WO2005008717A2 - Hochfrequenzquelle zur erzeugung eines durch magnetfelder geformten plasmastrahls und verfahren zum bestrahlen einer oberfläche - Google Patents

Hochfrequenzquelle zur erzeugung eines durch magnetfelder geformten plasmastrahls und verfahren zum bestrahlen einer oberfläche Download PDF

Info

Publication number
WO2005008717A2
WO2005008717A2 PCT/EP2004/007615 EP2004007615W WO2005008717A2 WO 2005008717 A2 WO2005008717 A2 WO 2005008717A2 EP 2004007615 W EP2004007615 W EP 2004007615W WO 2005008717 A2 WO2005008717 A2 WO 2005008717A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
plasma beam
beam source
plasma
source according
frequency
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/007615
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2005008717A3 (de
Inventor
Rudolf Beckmann
Hans Oechsner
Original Assignee
Leybold Optics Gmbh
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 Leybold Optics Gmbh filed Critical Leybold Optics Gmbh
Publication of WO2005008717A2 publication Critical patent/WO2005008717A2/de
Publication of WO2005008717A3 publication Critical patent/WO2005008717A3/de

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
    • H01J37/32009—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
    • 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
    • H01J37/32623—Mechanical discharge control 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
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3266—Magnetic control 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
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3266—Magnetic control means
    • H01J37/32678—Electron cyclotron resonance
    • 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
    • H01J37/3266—Magnetic control means
    • H01J37/32688—Multi-cusp fields

