DE4113142A1

DE4113142A1 - Vorrichtung zur erzeugung von glimmentladungen

Info

Publication number: DE4113142A1
Application number: DE4113142A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr Geisler; Michael Jung; Rudolf Dipl Koetter-Faulhaber
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1991-03-14
Filing date: 1991-04-23
Publication date: 1992-09-17
Also published as: US5296784A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Glimmentladungen, vorzugsweise für ein Großflächen-Plas ma-CVD-Verfahren, im wesentlichen bestehend aus einer Vakuumbeschichtungskammer und einem Mikrowellen- Hohlleiter-Resonator mit einer oder mehreren Koppel stellen.

Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen bekannt, die bespielsweise aus einem Mikrowellen-Hohlleiter bestehen, der über eine Koppelstelle mit einer Trichter- oder Hornantenne verbunden ist. Mittels dieser Antenne werden die Mikrowellen durch eine Quarzglasscheibe in eine Vakuumbeschichtungskammer eingekoppelt, wodurch in dieser Kammer beispielsweise ein Plasma-CVD-Verfahren ermöglicht ist.

Weiterhin kennt man Vorrichtungen mit einem Mikrowel len-Hohlleiter, der beispielsweise mittels einer Koppel stelle die Mikrowellen zu einem Mikrowellen-Hohlleiter-Re sonator überträgt.

Dieser Hohlleiter-Resonator ist charakterisiert durch ein stehendes Interferenzmuster des Mikrowellenfeldes sowie eine oder mehrere Koppelstellen zur Versorgung der Glimmentladungen für beispielsweise Korrosionsschutzpro zesse und ECR-Wafer-Trockenätzverfahren.

Diese bekannten Vorrichtungen mit Trichter- bzw. Horn antenne haben den Nachteil, daß unter anderem die zwi schen der Antenne und der Vakuumkammer befindliche Quarzglasscheibe während des Beschichtungsverfahrens mitbeschichtet wird und somit den Durchgang der Mikro wellen beeinflußt bzw. verhindert.

Die Vorrichtungen mit einem Mikrowellen-Hohlleiter-Re sonator haben den Nachteil, daß eine Abstimmung der Resonatorlänge, der Position sowie der Koppler erfor derlich ist. Weiterhin erhält man durch die stehenden Interferenzmuster des Mikrowellenfeldes in vielen Fällen ein räumlich nicht ausreichend homogenes Plasma und damit eine unbefriedigende Verteilung der Beschichtungs rate, beispielsweise in einem PCVD-Prozeß.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, erstens eine Vorrichtung zu finden, die unabhängig ist von einer Einrichtung, wie zum Beispiel der Quarzglasscheibe, die die Mikrowellen vor ihrem Eintritt in den Innenraum einer Beschichtungskammer nachhaltig beeinflußt. Zwei tens soll eine Vorrichtung gefunden werden, die im zeit lichen Mittel ein räumlich homogeneres Plasma und somit auch eine ausreichend gleichmäßige Verteilung der Be schichtungsrate von großflächigen Substraten, z. B. Scheinwerfer-Reflektoreinsätzen, in beispielsweise einem PCVD-Verfahren ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

a) der Resonator als Mikrowellen-Hohlleiter-Ring resonator ausgeführt ist und vorzugsweise außerhalb der Kammer im Bereich eines planen Abschnitts an der Außenwand oder in einem die Kammer insgesamt umgreifenden Abschnitt vorgesehen ist,
b) an den Koppelstellen zwischen dem Mikrowellen-Hohl leiter-Ringresonator und der Vakuumkammer eine Reaktionszone ausgebildet ist, die zweckmäßigerwei se die gleiche ringförmige Konfiguration aufweist wie der Resonator und sich vorzugsweise unmittelbar an der Innenseite der Kammerwand befindet und
c) im Bereich der radial außen- und der radial innen liegenden oder im Bereich der vorderen und der hinteren Begrenzungsebene der sich ringförmig aus bildenden Reaktionszone jeweils eine Reihe Magnete unterschiedlicher Polung vorgesehen sind, die sich beispielsweise auf der im Vakuum liegenden Innen seite der Kammerwand befinden, so daß sich vor der Reaktionszone ein parallel zu dieser verlaufender Tunnel von Magnetfeldlinien zwischen den Magnet polen ausbildet und das Magnetfeld einen räumlich homogenen Plasmaschlauch in der Reaktionszone ein schließt.

