WO1999001886A1 - Plasma reactor with impingement flow for treating surfaces - Google Patents

Plasma reactor with impingement flow for treating surfaces Download PDF

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WO1999001886A1
WO1999001886A1 PCT/DE1998/001780 DE9801780W WO9901886A1 WO 1999001886 A1 WO1999001886 A1 WO 1999001886A1 DE 9801780 W DE9801780 W DE 9801780W WO 9901886 A1 WO9901886 A1 WO 9901886A1
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gas
electrode
plasma
treatment chamber
plasma treatment
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PCT/DE1998/001780
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Bentsian Elkine
Joachim Mayer
Christian Oehr
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244Gas supply means
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber

Definitions

  • the present invention relates to a plasma reactor for treating flat substrates or those with an uneven surface contour, the gas flow is improved, and a method for plasma treatment of such substrates.
  • Plasmas are partially or fully ionized gases and vapors, the particles of which also contain a large number of excited states. They can be generated and maintained by electromagnetic fields.
  • the ions, electrons, molecules in electronically excited states present in the plasma and the existing radiation activate and / or etch surfaces or, in the case of many (in particular organic) substances, initiate polymerizations in the gas phase and layer formation on the surface of substrates.
  • Modification activation e.g. Plasma oxidation e.g. Hydrophilization Structure Plasma Polymerization Plasma CVD
  • Plasma treatments are carried out under vacuum in special reactors. It is usually important that the substrate is treated evenly.
  • the most important prerequisite for uniform treatment is that the performance and material are uniformly uniform for all surfaces to be treated (or coated). This depends on the distribution of the electric fields and gas flows. Almost uniform distribution of electric fields is achieved in the so-called parallel plate reactor [see HV Boenig, Fundamentals of Plasma Chemistry and Plasma Technology, Technomic Publishing AG, Lancaster & Basel, 1988].
  • the reactors of this type are therefore particularly widespread.
  • the reaction gases are led parallel to the substrate and implemented in the chemical reactions. These reactions can lead to both material depletion (eg through depositions) and an increase in the number of moles (eg through fragmentation of starting molecules). Therefore the gas composition at the gas inlet is different than at the gas outlet. This leads to uneven treatment. This phenomenon can be reduced by increasing the gas flow, but at the price of a lower yield and possibly a deterioration in the layer quality.
  • a so-called "radial flow reactor” [A.R. Reinberg, Ann. Rev. Mater. Sci., V.9, pp.341-372 (1979)].
  • the process gas is either supplied or extracted through an opening in the middle of an electrode.
  • the gas flow is radially symmetrical.
  • the maximum substrate size for a uniform coating must be much smaller than the reactor dimensions (e.g. 4-inch wafers in a 22-inch reactor).
  • the exact adjustment of the gas flow and the RF power is also necessary for a uniform coating, and the system is not easily scalable.
  • a "shower electrode” is used, ie the gas inlet is distributed over the surface of the electrode.
  • the baffle flow that is favorable for the plasma interaction eg deposition
  • the undesired concentration gradients in the gas phase are reduced somewhat, but not completely eliminated.
  • the object of the invention is to provide a system for the treatment of flat substrates or those with an uneven surface contour in a glow discharge low-temperature plasma and a method for treating flat or three-dimensionally shaped substrates, which ensures increased uniformity of the gas treatment.
  • reactors according to claim 3 which have a modular structure.
  • FIGS. 1 to 12 Special configurations of the reactor are shown in FIGS. 1 to 12, in which:
  • Figure 1 shows an embodiment of the invention with a modular structure in the side
  • FIG. 2 shows the same configuration, but in the sectional planes A and B of FIG. 1, FIGS. 3a and 3b each show configurations in which the gas can also be conducted with the aid of tubes onto a substrate with an uneven surface contour at a constant distance,
  • Figure 4 shows a likewise modular design in lateral cross section, in which the upper electrode fastens a frame with parallel to each other
  • FIG. 7 shows a gas supply device of FIG. 5 in a lateral section
  • Figure 8 shows the same device from above in two different cutting heights G, H, - Figure 9 shows the same device in side section I-J
  • FIG. 10 shows the configuration as in FIG. 4, but with additional waveguides and antennas for the feeding of microwaves into the plasma treatment chamber,
  • FIG. 11 shows the configuration of FIG. 10 from above in two different sectional planes K, L,
  • FIG. 12 shows a device with a likewise modular construction in a lateral section, in which the upper electrode comprises, as in FIG. 4, a frame with gas supply devices arranged in parallel, but in this case in FIG Are in the form of elongated tubes with outlet openings directed towards the plasma treatment chamber,
  • FIG. 13 shows the device of FIG. 12 from above at the cutting height X, Y, and FIG. 14 shows an embodiment similar to that shown in FIG. 12, but in which the outlet openings of the elongated tubes are directed away from the plasma treatment chamber and towards reflectors which do so Distribute gas diffusely in the direction of the substrate.
  • the plasma electrode reactor comprises a reactor gas inlet through which the gas is introduced into the reactor.
  • the gas then enters a gas distribution space without obstructions such as constrictions or the like, so that it is distributed there with a constant pressure.
  • the gas distribution space is separated from the plasma treatment chamber by a first electrode.
  • the gas is excited to a plasma, whereupon it then strikes as a plasma on a substrate and changes it.
  • the substrate is arranged on a counter electrode opposite the first electrode. For example, it can rest (e.g. if, as is often the case, this electrode extends horizontally, especially if it is impermeable and forms the bottom of the plasma electrode reactor).
  • the substrate can also be attached to or in the vicinity of this second electrode, so that the second electrode does not necessarily have to form the bottom of the system. However, this is preferred.
  • the first electrode through which the gas passes must have gas inlets distributed essentially over its surface. These can be distributed symmetrically or arranged in rows or the like; the geometry of the arrangement is not important. However, it is necessary that the number of gas inlets is sufficient so that the gas which passes essentially perpendicularly and which is deflected only insignificantly strikes the entire surface of the substrate essentially uniformly and in the same amount. It is particularly advantageous if the inlet cross sections of the individual
  • Gas inlets are kept as small as possible. Of course, the smaller the inlet cross-sections, the greater the number of gas inlets.
