DE4023511A1 - Verfahren und vorrichtung zur durchfuehrung einer vakuumbehandlung - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur durchfuehrung einer vakuumbehandlungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Durchführung von Vakuumbehandlungen, typischerweise von
Plasmabehandlungen, wie beispielsweise Plasma-CVD-Behand
lungen und Plasmaätzen.
Plasmabehandlungen nach dem sogenannten CVD-Verfahren (CVD =
chemical vapor deposition) werden häufig zur Herstellung von
dünnen Diamantfilmen und von dünnen Filmen aus amorphem
Silizium angewendet. Für die Ausbildung feiner Muster zur
Herstellung von Halbleiterelementen wird üblicherweise
Plasmaätzen eingesetzt. Verschiedene Plasmaerzeugungsquellen
werden sowohl für das Plasma-CVD-Verfahren wie auch für das
Plasmaätzen eingesetzt. Typische Plasmaquellen sind Plasma
erzeugungseinrichtungen unter der Verwendung von ECR-Ein
richtungen (ECR = electron cyclotron resonance), wie sie
beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung Nr. 65 843/
1989 (Kokai) offenbart sind, sowie Plasmaerzeugungseinrich
tungen unter der Verwendung von Radiofrequenzinduktions
heizungen. Unter anderem werden Plasmaerzeugungseinrichtun
gen des ECR-Typs wegen ihrer hohen Elektronendichten bevor
zugt sowie deshalb, weil sie höhere Durchsatzraten erlauben
als andere Plasmaerzeugungseinrichtungen.
Die ECR-Plasmaerzeugungseinrichtung ist derart ausgelegt,
daß Elektronen aufgrund von Resonanz beschleunigt werden
mittels einer Interaktion zwischen einem elektrischen Feld
und einem magnetischen Feld, wobei Stoßeinwirkung beschleu
nigter Elektronen das Gas in ein Plasma überführt. Es ist
auch bekannt, bestimmte Ionen aus dem Plasma zu extrahieren
mittels einer Steuerelektrode, beispielsweise einer Ionen
beschleunigungselektrode (s. japanische Patentanmeldung Nr.
1 03 099/1985 von Kokai).
Beim Plasma-CVD-Verfahren werden Ionen und Radikale aus
einem Plasma auf einem Substrat niedergeschlagen, um auf
diesem einen Film auszubilden. Es ist auch möglich, einen
Film auszubilden durch Extrahieren von Elektronen aus einem
Plasma, wobei die Elektronen in Stoßeinwirkung mit einem
vorliegenden Gas (feed gas) gebracht werden, um das Gas in
ein Plasma umzuwandeln, und wobei Ionen und Radikale in dem
Plasma auf ein Substrat niedergeschlagen werden, wie bei
spielsweise offenbart in der japanischen Patentanmeldung Nr.
65 843/1989 (Kokai).
Mit Hilfe der Plasmaätztechnik wird ein Gegenstand (ein
Substrat oder ein Werkstück) geätzt, indem Ionen und Radi
kale dazu veranlaßt werden, in einem Plasma gegen das Objekt
zu stoßen.
Bei der Plasmaerzeugungseinrichtung unter Verwendung von ECR
wird im allgemeinen ein Betriebsdruck von in etwa 10-4 Torr
zugunsten der Ausbildung geeigneter freier Weglängen für
Elektronen und Ionen in einem Plasma aufrechterhalten. Der
Betriebsdruck dieser Größenordnung stellt eine gewisse
Grenze dar für den Durchsatz beim Plasma-CVD-Verfahren und
beim Plasmaätzen. Andere Plasmaerzeugungseinrichtungen,
welche auf einer Radiofrequenzinduktionsheizung od.dgl.
basieren, verwenden höhere Betriebsdrücke als bei dem ECR-
Plasma, resultieren jedoch in einer ziemlich niedrigen
Durchsatzgeschwindigkeit, weil die Elektronendichte und
-temperatur geringer ist, so daß Ionen und Radikale mit
einer geringeren Dichte erzeugt werden.
Für die Plasmabehandlung ist es erforderlich, daß aus
schließlich ganz bestimmte Elektronen, Ionen und Radikale
auf dem zu behandelnden Substrat vorhanden sind. So können
beispielsweise im Falle des Plasma-CVD-Verfahrens unnötige
Elektronen und Ionen eine Beschädigung des Substrats verur
sachen und Defekte auf dem erzeugten Film hinterlassen.
Darüber hinaus können auf der Filmoberfläche unerwünschte
Reaktionen stattfinden, welche erwünschte Reaktionen von
Radikalen oder Ionen verhindern, was eine Verminderung der
Filmbildungsrate zur Folge hat. Schließlich können in der
Plasmaerzeugungskammer erzeugte Teilchen (Spezies) unter
schiedlich dissoziierte Ionen erzeugen, weil Elektronen eine
breite Energieverteilung aufweisen. Versuche, derartige
aktive Teilchen in der Behandlungskammer mit Hilfe einer
Beschleunigungselektrode zugunsten einer gewünschten Film
qualität zu extrahieren, gehen fehl, weil gleichzeitig mit
dieser Extraktion reaktionsverhindernde Ionen extrahiert
werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb
darin, ein Verfahren zur Durchführung einer Vakuumbehandlung
zu schaffen, insbesondere zur Plasmabehandlung eines Gegen
stands mit erhöhter Durchsatzgeschwindigkeit, und zwar unter
Vermeidung einer Beschädigung des Gegenstands sowie unter
Ausschluß unerwünschter Reaktionen auf der Oberfläche des
Gegenstands. Außerdem soll mit der Erfindung eine für dieses
Verfahren besonders geeignete Vorrichtung zur Vakuumbehand
lung geschaffen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf eine Vakuum
behandlung mittels einer Vakuumbehandlungsvorrichtung,
umfassend eine Erzeugungskammer, die eine Einrichtung zur
Erzeugung einer hohen Dichte von Elektronen in derselben
aufweist, eine Behandlungskammer, die in übertragungsver
bindung steht mit der Erzeugungskammer über eine Elektronen
beschleunigungselektrode, und ein Einlaßmittel zum Einleiten
eines Reaktionsgases in die Behandlungskammer, wobei die
Elektronenbeschleunigungselektrode dazu dient, einen Strom
oder einen Fluß von Elektronen aus der Erzeugungskammer
heraus in die Behandlungskammer zu ziehen bzw. zu über
führen, und wobei die Erfindung im Kern darin besteht, daß
ein hochdichter Bereich von Reaktionsgas im wesentlichen
lotrecht zu dem Elektronenfluß in der Behandlungskammer
ausgebildet wird.
Eine Vorrichtung zur Ausführung der Vakuumbehandlung umfaßt
erfindungsgemäß eine Erzeugungskammer mit einer Einrichtung
zur Erzeugung einer hohen Dichte von Elektronen in der
selben, eine Behandlungskammer, die in übertragungsver
bindung steht mit der Erzeugungskammer über eine Elektronen
beschleunigungselektrode, ein Einlaßmittel zum Einleiten
eines Reaktionsgases in die Behandlungskammer und ein
Richtungsübertragungsmittel zwischen der Behandlungskammer
und dem Einlaßmittel, um dem Reaktionsgas eine bestimmte
Richtung, insbesondere eine bestimmte Strömungsrichtung
aufzuprägen. Die Erzeugungskammer dient dazu, Elektronen mit
einer hohen Dichte zu erzeugen, die Aktivierungskammer dient
dazu, Reaktionsgasmoleküle in aktive Teilchen umzuwandeln,
und die Behandlungskammer dient dazu, die aktiven Teilchen
niederzuschlagen oder in Wechselwirkung zu bringen auf einem
bzw. mit einem Gegenstand zwecks Niederschlagsbehandlung.
Essentiell ist dabei, daß aktive Teilchen aus einem Reak
tionsgas erzeugt werden entgegen dem herkömmlichen Ver
fahren, bei welchem Plasmateilchen erzeugt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungs
gemäße Verfahren kombiniert mit der erfindungsgemäßen Vor
richtung derart, daß die Plasmabehandlungsvorrichtung umfaßt
eine Plasmaerzeugungskammer mit einer Einrichtung zur Er
zeugung eines Plasmas in derselben, eine Behandlungskammer,
welche an die Plasmaerzeugungskammer über eine Elektronen
beschleunigungselektrode angeschlossen ist, ein Eingangs
mittel zum Einleiten eines Reaktionsgases in die Behand
lungskammer, wobei die Elektronenbeschleunigungselektrode
dazu dient, einen Elektronenstrom aus dem Plasma in die
Behandlungskammer zu überführen, und wobei in Verbindung mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren ein hochdichter Bereich an
Reaktionsgas im wesentlichen lotrecht zu dem Elektronenstrom
in der Behandlungskammer ausgebildet wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine
Vorrichtung zur Plasmabehandlung vorgesehen mit einer
Plasmaerzeugungskammer, welche eine Einrichtung zur
Erzeugung eines Plasmas in derselben aufweist, eine Behand
lungskammer, welche an die Plasmaerzeugungskammer über eine
Elektronenbeschleunigungselektrode angeschlossen ist, ein
Einlaßmittel zum Einleiten eines Reaktionsgases in die Be
handlungskammer und ein Richtungsübertragungsmittel zwischen
der Behandlungskammer und dem Einlaßmittel, um dem Reak
tionsgas eine bestimmte Richtung, insbesondere Strömungs
richtung aufzuprägen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfaßt
die Plasmabehandlungsvorrichtung eine Plasmaerzeugungskammer
mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Plasmas in der
selben, eine Elektronenbeschleunigungselektrode zum Heraus
ziehen von Elektronenstrahlen aus dem Plasma, eine Kammer
mit einem um deren Umfang angeordneten Magneten zum radialen
Divergieren der Elektronenstrahlen, eine Kollimatorelektrode
zum Kollimieren der divergenten Elektronenstrahlen in im
wesentlichen parallele Elektronenstrahlen, eine Plasma
reaktionskammer, eine Einlaßeinrichtung zum Einleiten eines
Reaktionsgases in die Plasmareaktionskammer, wobei das Reak
tionsgas aktiviert wird durch die kollimierten Elektronen
strahlen in der Plasmareaktionskammer, und eine Plasmabe
handlungskammer, welche in Übertragungsverbindung steht mit
der Plasmareaktionskammer zur Durchführung der Plasmabehand
lung auf einem Gegenstand mittels der Elektronenstrahlen,
und ein Richtungsübertragungsmittel zwischen dem Einlaß
mittel und der der Plasmareaktionskammer, um dem Reaktions
gas eine bestimmte Richtung aufzuprägen.
Gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist
eine Plasmabehandlungsvorrichtung vorgesehen mit einer
Plasmaerzeugungskammer, welche eine Einrichtung zur Er
zeugung eines Plasmas in derselben umfaßt, einer Elektronen
beschleunigungselektrode zum Herausziehen von Elektronen
strahlen aus dem Plasma, einer Plasmareaktionskammer, einem
Einlaßmittel zum Einleiten eines Reaktionsgases in die
Plasmareaktionskammer, wobei Reaktionsgas aktiviert wird
durch die Elektronenstrahlen in der Plasmareaktionskammer,
einer Ionenbeschleunigungselektrode zum Herausziehen von
Ionenstrahlen aus dem Plasma der Reaktionskammer, einer
Kammer mit einem um deren Umfang angeordneten Magneten zum
radialen Divergieren der Ionenstrahlen, einer Kollimator
elektrode zum Kollimieren der divergenten Ionenstrahlen in
im wesentlichen parallele Ionenstrahlen, einer Plasmabehand
lungskammer zur Durchführung der Plasmabehandlung auf einem
Gegenstand mittels der kollimierten Ionenstrahlen sowie
Richtungsübertragungsmitteln zwischen dem Einlaßmittel und
der Plasmareaktionskammer, um dem Reaktionsgas eine be
stimmte Strömungsrichtung aufzuprägen.
