DE4321639A1 - Plasmaunterstützte, chemische Vakuumbeschichtungsanlage - Google Patents

Plasmaunterstützte, chemische Vakuumbeschichtungsanlage

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Description

Die Erfindung betrifft eine plasmaunterstützte, chemische Vakuumbeschichtungsanlage mit einem zumindest einen Vaku­ umpumpenanschluß aufweisenden Vakuumbehälter, in dem zur Beschichtung eines von einem Substrathalter gehaltenen Substrates durch Abscheidung zumindest eines Stoffes aus einem in den Vakuumbehälter einströmenden Gases eine durch eine als gasdichte Wand ausgebildete Abschirmung begrenzte Plasmakammer vorgesehen ist, in welcher eine mit Hochfrequenz verbundene Elektrode und eine Gegenelek­ trode angeordnet sind.
Eine Beschichtungsanlage der vorstehenden Art ist bei­ spielsweise in der EP-A-04 78 984 beschrieben. Bei ihr sind sowohl die Vakuumkammer als auch die die Plasmakam­ mer begrenzende Abschirmung zylindrisch ausgebildet. Die Elektrode ragt von einer Stirnseite her in die Plasmakam­ mer. Mehrere Substrate sind quer zur Längsrichtung der Plasmakammer oberhalb der Elektrode angeordnet. Das Pro­ zeßgas strömt radial in die Vakuumkammer und von dort über die offene Stirnseite der Plasmakammer in diese hin­ ein. Der Vakuumpumpenanschluß befindet sich koaxial zur Plasmakammer an der dem Prozeßgas gegenüberliegenden Stirnseite der Plasmakammer.
Die bekannte Beschichtungsanlage genügt heutigen Ansprü­ chen oftmals nicht mehr, wenn Substrate ganz besonders gleichmäßig beschichtet werden sollen. Weiterhin sind die mit ihr erreichbaren Beschichtungsraten bei unterschied­ lichen Beschichtungsaufgaben nicht immer optimal, weil die Beschichtungsanlage unterschiedlichen Prozeßbedingun­ gen nicht angepaßt werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Beschichtungsanlage der vorstehenden Art so aus zu­ bilden, daß in ihr Substrate ganz besonders gleichmäßig beschichtet werden können und daß eine Anpassung an un­ terschiedliche Prozeßbedingungen möglich ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Plasmakammer eine der Elektrode gegenüberliegende, in die Abschirmung mehr oder minder weit hinein in Richtung der Elektrode verschiebliche, an entgegengesetztem Poten­ tial wie die Elektrode angeschlossene Stirnwand mit einem mittigen Prozeßgaseinlaß aufweist, daß die Abschirmung im Bereich der Elektrode radial nach außen in den Vakuumbe­ hälter führende Gasaustrittsöffnungen hat und daß der Va­ kuum-Pumpenanschluß fluchtend zum Prozeßgaseinlaß, dem Substrathalter und der Elektrode angeordnet ist.
Bei einer solchen Beschichtungsanlage erfolgt die Strö­ mung des Prozeßgases koaxial zum Substrat und deshalb symmetrisch. Dadurch läßt sich über den gesamten Quer­ schnitt des Substrates eine sehr gleichförmige Abscheide­ rate erzielen, was zu einer entsprechend gleichmäßigen Beschichtungsstärke führt. Da die Stirnwand der Plasma­ kammer axial verschieblich ausgebildet ist, kann man das Volumen der Plasmakammer verändern und deshalb unter­ schiedlichen Prozeßbedingungen anpassen. Dadurch ist auf einfache Weise eine Optimierung der Prozeßbedingungen bei unterschiedlichen Beschichtungsaufgaben möglich.
Zur weiteren Vergleichmäßigung der Gasströmung trägt es bei, wenn in der Plasmakammer mit geringem Abstand zur Stirnwand vor dem Prozeßgaseinlaß ein an gleichem Poten­ tial wie die Stirnwand angeschlossenes Prallblech ange­ ordnet ist.
Elektrisch leitende Substrate können sehr einfach be­ schichtet werden, wenn der Substrathalter die Elektrode bildet.
Elektrisch nicht leitende Substrate können einseitig da­ durch beschichtet werden, daß gemäß einer anderen Weiter­ bildung der Erfindung der Substrathalter auf der Seite der Plasmakammer unmittelbar vor der Elektrode angeordnet ist.
Die Vakuumbeschichtungsanlage ist zum beidseitigen Be­ schichten elektrisch leitfähiger Substrate geeignet, wenn die Plasmakammer zu beiden Seiten des Substrathalters eine in Richtung des Substrathalters verstellbare Stirn­ wand mit einem Prozeßgaseinlaß hat.
Ein Übertritt von Plasma in die Vakuumkammer und damit ein unerwünschtes Beschichten von Flächen innerhalb der Vakuumkammer kann man nahezu völlig ausschließen, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung zur ma­ gnetischen Abschirmung des Plasmas Magnete vorgesehen sind, deren Magnetfeld in den Spalt zwischen der Stirn­ wand und der Abschirmung gerichtet ist.
Die Erfindung läßt verschiedene Ausführungsformen zu. Zu ihrer weiteren Verdeutlichung sind zwei davon stark sche­ matisch in der Zeichnung dargestellt und werden nachfol­ gend beschrieben. Diese zeigt in
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Vakuumbeschichtungsanlage nach der Erfindung,
Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer Vakuumbeschich­ tungsanlage nach der Erfindung.
Die Fig. 1 zeigt einen Vakuumbehälter 1, welcher an zwei gegenüberliegenden Seiten fluchtend zueinander jeweils einen Vakuumpumpenanschluß 2, 3 hat. Innerhalb des Vaku­ umbehälters 1 ist koaxial zu den Vakuumpumpenanschlüssen 2, 3 eine im Querschnitt kreisförmige Plasmakammer 4 an­ geordnet, welche durch eine röhrenförmige Abschirmung 5 und zwei Stirnwände 6, 7 begrenzt ist. Wichtig für die Erfindung ist, daß diese Stirnwände 6, 7 mehr oder weni­ ger weit in die Abschirmung 5 eingefahren werden können, was durch zwei Doppelpfeile verdeutlicht wurde und wo­ durch sich das Volumen der Plasmakammer 4 verändern läßt.
Jede Stirnwand 6, 7 hat einen koaxialen Prozeßgaseinlaß 8, 9, über den von außen Prozeßgas in die Plasmakammer 4 eingegeben werden kann. Mittig in der Plasmakammer 4 ist eine Elektrode 10 angeordnet, welche innerhalb der Plas­ makammer 4 als Substrathalter II ausgebildet ist, der ein elektrisch leitendes Substrat 12 trägt. Ein Generator 13 vermag über eine Anpassungselektronik 14 die Elektrode 10 und damit auch das Substrat 12 mit Hochfrequenz zu be­ aufschlagen.
Vor jeder Stirnwand 6, 7 ist auf der dem Substrathalter 11 zugewandten Seite mit geringem Abstand zur Stirnwand 6, 7 jeweils ein Prallblech 15, 16 angeordnet, welches das einströmende Prozeßgas radial nach außen umlenkt. Das Prozeßgas verläßt die Plasmakammer 4 über radiale Gasaus­ trittsöffnungen 17, 18 zu beiden Seiten des Substrathal­ ters 11. Eine besonders gleichmäßige Beschichtung des Substrates 12 ergibt sich deshalb, weil die Vakuum-Pum­ penanschlüsse 2, 3, die Prozeßgaseinlässe 8, 9 und das Substrat 12 auf einer gemeinsamen Achse 19 angeordnet sind, welche koaxial zur Plasmakammer 4 verläuft.
Die Vakuumbeschichtungsanlage nach Fig. 2 ist für elek­ trisch nicht leitende Substrate 20 bestimmt, die in einem Arbeitsgang für einseitig beschichtet werden. Hierzu ist die Elektrode 21 mit geringem Abstand hinter dem Substrat 20 angeordnet. Im übrigen entspricht die Ausführungsform nach Fig. 2 sinngemäß der nach Fig. 1. Der Prozeß­ gaseinlaß 8 ist wiederum koaxial zum Vakuum-Pumpenan­ schluß 2 und zum Substrat 20 angeordnet.
Bezugszeichenliste
1 Vakuumbehälter
2 Vakuum-Pumpenanschuß
3 Vakuum-Pumpenanschluß
4 Plasmakammer
5 Abschirmung
6 Stirnwand
7 Stirnwand
8 Prozeßgaseinlaß
9 Prozeßgaseinlaß
10 Elektrode
11 Substrathalter
12 Substrat
13 Generator
14 Anpassungselektronik
15 Prallblech
16 Prallblech
17 Gaseintrittsöffnung
18 Gaseintrittsöffnung
19 Achse
20 Substrat
21 Elektrode