  • the inlet cross sections of the individual gas inlets are preferably not larger than approximately 15.5 mm ⁇ , more preferably not larger than approximately 7 mm 2, and very particularly preferably not larger than approximately 1 mm ⁇ .
  • the geometry of the gas inlets is not essential, for example they can be round or square or they can also be in the form of elongated slots. In the latter case, the inlet cross section is usually somewhat larger than in the first two cases.
  • the characteristic distance between the inlet and outlet openings is preferably less than that Distance between the gas inlets and the substrate to avoid flows parallel to the substrate surface.
  • the gas After the gas with its constituents that change the substrate has hit it, it should preferably not be drawn off parallel to the substrate, in order to avoid a concentration gradient occurring along the substrate surface. It is therefore provided according to the invention that the gas can also emerge again via gas outlets in the same first electrode, flow through a gas extraction space and then leave the reactor.
  • the gas outlets and the gas extraction space must of course be spatially separated from the gas distribution space and the gas inlets. This principle can be found in a variety of
  • Embodiments vary, which are specifically explained below with the aid of individual examples.
  • the gas is then extracted from the gas extraction space via a reactor gas outlet, for example with the aid of a vacuum pump.
  • the principle according to the invention namely to effect gas inlet and gas outlet through the electrode opposite the substrate to be treated, enables an extremely simple construction of the entire reactor. It is namely not necessary (although of course not excluded) that the components such as electrodes and the like are arranged in an outer reactor chamber which communicates with the surroundings through a gas inlet and outlet. Rather, it is sufficient that the space required for treating the substrate is itself formed by the constituents which are necessarily present anyway.
  • the plasma treatment chamber can be formed by the first electrode (which is equipped with the gas distribution systems described above), the second electrode opposite it which can carry the substrate, and an intermediate frame. If these components are separated from one another and connected to one another by insulating seals, a very simple modular structure is obtained.
  • a cover can be used in a simple manner, which has a recess in its interior, so that when the cover is placed sealingly on the first electrode, such a gas space is formed, which has a reactor gas inlet or outlet can be connected to a vacuum pump or a gas supply device or the like.
  • the other of the two gas spaces can communicate with the environment through a gas inlet or outlet which is guided through the frame of the first electrode.
  • second electrode e.g. in the form of a solid end electrode plate
  • first electrode provided with the gas passage openings also with a fixed outer frame
  • cover in the Floor plan have the same external dimensions, for example rectangular or square when viewed from above, they can be used in a simple manner as modular components which are connected to one another by rubber O-rings or the like or other sealing parts. If necessary, individual of these modular parts can be exchanged in a simple manner for other parts, so that a high variability of configurations of the plasma electrode reactor according to the invention with a small number of components is possible.
  • the intermediate frame lying between the two electrodes can be formed from electrically insulating material.
  • a metal component is sometimes recommended because the selection of vacuum and plasma compatible electrically insulating materials is relatively small.
  • Plastics in the plasma treatment chamber should be avoided if possible due to the high outgassing rate and the degradation under the plasma conditions. Glass and ceramics are therefore particularly suitable as insulating materials, but they are often brittle. Your editing options are usually limited and editing is often expensive. Therefore, if metal or another conductive material is used instead, an insulator should be arranged on the side facing the plasma treatment chamber, so that the uniformity of the electric field is not impaired.
  • Figures 1 and 2 show a reactor with a lower electrode 4, on which the substrate 5 to be treated is placed or otherwise fastened, the intermediate frame 6 made of an electrically insulating material, e.g. Glass or ceramic, and the upper electrode 13, in which the gas distribution system is installed.
  • the intermediate frame 6 made of an electrically insulating material, e.g. Glass or ceramic
  • the upper electrode 13 in which the gas distribution system is installed.
  • the lid 25 is applied to the upper electrode 13 and has a recess within a frame with approximately the same frame width as that of the intermediate frame 6, so that a cavity 29 is formed between the lid and the electrode.
  • a cover plate 2 rests on the electrode 13.
  • the working gas enters through the reactor gas inlet 7 and is evenly distributed over the gas space 17, which forms grooves in the electrode body 13, which are separated from the suction space 29 by the cover plate 2. Then it will evenly through the outlet passages 18 into the plasma treatment room 26.
  • a uniform distribution is given, for example, if the total cross section of the passages of a groove is significantly smaller than the groove cross section and therefore the pressure drop only takes place in the passages.
  • the working gas enters the plasma treatment chamber 26 from the openings 18 and strikes the substrate 5 essentially perpendicularly. If the openings 18 are small enough and the working pressure is selected accordingly, the gas dynamic effects ("impingement flow") can lead, for example, to an excellent deposition of plasma polymerization products on the opposite side, i.e. on the substrate. This is a desirable effect.
  • the diameter will usually not be able to be reduced arbitrarily for manufacturing reasons. For example, openings less than 0.5 to 1 mm can hardly be drilled mechanically. Laser drilling is possible and can be used here, but relatively expensive.
  • a baffle flow effect is achieved, for example, if the distance between the gas outlet openings 18 at a distance of approximately 1.5 cm [in the case of an arrangement with an approximately square pattern, see FIG. 2] and the diameter of the openings is approximately 0.8 mm a distance between the electrode 4 and the substrate 5 of approximately 4 cm, the gas pressure during the treatment in the plasma room being 100 Pa and the gas flowing at 0.5 sccm (standard cubic centimeter) per inlet opening).
  • Passages 19 in the electrode body 13 and openings 20 in the cover plate 2 are provided for evacuating the reactor and suctioning off the reaction products. These passages, like the gas inlet passages 18, are distributed over the electrode surface. Then the gas flow goes through the suction chamber 29 in the cover 25 to the reactor gas outlet 1, which e.g. is connected to a vacuum pump.
  • the sealing between the reactor components 4, 6, 13 and 25 is carried out by rubber O-rings 3.
  • Figures 3a and 3b represent two variants of another embodiment of the reactor according to the invention.
  • the structure of the reactor of Figure 3a is similar to that of Figures 1 and 2.
  • the gas port 7 is used as the reactor gas inlet, and the electrode body 13 has a different construction.
  • the working gas is brought from the space 17 through tubes 8 close to the substrate surface. The above applies to the diameter of the tubes: for an even gas distribution in the plasma treatment chamber, the pressure drop should only occur when the gas passes through the tubes.