Gemäß vorteilhaften Weiterbildungen besteht die Plasma
erzeugungseinrichtung aus einem Elektronenzyklotronreso
nanzmittel. Weiterhin kann vorteilhafterweise eine Ionen
beschleunigungselektrode und/oder eine Ionenblockierelek
trode in der Behandlungskammer vorgesehen sein. Schließlich
kann in der Wandung der Behandlungskammer in Gegenüberlage
zu dem Richtungsübertragungsmittel ein Hochvakuumgasabsaug
anschluß angeordnet sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße
Vorrichtung weisen die nachfolgenden Vorteile auf.
Ein hochdichter Bereich an Reaktionsgas wird im wesentlichen
lotrecht zu einem Elektronenstrom ausgebildet, der in der
Behandlungskammer der Vorrichtung mittels der Elektronen
beschleunigungselektrode sich fortpflanzt, wobei der Elek
tronenstrom bzw. -fluß mit dem hochdichten Bereich kolli
diert. Im Ergebnis wird eine erhöhte Menge an Plasma erzeugt
und die Durchsatzgeschwindigkeit wird erhöht. Der hochdichte
Bereich an Reaktionsgas wird durch Einführen des Reaktions
gases in die Behandlungskammer über das Richtungsüber
tragungsmittel ausgebildet. Die Durchsatzgeschwindigkeit ist
zwei-, drei- oder mehrfach höher durch die Ausbildung der
hochdichten Reaktionsgaszone im Vergleich zu einer Anordnung
mit Abwesenheit dieser Zone.
Bei der Ausführungsform, bei welcher eine Ionenbeschleuni
gungselektrode und/oder eine Ionenblockierelektrode in der
Behandlungskammer vorgesehen sind, können Elektronen oder
Ionen aus der Plasmaerzeugungskammer selektiv extrahiert und
dem zu behandelnden Gegenstand zugeführt werden, woraus eine
erhöhte Durchsatzgeschwindigkeit resultiert sowie ein Film
hoher Qualität, während eine Beschädigung des Gegenstands
und unerwünschte Reaktionen auf der Gegenstandsoberfläche
verhindert werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel, bei welchem ein Hochvakuumgas
absauganschluß an der Wandung der Behandlungskammer in
Gegenüberlage zu dem Richtungsübertragungsmittel angeordnet
ist, wird das in die Behandlungskammer über das Richtungs
übertragungsmittel eingeleitete Reaktionsgas daran gehin
dert, an den Kammerwandungen zurückgestreut zu werden,
wodurch Strömungstörungen des Reaktionsgases verhindert
werden. Der hochdichte Bereich wird in stabiler Weise auf
rechterhalten.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem die
der Plasmaerzeugungskammer entspringenden Elektronenstrahlen
unter dem Einfluß eines magnetischen Feldes aufgeweitet
werden bzw. divergiert werden, bis der Elektronenstrahlfluß
eine größere Querschnittsfläche als die Plasmaerzeugungs
kammer aufweist, ist eine Plasmabehandlung über einen
größeren (Gegenstands-) Oberflächenbereich möglich. Die
radial divergierten Elektronenstrahlen werden in im wesent
lichen parallele Strahlen kollimiert, bevor sie in die
Plasmareaktionskammer eintreten, wo das Reaktionsgas mittels
der Elektronenstrahlen aktiviert wird. Da ein hochdichter
Bereich an Reaktionsgas ausgebildet wird im wesentlichen
lotrecht zu den Elektronenstrahlen in der Plasmareaktions
kammer, ist die Dichte an aktiviertem Reaktionsgas hoch
genug, um eine erhöhte Durchsatzgeschwindigkeit zu erlauben.
Wenn eine Ionenbeschleunigungselektrode und/oder eine Ionen
blockierelektrode zusätzlich an der Zwischenfläche zwischen
der Plasmareaktionskammer und der Plasmabehandlungskammer
vorgesehen ist bzw. vorgesehen sind, können Elektronen oder
Ionen selektiv aus der Plasmakammer extrahiert und an den
Gegenstand in der Plasmabehandlungskammer überführt werden,
was ebenfalls einer Erhöhung der Durchsatzgeschwindigkeit
zugute kommt sowie der Filmqualität, während gleichzeitig
eine Beschädigung des Gegenstands und eine unerwünschte
Reaktion auf der Gegenstandsoberfläche verhindert werden.
Schließlich ist es bei einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung vorgesehen, das Reaktionsgas in dem hoch
dichten Bereich mittels der Elektronenstrahlen zu akti
vieren, welche von der Plasmaerzeugungskammer ausgehen sowie
durch Elektronenstrahlen, die extrahiert werden von der
aktivierten Reaktionsgaswolke. Die Ionenstrahlen werden
radial aufgefächert unter dem Einfluß eines magnetischen
Feldes und daraufhin kollimiert in im wesentlichen parallele
Strahlen, bevor diese die Plasmabehandlungskammer erreichen
und in diese eintreten, in welcher der zu behandelnde Gegen
stand mittels der kollimierten Ionenstrahlen behandelt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher
erläutert; in diesen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Aus
führungsform der erfindungsgemäßen Plasma
behandlungsvorrichtung,
Fig. 2a, 2b und 2c Konturen eines strahlenförmigen Mole
kularflusses, der aus einem Durchbruch in einer
Platte austritt und als Richtungsübertragungs
mittel in der Vorrichtung verwendet wird,
Fig. 3 und 5 schematische Ansichten einer zweiten Aus
führungsform der erfindungsgemäßen Plasmabehand
lungsvorrichtung, wobei die in Fig. 5 gezeigte
Vorrichtung eine Modifikation der Vorrichtung
von Fig. 3 darstellt, und
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer dritten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Plasma
behandlungsvorrichtung.
Zunächst soll die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform der
Plasmabehandlungsvorrichtung näher beschrieben werden. Die
allgemein mit 1 bezeichnete Plasmabehandlungsvorrichtung
umfaßt eine Plasmaerzeugungskammer 2 mit Mitteln zur Er
zeugung eines Plasmas und eine Behandlungskammer 4, die über
eine Elektronenbeschleunigungselektrode 3 in übertragungs
verbindung mit der Plasmaerzeugungskammer 2 steht. Häufig
sind beide Kammern, nämlich die Plasmaerzeugungskammer 2 und
die Plasmabehandlungskammer, nebeneinander angeordnet bzw.
-gestellt und in einem gemeinsamen Gehäuse ausgebildet,
welches die Gestalt eines länglichen Zylinders oder eine
rechteckige Form aufweist. In der Fig. 1 ist mit Längsrich
tung bzw. mit axialer Richtung des Gehäuses dessen Er
streckung von links nach rechts gemeint.
Ein an einen (nicht dargestellten) Mikrowellenerzeuger an
geschlossener Wellenleiter 21 ist mittels eines Mikrowellen
eingangsfensters 22 an die Plasmaerzeugungskammer 2 ange
schlossen. Ein Magnet 23 ist um die Plasmaerzeugungskammer 2
herum angeordnet. Diese Elemente bilden das Plasmaerzeu
gungsmittel des ECR-Typs (ECR = electron cyclotron
resonance). Der Magnet 23 kann ein Permanentmagnet oder ein
sonstiges Magnetfeld erzeugendes Mittel sein, soweit dieses
Mittel dazu in der Lage ist, ein ausreichendes Magnetfeld zu
erzeugen, um die ECR-Bedingungen zu erfüllen.
Die Behandlungskammer 4 umfaßt Plasmareaktions- und Behand
lungsabschnitte 41 und 42, die über eine Elektronenbeschleu
nigungselektrode 8 sowie eine Ionenblockierelektrode 9 in
wechselseitiger Übertragungsverbindung miteinander stehen.
Der Plasmareaktionsabschnitt 41 ist mit einer Eingangsein
richtung in Gestalt einer (Rohr-)Leitung 5 versehen, über
welche ein Reaktionsgas eingeleitet wird sowie mit einem
Auslaßanschluß 7, welcher an einen Hochvakuumerzeuger ange
schlossen ist. Die Plasmabehandlungssektion 42 ist mit einem
Auslaßanschluß 10 versehen, welcher an einen Niedervakuum
erzeuger angeschlossen ist. Ein Halter 100 zum Haltern eines
Gegenstands 101 an demselben ist in der Plasmabehandlungs
sektion 42 angeordnet.
Zur Durchführung einer Plasmabehandlung in der Vorrichtung 1
wird das Gas in der Vorrichtung mittels einer (nicht darge
stellten) Ölrotationspumpe über den Niedrigvakuumausgangs
anschluß 10 abgezogen, bis in der Vorrichtung ein Nieder
vakuum eingestellt ist. Für die weitere Evakuierung dient
eine (nicht dargestellte) Pumpe vom Molekularpumpentyp,
mittels welcher über den Hochvakuumausgangsanschluß 7 ein
Vakuum angelegt wird, bis in der Vorrichtung ein Hochvakuum
von etwa 10-6 bis 10-7 Torr geschaffen worden ist.
Daraufhin wird in die Behandlungskammer 4 über die Eingangs
leitung 5 ein Reaktionsgas eingeleitet. Das Reaktionsgas
fließt mittels Diffusion in die Plasmaerzeugungskammer 2.
Mikrowellenenergie bzw. eine Mikrowelle wird in die Plasma
erzeugungskammer 2 über das Einlaßfenster 22 eingespeist,
während der Magnet 23 ein Magnetfeld erzeugt, das hinreicht,
um in der Plasmaerzeugungskammer 2 ECR-Bedingungen zu
schaffen. Das elektrische Mikrowellenfeld wirkt mit dem
magnetischen Feld zusammen, um Elektronen in der Plasma
erzeugungskammer 2 zu beschleunigen, welche zur Erzeugung
eines Plasmas in Kollision gelangen mit Reaktionsgasmole
külen.
Die Elektronenbeschleunigungselektrode 3 dient dazu, Elek
tronen selektiv aus dem Plasma herauszuziehen, das in der
Kammer 2 erzeugt ist, sowie dazu, diese zu beschleunigen.
Die Elektronenbeschleunigungselektrode 3 umfaßt ein Paar
einander gegenüberstehender Elektrodenplatten, wobei die auf
der Seite der Behandlungskammer 4 gelegene Elektrodenplatte
ein höheres Potential aufweist als die andere Elektroden
platte, welche an der Seite der Plasmaerzeugungskammer 2
gelegen ist. Jede der Elektrodenplatten kann von einer her
kömmlichen Elektrodenplatte gebildet sein, wie beispiels
weise einer Metallnetzplatte.
Die Spannungsversorgung für die Elektronenbeschleunigungs
elektrode 3 ist vorzugsweise eine einstellbare Spannungs
quelle, die es erlaubt, die Energie der selektiv abgetrenn
ten Elektroden so zu steuern, daß ein Plasma gewünschter Art
in die Behandlungskammer 4 induziert bzw. eingeleitet wird.
Dabei ist es nicht unbedingt notwendig, daß das Reaktionsgas
in der Behandlungskammer 4 sich in einem Plasmazustand be
findet, zumindest dann nicht, wenn aktive Spezien (species)
erzeugt werden.
Die mittels der Elektronenbeschleunigungselektrode 3 heraus
gezogenen bzw. abgetrennten Elektronen treten in die Behand
lungskammer 4 als ein Fluß von Elektronen ein, welche eine
(bevorzugte) Richtung bzw. Bewegungsrichtung aufweisen.
