FR2677841A1 - Reactor for gas-phase plasma deposition of inorganic compounds on a polymer substrate - Google Patents
Reactor for gas-phase plasma deposition of inorganic compounds on a polymer substrate Download PDFInfo
- Publication number
- FR2677841A1 FR2677841A1 FR9107138A FR9107138A FR2677841A1 FR 2677841 A1 FR2677841 A1 FR 2677841A1 FR 9107138 A FR9107138 A FR 9107138A FR 9107138 A FR9107138 A FR 9107138A FR 2677841 A1 FR2677841 A1 FR 2677841A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- substrate
- reactor according
- substrate support
- plasma
- reactor
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- 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
- H01J37/3244—Gas supply means
-
- 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
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32357—Generation remote from the workpiece, e.g. down-stream
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
Réacteur pour dépôt plasma en phase gazeuse de composés inorganiques sur un substrat polymère
La présente invention concerne un réacteur pour dépôt plasma en phase gazeuse de composés inorganiques, notamment à base de silicium, sur un substrat polymère, notamment optique du type comprenant une enceinte étanche dans laquelle est disposé un support de substrat, un tube à plasma à onde de surface, ayant une extrémité s'étendant dans l'enceinte, à l'aplomb du support de substrat, le tube étant connectable à au moins une source de gaz plasmagène, typiquement et/ou d'un ou plusieurs gaz vecteurs d'azote, d'oxygène ou de carbone, et étant associé à des moyens d'excitation de ces gaz, et des moyens d'injection d'au moins un gaz précurseur du composé inorganique disposés entre l'extrémité du tube et le support de substrat.Reactor for plasma deposition in gas phase of inorganic compounds on a polymer substrate
The present invention relates to a reactor for plasma deposition in the gas phase of inorganic compounds, in particular based on silicon, on a polymeric substrate, in particular optical, of the type comprising a sealed enclosure in which is disposed a substrate support, a plasma wave tube. surface, having one end extending in the enclosure, plumb with the substrate support, the tube being connectable to at least one source of plasma gas, typically and / or one or more nitrogen carrier gases , oxygen or carbon, and being associated with means for exciting these gases, and means for injecting at least one precursor gas of the inorganic compound disposed between the end of the tube and the substrate support.
Un tel réacteur, du type à injection de précurseur de silicium en post-décharge, est décrit dans le document FR-A-2.614.317, au nom de la Demanderesse. Le réacteur décrit dans ce document convient tout particulièrement pour le dépôt à basse température de composés siliciés de protection et/ou de filtrage sur un substrat polymère optique, notamment en polycarbonate, pour la réalisation d'éléments optiques à hautes performances, mais ne permet pas d'effectuer des dépôts rapides et homogènes sur des surfaces de substrat importantes, ni de contrôler aisément la microstructure et le niveau de contrainte intrinsèque des couches. Such a reactor, of the post-discharge silicon precursor injection type, is described in document FR-A-2,614,317, in the name of the Applicant. The reactor described in this document is particularly suitable for the deposition at low temperature of silicon protective and / or filtering compounds on an optical polymer substrate, in particular made of polycarbonate, for the production of high performance optical elements, but does not allow to carry out rapid and uniform deposits on large substrate surfaces, nor to easily control the microstructure and the level of intrinsic stress of the layers.
La présente invention a pour objet de proposer un réacteur du type défini ci-dessus d'utilisation souple et aisément contrôlable, qui soit permette d'effectuer des dépôts sensiblement homogènes sur des substrats de plus grandes dimensions et avec des vitesses de dépôt accrues, pouvant atteindre 0,2 ym par minute, ainsi qu'un contrôle indépendant de la microstructure des couches et de leurs contraintes
x intrinsèques. The object of the present invention is to provide a reactor of the type defined above of flexible and easily controllable use, which is capable of carrying out substantially homogeneous deposits on larger substrates and with increased deposition rates, which can reach 0.2 ym per minute, as well as independent control of the microstructure of the layers and their constraints
x intrinsic.
Pour ce faire, selon une caractéristique de l'invention, l'extrémité du tube à plasma s'étendant dans l'enceinte présente un profil s'évasant progressivement et présentant une surface d'ouverture terminale au moins égale à celle de la zone de substrat à revêtir. To do this, according to a characteristic of the invention, the end of the plasma tube extending into the enclosure has a profile which widens gradually and has a terminal opening surface at least equal to that of the zone of substrate to be coated.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens d'injection comportent une pluralité d'orifices d'injection dirigés vers le support de substrat et situés sensiblement dans un plan s'étendant parallèlement à l'ouverture terminale de la colonne, à une faible distance de celle-ci, n'excédant pas 15 millimètres, typiquement moins de 10 millimètres, les orifices d'injection étant de préférence sensiblement régulièrement répartis à l'aplomb du support de substrat. According to another characteristic of the invention, the injection means comprise a plurality of injection orifices directed towards the substrate support and situated substantially in a plane extending parallel to the terminal opening of the column, at a short distance from the latter, not exceeding 15 millimeters, typically less than 10 millimeters, the injection orifices being preferably substantially evenly distributed directly above the substrate support.
Selon une autre caractéristique plus particulière de l'invention, le porte-substrat est relié à un générateur électrique radio-fréquence. According to another more particular characteristic of the invention, the substrate holder is connected to a radio frequency electric generator.
