kehrt durch den Wellenleiter 3 a in die Vaku umkammer 1 zurück.

Nun wurden das obere Mikrowellen-Eintrittsfenster 2 a und der obere Wellenleiter 3 a baulich so ausgelegt, daß sie um die mit dem unteren Wellenleiter 3 b gemeinsame scheinbare Achse drehbar waren. Der Winkel parallel zur Richtung des elektrischen Feldes des unteren Wellenleiters 3 b mit einem TE₁₀-Resonanzmodus wird als 0° definiert, während der relative Winkel zwischen diesem und der Rich tung des elektrischen Feldes des oberen Wellenleiters 3 a, der denselben Resonanzmodus TE₁₀ hat, als R° im Gegenuhrzeigersinn definiert wird.

In Fig. 3(a) ist als typisches Beispiel ein relativer Einstellwinkel zwischen dem oberen und dem unteren Wellen leiter 3 a und 3 b bei dem erfindungsgemäßen Gerät veran schaulicht, wobei eine Mikrowellen-Fortschreitrichtung 4 b′ in dem oberen Wellenleiter 3 a und eine Mikrowellen- Fortschreitrichtung 4 c′ in dem unteren Wellenleiter 3 b gezeigt sind. Im Falle der Fig. 3(a) ist der obere Wellen leiter 3 a derart eingestellt, daß sich ein Winkel im Gegen uhrzeigersinn von 60° zum unteren Wellenleiter 3 b entlang der Mikrowellen-Fortpflanzungsrichtung ergibt.

Richtung und Verteilung jeder elektrischen Kraftlinie im vorstehenden Fall nehmen die in Fig. 3(b) gezeigte Form an, in der elektrische Kraftlinien der Mikrowelle in dem oberen Wellenleiter 3 a als ausgezogene Linien 11 a und elektrische Kraftlinien der Mikrowelle in dem unteren Wellenleiter 3 b als unterbrochene Linien 11 b gezeigt sind.

Ein weiteres typisches Beispiel des vorstehenden relativen Einstellwinkels zwischen den beiden Wellenleitern des erfindungsgemäßen Gerätes ist in Fig. 4(a) gezeigt. In Fig. 4(a) ist der obere Wellenleiter 3 a derart einge stellt, daß er in Ausbreitungsrichtung der Mikrowelle mit dem unteren Wellenleiter 3 b einen Winkel von 240° im Gegenuhrzeigersinn bildet. Richtung und Verteilung der elektrischen Feldlinien nehmen im letzteren Fall die in Fig. 4(b) gezeigte Form an.

In Fig. 5 ist die Fortpflanzung der Mikrowellenleistung für die verschiedenen relativen Einstellwinkel zwischen dem oberen und dem unteren Wellenleiter 3 a und 3 b gezeigt, die experimentell unter Verwendung des in Fig. 1 gezeigten, das Meßinstrument aufweisenden Geräts ermittelt wurde, und zwar unter der Bedingung, daß die innere Atmosphäre des Aufdampfungsraumes 7 der Vakuumkammer 1 auf atmosphäri schen Druck mit einer relativen Dielektrizitätskonstanten 1 eingestellt wurde, was eine wirkungsvolle Übertragung der Mikrowelle im Hinblick auf eine Verringerung einer augenscheinlichen Änderung der eindringenden Mikrowellen leistung 4 a infolge einer Dämpfung der Mikrowellenleistung durch Plasmen gestattet.

In Fig. 5 ist auf der Abscissa ein relativer Einstellwinkel (R°) eines Wellenleiters im Gegenuhrzeigersinn und auf der Ordinate eine Mikrowellenleistung (w) dargestellt; die Kurve 4 a gibt die Leistung einer eindringenden Mikro welle im oberen Wellenleiter wieder, die Kurve 4 b gibt die Leistung einer reflektierten Mikrowelle im oberen Wellenleiter wieder, die Kurve 4 c zeigt die Leistung einer einlaufenden Mikrowelle in dem unteren Wellenleiter und die Kurve 4 d stellt die Leistung einer reflektierten Mikro welle in dem unteren Wellenleiter dar.

