DE4217900A1 - Anordnung einer mikrowellendurchlässigen Scheibe in einem Hohlleiter und Verfahren zur Einbringung dieser Scheibe - Google Patents
Anordnung einer mikrowellendurchlässigen Scheibe in einem Hohlleiter und Verfahren zur Einbringung dieser ScheibeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In der Vakuumtechnik werden für die Erzeugung eines Plasmas, das zum Ätzen oder Be
schichten von Substraten verwendet wird, sehr oft Mikrowellen verwendet. Diese Mikro
wellen regen einen elektrisch neutralen gasförmigen Stoff an und bewirken z. B. in Ver
bindung mit einem statischen Magnetfeld einen ECR-Betrieb (ECR = Electron Cyclotron
Resonance), der eine besonders hohe Ausbeute an Ionen ermöglicht. Da die Mikrowellen
sehr gezielt in den Plasmaraum eingeführt werden müssen, um die gewünschte Wirkung zu
entfalten, werden sie in der Regel mittels eines Hohlleiters an einer definierten Stelle in
den Plasmaraum eingegeben.
Ein besonderes Problem bei der Einführung von Mikrowellen in den Plasmaraum besteht
darin, daß zwischen einem Mikrowellensender, der sich außerhalb des Plasmaraums befin
det, und dem Plasmaraum selbst ein erheblicher Druckunterschied vorhanden ist. Während
sich der Mikrowellensender unter Atmosphärendruck befindet, herrscht in der Plasma
kammer ein sehr niedriger Druck, so daß man auch von einer Vakuumkammer spricht.
Um die beiden unterschiedlichen Druckräume voneinander zu trennen und dennoch Mikro
wellen von dem einen in den anderen Raum zu senden, wird in der Regel ein mikrowellen
durchlässiges Fenster aus Quarz, Keramik oder Kunststoff im Hohlleiter oder in einem
Zuführungsstück zu diesem Hohlleiter bzw. in einem Verlängerungsstück an diesem Hohl
leiter vorgesehen.
Es sind bereits Hohlleiter bekannt, in die ein mikrowellendurchlässiges Fenster integriert
ist. Bei diesem Hohlleiter ist das Fenster mittels einer komplizierten Verbundtechnik mit
dem metallischen Hohlleiter verbunden, so daß die gesamte Baueinheit sehr teuer ist.
Außerdem sind die integrierten Fenster sehr empfindlich gegenüber mechanischen Stößen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren
vorzuschlagen, mit dem zwei Räume stark unterschiedlicher Drücke durch ein mikrowellendurchlässiges
Fenster getrennt werden können.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß eine sehr hohe
Vakuumdichtheit - etwa bis 10-8 mbar - bei großer mechanischer Stabilität erreicht wird.
Anhand eines Ausführungsbeispiels wird das erfindungsgemäße Verfahren im folgenden
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Hohlleiter mit einem mikrowellendurchlässigen Fenster;
Fig. 2 eine Vorrichtung für die mikrowellenunterstützte Magnetron-Kathoden
zerstäubung;
Fig. 3 eine Vorrichtung für die Zuführung einer Mikrowelle zu einem Elektronen
strahlverdampfer.
In der Fig. 1 ist der Endabschnitt eines Rechteck-Hohlleiters 1 dargestellt, der ein mecha
nisches Anpassungsstück 2 und ein abgebrochen dargestelltes Rohrstück 3 enthält. Wäh
rend das Anpassungsstück 2 mit einer Vakuum- und Plasmakammer 4 verbunden ist, in
welche Mikrowellen 5 eingegeben werden, steht das Rohrstück 3 mit einem nicht darge
stellten Mikrowellensender in Verbindung und ist von Atmosphärendruck umgeben. So
wohl das Rohrstück 3 als auch das Anpassungsstück 2 sind mit jeweils einem Flansch 6
bzw. 7 versehen, die über Schrauben 8, 9 miteinander verbunden sind. Entsprechendes gilt
für das Anpassungsstück 2 in bezug auf die Plasmakammer 4. Auch sind Schrauben 10, 11
vorgesehen, welche die entsprechenden Flansche 12, 13 miteinander verbinden. Zwischen
den Flanschen 12, 13 ist ein Dichtring 14 vorgesehen, der eine hermetische Abdichtung
zur Außenwelt gewährleistet.
Unmittelbar unterhalb des Flansches 7 des Anpassungsstücks 2 ist eine Scheibe 15 vorge
sehen, die UV-Licht durchläßt. Diese Scheibe kann aus Quarz, Keramik, Kunststoff oder
einem anderen geeigneten Material bestehen. Für die Aufnahme des Rands der Scheibe 15
ist in dem Anpassungsstück 2 eine Aussparung 16 mit L-förmigem Querschnitt vorgese
hen. In dem Zwischenraum zwischen dem Rand der Scheibe 15 und der Aussparung 16 ist
ein Kleber 17 vorgesehen, der die Scheibe 15 mit dem Anpassungsstück 2 verbindet. Die
ser Kleber 17 muß verlustarm bezüglich Mikrowellenstrahlung, vakuumdicht bis in den
10-8 mbar-Bereich, temperaturbeständig bis mindestens 150°C und elastisch sein. Ein
hochwertiger Silikonkleber erfüllt alle diese Anforderungen.