Definitions

  • the invention relates to a high-frequency plasma beam source and a method for irradiating a surface with a plasma beam according to the preambles of the independent claims.
  • Plasma beam sources used.
  • a plasma contains electrons and positive ions as charged particles.
  • the ions are accelerated by electric fields and z. B. to remove a surface or to enter reactive components such.
  • B. oxygen is used in a freshly growing coating and the like.
  • Ion-assisted processes are also known in which material is evaporated from a material source, typically an evaporator source, and is deposited on a substrate. The material growing on the substrate is exposed to a reactive component from a plasma, for example oxygen, and thus forms e.g. an oxide layer.
  • Such methods are e.g. B. common in the production of transparent layers for optical applications. It is also of considerable importance here how uniformly the plasma beam acts on the layer, since the optical properties of such layers generally vary greatly with the oxygen content.
  • layer thicknesses and layer properties that are as uniform as possible is generally provided, such as, for example, B the refractive index of the deposited layers.
  • B the refractive index of the deposited layers.
  • large areas and / or many substrates are coated at the same time, which increases the problem of the layer properties.
  • fluctuations in layer thickness over a surface or the substrates of a coating batch of at most a few percent are considered tolerable.
  • European patent EP 349 556 B1 describes a high-frequency plasma beam source to ensure the largest possible homogeneous bombardment of surfaces. Chen with atomic or molecular ion beams of high parallelism.
  • the opening of the high-frequency plasma beam source is provided with an extraction grid which has a small mesh size in order to prevent the plasma from passing through this grid.
  • the extraction grid is designed in the form of a suitably configured wire network or in the form of parallel wires.
  • the grid holder of the extraction grid of the known high-frequency plasma beam source is provided with a retensioning device. It is common practice to enlarge the diameter of the high-frequency plasma beam source in order to allow a larger area of radiation. However, this increases costs and also quickly reaches design limits.
  • the plasma generation in the high-frequency plasma beam source known from European patent EP 349 556 B1 can also be carried out according to the ECWR principle, in which a transverse magnetic field is superimposed on an inductively excited high-frequency low-pressure plasma. In order to influence the properties of the plasma beam, it is also known to superimpose a further magnetic field.
  • the plasma beam can thus be focused, expanded or directed in the desired direction in the area of the extraction grid.
  • coating processes a large number of substrates are irradiated by arranging the substrates on a spherical cap. The aim here is to coat a particularly large area evenly.
  • the object of the present invention is to create a high-frequency plasma beam source, a vacuum chamber with such a high-frequency plasma beam source and a method for irradiating a surface with a plasma beam, which enable large-area and high-quality radiation.
  • a divergent plasma beam is generated.
  • One advantage of the invention is that the inventive design of the high-frequency plasma beam source makes it possible to deposit large-area homogeneous layers or to clean larger areas even on substrates which are arranged on a spherical cap.
  • a device for generating a magnetic field is provided, with which the formation of a suitably divergent plasma beam is possible.
  • the magnetic field is preferably designed as a divergent magnetic field, at least outside the plasma space of the plasma beam source. Furthermore, a magnetic field device is provided, by means of which a transverse homogeneous magnetic field lying in an xy plane can be generated, with which the plasma density can be increased according to the ECWR principle and thus the efficiency of the plasma radiation source can be increased.
  • the efficiency of the plasma radiation source is the necessary high frequency - Understand the supply power that is required for a plasma or ion current with a certain energy and current strength.
  • a divergent plasma beam can also be generated by means of a targeted formation of the extraction grid of the plasma beam source.
  • a combination of a magnetic field with an appropriately shaped extraction grid is particularly preferred in order to enable the plasma beam or the plasma beam density to be adapted to a surface to be irradiated. This is particularly important if the surface to be irradiated is curved, that is, for example, has a spherical shape.
  • Another aspect of the invention is an adaptation network for coupling high-frequency power into the plasma space of a high-frequency plasma beam source.
  • a particularly high excitation efficiency of the plasma can be achieved by an induction loop for generating the plasma and an energy electrode for setting a plasma beam energy, which are connected to the adaptation network. If only one power supply unit is provided as in egg 'ner preferred embodiment of the invention, for the induction loop and the power electrode, the production cost and cost of the apparatus can thus be reduced.
  • Another aspect of the invention is a vacuum chamber with an inventive one
  • the invention further comprises a method for irradiating a surface with a divergent plasma beam from a high-frequency plasma beam source according to the invention with a device.
  • FIG. 1 shows a plasma beam source with a homogeneous magnetic field in the x direction
  • FIG. 2 shows a high-frequency plasma beam source according to the invention
  • FIG. 3 shows a high-frequency plasma beam source according to the invention with a mirror magnet device
  • FIG High-frequency plasma beam source according to the invention with a device for generating a magnetic field with a central axis inclined to a longitudinal axis of the plasma space.
  • FIG. 6 an adaptation network for a high-frequency plasma beam source.
  • the same or corresponding elements are each provided with the same reference numerals.
  • FIG. 1 shows schematically the structure of a high-frequency plasma beam source (HF plasma beam source) for generating a plasma beam with high parallelism, which can be operated in particular according to the ECWR principle.
  • a plasma space 6 there is a plasma which is generated by the irradiation of high-frequency radiation, for example of 13.56 megahertz.
  • the plasma space 6 is arranged in a housing 4 which has an extraction grid 5 which is electrically separated from the housing 4 in the region of an outlet opening.
  • a homogeneous transverse magnetic field 2 here represented by parallel field lines in the x direction, enables an increase in the plasma density and thus an operation of the plasma beam source at relatively low pressures.
  • a magnetic device 1 is provided to generate the magnetic field 2.
  • the magnet device 1 is usually formed by a coil set, but can also be formed by permanent magnets.
  • the housing 4 is pot-shaped with a longitudinal axis S.
  • the plasma jet 3 exits the plasma space 6 through the extraction grating 5, which preferably has a high transmission, in the direction of the longitudinal axis S, which in this case lies parallel to a source normal, in order to thereby irradiate a surface not shown in FIG.
  • the plasma jet source is operated, for example, in the manner known from EP 349 556 B1.
  • FIG. 2 essential elements of an HF plasma radiation source according to the invention are shown schematically.
  • a magnetic field 7, 8 is provided with which the formation of a divergent plasma beam 3 can be achieved.
  • a device (not shown in FIG. 2) is provided to generate the magnetic field 7, 8. Details of this device are shown in the following Figures 3 to 5.
  • a divergent plasma jet 3 is to be understood as a plasma jet which still radiates particles at least in a direction perpendicular to the main beam direction.
  • a divergent plasma jet can have a jet characteristic that can be approximately described by a cosine distribution, as detailed in the paper by G.
  • Deppisch "Layer thickness uniformity of vapor-deposited layers in theory and practice", Vacuum Technology, 30th Volume, Issue 3, 1981 2 has a planar extraction grid 5 and a source normal which coincides with the axis S of the plasma space 6.
  • the magnetic field 7, 8 shown in FIG. 2 has only one component in the z-direction in the plasma space 6, perpendicular to the lateral magnetic field 2. This has the advantage that when the HF plasma beam source is operated according to the ECWR principle, it is not superimposed by the one Magnetic field 7, 8 is disturbed in its function.
  • the magnetic field 7, 8 runs outside of the plasma space 6, as indicated by the curved field lines 7 following the vertical field lines 8. Outside the plasma space 6, the magnetic field strength decreases with increasing distance from the plasma space 6 or from the extraction grid 5.
  • the source according to the invention is preferably operated according to the ECWR principle, a transverse homogeneous magnetic field 2 being generated transversely to the axis 5 in the xy plane. At least in this case, it is advantageous if the superimposed magnetic field 7, 8 is made homogeneous in the plasma space 6.