Avec un tel agencement, on obtient un plasma de diffusion notablement élargi et demeurant homogène radialement à une faible distance du support de substrat où s' effectue l'injection des précurseurs du dépôt, le bombardement ionique du substrat étant modulé aisément et indépendamment de la création des précurseurs par autopolarisation du substrat sous l'effet du champ radiofréquence, qui permet de réaliser une polarisation relativement uniforme de la surface du substrat, même quand elle est de forme gauche. With such an arrangement, a significantly enlarged diffusion plasma is obtained which remains radially homogeneous at a short distance from the substrate support where the deposit precursors are injected, the ion bombardment of the substrate being modulated easily and independently of the creation. precursors by self-polarization of the substrate under the effect of the radiofrequency field, which makes it possible to achieve a relatively uniform polarization of the surface of the substrate, even when it is of left shape.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante d'un mode de réalisation, donné à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés, sur lesquels
- la figure 1 représente schématiquement en coupe verticale un réacteur selon l'invention,
- La figure 2 est une vue en plan de l'injecteur de la figure I
- La figure 3 est une vue analogue à la figure I montrant une variante d'injecteur ; et,
- La figure 4 est une vue analogue à la figure 2 de l'injecteur de la figure 3.Other characteristics and advantages of the present invention will emerge from the following description of an embodiment, given by way of illustration but in no way limiting, made in relation to the appended drawings, in which
FIG. 1 schematically represents in vertical section a reactor according to the invention,
- Figure 2 is a plan view of the injector of Figure I
- Figure 3 is a view similar to Figure I showing a variant of the injector; and,
- Figure 4 is a view similar to Figure 2 of the injector of Figure 3.
Dans les modes de réalisation représentés, le réacteur comprend une enceinte cylindrique 1 ouverte à son extrémité supérieure et dans le fond 2 de laquelle est montée une canalisation d'évacuation 3 reliée à une pompe à vide 4. Dans l'enceinte est montée centralement, à distance du fond 2, un support de substrat métallique 5 pour un substrat 6 à revêtir, en l'occurrence dans l'exemple représenté, un "verre" correcteur de lunette en polycarbonate ou en polyallyldiglycolcarbonate (CR 39). In the embodiments shown, the reactor comprises a cylindrical enclosure 1 open at its upper end and in the bottom 2 of which is mounted an evacuation pipe 3 connected to a vacuum pump 4. In the enclosure is mounted centrally, spaced from the bottom 2, a metal substrate support 5 for a substrate 6 to be coated, in this case in the example shown, a "glass" correcting glasses of polycarbonate or polyallyldiglycolcarbonate (CR 39).
Sur le bord de l'ouverture supérieure de l'enceinte 1 est monté, avec interposition d'un joint d'étanchéité 7, un flasque annulaire métallique 8 supportant, par une canalisation métallique d'amenée de gaz 9 le traversant de façon étanche, une structure métallique d'injecteur généralement désignée par la référence 10. Sur le flasque 8 est monté, avec interposition d'un joint d'étanchéité 11, une cloche 12 comportant une partie tubulaire supérieure 13 dans laquelle est montée, par une soudure 14, une prolongation 15 d'un tube à plasma dont l'extrémité inférieure s'évase progressivement pour former un entonnoir inversé 16 dont la surface d'ouverture terminale inférieure s'étend parallèlement au support de substrat 5 et a une surface au moins égale, typiquement supérieure à celle de la zone du substrat 6 à revêtir. On the edge of the upper opening of the enclosure 1 is mounted, with the interposition of a seal 7, a metallic annular flange 8 supporting, by a metal gas supply pipe 9 passing through it in a sealed manner, a metal injector structure generally designated by the reference 10. On the flange 8 is mounted, with the interposition of a seal 11, a bell 12 comprising an upper tubular part 13 in which is mounted, by a weld 14, an extension 15 of a plasma tube whose lower end gradually flares to form an inverted funnel 16 whose lower terminal opening surface extends parallel to the substrate support 5 and has an at least equal surface, typically greater than that of the area of the substrate 6 to be coated.
La cloche 12 et la prolongation de tube 15 sont avantageusement réalisées en quartz. The bell 12 and the tube extension 15 are advantageously made of quartz.
L'extrémité supérieure du tube 15, au-dessus de la cloche 12, est associée à un guide d'ondes rectangulaire transversal 17, couplé à un générateur à micro-ondes 18 et à un guide tubulaire coaxial 19 dans un agencement d'application dit Surfatron/Surfaguide entretenant un plasma à ondes de surface à l'intérieur du tube 15, lequel est alimenté, à son extrémité supérieure, par, un gaz plasmagène et/ou un ou plusieurs gaz vecteurs d'oxygène, d'azote ou de carbone provenant de réservoirs 20', 20 à travers un système classique de détente, de distribution et de contrôle des débits. De façon classique, le guide tubulaire 19 comporte un piston d'accord annulaire 21 et le guide rectangulaire 17, un piston de court-circuit accordable 22, les deux pistons 21 ou 22 étant mobiles manuellement ou, de préférence, par télécommande. The upper end of the tube 15, above the bell 12, is associated with a rectangular transverse waveguide 17, coupled to a microwave generator 18 and to a coaxial tubular guide 19 in an application arrangement called Surfatron / Surfaguide maintaining a surface wave plasma inside the tube 15, which is supplied, at its upper end, with a plasma gas and / or one or more gases carrying oxygen, nitrogen or carbon from 20 'tanks, 20 through a conventional expansion, distribution and flow control system. Conventionally, the tubular guide 19 comprises an annular tuning piston 21 and the rectangular guide 17, a tunable short-circuit piston 22, the two pistons 21 or 22 being movable manually or, preferably, by remote control.