Wie Fig. 5 veranschaulicht, ändert sich die Größe der Leistung der eindringenden Mikrowelle 4 a periodisch in Abhängigkeit von der Größe des relativen Einstellwinkels zwischen den beiden Wellenleitern. Die Periode beträgt 180°. Die Leistung der eindringenden Mikrowelle wird im wesentlichen zu Null W bei 60° und 240° des relativen Einstellwinkels zwischen den beiden Wellenleitern. Die Größe der Leistung der reflektierten Mikrowelle 4 b im oberen Wellenleiter ändert sich ebenfalls mit derselben Periode, weil sie proportional zu der Größe der Leistung der eindringenden Mikrowelle 4 a ist.

Die Größe der Leistung der reflektierten Mikrowelle 4 d in dem unteren Wellenleiter ändert sich mit derselben Periode wie im vorstehenden Fall, ist jedoch umgekehrt proportional zu der Größe der Leistung der eindringenden Mikrowelle 4 a, weil die Reflexion der Mikrowelle am Eingang des oberen Wellenleiters 3 a dann maximal wird, wenn die Leistung der eindringenden Mikrowelle 4 a zur Null W wird.

Darüber hinaus wird die Leistung der eindringenden bzw. durchdringenden Mikrowelle unerwünscht groß, wenn der relative Einstellwinkel zwischen den beiden Wellenleitern wie im Falle des in Fig. 2 gezeigten bekannten Gerätes auf 0° eingestellt wird. Ferner wird die Leistung der eindringenden Mikrowelle ebenfalls unerwünscht groß, wenn der relative Einstellwinkel auf 60° im Uhrzeigersinn oder auf 300° entgegen den Uhrzeigersinn eingestellt wird.

Wie vorstehend bestätigt, ist es erforderlich, den relati ven Einstellwinkel zwischen dem oberen und dem unteren Wellenleiter auf 60° oder 240° im Gegenuhrzeigersinn fest zulegen, so das in Fig. 1 gezeigte Gerät eine feste Ein stellung erhält, und zur Ausbildung einer funktionellen aufgedampften Dünnschicht unter Anwendung des chemischen Aufdampfungsverfahren mittels Mikrowellenplasma geeignet ist.

Sofern der relative Winkel zwischen dem oberen und dem unteren Wellenleiter auf 60° oder 240° im Uhrzeigersinn bei dem in Fig. 1 gezeigten Gerät eingestellt wird, werden in der Tat Plasmen gleichmäßig entlang des Raumes erzeugt, der das Substrat umgibt, wodurch die Ausbildung einer aufgedampften Dünnschicht mit gleichmäßiger Dicke und gleichmäßigen Eigenschaften ohne Auftreten der vorgenannten Probleme infolge unerwünschter Bewegung der Leistung einer Mikrowelle, wie sie bei den bekannten Geräten auftritt, gewährleistet werden.

Es wurde versucht eine aus A-Si:H Material zusammengesetzte aufgedampfte Dünnschicht auf einem Aluminiumzylinder von 80 mm Durchmesser und 360 mm Länge unter Verwendung des Geräts nach Fig. 1 und durch ändern des Winkels zwischen dem oberen und dem unteren Wellenleiter 3 a und 3 b im Gegen uhrzeigersinn unter folgenden Bedingungen auszubilden:

Benutzes Gas und
dessen Durchflußrate SiH₄-Gas 500 Norm cm³/min
H₂-Gas 200 Norm cm³/min Substrattemperatur:260°C im Anfangsstadium
320°C im Endstadium Innerer Druck:0,0266 Pa (2 x 10^-3 Torr) Aufzubringende Mikro-
wellenleistung:0,9 kW für die Wellenleiter

Als Ergebnis wurden die in Fig. 6 gezeigten Resultate erhalten, wobei die Abszisse den relativen Einstellwinkel R° zwischen den Wellenleitern im Gegenuhrzeigersinn und die Ordinate die Dünnschicht-Aufdampfrate in 10^-8 cm/s (A/s) wiedergeben.

Wie in Fig. 6 veranschaulicht, wird eine gewünschte Dünn schicht-Aufdampfrate dann erhalten, wenn der relative Winkel zwischen den beiden Wellenleitern 3 a und 3 b auf 60° oder 240° im Gegenuhrzeigersinn eingestellt wird. In jedem der vorstehend genannten Fälle wurde eine er wünschte aufgedampfte Dünnschicht mit einer Dickenver teilung gemäß Fig. 7 erhalten. In Fig. 7 stellen die Abszisse die Dicke des Dünnfilms und die Ordinate den Ort in Richtung der Substratachse dar.