  • the device according to the invention for generating the magnetic field 7, 8 can be formed by one or more magnetic coils or permanent magnets.
  • the device is preferably arranged outside the housing 4.
  • a further embodiment of the invention is shown in FIG.
  • a mirror magnet device is formed by a first ring coil 9 on the upper edge of the housing 4 or the plasma space 6 and a second ring coil 10 on the lower edge of the housing 4 or the plasma space 6, the currents generating a magnetic field being formed in the upper ring coil 9 and in the lower ring coil 10 flow in opposite directions.
  • the further preferred embodiment of the invention shown in FIG. 4 includes a device with a solenoid 11 which surrounds the housing 4 or the plasma space 6.
  • a solenoid is defined as a solenoid, in which the length is greater than the radius. The smaller the ratio of the coil diameter to the coil length, the better the magnetic field that can be generated in this way resembles the magnetic field 7, 8 shown in FIG. 2. In this case, a plasma space with a small dimension in the x-y direction is preferred, as long as possible in the z direction.
  • FIG. 5 shows a further preferred embodiment of the invention with a solenoid 11 a with a longitudinal axis T.
  • the plasma space 6 has an axis S, as is the case, for example, with a rotationally symmetrical pot.
  • the longitudinal axis T is tilted by an angle a with respect to the longitudinal axis S.
  • a mirror magnet arrangement can also be used. Since the magnetic field of the coil 1 1a z. B.
  • a homogeneous magnetic field in the z-direction and a homogeneous magnetic field in the x-direction can be added to one divergent magnetic field outside the plasma space 6 are generated.
  • a separate magnet device for generating the transverse magnetic field perpendicular to the axis 5 can be dispensed with.
  • a targeted interaction of the plasma with an appropriately designed extraction grid 5 is used.
  • the extraction grid 5 is not planar, but curved, and / or the extraction grid has meshes with a mesh size that is larger than the thickness of the space charge zone between the extraction grid 5 and the plasma.
  • the thickness d of the space charge zone can be found in text books. The thickness d then depends on the ion current density j and the voltage drop U between the plasma edge and the extraction grid 5:
  • the thickness d of the space charge zone was calculated for an HF plasma beam source.
  • the thickness d of the space charge zone increases with increasing voltage drop and varies between 0.5 mm to 2.5 mm with a voltage drop between approx. 50 and approx. 370 volts.
  • the thickness d in a preferred voltage range between 50 and 200 volts is significantly less than 2 mm. If we consider the dependence of the thickness d of the space charge zone on the ion current density at a fixed extraction voltage, e.g. B. at 150 volts, it follows that the thickness of the space charge zone d decreases with increasing extraction voltage with increasing current density. In a preferred range between 4 A / m 2 and 25 A / m 2 , the thickness d of the space charge zone is less than 2 mm.
  • the mesh structure of the extraction grid influences the shape of the space charge zone.
  • the deformation increases when the thickness of the space charge zone and the mesh size are of the same order of magnitude. This can be used to generate a divergent plasma beam. It is advisable, however, for the mesh size to be small enough so that the plasma does not escape noticeably through the outlet opening.
  • the extraction grid 4 is not made planar, but curved, a curved plasma edge layer is formed and a divergent plasma beam can be extracted.
  • the mesh size of the extraction grid 5 can be selected to be relatively small, in particular less than the thickness of the space charge zone. Both convex and concave extraction grids are possible.
  • the extraction grid 5 can be made inhomogeneous with respect to the mesh size over at least a partial area of its surface.
  • one of the mesh dimensions can be varied so that a larger mesh opening is provided towards the edge.
  • one or more diaphragms can be provided outside the plasma space 6 in order to influence the plasma jet.
  • the outlet opening can be covered in some areas with diaphragms and thus areas of a surface that are otherwise irradiated inhomogeneously can be masked out.
  • an HF plasma beam source known per se from EP 349 556 B1 with a planar extraction grating can be used for irradiating substrates arranged on a spherical cap, but at least one diaphragm being arranged in a space outside the plasma space.
  • This diaphragm limits the plasma beam in such a way that the otherwise inhomogeneously irradiated areas on the calotte are excluded from the irradiation. This can also be done by covering partial areas of the outlet opening.
  • the shape of the diaphragms used is preferably determined empirically on the basis of the radiation results achieved.
  • an adaptation network is provided in order to match the internal resistance of a high-frequency generator to the consumer impedance.
  • FIG. 6 shows a preferred adaptation network which uses a high-frequency
  • Generator 15 for a primary and secondary circuit is coupled to an RF plasma radiation source, as for example from the article by J.P. Rayner et al: "Radio frequency matching for helicon plasma sources", J. Vac. Be. Technol. A 14 (4), Jul / Aug. 1996, is known.
  • a capacitor 12 is connected in parallel with the high-frequency generator 15.
  • an adjustable one is between a primary coil 14 and the high-frequency generator 15
  • Capacitor 13 arranged.
  • a secondary coil 16 transmits electrical power of the high-frequency generator 15 to an induction loop 17, which can be used to inductively excite the plasma.
  • a capacitor 16a or a capacitor 13a is arranged parallel to the secondary coil 16 or to the capacitor 13.
  • an energy electrode 19 is provided, which is in direct contact with the plasma or optionally capacitively coupled to the plasma in the plasma space 6 via an insulating material, for example a quartz or glass pane.
  • the ion energy of the plasma beam can be set by the potential of the energy electrode 19.
  • the energy electrode 19 is preferably part of a gas supply, for example a gas shower, with which a flat-homogeneous inflow of a gas into the plasma space 6 is made possible.
  • the energy electrode is connected to a tap on the primary coil 14 via an adjustable capacitor 18.
  • the induction loop 17 and the energy electrode 19 are supplied with electrical energy by a supply unit (high-frequency generator 15).
  • a supply unit high-frequency generator 15
  • two separate high-frequency generators and two matching networks, one for the induction coil 17 and one for the energy electrode 19, can also be used.
  • the arrangement according to FIG. 6 is preferably used in conjunction with a device and / or a magnetic device, as are provided in connection with the exemplary embodiments of the HF plasma radiation source described above. It is particularly preferred to use an RF plasma radiation source that can be operated or operated according to the ECWR principle. However, use with other sources is also conceivable.
  • An HF plasma radiation source according to the invention is preferably installed in a vacuum chamber 20 and used to irradiate a curved surface K, as in FIG. 7 shown.
  • a vacuum chamber 20 usually has vacuum pumps, gas supply and analysis.
  • substrates 22 are also arranged on the surface formed as a spherical cap.
  • a divergent plasma beam 3 of the HF plasma beam source according to the invention enables homogeneous large-area irradiation of the surface K or of the substrates
  • the substrates 22 can be arranged on circular rings, for example.
  • the curved surface which in this case acts as a substrate holder, can be designed to be movable, in particular rotatable.
  • the HF plasma radiation source 23 can be offset with respect to the axis of symmetry of the spherical cap.
  • Plasma beam source can be provided.
  • the HF plasma beam source with device enables large-area and high-quality irradiation of surfaces with a plasma beam.
  • this plasma jet is divergent.
  • a particular advantage is the possibility of adapting the plasma beam density to a curved surface.
  • Such a method is particularly suitable for the application of a coating or a modification of a surface or for the plasma etching of a surface.
  • the divergent plasma beam 3 can be dynamically adapted to changes in space and time by changes in the magnetic field 7, 8.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle (23) mit einem Plasmaraum (6) für ein Plasma und elektrischen Mitteln zum Zünden und Erhalt eines Plasmas sowie einer Austrittsöffnung mit einem Extraktionsgitter (5) zur Extraktion eines Plasmastrahls (3) aus dem Plasmaraum (6) wobei eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes (7, 8) vorgesehen ist, mit dem eine Divergenz des Plasmastrahls (3) bewirkbar ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Vakuumkammer (22) mit einem Gehäuse (21), einer zu bestrahlenden Oberfläche (K) und einer Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle (23), mit der ein divergenter Plasmastrahl (3) erzeugt werden kann. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Bestrahlen einer Oberfläche mit einer Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle (23), wobei ein divergenter Plasmastrahl (3) verwendet wird.

