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Vorliegende Erfindung bezieht sich
im Allgemeinen auf das Gebiet der Plasma Oberflächenbehandlung und im Besonderen
auf eine Bearbeitungskammer für
solche Zwecke. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung
zur Plasma Behandlung, die vorerwähnte Bearbeitungskammer benutzt, und
auf ihre Anwendung zur Plasma Behandlung.
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Die von dieser Erfindung vorgesehene
Plasma Behandlung ist nicht auf spezifische Anwendungen oder Techniken
beschränkt.
Anwendungsbeispiele auf diesem Gebiet schließen vor allem das Plasma verstärkte Chemical-Vapour-Deposition-Verfahren
(PECVD), auch bekannt als Plasma unterstütztes Chemical-Vapour-Deposition-Verfahren (PACVD),
ein.
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Die Chemical-Vapour-Deposition (CVD)
ist im Allgemeinen eine Technik zur Bearbeitung der Oberfläche eines
Werkstücks,
z. B. eines Substrats, durch Eintauchen des Letzteren in ein Vorläufergas oder
Vorläufergasgemisch
ausgewählter
Materialien innerhalb einer Bearbeitungskammer. Die Materialien
in gasförmigem
Zustand, bekannt als aktive Spezies, können unter kontrollierten Bedingungen
(Gaszusammensetzung, Druck und Temperatur, Oberflächentemperatur
usw.) auf eine Werkstückoberfläche aufgetragen
werden. Die Zusammensetzung des Eintauchgases kann auch so gewählt werden,
dass es unter Benutzung einer Maske die Oberfläche des Werkstücks an ausgewählten Stellen
wegätzt.
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Die klassische CVD erfordert es im
Allgemeinen, dass das Werkstück
bei einer ziemlich hohen Temperatur gehalten wird, um den Auftrag
eines Films darauf einzuleiten und aufrecht zu halten, was im Wesentlichen
ein wärmegesteuerter
Prozess ist. Dieser funktioniert auf befriedigende Weise (wobei einige
spezifischere Fragen wie thermale Belastung außer Acht gelassen werden),
solange das Substrat der Temperatur widerstehen kann, die das Verfahren ökonomisch
durchführbar
macht.
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Wenn diese Bedingung nicht erfüllt werden kann,
ist es üblich,
die Temperaturbegrenzung zu überwinden,
indem man auf PECVD zurückgreift,
ein Verfahren, das die Herstellung eines Plasmas im Innern einer
Bearbeitungskammer involviert, um eine Bedampfung zu verstärken (diese
Technik ist auch bekannt als Plasma unterstützte Chemical-Vapour-Deposition
(PACVD)).
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Die von einem Plasma erzeugten Spezies unterscheiden
sich in ihren Merkmalen von denen, welche nur in der Gasphase derselben
Vorläuferspezies
enthalten sind, die in der klassischen Chemical-Vapour-Deposition
benutzt werden. Dies kann durch die Tatsache erklärt werden,
dass Plasma an sich ein Medium in thermodynamischem Ungleichgewicht
ist. Obwohl die tatsächlichen
Phänomene,
die in einem Plasma auftreten, extrem komplex sind, kann gesagt
werden, dass im Allgemeinen die rein thermische Aktivierung einer
klassischen CVD Reaktion, welche durch eine hohe Substrattemperatur
erzeugt wird, in die Plasma-Phase übergehen kann, in welcher die
aktiven Spezies im Plasma vorgespalten werden, anstatt erst auf
der Ebene der heißen
Substratoberfläche
gespaltet zu werden. Demzufolge ermöglicht Plasma verstärkte CVD
eine dramatisch niedrigere Substrattemperatur, als dies mit gasförmiger CVD
im Hinblick auf vergleichbare Filmauftragsmerkmale der Fall ist.
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PECVD wird heutzutage auf dem Gebiet
der Oberflächenbearbeitung,
z. B. beim Ätzen
oder Auftragen verschiedenartiger Materialien extensiv angewandt.
Es bietet Leistungswerte, die durch andere klassischere Techniken
unerreichbar sind.
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1 stellt
sehr schematisch die Hauptteile einer klassischen PECVD-Vorrichtung dar,
bei welcher ein Plasma erzeugt wird durch induktive Kopplung, gegenwärtig eine
der anpassungsfähigsten
und verlässlichsten
Methoden der Plasmaerzeugung für industrielle
Anwendungen.
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Die Vorrichtung umfasst einen zylindrischen Reaktionsbehälter 2,
der aus dielektrischem Material, wie z. B. Quarz, gebildet und von
einem Radio-Frequenz (RF) Induktor in Form einer spiraligen Elektrode 4 umgeben
ist, die an eine RF-Energiequelle 6 angeschlossen
ist. Ist die Elektrode 4 aktiviert, induziert sie ein elektromagnetisches
RF-Energiefeld innerhalb des Reaktionsbehälters 2, sodass mit
den Vorläufergasen
durch RF-Kopplung ein Plasma hergestellt wird.
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Um die Gasbedingungen herzustellen,
umfasst der Behälter 2 eine
Anzahl von Einlässen 8 zur steuerbaren
Einführung
des Vorläufergases
oder der Vorläufergase.
Er hat auch einen Auslass 10, der mit einer (nicht gezeigten)
Absaugpumpe verbunden ist, um die notwendigen Niedrigdruckbedingungen
zu erzeugen und die benutzten Reaktionsgase zu evakuieren.
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Ein Gerüst 12, das einen T-förmigen Querschnitt
aufweist, ist in dem Behälter 2 vorgesehen, um
ein Werkstück 14 in
optimaler Position innerhalb des Plasmas aufzunehmen.
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Der Einfachheit halber sind die Mittel
für den Zugang
zur Kammer und die Handhabung des Werkstücks weder gezeigt noch erörtert, da
diese in der Technik wohl bekannt sind.
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Während
des Verfahrens wird ein Werkstück 14 – das ein
Isolator, Halbleiter oder Leiter sein kann – in das Gerüst 12 eingeführt. Der
Behälter 2 wird dann
bis zu einem Druck abgesaugt, der einem Teilvakuum entspricht, und
ein Vorläufergas
oder -gasgemisch wird durch die Einströmungsöffnungen 8 eingelassen.
Das benutzte Vorläufergas
enthält
Atome oder Moleküle
des aufzutragenden Materials in einer Form, dass sie vom Plasma
in der Bearbeitungskammer 2 freigesetzt werden können, und
wird häufig
mit auftragsverstärkenden
Komponenten vermischt. Das aufgetragene Material kann isolierend oder
elektrisch leitend sein.
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Die RF-Energiequelle 6 wird
aktiviert, so dass ein Plasma mit den geeigneten Merkmalen innerhalb
des Behälters
induziert wird. Das Plasma in der Kammer zerlegt das Gas in seine
Vorläuferspezies,
die dann auf kontrollierte Weise auf die Oberfläche des Werkstücks aufgetragen
werden, um eine Schicht eines Materials zu bilden, dass dem Vorläufer entspricht.