Diese Vorrichtung weist mit Vorteil einen Mikrowellen- Hohlleiter-Ringresonator auf, der mit einer Antennen anordnung - beispielsweise in Form von Koppelschleifen - zur Erzeugung von Glimmentladungen, vorzugsweise in einem PCVD-Verfahren, zur Beschichtung von großflächi gen, ebenen Substraten bestens geeignet ist.

Ebenso ist mit einer modifizierten Antennenanordnung die allseitige Beschichtung von zum Beispiel rohrförmigen Substraten möglich. Mit der erfindungsgemäßen Vorrich tung ist ein Plasma einstellbar, das eine deutlich ver besserte räumliche Homogenität aufweist und mit Vorteil eine gleichmäßige Verteilung der Beschichtungsrate, vor zugsweise in einem PCVD-Verfahren, ermöglicht. Eine Abstimmung der Kopplerpositionen ist nicht mehr erfor derlich.

Weitere Ausführungsmöglichkeiten und Merkmale sind in den Unteransprüchen näher beschrieben und gekennzeich net.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmög lichkeiten zu; einige davon sind in den anhängenden Zeichnungen näher dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Tragplatte mit einem Mikrowellen-Hohl leiter-Ringresonator mit Antennen-Array in flacher Ausführungsform in der Draufsicht der von der Vakuumseite,

Fig. 2 eine Tragplatte gemäß Fig. 1, jedoch von der Seite atmosphärischen Drucks,

Fig. 3 einen Mikrowellen-Hohlleiter-Ringresonator gemäß Fig. 1 in Schnittdarstellung, jedoch zusätzlich mit Pumpsystem und zu beschichten den Substraten und

Fig. 4 einen Mikrowellen-Hohlleiter-Ringresonator gemäß Fig. 3, jedoch in Rohrform, ohne Magnet- und Pumpsystem, in perspektivischer Darstellung.

Eine ebene, rechteckförmige Tragplatte 1 (Fig. 1) ist auf ihrer Vakuumseite mit einer parallel zu den Außen kanten der Platte 1 verlaufenden Nut 2 versehen.

Wie die Darstellung zeigt, befindet sich auf der Trag platte 1 je eine Kette gleichpoliger Magnete 5, 5′, 6, 6′, .. innerhalb und außerhalb der umlaufenden Nut 2, wobei beide Ketten parallel und in einem konstanten Abstand zu der Nut 2 verlaufen. Der magnetische Nordpol 5, 5′, .. liegt in dem radial innenliegenden Bereich der umlaufenden Nut 2, während die Magnete 6, 6′, außerhalb der Nut 2 verlaufen und als Südpol ausgebildet sind. Am Nutgrund ist eine Reihe von Koppelschleifen 7, 7′, .., auch als Antennen bezeichnet, so angeordnet, daß diese einen konstanten Abstand zueinander aufweisen und paarweise abwechselnd invertierend und nicht invertierend ausgerichtet sind.

Parallel zum Außenrand der Platte 1 ist eine umlaufende Lochreihe von Durchgangsbohrungen 8, 8′, ... vorgesehen, an die sich zur Plattenmitte hin eine ebenso umlaufende Dichtnut 9 anschließt.

Auf der Atmosphärenseite A der Tragplatte 1 (Fig. 2) mündet eine Hohlleiterverbindung 3 lotrecht in die Nut 2 ein, und zwar in der Mitte der Nutlängsseite. Auf der kürzeren, oberen Querseite der Nut 2 befindet sich ein Zirkulator 4.

Eine Schnittdarstellung entlang der Ebene X-X der Fig. 1 ist in Fig. 3 gezeigt. Auf der Seite atmosphä rischen Drucks A der ebenen Platte 1 befinden sich die Vakuumpumpen 10, 10′, 10′′, die über die Saugleitungen 11, 11′, 11′′ mit der Platte 1 verbunden sind, so daß auf der gegenüberliegenden Seite der Platte 1 ein Vakuum V erzeugbar ist. Jeweils zwischen den Pumpen 10, 10′, 10′′ sind zwei Mikrowellenquellen 12, 12′ angeordnet, die wiederum über eine Hohlleiterverbindung 3, 3′ mit je einem Hohlleiter-Ringresonator 13, 13′ verbunden sind.