Description

Hochfrequenzquelle zur Erzeugung eines durch Magnetfelder geformten Plasmastrahls und Verfahren zum Bestrahlen einer Oberfläche
Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle sowie ein Verfahren zum Bestrahlen einer Oberfläche mit einem Plasmastrahl gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Bei Vakuumbeschichtungsverfahren werden häufig so genannte Hochfrequenz-
Plasmastrahlquellen eingesetzt. Ein Plasma enthält neben neutralen Atomen und/oder Molekülen Elektronen und positive Ionen als geladene Teilchen. Die Ionen werden durch elektrische Felder gezielt beschleunigt und z. B. zum Abtragen einer Oberfläche oder zum Eintragen reaktiver Komponenten wie z. B. Sauerstoff in eine frisch aufwachsende Be- Schichtung eingesetzt und dergleichen mehr. Bekannt sind auch ionengestützte Verfahren, bei denen Material aus einer Materialquelle, typischerweise einer Verdampferquelle, verdampft wird und sich auf einem Substrat niederschlägt. Das auf dem Substrat aufwachsende Material wird mit einer reaktiven Komponente aus einem Plasma, beispielsweise Sauerstoff, beaufschlagt und bildet so z.B. eine Oxidschicht. Solche Verfahren sind z. B. bei der Herstellung transparenter Schichten für optische Anwendungen üblich. Dabei ist es auch von erheblicher Bedeutung, wie gleichmäßig der Plasmastrahl die Schicht beaufschlagt, da die optischen Eigenschaften solcher Schichten in der Regel stark mit dem Sauerstoffgehalt variieren.
Bei der Herstellung dünner Schichten in der Mikroelektronik oder für optische Anwendun- gen wird in der Regel die Bereitstellung möglichst gleichmäßiger Schichtdicken und Schichteigenschaften, wie z. B dem Brechwert der abgeschiedenen Schichten, angestrebt. Im industriellen Einsatz werden dabei große Flächen und/oder viele Substrate gleichzeitig beschichtet, was die Problematik der Schichteigenschaften erhöht. Besonders bei optischen Schichten werden Schichtdickenschwankungen über eine Fläche oder die Substrate einer Beschichtungscharge von allenfalls wenigen Prozent als tolerabel betrachtet.
Aus dem europäischen Patent EP 349 556 B1 ist eine Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle zur Sicherstellung eines möglichst großflächigen homogenen Beschüsses von Oberflä- chen mit Atom- oder Molekülionenstrahlen einer hohen Parallelität bekannt. Die Öffnung der Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle ist dabei mit einem Extraktionsgitter versehen, welches eine geringe Maschenweite aufweist, um ein Hindurchtreten des Plasmas durch dieses Gitter zu verhindern. Das Extraktionsgitter ist in Form eines geeignet konfigurierten Drahtnetzes oder in Form parallel verlaufender Drähte ausgeführt. Besteht zwischen dem
Plasma und dem Extraktionsgitter eine Hochfrequenzspannung, so entsteht von selbst eine ionenbeschleunigende Potentialdifferenz, die einen neutralen Plasmastrahl ermöglicht. Der so extrahierte lonenstrom wird durch einen im Takt der Hochfrequenz fließenden E- lektronenstrom gleicher Höhe überlagert, so dass ein neutraler Plasmastrahl erzeugt wird, der quer zur Strahlrichtung völlig homogen ist und keinerlei Modulationsstruktur aufweist.
Um stets eine gute Ebenheit der Fläche des Extraktionsgitters aufrechtzuerhalten und eine nachteilige Beeinflussung des Plasmastrahls durch eine Verformung des Extraktionsgitters zu vermeiden, wird die Gitterhalterung des Extraktionsgitters der bekannten Hochfrequenz-Plasmastrahlqueile mit einer Nachspannvorrichtung versehen. Es ist üb- lieh, den Durchmesser der Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle zu vergrößern, um eine großflächigere Bestrahlung zu ermöglichen. Dies erhöht jedoch die Kosten und stößt zudem schnell an konstruktive Grenzen.
Die Plasmaerzeugung in der aus dem europäischen Patent EP 349 556 B1 bekannten Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle lässt sich auch nach dem ECWR-Prinzip bewerkstelli- gen, bei dem ein transversales Magnetfeld einem induktiv angeregten Hochfrequenz- Niederdruckplasma überlagert wird. Zur Beeinflussung der Eigenschaften des Plasmastrahls ist es ferner bekannt, ein weiteres Magnetfeld zu überlagern. Damit kann der Plasmastrahl im Bereich des Exaktionsgitters fokussiert, ausgeweitet oder in eine gewünschte Richtung gelenkt werden. Bei Beschichtungsprozessen wird eine Großzahl von Substraten bestrahlt, indem die Substrate auf einer Kalotte angeordnet werden. Hierbei wird angestrebt, eine besonders große Fläche gleichmäßig zu beschichten. Wenn die bekannte Hochfrequenz- Plasmastrahlquelle zur großflächigen Bestrahlung von Substraten verwendet wird, die auf einer solchen Kalotte oder anderen gekrümmten Flächen angeordnet sind, zeigt sich je- doch, dass auch bei einer Vergrößerung des Durchmessers der Hochfrequenz- Plasmastrahlquelle Einbußen bei der Homogenität der abgeschiedenen Schichtdicke oder lateral modifizierte Schicht- oder Oberflächeneigenschaften hingenommen werden müssen. Dies hat zur Folge, dass häufig eine großflächige Bestrahlung nicht mit der gewünschten Qualitätsanforderung erfolgen kann. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Hochfrequenz- Plasmastrahlquelle, einer Vakuumkammer mit einer derartigen Hochfrequenz- Plasmastrahlquelle sowie eines Verfahren zum Bestrahlen einer Oberfläche mit einem Plasmastrahl, die eine großflächige und hochqualitative Bestrahlung ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung wird ein divergenter Plasmastrahl erzeugt.
Ein Vorteil der Erfindung ist, dass es durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Hoch- frequenz-Plasmastrahlquelle gelingt, auch auf Substraten, die auf einer Kalotte angeordnet sind, großflächig homogene Schichten abzuscheiden oder größere Flächen zu reinigen.
Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes vorgesehen, mit dem die Bildung eines in geeigneter Weise divergenten Plasmastrahls möglich ist.
Vorzugsweise ist das Magnetfeld zumindest außerhalb des Plasmaraums der Plasmastrahlquelle als divergentes Magnetfeld ausgebildet. Ferner ist eine Magnetfeldeinrichtung vorgesehen, mittels der im Plasmaraum ein in einer x-y-Ebene liegendes transversales homogenes Magnetfeld erzeugbar ist, mit dem die Plasmadichte nach dem ECWR-Prinzip erhöht und damit der Wirkungsgrad der Plasmastrahlquelle erhöht werden kann Unter Wirkungsgrad der Plasmastrahlquelle ist die notwendige Hochfrequenz- Versorgungsleistung zu verstehen, die für einen Plasma- oder lonenstrom mit bestimmter Energie und Stromstärke erforderlich ist.
Ein divergenter Plasmastrahl kann auch mittels einer gezielten Ausbildung des Extraktionsgitters der Plasmastrahlquelle erzeugt werden. Besonders bevorzugt ist eine Kombination eines Magnetfeldes mit einem entsprechend geformten Extraktionsgitter, um eine Anpassung des Plasmastrahls bzw. der Plasmastrahldichte an eine zu bestrahlende Oberfläche zu ermöglichen. Dies ist insbesondere von Bedeutung, wenn die zu bestrahlende Oberfläche gekrümmt ist, also beispielsweise eine Kalottenform aufweist. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Anpassungsnetzwerk zum Einkoppeln von Hochfrequenzleistung in den Plasmaraum einer Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle. Eine besonders hohe Anregungseffizienz des Plasmas lässt sich durch eine Induktionsschleife zur Erzeugung des Plasmas und eine Energieelektrode zum Einstellen einer Plasmastrah- lenergie erreichen, die mit dem Anpassungsnetzwerk verbunden sind. Wenn, wie bei ei- ' ner bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, nur eine Energie-Versorgungseinheit für die Induktionsschleife und die Energieelektrode vorgesehen ist, lassen sich damit der Herstellungsaufwand und Kosten der Vorrichtung reduzieren.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Vakuumkammer mit einer erfindungsgemäßen
Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle.