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Ein Problem tritt bei dieser Art
Vorrichtung auf, wenn sie benutzt wird, um Schichten eines elektrisch
leitenden Materials aufzutragen. In diesem Fall neigen einige der
Atome oder Moleküle
des Vorläufergases,
welches das leitende Material enthält, dazu, auf die Innenoberfläche der
Kammerwände
zu wandern und mit der Zeit einen leitenden Film darauf zu bilden.
Der leitende Film tendiert dazu, die elektromagnetische Energie,
die von der RF-Induktorelektrode 4 geliefert wird, abzuschirmen.
Dieses Phänomen
macht es nach und nach unmöglich,
ein Plasma innerhalb der Bearbeitungskammer aufrecht zu erhalten,
da die elektromagnetische Energie von dem elektrisch leitenden Film,
anstatt vom Plasma selbst absorbiert wird. Die industrielle Konsequenz
sind eine Verschlechterung der Bearbeitungsleistung und häufige Pausen
zur Reinigung der Kammerwände.
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Um dieses Problem zu überwinden,
ist bei einige Formen von PECVD-Vorrichtungen
die Induktorelektrode innerhalb der Bearbeitungskammer selbst enthalten,
so dass sich die innere Oberfläche
der Kammerwände
außerhalb
des RF-Energiefeldes
befindet und von daher außerhalb
des Raumes, den das Plasma einnimmt.
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Eine solche Vorrichtung ist sehr
schematisch in 2 dargestellt,
wobei die Elemente, die denen der 1 entsprechen,
mit denselben Ziffern bezeichnet sind und nicht weiter im Detail
erörtert
werden sollen. Die RF-Induktorelektrode 4 hat
eine plattenähnliche
Struktur und ist innerhalb der Bearbeitungskammer 2 oberhalb
des Gerüsts 12 installiert. Letzteres
kann isoliert oder vorgespannt werden, um das Plasma herzustellen
und aufrecht zu erhalten.
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Ein Beispiel einer solchen Vorrichtung
ist im Dokument EP-A-0 424 620 offen gelegt.
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Diese Offenlegung birgt jedoch eigene
Probleme in sich, nämlich
z. B.:
- – das
Material der RF-Elektrode, das in das Plasma und die Reaktionsgasumwelt
eingetaucht wird – zumindest
im Bereich ihrer exponierten Oberfläche – zu einer Quelle unkontrollierbarer
Kontamination, vor allem durch das Zerstäuben von Hochenergiepartikeln
in das Plasma und
- – die
RF-Elektrode erzeugt zusätzlich
ein sehr hohes und unkontrolliertes elektrisches Feld innerhalb
des Plasmas, welches zu Uneinheitlichkeiten auf der Auftragsoberfläche führen kann.
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Die Dokumente US-A-4 795 879, US-A-5556521
und EP-A-0 782 172 zeigen Beispiele von Vorrichtungen zur Plasma
Behandlung. Die Dokumente EP-A-0 801 413 und WO-A-98 48444, welche
eine frühere
Technik gemäß Artikel
54(3) EPC darstellen, beschreiben Plasmakammern, die ein innerhalb
der Plasmakammern angeordnetes Leitmittel vorsehen, wobei das genannte
Leitmittel einen Schlitz oder eine Vielzahl von Schlitzen umfasst,
um die Umfangsströmungen
zu unterbrechen.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung
ist es, das Problem unerwünschten
Filmauftrags auf der Innenoberfläche
der Bearbeitungskammer zu überwinden,
ohne dass auf eine innerhalb der Kammer vorgesehene Induktorelektrode
ausgewichen werden muss.
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Die von der Erfindung vorgesehene
Bearbeitungskammer ist durch Wandabschnitte begrenzt und so ausgeführt, dass
sie elektromagnetische Energie durch induktive Kopplung von einem
externen Induktor empfangen kann, der an eine AC-Quelle angeschlossen
ist, um darin ein Plasma herzustellen, zu verstärken oder aufrecht zu erhalten,
wobei die Kammer Leitmittel umfasst, welche innerhalb der genannten
Kammer so angeordnet sind, dass sie mindestens einem Teil der Innenoberfläche der Wandabschnitte
derart gegenüber
stehen, dass ein Auftrag von Material, das durch die Plasmabehandlung
freigesetzt wird, vermieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass das
Leitmittel mindestens ein leitendes Element in physischem Kontakt
mit der Innenoberfläche
umfasst.
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Das Leitmittel bildet so in der Tat
eine Falle für
die Kondensation von leitfähigen
Materialpartikeln im Plasma, bevor sie die Innenoberfläche der Wandabschnitte
erreichen können.
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Mit der Zeit häuft sich der Film leitfähigen Materials,
der sich andernfalls auf den inneren Wandabschnitten der Bearbeitungskammer
bilden würde,
stattdessen auf dem Leitmittel an. Jedoch ist diese Anhäufung nicht
nachteilig, denn sie bildet sich auf Oberflächen, die bereits elektrisch
leitend sind.
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In einer bevorzugten Ausführung der
Erfindung umfasst das Leitmittel eine Leitstruktur, die eine äußere Oberfläche hat,
welche einem inneren Umriss von mindestens einem Teil der Wandabschnitte der
Bearbeitungskammer folgt.
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Das Leitmittel weist mindestens einen
wesentlichen Abschnitt auf, der in physischem Kontakt mit der Innenoberfläche der
Bearbeitungskammer ist.
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Die äußere Oberfläche der Leitstruktur kann so
konfiguriert sein, dass sie einem wesentlichen Anteil der Wandabschnitte
folgt. In diesem Fall kann sie eine oder mehrere Öffnungen
aufweisen, die den Durchgang elektromagnetischer Energie in die
Kammer hinein ermöglichen.
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Das Vorhandensein von einer oder
mehreren Öffnungen
in dem Fall, in dem das Leitmittel zumindest zu einem gewissen Grad
einen Faradayschen Käfig
darstellt, kann zwei bedeutende Effekte mit sich bringen.
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Zum einen unterteilt die Öffnung beziehungsweise
unterteilen die Öffnungen
(z. B. in Form von Schlitzen) das Leitmittel in mehrere Sektoren,
wobei jeder Sektor einen Abschnitt des Umrisses des Leitmittels
darstellt. In Gegenwart des Plasma induzierenden elektromagnetischen
Feldes dienen diese Sektoren als Zwischeninduktoren gemäß dem Lenz'schen Gesetz. Grundsätzlich kann
man sich das Leitmittel in einem Induktor platziert denken, durch
den ein Linde-Strom hindurch fließt. Der Induktor erzeugt ein
magnetisches Feld in dem gesamten umgebenden Raum und erzeugt somit
Strömungsänderungen
im Leitmittel. Das Leitmittel tendiert dazu, diese Strömungsänderungen
aufzuheben, indem es seine eigenen induzierten Ströme erzeugt.
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Dieses Phänomen findet statt zwischen
dem Induktor und jedem Sektor des Leitmittels, das einen Faradayschen
Käfig bildet.
Induzierte Ströme,
die innerhalb eines jeden Sektors erzeugt werden, kreieren ihrerseits
Ströme,
die in das Plasma induziert werden.
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Das Vorhandensein von einer oder
mehreren Öffnungen
kann verhindern, dass solche induzierten Ströme Schleifen bilden, welche
sich um die gesamte Peripherie des Leitmittels ausdehnen und sonst
dazu tendieren würden,
das magnetische Feld kurz zu schließen.