La structure d'injecteur 10 doit permettre de répartir uniformément le débit de gaz vecteur de silicium dans une section perpendiculaire à l'axe du réacteur de façon à assurer une création uniforme des précurseurs de dépôt. L'injection est donc réalisée de manière délocalisée dans un plan horizontal coupant le flux de gaz plasmagène et d'oxygène et/ou d'azote, en pertubant le moins possible l'écoulement de ce dernier. Diverses solutions remplissant cette condition existent. Le document US-A-4.692.343 décrit un dispositif de pénétration des gaz comprenant des tronçons tubulaires radiaux ayant des ouvertures sur une partie tournée du côté opposé à celui du substrat. Il est précisé que ces tronçons tubulaires peuvent n'avoir pas tous la même longueur. Le contexte de cette application est cependant très différent du cas présent.La totalité des gaz de procédé sont en particulier injectés par ce dispositif, tandis qu'un plasma radiofréquence est créé dans une chambre séparée à l'opposé du substrat. Ce plasma n'intervient d'ailleurs pas dans le procédé de dépôt qui est purement thermique, mais sert seulement à amorcer la nucléation des couches. Les détails de conception du dispositif, devant conduire à une répartition spatiale la plus uniforme possible des pressions partielles de réactants dans la chambre, ne sont pas précisés. En particulier, aucune mention n'est faite de l'importance du diamètre des tronçons tubulaires aussi bien que des ouvertures pour la maîtrise des écoulements gazeux. De même, l'existence de chambres tampons, destinées à réaliser un quasi-équilibre de pression en amont des tronçons tubulaires, n'est pas précisée. The injector structure 10 must make it possible to distribute the flow of silicon carrier gas uniformly in a section perpendicular to the axis of the reactor so as to ensure uniform creation of the deposit precursors. The injection is therefore carried out in a delocalized manner in a horizontal plane cutting off the flow of plasma gas and oxygen and / or nitrogen, disturbing the flow of the latter as little as possible. Various solutions fulfilling this condition exist. Document US-A-4,692,343 describes a gas penetration device comprising radial tubular sections having openings on a part turned on the side opposite to that of the substrate. It is specified that these tubular sections may not all have the same length. The context of this application is however very different from the present case. All of the process gases are in particular injected by this device, while a radiofrequency plasma is created in a separate chamber opposite the substrate. This plasma does not intervene moreover in the deposition process which is purely thermal, but only serves to initiate the nucleation of the layers. The design details of the device, which should lead to the most uniform possible spatial distribution of the partial pressures of reactants in the chamber, are not specified. In particular, no mention is made of the importance of the diameter of the tubular sections as well as of the openings for controlling the gas flows. Likewise, the existence of buffer chambers, intended to achieve a quasi-equilibrium of pressure upstream of the tubular sections, is not specified.
Le document FR-A-2.614.317 sus-mentionné décrit un injecteur torique dont la paroi est percée d'une pluralité d'orifices de 1 à 2mm de diamètre. L'alimentation en gaz s'effectue par un seul point de la circonférence du tore. Avec ce dispositif, on observe une forte inhomogénéité d'épaisseur et de composition de la couche déposée dès lors que les dimensions transversales de l'échantillon dépassent 5 cm. The above-mentioned document FR-A-2,614,317 describes a toric injector, the wall of which is pierced with a plurality of orifices 1 to 2 mm in diameter. The gas supply takes place at a single point on the circumference of the torus. With this device, a strong inhomogeneity in thickness and composition of the deposited layer is observed as soon as the transverse dimensions of the sample exceed 5 cm.
Ceci est dû à une variation importante des flux gazeux injectés entre les différents orifices, sous l'effet des pertes de charge. Pour s'en affranchir, il est souhaitable que le gaz vecteur se trouve en quasi équilibre de pression en avant des orifices. Ceci est possible si l'on prévoit d'une part un volume tampon suffisant juste en amont des orifices, et si ceux-ci sont calibrés à un diamètre suffisamment faible. Dans ce cas, tous les orifices injecteront des flux de gaz égaux dans l'enceinte.This is due to a significant variation in the gas flows injected between the different orifices, under the effect of the pressure drops. To overcome this, it is desirable that the carrier gas is in quasi pressure equilibrium in front of the orifices. This is possible if there is on the one hand a sufficient buffer volume just upstream of the orifices, and if these are calibrated to a sufficiently small diameter. In this case, all the orifices will inject equal gas flows into the enclosure.
Un perfectionnement du dispositif décrit dans US 4.692.343 consiste donc, comme représenté sur les figures 1 et 2, à prévoir une structure d'injecteur avec, dans un support annulaire métallique 23, 26, une ou plusieurs chambres-tampon 24, 25 mettant en communication les moyens d'alimentation en gaz vecteur 9 et une série de tronçons tubulaires métalliques 27, s'étendant radialement vers l'intérieur à partir du support 26 et pourvus chacun de plusieurs orifices d'éjection 28. Ces chambres peuvent, quoique non exclusivement, être de forme tonique, suivant la circonférence de la chambre de dépôt. An improvement of the device described in US 4,692,343 therefore consists, as shown in FIGS. 1 and 2, of providing an injector structure with, in a metallic annular support 23, 26, one or more buffer chambers 24, 25 placing in communication, the means for supplying carrier gas 9 and a series of metallic tubular sections 27, extending radially inwards from the support 26 and each provided with several ejection orifices 28. These chambers may, although not exclusively, be of tonic shape, along the circumference of the deposition chamber.
Plusieurs chambres toriques deux par exemple, peuvent être superposées, leurs volumes intérieurs se trouvant en communication. Several toric chambers two, for example, can be superimposed, their interior volumes being in communication.
Cependant, on peut se passer de ces chambres toujours dans le cas où les tronçons tubulaires peuvent jouer eux-mêmes ce rôle en étant dimensionnés de manière suffisamment volumineuse. Il y a lieu toutefois de s'assurer dans ce cas que la structure de tubes ne pertube pas l'écoulement du gaz excité en provenance du tube à onde de surface. Les orifices 28 débouchent préférablement face au porte substrat. However, one can do without these chambers always in the case where the tubular sections can themselves play this role by being dimensioned in a sufficiently bulky manner. In this case, however, it must be ensured that the tube structure does not disturb the flow of excited gas from the surface wave tube. The orifices 28 preferably open out facing the substrate holder.