Dieser wiederum mündet - von der Atmosphärenseite A her kommend - in die umlaufende Nut 2 der Platte 1. Die von den Quellen 12, 12′ emittierten Mikrowellen M werden jeweils mit Hilfe von Koppelschleifen 14, 14′ von den Hohlleiterverbindungen 3, 3′ zu den Hohlleiter-Ringreso natoren 13, 13′ und von diesen mittels der Koppelschlei fen 7, 7′ durch die umlaufende Nut 2 in eine auf der Vakuumseite V befindliche Reaktionszone R übertragen.

Beidseitig der Nut 2 befinden sich auf der Vakuumseite V der Platte 1 die Magnetpaare 5, 6 sowie 5′, 6′, die durch ein gemeinsames Joch 15 miteinander verbunden sind. Jeweils zwischen den Magneten 5, 6 und 5′ 6′ bil det sich ein Magnetfeld, und es stellen sich die Magnet feldlinien 16, 16′ ein, die einen in sich geschlossenen Plasmaschlauch 17 in der Reaktionszone R einschließen.

Die im Vakuum V zu beschichtenden Substrate 18, 18′, sind in Richtung B vor den Magneten 5′, 6′ und 5, 6 vorbeibewegbar, wobei die Substrate 18, 18′, .. in einen Carrier 19 eingesetzt sind und die Ebene der Bewe gungsrichtung B parallel zur Haupterstreckungsrichtung der Flanschplatte 1 verläuft.

Eine Vakuumkammer 20, von der ein Teil in Fig. 4 ge zeigt ist, hat einen rechteckförmigen Querschnitt. Eine Stirnseite 21 der Kammer ist offen, so daß der Innenraum der Kammer von dieser Stirnseite 21 voll zugänglich ist. Aus einem Rechteckrohr ist ein Hohlleiter 22 als ge schlossener Ring ausgebildet, wobei dieser die Kammer 20 umfaßt und mit deren Stirnseite 21 bündig abschließt. Jeweils in der Mitte der senkrechten Rohrstücke des Hohlleiters 22 münden Hohlleiterverbindungen 23, 24 lot recht in die Außenseite des Hohlleiters 22 ein, so daß eine durch beide Hohlleiterverbindungen 23, 24 gehende, gedachte Linie eine Symmetrieachse S des Hohlleiters 22 darstellt. In unmittelbarer Nähe der Hohlleiterverbin dung 23 ist ein Zirkulator 25 in den Hohlleiter 22 inte griert. Auf den Innenseiten des Hohlleiters 22 sind Koppelschleifen 26, 26′, .. vorgesehen, die in regel mäßigen Abständen und in einer linienförmigen, umlaufen den Reihe angeordnet sind und bis in den Innenraum der Kammer 20 hineinragen.

Von einer oder mehreren nicht näher dargestellten Mikro wellenquellen werden die Mikrowellen M erzeugt und in die Hohlleiter-Verbindungen 23, 24 eingespeist. Von diesen treten die Mikrowellen M in den Hohlleiter-Ring resonator 2 ein und gelangen über die Koppelschleifen 26, 26′, .. in den Innenraum der Kammer 20. Ein zu beschichtendes Substrat 27, das in seiner Querschnitts fläche kleiner ist als die frei zugängliche Quer schnittsfläche der Kammer 20 ist in Richtung der Haupt achse H durch die Kammer 20 hindurchbewegbar.

Bezugszeichenliste

1 Tragplatte
2 Nut
3, 3′ Hohlleiterverbindung
4 Zirkulator
5, 5′, . . . Magnet, Nordpol
6, 6′, . . . Magnet, Südpol
7, 7′, . . . Koppelschleife, Antenne
8, 8′, . . . Durchgangsbohrung
9 Dichtnut
10, 10′, 10′′ Vakuumpumpe
11, 11′, 11′′ Saugleitung
12, 12′ Mikrowellenquelle
13, 13′ Mikrowellen-Hohlleiter-Ringresonator
14, 14′ Koppelschleife
15 Joch
16, 16′ Magnetfeldlinie
17 Plasma, Plasmaschlauch
18, 18′, . . . Substrat
19 Carrier
20 Vakuumkammer
21 Stirnseite
22 Hohlleiter-Ringresonator
23 Hohlleiterverbindung
24 Hohlleiterverbindung
25 Zirkulator
26, 26′, . . . Koppelschleifen
27 Substrat
K Vakuumbeschichtungskammer
A Atmosphäre
V Vakuum
X-X Schnittebene
M Mikrowellen
R Reaktionszone
B Bewegungsrichtung
S Symmetrieachse
H Hauptachse