In der Behandlungskammer 4 ist ein hochdichter Bereich von
Reaktionsgas ausgebildet, der sich im wesentlichen lotrecht
zu dem gerichteten Elektronenfluß erstreckt. Dabei kommt es
an sich weniger darauf an, wie dieser hochdichte Bereich im
einzelnen erzeugt wird. Vorzugsweise ist jedoch ein Mittel 6
vorgesehen, mit welchem dem Reaktionsgas eine (Bewegungs-)
Richtung verliehen wird, die lotrecht verläuft zu dem ge
richteten Elektronenfluß, welches Mittel zwischen der Be
handlungskammer und der Eingangsleitung 5 angeordnet ist.
Das Reaktionsgas ist auf einen Bereich begrenzt, welcher
eine lotrecht zu der Längsrichtung (der Vorrichtung) ver
laufende Ebene aufspannt. Auf diese Weise kann ein hoch
dichter Bereich von Reaktionsgas problemlos eingestellt
werden.
Das Übertragungsmittel 6 kann eine Platte mit einer Mehrzahl
von Bohrungen bzw. Durchbrüchen umfassen. Um dem Reaktions
gas die gewünschte Bewegungsrichtung zu verleihen, sind die
Bohrungen in der dünnen Platte im wesentlichen lotrecht zu
dem gerichteten Elektronenfluß ausgebildet, wie er folgend
auf die Elektronenbeschleunigungselektrode 3 ausgebildet
ist. Das Übertragungsmittel 6 dient dazu, dem Reaktionsgas
bei dessen Durchtritt von der Eingangsleitung 5 in die Hoch
vakuumkammer 4 über die Bohrungen in der dünnen Platte die
gewünschte Bewegungsrichtung zu verleihen. Auf diese Weise
ist in der Vakuumkammer 4 ein hochdichter Bereich (von Reak
tionsgasmolekülen) geschaffen.
Die Gasmoleküle, welche die Bohrungen in der dünnen Platte
passiert haben, bilden einen strahlenförmigen Molekülfluß in
axialer Richtung der Bohrungen. Die Konfiguration des strah
lenförmigen Molekülflusses hängt ab von dem Verhältnis der
Länge zu dem Radius jeder Bohrung bzw. jedes Loches, d.h.,
es kommt an auf das Verhältnis l/r, wobei l die Länge und r
den Radius der Löcher bezeichnet.
In den Fig. 2a, 2b und 2c sind Konturen gleicher Molekül
gaskonzentration dargestellt, von Molekülen, welche durch
eine Bohrung hindurchtreten, wobei das Verhältnis l/r 1,4
bzw. 40 beträgt. Diese Konturen stellen die Kontur des
strahlenförmigen Molekülflusses dar. In den genannten
Figuren stellen die linken und rechten Seiten der Löcher die
Niedrigvakuum- und Hochvakuumseiten dar, und die Gasmoleküle
fließen bzw. bewegen sich in der Richtung des in den Figuren
dargestellten Pfeils.
Vorzugsweise beträgt das Verhältnis von Lochlänge zu Loch
radius l/r 1 bis 500, wobei besonders bevorzugt sind Werte
von 5 bis 400. Werte außerhalb des genannten Bereichs sind
weniger geeignet, um dem Reaktionsgas die notwendige Rich
tung zu verleihen, wobei insbesondere größere Werte für das
Verhältnis l/r den Reaktionsgasfluß drosseln würden, was auf
Kosten einer hohen Konzentration des Reaktionsgasstroms in
der Behandlungskammer 4 gehen würde.
Der Durchmesser (2r) der Bohrungen beträgt vorzugsweise 0,01
bis 5000 µm, wobei besonders bevorzugt sind Werte von 0,03
bis 500 µm. Außerhalb des genannten Bereichs würden
kleinere Durchmesser dazu führen, daß der Reaktionsgasfluß
gedrosselt wird, wiederum mit der Folge, daß sich in der
Behandlungskammer 4 nicht die gewünschte hohe Reaktionsgas
konzentration einstellt. Größere Durchmesser hingegen, also
Durchmesser, die außerhalb des genannten Bereichs liegen,
würden dazu führen, daß die Reaktionsgasmoleküle miteinander
in Wechselwirkung geraten, mit der Folge einer Streuung des
Reaktionsgasflusses, was ebenfalls dazu führen würde, daß
sich der in den Fig. 2a bis 2c dargestellte Reaktionsgas
fluß nicht einstellt.
Die Population bzw. die Anzahl der über die Platte verteil
ten Bohrungen bzw. Löcher, die mit dem Durchmesser variiert,
ist vorzugsweise so hoch wie möglich, wo beispielsweise pro
Quadratzentimeter mindestens 102 Löcher vorgesehen sind.
Eine möglichst hohe Population der Löcher kommt der Güte des
hochdichten Bereichs zugute.
Die Breite bzw. der Bereich des Abschnitts auf der dünnen
Platte, auf welcher bzw. auf welchem die Löcher ausgebildet
sind (die Länge in der Elektronenflußrichtung) ist grund
sätzlich nicht beschränkt, obwohl eine Breite von mindestens
3 mm, vorzugsweise mindestens 5 mm, bevorzugt ist. Grund
sätzlich gibt es auch keine obere Grenze für diese Breite,
obwohl eine maximale Breite von 50 mm, vorzugsweise 20 mm,
wünschenswert ist, um die erzeugten aktiven Spezien oder
Teilchen steuern zu können.
Um zugunsten der Durchsatzgeschwindigkeit die Quantität des
erzeugten Plasmas zu erhöhen, sind die Löcher vorzugsweise
über im wesentlichen die gesamte Platte verteilt, und zwar
in einer Querrichtung der Kammer (lotrecht zu dem Elektro
nenfluß bzw. in Blickrichtung des Betrachters von Fig. 1).
Da die Dicke der dünnen Platte bzw. deren Stärke der Länge
der Bohrungen entspricht, mit anderen Worten die Platte also
nicht allzu massiv ist, ist diese vorzugsweise auf einen
maschen- oder gitterartigen Träger aufgebracht.
Das Material, aus welchem die dünne Platte besteht, unter
liegt grundsätzlich keinen Beschränkungen und kann ausge
wählt sein aus unterschiedlichen Harzen, wie beispielsweise
Polycarbonaten und Polyestern, aus verschiedenen Glassorten
und Metallen. Die Löcher können in einer dünnen Harzplatte
mittels chemischer Ätztechniken ausgebildet sein, nachdem
die Platten energetischen Teilchen, wie beispielsweise
Neutronen, ausgesetzt worden sind. Falls die dünne Platte
aus Metall besteht, kommen zur Locherzeugung Ätztechniken
infrage oder andere entsprechend geeignete Techniken. Im
Fall von Glas kann beispielsweise eine Anordnung von Glas
röhren verwendet werden. Alternativ hierzu können auch
kommerziell erhältliche Membranfilter als Richtungsüber
tragungsmittel verwendet werden. Bevorzugte Membranfilter
sind Nuklearpore-Membranfilter der Nukleapore Corporation.
Im Bedarfsfall kann eine weitere Ionenblockierelektrode
zwischen dem Richtungsübertragungsmittel und der Behand
lungskammer angeordnet sein, um den Eintritt von Ionen in
das Richtungsübertragungsmittel zu verhindern.
Die von den als Richtungsübertragungsmittel verwendeten
Löchern injizierten Molekülstrahlen bilden als Gesamtheit
betrachtet einen vorhangartigen Molekülfluß, welcher den
vorstehend beschriebenen hochdichten Bereich bildet.
Der Druck des hochdichten Bereichs sollte vorzugsweise in
etwa 10-3 bis 1 Torr betragen, um die Behandlungsrate in
gewünschter Höhe zu erreichen, und um einen geeigneten Druck
in dem System aufrechtzuerhalten, der sich von demjenigen in
dem hochdichten Bereich unterscheidet. Obwohl es schwierig
ist, den Druck in dem hochdichten Bereich aktuell zu messen,
kann davon ausgegangen werden, daß ein Druck der vorstehend
genannten Höhe in dem Bereich herrscht. Diese Annahme
basiert auf der mit der vorstehend beschriebenen Vorrichtung
erreichbaren hohen Durchsatzrate.
Der Druck in der Plasmaerzeugungskammer 2 und in der Behand
lungskammer 4 außerhalb des hochdichten Bereichs beträgt
vorzugsweise 10-5 bis 10-3 Torr, insbesondere 10-5 bis 10-4
Torr. Bei niedrigeren Drücken ist es kaum möglich, eine hohe
Elektronendichte zu erreichen, wobei bei höheren Drücken
Stoßkollisionen von Gasmolekülen in dem hochdichten Bereich
mit verbleibenden Gasmolekülen (Molekülen außerhalb des
Bereichs) unterhalb der Schwelle liegen, welche für die
Ausbildung hinreichender Ionenströme erforderlich ist.
Der Differentialdruck zwischen dem Reaktionsgaseinlaßrohr 5
und der Behandlungskammer 4 und die Durchflußrate des Reak
tionsgases durch das Richtungsübertragungsmittel 6, welche
beide notwendig sind, um den vorstehend genannten Druck in
der hochdichten Reaktionsgaszone zu erzeugen, können empi
risch ermittelt werden. Die Zufuhr von Reaktionsgas zu dem
Einlaßrohr 5 ist vorzugsweise mittels eines (nicht darge
stellten) Massenflußreglers reguliert, und die beiden oder
mehreren Gase werden vorzugsweise kontrolliert vermischt, um
ein Reaktionsgasgemisch zu bilden, und zwar unter Verwendung
von zwei oder mehreren Massenflußreglern.
Die Ionenzieh- und Blockierelektroden 8 und 9 umfassen drei
parallel verlaufende Elektrodenplatten, wobei die zentrale
Platte von den Elektroden geteilt wird. Die Ionenbeschleuni
gungselektrode 8 wird betrieben durch Anlegung von Spannung
über dieselbe so, daß die Elektrodenplatte auf der Seite der
Plasmareaktionssektion 41 mit Bezug auf die zentrale Elek
trodenplatte ein positives Potential aufweist. Auf diese
Weise werden die Ionen des Behandlungsgases in dem Plasma
über die Elektrode beschleunigt, während Elektronen abge
bremst werden.
Die Ionenblockierelektrode 9 wird betrieben durch Anlegung
einer Spannung über dieselbe derart, daß die Elektroden
platte auf der Seite der Plasmabehandlungssektion 42 sich
auf einem positiven Potential mit Bezug auf die zentrale
Elektrodenplatte befindet. Auf diese Weise werden Ionen des
Behandlungsgases in dem Plasma über die Elektrode abge
bremst, während Elektronen beschleunigt werden.
Wenn beide Elektroden, nämlich die Ionenzieh- und Blockier
elektroden 8 und 9 zur selben Zeit betrieben werden, werden
sowohl Elektronen wie Ionen abgebremst, und davon abge
halten, über die Elektroden hinaus auf den Gegenstand 101
zuzuwandern. Aus diesem Grunde wandern insbesondere nur
neutrale Teilchen in dem Plasma im Anschluß an die Elek
troden. Falls es gewünscht wird, daß ausschließlich neutrale
Teilchen in die Plasmabehandlungssektion 42 gelangen, ist
diese Sektion 42 mit einem Auslaßanschluß 11 zur Durchfluß
regulierung zu versehen. Durch Abziehen des Gases durch den
Auslaßanschluß 11 kann zur Erhöhung der Durchflußrate in die
Kammer zwangsweise ein (Gas-)Fluß induziert bzw. eingeführt
werden. Der Auslaßanschluß 11 ist an eine Hochvakuumpumpe
angeschlossen, beispielsweise an eine Turbomolekularpumpe,
wie sie an den Hochvakuum-Gasabzugsanschluß 7 angeschlossen
ist.