Un autre mode de réalisation, représenté sur les figures 3 et 4, comporte plusieurs anneaux tubulaires métalliques toriques, de préférence trois au moins (40, 41, 42,), centrés sur l'axe de symétrie de l'enceinte et percés d'orifices d'éjection 46 faisant face au porte-substrat. Les volumes intérieurs de ces anneaux communiquent entre eux par un petit nombre de tubes radiaux sensiblement de même diamètre 43, 44, 45 et l'anneau externe 42 est relié aux moyens d'alimentation en gaz vecteur de silicium 26,9. Another embodiment, represented in FIGS. 3 and 4, comprises several toric metal tubular rings, preferably at least three (40, 41, 42,), centered on the axis of symmetry of the enclosure and pierced with ejection orifices 46 facing the substrate holder. The internal volumes of these rings communicate with each other by a small number of radial tubes of substantially the same diameter 43, 44, 45 and the external ring 42 is connected to the means for supplying silicon carrier gas 26.9.
De même que dans le cas précédent, les anneaux toriques peuvent jouer eux-mêmes le rôle de chambre tampon, à moins que des chambres séparées ne soient prévues, comme précédemment (24, 25). As in the previous case, the O-rings can themselves act as a buffer chamber, unless separate chambers are provided, as before (24, 25).
Selon un aspect de l'invention, la distance entre le plan des orifices d'injection 28, 46 et la surface d'ouverture du pavillon 16 est inférieure ou égale à 1 centimètre, la distance par rapport au substrat 6 n'excédant pas 3 centimètres. According to one aspect of the invention, the distance between the plane of the injection orifices 28, 46 and the opening surface of the roof 16 is less than or equal to 1 centimeter, the distance from the substrate 6 not exceeding 3 centimeters.
Cet agencement permet d'obtenir une concentration élevée d'espèces excitées au niveau de la surface du film en cours de croissance, permettant d'améliorer la qualité de la microstructure de ce dernier en suppléant à l'absence d'énergie thermique pour assister le réarrangement des atomes condensés sur la surface. This arrangement makes it possible to obtain a high concentration of excited species at the surface of the film in the process of growth, making it possible to improve the quality of the microstructure of the latter by compensating for the absence of thermal energy to assist the rearrangement of condensed atoms on the surface.
Ces espèces excitées sont des états énergétiques métastables atomiques ou moléculaires dont la durée de vie est très supérieure à celle des ions, mais telle que leur nombre devient très rapidement négligeable si le porte-substrat est éloigné de l'excitation plasma sensiblement au-delà de la distance prescrite. Dans ce dernier cas, les couches déposées sont de médiocres qualité, avec un aspect diffus, une adhésion et une résistance à l'abrasion faibles. These excited species are metastable atomic or molecular energetic states whose lifespan is much greater than that of ions, but such that their number very quickly becomes negligible if the substrate holder is far from the plasma excitation substantially beyond the prescribed distance. In the latter case, the layers deposited are of poor quality, with a diffuse appearance, low adhesion and resistance to abrasion.
La densité ionique du plasma micro-ondes décroît très rapidement (quasi exponentiellement) dès la terminaison de l'entonnoir inversé 16. Au niveau du porte-substrats, cette densité est faible sinon négligeable. Lorsqu'aucune tension RF n'est appliquée au porte-substrats, le potentiel flottant qui en résulte sur ce dernier est nettement insuffisant pour induire un bombardement ionique d'effet notable sur la microstructure de la couche déposée. The ion density of the microwave plasma decreases very rapidly (almost exponentially) as soon as the inverted funnel 16 ends. At the level of the substrate holder, this density is low if not negligible. When no RF voltage is applied to the substrate carrier, the floating potential which results therefrom is clearly insufficient to induce ion bombardment of notable effect on the microstructure of the deposited layer.
Comme on le voit sur les dessins, le support de substrat 5 présente une forme de caisson définissant une cavité interne 29 alimentée en fluide de refroidissement, par exemple de l'eau, par une canalisation de distribution 30, le retour du fluide de refroidissement s'effectuant par une tubulure 31. La structure métallique du support de substrat 5 est reliée à un générateur radio-fréquence de polarisation 32 via un circuit 33 d'accord automatique d'impédance. Le générateur RF 32 et le générateur micro-ondes 18 sont avantageusement reliés électriquement à une unité de synchronisation et de commande 34 (non représentée). Le support de substrat 5 comporte, à sa partie supérieure, une sonde thermocouple 35 pour le suivi grossier de l'évolution de sa température.Selon une caractéristique particulière de l'invention, pour réaliser une polarisation relativement uniforme de la surface du substrat 6, lorsque celui-ci est de forme gauche, on prévoit de rapporter sur le support de substrat 5 une empreinte métallique amovible 36 épousant la forme du substrat 6 à revêtir et assurant les contacts électrique et thermique entre le substrat 6 et le support de substrat 5. As can be seen in the drawings, the substrate support 5 has a box shape defining an internal cavity 29 supplied with cooling fluid, for example water, by a distribution pipe 30, the return of the cooling fluid s 'effecting through a pipe 31. The metallic structure of the substrate support 5 is connected to a polarization radio-frequency generator 32 via a circuit 33 for automatic impedance tuning. The RF generator 32 and the microwave generator 18 are advantageously electrically connected to a synchronization and control unit 34 (not shown). The substrate support 5 comprises, at its upper part, a thermocouple probe 35 for rough monitoring of the change in its temperature. According to a particular characteristic of the invention, to achieve a relatively uniform polarization of the surface of the substrate 6, when the latter is of left shape, provision is made to attach to the substrate support 5 a removable metallic imprint 36 matching the shape of the substrate 6 to be coated and ensuring electrical and thermal contacts between the substrate 6 and the substrate support 5.