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Zum andern helfen die Öffnungen
dabei, den Durchgang der elektromagnetischen Energie in die Bearbeitungskammer
zu verstärken.
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Weil die Leitmaterialpartikel sich
auf der Leitoberfläche
der Struktur anhäufen,
bleiben die Öffnungen
rein, auch nach längerer
Benutzung. So kommt es zu keiner Abweichung bei den Leistungsmerkmalen
der Bearbeitungskammer im Laufe der Zeit.
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Die Öffnungen können in Form einer Reihe von
Schlitzen sein, die einem willkürlichen
Muster folgen.
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Die Öffnungen können so konfiguriert sein, dass
sie einen indirekten Pfad für
die elektromagnetische Energie vom Induktor ins Innere der Kammer definieren.
Mit anderen Worten ist die Konfiguration der Öffnungen derart, dass sie keine
direkte Sichtlinie in die Kammer von außerhalb erlaubt.
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Wenn die Bearbeitungskammer eine
regelmäßige Geometrie
aufweist und die elektromagnetische RF-Energie auf homogene Weise
innerhalb vorhanden sein soll, sind die Öffnungen vorzugsweise einheitlich über das
Leitmittel verteilt.
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In einer bevorzugten Ausführung umfasst das
Leitmittel eine Reihe von Leitelementen, die von einem mechanischen
Träger
abhängen
und so verteilt sind, dass sie eine Anordnung bilden, welche der Innenoberseite
der Kammer gegenüber
steht. In diesem Fall können
die oben erwähnten Öffnungen
vorteilhafter Weise durch Räume
definiert sein, welche benachbarte Leitelemente voneinander trennen.
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Die Leitelemente können so
profiliert sein, dass sie, ohne sich zu berühren, mit benachbarten Leitelementen überlappen,
um den indirekten Pfad für
das Energiefeld zu definieren.
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Die Leitelemente können auch,
ohne sich zu berühren,
mit ihren benachbarten Leitelementen an gegenüber stehenden Kanten dachziegelförmig übereinander
liegen, um den indirekten Pfad zu definieren.
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Die Leitelemente können praktischerweise als
eine Reihe von verlängerten
rechtwinkligen Platten konstruiert sein, deren größere Länge parallel
zu einer Hauptachse der Bearbeitungskammer verläuft.
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In Ausführungen der Erfindung, in welchen das
Leitmittel in physischem Kontakt mit der Innenwand der Kammer ist,
kann das Leitmittel mechanisch gegen jene innere Wand gespannt sein,
z. B. durch federartige Befestigungen, die in der Höhe des mechanischen
Trägers
vorgesehen sind.
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In einer klassischen Anwendung begrenzt das
Leitmittel einen Raum innerhalb der Kammer, innerhalb dessen eine
Plasmabedingung hergestellt werden soll. Dieser Raum kann den Raum
einschließen,
der das Werkstück
enthält,
das aufgenommen werden soll, oder er kann außerhalb des Werkstücks sein.
Die letztere Möglichkeit
kann gewählt
werden, z. B. zum Auftragen eines Materials in einer Postplasmaauftragsposition
der Kammer. In diesem Fall kann ein Einlass für Reaktionsmaterial, z. B.
ein Gas oder ein Gasgemisch, außerhalb
des Raums, der durch das Leitmittel begrenzt ist, vorgesehen sein.
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Es ist auch möglich nach der vorliegenden Erfindung, über eine
Quelle von Plasmamaterial, wie z. B. eine Ionenquelle, innerhalb
der Kammer selbst zu verfügen.
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Vorteilhafterweise kann die Quelle
des Plasmamaterials durch das Leitmittel selbst dargestellt sein.
So kann das Leitmittel zusätzlich
zum Schutz der Wandabschnitte der Kammer auch z. B. als Quelle von
Metallionen für
den Plasmaauftrag dienen. Zu diesem Zweck ist das Leitmittel – zumindest
teilweise – aus
Materialen zusammengesetzt, die den gewünschten Auftrag bilden. Das
Leitmittel kann so aktiviert werden, indem es an eine DC- oder AC-Quelle angeschlossen
wird (einschließlich
Radiofrequenzen), um die Partikelzerstäubung aus seinem(n) konstituierenden
Materialien) zu aktivieren.
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Die befreiten Ionen werden auf diese
Weise durch das induzierte Plasma, das durch die ionisierten Gase
im induzierten Energiefeld hergestellt wurde, erneut ionisiert.
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Der Anmelder fand heraus, dass die
Quelle von Plasmamaterial dadurch stärker sein kann, verglichen
mit Techniken, welche auf der Zuführung von Material in gasförmigem Zustand
basieren.
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Darüber hinaus macht es diese Technik
möglich,
ein reaktives Plasma herzustellen, während die Notwendigkeit, ein
gefährliches
Gas zu verwenden, umgangen wird. Z. B. kann ein Leitmittel, das – zumindest
zum Teil – aus
Wolfram hergestellt ist, die Benutzung eines Wolfram-Hexafluorids
(WF6) ersetzen, das, da es ein fluorisiertes
Gas ist, potentiell gefährlich
ist.
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Die Verwendung des Leitmittels als
Ionenquelle ist möglich
bei Ausführungen,
bei denen das Werkstück
in das induzierte Energiefeld eintaucht, d. h., wo das Leitmittel
dadurch vorzugsweise einen Raum begrenzt, der das Werkstück enthält, ebenso wie
dort, wo sich das Werkstück
außerhalb
dieses Raumes befindet für
eine Postplasmaauftragsauflage.
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Die Quelle des Plasmamaterials in
der Kammer kann auch eine Kathode assoziiert mit einer elektrischen
Energiequelle wie z. B. einem Magnetron umfassen. Die Kathode kann
praktischerweise an einem Endabschnitt eines Raumes vorgesehen sein,
der durch das Leitmittel begrenzt ist, z. B. an einem Ende der Plasmabehandlungskammer.
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Die Ionenquelle kann auch eine Quelle
von metallischem Dampf und aktivierenden Mitteln umfassen, wie z.
B. einen Elektronenzerstäubergenerator
(oder sonstigen Partikelzerstäubergenerator)
zur Übertragung
von Energie, um diese Quelle zu verdampfen.
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Man fand heraus, dass die Wirksamkeit
des Leitmittels erheblich gesteigert werden kann, wenn es gekühlt wird,
z. B. durch Fluidfluss.
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Zu diesem Zweck kann das Leitmittel
ein Leitungssystem für
einen Strom von Fluid umfassen und an eine Kältequelle zur Sicherstellung
der Kühlung angeschlossen
sein.
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Je nach den Betriebsbedingungen (Plasmamerkmale,
Vorläufergase
usw.) kann die Effizienz des Leitmittels auch verbessert werden,
wenn Mittel vorgesehen sind für
die elektrische Vorspannung mit einer AC-Spannung (einschließlich einer
RF-Spannung) oder einer DC-Spannung (einschließlich Erde).
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In diesem Fall kann das Leitmittel
in zwei oder mehrere isolierte Abschnitte geteilt werden, wobei
das Vorspannungsmittel diese Abschnitte getrennt vorspannen kann.