Aus den in Fig. 6 gezeigten Resultaten ist weiterhin er kennbar, daß dann, wenn der relative Winkel zwischen den Wellenleitern 3 a und 3 b sich von 60° oder von 240° ent fernt, keine erwünschte Dünnschichtaufdampfungsrate er halten wird; als Ergebnis erhält der aufgedampfte Film eine unerwünschte ungleichmäßige Dicke und unerwünschte ungleichmäßige Eigenschaften.

Des weiteren wurde gefunden, daß dann, wenn der relative Winkel zwischen den Wellenleitern 3 a und 3 b sich von 60° oder 240° entfernt, sich die Leistung der durchdringenden Mikrowelle vergrößert und in das Magnetron fortpflanzt, so daß die Schwingung instabil wird und schließlich die Entladung abbricht (dieser Zustand ist in Fig. 6 als freier Bereich dargestellt). Ein solches Gerät, das den chemischen Aufdampfprozeß mittels Mikrowellenplasma zur Erzeugung einer aufgedampften Dünnschicht anwendet und Mikrowellen- Eintrittsfenster desselben Resonanzmodus besitzt, die sich auf dem Mikrowellen-Ausbreitungsweg einander gegen überliegen, ist somit nicht beschränkt durch den Aufbau und den Resonanzmodus des Aufdampfungsraumes der Vakuum kammer, in der Plasmen erzeugt werden.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Erfindung auch bei anderen Aufbauarten des Aufdampfungsraumes als dem Aufbau des Aufdampfungsraumes mit koaxialer Resonanz, z. B. einem Aufdampfungsraum-Aufbau mit kreisförmiger Hohlraum-Resonanz wirkungsvoll ist.

Weiterhin kann die Erfindung auch im Falle eines Geräts zur Wärmebehandlung eines Stoffes verwendet werden, wobei eine andere Mikrowellenenergie als im Falle eines Geräts zur Durchführung einer Plasmabehandlung mittels Mikrowel lenenergie verwendet wird.

Die Erfindung schafft somit ein verbessertes Gerät zum Aus bilden eines funktionellen aufgedampften Dünnfilms unter Anwendung eines chemischen Aufdampfverfahrens mittels eines Mikrowellenplasmas, das sich dadurch auszeichnet, daß der relative Einstellwinkel zwischen den sich gegen überstehenden Wellenleitern auf 60° oder 240° im Gegenuhr zeigersinn eingestellt wird, wodurch es möglich wird, die Mikrowellenenergie mehrerer Mikrowellen-Leistungsquel len gleichzeitig ohne Interferenz zwischen denselben in die Vakuumkammer einzuführen.

Claims

1. Gerät zur Ausbildung einer funktionellen aufgedampften Dünnschicht unter Anwendung eines chemischen Aufdampfver fahrens mittels Mikrowellen-Plasma mit einer im wesent lichen umschlossenen Vakuumkammer, die eine Substrathalte vorrichtung enthält, einer Zuführvorrichtung zum Zuführen von Ausgangsstoffgasen in die Vakuumkammer, einer Evakuier vorrichtung zum Evakuieren des Inneren der Vakuumkammer und einer Einführvorrichtung zum Einführen von Mikrowellen von einer Mikrowellen-Leistungsquelle in die Vakuumkammer, dadurch gekennzeichnet, daß sich mehrere Wellenleiter (3 a, 3 b) als Einführvorrichtungen, die auf Mikrowellen- Fortpflanzungswegen angeordnet sind, gegenüberstehen, wobei die relativen Einstellwinkel zwischen den Wellen leitern auf 60° oder 240° im Gegenuhrzeigersinn eingestellt sind.

2. Gerät zum Ausbilden einer funktionellen aufgedampften Dünnschicht unter Anwendung eines chemischen Aufdampfver fahrens mittels Mikrowellen-Plasma nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumkammer (1) einen Mikrowel len-Resonanzaufbau hat.

3. Gerät zum Ausbilden einer funktionellen aufgedampften Dünnschicht unter Anwendung eines chemischen Aufdampfver fahrens mittels Mikrowellen-Plasma nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wellenleiter (3 a, 3 b) baulich mit der Vakuumkammer (1) verbunden ist, wobei ein Mikrowellen-Eintrittsfenster (2 a, 2 b) eine Vakuum-Ver schlußvorrichtung aufweist.