Die Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zum Bestrahlen einer Oberfläche mit einem divergenten Plasmastrahl einer erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle mit Vorrichtung.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben, aus denen sich auch unabhängig von der Zusammenfassung in den Patentansprüchen weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben.
Es zeigen in schematischer Darstellung:
Figur 1 eine Plasmastrahlquelle mit einem homogenen Magnetfeld in x-Richtung Figur 2 eine erfindungsgemäße Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle Figur 3 eine erfindungsgemäße Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle mit einer Spiegelmagnet-Vorrichtung Figur 4 eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Hochfrequenz- Plasmastrahlquelle mit einer Zylinderspule Figur 5 eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Hochfrequenz- Plasmastrahlquelle mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes mit einer zu einer Längsachse des Plasmaraums geneigten Zentralachse Figur 6 ein Anpassungsnetz für eine Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle Figur 7 eine Vakuumkammer mit einer erfindungsgemäßen Hochfrequenz- Plasmastrahlquelle zum Bestrahlen einer Oberfläche mit einem divergenten Plasmastrahl. In den folgenden Figuren sind gleiche oder sich entsprechende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In Figur 1 ist schematisch der Aufbau einer Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle (Hf- Plasmastrahlquelle) zur Erzeugung eines Plasmastrahls hoher Parallelität dargestellt, die insbesondere nach dem ECWR-Prinzip betrieben werden kann. In einem Plasmaraum 6 befindet sich ein Plasma, welches durch die Einstrahlung einer Hochfrequenzstrahlung, beispielsweise von 13,56 Megahertz, erzeugt wird. Der Plasmaraum 6 ist in einem Gehäuse 4 angeordnet, welches ein vom Gehäuse 4 elektrisch getrenntes Extraktionsgitter 5 im Bereich einer Austrittsöffnung aufweist. Durch ein homogenes transversales Magnetfeld 2, hier durch parallele Feldlinien in x-Richtung dargestellt, werden eine Erhöhung der Plasmadichte und damit ein Betrieb der Plasmastrahlquelle bei relativ niedrigen Drücken ermöglicht. Zur Erzeugung des Magnetfelds 2 ist eine Magnet-Einrichtung 1 vorgesehen. Üblicherweise wird die Magneteinrichtung 1 durch einen Spulensatz ausgebildet, kann aber auch durch Permanentmagnete gebildet werden. Das Gehäuse 4 ist topfartig mit einer Längsachse S ausgebildet. Der Plasmastrahl 3 tritt durch das vorzugsweise eine hohe Transmission aufweisende Extraktionsgitter 5 in Richtung der Längsachse S, die in diesem Fall parallel zu einer Quellnormalen liegt, aus dem Plasmaraum 6 aus, um damit eine in der Figur 1 nicht dargestellte Oberfläche zu bestrahlen. Zur Extraktion eines üblicher- weise neutralen Plasmastrahls wird die Plasmastrahlquelle beispielsweise in der aus der EP 349 556 B1 bekannten Weise betrieben.
In Figur 2 sind schematisch wesentliche Elemente einer erfindungsgemäßen Hf- Plasmastrahlquelle dargestellt. Erfindungsgemäß ist ein Magnetfeld 7, 8 vorgesehen, mit dem die Bildung eines divergenten Plasmastrahls 3 erreicht werden kann. Zur Erzeugung des Magnetfeldes 7, 8 ist eine in Figur 2 zur Vereinfachung nicht dargestellte Vorrichtung vorgesehen. Einzelheiten dieser Vorrichtung werden in den folgenden Figuren 3 bis 5 gezeigt. Unter einem divergenten Plasmastrahl 3 soll ein Plasmastrahl verstanden werden, der zumindest in einer Richtung senkrecht zur Hauptstrahlrichtung noch merklich Teilchen abstrahlt. Ein divergenter Plasmastrahl kann eine Strahlcharakteristik aufweisen, die sich annäherungsweise durch eine Kosinus-Verteilung beschreiben lässt, wie detailliert in der Abhandlung von G. Deppisch: „Schichtdickengleichmäßigkeit von aufgedampften Schichten in Theorie und Praxis", Vakuumtechnik, 30. Jahrgang, Heft 3, 1981 , ausgeführt wird. Die Vorrichtung in Figur 2 weist ein planares Extraktionsgitter 5 und eine Quellennormale auf, die mit der Achse S des Plasmaraums 6 zusammenfällt. Das in Figur 2 dargestellte Magnetfeld 7,8 hat im Plasmaraum 6 nur eine Komponente in z-Richtung, senkrecht zum lateralen Magnetfeld 2. Dies hat den Vorteil, dass bei einem Betrieb der Hf-Plasmastrahlquelle nach dem ECWR-Prinzip dieses nicht durch das überlagerte Magnetfeld 7, 8 in seiner Funktion gestört wird. Das Magnetfeld 7,8 verläuft au- ßerhalb des Plasmaraums 6, wie durch die gekrümmten Feldlinien 7 im Anschluss an die senkrechten Feldlinien 8 angedeutet ist. Außerhalb des Plasmaraums 6 nimmt die Magnetfeldstärke mit zunehmender Entfernung vom Plasmaraum 6 bzw. vom Extraktionsgitter 5 ab. Da geladene Teilchen des Plasmas durch das Magnetfeld im Plasmaraum 6 auf Kreisbahnen gezogen werden und so Wandverluste durch geladene Teilchen verringert werden, wird mit dem Magnetfeld 7,8 der Wirkungsgrad der Hf-Plasmastrahlquelle verbessert. Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Quelle nach dem ECWR-Prinzip betrieben, wobei quer zur Achse 5 in der x-y-Ebene ein transversales homogenes Magnetfeld 2 erzeugt wird. Zumindest in diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn das überlagerte Magnetfeld 7,8 im Plasmaraum 6 homogen ausgebildet ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung des Magnetfeldes 7, 8 kann durch eine oder mehrere Magnetspulen oder Permanent-Magnete gebildet sein. Vorzugsweise ist die Vorrichtung außerhalb des Gehäuses 4 angeordnet. In Figur 3 ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung dargestellt. Durch eine erste Ringspule 9 am oberen Rand des Gehäuses 4 bzw. des Plasmaraums 6 und eine zweite Ringspule 10 am unteren Rand des Gehäuses 4 bzw. des Plasmaraums 6 wird eine Spiegelmagnetvorrichtung gebildet, wobei die ein Magnetfeld erzeugenden Ströme in der oberen Ringspule 9 und in der unteren Ringspule 10 gegenläufig fließen.
Die in Figur 4 gezeigte weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet eine Vorrichtung mit einer Zylinderspule 11 , die das Gehäuse 4 bzw. den Plasmaraum 6 umgibt. Als Zylinderspule wird eine Magnetspule definiert, bei der die Länge größer als der Radius ist. Je kleiner das Verhältnis Spulendurchmesser zu Spulenlänge ist, desto besser ähnelt das hiermit erzeugbare Magnetfeld dem in Figur 2 dargestellten Magnetfeld 7, 8. Bevorzugt wird in diesem Fall daher ein in x-y-Richtung gering dimensionierter Plasmaraum möglichst großer Länge in z-Richtung.
In Figur 5 ist eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung dargestellt mit einer Zylinderspule 11 a mit einer Längsachse T. Der Plasmaraum 6 weist eine Achse S auf, wie dies beispielsweise bei einem rotationssymmetrischen Topf der Fall ist. Erfindungsgemäß ist die Längsachse T gegenüber der Längsachse S um einen Winkel a gekippt. Anstelle der langen Spule 11 a kann auch eine Spiegelmagnetanordnung verwendet werden. Da das Magnetfeld der Spule 1 1a z. B. in x-Richtung eine Komponente proportional zu Sinus (von a) und eine z-Komponente proportional zu Kosinus (von a) aufweist, kann hiermit ein homogenes Magnetfeld in z-Richtung und ein homogenes Magnetfeld in der x-Richtung zusätzlich zu einem divergenten Magnetfeld außerhalb des Plasmaraums 6 erzeugt werden. Bei dieser Ausgestaltung kann auf eine separate Magneteinrichtung zur Erzeugung des transversalen Magnetfeldes senkrecht zur Achse 5 verzichtet werden.
Bei einer vorteilhaften Ausbildungsform der Erfindung wird insbesondere zusätzlich zu ei- nem Magnetfeld eine gezielte Wechselwirkung des Plasmas mit einem geeignet ausgebildeten Extraktionsgitter 5 verwendet. Im Unterschied zu der Hf-Plasmastrahlquelle, wie sie aus der EP 349 556 B1 bekannt ist, wird das Extraktionsgitter 5 dabei nicht planar, sondern gekrümmt ausgebildet und/oder das Extraktionsgitter weist Maschen auf mit einer Maschenweite, die größer ist als die Dicke der Raumladungszone zwischen dem Extrakti- onsgitter 5 und dem Plasma.