Selon un aspect de l'invention, pour satisfaire aux spécifications sévères imporées par les cahiers des charges des utilisateurs finaux, les films constituant les revêtements doivent être déposés avec un contrôle précis de leur microstructure et de leurs contraintes intrinsèques. C'est le cas en particulier pour la couche structurelle dure de nitrure de silicium, qui sera déposée invariablement en présence de polarisation radiofréquence. According to one aspect of the invention, to meet the severe specifications imposed by the specifications of end users, the films constituting the coatings must be deposited with precise control of their microstructure and their intrinsic constraints. This is the case in particular for the hard structural layer of silicon nitride, which will invariably be deposited in the presence of radiofrequency polarization.
Dans les conditions selon l'invention, l'effet du champ radiofréquence est d'initier un second plasma entre le support 5 du substrat 6 et la nappe de tubes (27, 40-42) de la structure d'injecteur, cette dernière se comportant sensiblement, du point de vue électrique, comme une électrode pleine. Ce plasma radiofréquence fournit donc une partie des espèces chargées responsables de l'effet d'autopolarisation du support de substrat, mais cet effet est également influencé par le plasma micro-onde qui injecte une quantité notable de particules chargées entre les électrodes RF. La contribution du plasma RF à la génération de précurseurs du dépôt est négligeable par rapport à celle du plasma micro-ondes. Under the conditions according to the invention, the effect of the radiofrequency field is to initiate a second plasma between the support 5 of the substrate 6 and the sheet of tubes (27, 40-42) of the injector structure, the latter being comprising substantially, from an electrical point of view, like a solid electrode. This radiofrequency plasma therefore provides part of the charged species responsible for the self-polarization effect of the substrate support, but this effect is also influenced by the microwave plasma which injects a significant amount of charged particles between the RF electrodes. The contribution of RF plasma to the generation of deposit precursors is negligible compared to that of microwave plasma.
De plus, la vitesse de dépôt est réglée essentiellement par le flux entrant de gaz précurseur de silicium, et il est possible de varier légèrement la localisation de la limite de la zone luminescente dans le tube plasma à onde de surface, en agissant sur la puissance micro-onde incidente et les conditions d'accord, sans changer considérablement le taux de croissance de la couche. In addition, the deposition rate is mainly controlled by the incoming flow of silicon precursor gas, and it is possible to vary slightly the location of the limit of the luminescent zone in the surface wave plasma tube, by acting on the power. incident microwave and tuning conditions, without significantly changing the growth rate of the layer.
Du fait de la variation très rapide de la densité de charge dans le plasma micro-onde en dehors de la structure à onde de surface 15, 16, il est ainsi possible de moduler notablement le flux de charges injectées entre les électrodes RF par le plasma micro-ondes. Due to the very rapid variation of the charge density in the microwave plasma outside the surface wave structure 15, 16, it is thus possible to modulate significantly the flow of charges injected between the RF electrodes by the plasma. microwave.
En jouant d'autre part sur la puissance fournie par le générateur RF, on peut régler le courant et l'énergie des ions bombardant la surface du substrat relativement indépendamment de la génération de précurseurs de dépôt.By playing on the other hand on the power supplied by the RF generator, it is possible to adjust the current and the energy of the ions bombarding the surface of the substrate relatively independently of the generation of deposit precursors.
L'exploitation pratique de ces possibilités implique que soient bien maîtrisées la stabilité et la reproductibilité des deux plasmas. Il est en ce sens avantageux de disposer d'un diagnostic optique du plasma microonde par spectroscopie d'émission, portant sur des raies reconnues comme significatives, afin de s'affranchir des problèmes de réglage des paramètres externes, puissance micro-onde incidente et position des pistons d'accord 21 et 22. The practical exploitation of these possibilities implies that the stability and reproducibility of the two plasmas are well controlled. It is in this sense advantageous to have an optical diagnosis of the microwave plasma by emission spectroscopy, relating to lines recognized as significant, in order to overcome the problems of adjusting the external parameters, incident microwave power and position. tuning pistons 21 and 22.
La reproductibilité du plasma micro-ondes étant ainsi assurée, il reste à établir celle des conditions de polarisation du substrat. Le générateur RF 32 et son accord automatique d'impédance délivrent au plasma RF une puissance constante WRF. En particulier, si les caractéristiques électriques du circuit de polarisation dérivent au cours du temps, les grandeurs significatives du bombardement ionique, à savoir le flux d'ions arrivant sur le substrat et leur énergie, varieront corrélativement de manière généralement indésirable. The reproducibility of the microwave plasma being thus ensured, it remains to establish that of the substrate polarization conditions. The RF generator 32 and its automatic impedance tuning deliver constant power WRF to the RF plasma. In particular, if the electrical characteristics of the polarization circuit drift over time, the significant quantities of the ion bombardment, namely the flow of ions arriving on the substrate and their energy, will correlatively vary in a generally undesirable manner.
C'est le cas en particulier lorsque le matériau isolant de dépôt se dépose sur les surfaces initialement nues du support de substrat. Pour s'affranchir de cet inconvénient, selon un aspect de l'invention, la surface libre du support de substrat, autour du substrat 6 et sur ses faces latérales, est avantageusement recouverte d'une couche 37 de diélectrique de forte épaisseur résistant au bombardement ionique, par exemple en céramique. De la sorte l'épaisseur additionnelle de diélectrique générée au cours d'un dépôt est faible en valeur relative et n'influe plus sur les paramètres de polarisation. D'autre part, la puissance WRF est lue généralement sur un wattmètre intégré au générateur 32 et peu précis.Il apparaît plus avantageux, toutes choses égales par ailleurs, de se baser sur la valeur VDC de la tension continue apparaissant entre la partie métallique 35 du support de substrat et la masse. This is particularly the case when the insulating deposit material is deposited on the initially bare surfaces of the substrate support. To overcome this drawback, according to one aspect of the invention, the free surface of the substrate support, around the substrate 6 and on its side faces, is advantageously covered with a layer 37 of thick dielectric resistant to bombardment. ionic, for example ceramic. In this way the additional thickness of dielectric generated during a deposition is low in relative value and no longer influences the polarization parameters. On the other hand, the power WRF is generally read on a wattmeter integrated into the generator 32 and imprecise. It appears more advantageous, all other things being equal, to be based on the value VDC of the DC voltage appearing between the metal part 35 of the substrate support and the mass.