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Das Leitmittel kann weiter einen
Fensterabschnitt umfassen, um die Plasmazündung zu verstärken.
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Das Fenster kann mit einer Verschlussvorrichtung
versehen sein zur Regulierung des Öffnungsgrades des Fensters.
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Erforderlichenfalls kann die Bearbeitungskammer
ein Werkstücktragegerüst umfassen,
welches an eine Vorspannungsquelle angeschlossen werden kann, um
ein Werkstück
auf dem Gerüst
entweder direkt oder über
einen temperaturgeregelten Träger,
mit einer AC-Spannung (einschließlich einer RF-Spannung) oder einer
DC-Spannung (einschließlich
Erde) vorzuspannen.
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Die Bearbeitungskammer kann weiter
ein Zerstäuberziel
umfassen.
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Vorliegende Erfindung betrifft auch
die Vorrichtung, welche die Bearbeitungskammer zur Plasma Behandlung
benutzt, z. B. für
plasmaverstärkte Chemical-Vapour-Deposition
oder für
eine Plasma Behandlung durch erneute Ionisierung, welche umfasst:
- – eine
Bearbeitungskammer, welche auf Leitmittel basiert wie oben definiert,
- – einen
elektromagnetischen Energieinduktor zur Lieferung von elektromagnetischer
Energie für
die Bearbeitungskammer und
- – eine
Energiequelle für
den Antrieb des Induktors.
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Je nach Ausführung kann die Vorrichtung auch
Vorspannungsmittel zum Vorspannen der Leitmittel mit einer AC-Spannung
(einschließlich
einer RF-Spannung)
oder einer DC-Spannung (einschließlich Erde) umfassen.
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Diese Vorspannungsmittel können Mittel zum
getrennten Vorspannen von zwei oder mehreren isolierten Abschnitten
des Leitmittels umfassen, wenn das Letztere derart konfiguriert
ist.
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Schließlich bezieht sich die vorliegende
Erfindung auch auf die Benutzung einer Plasma Behandlungsvorrichtung
wie oben definiert zu folgenden Zwecken: Auftragung eines leitfähigen Films
auf ein Substrat,
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Ionenätzen auf
einem Substrat oder
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Bearbeitung eines Werkstücks durch
erneute Ionisierung, wobei die Ionenquelle entweder das Leitmittel
selbst, eine Kathode oder eine verdampfbare Quelle oder natürlich irgendeine
andere geeignete Quelle ist.
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Die Erfindung wird besser verständlich auf Grund
der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen, die strikt nur als
nicht ausschließende Beispiele
angesehen werden dürfen,
unter Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen, von denen
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1 eine
stark vereinfachte Teilansicht einer klassischen PECVD-Vorrichtung mit RF-Kopplung
des elektromagnetischen Energiefeldes durch die Bearbeitungskammer
ist,
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2 eine
stark vereinfachte Teilansicht einer PECVD-Vorrichtung früherer technischer
Art mit dem innerhalb der Bearbeitungskammer erzeugten elektromagnetischen
Energiefeld ist,
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3 eine
vereinfachte Gesamtansicht einer PECVD-Vorrichtung gemäß einer
ersten Ausführung
vorliegender Erfindung ist,
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4a eine
Skizzenansicht eines Öffnungsmusters
ist, das durch die Leitstruktur gebildet wird, die in der Vorrichtung
der 3 gemäß einer ersten
Variante der Erfindung benutzt wird,
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4b eine
teilweise perspektivische Ansicht der in 4a gezeigten Leitstruktur ist,
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5a eine
teilweise perspektivische Ansicht eines Öffnungsmusters ist, das durch
eine Leitstruktur gebildet wird, die in der Vorrichtung der 3 gemäß einer zweiten Variante der
Erfindung benutzt wird,
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5b ein
Detail einer Leitstruktur, die in 5a gezeigt
ist, darstellt,
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6a eine
teilweise perspektivische Ansicht eines Öffnungsmusters ist, das durch
eine Leitstruktur gebildet wird, die in der Vorrichtung der 3 gemäß einer dritten Variante der
Erfindung benutzt wird,
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6b ein
Detail einer in 6a gezeigten
Leitstruktur darstellt,
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7 eine
perspektivische Ansicht der Leitstruktur und deren Befestigung gemäß einer zweiten
Ausführung
der Erfindung darstellt,
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8 eine
Skizzenansicht einer Leitstruktur und deren Befestigung gemäß einer
ersten Variante der zweiten Ausführung
ist,
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9 eine
Skizzenansicht einer Leitstruktur und deren Befestigung gemäß einer
zweiten Variante der zweiten Ausführung ist,
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10 eine
Skizzenansicht einer Leitstruktur und deren Befestigung gemäß einer
dritten Variante der zweiten Ausführung ist,
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11a eine
allgemeine Ansicht der Leitstruktur der 3 mit einem Kühlsystem ausgestattet darstellt,
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11b eine
teilweise Skizzenansicht der Leitstruktur der 11a und ihre Positionierung im Hinblick
auf die Bearbeitungskammer ist,
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12 eine
Gesamtansicht einer Variante der in 10 gezeigten
Leitstruktur ist,
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13 eine
vereinfachte Ansicht einer Bearbeitungskammer zur Plasmabehandlung
ist, die zur Bearbeitung eines Werkstücks in Postplasmaauftragsposition
adaptiert ist, gemäß einer
dritten Ausführung
der Erfindung,
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14 eine
vereinfachte Ansicht einer Bearbeitungskammer für Plasmabehandlung ist, die
für den
Ionenfluss zur erneuten Ionisierung mittels eines internen Zerstäuberziels
eingesetzt wird und
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15 eine
vereinfachte Ansicht einer Bearbeitungskammer zur Plasmabehandlung
ist, welche für
den Ionenfluss zur erneuten Ionisierung mittels eines internen Elektronenstrahlzerstäubers eingesetzt
wird.
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Eine PECVD-Vorrichtung ist in 3 dargestellt. Aus Gründen der
Einfachheit und Übereinstimmung
sind die Teile dieser Vorrichtung, welche analog zu jenen der 1 und 2 sind, mit denselben Ziffern bezeichnet
und ihre funktionelle Rolle wird nicht wiederholt.
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In dem Beispiel ist die Bearbeitungskammer 2 normalerweise
zylindrisch mit ihrem gebogenen Wandabschnitt, der aus einem dielektrischen
Material wie z. B. Quarz besteht. Weil das dielelektrische Material
für die
verwendeten Radiofrequenzen transparent ist, wird die elektromagnetische
Energie, die durch die RF-Energiequelle 6 erzeugt wird,
direkt von der Induktorelektrode 4 ins Innere der Bearbeitungskammer 2 übertragen.
Bei einigen anderen Typen einer Bearbeitungskammer, die gemäß der Erfindung denkbar
sind, können
die Wände
großflächig aus Leitmaterial
hergestellt sein, in welchem Fall ein dielektrisches Fenster auf
einem oder mehreren Teilen der Wände
angelegt sein muss, damit eine adäquate RF-Übertragung von der Induktorelektrode 4 in
das Innere der Bearbeitungskammer ermöglicht wird.