Das Anpassungsstück 2 und das Rohrstück 3 bilden einen Teil des Rechteckhohlleiters 1,
dessen Innenquerschnitt z. B. bei einer Mikrowellenfrequenz von 2,45 GHz eine Breite
von 86,4 mm und eine Höhe von 43,2 mm besitzt, d. h. es handelt sich um einen R 26-
Hohlleiter. Das Fenster 15 hat bei diesen Hohlleiter-Abmessungen selbst etwa die Abmes
sungen 90 mm×46 mm, d. h. es ist größer als die Querschnittsfläche des Hohlleiters, und
zwar sowohl in der Breite als auch in der Höhe um etwa 3 bis 4 mm. Ein entsprechendes
Höhen-Seiten-Verhältnis gilt auch dann, wenn Hohlleiter mit anderen Rechteck-Quer
schnitten verwendet werden. Auch für kreisförmige oder elliptische Querschnitte gilt Ent
sprechendes.
In der Fig. 2 ist eine Plasmakammer 20 dargestellt, deren Gehäuse 21 einen Gaseinlaß 22
und einen Gasauslaß 23 aufweist. In diesem Gehäuse 21 befindet sich ein zu beschichten
des Substrat 24 auf einem Drehteller 25, der am Boden 26 des Gehäuses 21 angeordnet ist.
Gegenüber dem Substrat 24 ist eine Sputterelektrode 27 vorgesehen, die mit einer Katho
denwanne 28 in Verbindung steht. An die Kathodenwanne 28 ist eine Stromversorgung 29
angeschlossen, bei der es sich vorzugsweise um eine Gleichstromversorgung handelt. Die
Kathodenwanne 28 sitzt auf elektrischen Isolatoren 55, 30, die ihrerseits in eine Aus
sparung auf der Oberseite 31 des Gehäuses 21 eingelassen sind.
In die Kathodenwanne 28 ist ein Dauermagnet 32 mit einem Joch 33 und zwei Nordpolen
34, 35 sowie einem zwischen diesen liegenden Südpol 36 angeordnet. Auf beiden Seiten
der Sputterelektrode 27 ist jeweils ein Hohlleiter 37 38 vorgesehen, dessen Längsachse
parallel zur Oberfläche der Sputterelektrode 27 verläuft und der in einem U-förmigen
Blech 39, 40 endet. Jeder der beiden Hohlleiter 37, 38 weist eine 90-Grad-Knickstelle 41,
42 auf, an der er nach oben abgewinkelt ist und über ein Endstück 43, 44 mit einem nicht
dargestellten Mikrowellensender in Verbindung steht. Zwischen dem Endstück 43, 44 und
dem Hohlleiter 37, 38 ist ein Fenster 45, 46 vorgesehen, welches die Plasma- oder Vaku
umkammer 20 druckmäßig von der Außenwelt abtrennt. Dieses Fenster 45, 46 entspricht
dem Fenster 15 der Fig. 1 und ist in entsprechender Weise wie dieses eingepaßt, wobei der
Flansch 47, 48 dem Flansch 6 in Fig. 1 entspricht. Durch die Anordnung von Nord- und
Südpol des Dauermagneten bilden sich kreisbogenförmige magnetische Feldlinien 49, 50
aus, in denen bei einstrahlenden Mikrowellen die ECR-Bedingung erfüllt sein kann. Die
Hohlleiter 37, 38 leiten die Mikrowellenenergie über die U-förmigen Bleche 39, 40 direkt
in den Bereich zwischen Target 27 und Substrat 24, wo sie absorbiert wird.
In der Fig. 3 ist eine weitere Möglichkeit der Anordnung eines Fensters zwischen einem
Mikrowellensender und einer Vakuum-Bearbeitungskammer dargestellt. Die Fig. 3 zeigt
eine Hornantenne 60, die sich in einer Vakuumkammer 61 befindet. Das Gehäuse dieser
Vakuumkammer 61 ist nur teilweise dargestellt und mit 62 bezeichnet. Über der Hornan
tenne 60 werden Mikrowellen einem Tiegel 63 zugeführt, in den flüssiges Metall 64 oder
eine flüssige Metallegierung von einem Elektronenstrahl verdampft wird. Die Hornantenne
60 reicht mit ihrem einen Ende sehr nahe an den Tiegel 63 heran. Sie ist außerdem über ein
Fenster 65 und einen Hohlleiter 66 mit einem nicht dargestellten Tuner verbunden. Hierbei
stellt das Fenster 65 die Schnittstelle zwischen Vakuum und Luft dar. Man erkennt, daß es
in einer Aussparung eines Teils 67 ruht, das den Hohlleiter 66 umfaßt. Diesem Teil 67
liegt ein weiteres Teil 68 gegenüber, das das Fenster 65 gegen das Teil 67 drückt. Der Kle
ber zwischen dem Fenster 65 und dem Teil 67 ist mit 69 bezeichnet. Ein weiteres Teil 70,
das an das Teil 67 anschließt, ist mit einer Manschette 71 versehen, die mit dem Gehäuse
62 in Verbindung steht. Während des Verdampfens des Materials 64 herrscht vor einem
zweiten Fenster 72 aus Glas oder Keramik, d. h. in der Kammer 61, ein Dampfdruck des
verdampften Materials von 10-2 mbar oder mehr, so daß das Plasma allein aufgrund der
eingestrahlten Mikrowelle zündet. Zwischen dem Fenster 72 und dem Fenster 65, also in
der Hornantenne selbst, herrscht ein Druck von 10-4 mbar, so daß das Plasma nicht zünden
kann.