Die Dicke d der Raumladungszone kann aus Textbüchern entnommen werden. Danach hängt die Dicke d von der lonenstromdichte j und dem Spannungsabfall U zwischen dem Plasmarand und dem Extraktionsgitter 5 ab:
Figure imgf000009_0001
mit ε0: Dielektrizitätskonstante des Vakuums e: Elementarladung m*lon: Masse der beteiligten Ionen U: Spannungsabfall zwischen dem Plasmarand und dem Extraktionsgitter 5 (entspricht der Extraktionsspannung) Zur Bestimmung einer erfindungsgemäßen vergrößerten Maschenweite des Extraktionsgitters 4 wird von folgenden Überlegungen ausgegangen:
Für einen lonenstrom von 1 A/m2, der einen üblichen Wert für den Betrieb derartiger Be- schichtungsanlagen darstellt, wurde bei einer Hf-Plasmastrahlquelle die Dicke d der Raumladungszone berechnet. Die Dicke d der Raumladungszone steigt mit zunehmen- dem Spannungsabfall an und variiert zwischen 0,5 mm bis zu 2,5 mm bei einem Spannungsabfall zwischen ca. 50 und ca. 370 Volt. Die Dicke d in einem bevorzugten Spannungsbereich zwischen 50 und 200 Volt ist deutlich kleiner als 2 mm. Betrachtet man die Abhängigkeit der Dicke d der Raumladungszone von der lonenstrom- dichte bei fester Extraktionsspannung, z. B. bei 150 Volt, ergibt sich, dass die Dicke der Raumladungszone d bei fester Extraktionsspannung mit steigender Stromdichte fällt. In einem bevorzugten Bereich zwischen 4 A/m2 und 25 A/m2 ist die Dicke d der Raumla- dungszone geringer als 2 mm.
Die Maschenstruktur des Extraktionsgitters beeinflusst die Form der Raumladungszone. Die Verformung nimmt zu, wenn die Dicke der Raumladungszone und die Maschenweite in der gleichen Größenordnung liegen. Dies kann zur Erzeugung eines divergenten Plas- mastrahls ausgenutzt werden. Sinnvollerweise sollte die Maschenweite jedoch klein genug sein, damit das Plasma nicht merklich durch die Austrittsöffnung entweicht.
Wird das Extraktionsgitter 4 nicht planar, sondern gekrümmt ausgebildet, so bildet sich eine gekrümmte Plasmarandschicht aus und es kann ein divergenter Plasmastrahl extra- hiert werden. In diesem Fall kann die Maschenweite des Extraktionsgitters 5 relativ klein, insbesondere geringer als die Dicke der Raumladungszone gewählt werden. Es sind sowohl konvexe als auch konkave Extraktionsgitter möglich.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Extraktionsgitter 5 über zumindest einen Teilbereich seiner Fläche hinsichtlich der Maschenweite inhomogen ausgebildet sein. Bei- spielsweise kann eine der Maschenabmessungen so variiert werden, so dass zum Rand hin eine größere Maschenöffnung vorgesehen ist. Ferner können zur Beeinflussung des Plasmastrahls außerhalb des Plasmaraums 6 eine oder mehrere Blenden vorgesehen sein. Ebenso kann die Austrittsöffnung in Teilbereichen mit Blenden abgedeckt sein und damit sonst inhomogen bestrahlte Bereiche einer Oberfläche ausgeblendet werden. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann eine aus der EP 349 556 B1 an sich bekannte Hf-Plasmastrahlquelle mit einem planaren Extraktionsgitter zur Bestrahlung von auf einer Kalotte angeordneten Substraten verwendet werden, wobei jedoch in einem Raumbereich außerhalb des Plasmaraums zumindest eine Blende angeordnet ist. Diese Blende begrenzt den Plasmastrahl derart, dass die ansonsten inhomogen bestrahlten Be- reiche auf der Kalotte von der Bestrahlung ausgenommen werden. Dies kann ebenso durch die Abdeckung von Teilbereichen der Austrittsöffnung erfolgen. Die Form der verwendeten Blenden wird vorzugsweise empirisch anhand der erreichten Bestrahlungsergebnisse bestimmt. Für einen optimierten Betrieb der Hf-Plasmastrahlquelle ist ein Anpassungsnetzwerk vorgesehen, um den Innenwiderstand eines Hochfrequenz-Generators auf die Verbraucherimpedanz abzustimmen.
In Figur 6 ist ein bevorzugtes Anpassungsnetzwerk gezeigt, das einen Hochfrequenz-
Generator 15 für einen Primär- und Sekundärkreis an eine Hf-Plasmastrahlquelle ankoppelt, wie beispielsweise aus dem Artikel von J. P. Rayner et al: "Radio frequency matching for helicon plasma sources", J. Vac. Sei. Technol. A 14(4), Jul/Aug. 1996, bekannt ist. Dem Hochfrequenz-Generator 15 ist ein Kondensator 12 parallel geschaltet. Ferner ist zwischen einer Primärspule 14 und dem Hochfrequenz-Generator 15 ein einstellbarer
Kondensator 13 angeordnet. Eine Sekundärspule 16 überträgt elektrische Leistung des Hochfrequenz-Generators 15 an eine Induktionsschleife 17, mit der eine induktive Anregung des Plasmas erfolgen kann. Parallel zur Sekundärspule 16 bzw. zum Kondensator 13 ist ein Kondensator 16a bzw. ein Kondensator 13a angeordnet. Ferner ist eine Ener- gieelektrode 19 vorgesehen, die in direktem Kontakt mit dem Plasma steht oder optional über ein isolierendes Material, beispielsweise eine Quarz- oder Glasscheibe, kapazitiv an das Plasma im Plasmaraum 6 ankoppelt. Durch das Potential der Energieelektrode 19 lässt sich die lonenenergie des Plasmastrahls einstellen. Vorzugsweise ist die Energieelektrode 19 Bestandteil einer Gasversorgung, beispielsweise einer Gasdusche, mit der ein flächig-homogenes Einströmen eines Gases in den Plasmaraum 6 ermöglicht wird. Die Energieelektrode ist über einen einstellbaren Kondensator 18 mit einem Abgriff an der Primärspule 14 verbunden. Bei der gezeigten Anordnung werden durch eine Versorgungseinheit (Hochfrequenz-Generator 15) die Induktionsschleife 17 und die Energie- Elektrode 19 mit elektrischer Energie versorgt. Alternativ können beispielsweise auch zwei separate Hochfrequenz-Generatoren und zwei Anpass-Netzwerke, und zwar jeweils eines für die Induktionsspule 17 und eines für die Energie-Elektrode 19, verwendet werden.
Bevorzugt wird die Anordnung gemäß Figur 6 in Verbindung mit einer Vorrichtung und/oder einer Magneteinrichtung eingesetzt, wie sie im Zusammenhang mit den vorerwähnt beschriebenen Ausführungsbeispielen der Hf-Plasmastrahlquelle vorgesehen sind. Besonders bevorzugt ist der Einsatz bei einer nach dem ECWR-Prinzip betreibbaren oder betriebenen Hf-Plasmastrahlquelle. Allerdings ist auch ein Einsatz bei anders aufgebauten Quellen denkbar.
Eine erfindungsgemäße Hf-Plasmastrahlquelle wird bevorzugt in eine Vakuumkammer 20 eingebaut und zum Bestrahlen einer gekrümmten Oberfläche K eingesetzt, wie in Fig. 7 gezeigt. Eine derartige Vakuumkammer 20 weist neben Kammerwänden 21 üblicherweise Vakuumpumpen, Gasversorgung und Analytik auf. Bei der in Figur 7 dargestellten Vakuumkammer sind ferner auf der als Kalotte ausgebildeten Oberfläche K Substrate 22 angeordnet. Ein divergenter Plasmastrahl 3 der erfindungsgemäßen Hf-Plasmastrahlquelle ermöglicht eine homogene großflächige Bestrahlung der Oberfläche K bzw. der Substrate
22. Die Substrate 22 können beispielsweise auf Kreisringen angeordnet sein. Wie an sich bekannt, kann die in diesem Fall als Substrathalterung fungierende gekrümmte Oberfläche bewegbar, insbesondere drehbar ausgebildet sein. Wie in Fig. 7 kann die Hf- Plasmastrahlquelle 23 gegenüber der Symmetrieachse der Kalotte versetzt sein. Jedoch kann bei alternativen Ausführungsformen auch eine zentrale Anordnung der Hf-
Plasmastrahlquelle vorgesehen sein.
Die erfindungsgemäße Hf-Plasmastrahlquelle mit Vorrichtung ermöglicht eine großflächige und hochqualitative Bestrahlung von Oberflächen mit einem Plasmastrahl. Erfindungs- gemäß ist dieser Plasmastrahl divergent ausgebildet. Ein besonderer Vorteil besteht in der Möglichkeit, die Plasmastrahldichte einer gekrümmten Oberfläche anzupassen. Besonders geeignet ist ein derartiges Verfahren für das Auftragen einer Beschichtung oder einer Modifikation einer Oberfläche oder für das Plasma-Ätzen einer Oberfläche. Der divergente Plasmastrahl 3 kann im letzteren Fall dynamisch den räumlich zeitlichen Ände- rungen durch Änderungen des Magnetfeldes 7,8 angepasst werden.