De même pour contrôler plus efficacement le plasma RF, on peut adjoindre au faisceau de tubes 27 des tiges conductrices additionnelles, mais on prévoira de préférence une électrode de référence indépendante sous la forme d'une grille métallique 38 interposée entre le support de substrat et le plan des orifices d'injection 28, 46, à faible distance (5 à 15 mm) de ce dernier et reliée à la masse en étant supportée par la structure annulaire 26. Similarly, to more effectively control the RF plasma, additional conductive rods can be added to the tube bundle 27, but preferably an independent reference electrode will be provided in the form of a metal grid 38 interposed between the substrate support and the plane of the injection orifices 28, 46, at a short distance (5 to 15 mm) from the latter and connected to ground by being supported by the annular structure 26.
Cette disposition présente l'avantage de confiner le plasma RF à distance de l'injecteur, évitant que ce dernier ne soit recouvert par des dépôts riches en composés siliciés partiellement conducteurs, obligeant à de fréquents nettoyages.This arrangement has the advantage of confining the RF plasma at a distance from the injector, preventing the latter from being covered by deposits rich in partially conductive silicon compounds, requiring frequent cleaning.
Pour le dépôt de couches de protection et de filtrage sur un substrat optique 6, le gaz précurseur injecté par les orifices 28 est typiquement du silane emmagasiné dans un réservoir 39 auquel sont adjoints des équipements appropriés pour la détente, la distribution et le contrôle de débit d'un gaz pyrophonique. For the deposition of protective and filtering layers on an optical substrate 6, the precursor gas injected through the orifices 28 is typically silane stored in a tank 39 to which are added appropriate equipment for expansion, distribution and flow control of a pyrophonic gas.
Le gaz plasmagène est avantageusement de l'argon emmagasiné dans le réservoir 20. L'addition d'argon au gaz vecteur d'oxygène, d'azote ou de carbone permet d'ajuster la zone luminescente du plasma avec une souplesse suffisante en jouant sur la puissance incidente et permet d'augmenter la vitesse de pompage. The plasma gas is advantageously argon stored in the reservoir 20. The addition of argon to the carrier gas of oxygen, nitrogen or carbon makes it possible to adjust the luminescent zone of the plasma with sufficient flexibility by playing on incident power and increases the pumping speed.
On donnera maintenant, à titre d'exemple, un mode de mise en oeuvre du dispositif pour l'obtention de dépôts à base de silicium sur un substrat 6 en polycarbonate. Le gaz plasmagène est de l'argon auquel est mélangé, selon le cas, de l'oxygène, de l'azote, et/ou de l'ammoniaque pour la phase initiale du procédé, et le précurseur de silicium est le silane. Une fois le substrat positionné sur le support de substrat, on établit dans l'enceinte 1 un vide de conditionnement inférieur à 10-2 Pa, typiquement de l'ordre de 5 x 10 Pa. We will now give, by way of example, an embodiment of the device for obtaining deposits based on silicon on a polycarbonate substrate 6. The plasma gas is argon with which oxygen, nitrogen, and / or ammonia are mixed, as the case may be, for the initial phase of the process, and the silicon precursor is silane. Once the substrate has been positioned on the substrate support, a conditioning vacuum of less than 10-2 Pa is established in enclosure 1, typically of the order of 5 × 10 Pa.
Le générateur micro-ondes 18 fonctionne à la fréquence standard de 2,45 GHz et à une puissance de l'ordre de quelques centaines de Watts; le générateur radio-fréquence 32 fonctionne typiquement à une fréquence de 13,56 MHz avec une puissance de quelques dizaines de Watts. The microwave generator 18 operates at the standard frequency of 2.45 GHz and at a power of the order of a few hundred Watts; the radio frequency generator 32 typically operates at a frequency of 13.56 MHz with a power of a few tens of Watts.
On effectue tout d'abord une activation de la surface du substrat en deux étapes avec les paramètres suivants 1. débit : Ar : 85 sccm
pression : 10 Pa
puissance MW : 200 W 2. débit : Ar : 76,5 sccm
NH3 : 8,5 sccm
pression : 10 Pa
puissance MW : 200 W
On effectue ensuite le dépôt d'une couche d'adhésion a-Si:H avec les paramètres suivants
débit : Ar : 17,0 sccm
He : 5,0 sccm (injecté avec SiH4 en post
décharge)
pression : 14 Pa
puissance MW : 200 W
puis le dépôt d'une couche structurelle dure et transparente de silice avec les paramètres suivants
débit : Ar : 125 sccm
O2 : 15 sccm
SiH4 : 6 > 5 sccm
pression totale : 10 Pa
puissance MW : 400 W
On peut également déposer des couches de nitrure de silicium hydrogéné faiblement carburé avec les paramètres suivants
débit :Ar : 125 cm3/mn
3
N : 15 cm /mn
SiH4 : 4 à 5 sccm
pression : 8 Pa
puissance MW : 200 W
Ces couches de nitrum sont impérativement déposées en présence de polarisation radiofréquence, avec VDC, selon le cas, de l'ordre de quelques dizaines de Volts. First of all an activation of the surface of the substrate is carried out in two stages with the following parameters 1. flow rate: Ar: 85 sccm
pressure: 10 Pa
power MW: 200 W 2. flow rate: Ar: 76.5 sccm
NH3: 8.5 sccm
pressure: 10 Pa
MW power: 200 W
Next, an a-Si: H adhesion layer is deposited with the following parameters
flow rate: Ar: 17.0 sccm
He: 5.0 sccm (injected with SiH4 in post
dump)
pressure: 14 Pa
MW power: 200 W
then the deposition of a hard and transparent structural layer of silica with the following parameters
flow rate: Ar: 125 sccm
O2: 15 sccm
SiH4: 6> 5 sccm
total pressure: 10 Pa
MW power: 400 W
It is also possible to deposit layers of low-carburetted hydrogenated silicon nitride with the following parameters
flow rate: Ar: 125 cm3 / min
3
N: 15 cm / min
SiH4: 4 to 5 sccm
pressure: 8 Pa
MW power: 200 W
These nitrum layers are imperatively deposited in the presence of radiofrequency polarization, with VDC, as the case may be, of the order of a few tens of Volts.