Damit sich der Druck von 10-4 mbar einstellt, sind auf der Oberseite der Hornantenne 60
Löcher 90 bis 99 vorgesehen. Die Unterseite der Hornantenne 13 weist dagegen keine
Löcher auf. Der Raum zwischen dem Fenster 72 und 65 ist folglich mit dem Hintergrund
vakuum der Anlage verbunden. Auch das Fenster 72 ist so eingebaut, daß es auf derjeni
gen Seite aufliegt, wo der niedrigere Druck herrscht, so daß es durch den hohen Druck auf
einen als Lager dienenden Vorsprung gedrückt wird.
Mit 80 ist eine aufgelötete schlangenförmige Kühlleitung bezeichnet, während mit 74 eine
Flanschverbindung zwischen dem Hohlleiter 68 und der Hornantenne 60 bezeichnet ist.
Eine Tiegelabdeckung 75 dient dazu, die von einem Elektronenstrahl verdampften Teil
chen einzugrenzen.
Claims (12)
1. Anordnung einer mikrowellendurchlässigen Scheibe zur druckmäßigen Trennung eines
ersten Raums mit niedrigem Druck von einem zweiten Raum mit höherem Druck, da
durch gekennzeichnet, daß der erste Raum eine Vakuumkammer ist, während der zweite
Raum eine Führung (3; 37, 38, 66) für Mikrowellen (5) enthält, wobei das mikrowellen
durchlässige Fenster (15; 45, 46, 65) wenigstens auf einem Vorsprung eines der Vakuum
kammer (4, 21, 61) zugeordneten Teils ruht und mit diesem verklebt ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Vakuumkammer
ein rohrförmiges Ansatzstück (2) vorgesehen ist, das an einem Ende seiner Innenwand eine
Aussparung (16) aufweist, und daß in diese Aussparung der Rand des Fensters (15) gelegt
ist, wobei zwischen dem Rand des Fensters und der Aussparung (16) ein Kleber vorgese
hen ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansatzstück (2) einen
Flansch (7) aufweist, dem der Flansch (6) eines Hohlleiters (3) gegenüberliegt, und daß
beide Flansche (6, 7) über Schrauben (8, 9) miteinander verbunden sind.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an das Fenster (45, 46) im
Innenraum einer Vakuumkammer ein Hohlleiter (37, 38) anschließt, der auf die Unterseite
eines Targets (27) führt.
5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an das Fenster (65) ein
Hohlleiter (68) anschließt, der mit einem Hornstrahler (60) verbunden ist, der auf einen
Elektronenstrahl-Verdampfer-Tiegel (63) gerichtet ist.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (65) an seinem
Rand zwischen zwei Teilen (67, 68) eingeklemmt ist, von denen das eine Teil (67) eine
Aussparung aufweist, in der das Fenster (65) mit seinem Rand aufliegt.
7. Verfahren zum Einbringen einer mikrowellendurchlässigen Scheibe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
- a) eine Scheibe ausgewählt wird, die eine größere Querschnittsfläche aufweist als die inne re Querschnittsfläche des Hohlleiters;
- b) die innere Querschnittsfläche des Hohlleiters an einem Ende aufgeweitet wird, an dem der höhere Gasdruck auftritt;
- c) ein Kleber an der aufgeweiteten Stelle des Hohlleiters aufgebracht wird;
- d) die Scheibe in die aufgeweitete Stelle des Hohlleiters eingebracht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe ein Fenster aus
Quarzglas, Keramik oder einem verlustarmen Kunststoff ist.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter ein Recht
eckhohlleiter ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Mikrowellenfre
quenz von 2,45 GHz der Innenquerschnitt des Rechteckhohlleiters 86,4 mm× 43,2 mm be
trägt (= R 26-Hohlleiter).
11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe rechteckig
ausgebildet ist, wobei jede Seite der Scheibe etwa 3 bis 4 mm größer ist als die entspre
chende Seite des Rechteckhohlleiters.
12. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber ein Silikonkle
ber ist.
Priority Applications (2)
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