Claims

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Glimmentladungen, vorzugsweise für ein Großflächen-Plasma-CVD-Verfah ren, im wesentlichen bestehend aus einer Vakuumbe schichtungskammer (K) und einem Mikrowellen-Hohl leiter-Resonator mit einer oder mehreren Koppel stellen, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Resonator als Mikrowellen-Hohlleiter-Ring resonator (13, 13′) ausgeführt ist und vor zugsweise außerhalb der Kammer im Bereich eines planen Abschnitts an der Außenwand oder in einem die Kammer insgesamt umgreifenden Abschnitt vorgesehen ist,
b) an den Koppelstellen zwischen dem Mikrowellen- Hohlleiter-Ringresonator (13, 13′) und der Vakuumkammer (K) eine Reaktionszone (R) ausge bildet ist, die zweckmäßigerweise die gleiche ringförmige Konfiguration aufweist wie der Resonator (13, 13′) und sich vorzugsweise unmittelbar an der Innenseite der Kammerwand befindet und
c) im Bereich der radial außen- und der radial innenliegenden oder im Bereich der vorderen und der hinteren Begrenzungsebene der sich ringförmig ausbildenden Reaktionszone (R) jeweils eine Reihe Magnete (5, 5′, ...; 6, 6′, ...) unterschiedlicher Polung vorgesehen ist, die sich beispielsweise auf der im Vakuum (U) liegenden Innenseite der Kammerwand befinden, so daß sich vor der Reaktionszone (R) ein parallel zu dieser verlaufender Tunnel von Magnetfeldlinien (16, 16′) zwischen den Mag netpolen (5, 5′, ..., 6, 6′, ...) ausbildet und das Magnetfeld (16, 16′) einen räumlich homogenen Plasmaschlauch (17) in der Reak tionszone (R) einschließt.

2. Vorrichtung zur Erzeugung von Glimmentladungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikro wellen (M) von einer Mikrowellenquelle (12, 12′) in den Hohlleiter-Ringresonator (13, 13′, 22) einge speist werden.

3. Vorrichtung zur Erzeugung von Glimmentladungen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter-Ringresonator (13, 13′, 22) vorzugsweise aus einem Vierkant-Profilrohr herstellbar ist.

4. Vorrichtung zur Erzeugung von Glimmentladungen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter-Ring resonator (13, 13′, 22) vorzugsweise in Form eines Rechtecks oder mehrerer koaxial angeordneter Recht ecke ausgebildet ist.

5. Vorrichtung zur Erzeugung von Glimmentladungen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter-Ring resonator (13, 13′) vorzugsweise auf einer ebenen Platte (1) befestigbar ist.

6. Vorrichtung zur Erzeugung von Glimmentladungen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelstellen zwi schen dem Hohlleiter-Ringresonator (13, 13′, 22) und der Reaktionszone (R) vorzugsweise als Koppel schleifen (7, 7′, ..) ausgeführt sind.

7. Vorrichtung zur Erzeugung von Glimmentladungen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppel schleifen (7, 7′, ..) vorzugsweise auf mindestens einer gemeinsamen Linie liegen und diese gedachte Linie eine Rechteck-Konfiguration aufweist.

8. Vorrichtung zur Erzeugung von Glimmentladungen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppel schleifen (7, 7′, ..) in regelmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind.

9. Vorrichtung zur Erzeugung von Glimmentladungen nach den Ansprüchen 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelschleifen (7, 7′, ..) paarweise abwechselnd invertierend und nichtinvertierend angeordnet sind.

10. Vorrichtung zur Erzeugung von Glimmentladungen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise ein Zirku lator (4) in den Hohlleiter-Ringresonator (13, 13′, 22) integrierbar ist.