Claims (6)

1. Plasmaunterstützte, chemische Vakuumbeschichtungs­ anlage mit einem zumindest einen Vakuumpumpenanschluß aufweisenden Vakuumbehälter, in dem zur Beschichtung eines von einem Substrathalter gehaltenen Substrates durch Abscheidung zumindest eines Stoffes aus einem in den Vakuumbehälter einströmenden Gases eine durch eine als gasdichte Wand ausgebildete Abschirmung begrenzte Plasmakammer vorgesehen ist, in welcher eine mit Hochfre­ quenz verbundene Elektrode und eine Gegenelektrode ange­ ordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmakammer (4) eine der Elektrode (10) gegenüberliegende, in die Ab­ schirmung (5) mehr oder minder weit hinein in Richtung der Elektrode (10) verschiebliche, an entgegengesetztem Potential wie die Elektrode (10) angeschlossene Stirnwand (6, 7) mit einem mittigen Prozeßgaseinlaß (8, 9) auf­ weist, daß die Abschirmung (5) im Bereich der Elektrode (10) radial nach außen in den Vakuumbehälter (1) führende Gasaustrittsöffnungen (17, 18) hat und daß der Vakuum- Pumpenanschluß (2, 3) fluchtend zum Prozeßgaseinlaß (8, 9), dem Substrathalter (11) und der Elektrode (10) ange­ ordnet ist.
2. Vakuumbeschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Plasmakammer (4) mit geringem Abstand zur Stirnwand (6, 7) vor dem Prozeßgaseinlaß (8, 9) ein an gleichem Potential wie die Stirnwand (6, 7) an­ geschlossenes Prallblech (15, 16) angeordnet ist.
3. Vakuumbeschichtungsanlage nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Substrathalter (11) die Elektrode (10) bildet.
4. Vakuumbeschichtungsanlage nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Substrathalter (11) auf der Seite der Plasmakammer (4) unmittelbar vor der Elektrode (21) angeordnet ist.
5. Vakuumbeschichtungsanlage nach den Ansprüchen 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmakammer (4) zu beiden Seiten des Subtrathalters (II) eine in Rich­ tung des Substrathalters (11) verstellbare Stirnwand (6, 7) mit einem Prozeßgaseinlaß (8, 9) hat.
6. Vakuumbeschichtungsanlage nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur magnetischen Abschirmung des Plasmas Magnete vorgesehen sind, deren Magnetfeld in den Spalt zwischen der Stirn­ wand (6, 7) und der Abschirmung (5) gerichtet ist.
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