Claims

Patentansprüche
1. Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle mit einem Plasmaraum (6) und elektrischen Mitteln zum Zünden und Erhalt eines Plasmas sowie einer Austrittsöffnung mit einem Extraktionsgitter (5) zur Extraktion eines Plasmastrahls (3) aus dem Plasmaraum (6), dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung (9, 10, 11 , 11a) zur Erzeugung eines Magnetfeldes (7, 8) vorgesehen ist, mit dem eine Divergenz des Plasmastrahls (3) bewirkbar ist.
2. Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld (7, 8) zumindest außerhalb des Plasmaraums (6) als divergentes Magnetfeld ausgebildet ist.
3. Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle nach zumindest einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Magneteinrichtung (1 ) vorgesehen ist mittels der im Plasmaraum (6) ein in einer xy-Ebene liegendes transversales homogenes Magnetfeld (2) zur Erhöhung der Plasmadichte erzeugbar ist.
4. Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld (7, 8) im Plasmaraum (6) als zur xy-Ebene senkrechtes homogenes Magnetfeld ausgebildet ist.
5. Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Erzeugung des Magnetfeldes (7, 8) aus einer Zylinderspule (11 ) besteht.
6. Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Erzeugung des Magnetfeldes (7,8) eine Spiegelmagnetvorrichtung (9, 10) umfasst.
7. Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Plasmaraum (6) eine zu einer xy- Ebene senkrechte Achse (S) aufweist.
8. Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld (7, 8) eine zur Achse (S) des Plasmaraums (6) parallel angeordnete Achse (T) aufweist.
9. Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld (7, 8) mittels einer Spule (11a) mit einer Achse (T), welche gegenüber der Achse (S) des Plasmaraums (6) um einen Winkel α gekippt ist, erzeugbar ist.
10. Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (9, 10, 11 , 11a) und/oder die Magneteinrichtung (1) zumindest eine Magnetspule aufweist.
11. Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (9, 10, 11 , 11a) und/oder die Magneteinrichtung (1 ) zumindest einen Permanentmagneten aufweist.
12. Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (9, 10, 1 1 , 11 a) und/oder die Magneteinrichtung (1 ) außerhalb des Plasmaraums (6) angeordnet sind.
13. Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Extraktionsgitter (5) planar ausgebildet ist.
14. Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch gezielte Formgebung und Ausgestaltung des Extraktionsgitters (5) ein divergenter Plasmastrahl (3) bewirkbar ist.
15. Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Extraktionsgitter (5) eine gekrümmte Oberfläche aufweist.
16. Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Extraktionsgitter (5) relativ zum Plasmaraum (6) konkav oder konvex ausgebildet ist.
17. Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Extraktionsgitter (5) über zumindest einen Teilbereich seiner Fläche inhomogen ausgebildet ist.
18. Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Extraktionsgitter (5) Maschen aufweist mit einer Maschenweite, die geringer ist als die Dicke der Raumladungszone zwischen Extraktionsgitter (5) und dem Plasma im Plasmaraum (6).
19. Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Extraktionsgitter (5) Maschen aufweist mit einer Maschenweite, die gleich oder größer ist als die Dicke der Raumladungszone zwischen Extraktionsgitter (5) und dem Plasma im Plasmaraum (6).
20. Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasma nach dem ECWR-Prinzip erzeugt wird.
21. Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anpassungsnetzwerk zum Einkoppeln von Hochfrequenzleistung in den Plasmaraum (6) vorgesehen ist.
22. Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassungsnetzwerk mit einer Induktionsschleife (17) zur Erzeugung des Plasmas und einer Energieelektrode (19) zum Einstellen einer Plasmastrahlenergie verbunden ist.
23. Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassungsnetzwerk einen primären Schaltkreis mit zu- mindest einem variablen Kondensator (13) und einer Hochfrequenzspule (14) und einen sekundären Schaltkreis mit einer Hochfrequenzspule (16) und einem variablen Kondensator (18) der mit der Energieelektrode (19) verbunden ist, aufweist.
24. Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle nach zumindest einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine Energieversorgungseinheit (15) für die Induktionsschleife (17) und die Energieelektrode (19) vorgesehen ist.
25. Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Vakuumkammer (20), der Austrittsöffnung zugeordnet, eine gekrümmte Oberfläche (K), vorzugsweise eine Kalotte mit Substraten (22), zur Bestrahlung mit dem Plasmastrahl (3) angeordnet ist.
26. Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Verdampfungsquelle vorgesehen ist.
27. Vakuumkammer mit einem Gehäuse, einer Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle (23) und einer zu bestrahlenden Oberfläche (K), dadurch gekennzeichnet, dass die Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle (23) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
28. Vakuumkammer nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die zu bestrahlende Oberfläche (K) gekrümmt, vorzugsweise eine Kalotte ist.
29. Vakuumkammer nach zumindest einem der Ansprüche 27 und 28, dadurch gekennzeichnet, dass die zu bestrahlende Oberfläche vorzugsweise in Kreisringen ange- ordnete Substrate (22) umfasst.
30. Verfahren zum Bestrahlen einer Oberfläche mit einem Plasmastrahl einer Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle, dadurch gekennzeichnet, dass ein divergenter Plasmastrahl (3) verwendet wird und die Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle (23) nach einem der Ansprüche 1 bis 26 ausgebildet ist.
31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erreichung einer hohen Homogenität der Plasmastrahldichte auf zumindest einem Teilbereich der O- berfläche, der Plasmastrahl (3) durch von der Vorrichtung (9, 10, 1 1 , 11a) und/oder der Magneteinrichtung (1) erzeugte Magnetfelder (2, 7, 8) geformt wird.
PCT/EP2004/007615 2003-07-15 2004-07-09 Hochfrequenzquelle zur erzeugung eines durch magnetfelder geformten plasmastrahls und verfahren zum bestrahlen einer oberfläche WO2005008717A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2003131926 DE10331926A1 (de) 2003-07-15 2003-07-15 Hochfrequenzquelle zur Erzeugung eines durch Magnetfelder geformten Plasmastrahls und Verfahren zum Bestrahlen einer Oberfläche
DE10331926.3 2003-07-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2005008717A2 true WO2005008717A2 (de) 2005-01-27
WO2005008717A3 WO2005008717A3 (de) 2005-05-26