  • the exhausted gas is extracted through the openings 19 in the cover plate 27 belonging to the electrode 13 (through which the tubes are also carried out concentrically in the illustration of the figure, but this does not necessarily have to be the case with such an arrangement) through the cavity 28 and through the suction connection 1 in the electrode body 13
  • the tubes are made of an electrically insulating material. In this case, the distribution of the electric fields is not changed significantly compared to a parallel plate reactor.
  • the tubes are made of a conductive material such as metal. This leads to a substantial enlargement of the electrode surface and additionally also to a hollow cathode effect, whereby the plasma efficiency can be significantly improved.
  • Figure 3b shows a specific embodiment of the principle shown in Figure 3a, in which the tubes are held reversibly movable along their longitudinal axis.
  • a pressure plate 42 rests on the electrode 13 and can be pressed or released in the direction of the electrode 13 by means of screws 43.
  • O-rings 41 made of a compressible material, for example an elastomer (rubber), are arranged around the tubes. When the screws 43 are loosened, the O-rings 41 lie so loosely around the tubes that they can slide along their longitudinal axis. If the electrode 13 is placed in this state while the - uneven - substrate 5 is already on the lower electrode 4, the tubes automatically slide into a suitable position. The same applies to the insertion of the substrate if it has flowing contours.
  • the pressure plate 42 can then be tightened using the screws.
  • the contact pressure acting on the O-rings 41 changes their shape in such a way that they now fix the tubes in the resulting position.
  • the gas seal to the gas space 17 is ensured by the O-rings.
  • FIGS. 4 and 5 differs from the configuration according to FIGS. 1 and 2 in the electrode structure and in the gas flow.
  • a cover 25 is in turn applied to the upper electrode 13 such that a cavity 29 is created.
  • the electrode 13 consists of a frame 16 on which gas distributors 15 are mounted.
  • Such a gas distributor is shown in FIGS. 7 to 9; it consists of a body 10 and a cover plate 11 which are glued together or connected in some other way.
  • the working gas is evenly distributed over gas outlet gaps 12, which are between a recess are formed in the body 10 and the cover plate 11.
  • the width of the column 12 can be kept very precise by the webs 31.
  • the webs 31 can be integral components of the body 10 or the plates 11, but they can also be glued on or attached in some other way.
  • the gas is introduced into the gas distributor 15 through a pipe connection 9, which is shown in FIG. 6.
  • the gas distributors are mounted on the frame 16 and fastened by screws 14.
  • the pipe connection 9 ends in the gas channel 24 (a blind hole) which is connected to the gas inlet 7.
  • the evacuation (suction) of the gas takes place through the spaces between the gas distributors 15, further through the cavity 29 in the cover 25 and the connection 1.
  • the gaps between the gas distributors can lead to a hollow cathode effect, which in many cases can increase the plasma efficiency.
  • the effect can possibly be achieved by attaching a flat object, e.g. of a metal sieve 32 are suppressed, which, viewed from the plasma treatment chamber, is arranged in front of the electrode 13 and is electrically connected to it, thus making it a flat electrode.
  • This article can be made of metal or any material provided that it is conductive or coated with a conductive material. Instead of a sieve, a perforated plate or another design with a large number of openings is possible.
  • the advantage of this system is that the gas exit gaps 12 through which the gas enters the plasma treatment chamber 16 can be made very narrow.
  • the gas dynamic effects mentioned in the first embodiment (FIGS. 1 and 2) can thus be achieved in a particularly effective manner.
  • this construction is very simple and economical to manufacture, since a large number of gas inlets can be achieved by connecting only two parts, the body 10 and the cover plate 11. It is not necessary to drill a large number of small holes here.
  • this construction differs from the embodiment of Figures 1 and 2 in that the intermediate frame 6 is made of metal.
  • plastic spacers 33 are therefore used in addition to the O-rings 3. Since the metallic walls of the intermediate frame can play the role of an additional electrode, especially when the system is operated at high frequency, and can thereby impair the uniformity of the distribution of the electric field, disks 23 are made of an insulator, for example Glass provided that shield the metallic walls from the plasma processing chamber.
  • Figures 10 and 11 represent a modification of the embodiment of Figures 4 and 5.
  • the gas flow is the same.
  • the energy is also fed in here
  • Microwaves which are fed in through coaxial (or waveguide) feedthroughs 21, which are introduced in a sealed manner by the cover 25 and further through the spaces between the gas distributors 15 into the plasma treatment space 26. You can e.g. can be radiated into the room 26 by antennas 22. Plasma efficiency is significantly increased by the combined exposure of microwave and radio frequency energy, which is desirable in some cases.
  • FIGS. 12 and 13 show an embodiment in which the gas routing and distribution are implemented in a manner similar to that in FIGS. 4 and 5.
  • tubes 34 with openings 35 are used here as gas distributors.
  • the use of the pipes 34 instead of the gas distributors 15 has the advantage of being particularly simple in construction.
  • the plasma treatment room 26 can optionally be dated
  • Suction chamber 29 in the lid 25 are additionally separated by a metal grid or sieve 39.
  • the pipes can be made of conductive or non-conductive material.
  • FIG. 14 shows an embodiment which is very similar to that of FIGS. 12 and 13.
  • the tubes are arranged so that their openings do not point to the plasma treatment chamber, but in the opposite direction.
  • the escaping gas strikes reflectors 40 here, which reflect the gas diffusely in the direction of the substrate. Although the gas flow is somewhat more diffuse in this embodiment, there are essentially no gas flows parallel to the substrate.
  • the small diameter of the gas outlet openings 18, 35 or columns 12 leads, as already explained, to a baffle flow directed towards the substrate, which is advantageous since in most cases it makes better use of the chemicals and a higher treatment rate (for example deposition or etching) ) enables; it also ensures that the pressure drop only takes place in the outlet openings and the gas flows from all these openings are the same.
  • a baffle flow does not have to be optimal for all treatment methods. If necessary, it can lead to a treatment pattern the substrate that corresponds to the distribution of these openings. In order to avoid this, in special cases, as shown in FIG. 14, the gas flow is first directed in the opposite direction and then diffusely reflected by the gas reflectors 40 in the direction of the substrate.