Welche der Elektroden letztendlich installiert und betrieben
wird, hängt von der gewünschten, speziellen Plasmabehandlung
ab.
Vorzugsweise wird an die genannten Elektroden eine einstell
bare Spannungsversorgung angeschlossen. Durch ein Einstellen
der angelegten Spannung kann die Energie abgezogener Ionen
gesteuert werden. Moderate Beschleunigungsbedingungen bei
Spannung unterhalb von 200 V erlauben die Ausbildung dünner
bzw. empfindlicher Filme, weil auf diese Weise die Gefahr
einer Beschädigung des Films durch energetische Ionen herab
gesetzt ist.
Das Richtungsübertragungsmittel 6 ist vorzugsweise im Be
reich der Ionenzieh- und Blockierelektroden 8 und 9 ange
ordnet, weil Elektronen und Ionen von dem Reaktionsgasplasma
in effizienter Weise über Elektroden gelangen können, woraus
eine erhöhte Durchsatzrate resultiert.
Der Hochvakuumgasabzugsanschluß 7 dient dazu, in der Vor
richtung während der Plasmabehandlung einen vorbestimmten
Druck aufrecht zu erhalten. In dem dargestellten Ausfüh
rungsbeispiel ist der Hochvakuumgasabzugsanschluß 7 an der
Wand der Behandlungskammer 4 angeordnet, welche dem Rich
tungsübertragungsmittel 6 gegenüberliegt. Die Anordnung des
Gasabzugsanschlusses 7 in dieser Stellung ist von Vorteil,
weil verhindert wird, daß solche Gasmoleküle des zugeführten
Reaktionsgases von dem Richtungsübertragungsmittel 6 fern
gehalten werden, die von der Kammerwandung zurückgestreut
und nicht aktiviert oder erregt worden sind, wodurch er
reicht wird, daß der Anteil der untererregten Gasmoleküle,
welche den Gegenstand 101 erreichen, vermindert ist. Dadurch
können im Falle eines Plasma-CVD-Verfahrens alle Reaktionen
verhindert werden, die hinderlich sind für die verfahrens
gemäße synthetische Reaktion, wodurch die Ausbildung hoch
qualitativer Filme sichergestellt wird. Aus demselben Grunde
ist im Falle des Plasmaätzens ein anisotropes Ätzen mit
gerichteten aktiven Teilchen mit hoher Rate möglich.
Der Halter 100 ist an Heizmittel 102 und eine Grundspan
nungsversorgung 103 außerhalb des Gehäuses angeschlossen.
Das Heizmittel 102 ist vorgesehen, weil es häufig notwendig
ist, den Gegenstand 101 während der Plasma-CVD-Behandlung zu
beheizen. Mit Hilfe der Grundspannungsversorgung 103 wird
eine Grundspannung (bias voltage) an den Gegenstand 101
angelegt. Je nach Anwendungsfall kann diese Grundspannung
eine Gleich- oder Wechselspannung sein.
Der Halter 100 ist in dem Gehäuse für eine Vor- und Rück
stellbewegung vorgesehen, um den Gegenstand 101 innerhalb
der mittleren freien Weglänge der Moleküle in Abhängigkeit
von den jeweiligen Behandlungsbedingungen positionieren zu
können.
Die Behandlungskammer 4 kann jede gewünschte Gestalt auf
weisen, vorzugsweise ist sie als länglicher Zylinder aus
gebildet oder weist eine rechteckige Form auf. Die Abmessun
gen der Behandlungskammer 4 sind nicht kritisch. Typischer
weise beträgt der Abstand zwischen der Elektronenbeschleuni
gungselektrode 3 und der Ionenbeschleunigungselektrode 8 in
etwa 30 bis 200 mm, und der Abstand zwischen der Ionen
blockierelektrode 9 und dem Gegenstand 101 in etwa 100 bis
500 mm.
Obwohl die Plasmaerzeugungs- und Behandlungskammern 2 und 4
in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel denselben
Innendurchmesser aufweisen, kann der Innendurchmesser der
Behandlungskammer 4 größer gewählt werden als derjenige der
Plasmabehandlungskammer 2. In dem modifizierten Ausführungs
beispiel kann ein Elektronenfluß größeren Querschnitts ge
bildet werden, indem die Elektronenbeschleunigungselek
trode 3 von der in Fig. 1 gezeigten Stellung nach rechts
geschoben wird. Auf diese Weise eignet sich die vorstehend
beschriebene Vorrichtung für Gegenstände mit einem größeren
Oberflächenbereich. Weiterhin kann an der Peripherie der
Behandlungskammer 4 ein Magnet vorgesehen sein zwischen der
Plasmabehandlungskammer und der Elektronenbeschleunigungs
elektrode, um die Elektronen zur Kammerwandung hin zu
lenken. Diese Ausführungsformen werden nachfolgend in
Zusammenhang mit den Fig. 3 bis 5 näher beschrieben.
Der Typ des Plasmaerzeugungsmittels ist nicht kritisch. Im
Bedarfsfall kann die vorstehend genannte Plasmabehandlungs
einrichtung vom ECR-Typ ersetzt werden durch jede andere
geeignete Plasmabehandlungseinrichtung, nämlich beispiels
weise durch eine Einrichtung, mit welcher Mikrowellen
parallel zu einem magnetischen Feld geleitet werden, um eine
Elektronendichte zu ermöglichen. Unter anderem sind Plasma
erzeugungsmittel vom ECR-Typ sowie von dem Mikrowellen-
Parallelführungstyp aufgrund der jeweils erreichbaren hohen
Elektronendichte von Vorteil.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Plasma
behandlungsvorrichtung, wobei eine Modifikation dieses Aus
führungsbeispiels in Fig. 5 dargestellt ist.
Die Plasmabehandlungsvorrichtung ist allgemein mit 1 be
zeichnet und umfaßt eine Plasmaerzeugungskammer 2, eine
Elektronenbeschleunigungselektrode 3 zum Extrahieren bzw.
Herausziehen von Elektronenstrahlen aus der Kammer 2, eine
Streukammer 32 zum radialen Auseinanderziehen der Elek
tronenstrahlen, eine Kollimatorelektrode 31 zum Kollimieren
mit Elektronenstrahlen, eine Plasmareaktionskammer 41 und
eine Plasmabehandlungskammer 42, wobei die beiden Kammern in
Reihe angeordnet sind. Eine Einlaßleitung 5 ist an die
Plasmareaktionskammer 41 zwecks Einleitung eines Reaktions
gases in dieselbe angeschlossen. Ein Magnet 33 ist über dem
Umfang der Trennkammer zum radialen Auseinanderführen der
Elektronenstrahlen angeordnet. Da mehrere der Bauteile in
etwa denselben Aufbau aufweisen und dieselbe Funktion haben
wie die entsprechenden Bauteile der Vorrichtung gemäß Fig.
1, wird bezüglich dieser Bauteile auf die vorstehende Be
schreibung des ersten Ausführungsbeispiels der Plasmabehand
lungsvorrichtung verwiesen.
Zum Durchführen einer Plasmabehandlung mittels der Vor
richtung 1 gemäß Fig. 3 wird nach dem Aufbau eines Hoch
vakuums entsprechend dem anhand von Fig. 1 beschriebenen
Vakuumaufbau ein Reaktionsgas in die Plasmareaktionskammer
41 über die Einlaßleitung 5 eingespeist. Das Reaktionsgas
strömt mittels Diffusion in die Plasmaerzeugungskammer 2
ein.
Eine Mikrowelle wird in die Plasmaerzeugungskammer 2 über
das Eingangsfenster 22 eingeleitet, während der Magnet 23
ein Magnetfeld erzeugt, das hinreicht, um in der Plasma
erzeugungskammer 2 ECR-Bedingungen zu schaffen. Das elek
trische Mikrowellenfeld wirkt mit dem Magnetfeld zusammen,
um in der Plasmaerzeugungskammer 2 Elektronen zu beschleu
nigen, um zugunsten eines Plasmas die Elektronen mit Reak
tionsgasmolekülen zur Kollision zu bringen.
Die Elektronenbeschleunigungselektrode 3 dient dazu, Elek
tronen selektiv aus dem in der Kammer 2 erzeugten Plasma
herauszuziehen. Die derart herausgezogenen oder gewonnenen
Elektronenstrahlen sind in etwa parallele Elektronen
strahlen, die sich zur rechten Seite der Figur hin fort
pflanzen, und der Elektronenstrahlfluß als Ganzes weist
ungefähr dieselbe Querschnittsfläche auf wie die Plasma
erzeugungskamnmer 2.
Das durch den Magneten 33 erzeugte Magnetfeld dient dazu,
die Elektronenstrahlen radial auseinanderzuführen, um
dadurch die Querschnittsfläche des Strahlenflusses zu
erweitern bzw. zu vergrößern. Der Magnet 33 erzeugt in der
Trennkammer 32 ein Magnetfeld, dessen Intensität zu der
Kollimatorelektrode 31 hin allmählich abnimmt. Das magne
tische Feld übt auf die Elektronenstrahlung in einer
Richtung zur Wandung der Kammer hin derart eine Kraft aus,
daß der Durchmesser des Elektronenstrahlflusses zunimmt. Der
Ausdruck "radial" wird mit Bezug auf eine Längsachse des die
Kammer festlegenden Gehäuses verwendet. Der Magnet 33 kann
ein beliebiger Magnet sein, der geeignet ist, eine Kraft auf
die Elektronenstrahlen auszuüben. Vorzugsweise wird ein
ringförmiger Magnet derart angeordnet, daß sein N-Pol auf
der Seite der Elektronenbeschleunigungselektrode 3 und sein
S-Pol an der Seite der Kollimatorelektrode 31, wie in Fig. 3
gezeigt, liegt. Vorzugsweise ist weiterhin ein Zusatzmagnet
(nicht gezeigt) gegenüber der N-Polseite des ringförmigen
Magnets 33 angeordnet. Der Zusatzmagnet ist ebenfalls als
ringförmiger Magnet ausgeführt, dessen Innendurchmesser
kleiner ist als derjenige des Ringmagnets 33 und N- und
S-Pole aufweist, die entlang des inneren und äußeren Umfangs
desselben angeordnet sind. Der Zusatzmagnet wirkt zusammen
mit dem primären Magnet 33, um ein Magnetfeld zu erzeugen,
dessen Intensität mit Richtung auf die Kollimatorelektrode
31 über einen weiteren Bereich in der Trennkammer 32 allmäh
lich abnimmt, wodurch eine radiale Divergenz der Elektronen
strahlen unterstützt wird. Anstelle des axial polarisierten
Magnets 33 kann ein Ringmagnet mit N- und S-Polen zur An
wendung gelangen, die entlang seines Innen- und Außenum
fangs, wie in Fig. 5 gezeigt, angeordnet sind.
Die Konstruktion des Magneten 33 ist nicht, insbesondere
nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele, beschränkt,
solange er dazu geeignet ist, ein effektives Magnetfeld in
der Trennkammer 32 zu erzeugen. Eine Mehrzahl konzentrisch
angeordneter Magnete oder eine Anordnung von Magnetsegmenten
kann (ebenfalls) benutzt werden. Bevorzugt ist ein Perma
nentmagnet einfacher Konfiguration.