Family

ID=34071669

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2004/007615 WO2005008717A2 (de) 2003-07-15 2004-07-09 Hochfrequenzquelle zur erzeugung eines durch magnetfelder geformten plasmastrahls und verfahren zum bestrahlen einer oberfläche

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE10331926A1 (de)
WO (1) WO2005008717A2 (de)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009018912A1 (de) 2009-04-28 2010-11-18 Leybold Optics Gmbh Verfahren zur Erzeugung eines Plasmastrahls sowie Plasmaquelle
DE102009001997B4 (de) * 2009-02-14 2012-06-28 Miwe Michael Wenz Gmbh Absorptionskältemaschine mit wässrigem Kältemittel
US8642959B2 (en) 2007-10-29 2014-02-04 Micron Technology, Inc. Method and system of performing three-dimensional imaging using an electron microscope
US8698400B2 (en) 2009-04-28 2014-04-15 Leybold Optics Gmbh Method for producing a plasma beam and plasma source
WO2016156496A1 (de) 2015-03-31 2016-10-06 Bühler Alzenau Gmbh Verfahren zur herstellung von beschichteten substraten
CZ306854B6 (cs) * 2016-07-27 2017-08-09 Univerzita PalackĂ©ho Způsob vytváření tenkých depozičních vrstev pomocí nízkotlakého plazmatu a zařízení k provádění tohoto způsobu

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007051444B4 (de) * 2007-10-25 2012-11-08 Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Trockenätzen von kontinuierlich bewegten Materialien

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5156703A (en) * 1987-03-18 1992-10-20 Hans Oechsner Mthod for the surface treatment of semiconductors by particle bombardment
US5527394A (en) * 1991-06-08 1996-06-18 Fraunhofer Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. Apparatus for plasma enhanced processing of substrates
US6537668B1 (en) * 1996-05-31 2003-03-25 United Module Corporation, Inc. Recording media having protective overcoats of highly tetrahedral amorphous carbon and methods for their production

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4158589A (en) * 1977-12-30 1979-06-19 International Business Machines Corporation Negative ion extractor for a plasma etching apparatus
IT1269413B (it) * 1994-10-21 1997-04-01 Proel Tecnologie Spa Sorgente di plasma a radiofrequenza
GB2299137B (en) * 1995-03-20 1999-04-28 Matra Marconi Space Uk Ltd Ion thruster
DE10008482A1 (de) * 2000-02-24 2001-09-13 Ccr Gmbh Beschichtungstechnolo Hochfrequenz-Plasmaquelle

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5156703A (en) * 1987-03-18 1992-10-20 Hans Oechsner Mthod for the surface treatment of semiconductors by particle bombardment
US5527394A (en) * 1991-06-08 1996-06-18 Fraunhofer Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. Apparatus for plasma enhanced processing of substrates
US6537668B1 (en) * 1996-05-31 2003-03-25 United Module Corporation, Inc. Recording media having protective overcoats of highly tetrahedral amorphous carbon and methods for their production

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8642959B2 (en) 2007-10-29 2014-02-04 Micron Technology, Inc. Method and system of performing three-dimensional imaging using an electron microscope
US9390882B2 (en) 2007-10-29 2016-07-12 Micron Technology, Inc. Apparatus having a magnetic lens configured to diverge an electron beam
DE102009001997B4 (de) * 2009-02-14 2012-06-28 Miwe Michael Wenz Gmbh Absorptionskältemaschine mit wässrigem Kältemittel
DE102009018912A1 (de) 2009-04-28 2010-11-18 Leybold Optics Gmbh Verfahren zur Erzeugung eines Plasmastrahls sowie Plasmaquelle
US8698400B2 (en) 2009-04-28 2014-04-15 Leybold Optics Gmbh Method for producing a plasma beam and plasma source
WO2016156496A1 (de) 2015-03-31 2016-10-06 Bühler Alzenau Gmbh Verfahren zur herstellung von beschichteten substraten
US11814718B2 (en) 2015-03-31 2023-11-14 Bühler Alzenau Gmbh Method for producing coated substrates
CZ306854B6 (cs) * 2016-07-27 2017-08-09 Univerzita PalackĂ©ho Způsob vytváření tenkých depozičních vrstev pomocí nízkotlakého plazmatu a zařízení k provádění tohoto způsobu

Also Published As

Publication number Publication date
WO2005008717A3 (de) 2005-05-26
DE10331926A1 (de) 2005-02-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0349555B1 (de) Hochfrequenz-ionenquelle
EP0326824B1 (de) Teilchenquelle für eine reaktive Ionenstrahlätz- oder Plasmadepositionsanlage
DE102007010463B4 (de) Vorrichtung zur Feldemission von Teilchen
DE69019741T2 (de) Ionenstrahlkanone.
DE69325650T2 (de) Einrichtung zur Erzeugung magnetischer Felder in Arbeitsspalten, die zur Bestrahlung einer Fläche mit atomaren und molekularen Ionen nutzbar sind
DE69723127T2 (de) Quelle für schnelle Atomstrahlen
DE68915014T2 (de) Gerät zur Bildung dünner Schichten und durch Mikrowellen-Zerstäubung arbeitende Ionenquelle.
DE68924413T2 (de) Radiofrequenzinduktion/Mehrpolplasma-Bearbeitungsvorrichtung.
DE19983211B4 (de) System und Verfahren der Substratverarbeitung sowie deren Verwendung zur Hartscheibenherstellung
EP0876677A1 (de) Ionenquelle für eine ionenstrahlanlage
DE2237252A1 (de) Ionenquelle mit hochfrequenz-hohlraumresonator
EP2849204A1 (de) Plasmaerzeugungsvorrichtung
DE69512371T2 (de) Magnetisch verbesserte multiple kapazitive plasmagenerationsvorrichtung und verfahren
EP1290926B1 (de) Hochfrequenz-plasmaquelle
DE112009001457T5 (de) Sputter-Vorrichtung
EP0090067B1 (de) Reaktor für das reaktive Ionenätzen und Ätzverfahren
WO2005008717A2 (de) Hochfrequenzquelle zur erzeugung eines durch magnetfelder geformten plasmastrahls und verfahren zum bestrahlen einer oberfläche
DE3688860T2 (de) Mittels Elektronenstrahl angeregte Ionenstrahlquelle.
DE69303409T2 (de) Ionenimplantergerät
EP2425445B1 (de) Verfahren zur erzeugung eines plasmastrahls sowie plasmaquelle
DE102004043967B4 (de) Anordnung und Verfahren zur Plasmabehandlung eines Substrates
EP1614138B1 (de) Hochfrequenz-plasmastrahlquelle und verfahren zum bestrahlen einer oberfläche
DE102004011118B4 (de) Extraktionselektrode mit Lochblendenmuster für eine Plasmastrahlquelle
DE19928053C2 (de) Anordnung zur Erzeugung eines Niedertemperaturplasmas durch eine magnetfeldgestützte Kathodenentladung
DE10240337B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Separation von Partikeln aus einem von einem Target zur Beschichtung eines Substrates erzeugten Plasma im Vakuum

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase