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Title:
HIGH FREQUENCY CELL FOR PRODUCING A PLASMA JET FORMED BY MAGNETIC FIELDS, AND METHOD FOR IRRADIATING A SURFACE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/008717
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a high frequency plasma jet source (23) comprising a plasma chamber (6) for a plasma, electrical means for igniting and obtaining a plasma, and an outlet comprising an extraction grid (5) for extracting a plasma jet (3) from the plasma chamber (6). According to the invention, a device is provided for producing a magnetic field (7, 8) by which means the plasma jet (3) can be diverged. The invention also relates to a vacuum chamber (22) comprising a housing (21), a surface (K) to be irradiated, and a high frequency plasma jet source (23) by which means a divergent plasma jet (3) can be produced. The invention further relates to a method for irradiating a surface by means of a high frequency plasma jet source (23), using a divergent plasma jet (3).

Inventors:
BECKMANN RUDOLF (DE)
OECHSNER HANS (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/007615
Publication Date:
January 27, 2005
Filing Date:
July 09, 2004
Export Citation:
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Assignee:
LEYBOLD OPTICS GMBH (DE)
BECKMANN RUDOLF (DE)
OECHSNER HANS (DE)
International Classes:
H01J37/32; (IPC1-7): H01J37/00
Foreign References:
US5156703A1992-10-20
US6537668B12003-03-25
US5527394A1996-06-18
Attorney, Agent or Firm:
Pohlmann, Bernd Michael (Günthersburgallee 40, Frankfurt am Main, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. HochfrequenzPlasmastrahlquelle mit einem Plasmaraum (6) und elektrischen Mitteln zum Zünden und Erhalt eines Plasmas sowie einer Austrittsöffnung mit einem Extrak tionsgitter (5) zur Extraktion eines Plasmastrahls (3) aus dem Plasmaraum (6), da durch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung (9,10, 11, 11 a) zur Erzeugung eines Magnetfeldes (7, 8) vorgesehen ist, mit dem eine Divergenz des Plasmastrahls (3) bewirkbar ist.
2. HochfrequenzPlasmastrahlquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld (7,8) zumindest außerhalb des Plasmaraums (6) als divergentes Magnetfeld ausgebildet ist.
3. HochfrequenzPlasmastrahlquelle nach zumindest einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Magneteinrichtung (1) vorgesehen ist mittels der im Plasmaraum (6) ein in einer xyEbene liegendes transversales homogenes Magnetfeld (2) zur Erhöhung der Plasmadichte erzeugbar ist.
4. HochfrequenzPlasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld (7, 8) im Plasmaraum (6) als zur xyEbene senkrechtes homogenes Magnetfeld ausgebildet ist.
5. HochfrequenzPlasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Erzeugung des Ma gnetfeldes (7,8) aus einer Zylinderspule (11) besteht.
6. HochfrequenzPlasmastrahlquelle nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Erzeugung des Magnetfeldes (7, 8) eine Spiegelmagnetvorrichtung (9,10) umfasst.
7. HochfrequenzPlasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Plasmaraum (6) eine zu einer xy Ebene senkrechte Achse (S) aufweist.
8. HochfrequenzPlasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld (7,8) eine zur Achse (S) des Plasmaraums (6) parallel angeordnete Achse (T) aufweist.
9. HochfrequenzPlasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden An sprüche, 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 a gekippt ist, erzeugbar ist.
10. HochfrequenzPlasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (9,10, 11, 11 a) und/oder die Magneteinrichtung (1) zumindest eine Magnetspule aufweist.
11. HochfrequenzPlasmastrahlquelle 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. HochfrequenzPlasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (9,10, 11, 11a) und/oder die Magneteinrichtung (1) außerhalb des Plasmaraums (6) angeordnet sind.
13. HochfrequenzPlasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Extraktionsgitter (5) planar ausgebildet ist.
14. HochfrequenzPlasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch gezielte Formgebung und Ausgestal tung des Extraktionsgitters (5) ein divergenter Plasmastrahl (3) bewirkbar ist.
15. HochfrequenzPlasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Extraktionsgitter (5) eine gekrümmte Oberfläche aufweist.
16. HochfrequenzPlasmastrahlquelle nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Extraktionsgitter (5) relativ zum Plasmaraum (6) konkav oder konvex aus gebildet ist.
17. HochfrequenzPlasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Extraktionsgitter (5) über zumindest einen Teilbereich seiner Fläche inhomogen ausgebildet ist.
18. HochfrequenzPlasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Extraktionsgitter (5) Maschen aufweist mit einer Maschenweite, die geringer ist als die Dicke der Raumladungszone zwi schen Extraktionsgitter (5) und dem Plasma im Plasmaraum (6).
19. HochfrequenzPlasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Extraktionsgitter (5) Maschen aufweist mit einer Maschenweite, die gleich oder größer ist als die Dicke der Raumiadungszo ne zwischen Extraktionsgitter (5) und dem Plasma im Plasmaraum (6).
20. HochfrequenzPlasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasma nach dem ECWRPrinzip er zeugt wird.
21. HochfrequenzPlasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anpassungsnetzwerk zum Einkoppeln von Hochfrequenzleistung in den Plasmaraum (6) vorgesehen ist.
22. HochfrequenzPlasmastrahlquelle 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. HochfrequenzPlasmastrahlquelle 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 ei nen sekundären Schaltkreis mit einer Hochfrequenzspule (16) und einem variablen Kondensator (18) der mit der Energieelektrode (19) verbunden ist, aufweist.
24. HochfrequenzPlasmastrahlquelle nach zumindest einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine Energieversorgungseinheit (15) für die In duktionsschleife (17) und die Energieelektrode (19) vorgesehen ist.
25. HochfrequenzPlasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Vakuumkammer (20), der Aus trittsöffnung zugeordnet, eine gekrümmte Oberfläche (K), vorzugsweise eine Kalotte mit Substraten (22), zur Bestrahlung mit dem Plasmastrahl (3) angeordnet ist.
26. HochfrequenzPlasmastrahlquelle nach zumindest einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Verdampfungsquelle vor gesehen ist.
27. Vakuumkammer mit einem Gehäuse, einer HochfrequenzPlasmastrahlquelle (23) und einer zu bestrahlenden Oberfläche (K), dadurch gekennzeichnet, dass die HochfrequenzPlasmastrahlquelle (23) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
28. Vakuumkammer nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die zu bestrah lende Oberfläche (K) gekrümmt, vorzugsweise eine Kalotte ist.
29. Vakuumkammer nach zumindest einem der Ansprüche 27 und 28, dadurch gekenn zeichnet, dass die zu bestrahlende Oberfläche vorzugsweise in Kreisringen ange ordnete Substrate (22) umfasst.
30. Verfahren zum Bestrahlen einer Oberfläche mit einem Plasmastrahl einer Hochfre quenzPlasmastrahlquelle, dadurch gekennzeichnet, dass ein divergenter Plasma strahl (3) verwendet wird und die HochfrequenzPlasmastrahlquelle (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, 11, 11 a) und/oder der Magneteinrichtung (1) erzeugte Magnetfelder (2,7, 8) geformt 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 lonen als geladene Teilchen. Die lonen 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 Verfah- ren, bei denen Material aus einer Materialquelle, typischerweise einer Verdampferquelle, verdampft wird und sich auf einem Substrat niederschlägt. Das auf dem Substrat auf- wachsende Material wird mit einer reaktiven Komponente aus einem Plasma, beispiels- weise 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 be- aufschlagt, 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, ange- strebt. 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 be- trachtet.

Aus dem europäischen Patent EP 349 556 B1 ist eine Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle zur Sicherstellung eines möglichst großflächigen homogenen Beschusses von Oberflä-

chen mit Atom-oder Molekülionenstrahlen einer hohen Paralielität bekannt. Die Öffnung der Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle ist dabei mit einem Extraktionsgitter versehen, wel- ches eine geringe Maschenweite aufweist, um ein Hindurchtreten des Plasmas durch die- ses 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 ei- ne 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 Extraktions- gitters zu vermeiden, wird die Gitterhalterung des Extraktionsgitters der bekannten Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle mit einer Nachspannvorrichtung versehen. Es ist üb- lich, den Durchmesser der Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle zu vergrößern, um eine großflächigere Bestrahlung zu ermöglichen. Dies erhöht jedoch die Kosten und stößt zu- dem 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 Plasma- strahls ist es ferner bekannt, ein weiteres Magnetfeld zu überlagern. Damit kann der Plasmastrahl im Bereich des Exaktionsgitters fokussiert, ausgeweitet oder in eine ge- wünschte 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 müs- sen. Dies hat zur Folge, dass häufig eine großflächige Bestrahlung nicht mit der ge- wünschten 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 er- zeugt.

Ein Vorteil der Erfindung ist, dass es durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Hoch- frequenz-Plasmastrahlquelle gelingt, auch auf Substraten, die auf einer Kalotte angeord- net sind, großflächig homogene Schichten abzuscheiden oder größere Flächen zu reini- gen.

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 Plasma- strahlquelle 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 Extrakti- onsgitters der Plasmastrahlquelle erzeugt werden. Besonders bevorzugt ist eine Kombi- nation 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 bestrah- lende Oberfläche gekrümmt ist, also beispielsweise eine Kalottenform aufweist.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Anpassungsnetzwerk zum Einkoppeln von Hoch- frequenzleistung in den Plasmaraum einer Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle. Eine be- sonders 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 Spiegel- magnet-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 Ge- häuse 4 angeordnet, welches ein vom Gehäuse 4 elektrisch getrenntes Extraktionsgitter 5 im Bereich einer Austrittsöffnung aufweist. Durch ein homogenes transversales Magnet- feld 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 ei- ner Längsachse S ausgebildet. Der Plasmastrahl 3 tritt durch das vorzugsweise eine hohe Transmission aufweisende Extraktionsgitter 5 in Richtung der Längsachse S, die in die- sem 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 ge- zeigt. Unter einem divergenten Plasmastrahl 3 soll ein Plasmastrahl verstanden werden, der zumindest in einer Richtung senkrecht zur Hauptstrahirichtung 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 Schich- ten 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 über- lagerte 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 Ma- gnetfeldstärke mit zunehmender Entfernung vom Plasmaraum 6 bzw. vom Extraktionsgit- ter 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 ver- besser. Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Quelle nach dem ECWR-Prinzip be- trieben, wobei quer zur Achse 5 in der x-y-Ebene ein transversales homogenes Magnet- feld 2 erzeugt wird. Zumindest in diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn das überlagerte Ma- gnetfeld 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 Ring- spule 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 um- gibt. 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 Plasma- raum 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 11a kann auch eine Spiegelmagnetanordnung verwendet werden. Da das Magnetfeld der Spule 11a 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 wer- den. 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 ausgebil- deten 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, son- dern 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 Raumiadungszone 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 : 3 d=> X U4 9-y M) OM mit so : Dielektrizitätskonstante des Vakuums e : Elementarladung mi Masse der beteiligten Ionen U : Spannungsabfall zwischen dem Plasmarand und dem Extraktionsgitter 5 (entspricht der Extraktionsspannung) Zur Bestimmung einer erfindungsgemäßen vergrößerten Maschenweite des Extraktions- gitters 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 Span- nungsabfall zwischen ca. 50 und ca. 370 Volt. Die Dicke d in einem bevorzugten Span- nungsbereich 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 Raumia- dungszone geringer als 2 mm.

Die Maschenstruktur des Extraktionsgitters beeinflusst die Form der Raumiadungszone.

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 ge- nug sein, damit das Plasma nicht merklich durch die Austrittsöffnung entweicht.

Wird das Extraktionsgitter 4 nicht planar, sondern gekrümmt ausgebildet, so bildet sich ei- ne 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 so- wohl 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 ver- wendeten Blenden wird vorzugsweise empirisch anhand der erreichten Bestrahlungser- gebnisse bestimmt.

Für einen optimierten Betrieb der Hf-Plasmastrahlquelle ist ein Anpassungsnetzwerk vor- gesehen, um den Innenwiderstand eines Hochfrequenz-Generators auf die Verbraucher- impedanz abzustimmen.

In Figur 6 ist ein bevorzugtes Anpassungsnetzwerk gezeigt, das einen Hochfrequenz- Generator 15 für einen Primär-und Sekundärkreis an eine Hf-Plasmastrahlquelle ankop- pelt, wie beispielsweise aus dem Artikel von J. P. Rayner et al : "Radio frequency matching for helicon plasma sources", J. Vac. Scl. 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 Anre- gung 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 Energie- elektrode 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 Versor- gungseinheit (Hochfrequenz-Generator 15) die lnduktionsschleife 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 wer- den.

Bevorzugt wird die Anordnung gemäß Figur 6 in Verbindung mit einer Vorrichtung und/oder einer Magneteinrichtung eingesetzt, wie sie im Zusammenhang mit den vorer- wähnt 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 aufgebau- ten 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 Vaku- umkammer sind ferner auf der als Kalotte ausgebildeten Oberfläche K Substrate 22 an- geordnet. 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 Oberflä- che 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 großflächi- ge 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. Be- sonders geeignet ist ein derartiges Verfahren für das Auftragen einer Beschichtung oder einer Modifikation einer Oberfläche oder für das Plasma-Ätzen einer Oberfläche. Der di- vergente Plasmastrahl 3 kann im letzteren Fall dynamisch den räumlich zeitlichen Ände- rungen durch Änderungen des Magnetfeldes 7, 8 angepasst werden.