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Die obere Wand 2a und die
untere Wand 2b der Bearbeitungskammer sind aus Edelstahl
hergestellt und umfassen jeweils einen Reaktionsgaseinlass 8 und
einen Absaugauslass 10.
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Die Bearbeitungskammer 2 umfasst
auch Mittel dafür,
dass ein Werkstück 14 innerhalb
der Plasmaumgebung festgehalten wird. In diesem Beispiel ist das
Werkstück 14 (d.
h. ein Substrat) in einer zentralen Position der Bearbeitungskammer
in Suspension d. h. durch (nicht gezeigte) Kabel gehalten: alternativ
kann die Bearbeitungskammer mit einem Gerüst versehen sein, wie in den
Beispielen der 1 und 2 gezeigt ist, oder mit irgendeiner
anderen bekannten Tragestruktur.
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Wenn die Bearbeitungskammer 2 ein
Gerüst aufweist,
kann dieses Letztere an eine (nicht gezeigte) Vorspannungsquelle
angeschlossen werden, um das Werkstück (z. B. ein Substrat) entweder
direkt oder über
einen temperaturgeregelten Träger
vorzuspannen. Zur Vorspannung kann eine AC-Spannung (einschließlich einer
RF-Spannung) oder eine DC-Spannung (einschließlich Erde) benutzt werden.
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Die Bearbeitungskammer 2 umfasst
eine elektrisch leitfähige
Struktur 16. Ihr Zweck ist es, die Ablagerung von leitfähigem Material
aus der Vapour-Deposition auf die innere Oberfläche der Wände der Bearbeitungskammer 2 zu
verhindern.
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Eine Vorspannungsquelle 7 ist
an die Leitstruktur angeschlossen, um diese Letztere mit einer DC-
oder AC-Spannung zu verbinden (einschließlich Radiofrequenzen) oder
um eine Erdverbindung gemäß dem Einsatz
der Vorrichtung und dem Verfahrensmodus zu schaffen.
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Die Leitstruktur 16 ist
im Allgemeinen zylindrisch geformt und konzentrisch eng an die zylindrische
Kammerwand anlehnend positioniert. Sie ist aus Blech hergestellt,
wie z. B. Kupferblech, besitzt genügende Dicke, um minimale Verbiegung
unter ihrem eigenen Gewicht und bei den im Innern der Bearbeitungskammer 2 herrschenden
Temperaturen zu gewährleisten.
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Die radiale Trennung d zwischen der
inneren Oberfläche
der Kammerwand und der äußeren Oberfläche der
Leitstruktur 16 ist so gewählt, dass kein Plasma zwischen
diesen beiden Oberflächen
hergestellt wird. Der geeignete Wert dieser Trennung d kann analytisch
bestimmt werden, indem das Paschen'sche Gesetz der Ionisierung von Gasen
angewandt wird oder auf empirische Weise. Dieser Wert ist eine Funktion
der Kammergeometrie, des Designs der Leitstruktur, der Frequenz
und Intensität
der RF-Energie, ebenso wie der Gaskomposition und des Gasdrucks.
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Bei dem Beispiel, das auf einer zylindrischen Quarzbearbeitungskammer
basiert, welche bei einem Druck von etwa 100 Millitorr (konvertiert
in 13,3 Pa) arbeitet, fand man heraus, dass exzellente Resultate
erzielt werden konnten bei einer großen Auswahl von Gasen, wenn
die Trennung d 1 mm oder weniger betrug.
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Die Leitstruktur 16 kann
innerhalb der Bearbeitungskammer 2 durch geeignete Mittel
in Position gehalten werden. Um sicher zu stellen, dass die Trennung
d in Bezug auf die zylindrische Kammer 2 exakt aufrechterhalten
bleibt, kann die innere Wand der letzteren mit einer Serie von (nicht
gezeigten) Rippen versehen werden, welche in einer Dicke, welche
der Trennung d entspricht, nach innen vorspringen. Die äußere Oberfläche der
Leitstruktur 16 wird dann als Widerlager gegen die Rippen
gedrückt,
entweder durch Elastizität
ihres konstituierenden Materials oder durch mechanische Befestigungsmittel,
Adhäsionsmittel
oder dergleichen. Das Befestigen der Leitstruktur 16 innerhalb
der Bearbeitungskammer 2 muss nicht notwendigerweise permanent
sein. Es ist möglich,
dass die Leitstruktur von der Bearbeitungskammer abtrennbar ist,
um leichten Zugang zur Kammer selbst zu ermöglichen, d. h. für das Einführen/Entfernen
von Werkstücken
und für
die Leitstruktur, z. B. zur Reinigung.
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Um eine adäquate Übertragung der RF-Energie in
die Bearbeitungskammer 2 zu ermöglichen, wird die Leitstruktur 16 mit
einer Reihe von Öffnungen
versehen, welche einheitlich über
ihre Oberfläche
verteilt sind. Im Beispiel der 3 sind
die Öffnungen
in Form von Schlitzen 18 ausgeführt, die parallel zur Hauptachse
der Leitstruktur 16 verlaufen. Die Schlitze können natürlich so
angeordnet sein, dass sie sich entlang anderer Richtungen ausdehnen,
z. B. schräg
zur Hauptachse der Bearbeitungskammer. Sie können auf ihrem Pfad kontinuierlich oder
in Längensegmente
unterteilt sein. Die letztere Möglichkeit
kann gewählt
werden, wenn es notwendig ist, dass die Leitstruktur rigider ist.
In dem Beispiel entspricht die von den Öffnungen besetzte Fläche etwa
5–35%
der Gesamtoberfläche
der Leitstruktur. Jedoch sind diese Werte unverbindlich. Die von
den Öffnungen
und ihrer Konfiguration eingenommene Fläche kann an Designkriterien
angepasst werden, um Verluste und induzierte Ströme wie oben erläutert auf
geeignete Weise zu vermindern.
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Die schlitzähnlichen Öffnungen 18 in 3 werden durch Ausschnitte
geformt, welche Schlitzen entsprechen, entlang der Längsabschnitte
eines geschlossenen Zylinders. Das Abschirmungsmittel hat dadurch
eine integrale Struktur.
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Alternativ kann das Abschirmungsmittel
eine zusammengesetzte Struktur haben, wie dies in den 4a und 4b gezeigt ist. In dem dargestellten
Beispiel ist es aus oberen und unteren Tragringen 50 zusammengesetzt
(nur der obere Ring ist in den Abbildungen dargestellt), an welche
die jeweiligen Enden einer Reihe länglicher Metallplatten 52 befestigt
sind. Die Reihe der Metallplatten 52 erstreckt sich um
den Umfang der Tragringe 50 herum, wobei jede Platte gerade
längliche
Kanten 54 aufweist und von ihrer benachbarten Platte durch
eine kleine Lücke 56 getrennt
ist. Die Höhe
(axiale Länge)
der Tragringe ist vorzugsweise so klein wie möglich, um die effektive Länge ihrer
Schlitze zu maximieren und dadurch auch den axialen Längenabschnitt
des Leitmittels zu maximieren, der für die Induktionskopplung effektiv ist.
Weite und Abstand der Lücken 56 ist
derart, dass eine Reihe von Öffnungen
vorgesehen ist, welche in Form und Funktion den Schlitzen 18 entsprechen.
