EP2606503A1 - Plasma processes at atmospheric pressure - Google Patents

Plasma processes at atmospheric pressure

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Publication number
EP2606503A1
EP2606503A1 EP11758137.1A EP11758137A EP2606503A1 EP 2606503 A1 EP2606503 A1 EP 2606503A1 EP 11758137 A EP11758137 A EP 11758137A EP 2606503 A1 EP2606503 A1 EP 2606503A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plasma
target
substrate
receiving device
workpiece
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11758137.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Roland Gesche
Horia-Eugen Porteanu
Silvio Kühn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Forschungsverbund Berlin FVB eV
Original Assignee
Forschungsverbund Berlin FVB eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Forschungsverbund Berlin FVB eV filed Critical Forschungsverbund Berlin FVB eV
Publication of EP2606503A1 publication Critical patent/EP2606503A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32697—Electrostatic control
    • H01J37/32706—Polarising the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32798—Further details of plasma apparatus not provided for in groups H01J37/3244 - H01J37/32788; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
    • H01J37/32816—Pressure
    • H01J37/32825—Working under atmospheric pressure or higher
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/42—Plasma torches using an arc with provisions for introducing materials into the plasma, e.g. powder, liquid

Definitions

  • the invention relates to a device for processing surfaces of a substrate by plasma, which can operate at atmospheric pressure or at near atmospheric pressure.
  • Plasma-assisted processes find a variety of applications in surface treatment. Particularly noteworthy here are reactive ion etching, sputtering and reactive sputtering.
  • reactive ion etching structures are to be etched into a workpiece while the goal of sputtering is to apply thin layers to the workpiece.
  • the geometric extent of the plasma corresponds to that of the vacuum chamber in which the workpiece to be machined, usually called substrate, is placed. Since substrates in the range of a few millimeters to a few meters are to be processed industrially by plasma processes, correspondingly large plasmas must be generated stably. This requires working in said pressure range because the plasma otherwise collapses or filaments and thus becomes unsuitable for surface processing. Working at low pressures requires on the one hand high expenditure for the generation of negative pressure, on the other hand a reduced throughput of the production line due to the time required for this before the actual processing of the substrate.
  • the invention therefore provides a device for the treatment of surfaces of a substrate introduced by a plasma that can operate at atmospheric pressure or near-atmospheric pressures.
  • near-atmospheric pressure is understood to mean a pressure of between one-tenth of the atmospheric pressure and atmospheric pressure standard.
  • the device comprises a plasma source, an at least partially conductive first
  • the plasma source is configured to generate a plasma and into a plasma chamber with a longitudinal one running along a main component of movement of the plasma
  • the first receiving device is designed to receive a first workpiece.
  • the voltage source is formed, a first
  • the first recording device is arranged and designed relative to the plasma source so as to place the first workpiece so that the plasma is applied when the first
  • the invention is based on the use of a plasma source instead of the ignition of a plasma in a vacuum chamber.
  • a plasma source continuously generates plasma and ejects it like a gas burner because of the supply of gas to be ionized. It is also possible to use a pulsed or modulated plasma source, however, such a plasma source discharges plasma during the entire operating time and is therefore suitable for use in the context of the invention.
  • the plasma so generated by the plasma source recombines after a certain time, so that a plasma chamber results in an expansion dependent on various parameters such as the pressure and the gas or gas mixture used.
  • Plasma space here refers to the space in which free charge carriers are to be found.
  • the longitudinal plasma expansion of the plasma chamber is usually in the millimeter range. Although at such comparatively high pressures, a plasma can not be stably generated, due to the continuous generation of a plasma by the plasma source, ions are available for surface processing at all times.
  • the invention includes the recognition that the free charge carriers generated by the plasma source can generate an additional plasma-the secondary plasma-as primary plasma.
  • the voltage source applies a first acceleration voltage to the first receiving device acting as the electrode, the free ones are applied
  • the plasma can reach the first workpiece, so that ions from the plasma can impinge on the first workpiece. Due to the increase in plasma upon application of the first accelerating voltage, a number of experimental setups may be necessary to optimize one for a given workpiece
  • the device may comprise a vacuum chamber in which the plasma source and the first receiving device are arranged and which is adapted to a pressure in the
  • Vacuum chamber of between one-tenth of the atmospheric pressure and
  • the first acceleration voltage may be a DC voltage whose sign is chosen such that the potential of the first recording device is negative with respect to the potential of the plasma.
  • the first acceleration voltage is preferably between -100 and -1000 V.
  • the first acceleration voltage may be an alternating voltage with a frequency of less than 100 MHz.
  • the apparatus may comprise a second receiving device for a second workpiece, wherein the first workpiece is a target and the second workpiece is a substrate and the
  • Device is designed to release material from the target and transferred to the substrate.
  • This particularly preferred embodiment of the invention can be used for sputtering processes, which involve dissolving material from a target by ion bombardment and applying it to a substrate, ie to the actual workpiece.
  • the target consumes itself over many process cycles and is therefore replaced at intervals.
  • embodiments without a second receiving device can be used for reactive ion etching, in which the target represents the actual workpiece and by the ion bombardment in
  • the second receiving device may be at least partially conductive and connected to the voltage source.
  • the voltage source is designed to generate a second acceleration voltage and to the second Create recording device. Due to the comparatively high pressure according to the invention, the density of the gas located between the target and the substrate is correspondingly high, so that the particles dissolved from the target are relatively strongly decelerated by the gas on their way to the substrate. For certain materials, the reduced velocity of the target particles may cause the problem that the particles adhere poorly to the substrate. Therefore, a second accelerating voltage applied to the substrate via the second pick-up device may be useful (provided that the substrate itself is conductive, otherwise the second pick-up device itself acts as an electrode). This second
  • Acceleration voltage accelerates the ions in the plasma in the direction of the substrate and indirectly leads to further collision processes between the ions and the target particles
  • the second acceleration voltage is preferably between -10 and -100 V.
  • the first receiving device may be configured to receive a cylindrical target.
  • the first receiving device is preferably arranged relative to the plasma source so that the plasma, the cylindrical target by a along the cylinder axis of the
  • the cylindrical target can be arranged directly on the plasma source, so that the first receiving device in the
  • Plasma source is integrated.
  • An advantage of such a cylindrical target arrangement is that the plasma flows through the target and its flow velocity promotes the transport of the target particles to the substrate.
  • the substrate can be arranged directly in the direction of movement of the plasma.
  • the plasma source may have a cylindrical resonator, the target preferably being wire-shaped and arranged or arrangeable along the cylinder axis of the resonator.
  • the target can assume the function of an inductance and be part of a resonant circuit which comprises the target and the resonator as an LC element.
  • the high-frequency oscillation generated by the resonant circuit then generates the plasma, which flows out through a hole in the resonator, preferably arranged in the resonator axis, in the vicinity of the target tip.
  • the device preferably has a frequency determination unit connected to the first recording device, which is designed to determine the frequency of a signal applied to the cylindrical resonator, to compare the determined frequency with a predetermined or predefinable reference frequency and to output a result signal which is a result of the comparison displays.
  • the first recording device is designed to displace the wire-shaped target along the cylinder axis of the resonator, wherein a displacement direction of the displacement is dependent on the result signal.
  • the resonant frequency of the array formed by the resonator and the wire-shaped target depends on the length of the wire-shaped target within the resonator and can therefore be influenced by shifting the target within the resonator. Conversely, however, this also means that the frequency of the vibration provides information about the distance between the tip of the wire-shaped target and the hole in the resonator.
  • This embodiment takes advantage of this control loop by shifting the wire-shaped target, which is progressively removed at its tip by the action of the plasma, depending on the particular frequency, so that the tip of the target is always at a desired distance from the hole can be held in the resonator.
  • the second recording device may be configured to move along a first control signal along a first direction and a second control signal along a second direction, which crosses the first direction.
  • a second control signal along a second direction, which crosses the first direction.
  • the device which is adapted to move a substrate accordingly.
  • the device has a control unit which is designed to receive geometry data and to move the second recording device by outputting first and second control signals derived from the geometry data relative to the first recording device in such a way that the material released from the target reaches one through which the Geometry data predetermined area of the surface of the substrate is transmitted.
  • This embodiment permits transfer of target material to that part of the substrate which is guided by the second receiving device through the area of action of the plasma.