Dans tous les cas, les débits gazeux et la pression sont ajustés préalablement et le dépôt est initié par l'allumage du plasma micro-ondes en opérant de la manière suivante : les pistons d'accord 21, 22 sont d'abord positionnés, puis le générateur 18 est mis en marche et la puissance incidente est réglée à la valeur appropriée. Le plasma micro-ondes ne s initiant pas spontanément, il est amorcé à l'aide d'une électrode radio-fréquence auxiliaire disposée à l'extérieur du tube à plasma 13. Cette procédure est préférable à celle consistant à établir d'abord le plasma micro-ondes en l'absence de l'injection du gaz précurseur de silicium. En effet, compte-tenu du temps de stabilisation des régulateurs de débit massique, de la vitesse de dépôt caractéristique et des épaisseurs déposées, la valeur de consigne du débit n'est souvent pas atteinte au cours de l'étape considérée. In all cases, the gas flow rates and the pressure are adjusted beforehand and the deposition is initiated by the ignition of the microwave plasma by operating in the following manner: the tuning pistons 21, 22 are first positioned, then the generator 18 is started and the incident power is adjusted to the appropriate value. The microwave plasma does not initiate spontaneously, it is started using an auxiliary radio-frequency electrode placed outside the plasma tube 13. This procedure is preferable to that consisting in first establishing the microwave plasma in the absence of the injection of the silicon precursor gas. In fact, taking into account the stabilization time of the mass flow regulators, the characteristic deposition speed and the thicknesses deposited, the flow rate setpoint is often not reached during the step considered.
Avec un tel agencement, on obtient des vitesses de croissance d'oxyde de silicium supérieures à 0,2 gm/minute, l'élévation de température du substrat demeurant suffisamment faible pour permettre un traitement de plus de 25 minutes d'affilée, ou plus en utilisant le refroidissement du support de substrat. Des résultats similaires sont obtenus dans le cas de nitrure de silicium. With such an arrangement, growth rates of silicon oxide greater than 0.2 gm / minute are obtained, the rise in temperature of the substrate remaining sufficiently low to allow treatment for more than 25 minutes at a stretch, or more using the cooling of the substrate support. Similar results are obtained in the case of silicon nitride.
Le dispositif selon l'invention s'applique à la réalisation de dépôts selon les documents FR-A-2.614.317, FR-A-2.631.346 et de la demande de brevet français N" 90.05529, toutes au nom de la
Demanderesse, dont le contenu est supposé intégré ici pour référence.The device according to the invention applies to the production of deposits according to documents FR-A-2,614,317, FR-A-2,631,346 and of French patent application No. 90.05529, all in the name of
Applicant, the content of which is assumed to be incorporated here for reference.
L'agencement décrit permet d'obtenir une homogénéité radiale suffisante de la densité d'espèces excitées à la sortie du tube à plasma, de contrôler la distribution des concentrations et des temps de transit des espèces excitées, d'obtenir une répartition spatiale optimisée des flux de précurseurs gazeux injectés, et de contrôler de façon sensiblement indépendante le flux et l'énergie des ions bombardant la surface du substrat pour le contrôle de la microstructure et de la contrainte intrinsèque des films déposés. The arrangement described makes it possible to obtain sufficient radial homogeneity of the density of excited species at the outlet of the plasma tube, to control the distribution of the concentrations and transit times of the excited species, to obtain an optimized spatial distribution of the flow of gaseous precursors injected, and to control in a substantially independent manner the flow and energy of the ions bombarding the surface of the substrate for controlling the microstructure and the intrinsic stress of the films deposited.
Quoique la présente invention ait été décrite en relation avec un mode de réalisation particulier, elle ne s'en trouve pas limitée mais est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. Although the present invention has been described in relation to a particular embodiment, it is not limited thereto but is on the contrary subject to modifications and variants which will appear to those skilled in the art.