Abstract

The invention relates to a plasma reactor, comprising a reactor gas inlet (7), a gas distribution chamber (17), a plasma treatment chamber (26) said plasma treatment chamber being delimited by a first electrode (13) and a second electrode (4) located opposite said first electrode, a gas extraction chamber (28, 29), and a reactor gas outlet (1). The first electrode (13) separates the gas distribution chamber (17) from the plasma treatment chamber (26), and is provided with gas inlets (18) essentially spread out over its surface, gas being able to pass from the gas distribution chamber (17) into the plasma treatment chamber (26) through said gas inlets (18). The inventive plasma reactor is characterised in that the first electrode also separates the gas extraction chamber (28, 29) from the plasma treatment chamber (26) and is provided with gas outlets (19) essentially spread out over its surface, gas being able to pass out of the plasma treatment chamber (26) and into the gas extraction chamber (28, 29) through said gas outlets (19). The invention also relates to a method for treating substrates with a glow discharge low temperature plasma. According to the inventive method, plasma is excited in a plasma treatment chamber and the excited plasma impinges on the substrate essentially vertically thereto, said substrate being located in the same chamber. The method is characterised in that the gas is extracted in the opposite direction to that in which it impinges on the substrate, also essentially vertically to the substrate.

Description

Plasmareaktor mit Prallströmung zur OberflächenbehandlungImpact-flow plasma reactor for surface treatment
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Plasmareaktor zum Behandeln von flächigen Substraten oder solchen mit unebener Oberflächenkontur, dessen Gasführung verbessert ist, sowie ein Verfahren zur Plasmabehandlung von solchen Substraten.The present invention relates to a plasma reactor for treating flat substrates or those with an uneven surface contour, the gas flow is improved, and a method for plasma treatment of such substrates.
Plasmen sind teilweise oder vollständig ionisierte Gase und Dämpfe, deren Teilchen außerdem eine große Anzahl angeregter Zustände enthalten. Sie lassen sich durch elektromagnetische Felder erzeugen und aufrechterhalten.Plasmas are partially or fully ionized gases and vapors, the particles of which also contain a large number of excited states. They can be generated and maintained by electromagnetic fields.
Die im Plasma vorhandenen Ionen, Elektronen, Moleküle in elektronisch angeregten Zuständen und die vorhandene Strahlung aktivieren und/ oder ätzen Oberflächen oder leiten bei vielen (insbesondere organischen) Substanzen Polymerisationen in der Gasphase und Schichtbildung auf der Oberfläche von Substraten ein.The ions, electrons, molecules in electronically excited states present in the plasma and the existing radiation activate and / or etch surfaces or, in the case of many (in particular organic) substances, initiate polymerizations in the gas phase and layer formation on the surface of substrates.
Auch üblicherweise nicht sehr reaktionsfähige Verbindungen lassen sich in Plasmen zu chemischen Reaktionen anregen.Compounds that are usually not very reactive can also be excited in chemical reactions in plasmas.
Wesentliche Möglichkeiten der Plasma-Substrat- Wechselwirkung sind in folgender Übersicht zusammengefaßt:The main possibilities of the plasma-substrate interaction are summarized in the following overview:
Materialmaterial
Prozedur organisch anorganisch Abtrag Reinigung, Ätzen z.B. EntfettungProcedure organic inorganic removal cleaning, etching e.g. Degreasing
Modifizierung Aktivierung, z.B. Plasmaoxidation z.B. Hydrophilisierung Aufbau Plasmapolymerisation Plasma-CVDModification activation, e.g. Plasma oxidation e.g. Hydrophilization Structure Plasma Polymerization Plasma CVD
Plasmabehandlungen werden unter Vakuum in speziellen Reaktoren durchgeführt. Dabei ist es meist wichtig, daß das Substrat gleichmäßig behandelt wird.Plasma treatments are carried out under vacuum in special reactors. It is usually important that the substrate is treated evenly.
Die wichtigste Voraussetzung für gleichmäßige Behandlung (insbesondere bei der Schichtabscheidung) ist der für alle zu behandelnde (oder zu beschichtende) Flächen gleichmäßige Leistungs- und Stof feintrag. Dieser hängt von der Verteilung der elektrischen Felder und Gasströmungen ab. Annähernd gleichmäßige Verteilung von elektrischen Feldern wird im sog. Parallelplattenreaktor erreicht [siehe H.V. Boenig, Fundamentals of Plasma Chemistry and Plasma Technology, Technomic Publishing AG, Lancaster & Basel, 1988]. Die Reaktoren von diesem Typus finden deshalb besonders starke Verbreitung. Die Reaktionsgase werden jedoch parallel zum Substrat geführt und bei den chemischen Reaktionen umgesetzt. Diese Umsetzungen können sowohl zu Stoff Verarmung (z.B. durch Depositionen) als auch zu Molzahlerhöhung (z.B. durch Fragmentierung von Ausgangsmolekülen) führen. Deshalb ist die Gaszusammensetzung am Gaseinlaß anders als am Gasauslaß. Dies führt zu einer ungleichmäßigen Behandlung. Durch Erhöhung des Gasflusses kann man diese Erscheinung zurückdämmen, allerdings um den Preis einer geringeren Ausbeute und unter Umständen einer Verschlechterung der Schichtqualität.The most important prerequisite for uniform treatment (especially in the case of layer deposition) is that the performance and material are uniformly uniform for all surfaces to be treated (or coated). This depends on the distribution of the electric fields and gas flows. Almost uniform distribution of electric fields is achieved in the so-called parallel plate reactor [see HV Boenig, Fundamentals of Plasma Chemistry and Plasma Technology, Technomic Publishing AG, Lancaster & Basel, 1988]. The reactors of this type are therefore particularly widespread. However, the reaction gases are led parallel to the substrate and implemented in the chemical reactions. These reactions can lead to both material depletion (eg through depositions) and an increase in the number of moles (eg through fragmentation of starting molecules). Therefore the gas composition at the gas inlet is different than at the gas outlet. This leads to uneven treatment. This phenomenon can be reduced by increasing the gas flow, but at the price of a lower yield and possibly a deterioration in the layer quality.