  • a similar method of printing is possible, which can be used, for example, advantageous in the coating of printed circuit boards by printed conductors directly on the circuit boards.
  • Plastic housings may also be used as the substrate, so that the circuit of an electronic device is applied directly to an inner side of the housing, which offers great savings in the production of electronic devices.
  • the first receiving device and the second receiving device are preferably arranged relative to one another such that a distance between a target located in the first receiving device and a substrate located in the second receiving device is less than 3 ⁇ m. This small distance enables reliable and accurate transfer of target material to the substrate.
  • the second recording device may be configured to move along a third control signal along a third direction, wherein the third direction spans a space with the first and the second direction.
  • the device has a
  • the control unit is designed to set the distance between the target located in the first receiving device and the substrate located in the second receiving device by outputting corresponding third control signals. This embodiment makes it possible to maintain a constant distance to the surface of the substrate.
  • a target is a replaceable article of wear while the substrate is the workpiece to be machined.
  • the target and the substrate are basically not to be regarded as co-determining the scope of protection.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the invention
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the invention with a cylindrical target
  • Fig. 3 shows a third embodiment of the invention, also with a cylindrical target
  • FIG. 4 shows a fourth embodiment of the invention with a wire-shaped target
  • Fig. 5 shows a fifth embodiment of the invention with a arranged in a resonator wire-shaped target.
  • FIG 1 shows a first embodiment of the invention.
  • a plasma source 1 generates a plasma 2 and ejects it.
  • a workpiece 5 is arranged in a first receiving device 3-1. In the simplest case, this first
  • Recording device 3-1 be the bottom of a chamber in which the plasma source 1 is arranged.
  • the first receiving device 3-1 is at least partially electrically conductive and connected to a voltage source 4, which is negative with respect to the plasma source 1
  • the workpiece 5 itself is electrically conductive, it is sufficient if the voltage generated by the voltage source 4 passes through a contact point between the workpiece 5 and the first receiving device 3-1 to the workpiece 5, since the workpiece 5 in this case itself as an electrode for the acceleration of the ions to be extracted from the plasma 2 can act.
  • the first receiving device 3-1 is preferably flat, so that along the entire extent of the workpiece 5 ions following the first receiving device 3-1 acting as an electrode following electric field to the workpiece. 5 can reach.
  • the embodiment of Figure 1 can be used for cleaning surfaces or for etching processes.
  • a gas mixture may be used, which in addition to the plasma gas (generally preferred argon) contains chemical etchant.
  • the workpiece 5 is sometimes referred to in the literature as a target, because the ions from the plasma 2 hit the workpiece 5 and knock out particles there. On the other hand, it is also referred to as a substrate because the workpiece 5 is the actual object to be processed.
  • the target refers to a source of material for the material that is to be transferred to the surface of a substrate as part of the coating.
  • Figure 2 shows a second embodiment of the invention, which is geeginet for sputtering processes and a cylindrical target 5 has.
  • the figure shows a cross-sectional drawing, so that the executed as a hollow cylinder target 5 in the representation decays into two rectangular areas, which are arranged on both sides of the plasma 2.
  • the plasma 2 can be the target 5
  • Acceleration voltage triggered ion bombardment Dissolve particles from the target 5.
  • acceleration voltage pass from particles of the target material on the surface of the substrate 6. Wrd a second
  • Recording device 3-2 act as an electrode, in a conductive substrate 6, the substrate 6 itself can take over the function of the electrode.
  • the second receiving device 3-2 can once again be the bottom of a chamber in which the plasma source 1 is arranged.
  • Figure 3 shows a third embodiment of the invention, as the embodiment of Figure 2 also with a cylindrical target 5.
  • the embodiment corresponds substantially to that of Figure 2, so that what is said there also applies to the embodiment of Figure 3.
  • the target 5 consists of a non-conductive material. That is why the first receiving device 3-1, which may be designed, for example, as a target 5 enclosing the hollow cylinder, at least partially made of an electrically conductive material that can serve as an electrode for the first acceleration voltage and is connected to the voltage source 4.
  • the voltage source 4 is in this case designed to generate a high-frequency alternating voltage, preferably in the range from a few kilohertz to about 100 megahertz.
  • the non-conductive target 5 acts as a dielectric in this case, so that the electric field generated by the voltage source 4 to the target 2
  • the voltage source 4 can be coupled via an optional coupling capacitor 7 to the first receiving device 3-1.
  • Figure 4 shows a fourth embodiment of the invention with a wire-shaped target 5.
  • the target 5 is hereby introduced laterally into the plasma stream.
  • the ablation of the target material takes place mainly at the tip of the wire-shaped target 5 located in the plasma 2. Therefore, the first receiving device 3-1, not shown, is preferably designed to track the wire-shaped target 5 by displacement along the longitudinal axis of the wire-shaped target 5, so that the tip of the target 5 at any time in the Wrkungs Scheme of the plasma 2 is located.
  • FIG. 5 shows a fifth exemplary embodiment of the invention with a wire-shaped target 5 arranged in a resonator 8.
  • the resonator 8 forms a central component of the plasma source.
  • the resonator forms, together with the wire-shaped target 5, an LC resonant circuit which is externally connected through a active element can be stimulated.
  • the high-frequency oscillation generated in this way ignites a gas discharge in a gas conducted through the resonator, so that the plasma 2 exits at a hole located in an end face of the resonator.
  • the gas discharge is ignited at a distance between the tip of the wire-shaped target 5 and the edge of the hole, because there is the strongest electric field.
  • the wire-shaped target 5 acts as a dipole in the device and determines the resonant frequency of the device. By shifting the target 5 along the Resonantorachse therefore the resonance frequency can be influenced. However, this also means that the resonant frequency of the resonant circuit provides the plasma source with information about the position of the tip of the wire-shaped target 5. This makes it possible to build a control loop in which the first receiving device, not shown here, nachschiebt continuously, so that on the one hand the generation of the plasma 2 is not interrupted, on the other hand always enough target material for the sputtering process for Available. In order to ensure the transport of the wire-shaped target 5, a passage 9 can be provided on the rear wall of the resonator 8, which seals the resonator as gastight as possible, but the movement of the wire-shaped target 5 is not prevented.
  • the dipole can also be realized by a waveguide, in the interior of which the wire-shaped target is guided to the tip of the waveguide.
  • inventions of Figures 2 to 5 can be similar to a printer head for a targeted application of coatings on selected areas of the substrate use, which opens up a variety of applications. So it is possible, for example

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Abstract

The invention relates to an apparatus for treatment of surfaces of a substrate by means of a plasma. The apparatus comprises a plasma source which is designed to produce a plasma and to emit into a plasma area with a longitudinal plasma extent which runs along a main movement component of the plasma, an at least partially conductive first holding apparatus, which is designed to hold a first workpiece, and a voltage source which is connected to the first holding apparatus and is designed to produce a first acceleration voltage, and to apply this to the first holding apparatus. The first holding apparatus is arranged and designed relative to the plasma source to place the first workpiece such that the plasma reaches the first workpiece when the first acceleration voltage is applied.

Description

Plasma-Prozesse bei Atmosphärendruck  Plasma processes at atmospheric pressure
Technisches Gebiet Technical area
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Oberflächen eines Substrates durch Plasma, welche bei Atmosphärendruck oder bei atmosphärennahem Unterdruck arbeiten kann. The invention relates to a device for processing surfaces of a substrate by plasma, which can operate at atmospheric pressure or at near atmospheric pressure.
Stand der Technik State of the art
Plasmagestützte Verfahren finden vielfältige Anwendungen bei der Oberflächenbearbeitung. Besonders hervorzuheben sind hierbei das Reaktive lonenätzen, die Kathodenzerstäubung (Sputtern) und die reaktive Kathodenzerstäubung. Beim Reaktiven lonenätzen sollen Strukturen in ein Werkstück geätzt werden, während es Ziel des Sputterns ist, dünne Schichten auf das Werkstück aufzubringen. Plasma-assisted processes find a variety of applications in surface treatment. Particularly noteworthy here are reactive ion etching, sputtering and reactive sputtering. In reactive ion etching, structures are to be etched into a workpiece while the goal of sputtering is to apply thin layers to the workpiece.
Bei den derzeit industriell eingesetzten Verfahren wird in einer Unterdruckkammer eine In the currently industrially used method is in a vacuum chamber a
Gasentladung (Plasma) in einem Niederdruckbereich zwischen ca. 0,01 Pa und 10 Pa Gas discharge (plasma) in a low pressure range between about 0.01 Pa and 10 Pa
beispielsweise durch eine Gleichspannung oder eine hochfrequente Wechselspannung erzeugt. Die geometrische Ausdehnung des Plasmas entspricht dabei der der Unterdruckkammer in der das zu bearbeitende Werkstück, üblicherweise Substrat genannt, platziert wird. Da Substrate im Bereich von wenigen Millimetern bis zu einigen Metern industriell mit Plasmaprozessen bearbeitet werden sollen, müssen entsprechend große Plasmen stabil erzeugt werden. Dies erfordert ein Arbeiten in dem genannten Druckbereich, weil das Plasma ansonsten kollabiert oder filamentiert und somit für die Oberflächenbearbeitung ungeeignet wird. Das Arbeiten bei niedrigen Drücken bedingt einerseits hohen Aufwand für die Erzeugung des Unterdrucks, andererseits einen verminderten Durchsatz der Fertigungsanlage aufgrund der dafür benötigten Zeit vor der eigentlichen Bearbeitung des Substrates. for example, generated by a DC voltage or a high-frequency AC voltage. The geometric extent of the plasma corresponds to that of the vacuum chamber in which the workpiece to be machined, usually called substrate, is placed. Since substrates in the range of a few millimeters to a few meters are to be processed industrially by plasma processes, correspondingly large plasmas must be generated stably. This requires working in said pressure range because the plasma otherwise collapses or filaments and thus becomes unsuitable for surface processing. Working at low pressures requires on the one hand high expenditure for the generation of negative pressure, on the other hand a reduced throughput of the production line due to the time required for this before the actual processing of the substrate.
Es besteht daher ein Bedarf an plasmagestützten Verfahren, die sich bei Atmosphärendruck oder wenigstens bei atmosphärennahen Drücken durchführen lassen. There is therefore a need for plasma enhanced processes that can be carried out at atmospheric pressure or at least at near atmospheric pressures.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Erfindungsgemäß wird daher eine Vorrichtung zur Behandlung von Oberflächen eines Substrates durch ein Plasma eingeführt, die bei Atmosphärendruck oder atmosphärennahen Drücken arbeiten kann. Als„atmosphärennaher Druck" wird dabei ein Druck von zwischen einem Zehntel des Atmosphärennormaldrucks und Atmosphärennormaldruck verstanden. The invention therefore provides a device for the treatment of surfaces of a substrate introduced by a plasma that can operate at atmospheric pressure or near-atmospheric pressures. As "near-atmospheric pressure" is understood to mean a pressure of between one-tenth of the atmospheric pressure and atmospheric pressure standard.
Die Vorrichtung umfasst eine Plasmaquelle, eine wenigstens teilweise leitfähige erste The device comprises a plasma source, an at least partially conductive first
Aufnahmevorrichtung und eine mit der ersten Aufnahmevorrichtung verbundene Spannungsquelle. Die Plasmaquelle ist ausgebildet, ein Plasma zu erzeugen und in einen Plasmaraum mit einer entlang einer Hauptbewegungskomponente des Plasmas verlaufenden longitudinalen Recording device and a voltage source connected to the first recording device. The plasma source is configured to generate a plasma and into a plasma chamber with a longitudinal one running along a main component of movement of the plasma
Plasmaausdehnung auszustoßen. Die erste Aufnahmevorrichtung ist ausgebildet, ein erstes Werkstück aufzunehmen. Die Spannungsquelle ist ausgebildet, eine erste Expelling plasma expansion. The first receiving device is designed to receive a first workpiece. The voltage source is formed, a first
Beschleunigungsspannung zu erzeugen und an die erste Aufnahmevorrichtung anzulegen. Dabei ist die erste Aufnahmevorrichtung relativ zu der Plasmaquelle so angeordnet und ausgebildet, das erste Werkstück so zu platzieren, dass das Plasma bei Anlegen der ersten To generate acceleration voltage and apply to the first recording device. In this case, the first recording device is arranged and designed relative to the plasma source so as to place the first workpiece so that the plasma is applied when the first
Beschleunigungsspannung das erste Werkstück erreicht. Acceleration voltage reaches the first workpiece.
Die Erfindung basiert auf der Verwendung einer Plasmaquelle anstelle der Zündung eines Plasmas in einer Unterdruckkammer. Eine Plasmaquelle erzeugt fortlaufend Plasma und stößt es wegen der Zuführung von zu ionisierendem Gas ähnlich einem Gasbrenner aus. Es kann dabei auch eine gepulst oder moduliert betriebene Plasmaquelle verwendet werden, gleichwohl stößt eine solche Plasmaquelle während der gesamten Betriebsdauer Plasma aus und ist somit für den Einsatz im Rahmen der Erfindung geeignet. Das von der Plasmaquelle derartig erzeugte Plasma rekombiniert nach einer gewissen Zeit, so dass sich ein Plasmaraum einer von verschiedenen Parameter wie dem Druck und dem verwendeten Gas oder Gasgemisch abhängigen Ausdehnung ergibt. The invention is based on the use of a plasma source instead of the ignition of a plasma in a vacuum chamber. A plasma source continuously generates plasma and ejects it like a gas burner because of the supply of gas to be ionized. It is also possible to use a pulsed or modulated plasma source, however, such a plasma source discharges plasma during the entire operating time and is therefore suitable for use in the context of the invention. The plasma so generated by the plasma source recombines after a certain time, so that a plasma chamber results in an expansion dependent on various parameters such as the pressure and the gas or gas mixture used.
„Plasmaraum" bezeichnet hierbei denjenigen Raum, in dem freie Ladungsträger anzufinden sind. "Plasma space" here refers to the space in which free charge carriers are to be found.
Bei atmosphärennahen Drücken liegt die longitudinale Plasmaausdehnung des Plasmaraumes üblicherweise im Millimeterbereich. Obwohl bei solch vergleichsweise hohen Drücken ein Plasma nicht stabil erzeugt werden kann, stehen aufgrund der fortlaufenden Erzeugung eines Plasmas durch die Plasmaquelle jederzeit Ionen für die Oberflächenbearbeitung zur Verfügung. At near-atmospheric pressures, the longitudinal plasma expansion of the plasma chamber is usually in the millimeter range. Although at such comparatively high pressures, a plasma can not be stably generated, due to the continuous generation of a plasma by the plasma source, ions are available for surface processing at all times.
Die Erfindung schließt die Erkenntnis ein, dass die durch die Plasmaquelle erzeugten freien Ladungsträger als Primärplasma ein zusätzliches Plasma - das Sekundärplasma - erzeugen können. Indem erfindungsgemäß die Spannungsquelle an die als Elektrode fungierende erste Aufnahmevorrichtung eine erste Beschleunigungsspannung anlegt, werden die freien The invention includes the recognition that the free charge carriers generated by the plasma source can generate an additional plasma-the secondary plasma-as primary plasma. In accordance with the invention, the voltage source applies a first acceleration voltage to the first receiving device acting as the electrode, the free ones are applied
Ladungsträger des Primärplasmas im elektrischen Feld beschleunigt, wobei sie durch Charge carriers of the primary plasma accelerated in the electric field, passing through
Stoßprozesse weitere Gasatome ionisieren. Die hierfür benötigte Zündspannung ist aufgrund des aus der Plasmaquelle strömenden Plasmas bedeutend niedriger als für einen gegebenen Druck zu erwarten wäre. Aufgrund dieses überraschenden Effekts wird es möglich, einen ausreichend großen Collision processes ionize further gas atoms. The ignition voltage required for this purpose is significantly lower than would be expected for a given pressure due to the plasma flowing from the plasma source. Due to this surprising effect, it becomes possible to have a sufficiently large one
Teilchenstrom für Oberflächenbearbeitungsprozesse, die zuvor nur im Vakuum möglich waren, zur Verfügung zu stellen. Particle stream for surface processing processes that were previously possible only in a vacuum to provide.
Wichtig ist für das Funktionieren der Vorrichtung, dass das Plasma das erste Werkstück erreichen kann, so dass Ionen aus dem Plasma auf das erste Werkstück auftreffen können. Aufgrund der Vergrößerung des Plasmas nach Anlegen der ersten Beschleunigungsspannung kann eine Reihe von Versuchsaufbauten notwendig sein, um eine für ein gegebenes Werkstück optimale It is important for the functioning of the device that the plasma can reach the first workpiece, so that ions from the plasma can impinge on the first workpiece. Due to the increase in plasma upon application of the first accelerating voltage, a number of experimental setups may be necessary to optimize one for a given workpiece
Anordnung zu finden. To find arrangement.
Die Vorrichtung kann eine Unterdruckkammer umfassen, in der die Plasmaquelle und die erste Aufnahmevorrichtung angeordnet sind und die ausgebildet ist, einen Druck in der The device may comprise a vacuum chamber in which the plasma source and the first receiving device are arranged and which is adapted to a pressure in the
Unterdruckkammer von zwischen einem Zehntel des Atmosphärennormaldrucks und Vacuum chamber of between one-tenth of the atmospheric pressure and
Atmosphärennormaldruck zu erzeugen. Obgleich die Erfindung Plasmaprozesse bei höheren Drücken ermöglicht, kann die Qualität und Effizienz der Prozesse gesteigert werden, indem sie bei verringertem Druck durchgeführt werden. Allerdings ist es erfindungsgemäß möglich, höhere Drücke zu verwenden als bei vorbekannten Verfahren notwendig. To produce atmospheric pressure. Although the invention enables plasma processes at higher pressures, the quality and efficiency of the processes can be increased by carrying out at reduced pressure. However, it is possible according to the invention to use higher pressures than necessary in previously known methods.
Die erste Beschleunigungsspannung kann eine Gleichspannung sein, deren Vorzeichen so gewählt ist, dass das Potential der ersten Aufnahmevorrichtung negativ gegenüber dem Potential des Plasmas ist. Bevorzugt beträgt die erste Beschleunigungsspannung dabei zwischen -100 und - 1000 V. Alternativ kann die erste Beschleunigungsspannung eine Wechselspannung mit einer Frequenz von weniger als 100 MHz sein. The first acceleration voltage may be a DC voltage whose sign is chosen such that the potential of the first recording device is negative with respect to the potential of the plasma. In this case, the first acceleration voltage is preferably between -100 and -1000 V. Alternatively, the first acceleration voltage may be an alternating voltage with a frequency of less than 100 MHz.
Die Vorrichtung kann eine zweite Aufnahmevorrichtung für ein zweites Werkstück aufweisen, wobei das erste Werkstück ein Target und das zweite Werkstück ein Substrat sind und die The apparatus may comprise a second receiving device for a second workpiece, wherein the first workpiece is a target and the second workpiece is a substrate and the
Vorrichtung ausgebildet ist, Material aus dem Target zu lösen und auf das Substrat zu übertragen. Device is designed to release material from the target and transferred to the substrate.
Diese besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kann für Sputter-Prozesse verwendet werden, bei denen es darum geht, Material von einem Target durch lonenbeschuss zu lösen und auf ein Substrat, also auf das eigentliche Werkstück, aufzutragen. Das Target verbraucht sich dabei über viele Prozesszyklen und wird daher in Abständen ersetzt. Ausführungsformen ohne zweite Aufnahmevorrichtung können hingegen für Reaktives lonenätzen eingesetzt werden, bei denen das Target das eigentliche Werkstück darstellt und durch den lonenbeschuss in This particularly preferred embodiment of the invention can be used for sputtering processes, which involve dissolving material from a target by ion bombardment and applying it to a substrate, ie to the actual workpiece. The target consumes itself over many process cycles and is therefore replaced at intervals. On the other hand, embodiments without a second receiving device can be used for reactive ion etching, in which the target represents the actual workpiece and by the ion bombardment in
gewünschter Form geätzt wird. desired shape is etched.
Bei der zum Sputtern ausgebildeten Vorrichtung kann die zweite Aufnahmevorrichtung wenigstens teilweise leitend ausgebildet und mit der Spannungsquelle verbunden sein. Die Spannungsquelle ist dabei ausgebildet, eine zweite Beschleunigungsspannung zu erzeugen und an die zweite Aufnahmevorrichtung anzulegen. Aufgrund des erfindungsgemäß vergleichsweise hohen Drucks, ist die Dichte des zwischen Target und Substrat befindlichen Gases entsprechend hoch, so dass die aus dem Target gelösten Partikel von dem Gas auf ihrem Weg zum Substrat verhältnismäßig stark abgebremst werden. Für bestimmte Materialien kann die verminderte Geschwindigkeit der Targetpartikel das Problem mitsichbringen, dass die Partikel nur mangelhaft an dem Substrat anhaften. Daher kann eine zweite Beschleunigungsspannung nützlich sein, welche über die zweite Aufnahmevorrichtung an das Substrat angelegt wird (sofern das Substrat selbst leitfähig ist, andernfalls wirkt die zweite Aufnahmevorrichtung selbst als Elektrode). Diese zweite In the device designed for sputtering, the second receiving device may be at least partially conductive and connected to the voltage source. The voltage source is designed to generate a second acceleration voltage and to the second Create recording device. Due to the comparatively high pressure according to the invention, the density of the gas located between the target and the substrate is correspondingly high, so that the particles dissolved from the target are relatively strongly decelerated by the gas on their way to the substrate. For certain materials, the reduced velocity of the target particles may cause the problem that the particles adhere poorly to the substrate. Therefore, a second accelerating voltage applied to the substrate via the second pick-up device may be useful (provided that the substrate itself is conductive, otherwise the second pick-up device itself acts as an electrode). This second
Beschleunigungsspannung beschleunigt die Ionen im Plasma in Richtung des Substrates und führt indirekt über weitere Stoßprozesse zwischen den Ionen und den Targetpartikeln zu einer Acceleration voltage accelerates the ions in the plasma in the direction of the substrate and indirectly leads to further collision processes between the ions and the target particles
Beschleunigung der Targetpartikel. Die zweite Beschleunigungsspannung beträgt bevorzugt zwischen -10 und -100 V. Acceleration of the target particles. The second acceleration voltage is preferably between -10 and -100 V.
Die erste Aufnahmevorrichtung kann ausgebildet sein, ein zylinderförmiges Target aufzunehmen. Dabei ist die erste Aufnahmevorrichtung vorzugsweise relativ zu der Plasmaquelle so angeordnet, dass das Plasma das zylinderförmige Target durch ein entlang der Zylinderachse des The first receiving device may be configured to receive a cylindrical target. In this case, the first receiving device is preferably arranged relative to the plasma source so that the plasma, the cylindrical target by a along the cylinder axis of the
zylinderförmigen Targets angeordnetes Loch durchströmt. Das zylinderförmige Target kann dabei direkt an der Plasmaquelle angeordnet sein, so dass die erste Aufnahmevorrichtung in die flows through cylindrical hole arranged target. The cylindrical target can be arranged directly on the plasma source, so that the first receiving device in the
Plasmaquelle integriert wird. Plasma source is integrated.
Ein Vorteil einer solchen Anordnung mit zylinderförmigem Target ist, dass das Plasma das Target durchströmt und seine Strömungsgeschwindigkeit den Transport der Targetpartikel zum Substrat begünstigt. Außerdem kann das Substrat direkt in der Bewegungsrichtung des Plasmas angeordnet werden. An advantage of such a cylindrical target arrangement is that the plasma flows through the target and its flow velocity promotes the transport of the target particles to the substrate. In addition, the substrate can be arranged directly in the direction of movement of the plasma.
Die Plasmaquelle kann einen zylinderförmigen Resonator aufweisen, wobei das Target bevorzugt drahtförmig und entlang der Zylinderachse des Resonators angeordnet oder anordenbar ist. Das Target kann dabei die Funktion einer Induktivität übernehmen und Teil eines Schwingkreises sein, der das Target und den Resonator als LC-Glied umfasst. Die durch den Schwingkreis erzeugte hochfrequente Schwingung erzeugt dann das Plasma, das durch ein in der Nähe der Targetspitze vorzugsweise in der Resonatorachse angeordnetes Loch im Resonator ausströmt. The plasma source may have a cylindrical resonator, the target preferably being wire-shaped and arranged or arrangeable along the cylinder axis of the resonator. The target can assume the function of an inductance and be part of a resonant circuit which comprises the target and the resonator as an LC element. The high-frequency oscillation generated by the resonant circuit then generates the plasma, which flows out through a hole in the resonator, preferably arranged in the resonator axis, in the vicinity of the target tip.
Die Vorrichtung besitzt dabei bevorzugt eine mit der ersten Aufnahmevorrichtung verbundene Frequenzbestimmungseinheit, welche ausgebildet ist, die Frequenz eines an dem zylinderförmigen Resonator anliegenden Signals zu bestimmen, die bestimmte Frequenz mit einer vorgegebenen oder vorgebbaren Sollfrequenz zu vergleichen und ein Ergebnissignal auszugeben, welches ein Ergebnis des Vergleichs anzeigt. Die erste Aufnahmevorrichtung ist dabei dazu ausgebildet, das drahtförmige Target entlang der Zylinderachse des Resonators zu verschieben, wobei eine Verschiebungsrichtung der Verschiebung abhängig von dem Ergebnissignal ist. Die Resonanzfrequenz der aus Resonator und drahtförmigem Target gebildeten Anordnung ist von der Länge des drahtförmigen Targets innerhalb des Resonators abhängig und kann daher durch Verschieben des Targets innerhalb des Resonators beeinflusst werden. Im Umkehrschluss bedeutet dies jedoch auch, dass die Frequenz der Schwingung Aufschluss über den Abstand zwischen der Spitze des drahtförmigen Targets und dem Loch im Resonator bietet. Diese In this case, the device preferably has a frequency determination unit connected to the first recording device, which is designed to determine the frequency of a signal applied to the cylindrical resonator, to compare the determined frequency with a predetermined or predefinable reference frequency and to output a result signal which is a result of the comparison displays. The first recording device is designed to displace the wire-shaped target along the cylinder axis of the resonator, wherein a displacement direction of the displacement is dependent on the result signal. The resonant frequency of the array formed by the resonator and the wire-shaped target depends on the length of the wire-shaped target within the resonator and can therefore be influenced by shifting the target within the resonator. Conversely, however, this also means that the frequency of the vibration provides information about the distance between the tip of the wire-shaped target and the hole in the resonator. These
Erkenntnis macht sich diese Ausführungsform in einem Regelkreis zunutze, indem sie das drahtförmige Target, das an seiner Spitze durch die Wirkung des Plasmas fortlaufend abgetragen wird, abhängig von der bestimmten Frequenz verschiebt, so dass die Spitze des Targets jederzeit in einem gewünschten Abstand zu dem Loch im Resonator gehalten werden kann. This embodiment takes advantage of this control loop by shifting the wire-shaped target, which is progressively removed at its tip by the action of the plasma, depending on the particular frequency, so that the tip of the target is always at a desired distance from the hole can be held in the resonator.
Die die zweite Aufnahmevorrichtung kann ausgebildet sein, sich auf ein erstes Steuersignal hin entlang einer ersten Richtung und auf ein zweite Steuersignal hin entlang einer zweiten Richtung, welche die erste Richtung kreuzt, zu bewegen. Als gleichwertig wird hierbei eine zweite The second recording device may be configured to move along a first control signal along a first direction and a second control signal along a second direction, which crosses the first direction. As equivalent here is a second
Aufnahmevorrichtung angesehen, die ausgebildet ist, ein Substrat entsprechend zu bewegen. Die Vorrichtung weist dabei eine Steuereinheit auf, welche ausgebildet ist, Geometriedaten zu empfangen und die zweite Aufnahmevorrichtung durch Ausgeben von aus den Geometriedaten abgeleiteten ersten und zweiten Steuersignalen relativ zu der ersten Aufnahmevorrichtung so zu bewegen, dass das aus dem Target gelöste Material auf einen durch die Geometriedaten vorgegebenen Bereich der Oberfläche des Substrates übertragen wird. Viewing device, which is adapted to move a substrate accordingly. In this case, the device has a control unit which is designed to receive geometry data and to move the second recording device by outputting first and second control signals derived from the geometry data relative to the first recording device in such a way that the material released from the target reaches one through which the Geometry data predetermined area of the surface of the substrate is transmitted.
Diese Ausführungsform erlaubt ein Übertragen von Targetmaterial auf jenen Teil des Substrates, das von der zweiten Aufnahmevorrichtung durch den Wirkungsbereich des Plasmas geführt wird. Dadurch wird ein dem Drucken ähnliches Verfahren möglich, das sich beispielsweise vorteilhaft bei der Beschichtung von Leiterplatten einsetzen lässt, indem Leiterbahnen direkt auf die Leiterplatten gedruckt werden. Besonders bevorzugt können dabei auch Kunststoffgehäuse als Substrat eingesetzt werden, so dass die Schaltung eines elektronischen Gerätes direkt auf eine Innenseite des Gehäuses aufgetragen wird, was großes Einsparpotential bei der Herstellung elektronischer Geräte bietet. This embodiment permits transfer of target material to that part of the substrate which is guided by the second receiving device through the area of action of the plasma. As a result, a similar method of printing is possible, which can be used, for example, advantageous in the coating of printed circuit boards by printed conductors directly on the circuit boards. Plastic housings may also be used as the substrate, so that the circuit of an electronic device is applied directly to an inner side of the housing, which offers great savings in the production of electronic devices.
Die erste Aufnahmevorrichtung und die zweite Aufnahmevorrichtung sind bevorzugt relativ zueinander so angeordnet, dass ein Abstand zwischen einem in der ersten Aufnahmevorrichtung befindlichen Target und einem in der zweiten Aufnahmevorrichtung befindlichen Substrat weniger als 3 μηι beträgt. Dieser geringe Abstand ermöglicht die zuverlässige und zielgenaue Übertragung von Targetmaterial auf das Substrat. The first receiving device and the second receiving device are preferably arranged relative to one another such that a distance between a target located in the first receiving device and a substrate located in the second receiving device is less than 3 μm. This small distance enables reliable and accurate transfer of target material to the substrate.
Die zweite Aufnahmevorrichtung kann ausgebildet sein, sich auf ein drittes Steuersignal hin entlang einer dritten Richtung zu bewegen, wobei die dritte Richtung mit der ersten und der zweiten Richtung einen Raum aufspannt. Dabei weist die Vorrichtung eine The second recording device may be configured to move along a third control signal along a third direction, wherein the third direction spans a space with the first and the second direction. In this case, the device has a
Abstandsbestimmungseinheit auf, welche ausgebildet ist, einen Abstand zwischen dem Target und dem Substrat zu bestimmen. Die Steuereinheit ist ausgebildet, den Abstand zwischen dem in der ersten Aufnahmevorrichtung befindlichen Target und dem in der zweiten Aufnahmevorrichtung befindlichen Substrat durch Ausgeben entsprechender dritter Steuersignale einzustellen. Diese Ausführungsform erlaubt es, einen konstanten Abstand zu der Oberfläche des Substrates einzuhalten. Distance determining unit, which is formed, a distance between the target and to determine the substrate. The control unit is designed to set the distance between the target located in the first receiving device and the substrate located in the second receiving device by outputting corresponding third control signals. This embodiment makes it possible to maintain a constant distance to the surface of the substrate.
Grundsätzlich stellt bei Sputterprozessen ein Target einen austauschbaren Verschleißgegenstand dar, während das Substrat das zu bearbeitende Werkstück ist. Im Rahmen der Erfindung sind daher das Target und das Substrat grundsätzlich nicht als den Schutzbereich mitbestimmend anzusehen. Basically, in sputtering processes, a target is a replaceable article of wear while the substrate is the workpiece to be machined. In the context of the invention, therefore, the target and the substrate are basically not to be regarded as co-determining the scope of protection.
Kurzbeschreibung der Abbildungen Brief description of the pictures
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Abbildungen von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei gleiche oder gleichartige Gegenstände. Es zeigen: The invention will be described in more detail below with reference to illustrations of exemplary embodiments. The same reference numerals designate the same or similar objects. Show it:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 1 shows a first embodiment of the invention;
Fig. 2 eine zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem zylindrischen Target; Fig. 2 shows a second embodiment of the invention with a cylindrical target;
Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, ebenfalls mit einem zylindrischen Target; Fig. 3 shows a third embodiment of the invention, also with a cylindrical target;
Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem drahtförmigen Target; und 4 shows a fourth embodiment of the invention with a wire-shaped target; and
Fig. 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem in einem Resonator angeordneten drahtförmigen Target. Fig. 5 shows a fifth embodiment of the invention with a arranged in a resonator wire-shaped target.