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Zwei Varianten der oben beschriebenen
zusammen gesetzten Struktur sind in den 5a, 5b und 6a, 6b jeweils dargestellt. Bei diesen zwei
Varianten haben die Metallplatten 52 profilierte Kantenabschnitte,
so dass ein dachziegelartiges Übereinanderliegen
der benachbarten Platten zustande kommt. Diese Anordnung stellt
sicher, dass die Platten 52 den gesamten Umfang des Abschirmmittels 16 einnehmen,
dadurch keine geraden Durchgänge
für Linien
entlang einer radialen Richtung im Hinblick auf die Hauptachse hinterlassen.
Die dachziegelartig übereinander
liegenden Abschnitte der benachbarten Platten sind nicht aneinander
stoßend,
sondern getrennt durch eine vorausbestimmte Lücke, welche einen labyrinthähnlichen
Durchgang für
das Feld vom Induktor 4 zur Bearbeitungskammer 2 hin
ermöglicht.
Auf diese Weise verhindert das dachziegelartige Übereinanderliegen der Platten
direkte Sichtlinien zwischen dem Plasma und der dielektrischen Kammer.
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In den 5a und 5b definiert eine jede der beiden
länglichen
Kanten der Platten 52 eine Stufe 58 und 60,
sodass eine Fläche 58a und 60a gebildet wird,
welche jeweils nach außen
und nach innen gewendet ist in Bezug auf die Hauptachse der Leitstruktur.
Die Platten 52 sind an ihren Kanten entsprechend positioniert,
sodass eine nach innen gewandte Seite 60a einer nach außen gewandten
Seite 58a gegenüber
steht und dadurch ein dachziegelartiges Übereinanderliegen der Platten 52 um
einen kompletten geschlossenen Pfad herum bilden. Die überlappenden Stufenabschnitte 58, 60 der
benachbarten Platten 52 sind voneinander getrennt durch
einen vorbestimmten Raum 62, um so die oben erwähnte Lücke zu bilden.
Der Durchgang für
das Feld, der damit durch den Raum 62 definiert ist, folgt
den gegenüber
stehenden Stufenabschnitten 58, 60.
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In den 6a und 6b definieren die beiden Kanten
der Platten jeweils eine verlängerte
Zunge 64 und eine verlängerte
Rille 66, die ausgelegt ist, um eine entsprechende Zunge
aufzunehmen. Beide, Zunge 64 und Rille 66 dehnen
sich entlang entsprechender Kanten der Platten 52 aus.
Die Platten 52 werden zusammengebaut, um einen kompletten
geschlossenen Pfad zu bilden mit der Zunge 64 an der Kante
der einen Platte 52, welche von der Rille 66 der benachbarten
Platte aufgenommen wird. Die Rillen 66 haben eine Weite
w, die die Dicke t der Zungen 64 übersteigt, und die Spitzen 64a der
Zungen werden von dem Boden 66a der Rille ausgespart, um
einen Zwischenraum 62 zu schaffen, welcher die oben genannte
Lücke definiert.
Der Durchgang für
das Feld, der durch die Lücke
definiert wird, folgt somit den inneren Oberflächen einer jeden Rille 66.
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Die in den 3 bis 6 dargestellten
Beispiele zeigen die Leitstruktur, die von der Innenwand der Plasmabehandlungskammer 2 durch
einen kleinen Abstand d getrennt ist. Eine alternative Anordnung soll
nun beschrieben werden mit Bezug auf 7, bei
welcher die Leitstruktur stattdessen mit der Innenwand der Kammer 2 in
physischem Kontakt – zumindest
mit den meisten Abschnitten – ist.
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Die Leitstruktur ist ähnlich dem
in Bezug auf die 4a und 4b Beschriebenen konstruiert,
insofern die allgemeine Konfiguration der Leitplatten 52 und
ihre Disposition betroffen ist. Jedoch sind die Platten 52 in
diesem Fall auf obere und untere Tragringe 50 montiert
mit federnden Befestigungsmitteln, die so ausgelegt sind, dass sie
die Platte 52 radial nach außen gegen die Innenwand der
Kammer 2 presst. Jedes Befestigungsmittel 68 umfasst
einen Stielabschnitt 70, der am Tragring 50 befestigt
ist und sich radial von diesem Letzteren aus nach außen hin projiziert.
Eine Kompressionsspulenfeder 72 ist axial mit dem Stiel 70 verbunden,
sodass ihre jeweiligen Enden gegen den Tragring 50 und
die Innenseite der Leitplatte 52 pressen. Ähnliche
federnde Befestigungsmittel 68 sind am unteren Ring vorgesehen
und falls notwendig auch an einem oder an mehreren Zwischentragringen.
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Die federnden Befestigungsmittel 68 sind ausgelegt,
um ausreichenden Druck auszuüben,
um einen guten Kontakt der Platten 52 mit der Innenseite der
Kammer 2 während
der thermodynamischen Zyklen, die sich bei der Benutzung ergeben,
zu gewährleisten.
Die Differentialausdehnungskoeffizienten zwischen der Kammerwand
und der Leitplattenstruktur werden durch die Federung der Befestigungen absorbiert
mit dem Resultat, dass es zu keiner signifikanten Verbiegung der
Leitstruktur oder exzessiven Belastung auf der Kammerwand kommt.
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Die 8 und 9 zeigen die Anordnung der federnden
Befestigungsmittel, welche mit Verweis auf 7 beschrieben und so ausgelegt sind,
dass sie die Leitplatten mit den profilierten Kanten, wie sie in
den 5a und 6a jeweils dargestellt sind,
dachziegelartig übereinander
liegend stützen,
um eine direkte Sicht auf die Kammer von außen zu vermeiden. Hier werden
wie in den 5 und 6 die Profilmerkmale und
Lücken
dazwischen in der Dicke der Platten geformt.
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10 zeigt
eine Variante, bei welcher die Kantenprofile der Platten stattdessen
durch Falten des plattenbildenden Materials dargestellt sind. In dem
Beispiel ist nur jede zweite Platte 52b profiliert, wobei
die profilierten Platten abwechselnd mit geraden Platten 52a angeordnet
sind, sodass ein geschlossener Pfad gebildet wird. Die profilierten
Platten 52b haben an jeder ihrer Kanten zwei längliche rechtwinkelige
Falten 72a und 72b, sodass in einer Ebene parallel
zu derjenigen des hauptsächlichen, zentralen
Abschnitts der Platte und radial nach innen versetzt in Bezug auf
diese Letztere ein Flügel 74 gebildet
wird. Jeder Flügel 74 liegt
dadurch über
einem Kantenabschnitt einer benachbarten nicht profilierten Platte.
Breite und Ausmaß der
radialen Verschiebung der Flügel 74 nach
innen bestimmen Größe und Form
der Lücke 62 zwischen
den benachbarten Platten 52a, 52b, welche den
labyrinthähnlichen
Pfad für das
Feld bilden.
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Es ist offensichtlich, dass es viele
mögliche Wege
des Faltens der Kanten der Leitplatten gibt, um ein dachziegelartiges Übereinanderliegen
zu erreichen, um eine direkte Sichtlinie durch die Leitstruktur zu
vermeiden, während
das Energiefeld hindurch passieren kann.
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Die Leitstruktur 16 wird
als elektrisch geerdet in der PECVD-Vorrichtung der 3 dargestellt.
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Es ist jedoch auch denkbar, Mittel
zur Vorspannung der Leitstruktur 16 mit einer AC-Spannung (einschließlich einer
RF-Spannung) oder einer DC-Spannung vorzusehen. In diesem Fall kann
die Leitstruktur in zwei oder mehrere isolierte Abschnitte unterteilt
werden, wobei ein jeder eine unabhängige Vorspannung aus der jeweiligen
Vorspannungsquelle erhält.
In den Ausführungen,
welche auf einer zusammengesetzten Struktur basieren, können die
Platten 52 praktischerweise einzeln oder in kleinen Gruppen vorgespannt
werden. In diesem Fall können
die federnden Befestigungsmittel 68 oder direkten Verbindungen
an die oberen und unteren Tragringe 50 elektrisch isoliert
sein und mit geeigneten Kontaktmitteln für den Anschluss an die Vorspannungsquelle
versehen sein.
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11 zeigt
die Leitstruktur 16, die in der Vorrichtung der 3 benutzt ist, zusätzlich mit
einer Kühlvorrichtung
versehen. Die Kühlvorrichtung umfasst
Flussrinnen 24, welche in das Leitsystem 16 eingebaut
sind und durch einen Einlass 26 und einen Auslass 28 mit
einem Flüssigkeitskühlsystem 30 und einer
Pumpe 32 in einem geschlossenen System kommunizieren. Die
verwandte Kühlflüssigkeit
kann Wasser sein, möglicherweise
mit einigen Additiven, Öl
oder irgendeine andere Flüssigkeit.
Das Kühlen kann
auch durch Druckluft, welche durch die Rinnen 24 gepresst
wird, erfolgen.
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Die Integration der Flussrinnen 24 in
die Leitstruktur 16 ist mit mehr Einzelheiten in der 11a dargestellt. Die Flussrinnen 24 werden durch
enge, profilierte Metallstreifen 34 gebildet, die entlang
eines wesentlichen Abschnitts der axialen Länge der Leitstruktur 16 laufen.
In dem Beispiel ist eine Rinne 34 zwischen einem jeden
Schlitzenpaar 18 vorgesehen. Die Streifen haben einen Lückenabschnitt 34a an
jeder Längskante
und einen bogenförmigen
Abschnitt 34b zwischen den Lückenabschnitten. Die Lückenabschnitte 34a sind
dichtend, z. B. durch Schweißen,
auf der inneren Oberfläche
der Leitstruktur zwischen den Schlitzen 18 und parallel zu
diesen angeordnet. Der Bogenabschnitt 34b des Streifens
schafft einen Kanal 36 mit der gegenüber stehenden Innenoberfläche der
Leitstruktur 16 und erlaubt so den Durchgang der Kühlflüssigkeit.
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Die Metallstreifen 34 sind
untereinander an Endabschnitten der Leitstruktur verbunden, so dass ihre
jeweiligen Kanäle
eine fortlaufende serpentinenartige Rinnenkonfiguration zwischen
dem Flüssigkeitseinlass 26 und
-auslass 28 bildet.
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Es darf erwähnt werden, dass mit dieser Konstruktion
das Kühlsystem
einen integrierten Bestandteil der Leitstruktur darstellt, in direktem
physischen Kontakt mit der Kühlflüssigkeit.
Die in der Struktur erzeugte Hitze wird dadurch sehr effizient evakuiert.
Darüber
hinaus schaffen die Streifen 34 einen zu vernachlässigenden
Schatten auf den Öffnungen
(die in diesem Fall in Form von Schlitzen 18 vorliegen).
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Die oben beschriebenen Rinnen können natürlich mit
einer Leitstruktur benutzt werden, wie sie in 4a bis 10 dargestellt
sind, oder stattdessen mit einem anderen Typ einer Öffnungskonfiguration.
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Alternativ können die Rinnen mit einer Anordnung
von Rohren und Kühlrippen
benutzt werden, die mit der Leitstruktur gemäß den Standardpraktiken für Kühlkörper verbunden
sind.
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Der Anmelder fand heraus, dass durch
ständige
Kühlung
der Leitstruktur die Ablagerate von leitendem Material auf die Innenoberfläche erheblich reduziert
wird. 12 zeigt eine
Variante der Leitstruktur, die mit Verweis auf die
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11 beschrieben
ist und ein regelbares Fenster aufweist, um die elektrostatische
Zündung des
Plasmas zu fördern.
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Das Fenster 38 umfasst einen
Abschnitt mit einem Ausschnitt des Leitsystems 16, der
z. B. auf halbem Wege zwischen den Enden des Letzteren lokalisiert
ist und z. B. 10–25%
seines Umfangs einnimmt. Der Fensterbereich ist selektiv regelbar
zwischen offenem und geschlossenem Zustand mittels einem Paar gleitfähiger, leitender
Verschlüsse 40. Die
Verschlüsse 40 folgen
der Außenlinie
der Leitstruktur 16 und sind an der Innenseite der Letzteren
so befestigt, dass sie die kleine Trennung d zwischen der Außenseite
der Leitstruktur und der Innenseite der Reaktionskammerwand freilassen.
Jede Verschlussvorrichtung 40 ist gleitfähig, entweder
manuell oder durch einen (rächt
dargestellten) Verschiebekontrollmechanismus in Drehrichtung, um
einen selektierten Teil des Fensterausschnitts 38 zu schließen.
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Die Öffnungen in der Leitstruktur 16,
gleichgültig
ob sie in Form von Schlitzen 18 oder elementaren Ausschnitten 20 oder 22 dargestellt
sind, stoppen vor den Grenzen des Fensterbereichs 38, um
den Durchgang und die Zusammenschaltung der Kühlrinnen 24 um diesen
Bereich herum zu gestatten.
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Obwohl nur ein Fensterausschnitt 38 in
der Abbildung dargestellt ist, ist es denkbar, dass mehrere Fenster
zu demselben Zweck vorgesehen werden. Die Fenster können um
den Umfang der Leitstruktur verteilt sein und/oder entlang der Hauptachse
der Letzteren übereinander
gelagert sein.
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Es sollte erwähnt werden, dass die Leitstruktur
in allen beschriebenen Ausführungen
weiter mit zusätzlichen Öffnungen
versehen sein kann, um den Zugang zur Bearbeitungskammer zu gestatten.
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13 zeigt
eine andere Ausführung
einer Plasmabehandlungskammer 2 in Übereinstimmung mit vorliegender
Erfindung, welche sich von derjenigen der
-
3 im
Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass die Leitstruktur 16 und
die Induktorwindung 4 nur auf einem oberen Abschnitt der
Kammer 2 über einem
Gerüst 12 zur
Aufnahme eines Werkstücks 16 vorhanden
sind. Das Gerüst 12 ist
an eine DC- oder AC-Quelle 90 anschließbar, um das Werkstück darauf
vorzuspannen. Diese Anordnung gestattet einen Materialauftrag oder
andere Formen der Behandlung, die an dem Werkstück unter Postplasmaauftragsbedingungen
ausgeführt
werden sollen.
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Die Leitstruktur ist mit einer Vorspannungsquelle 7 verbunden,
wie in der Ausführung
der 3 dargestellt.
-
In dem Beispiel umfasst die Reaktionskammer
einen Quarzzylinder 2, der an jedem Ende jeweils durch
obere und untere Flanschseiten 92 und 94 endet.
Die Leitstruktur 16 – welche
irgendeine, mit Bezug auf die 3 bis 12 beschriebene Form annehmen
kann – ist
an den oberen Flanschseiten 92 aufgehängt.
-
Das Bearbeitungsgas oder Gasgemisch
wird von einem Einlass 8 eingeführt, der in dem Quarzzylinder 2 zwischen
dem Boden der Leitstruktur 16 und dem Gerüst 12 ausgeführt ist.
Es ist auch denkbar, eine Injektion vom oberen Teil der Reaktionskammer vorzusehen.
Das Vakuumpumpen der Kammer wird durch einen Auslass 10 an
der unteren Flanschseite durchgeführt.
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Bei den oben beschriebenen Ausführungen der
Plasmabehandlungskammer wird das reaktive Material in gasförmiger Form
von außerhalb
der Kammer durch einen Einlass eingeführt.
-
Jedoch kann die Leitstruktur 16 zusätzlich zur
Funktion der Vermeidung eines unerwünschten Auftrags auf den Innenwänden der
Kammer als Quelle reaktiven Materials dienen. In diesem Fall wird
das Material des Leitmittels so gewählt, dass es – entweder
ganz oder teilweise – das
konstituierende Mittel enthält,
das als Material für
den Auftrag auf das Werkstück
dient. Alle oben beschriebenen Leitstrukturen können mit dieser zusätzlichen
Funktion versehen sein.
-
Die Mittel für die Benutzung der Bearbeitungskammer
gemäß diesem
Aspekt der vorliegenden Erfindung sind grundsätzlich identisch mit den oben
beschriebenen und werden daher nicht zur Präzision wiederholt. Die die
Leitstruktur vorspannende Quelle 7 ist in diesem Fall so
ausgelegt, dass sie eine geeignete Vorspannung liefert, um das Zerstäuben von
der Leitstruktur zu bewirken. Die Vorspannung kann ein DC- oder
AC-Signal sein.
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Abhängig von den Ausführungen
kann der Substratträger 12 – und daher
das Werkstück 14 – vorgespannt
werden, um optimale Bedingungen zu gewährleisten. Viele Materialien
können
gewählt
werden, um die Leitstruktur zu bilden – oder in sie integriert zu
werden –.
Z. B. kann das Material Wolfram sein für den Auftrag von Wolframmaterial
auf das Werkstück 14.
Auf diese Weise kann durch die Benutzung der Leitstruktur 16 als
Ionenquelle die klassische Notwendigkeit, Wolfram Hexafluorid in
die Kammer 2 einzuführen,
vermieden werden.
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14 zeigt
eine andere Ausführung
der Bearbeitungskammer zur Plasmabehandlung in Übereinstimmung mit vorliegender
Erfindung, die konstruiert ist, um als Reaktor zu fungieren für die erneute
Ionisierung von Metallionen, z. B. bei Ionenzerstäubungsanwendungen.
Ihre Konstruktion ist ähnlich
der in 13 Dargestellten,
was den Quarzzylinder 2, die untere Flanschseite 94,
das Gerüst 12, die
Werkstückvorspannung 90 und
den Gassauslass 10 anbetrifft. In dem Beispiel ist die
untere Flanschseite 94 mit der Erde verbunden. Die Leitstruktur 16 und
die Induktorwindung 4 erstrecken sich im Wesentlichen über die
gesamte Höhe
des Zylinders 2.
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Das Oberteil des Quarzzylinders 2 wird
geschlossen durch eine Leittargetplatte 100, welche eine
Ionenquelle darstellt. Die Leittargetplatte 100 ist am
Zylinder 2 durch eine periphere Verbindungsflansch 102 befestigt
und versiegelt. Ein Radiofrequenz (RF) Generator wie z. B. ein Magnetron 104 ist auf
das Oberteil der Leitplatte 100 montiert und seine Kathode
ist elektrisch mit Letzterem verbunden, um ein Zerstäuberziel
zu bilden, welches einen Strom von Metallionen produziert.
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Die Vorrichtung nutzt dadurch die
Leitstruktur 16 und die Induktorwindung 4 als
ein Mittel zur erneuten Ionisierung eines Stroms von Metallionen,
der durch eine unabhängige
Quelle, in diesem Fall das Magnetron 104, produziert wird.
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15 zeigt
eine andere Ausführung
der Bearbeitungskammer zur Plasmabehandlung in Übereinstimmung mit vorliegender
Erfindung, die auch konstruiert ist, um als Reaktor für die erneute
Ionisierung von Metallionen zu fungieren, d. h. für Ionenzerstäuberanwendungen,
wobei sie aber als Ionenquelle die Verdampfung eines festen Stoffes durch
einen Elektronenstrahl benutzt, um einen Ionenfluss zu erzeugen.
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Die Bearbeitungskammer 2 zur
Plasmabehandlung ist ähnlich
derjenigen, welche mit Bezug auf 14 beschrieben
ist, abgesehen davon, dass sie mit einer oberen Flanschseite 92 wie
in der Ausführung
der 13 versehen ist
und dass der Boden der Kammer mit einem Elektronenstrahlevaporator
verbunden ist. Das Werkstück 16 ist
an einem Gerüst 12 aufgehängt, das
auf der oberen Flunschseite 92 montiert ist.
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Der Bodenabschnitt der Kammer 2 umfasst ein
Gehäuse 110,
dessen innerer Raum mit der Kammer 2 kommuniziert und eine
Elektronenstrahlquelle 112 und ein Metall- oder Oxydtarget 114 umschließt.
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Die Elektronenstrahlquelle 114 ist
so angeordnet, dass sie einen Elektronenstrahl 116 auf
das Target 114 richtet, um das Letztere zu einem vorbestimmten
Grad zu verdampfen. Der Dampf wird dann in die Kammer eingeleitet,
entweder durch natürliche Konvektion
oder durch eine beschleunigende (nicht gezeigte) Elektrode, und
dadurch veranlasst, mit dem induzierten Feld zu reagieren, um ein
Plasma zu erzeugen.
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Vorliegende Erfindung kann in vielen
anderen Formen als den Beschriebenen eingesetzt werden.
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Z. B. muss die Bearbeitungskammer
nicht zylindrisch sein, sondern kann jede beliebige geeignete Form
aufweisen, gemäß den Anwendungen
und der Konstruktionspraxis. Die Form der Leitstruktur kann dann
entsprechend angepasst werden.
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Während
das Problem einer unerwünschten Ablage
eines leitenden Films auf der Innenseite der Bearbeitungskammer
im Wesentlichen auftritt, wenn die Kammer mit Reaktionsgasen, welche
Leitmaterialien für
den Auftrag auf ein Werkstück
enthalten, eingesetzt wird, kann vorliegende Erfindung natürlich auch
bei Vorrichtungen zur Plasmabehandlung bei allen Typen der Oberflächenbehandlung
benutzt werden, wie für
den Auftrag von isolierenden und halbleitenden Materialien oder
zum Ätzen.