Die Elektronenbeschleunigungselektrode 3 dient zur selek
tiven Extrahierung von Elektronen aus dem Plasma, das in der
Kammer 2 erzeugt ist, und die Kollimatorelektrode 21 dient
zur Beschleunigung der Elektronenstrahlen, die mittels des
Magneten 33 dispergiert worden sind. Die Elektronenstrahlen,
welche die Kollimatorelektrode 31 passiert haben, weisen
eine erhöhte Geschwindigkeitskomponente in der Längsrichtung
auf und verlaufen im wesentlich parallel. Jede der Elektro
nenbeschleunigungs- und Kollimatorelektroden 3 und 31
schließen ein Paar einander gegenüberliegender Elektroden
platten ein, wobei die Elektrodenplatte auf der Seite der
Plasmareaktionskammer 41 mit Bezug auf die Elektrodenplatte
auf der Seite der Plasmaerzeugungskammer 2 ein höheres
Potential aufweist. Jede dieser und anderer Elektrodenplatten
kann als herkömmliche Elektrodenplatte beispielsweise in
Gestalt einer Gitter- oder Netzmetallplatte ausgebildet
sein.
Die prozentuale radiale Divergenz des Elektronenstrahl
flusses ist vorzugsweise 150% oder mehr, obwohl sie abhängt
von der an die Elektronenbeschleunigungselektrode 3 ange
legte Spannung, die Länge und die magnetische Kraft des
Magneten 33, und die Länge der Trennkammer 32. Die
Parallelität und die Energie der Elektronenstrahlen, welche
die Kollimatorelektrode 31 passiert haben, hängt von der
Spannung ab, welche an die Kollimatorelektrode 31 angelegt
ist. Um Elektronenstrahlen mit einer gewünschten Quer
schnittsfläche und Energie zu erhalten, wird an diese
Elektroden vorzugsweise eine einstellbare Spannungsver
sorgung angeschlossen.
Die gerichteten Elektronenstrahlen nach der Kollimatorelek
trode 31 treten in die Plasmareaktionskammer 41 ein. In der
Plasmareaktionskammer 41 ist im wesentlichen lotrecht zu den
Elektronenstrahlen ein hochdichter Bereich des Reaktions
gases ausgebildet. Die Elektronenstrahlen aktivieren oder
erregen das Reaktionsgas in dem hochdichten Bereich, um
Teilchen hoher Dichte zu erzeugen. Bei dem Ausführungsbei
spiel gemäß Fig. 3 ist es ebenfalls nicht unbedingt er
forderlich, daß das Reaktionsgas in einen Plasmazustand in
der Reaktionskammer 41 angeregt wird, wenn sichergestellt
ist, daß zumindest aktive Teilchen erregt worden sind.
Die Elektronenstrahldivergierkammer 32, die Plasmareaktions
kammer 41 und die Plasmabehandlungskammer 42 können jede
gewünschte Form aufweisen, vorzugsweise sind sie jedoch als
langgestreckter Zylinder ausgebildet oder sie weisen eine
rechteckige Gestalt auf. Die Abmessungen der Kammern sind
nicht kritisch. Typischerweise beträgt der Abstand zwischen
der Elektronenbeschleunigungselektrode 3 und der Kollimator
elektrode 31 etwa 20 bis 150 mm, der Abstand zwischen der
Kollimatorelektrode 31 und der Ionenbeschleunigungselektrode
8 in etwa 30 bis 200 mm und der Abstand zwischen der Ionen
blockierelektrode 9 und dem Gegenstand 101 in etwa 100 bis
500 mm.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Plasma
behandlungsvorrichtung. Die Plasmabehandlungsvorrichtung ist
allgemein mit 1 bezeichnet und umfaßt eine Plasmaerzeugungs
kammer 2, eine Elektronenbeschleunigungselektrode 3 zum
Herausziehen von Elektronenstrahlen aus der Kammer 2, eine
Plasmareaktionskammer 41, eine Ionenbeschleunigungselektrode
8 zum Herausziehen von Ionenstrahlen aus der Reaktionskammer
41, eine Divergier- oder Trennkammer 82 zum radialen Diver
gieren der Ionenstrahlen, eine Kollimatorelektrode 81 zum
Kollimieren des Ionenstrahls und eine Plasmabehandlungs
kammer 42, wobei die Kammern in Reihe angeordnet sind. Eine
Einlaßleitung 5 ist an die Plasmareaktionskammer 41 zur
Einleitung von Reaktionsgas in dieselbe angeschlossen.
Die Plasmaerzeugungskammer 2, die Plasmareaktionskammer 41
und die Plasmabehandlungskammer 42 weisen in etwa dieselbe
Konstruktion und Funktion auf wie die entsprechenden Kammern
gemäß den Ausführungsbeispielen der Vorrichtung in Fig. 1
und 3. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Divergier
kammer 82 stromab der Ionenbeschleunigungselektrode 8 ange
ordnet. Ein Magnet 83 ist um den Umfang der Trennkammer 82
herum zum radialen Divergieren der Ionenstrahlen angeordnet.
Ein hochdichtes Plasma wird in der Plasmareaktionskammer 41
wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 erzeugt. Ionen-
Strahlen werden aus dem Plasma extrahiert mittels der Ionen
beschleunigungselektrode 8. Die ausgeleiteten Ionenstrahlen
sind im wesentlichen parallele Strahlen, die in der Figur
nach rechts sich ausbreiten, und der Ionenstrahlfluß weist
ungefähr dieselbe Querschnittsfläche auf wie die Plasma
erzeugungskammer 2.
Das durch den Magneten 83 erzeugte Magnetfeld dient zum
radialen Auseinanderleiten oder -führen der Ionenstrahlen,
um die Querschnittsfläche des Strahlenflusses zu erweitern
oder zu vergrößern. In der Trennkammer 82 erzeugt der Magnet
83 ein Magnetfeld, dessen Intensität allmählich mit Richtung
auf die Kollimatorelektrode abfällt. Das magnetische Feld
übt auf die Ionenstrahlen eine Kraft in Richtung auf die
Wandung der Kammer so aus, daß der Durchmesser des Ionen
strahlflusses vergrößert wird. Der Magnet 83 kann jede
gewünschte Konstruktion aufweisen, die geeignet ist, auf die
Elektronenstrahlen eine Kraft auszuüben, wie dies bei dem
Magneten 33 der Fig. 3 Ausführung der Fall ist. Falls ein
Divergieren der Kationen gewünscht wird, ist vorzugsweise
ein Ringmagnet derart angeordnet, daß sein S-Pol auf der
Seite der Ionenbeschleunigungselektrode 8 und sein N-Pol auf
der Seite der Kollimatorelektrode 81, wie in Fig. 4 gezeigt,
angeordnet ist. Ebenfalls bevorzugt ist ein Ringmagnet mit
S- und N-Polen, die entlang dessen Innen- und Außenumfängen
jeweils angeordnet sind. Im Falle von Anionen ist die Pola
rität des Magneten umzukehren. Die Polarität der Ionen
beschleunigungselektrode 8 und der Kollimatorelektrode 81
ist mit Bezug auf die Elektroden für die Kationendivergenz
umgedreht zu verwenden.
Die Ionenbeschleunigungselektrode 8 dient zum selektiven
Extrahieren von Ionen aus dem Plasma in der Kammer 41, und
die Kollimatorelektrode 81 dient zum Beschleunigen der
Ionenstrahlen, die durch den Magneten 83 divergiert worden
sind. Die Ionenstrahlen, welche die Kollimatorelektrode 81
passiert haben, weisen eine erhöhte Geschwindigkeitskompo
nente in der Längsrichtung auf und verlaufen im wesentlichen
parallel. In der Plasmabehandlungskammer 42 wird der Gegen
stand 101 mit den Ionenstrahlen behandelt. Jede der Ionen
beschleunigungs- und Kollimatorelektroden 8 und 81 schließt
ein Paar einander gegenüberliegender Elektrodenplatten ein,
wobei die Elektrodenplatte auf der Seite der Plasmareak
tionskammer 41 mit Bezug auf die andere Elektrodenplatte auf
der Seite der Plasmabehandlungskammer 42 ein höheres Poten
tial aufweist.
Die prozentuale radiale Divergenz des Ionenstrahlenflusses
beträgt vorzugsweise 150% oder mehr, obwohl sie abhängt von
der Spannung, welche an die Ionenbeschleunigungselektrode 8
angelegt ist, von der Länge und der magnetischen Kraft des
Magneten 83 und der Länge der Divergierkammer 82. Die
Parallelität und Energie der Ionenstrahlen, welche die
Kollimatorelektrode 81 passiert haben, hängt ab von der
Spannung, die an die Kollimatorelektrode 81 angelegt ist. Um
Ionenstrahlen einer gewünschten Querschnittsfläche und
Energie zu erzeugen, werden vorzugsweise einstellbare
Spannungsversorgungen an diese Elektroden angeschlossen.
Die Konstruktion des Magneten 83, der um die Divergierkammer
82 herum angeordnet ist, ist nicht beschränkt, insbesondere
nicht auf das vorstehend angegebene Ausführungsbeispiel,
solange er ein effektives Magnetfeld in der Divergierkammer
82 zu erzeugen vermag. Bevorzugt ist ein Permanentmagnet
einfachen Aufbaus.
Die Abmessungen und jeweiligen Komponenten der Plasmabehand
lungskammer sind nicht kritisch und jede gewünschte Ab
messung kann gewählt werden, solange die jeweiligen Er
fordernisse erfüllt werden, wie beispielsweise bezüglich des
Behandlungsflächenbereichs. Typischerweise beträgt der Ab
stand zwischen der Elektronenbeschleunigungselektrode 3 und
der Ionenbeschleunigungselektrode 8 in etwa 30 bis 200 mm,
der Abstand zwischen der Ionenbeschleunigungselektrode 8 und
der Kollimatorelektrode 81 in etwa 20 bis 300 mm und der
Abstand zwischen der Kollimatorelektrode 81 und dem Gegen
stand 101 in etwa 100 bis 500 mm.
Die vorstehend beschriebene Plasmabehandlungsvorrichtung ist
speziell adaptiert für das Plasma-CVD-Verfahren und das
Plasmaätzen. Es ist eine Anwendung der Vorrichtung für sämt
liche Typen von Plasma-CVD-Behandlungen möglich, einschließ
lich der Bildung von Filmen aus amorphem Silicium, SiC,
Kohle, SiNx und SiOx; polykristallinem Silicium, SiC und
Diamant und monokristallinem Silicium, SiC und Diamant. Für
die Herstellung von Filmen können andere Parameter wie etwa
die Substrattemperatur bestimmt werden entsprechend dem
jeweiligen Anwendungsfall ohne großen Experimentieraufwand.
Reaktionsgase, die für die Plasma-CVD-Behandlung verwendet
werden, können ebenfalls entsprechend dem jeweiligen Film,
der erzeugt werden soll bzw. niedergeschlagen werden soll,
ausgewählt werden. Herkömmliche oder gewöhnliche reaktive
Gase, wie Silangas für amorphe Siliciumfilme und Hydro
carbongas für die Diamantfilme, können zweckmäßigerweise
verwendet werden.
Die vorbeschriebenen Varianten der Behandlungsvorrichtung
können auch auf jeden Typ von Plasmaätztechniken angewendet
werden. Reaktive Gase, die für das Plasmaätzen verwendet
werden, sind nicht beschränkt auf bestimmte Beispiele. Des
halb können beispielsweise verwendet werden Halogengase, wie
etwa Chlorgase, und Halidgase, wie beispielsweise Chloride
und Fluoridgase sind vorteilhaft verwendbar. Wenn gewünscht,
können zusätzlich zu dem Reaktivgas Wasserstoff oder ein
inertes Gas verwendet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Abwandlung kann die Plasmaerzeu
gungskammer 2 mit einem Zusatzanschluß 55 zur Einleitung
eines Gases versehen sein, wie in Fig. 3 gezeigt. Bei dem
Gas, welches durch den Zusatzanschluß eingeleitet wird,
handelt es sich entweder um Reaktivgas oder um Nichtreaktiv
gas.