Detaillierte Beschreibung der Abbildungen Detailed description of the pictures
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Eine Plasmaquelle 1 erzeugt ein Plasma 2 und stößt dieses aus. Im Wirkungsbereich des Plasmas ist ein Werkstück 5 in einer ersten Aufnahmevorrichtung 3-1 angeordnet. Im einfachsten Fall kann diese erste Figure 1 shows a first embodiment of the invention. A plasma source 1 generates a plasma 2 and ejects it. In the area of action of the plasma, a workpiece 5 is arranged in a first receiving device 3-1. In the simplest case, this first
Aufnahmevorrichtung 3-1 der Boden einer Kammer sein, in der die Plasmaquelle 1 angeordnet ist. Die erste Aufnahmevorrichtung 3-1 ist wenigstens teilweise elektrisch leitend ausgebildet und mit einer Spannungsquelle 4 verbunden, welche ein gegenüber der Plasmaquelle 1 negatives Recording device 3-1 be the bottom of a chamber in which the plasma source 1 is arranged. The first receiving device 3-1 is at least partially electrically conductive and connected to a voltage source 4, which is negative with respect to the plasma source 1
Potential oder auch eine Wechselspannung mit einer Frequenz in einem Bereich von einigen Kilohertz bis ungefähr 100 Megahertz erzeugt. Ist das Werkstück 5 selbst elektrisch leitend, genügt es, wenn die von der Spannungsquelle 4 erzeugte Spannung über einen Kontaktpunkt zwischen dem Werkstück 5 und der ersten Aufnahmevorrichtung 3-1 an das Werkstück 5 gelangt, da das Werkstück 5 in diesem Fall selbst als Elektrode für die Beschleunigung der aus dem Plasma 2 zu extrahierenden Ionen wirken kann. Ist das Werkstück 5 jedoch aus einem elektrisch isolierenden Material, ist die erste Aufnahmevorrichtung 3-1 vorzugsweise flächig ausgebildet, so dass entlang der gesamten Ausdehnung des Werkstücks 5 Ionen dem von der als Elektrode fungierenden ersten Aufnahmevorrichtung 3-1 elektrischen Feld folgend auf das Werkstück 5 gelangen können. Potential or an alternating voltage with a frequency in the range of a few Kilohertz to about 100 megahertz. If the workpiece 5 itself is electrically conductive, it is sufficient if the voltage generated by the voltage source 4 passes through a contact point between the workpiece 5 and the first receiving device 3-1 to the workpiece 5, since the workpiece 5 in this case itself as an electrode for the acceleration of the ions to be extracted from the plasma 2 can act. However, if the workpiece 5 is made of an electrically insulating material, the first receiving device 3-1 is preferably flat, so that along the entire extent of the workpiece 5 ions following the first receiving device 3-1 acting as an electrode following electric field to the workpiece. 5 can reach.
Das Ausführungsbeispiel von Figur 1 kann für das Reinigen von Oberflächen oder für Ätzprozesse verwendet werden. Dabei kann bei bestimmten Ausführungsformen ein Gasgemisch verwendet werden, das neben dem Plasmagas (allgemein bevorzugt ist Argon) chemische Ätzmittel enthält. The embodiment of Figure 1 can be used for cleaning surfaces or for etching processes. In this case, in certain embodiments, a gas mixture may be used, which in addition to the plasma gas (generally preferred argon) contains chemical etchant.
Das Werkstück 5 wird in der Literatur teilweise als Target bezeichnet, weil die Ionen aus dem Plasma 2 auf das Werkstück 5 treffen und dort Partikel herausschlagen. Andererseits wird es auch als Substrat bezeichnet, weil es sich bei dem Werkstück 5 um das eigentliche zu bearbeitende Objekt handelt. Im Zusammenhang mit Sputter-Prozessen, bei denen eine Oberfläche beschichtet werden soll, bezeichnet das Target eine Materialquelle für dasjenige Material, das im Rahmen der Beschichtung auf die Oberfläche eines Substrates übertragen werden soll. The workpiece 5 is sometimes referred to in the literature as a target, because the ions from the plasma 2 hit the workpiece 5 and knock out particles there. On the other hand, it is also referred to as a substrate because the workpiece 5 is the actual object to be processed. In the context of sputtering processes where a surface is to be coated, the target refers to a source of material for the material that is to be transferred to the surface of a substrate as part of the coating.
Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, das für Sputter-Prozesse geeginet ist und ein zylindrisches Target 5 aufweist. Die Figur zeigt eine Querschnittszeichnung, so dass das als Hohlzylinder ausgeführte Target 5 in der Darstellung in zwei rechteckige Bereiche zerfällt, welche beiderseits des Plasmas 2 angeordnet sind. Das Plasma 2 kann das Target 5 Figure 2 shows a second embodiment of the invention, which is geeginet for sputtering processes and a cylindrical target 5 has. The figure shows a cross-sectional drawing, so that the executed as a hollow cylinder target 5 in the representation decays into two rectangular areas, which are arranged on both sides of the plasma 2. The plasma 2 can be the target 5
durchströmen und durch den aufgrund der von der Spannungsquelle 4 erzeugten flow through and due to the generated by the voltage source 4
Beschleunigungsspannung ausgelösten lonenbeschuss Partikel aus dem Target 5 lösen. Durch den Gasstrom sowie optional durch eine zusätzliche an dem Substrat 6 beziehungsweise der Aufnahmevorrichtung 3-2 für das Substrat 6 anliegende Beschleunigungsspannung gelangen die aus Partikel aus dem Targetmaterial auf die Oberfläche des Substrates 6. Wrd eine zweite Acceleration voltage triggered ion bombardment Dissolve particles from the target 5. By the gas flow and optionally by an additional voltage applied to the substrate 6 and the receiving device 3-2 for the substrate 6 acceleration voltage pass from particles of the target material on the surface of the substrate 6. Wrd a second
Beschleunigungsspannung verwendet, kann bei nichtleitendem Substrat 6 wieder die Acceleration voltage used, with non-conductive substrate 6 again the
Aufnahmevorrichtung 3-2 als Elektrode fungieren, bei einem leitenden Substrat 6 kann das Substrat 6 selbst die Funktion der Elektrode übernehmen. Die zweite Aufnahmevorrichtung 3-2 kann im einfachsten Fall wiederum der Boden einer Kammer sein, in der die Plasmaquelle 1 angeordnet ist. Recording device 3-2 act as an electrode, in a conductive substrate 6, the substrate 6 itself can take over the function of the electrode. In the simplest case, the second receiving device 3-2 can once again be the bottom of a chamber in which the plasma source 1 is arranged.
Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie das Ausführungsbeispiel von Figur 2 ebenfalls mit einem zylindrischen Target 5. Das Ausführungsbeispiel entspricht im wesentlichen dem von Figur 2, so dass das dort Gesagte auch für das Ausführungsbeispiel von Figur 3 gilt. Allerdings besteht hier das Target 5 aus einem nichtleitenden Material. Aus diesem Grund ist die erste Aufnahmevorrichtung 3-1 , die beispielsweise als ein das Target 5 umschließender Hohlzylinder ausgeführt sein kann, wenigstens teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt, das als Elektrode für die erste Beschleunigungsspannung dienen kann und mit der Spannungsquelle 4 verbunden ist. Die Spannungsquelle 4 ist hierbei jedoch ausgebildet, eine hochfrequente Wechselspannung, vorzugsweise im Bereich von einigen Kilohertz bis ungefähr 100 Megahertz, zu erzeugen. Das nichtleitende Target 5 fungiert in diesem Fall als Dielektrikum, so dass das durch die Spannungsquelle 4 erzeugte elektrische Feld auf das das Target 2 Figure 3 shows a third embodiment of the invention, as the embodiment of Figure 2 also with a cylindrical target 5. The embodiment corresponds substantially to that of Figure 2, so that what is said there also applies to the embodiment of Figure 3. However, here the target 5 consists of a non-conductive material. That is why the first receiving device 3-1, which may be designed, for example, as a target 5 enclosing the hollow cylinder, at least partially made of an electrically conductive material that can serve as an electrode for the first acceleration voltage and is connected to the voltage source 4. However, the voltage source 4 is in this case designed to generate a high-frequency alternating voltage, preferably in the range from a few kilohertz to about 100 megahertz. The non-conductive target 5 acts as a dielectric in this case, so that the electric field generated by the voltage source 4 to the target 2
durchströmende Plasma 2 einwirken kann. Die Spannungsquelle 4 kann dabei über einen optionalen Koppelkondensator 7 an die erste Aufnahmevorrichtung 3-1 angekoppelt sein. flowing plasma 2 can act. The voltage source 4 can be coupled via an optional coupling capacitor 7 to the first receiving device 3-1.
Figur 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem drahtförmigen Target 5. Das Target 5 wird hierbei seitlich in den Plasmastrom eingeführt. Das Abtragen des Targetmaterials geschieht dabei hauptsächlich an der im Plasma 2 befindlichen Spitze des drahtförmigen Targets 5. Daher ist die nicht dargestellte erste Aufnahmevorrichtung 3-1 vorzugsweise ausgebildet, das drahtförmige Target 5 durch Verschieben entlang der Längsachse des drahtförmigen Targets 5 nachzuführen, so dass sich die Spitze des Targets 5 jederzeit im Wrkungsbereich des Plasmas 2 befindet. Figure 4 shows a fourth embodiment of the invention with a wire-shaped target 5. The target 5 is hereby introduced laterally into the plasma stream. The ablation of the target material takes place mainly at the tip of the wire-shaped target 5 located in the plasma 2. Therefore, the first receiving device 3-1, not shown, is preferably designed to track the wire-shaped target 5 by displacement along the longitudinal axis of the wire-shaped target 5, so that the tip of the target 5 at any time in the Wrkungsbereich of the plasma 2 is located.
Figur 5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem in einem Resonator 8 angeordneten drahtförmigen Target 5. Der Resonator 8 stellt hierbei einen zentralen Bestandteil der Plasmaquelle dar. Der Resonator bildet hierbei zusammen mit dem drahtförmigen Target 5 einen LC-Schwingkreis, welcher extern durch ein aktives Element angeregt werden kann. Die hierbei erzeugte hochfrequente Schwingung zündet eine Gasentladung in einem durch den Resonator geleiteten Gas, so dass an einem in einer Stirnseite des Resonators befindlichen Loch das Plasma 2 austritt. Die Gasentladung wird an einer Strecke zwischen der Spitze des drahtförmigen Targets 5 und dem Rand des Lochs gezündet, weil hier das stärkste elektrische Feld besteht. FIG. 5 shows a fifth exemplary embodiment of the invention with a wire-shaped target 5 arranged in a resonator 8. The resonator 8 forms a central component of the plasma source. The resonator forms, together with the wire-shaped target 5, an LC resonant circuit which is externally connected through a active element can be stimulated. The high-frequency oscillation generated in this way ignites a gas discharge in a gas conducted through the resonator, so that the plasma 2 exits at a hole located in an end face of the resonator. The gas discharge is ignited at a distance between the tip of the wire-shaped target 5 and the edge of the hole, because there is the strongest electric field.
Das drahtförmige Target 5 wirkt in der Anordnung als Dipol und bestimmt die Resonanzfrequenz der Anordnung mit. Durch Verschieben des Targets 5 entlang der Resonantorachse kann daher die Resonanzfrequenz beeinflusst werden. Dies bedeutet aber auch, dass die Resonanzfrequenz des Schwingkreises der Plasmaquelle Aufschluss über die Position der Spitze des drahtförmigen Targets 5 liefert. Dadurch wird es möglich, einen Regelkreis aufzubauen, in dem die hier nicht dargestellte erste Aufnahmevorrichtung das sich an seiner Spitze verbrauchende Target 5 fortlaufend nachschiebt, so dass einerseits die Erzeugung des Plasmas 2 nicht unterbrochen wird, andererseits immer genügend Targetmaterial für den Sputter-Prozess zur Verfügung steht. Um den Transport des drahtförmigen Targets 5 zu gewährleisten, kann an der Rückwand des Resonators 8 eine Durchführung 9 vorgesehen sein, welche den Resonator möglichst gasdicht abdichtet, aber das Verschieben des drahtförmigen Targets 5 nicht unterbindet. The wire-shaped target 5 acts as a dipole in the device and determines the resonant frequency of the device. By shifting the target 5 along the Resonantorachse therefore the resonance frequency can be influenced. However, this also means that the resonant frequency of the resonant circuit provides the plasma source with information about the position of the tip of the wire-shaped target 5. This makes it possible to build a control loop in which the first receiving device, not shown here, nachschiebt continuously, so that on the one hand the generation of the plasma 2 is not interrupted, on the other hand always enough target material for the sputtering process for Available. In order to ensure the transport of the wire-shaped target 5, a passage 9 can be provided on the rear wall of the resonator 8, which seals the resonator as gastight as possible, but the movement of the wire-shaped target 5 is not prevented.
Soll ein Target aus einem nichtleitenden Material verwendet werden, kann der Dipol auch durch einen Hohlleiter verwirklicht werden, in dessen Innerem das drahtförmige Target zur Spitze des Hohlleiters geführt wird. If a target of a non-conductive material is used, the dipole can also be realized by a waveguide, in the interior of which the wire-shaped target is guided to the tip of the waveguide.
Die Ausführungsbeispiele der Figuren 2 bis 5 lassen sich ähnlich einem Druckerkopf für ein gezieltes Aufbringen von Beschichtungen auf ausgewählte Bereiche des Substrates verwenden, was vielfältige Anwendungsmöglichkeiten eröffnet. So ist es beispielsweise möglich, bei The embodiments of Figures 2 to 5 can be similar to a printer head for a targeted application of coatings on selected areas of the substrate use, which opens up a variety of applications. So it is possible, for example
Verwendung eines elektrisch leitfähigen Targetmaterials Leiterbahnen für elektrische Schaltungen direkt auf eine Platine zu drucken. Das Ausführungsbeispiel von Figur 1 lässt sich entsprechend für das punktgenaue Ätzen oder Reinigen von Oberflächen verwenden. Die Erfindung ermöglicht den Einsatz von Plasmaprozessen bei höheren Drücken als normalerweise üblich bis hin zu Using an electrically conductive target material to print printed conductors for electrical circuits directly on a circuit board. The embodiment of Figure 1 can be used accordingly for the precise etching or cleaning of surfaces. The invention allows the use of plasma processes at higher pressures than normal, right up to
Atmosphärendruck, wodurch die Produktionsgeschwindigkeit gesteigert und die Kosten für die Einrichtung reduziert werden. Atmospheric pressure which increases production speed and reduces equipment costs.

Claims

Ansprüche: Claims:
1. Eine Vorrichtung zur Behandlung von Oberflächen eines Substrates durch ein Plasma, die Vorrichtung umfassend eine Plasmaquelle, welche ausgebildet ist, ein Plasma zu erzeugen und in einen Plasmaraum mit einer entlang einer Hauptbewegungskomponente des Plasmas verlaufenden longitudinalen Plasmaausdehnung auszustoßen, eine wenigstens teilweise leitfähige erste Aufnahmevorrichtung, welche ausgebildet ist, ein erstes Werkstück aufzunehmen, und eine mit der ersten Aufnahmevorrichtung verbundenen An apparatus for treating surfaces of a substrate by a plasma, the apparatus comprising a plasma source configured to generate a plasma and eject into a plasma chamber having a longitudinal plasma expansion along a major component of movement of the plasma, an at least partially conductive first receptacle , which is adapted to receive a first workpiece, and one connected to the first receiving device
Spannungsquelle, welche ausgebildet ist, eine erste Beschleunigungsspannung zu erzeugen und an die erste Aufnahmevorrichtung anzulegen, wobei die erste  Voltage source, which is configured to generate a first acceleration voltage and applied to the first receiving device, wherein the first
Aufnahmevorrichtung relativ zu der Plasmaquelle so angeordnet und ausgebildet ist, das erste Werkstück so zu platzieren, dass das Plasma bei Anlegen der ersten  Receiving device is arranged relative to the plasma source and configured to place the first workpiece so that the plasma upon application of the first
Beschleunigungsspannung das erste Werkstück erreicht.  Acceleration voltage reaches the first workpiece.
2. Die Vorrichtung von Anspruch 1 , mit einer Unterdruckkammer, in der die Plasmaquelle und die erste Aufnahmevorrichtung angeordnet sind und die ausgebildet ist, einen Druck in der Unterdruckkammer von zwischen einem Zehntel des Atmosphärennormaldrucks und Atmosphärennormaldruck zu erzeugen. 2. The apparatus of claim 1 including a vacuum chamber in which the plasma source and the first susceptor are arranged and configured to generate a pressure in the vacuum chamber of between one tenth of the atmospheric pressure and atmospheric pressure.
3. Die Vorrichtung von einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die erste The apparatus of any one of claims 1 or 2, wherein the first
Beschleunigungsspannung eine Gleichspannung ist, deren Vorzeichen so gewählt ist, dass das Potential der ersten Aufnahmevorrichtung negativ gegenüber dem Potential des Plasmas ist.  Acceleration voltage is a DC voltage whose sign is chosen so that the potential of the first recording device is negative to the potential of the plasma.
4. Die Vorrichtung von Anspruch 3, bei der die erste Beschleunigungsspannung zwischen - 100 und -1000 V beträgt. The apparatus of claim 3, wherein the first accelerating voltage is between -100 and -1000 volts.
5. Die Vorrichtung von einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der die erste 5. The device of claim 1 or 2, wherein the first
Beschleunigungsspannung eine Wechselspannung mit einer Frequenz von weniger als 100 MHz ist.  Acceleration voltage is an AC voltage with a frequency of less than 100 MHz.
6. Die Vorrichtung von einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer zweiten 6. The device of one of the preceding claims, with a second
Aufnahmevorrichtung für ein zweites Werkstück, wobei das erste Werkstück ein Target und das zweite Werkstück ein Substrat sind und die Vorrichtung ausgebildet ist, Material aus dem Target zu lösen und auf das Substrat zu übertragen.  A pickup device for a second workpiece, wherein the first workpiece is a target and the second workpiece is a substrate and the device is adapted to release material from the target and transfer it to the substrate.
7. Die Vorrichtung von Anspruch 6, bei der die zweite Aufnahmevorrichtung wenigstens The apparatus of claim 6, wherein the second receiving device is at least
teilweise leitend ausgebildet und mit der Spannungsquelle verbunden ist, wobei die Spannungsquelle ausgebildet ist, eine zweite Beschleunigungsspannung, vorzugsweise eine zweite Beschleunigungsspannung zwischen -10 und -100 V, zu erzeugen und an die zweite Aufnahmevorrichtung anzulegen. partially conductive and connected to the voltage source, wherein the Voltage source is designed to generate a second acceleration voltage, preferably a second acceleration voltage between -10 and -100 V, and applied to the second recording device.
8. Die Vorrichtung von einem der Ansprüche 6 oder 7, bei der die erste Aufnahmevorrichtung ausgebildet ist, ein zylinderförmiges Target aufzunehmen, und relativ zu der Plasmaquelle so angeordnet ist, dass das Plasma das zylinderförmige Target durch ein entlang der Zylinderachse des zylinderförmigen Targets angeordnetes Loch durchströmt. 8. The device of claim 6, wherein the first receiving device is configured to receive a cylindrical target and is arranged relative to the plasma source such that the plasma surrounds the cylindrical target through a hole arranged along the cylinder axis of the cylindrical target flows through.
9. Die Vorrichtung von einem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem die Plasmaquelle einen The apparatus of any one of claims 6 or 7, wherein the plasma source comprises a
zylinderförmigen Resonator aufweist und das Target drahtförmig und entlang der  cylindrical resonator and the target wire-shaped and along the
Zylinderachse des Resonators angeordnet oder anordenbar ist.  Cylinder axis of the resonator is arranged or can be arranged.
10. Die Vorrichtung von Anspruch 9, mit einer mit der ersten Aufnahmevorrichtung The apparatus of claim 9, including one with the first receptacle
verbundenen Frequenzbestimmungseinheit, welche ausgebildet ist, die Frequenz eines an dem zylinderförmigen Resonator anliegenden Signals zu bestimmen, die bestimmte Frequenz mit einer vorgegebenen oder vorgebbaren Sollfrequenz zu vergleichen und ein Ergebnissignal auszugeben, welches ein Ergebnis des Vergleichs anzeigt, wobei die erste Aufnahmevorrichtung ausgebildet ist, das drahtförmige Target entlang der Zylinderachse des Resonators zu verschieben, wobei eine Verschiebungsrichtung der Verschiebung abhängig von dem Ergebnissignal ist.  connected frequency determining unit, which is adapted to determine the frequency of a signal applied to the cylindrical resonator signal to compare the specific frequency with a predetermined or predetermined target frequency and output a result signal indicating a result of the comparison, wherein the first receiving device is formed move wire-shaped target along the cylinder axis of the resonator, wherein a displacement direction of the shift is dependent on the result signal.
1 1. Die Vorrichtung von einem der Ansprüche 8 bis 11 , bei der die zweite Aufnahmevorrichtung ausgebildet ist, sich auf ein erstes Steuersignal hin entlang einer ersten Richtung und auf ein zweite Steuersignal hin entlang einer zweiten Richtung, welche die erste Richtung kreuzt, zu bewegen, wobei die Vorrichtung eine Steuereinheit aufweist, welche ausgebildet ist, Geometriedaten zu empfangen und die zweite Aufnahmevorrichtung durch Ausgeben von aus den Geometriedaten abgeleiteten ersten und zweiten Steuersignalen relativ zu der ersten Aufnahmevorrichtung so zu bewegen, dass das aus dem Target gelöste Material auf einen durch die Geometriedaten vorgegebenen Bereich der Oberfläche des Substrates übertragen wird. The apparatus of any one of claims 8 to 11, wherein the second pickup device is configured to move in response to a first control signal along a first direction and to a second control signal along a second direction crossing the first direction wherein the apparatus comprises a control unit configured to receive geometry data and to move the second pick-up device by outputting first and second control signals derived from the geometry data relative to the first pick-up device so that the material released from the target is focused on one of the first and second control signals Geometry data predetermined area of the surface of the substrate is transmitted.
12. Die Vorrichtung von einem der Ansprüche 6 bis 11 , bei dem die erste Aufnahmevorrichtung und die zweite Aufnahmevorrichtung relativ zueinander so angeordnet sind, dass ein Abstand zwischen einem in der ersten Aufnahmevorrichtung befindlichen Target und einem in der zweiten Aufnahmevorrichtung befindlichen Substrat weniger als 3 μηι beträgt. 12. The device of claim 6, wherein the first receiving device and the second receiving device are arranged relative to one another such that a distance between a target located in the first receiving device and a substrate located in the second receiving device is less than 3 μm is.
13. Die Vorrichtung der Ansprüche 11 und 12, bei der die zweite Aufnahmevorrichtung 13. The apparatus of claims 11 and 12, wherein the second receiving device
ausgebildet ist, sich auf ein drittes Steuersignal hin entlang einer dritten Richtung zu bewegen, wobei die dritte Richtung mit der ersten und der zweiten Richtung einen Raum aufspannt, und mit einer Abstandsbestimmungseinheit, welche ausgebildet ist, einen Abstand zwischen dem Target und dem Substrat zu bestimmen, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, den Abstand zwischen dem in der ersten Aufnahmevorrichtung befindlichen Target und dem in der zweiten Aufnahmevorrichtung befindlichen Substrat durch Ausgeben entsprechender dritter Steuersignale einzustellen. is configured, in response to a third control signal along a third direction wherein the third direction with the first and the second direction spans a space, and with a distance determination unit configured to determine a distance between the target and the substrate, wherein the control unit is formed, the distance between the in the first Recording device located target and the substrate located in the second recording device by outputting corresponding third control signals.
14. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zum Ätzen von Strukturen in einem Substrat. 14. Use of the device according to one of claims 1 to 5 for etching structures in a substrate.
15. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13 für das Beschichten eines Substrates mit Nichtleitern oder für das Beschichten eines Substrates mit Leitern, insbesondere das Erstellen von Leiterbahnen auf einer Platine. 15. Use of the device according to one of claims 6 to 13 for the coating of a substrate with non-conductors or for the coating of a substrate with conductors, in particular the creation of conductor tracks on a circuit board.
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