Claims (14)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9107138A FR2677841B1 (en) | 1991-06-12 | 1991-06-12 | REACTOR FOR GAS PHASE PLASMA DEPOSITION OF INORGANIC COMPOUNDS ON A POLYMERIC SUBSTRATE. |
JP4151668A JPH05331648A (en) | 1991-06-12 | 1992-06-11 | Reactor for plasma deposition of inorganic compound in gas phase on polymer substrate |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9107138A FR2677841B1 (en) | 1991-06-12 | 1991-06-12 | REACTOR FOR GAS PHASE PLASMA DEPOSITION OF INORGANIC COMPOUNDS ON A POLYMERIC SUBSTRATE. |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR2677841A1 true FR2677841A1 (en) | 1992-12-18 |
FR2677841B1 FR2677841B1 (en) | 1997-01-10 |
Family
ID=9413732
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR9107138A Expired - Fee Related FR2677841B1 (en) | 1991-06-12 | 1991-06-12 | REACTOR FOR GAS PHASE PLASMA DEPOSITION OF INORGANIC COMPOUNDS ON A POLYMERIC SUBSTRATE. |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05331648A (en) |
FR (1) | FR2677841B1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0677866A1 (en) * | 1994-04-11 | 1995-10-18 | Canon Sales Co., Inc. | Apparatus for forming film |
WO2010089175A1 (en) * | 2009-02-05 | 2010-08-12 | Sulzer Metco Ag | Plasma coating system and method for coating or treating the surface of a substrate |
US20150118856A1 (en) * | 2013-10-30 | 2015-04-30 | Nisene Technology Group | Microwave induced plasma decapsulation using a dielectric plasma discharge tube |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2766321B1 (en) * | 1997-07-16 | 1999-09-03 | Air Liquide | SURFACE WAVE PLASMA GAS EXCITATION DEVICE |
DE19943064B4 (en) * | 1999-09-09 | 2013-01-31 | Robert Bosch Gmbh | A method of epitaxially depositing atoms or molecules from a reactive gas on a deposition surface of a substrate |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2614317A1 (en) * | 1987-04-22 | 1988-10-28 | Air Liquide | METHOD FOR PROTECTING POLYMERIC SUBSTRATE BY PLASMA DEPOSITION OF SILICON OXYNITRIDE COMPOUNDS AND DEVICE FOR CARRYING OUT SAME |
WO1988009830A1 (en) * | 1987-06-01 | 1988-12-15 | Commissariat A L'energie Atomique | Process for etching with gaseous plasma |
EP0424256A1 (en) * | 1989-10-19 | 1991-04-24 | Commissariat A L'energie Atomique | Device for chemical treatment assisted by a diffusion plasma |
-
1991
- 1991-06-12 FR FR9107138A patent/FR2677841B1/en not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-06-11 JP JP4151668A patent/JPH05331648A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2614317A1 (en) * | 1987-04-22 | 1988-10-28 | Air Liquide | METHOD FOR PROTECTING POLYMERIC SUBSTRATE BY PLASMA DEPOSITION OF SILICON OXYNITRIDE COMPOUNDS AND DEVICE FOR CARRYING OUT SAME |
WO1988009830A1 (en) * | 1987-06-01 | 1988-12-15 | Commissariat A L'energie Atomique | Process for etching with gaseous plasma |
EP0424256A1 (en) * | 1989-10-19 | 1991-04-24 | Commissariat A L'energie Atomique | Device for chemical treatment assisted by a diffusion plasma |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
MICROELECTRONIC ENGINEERING. vol. 3, no. 1/4, Décembre 1985, AMSTERDAM NL pages 397 - 410; J. PARASZCZAK ET AL.: 'Methods of creation and effect of microwave plasmas upon etching of polymers and silicon.' * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0677866A1 (en) * | 1994-04-11 | 1995-10-18 | Canon Sales Co., Inc. | Apparatus for forming film |
US5620523A (en) * | 1994-04-11 | 1997-04-15 | Canon Sales Co., Inc. | Apparatus for forming film |
WO2010089175A1 (en) * | 2009-02-05 | 2010-08-12 | Sulzer Metco Ag | Plasma coating system and method for coating or treating the surface of a substrate |
CN102388680B (en) * | 2009-02-05 | 2015-07-08 | 苏舍美特科公司 | Plasma coating system and method for coating or treating the surface of a substrate |
US20150118856A1 (en) * | 2013-10-30 | 2015-04-30 | Nisene Technology Group | Microwave induced plasma decapsulation using a dielectric plasma discharge tube |
US9548227B2 (en) * | 2013-10-30 | 2017-01-17 | Nisene Technology Group | Microwave induced plasma decapsulation using a dielectric plasma discharge tube |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2677841B1 (en) | 1997-01-10 |
JPH05331648A (en) | 1993-12-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1614765B1 (en) | Low temperature growth of oriented carbon nanotubes | |
EP0424256B1 (en) | Device for chemical treatment assisted by a diffusion plasma | |
EP0233825B1 (en) | Process, apparatus and equipment necessary for depositing a thin layer of a material on the inner surface of a hollow object | |
EP0263788B1 (en) | Process and apparatus for depositing hydrogenated amorphous silicon on a substrate in a plasma environment | |
FR2616030A1 (en) | PLASMA ETCHING OR DEPOSITION METHOD AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THE METHOD | |
EP1307298A1 (en) | Plasma deposited barrier coating comprising an interface layer, method for obtaining same and container coated therewith | |
EP0249516B1 (en) | Cell for epitaxial growth by molecular jets, and associated process | |
FR2491501A1 (en) | METHOD AND APPARATUS FOR REALIZING REACTIVE DEPOSITION OF OXIDE COATING ON SUBSTRATE | |
FR2500852A1 (en) | ||
CH648714A5 (en) | PROCESS FOR FORMING A SOLID OXIDE AND / OR NITRIDE LAYER ON THE SURFACE OF AN ARTICLE. | |
CA2416515A1 (en) | Barrier coating | |
WO2009122113A2 (en) | Method for producing nanostructures on metal oxide substrate, method for depositing thin film on same, and thin film device | |
FR2487121A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR FORMING A SEMICONDUCTOR LAYER BY MOLECULAR JET DEPOSITION | |
EP1198611B9 (en) | Device for treating a container with microwave plasma | |
EP0221812B1 (en) | Apparatus and method for producing thin films with the aid of a plasma | |
EP1421630A2 (en) | Method of depositing an oxide layer on a substrate and a photovoltaic cell using said substrate | |
FR2691035A1 (en) | Apparatus and plasma machine for chemical treatment and method using this device | |
EP0346168B1 (en) | Plasma reactor | |
EP1309737A1 (en) | Plasma coating method | |
FR2677841A1 (en) | Reactor for gas-phase plasma deposition of inorganic compounds on a polymer substrate | |
EP0398832A1 (en) | Plasma reactor with electromagnetic wave-coupling means | |
US5846612A (en) | Process for forming high-quality deposited film utilizing plasma CVD | |
EP0019549A1 (en) | Microwave apparatus for the deposition of thin films on substrates | |
FR2678956A1 (en) | DEVICE AND METHOD FOR DEPOSITING DIAMOND BY DCPV ASSISTED BY MICROWAVE PLASMA. | |
EP0815284B1 (en) | Method and apparatus for plasma deposition on a double-sided substrate |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
ST | Notification of lapse |