Beide vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, bei denen
Reaktionsgas in die Vorrichtung ausschließlich über das Ein
gangsmittel 5 und das Richtungsübertragungsmittel 6 ein
geleitet wird, wird ein hochdichter Bereich an Reaktionsgas
in der Plasmareaktionskammer 41 wie vorstehend beschrieben
ausgebildet, während der Druck in dem System außerhalb der
Plasmareaktionskammer 41, also in der Plasmabehandlungs
kammer 42, und in der Plasmaerzeugungskammer 2 aufrechter
halten ist durch Diffusion von Reaktionsgas aus dem hoch
dichten Bereich. Deshalb sollte das Einleiten von Reaktions
gas durch das Richtungsübertragungsmittel 6 derart gesteuert
werden, daß das Reaktionsgas in der Plasmaerzeugungskammer 2
einen Druck aufweist, der für die Plasmaerzeugung geeignet
ist. Wenn Reaktionsgas zusätzlich über den Gaseinführan
schluß 55 in die Plasmaerzeugungskammer 2 eingeleitet wird,
erfolgt die Zuführung von Reaktionsgas über das Eingangs
mittel 5 und das Richtungsübertragungsmittel 6 unabhängig von
der Druckaufrechterhaltung in der Plasmaerzeugungskammer 2,
so daß ein hochdichter Bereich noch einfacher ausgebildet
werden kann.
Bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen, bei denen Reak
tionsgas in die Vorrichtung ausschließlich über das Ein
gangsmittel 5 und das Richtungsübertragungsmittel 6 einge
leitet wird, ist ein regelmäßiges Reinigen erforderlich,
weil das Reaktionsgas in der Plasmaerzeugungskammer 2
zugunsten eines Plasma erregt wird, so daß an dem Mikro
welleneinlaßfenster 22 und der Elektronenbeschleunigungs
elektrode 3 ein Niederschlag auftritt. Wenn das Reaktionsgas
in die Vorrichtung ausschließlich über das Einlaßmittel 5
und das Richtungsübertragungsmittel 6 eingeleitet wird und
ein anderes Gas als das Reaktionsgas, beispielsweise Wasser
stoffgas oder anderes inertes Gas, in die Plasmaerzeugungs
kammer 2 über den Zusatzzuführanschluß 55 eingespeist wird,
wird der Partialdruck des Reaktionsgases in der Plasma
erzeugungskammer 2 abgesenkt, um Niederschlag an dem Mikro
welleneinlaßfenster 22 und der Elektronenbeschleunigungs
elektrode 3 zu reduzieren. Es tritt keine Erniedrigung der
Durchsatzgeschwindigkeit auf, weil der Reaktionsgasdruck in
dem hochdichten Bereich unverändert bleibt.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Behand
lungsvorrichtung sind auch auf dem Gebiet der Ionenimplan
tation mit Vorteil einsetzbar.
Der Betrieb der vorstehend beschriebenen Plasmabehandlungs
vorrichtungen soll anhand von Beispielen nachfolgend näher
beschrieben werden. In den Beispielen steht SCCM für
Standardkubikzentimeter.
Unter Verwendung der in Fig. 1 gezeigten Plasmabehandlungs
vorrichtung 1 ist ein dünner Diamantfilm mittels Plasma-CVD
hergestellt worden. Die Elektronenbeschleunigungselektrode 3
war 70 mm von der Ionenbeschleunigungselektrode 8 beabstan
det und ein Gegenstand oder Substrat 101 war 150 mm von der
Ionenblockierelektrode 9 beabstandet. Das Richtungsüber
tragungsmittel 6 war gebildet von einer dünnen Polycarbonat
platte mit Löchern auf einem Netzträger. Durchgangslöcher
waren mit einer Population von 2×107 pro Quadratzentimeter
in dem Bereich der dünnen Platte verteilt, der eine Ab
messung von 10 mm in Längsrichtung (Elektronenstromrichtung)
und 120 mm in Querrichtung aufwies. Jedes Durchgangsloch
hatte eine Länge (l) von 11 µm und einen Radius (r) von
1 µm, wobei l/r = 11.
Das Gas in der Plasmabehandlungsvorrichtung wurde evakuiert
auf ein Niedrigvakuum über den Niedrigvakuumgasabzugsan
schluß 10 sowie daraufhin auf einen Hochvakuumpegel über den
Hochvakuumgasabzugsanschluß 7, bis sich ein Hochvakuum von
10-6 Torr in dem Gehauseinnern ausgebildet hatte.
Ein Reaktionsgas wurde in die Behandlungskammer 4 über das
Einlaßmittel 5 und das Richtungsübertragungsmittel 6 einge
leitet. Ein Gemisch von CH4 und H2 in einem Volumenverhält
nis von 1:100 wurde eingeleitet als Reaktionsgas mit einer
Flußrate von 150 SCCM. Während der Zufuhr von Reaktionsgas
wurde die Evakuierung durch den Hochvakuumgasabsauganschluß
7 fortgesetzt, so daß die Plasmaerzeugungskammer 2 und die
Plasmabehandlungskammer 42 auf einen Druck von 4×10-4 Torr
gehalten wurden.
Plasma-CVD-Behandlung wurde durchgeführt, indem ein ECR-
Plasma erzeugt wurde in der Plasmaerzeugungskammer 2, und
indem eine Spannung an die Elektronenbeschleunigungselek
trode 3 und die Ionenbeschleunigungselektrode 8 angelegt
wurde. Die Plasmaerzeugungsbedingungen schlossen ein eine
Mikrowellenbetriebsleistung von 300 Watt, einen Magnet
stromfluß von 5 Ampere, einen Druck von 4×10-4 Torr, und
eine Beschleunigungsspannung von -800 Volt (negativ gegen
über dem Substrat) . Als Substrat wurde ein Siliciumwafer
verwendet, der aufgeheizt wurde auf 900°hC. Als Grund- bzw.
Versorgungsspannung 103 wurde an das Substrat eine Wechsel
spannung angeschlossen, um eine Ladungsakkumulation auf
seiner Oberfläche zu verhindern.
Es wurde ein Film von 1 /um Dichte auf dem Siliciumwafer
niedergeschlagen. Der Film wurde mittels Röntgendiffrak
tionsanalyse und Ramanspektroskopie als Diamantfilm iden
tifiziert. Das sogenannte "little idiomorphic face" wurde in
einem Rasterelektronenmikroskop untersucht.
Zu Vergleichszwecken wurde eine Plasma-CVD-Behandlung durch
geführt unter Weglassung des Richtungsübertragungsmittels 6
von dem Einlaßmittel 5. Der Druck in der Behandlungskammer
und in der Plasmaerzeugungskammer 2 war derselbe wie der
vorstehend genannte. Für beide Betriebsabläufe mit und ohne
Richtungsübertragungsmittel wurde die Ionenkonzentration in
der Umgebung der Ionenbeschleunigungselektrode 8 mittels
Emissionsspektroskopie gemessen. Die Ionenkonzentration
während des Betriebs mit Richtungsübertragungsmittel war 80
mal größer als diejenige ohne dieses Mittel. Die Nieder
schlagsrate war bei Verwendung des Richtungsübertragungs
mittels um den Faktor 3 höher als ohne Verwendung dieses
Mittels.
Unter Verwendung derselben Vorrichtung wie in Beispiel 1
wurde durch Plasma-CVD-Behandlung ein amorpher Siliciumfilm
hergestellt. Die Bedingungen waren dieselben wie in Beispiel
1 mit Ausnahme, daß eine Mischung von SiH4 und H2 in einem
Volumenverhältnis von 1:50 als Reaktionsgas eingeleitet
worden ist mit einer Flußrate von 150 SCCM, wobei das
Substrat aufgeheizt wurde auf 200°C.
Der Film wurde mittels Röntgendiffraktionsanalyse und Raman
spektroskopie identifiziert als amorphes Silicium.
Für beide Betriebsabläufe, nämlich mit und ohne Richtungs
übertragungsmittel wurde die Ionenkonzentration in Umgebung
der Ionenbeschleunigungselektrode gemessen, wobei zumindest
gleiche Ergebnisse wie diejenigen in Beispiel 1 gemessen
worden sind. Die Niederschlagsrate war in ähnlicher Weise
erhöht wie beim Beispiel 1.
Unter Verwendung derselben Vorrichtung wie in Beispiel 1
wurde Plasmaätzen ausgeführt. Als Reaktionsgas wurde SF6
verwendet. Während der Zuführung von Reaktionsgas wurde die
Evakuierung durch den Hochvakuumgasabsauganschluß 7 fortge
setzt, so daß die Plasmaerzeugungskammer 2 und die Plasma
behandlungskammer 42 auf einem Druck von 4×10 4 Torr ge
halten wurden. Der zu behandelnde Gegenstand war ein 1 µm
starker amorpher Siliciumfilm auf einem Quartzträger mit
einem auf diesem ausgebildeten Widerstandsmuster mit einer
Liniendicke von 1 µm.
Beim Abschluß des Ätzens wurden Rillen eines wohldefinierten
Querschnitts ohne ein seitliches Ätzen bzw. Verätzen ge
funden.
Für beide Betriebsarten mit und ohne Richtungsübertragungs
mittel wurde eine Ionenkonzentration in der Umgebung der
Ionenbeschleunigungselektrode 8 gemessen, die zumindest
äquivalent zu den Resultaten des Beispiels 1 war. Die Ätz
rate war 6 mal größer bei der Verwendung des Richtungsüber
tragungsmittels im Vergleich zu dessen Nichtverwendung.
Unter Verwendung der in Fig. 3 dargestellten Plasmabehand
lungsvorrichtung wurde ein dünner Diamantfilm durch Plasma-
CVD-Behandlung hergestellt. Die Plasmaerzeugungskammer 2
hatte einen Durchmesser von 100 mm und die Divergierkammer
32 hatte einen Durchmesser von 170 mm. Der Abstand zwischen
der Elektronenbeschleunigungselektrode 3 und der Kollimator
elektrode 31 betrug 70 mm, der Abstand zwischen der Kollima
torelektrode 31 und der Ionenbeschleunigungselektrode 8 war
70 mm, und der Abstand zwischen der Ionenblockierelektrode 9
und einem Substrat oder einem Gegenstand 101 betrug 150 mm.
Der Magnet 33 zum Divergieren von Elektronenstrahlen war ein
ringförmiger Permanentmagnet mit einer axialen Länge von 40
mm. Das Richtungsübertragungsmittel 6 war eine perforierte
dünne Polycarbonatplatte auf einem Netzträger, wie bei dem
Beispiel 1.
Das Gas in der Plasmabehandlungsvorrichtung wurde evakuiert
auf einen Niedrigvakuumpegel durch den Niedrigvakuumgasab
sauganschluß 10 und daraufhin auf einen Hochvakuumpegel über
den Hochvakuumgasabsauganschluß 7, bis sich in dem Gehäuse
innern ein Hochvakuum von 10-6 Torr eingestellt hatte.
Ein Reaktionsgas wurde in die Plasmareaktionskammer 41 über
das Einlaßmittel 5 und das Richtungsübertragungsmittel 6
eingeführt. Ein Gemisch von CH4 und H2 mit einem Volumen
verhältnis von 1:100 wurde als Reaktionsgas mit einer Fluß
rate von 150 SCCM eingeleitet. Während Reaktionsgas zuge
führt wurde, ist die Evakuierung über den Hochvakuumgasab
sauganschluß 7 fortgesetzt worden, so daß die Plasmaerzeu
gungskammer 2 und die Plasmabehandlungskammer 42 auf einem
Druck von 4× 10-4 Torr gehalten werden konnten.
Plasma-CVD-Behandlung wurde durchgeführt unter Erzeugung
eines ECR-Plasmas in der Plasmaerzeugungskammer 2 sowie
unter Anlegung einer Spannung an die Elektronenbeschleuni
gungselektrode 3, die Elektronenstrahlkollimatorelektrode 31
und die Ionenbeschleunigungselektrode 8. Als Substrat wurde
ein Siliciumwafer mit einem Durchmesser von 6 Inch ver
wendet, der auf 900°C aufgeheizt wurde. Um eine Akkumu
lation von Ladung auf der Oberfläche des Substrats zu ver
hindern, wurde mittels der Grundspannungsversorgung 103 eine
Wechselspannung angelegt.
Auf diese Weise wurde auf dem Siliciumwafersubstrat ein Film
von einem 1µm Dicke erzeugt. Der Film wurde mittels
Röntgendiffraktionsanalyse und Ramanspektroskopie iden
tifiziert als Diamant. Das sogenannte "little idiomorphic
face" wurde unter einem Rasterelektronenmikroskop unter
sucht, mit dem Ergebnis, daß der Film über die gesamte
Substratoberfläche ohne Unregelmäßigkeiten war.
Unter Verwendung derselben Vorrichtung wie in Beispiel 4
wurde durch Plasma-CVD-Behandlung ein amorpher Siliciumfilm
hergestellt. Die Bedingungen waren dieselben wie in Beispiel
4 mit der Ausnahme, daß ein Gemisch aus SiH4 und H2 in einem
Volumenverhältnis von 1:50 als Reaktionsgas mit einer Fluß
rate von 150 SCCM eingeleitet wurde, wobei das Substrat
aufgeheizt wurde auf 200°C.
Der Film wurde mittels Röntgendiffraktionsanalyse und Raman
spektroskopie identifiziert als amorphes Silicium. Eine
Untersuchung unter dem Rasterelektronenmikroskop ergab, daß
der Film über die gesamte Substratoberfläche ohne Unregel
mäßigkeiten eben ausgebildet war.
Unter Verwendung derselben Vorrichtung wie bei Beispiel 4
wurde Plasmaätzen ausgeführt. Das Reaktionsgas hierfür war
SF6. Während der Zufuhr des Reaktionsgases wurde die Evaku
ierung über den Hochvakuumgasabsauganschluß 7 fortgesetzt,
so daß die Plasmaerzeugungskammer 2 und die Plasmabehand
lungskammer 42 auf einem Druck von 4×10-4 Torr gehalten
werden konnten. Der zu behandelnde Gegenstand war ein 1 µm
dicker amorpher Siliciumfilm mit einem Durchmesser von 6
Inch auf einem Quartzträger mit einem darauf ausgebildeten
Widerstandsmuster mit einer Linienbreite von 1 µm.
Am Ende des Ätzvorgangs wurden Rillen mit wohldefiniertem
Querschnitt ohne Spuren von seitlichem Verätzen gefunden.
Eine Untersuchung unter einem Rasterelektronenmikroskop
ergab, daß das Ätzen über die gesamte beaufschlagte Film
oberfläche ohne Unregelmäßigkeiten in glatter oder ebener
Weise erfolgt war.
In den Beispielen 4 bis 6 wurden ebenso wie in den Bei
spielen 1 bis 3 Erhöhungen in der Ionenkonzentration und in
der Niederschlags- oder Ätzrate während des gesamten Behand
lungsablaufs mit Bezug auf eine Behandlung ohne Richtungs
übertragungsmittel gefunden.
Unter der Verwendung der Plasmabehandlungsvorrichtung gemäß
Fig. 4 wurde eine Plasmabehandlung wie in den Beispielen 4
bis 6 ausgeführt.
Die Plasmaerzeugungskammer 2, die Plasmareaktionskammer 41
und die Plasmabehandlungskammer 42 hatten dieselben Ab
messungen wie in Beispiel 4. Die Ionenstrahlendivergier
kammer 82 hatte denselben Durchmesser wie die Elektronen
strahldivergierkammer 32 im Beispiel 4. Der Abstand zwischen
der Ionenbeschleunigungselektrode 8 und der Kollimatorelek
trode 81 betrug 150 mm. Das Richtungsübertragungsmittel 6
und andere Bauteile waren im wesentlichen dieselben wie in
Beispiel 4.
Einwandfreie glatte bzw. ebene Plasmabehandlungsergebnisse
wurden in konsistenter Weise erreicht für alle Durchgänge.
Mit sämtlichen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
der Plasmabehandlungsvorrichtung lassen sich Behandlungen in
kürzester Zeit durchführen. Weiterhin tritt bei der Behand
lung von Gegenständen eine minimale Beschädigungsrate auf.
Insbesondere werden durch Plasma-CVD-Behandlung im wesent
lichen defektfreie Filme hoher Qualität gewonnen. Die Vor
richtung zur Plasmabehandlung eignet sich auch bestens zur
Plasmabehandlung für größere Oberflächenbereiche.
Claims (38)
1. Verfahren zur Durchführung einer Plasmabehandlung unter
Verwendung einer Plasmabehandlungsvorrichtung mit
- - einer Plasmaerzeugungskammer, die eine Einrichtung zum Erzeugen eines Plasmas in derselben umfaßt,
- - einer Behandlungskammer, die über eine Elektronen beschleunigungselektrode in Übertragungsverbindung mit der Plasmaerzeugungskammer steht, und
- - einem Einlaßmittel zum Einführen eines Reaktions gases in die Behandlungskammer, wobei die Elektronenbeschleunigungselektrode dazu dient, einen Elektronenfluß (Elektronenstrom) aus dem Plasma in die Behandlungskammer zu überführen, dadurch gekennzeichnet, daß ein hochdichter Bereich an Reaktionsgas lotrecht zu dem Elektronenfluß in der Behandlungskammer ausge bildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Plasmaerzeugungseinrichtung eine Elektronenzyklotron
resonanzeinrichtung ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Plasmabehandlung eine Plasma-CVD-Behandlung ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Plasmabehandlung Plasmaätzen ist.
5. Verfahren zur Durchführung einer Plasmabehandlung unter
Verwendung einer Plasmabehandlungsvorrichtung mit
- - einer Plasmaerzeugungskammer, die eine Einrichtung zur Plasmaerzeugung einschließt,
- - einer Elektronenbeschleunigungselektrode zum Erzeugen von bzw. Herausziehen von Elektronenstrahlen aus dem Plasma,
- - einer Kammer mit einem um deren Umfang herum angeord neten Magneten zum radialen Divergieren der Elektronen strahlen,
- - einer Kollimatorelektrode zum Kollimieren der diver gierten Elektronenstrahlen in im wesentlichen parallele Elektronenstrahlen,
- - einer Plasmareaktionskammer, welche an die Divergier kammer angeschlossen ist,
- - Einlaßmitteln zum Einführen eines Reaktionsgases in die Reaktionskammer, wobei das Reaktionsgas durch die kollimierten Elektronenstrahlen in der Reaktionskammer aktiviert wird, und
- - einer Plasmabehandlungskammer, die mit der Plasma reaktionskammer in überführungsverbindung steht, um eine Plasmabehandlung an einem darin angeordneten Gegenstand durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß ein hochdichter Bereich an Reaktionsgas im wesent lichen lotrecht zu den Elektronenstrahlen in der Plasmareaktionskammer ausgebildet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Plasmaerzeugungseinrichtung eine Elektronenzyklotron
resonanzeinrichtung ist.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Plasmabehandlung eine Plasma-CVD-Behandlung ist.
8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Plasmabehandlung Plasmaätzen ist.
9. Verfahren zur Durchführung einer Plasmabehandlung unter
Verwendung einer Plasmabehandlungsvorrichtung mit
- - einer Plasmaerzeugungskammer, die eine Einrichtung zur Plasmaerzeugung einschließt,
- - einer Elektronenbeschleunigungselektrode zum Heraus ziehen von Elektronenstrahlen aus dem Plasma,
- - einer Plasmareaktionskammer, welche an die Plasma erzeugungskammer angeschlossen ist,
- - einer Einlaßeinrichtung zum Einführen eines Reaktions gases in die Reaktionskammer, wobei das Reaktionsgas durch die Elektronenstrahlen in der Reaktionskammer aktiviert wird,
- - einer Ionenbeschleunigungselektrode zum Herausziehen von Ionenstrahlen aus der Plasmareaktionskammer,
- - einer Kammer mit einem um ihren Umfang herum angeord neten Magneten zum radialen Divergieren der Ionen strahlen, welche sich im Anschluß an die Ionen beschleunigungselektrode ausbreiten,
- - einer Kollimatorelektrode zum Kollimieren der diver genten Ionenstrahlen in im wesentlichen parallele Ionenstrahlen, und
- - einer Plasmabehandlungskammer zum Durchführen einer Plasmabehandlung an einem Gegenstand mit den kolli mierten Ionenstrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß ein hochdichter Bereich von Reaktionsgas im wesentlichen lotrecht zu den Elektronenstrahlen in der Plasmareaktionskammer ausgebildet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die Plasma erzeugende Einrichtung eine Elektronenzyklo
tronresonanzeinrichtung ist.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich
net, daß es sich bei der Plasmabehandlung um eine
Plasma-CVD-Behandlung handelt.
12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich
net, daß es sich bei der Plasmabehandlung um Plasmaätzen
handelt.
13. Vorrichtung zur Plasmabehandlung, gekennzeichnet durch
- - eine Plasmaerzeugungskammer mit einer Einrichtung zur Plasmaerzeugung in derselben,
- - eine Behandlungskammer, die über eine Elektronen beschleunigungselektrode in Übertragungsverbindung mit der Plasmaerzeugungskammer steht,
- - eine Einlaßeinrichtung zum Einführen eines Reaktions gases in die Behandlungskammer, und
- - ein Richtungsübertragungsmittel, das zwischen der Behandlungskammer und dem Einlaßmittel angeordnet ist, um dem (einströmenden) Reaktionsgas eine bestimmte (Strömungs-)Richtung aufzuprägen.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die Plasmaerzeugungseinrichtung eine Elektronen
zyklotronresonanzeinrichtung ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß das Richtungsübertragungsmittel eine dünne Platte
aufweist, die eine Mehrzahl von Bohrungen oder Löchern
aufweist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß die Löcher sich durch die dünne Platte hindurch im
wesentlichen lotrecht zu den Elektronenstrahlen er
strecken, welche die Elektronenbeschleunigungselektrode
durchsetzen, und daß die Löcher eine zylindrische
Gestalt aufweisen mit einer Länge l und einem Radius r
in einem Verhältnis l/r von 1/1 zu 500/1.
17. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine
Ionenbeschleunigungselektrode und/oder eine Ionen
blockierelektrode in der Behandlungskammer.
18. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen
Hochvakuumgasabsauganschluß, der in der Wandung der
Behandlungskammer in Gegenüberlage zu dem Richtungsüber
tragungsmittel angeordnet ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen
Einlaßanschluß , der in Übertragungsverbindung steht mit
der Plasmaerzeugungskammer, wobei durch diesen Anschluß
Gas in diese Kammer eingeleitet wird.
20. Plasmabehandlungsvorrichtung, gekennzeichnet durch
- - eine Plasmaerzeugungskammer mit einer Einrichtung zur Erzeugung von Plasma in derselben,
- - eine Elektronenbeschleunigungselektrode zum Heraus ziehen von Elektronenstrahlen aus dem Plasma,
- - eine Kammer mit einem um deren Umfang herum ange ordneten Magneten zum radialen Divergieren der Elektronenstrahlen,
- - eine Kollimatorelektrode zum Kollimieren der diver genten Elektronenstrahlen in im wesentlichen parallele Elektronenstrahlen,
- - eine Plasmareaktionskammer, welche an die Divergier kammer über die Kollimatorelektrode angeschlossen ist,
- - ein Einlaßmittel zum Einleiten eines Reaktionsgases in die Plasmareaktionskammer, wobei das Reaktionsgas durch die kollimierten Elektronenstrahlen in der Plasmareaktionskammer aktiviert werden,
- - eine Plasmabehandlungskammer, die in Übertragungsver bindung steht mit der Plasmareaktionskammer, um auf einem Gegenstand mittels der Elektronenstrahlen eine Plasmabehandlung durchzuführen, und
- - ein Richtungsübertragungsmittel, das zwischen dem Einlaßmittel und der Plasmareaktionskammer angeordnet ist, um dem Reaktionsgas eine vorbestimmte (Aus breitungs-)Richtung zu vermitteln.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch eine
Ionenbeschleunigungselektrode und/oder eine Ionen
blockierelektrode im Bereich zwischen der Plasmareak
tionskammer und der Plasmabehandlungskammer.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch eine
Plasmaerzeugungseinrichtung in Gestalt einer Elektronen
zyklotronresonanzeinrichtung.
23. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,
daß das Richtungsübertragungsmittel eine dünne Platte
umfaßt mit einer Mehrzahl von in dieser ausgebildeten
Löchern oder Bohrungen.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,
daß die Löcher sich durch die dünne Platte hindurch im
wesentlichen lotrecht zu den Elektronenstrahlen er
strecken, welche die Elektronenbeschleunigungselektrode
durchsetzen, und daß die Löcher eine zylindrische
Gestalt aufweisen mit einer Länge l und einem Radius r
in einem Verhältnis l/r von 1/1 zu 500/1.
25. Vorrichtung nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch einen
Hochvakuumgasabsauganschluß, der in der Wandung der
Plasmareaktionskammer in Gegenüberlage zu dem Richtungs
übertragungsmittel angeordnet ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch einen
Einlaßanschluß, der in Übertragungsverbindung steht mit
der Plasmaerzeugungskammer, um in diese Gas einzuleiten.
27. Plasmabehandlungsvorrichtung, gekennzeichnet durch
- - eine Plasmaerzeugungskammer mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Plasmas in derselben,
- - eine Elektronenbeschleunigungselektrode zum Heraus ziehen von Elektronenstrahlen aus dem Plasma,
- - eine Plasmareaktionskammer, welche an die Plasma erzeugungskammer mittels der Elektronenbeschleuni gungselektrode angeschlossen ist,
- - ein Einlaßmittel zum Einleiten eines Reaktionsgases in die Plasmabehandlungskammer, wobei das Reaktionsgas durch die Elektronenstrahlen in der Plasmareaktions kammer aktiviert wird,
- - eine Ionenbeschleunigungselektrode zum Herausziehen von Ionenstrahlen aus der Plasmareaktionskammer,
- - eine Kammer mit einem um deren Umfang herum angeord neten Magneten zum radialen Divergieren der Ionen strahlen,
- - eine Kollimatorelektrode zum Kollimieren der divergen ten Ionenstrahlen in im wesentlichen parallele Ionen strahlen,
- - eine Plasmabehandlungskammer zum Durchführen der Plasmabehandlung auf einem Gegenstand mittels der kollimierten Ionenstrahlen, und
- - ein Richtungsübertragungsmittel, das zwischen dem Einlaßmittel und der Plasmareaktionskammer angeordnet ist, um dem Reaktionsgas eine (Vorzugs-)Richtung zu vermitteln.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch eine
Plasmaerzeugungseinrichtung in Gestalt einer Elektronen
zyklotronresonanzeinrichtung.
29. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet,
daß das Richtungsübertragungsmittel eine dünne Platte
mit einer Mehrzahl von Bohrungen in derselben ist.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bohrungen sich durch die dünne Platte im wesent
lichen lotrecht zu den Elektronenstrahlen erstrecken,
welche die Elektronenbeschleunigungselektrode durch
setzen, und daß die Löcher eine zylyndrische Gestalt
aufweisen mit einer Länge l und einem Radius r in einem
Betrag l/r von 1/1 zu 500/1.
31. Vorrichtung nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch einen
Hochvakuumgasabsauganschluß, der in der Wandung der
Plasmareaktionskammer in Gegenüberlage zu dem Richtungs
übertragungsmittel angeordnet ist.
32. Vorrichtung nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch einen
Einlaßanschluß, der in Übertragungsverbindung steht mit
der Plasmaerzeugungskammer, um in dieselbe ein Gas ein
zuleiten.
33. Verfahren zur Durchführung einer Vakuumbehandlung unter
Verwendung einer Vakuumbehandlungsvorrichtung, die ein
Mittel umfaßt zur Erzeugung einer hohen Dichte von Elek
tronen in derselben, einer Behandlungskammer, die in
Übertragungsverbindung steht mit der Erzeugungskammer
mittels einer Elektronenbeschleunigungselektrode und
einem Eingangsmittel zum Einleiten eines Reaktionsgases
in die Behandlungskammer, wobei die Elektronenbeschleu
nigungselektrode dazu dient, einen Strom von Elektronen
aus der Erzeugungskammer in die Behandlungskammer zu
überführen, dadurch gekennzeichnet, daß ein hochdichter
Bereich an Reaktionsgas im wesentlichen lotrecht zu dem
Elektronenstrom in der Behandlungskammer erzeugt wird.
34. Verfahren zur Durchführung einer Vakuumbehandlung unter
Verwendung einer Vakuumbehandlungsvorrichtung, mit einer
Erzeugungskammer, die eine Einrichtung zur Erzeugung
einer hohen Dichte von Elektronen in derselben aufweist,
einer Elektronenbeschleunigungselektrode zum Heraus
ziehen von Elektronenstrahlen aus der Erzeugungskammer,
einer Kammer mit einem um deren Umfang herum angeordne
ten Magneten zum radialen Divergieren der Elektronen
strahlen, einer Kollimatorelektrode zum Kollimieren der
divergenten Elektronenstrahlen in im wesentlichen
parallele Elektronenstrahlen, einer Aktivatorkammer,
welche an die Divergierkammer angeschlossen ist, einem
Einlaßmittel zum Einführen eines Reaktionsgases in die
Aktivierkammer, wobei das Reaktionsgas aktiviert wird
durch die kollimierten Elektronenstrahlen in der Akti
vierkammer, und einer Behandlungskammer, die in Über
tragungsverbindung steht mit der Aktivierkammer, um
Vakuumniederschlagen oder Vakuumbehandeln an einem darin
angeordneten Gegenstand durchzuführen, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein hochdichter Bereich an Reaktionsgas im
wesentlichen lotrecht zu den Elektronenstrahlen in der
Aktivierkammer ausgebildet ist.
35. Verfahren zur Durchführung einer Vakuumbehandlung unter
Verwendung einer Vakuumbehandlungsvorrichtung mit einer
Erzeugungskammer, die eine Einrichtung zum Erzeugen
einer hohen Dichte von Elektronen in derselben aufweist,
einer Elektronenbeschleunigungselektrode zum Heraus
ziehen von Elektronenstrahlen aus der Erzeugungskammer,
einer Aktivierungskammer, die an die Erzeugungskammer
angeschlossen ist, einer Einlaßeinrichtung zum Einführen
eines Reaktionsgases in die Aktivierungskammer, wobei
das Reaktionsgas aktiviert wird durch Elektronenstrahlen
in der Aktivierungskammer, einer Ionenbeschleunigungs
elektrode zum Herausziehen von Elektronenstrahlen aus
der Aktivierungskammer, einer Kammer mit einem um deren
Umfang herum angeordneten Magneten zum radialen Diver
gieren der Ionenstrahlen, die sich im Anschluß an die
Beschleunigungselektrode ausbreiten, einer Kollimator
elektrode zum Kollimieren der divergenten Ionenstrahlen
in im wesentlichen parallele Ionenstrahlen und einer
Behandlungskammer zum Durchführen von Vakuumnieder
schlagen oder -behandeln an einem Gegenstand mittels der
kollimierten Ionenstrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß
ein hochdichter Bereich an Reaktionsgas im wesentlichen
lotrecht zu den Elektronenstrahlen in der Aktivierungs
kammer ausgebildet ist.
36. Vorrichtung zur Vakuumbehandlung, gekennzeichnet durch
- - eine Generatorkammer, welche Mittel zur Erzeugung einer hohen Dichte an Elektronen in derselben auf weist,
- - eine Behandlungskammer, die in Übertragungsverbindung steht mit der Erzeugungskammer über eine Elektronen beschleunigungselektrode,
- - ein Einlaßmittel zum Einleiten eines Reaktionsgases in die Behandlungskammer, und
- - ein Richtungsübertragungsmittel zwischen der Behand lungskammer und der Einlaßeinrichtung, um dem Reaktionsgas eine (vorbestimmte) Richtung zu ver mitteln.
37. Vakuumbehandlungsvorrichtung, gekennzeichnet durch
- - eine Erzeugungskammer, die ein Mittel zur Erzeugung einer hohen Dichte von Elektronen in derselben auf weist,
- - eine Elektronenbeschleunigungselektrode zum Heraus ziehen von Elektronenstrahlen aus der Erzeugungs kammer,
- - eine Kammer mit einem um deren Umfang angeordneten Magneten zum radialen Divergieren der Elektronen strahlen,
- - eine Kollimatorelektrode zum Kollimieren der divergen ten Elektronenstrahlen in im wesentlichen parallele Elektronenstrahlen,
- - eine Aktivierungskammer, welche an die Divergierkammer mittels der Kollimatorelektrode angeschlossen ist,
- - ein Einlaßmittel zum Einleiten eines Reaktionsgases in die Aktivierungskammer, wobei das Reaktionsgas akti viert wird durch die kollimierten Elektronenstrahlen in der Aktivierungskammer,
- - eine Behandlungskammer, die angeschlossen ist an die Aktivierungskammer und dazu ausgelegt ist, die Elek tronenstrahlen zum Zwecke eines Vakuumniederschlags oder einer Vakuumbehandlung an einem Gegenstand zu leiten, und
- - ein Richtungsübertragungsmittel zwischen dem Einlaß mittel und der Aktivierungskammer, mit welchem dem Reaktionsgas eine Richtung aufgeprägt wird.
38. Vakuumbehandlungsvorrichtung, gekennzeichnet durch
- - eine Erzeugungskammer, welche Mittel zur Erzeugung einer hohen Dichte von Elektronen in derselben auf weist,
- - eine Elektronenbeschleunigungselektrode zum Heraus ziehen von Elektronenstrahlen aus der Erzeugungs kammer,
- - eine Aktivierungskammer, welche an die Erzeugungs kammer mittels der Elektronenbeschleunigungselektrode angeschlossen ist,
- - ein Einlaßmittel zum Einleiten eines Reaktionsgases in die Aktivierungskammer, wobei das Reaktionsgas aktiviert wird durch die Elektronenstrahlen in der Aktivierungskammer,
- - eine Ionenbeschleunigungselektrode zum Herausziehen von Elektronenstrahlen aus der Aktivierungskammer,
- - eine Kammer mit einem um deren Umfang herum angeord neten Magneten zum radialen Divergieren der Ionen strahlen,
- - eine Kollimatorelektrode zum Kollimieren der diver genten Ionenstrahlen in im wesentlichen parallele Ionenstrahlen,
- - eine Behandlungskammer, welche an die Divergierkammer angeschlossen und dazu ausgelegt ist, die Ionen strahlen zu kollimieren, um einen Vakuumniederschlag oder eine Vakuumbehandlung an dem Gegenstand durchzu führen, und
- - ein Richtungsübertragungsmittel zwischen dem Einlaß mittel und der Aktivierungskammer, mit welchem Mittel im Reaktionsgas eine Richtung vorgegeben wird.
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