Außerdem entstehen bei solchen Anlagen Probleme bei der Auf Skalierung der Prozesse: bei größeren zu beschichtenden Oberfläche ist man gezwungen, den Abstand zwischen den Elektroden und insbesondere den Gasfluß überproportional zu erhöhen, um akzeptableIn addition, problems arise when scaling up the processes in such systems: with larger surfaces to be coated, one is forced to increase the distance between the electrodes and in particular the gas flow disproportionately, in order to be acceptable
Gleichmäßigkeit zu erreichen. Das ändert aber die Verhältnisse zwischen den Parametern des Prozesses, und ein Optimum kann oft nur aufgrund einer aufwendigen Versuchsreihe auf der aufskalierten Anlage wieder gefunden werden. Die Ergebnisse, die man auf einer kleineren Laboranlage bekommen hat, können nur bedingt genutzt werden.To achieve uniformity. However, this changes the relationships between the parameters of the process, and an optimum can often only be found again on the scaled-up system due to a complex series of tests. The results obtained on a smaller laboratory system can only be used to a limited extent.
Mit der Absicht, gleichmäßigere Beschichtungen zu erzielen, wurde ein sog. "Radialfluß- Reaktor" [A.R. Reinberg, Ann. Rev. Mater. Sei., V.9, S.341-372 (1979)] entwickelt. In diesem Reaktor wird das Prozeßgas durch eine Öffnung in der Mitte einer Elektrode entweder zugeführt oder abgesaugt. Die Gasströmung ist radialsymmetrisch.With the intention of achieving more uniform coatings, a so-called "radial flow reactor" [A.R. Reinberg, Ann. Rev. Mater. Sci., V.9, pp.341-372 (1979)]. In this reactor, the process gas is either supplied or extracted through an opening in the middle of an electrode. The gas flow is radially symmetrical.
Allerdings muß die maximale Substratgröße für eine gleichmäßige Beschichtung viel geringer sein als die Reaktorabmessungen sind (z.B. 4-Zoll-Wafers in einem 22-Zoll-Reaktor). Auch ist für eine gleichmäßige Beschichtung die genaue Anpassung des Gasstromes und der RF- Leistung notwendig, und das System ist nicht ohne weiteres auf skalierbar.However, the maximum substrate size for a uniform coating must be much smaller than the reactor dimensions (e.g. 4-inch wafers in a 22-inch reactor). The exact adjustment of the gas flow and the RF power is also necessary for a uniform coating, and the system is not easily scalable.
In einer noch weiterer Modifikation, die im japanischen Patent mit der Nummer JP 5902375 beschrieben ist, wird eine "Duschelektrode" verwendet, d.h. der Gaseinlaß wird über die Fläche der Elektrode verteilt. In einem derartigem System realisiert man partiell die für die Plasmawechselwirkung (z.B. Deposition) günstige Prallströmung. Außerdem werden die unerwünschten Konzentrationsgradienten in der Gasphase noch etwas verringert, nicht aber vollständig beseitigt. Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Anlage für die Behandlung von flächigen Substraten oder solchen mit unebener Oberflächenkontur in einem Glimmentladungs- Niedertemperaturplasma sowie ein Verfahren zum Behandeln von flächigen oder dreidimensional geformten Substraten, welches eine erhöhte Gleichmäßigkeit der Gasbehandlung sicherstellt.In yet another modification, which is described in Japanese Patent No. JP 5902375, a "shower electrode" is used, ie the gas inlet is distributed over the surface of the electrode. In such a system, the baffle flow that is favorable for the plasma interaction (eg deposition) is partially realized. In addition, the undesired concentration gradients in the gas phase are reduced somewhat, but not completely eliminated. The object of the invention is to provide a system for the treatment of flat substrates or those with an uneven surface contour in a glow discharge low-temperature plasma and a method for treating flat or three-dimensionally shaped substrates, which ensures increased uniformity of the gas treatment.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Plasmaelektrodenreaktor gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 20. Besonders bevorzugt sind Reaktoren gemäß Anspruch 3, die einen modularen Aufbau aufweisen.This object is achieved by a plasma electrode reactor according to claim 1 and a method according to claim 20. Particularly preferred are reactors according to claim 3, which have a modular structure.
Spezielle Ausgestaltungen des Reaktors sind in den Figuren 1 bis 12 dargestellt, worin:Special configurations of the reactor are shown in FIGS. 1 to 12, in which:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Ausgestaltung mit modularem Aufbau im seitlichenFigure 1 shows an embodiment of the invention with a modular structure in the side
Schnitt zeigt,Cut shows
Figur 2 dieselbe Ausgestaltung, jedoch in den Schnittebenen A und B der Figur 1, zeigt, die Figuren 3a und 3b jeweils Ausgestaltungen zeigen, in denen das Gas mit Hilfe von Röhrchen auch auf ein Substrat mit ungleichmäßiger Oberflächenkontur mit gleichbleibendem Abstand geleitet werden kann,FIG. 2 shows the same configuration, but in the sectional planes A and B of FIG. 1, FIGS. 3a and 3b each show configurations in which the gas can also be conducted with the aid of tubes onto a substrate with an uneven surface contour at a constant distance,
Figur 4 eine ebenfalls modular aufgebaute Ausgestaltung im seitlichen Querschnitt zeigt, in der die obere Elektrode einen Rahmen mit parallel zueinander befestigtenFigure 4 shows a likewise modular design in lateral cross section, in which the upper electrode fastens a frame with parallel to each other
Gasverteilungs(-zuführungs-)vorrichtungen umfaßt, die sich der Länge nach über dieGas distribution (feed) devices which extend lengthwise over the
Elektrode erstrecken,Extend electrode,
Figur 5 dieselbe Ausgestaltung von oben in zwei verschiedenen Schnittebenen E und5 shows the same configuration from above in two different sectional planes E and
F zeigt, - Figur 6 ein Detail dieser Ausgestaltung zeigt, aus dem man die Befestigung derF shows, - Figure 6 shows a detail of this embodiment, from which the attachment of the
Gaszuführungsvorrichtungen im Rahmen der Elektrode erkennen kannCan detect gas supply devices in the frame of the electrode
Figur 7 eine Gaszuführungsvorrichtung der Figur 5 im seitlichen Schnitt zeigt,FIG. 7 shows a gas supply device of FIG. 5 in a lateral section,
Figur 8 dieselbe Vorrichtung von oben in zwei verschiedenen Schnitthöhen G, H zeigt, - Figur 9 dieselbe Vorrichtung im seitlichen Schnitt I-J zeigtFigure 8 shows the same device from above in two different cutting heights G, H, - Figure 9 shows the same device in side section I-J
Figur 10 die Ausgestaltung wie in Figur 4 zeigt, wobei jedoch zusätzlich Hohlleiter und Antennen für die Einspeisung von Mikrowellen in die Plasmabehandlungskammer vorgesehen sind,FIG. 10 shows the configuration as in FIG. 4, but with additional waveguides and antennas for the feeding of microwaves into the plasma treatment chamber,
Figur 11 die Ausgestaltung der Figur 10 von oben in zwei verschiedenen Schnittebenen K,L zeigt,FIG. 11 shows the configuration of FIG. 10 from above in two different sectional planes K, L,
Figur 12 eine Vorrichtung mit ebenfalls modularem Aufbau im seitlichen Schnitt zeigt, worin die obere Elektrode wie bei Figur 4 einen Rahmen mit parallel angeordneten Gaszuführungsvorrichtungen umfaßt, die in diesem Falle jedoch in Form von langgestreckten Röhren mit zur Plasmabehandlungskammer hingerichteten Auslaßöffnungen ausgestaltet sind,FIG. 12 shows a device with a likewise modular construction in a lateral section, in which the upper electrode comprises, as in FIG. 4, a frame with gas supply devices arranged in parallel, but in this case in FIG Are in the form of elongated tubes with outlet openings directed towards the plasma treatment chamber,
Figur 13 die Vorrichtung der Figur 12 von oben in der Schnitthöhe X,Y zeigt, und Figur 14 eine Ausgestaltung ähnlich der in Figur 12 gezeigten darstellt, worin jedoch die Auslaßöffnungen der langgestreckten Röhren von der Plasmabehandlungskammer weg- und auf Reflektoren gerichtet sind, die das Gas diffus in Richtung des Substrates verteilen.FIG. 13 shows the device of FIG. 12 from above at the cutting height X, Y, and FIG. 14 shows an embodiment similar to that shown in FIG. 12, but in which the outlet openings of the elongated tubes are directed away from the plasma treatment chamber and towards reflectors which do so Distribute gas diffusely in the direction of the substrate.
Der erfindungsgemäße Plasmaelektrodenreaktor umfaßt einen Reaktorgaseinlaß, durch den das Gas in den Reaktor eingebracht wird. Anschließend gelangt das Gas ohne Behinderungen wie Verengungen oder dergleichen in einen Gasverteilungsraum, so daß es sich mit gleichbleibendem Druck dort verteilt. Der Gasverteilungsraum ist genauso wie der Gasabsaugraum durch eine erste Elektrode von der Plasmabehandlungskammer getrennt. In letzterer wird das Gas zu einem Plasma angeregt, worauf es sodann als Plasma auf einem Substrat auftrifft und dieses verändert. Das Substrat ist auf einer der ersten Elektrode gegenüberliegenden Gegenelektrode angeordnet. Beispielsweise kann es aufliegen (z.B. wenn, was häufig der Fall ist, diese Elektrode sich waagerecht erstreckt, insbesondere, wenn sie undurchlässig ist und den Boden des Plasmaelektrodenreaktors bildet). Selbstverständlich kann das Substrat auch an oder in der Nähe dieser zweiten Elektrode befestigt sein, so daß die zweite Elektrode nicht zwangsweise den Boden der Anlage bilden muß. Dieses ist jedoch bevorzugt.The plasma electrode reactor according to the invention comprises a reactor gas inlet through which the gas is introduced into the reactor. The gas then enters a gas distribution space without obstructions such as constrictions or the like, so that it is distributed there with a constant pressure. Like the gas extraction space, the gas distribution space is separated from the plasma treatment chamber by a first electrode. In the latter, the gas is excited to a plasma, whereupon it then strikes as a plasma on a substrate and changes it. The substrate is arranged on a counter electrode opposite the first electrode. For example, it can rest (e.g. if, as is often the case, this electrode extends horizontally, especially if it is impermeable and forms the bottom of the plasma electrode reactor). Of course, the substrate can also be attached to or in the vicinity of this second electrode, so that the second electrode does not necessarily have to form the bottom of the system. However, this is preferred.
Damit das Gas im wesentlichen senkrecht, also als "Prallströmung", auf das Substrat auftreffen kann, muß die erste Elektrode, durch die das Gas hindurchtritt, im wesentlichen über ihre Fläche verteilte Gaseinlässe aufweisen. Diese können symmetrisch verteilt oder in Reihen oder dergleichen angeordnet sein; die Geometrie der Anordnung ist nicht von Bedeutung. Erforderlich ist aber, daß die Anzahl der Gaseinlässe ausreichend ist, so daß das im wesentlichen senkrecht hindurchtretende Gas, welches nur unwesentlich abgelenkt wird, auf der gesamten Fläche des Substrates im wesentlichen gleichmäßig und in gleicher Menge auftrifft. Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn die Einlaßquerschnitte der einzelnenIn order for the gas to strike the substrate essentially perpendicularly, that is to say as a "baffle flow", the first electrode through which the gas passes must have gas inlets distributed essentially over its surface. These can be distributed symmetrically or arranged in rows or the like; the geometry of the arrangement is not important. However, it is necessary that the number of gas inlets is sufficient so that the gas which passes essentially perpendicularly and which is deflected only insignificantly strikes the entire surface of the substrate essentially uniformly and in the same amount. It is particularly advantageous if the inlet cross sections of the individual
Gaseinlässe möglichst klein gehalten sind. Selbstverständlich wird die Zahl der Gaseinlässe um so größer sein, je kleiner die Einlaßquerschnitte sind. Bevorzugt sind die Einlaßquerschnitte der einzelnen Gaseinlässe nicht größer als etwa 15,5 mm^, stärker bevorzugt nicht größer als etwa 7 mm2, und ganz besonders bevorzugt nicht größer als etwa 1 mm^. Die Geometrie der Gaseinlässe ist dabei nicht wesentlich, beispielsweise können diese rund oder quadratisch sein oder aber auch in Form von länglichen Schlitzen gebildet sein. Im letzteren Falle ist üblicherweise der Einlaßquerschnitt etwas größer als in den beiden ersteren Fällen. Bevorzugt ist der charakteristische Abstand zwischen den Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen geringer als der Abstand zwischen den Gaseinlässen und dem Substrat, um zu der Substratoberfläche parallele Strömungen zu vermeiden.Gas inlets are kept as small as possible. Of course, the smaller the inlet cross-sections, the greater the number of gas inlets. The inlet cross sections of the individual gas inlets are preferably not larger than approximately 15.5 mm ^, more preferably not larger than approximately 7 mm 2, and very particularly preferably not larger than approximately 1 mm ^. The geometry of the gas inlets is not essential, for example they can be round or square or they can also be in the form of elongated slots. In the latter case, the inlet cross section is usually somewhat larger than in the first two cases. The characteristic distance between the inlet and outlet openings is preferably less than that Distance between the gas inlets and the substrate to avoid flows parallel to the substrate surface.
Nachdem das Gas mit seinen das Substrat verändernden Bestandteilen auf diesem aufgetroffen ist, sollte es möglichst nicht parallel zum Substrat abgezogen werden, um zu vermeiden, daß ein Konzentrationsgradient entlang der Substratoberfläche entsteht. Deshalb ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Gas über Gasauslässe in derselben ersten Elektrode auch wieder austreten kann, durch einen Gasabsaugraum strömt und dann den Reaktor verläßt. Die Gasauslässe und der Gasabsaugraum müssen selbstverständlich vom Gasverteilungsraum und den Gaseinlässen räumlich getrennt sein. Dieses Prinzip läßt sich in einer Vielzahl vonAfter the gas with its constituents that change the substrate has hit it, it should preferably not be drawn off parallel to the substrate, in order to avoid a concentration gradient occurring along the substrate surface. It is therefore provided according to the invention that the gas can also emerge again via gas outlets in the same first electrode, flow through a gas extraction space and then leave the reactor. The gas outlets and the gas extraction space must of course be spatially separated from the gas distribution space and the gas inlets. This principle can be found in a variety of
Ausgestaltungen variieren, die nachstehend anhand von Einzelbeispielen besonders erläutert werden. Aus dem Gasabsaugraum wird das Gas dann über einen Reaktor-Gasauslaß, beispielsweise mit Hilfe einer Vakuumpumpe, abgesaugt.Embodiments vary, which are specifically explained below with the aid of individual examples. The gas is then extracted from the gas extraction space via a reactor gas outlet, for example with the aid of a vacuum pump.
Das erfindungsgemäße Prinzip, nämlich Gaseinlaß und Gasauslaß jeweils durch die dem zu behandelnden Substrat gegenüberliegende Elektrode zu bewirken, ermöglicht einen extrem einfachen Aufbau des gesamten Reaktors. Es ist nämlich nicht erforderlich, (wenn auch natürlich nicht ausgeschlossen), daß die Bestandteile wie Elektroden und dergleichen in einer äußeren Reaktorkammer angeordnet sind, die durch jeweils einen Gasein- und -auslaß mit der Umgebung kommuniziert. Vielmehr ist es ausreichend, daß die erforderlichen Räume für das Behandeln des Substrates von den notwendigerweise sowieso vorhandenen Bestandteilen selbst gebildet werden. So kann beispielsweise die Plasmabehandlungskammer durch die erste Elektrode (die mit den oben beschriebenen Gasverteilungssystemen bestückt ist), die ihr gegenüberliegende zweite Elektrode, die das Substrat tragen kann, sowie einen dazwischenliegenden Rahmen gebildet werden. Wenn diese Bestandteile durch isolierende Dichtungen voneinander getrennt und miteinander verbunden werden, erhält man einen sehr einfachen modularen Aufbau. In bevorzugter, weil sehr einfacher Weise ist es sodann möglich, die für die Gaszufuhr bzw. für den Abtransport des Gases erforderlichen Räume dadurch zu bilden, daß der eine dieser Räume innerhalb der ersten Elektrode bzw. in Nuten, anderen Ausnehmungen oder in Rohren oder anderen Konstrukten innerhalb dieser Elektrode angeordnet ist, während der andere der beiden Räume auf der der Plasmabehandlungskammer abgewandten Seite der Elektrode gebildet wird. Zur Abtrennung dieses letzten genannten Raums von der äußeren Umgebung läßt sich in einfacher Weise ein Deckel verwenden, der in seinem Inneren eine Ausnehmung aufweist, so daß beim dichtenden Aufsetzen des Deckels auf die erste Elektrode ein solcher Gasraum gebildet wird, der über einen Reaktor-Gaseinlaß oder -auslaß mit einer Vakuumpumpe oder einer Gaszufuhrvorrichtung oder dergleichen verbunden sein kann. Der andere der beiden Gasräume kann mit der Umgebung durch einen Gasein- oder -auslaß in Verbindung stehen, der durch den Rahmen der ersten Elektrode geführt wird. Wenn die vier Bestandteile: (1) zweite Elektrode (z.B. in Form einer massiven Abschluß- Elektrodenplatte), (2) isolierender Zwischenrahmen, (3) erste, mit den Gasdurchtrittsöffnungen versehene Elektrode (ebenfalls mit einem festen Außenrahmen) und (4) Deckel im Grundriß dieselben Außenabmessungen besitzen, beispielsweise in der Aufsicht rechteckig oder quadratisch sind, lassen sie sich in einfacher Weise als modulare Bauteile verwenden, die durch O-Ringe aus Gummi oder dergleichen oder andere dichtende Teile miteinander verbunden werden. In einfacher Weise lassen sich dabei gegebenenfalls einzelne dieser modularen Teile gegen andere Teile auswechseln, so daß eine hohe Variabilität von Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Plasmaelektrodenreaktors mit einer geringen Anzahl von Bauteilen möglich ist.The principle according to the invention, namely to effect gas inlet and gas outlet through the electrode opposite the substrate to be treated, enables an extremely simple construction of the entire reactor. It is namely not necessary (although of course not excluded) that the components such as electrodes and the like are arranged in an outer reactor chamber which communicates with the surroundings through a gas inlet and outlet. Rather, it is sufficient that the space required for treating the substrate is itself formed by the constituents which are necessarily present anyway. For example, the plasma treatment chamber can be formed by the first electrode (which is equipped with the gas distribution systems described above), the second electrode opposite it which can carry the substrate, and an intermediate frame. If these components are separated from one another and connected to one another by insulating seals, a very simple modular structure is obtained. In a preferred, because very simple, way, it is then possible to form the spaces required for the gas supply or for the removal of the gas by the fact that one of these spaces within the first electrode or in grooves, other recesses or in pipes or others Constructs is arranged within this electrode, while the other of the two spaces is formed on the side of the electrode facing away from the plasma treatment chamber. To separate this last-mentioned space from the outside environment, a cover can be used in a simple manner, which has a recess in its interior, so that when the cover is placed sealingly on the first electrode, such a gas space is formed, which has a reactor gas inlet or outlet can be connected to a vacuum pump or a gas supply device or the like. The other of the two gas spaces can communicate with the environment through a gas inlet or outlet which is guided through the frame of the first electrode. If the four components: (1) second electrode (e.g. in the form of a solid end electrode plate), (2) insulating intermediate frame, (3) first electrode provided with the gas passage openings (also with a fixed outer frame) and (4) cover in the Floor plan have the same external dimensions, for example rectangular or square when viewed from above, they can be used in a simple manner as modular components which are connected to one another by rubber O-rings or the like or other sealing parts. If necessary, individual of these modular parts can be exchanged in a simple manner for other parts, so that a high variability of configurations of the plasma electrode reactor according to the invention with a small number of components is possible.
Der zwischen den beiden Elektroden liegende Zwischenrahmen kann aus elektrisch isolierendem Material gebildet sein. Jedoch ist manchmal ein Metallbauteil zu empfehlen, weil die Auswahl an vakuum- und plasmakompatiblen elektrisch isolierenden Materialien relativ gering ist. Kunststoffe in der Plasmabehandlungskammer sollte man wegen der hohen Ausgasungsrate und der Degradation unter den Plasmabedingungen nach Möglichkeit vermeiden. Als isolierende Materialien sind daher vor allem Glas und Keramiken geeignet, die jedoch häufig spröde sind. Ihre Bearbeitungsmöglichkeiten sind meist eingeschränkt, und die Bearbeitung ist häufig teuer. Wird deshalb statt dessen Metall oder ein anderes leitendes Material verwendet, sollte jedoch ein Isolator auf der zur Plasmaabhandlungskammer gerichteten Seite angeordnet sein, damit die Gleichmäßigkeit des elektrischen Feldes nicht beeinträchtigt wird.The intermediate frame lying between the two electrodes can be formed from electrically insulating material. However, a metal component is sometimes recommended because the selection of vacuum and plasma compatible electrically insulating materials is relatively small. Plastics in the plasma treatment chamber should be avoided if possible due to the high outgassing rate and the degradation under the plasma conditions. Glass and ceramics are therefore particularly suitable as insulating materials, but they are often brittle. Your editing options are usually limited and editing is often expensive. Therefore, if metal or another conductive material is used instead, an insulator should be arranged on the side facing the plasma treatment chamber, so that the uniformity of the electric field is not impaired.
Nachstehend soll die Erfindung nun anhand von einzelnen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.The invention will now be explained in more detail with reference to individual exemplary embodiments.
Die Figuren 1 und 2 zeigen einen Reaktor mit einer unteren Elektrode 4, auf die das zu behandelnde Substrat 5 aufgelegt oder anders befestigt wird, dem Zwischenrahmen 6 aus einem elektrisch isolierenden Stoff, z.B. Glas oder Keramik, und der oberen Elektrode 13, in die das Gasverteilungssystem eingebaut ist.Figures 1 and 2 show a reactor with a lower electrode 4, on which the substrate 5 to be treated is placed or otherwise fastened, the intermediate frame 6 made of an electrically insulating material, e.g. Glass or ceramic, and the upper electrode 13, in which the gas distribution system is installed.
Auf die obere Elektrode 13 ist der Deckel 25 aufgebracht, der innerhalb eines Rahmens mit etwa derselben Rahmenbreite wie der des Zwischenrahmens 6 eine Ausnehmung aufweist, so daß zwischen Deckel und Elektrode ein Hohlraum 29 gebildet wird. Auf der Elektrode 13 liegt eine Abdeckplatte 2 auf. Das Arbeitsgas tritt durch den Reaktor-Gaseinlaß 7 ein und wird über den Gasraum 17 gleichmäßig verteilt, welcher Nuten im Elektrodenkörper 13 bildet, die durch die Abdeckplatte 2 von dem Absaugraum 29 abgetrennt sind. Anschließend wird es gleichmäßig durch die Austrittsdurchlässe 18 in den Plasmabehandlungsraum 26 geführt. Eine gleichmäßige Verteilung ist z.B. dann gegeben, wenn der Gesamt-Querschnitt der Durchlässe einer Nut wesentlich geringer als der Nutquerschnitt ist und deshalb der Druckabfall erst in den Durchlässen stattfindet.The lid 25 is applied to the upper electrode 13 and has a recess within a frame with approximately the same frame width as that of the intermediate frame 6, so that a cavity 29 is formed between the lid and the electrode. A cover plate 2 rests on the electrode 13. The working gas enters through the reactor gas inlet 7 and is evenly distributed over the gas space 17, which forms grooves in the electrode body 13, which are separated from the suction space 29 by the cover plate 2. Then it will evenly through the outlet passages 18 into the plasma treatment room 26. A uniform distribution is given, for example, if the total cross section of the passages of a groove is significantly smaller than the groove cross section and therefore the pressure drop only takes place in the passages.
Das Arbeitsgas tritt aus den Öffnungen 18 in den Plasmabehandlungsraum 26 ein und trifft im wesentlichen senkrecht auf das Substrat 5 auf. Wenn die Öffnungen 18 klein genug sind und der Arbeitsdruck entsprechend ausgewählt ist, können die gasdynamischen Effekte ("Prallströmung") beispielsweise zu einer vorzüglichen Abscheidung von Plasmapolymerisationsprodukten auf der gegenüberliegenden Seite, d.h auf dem Substrat, führen. Dies ist ein erwünschter Effekt. Allerdings wird der Durchmesser üblicherweise aus fertigungstechnischen Gründen nicht beliebig verringerbar sein. Öffnungen unter 0,5 bis 1 mm beispielsweise lassen sich kaum mehr mechanisch bohren, Laserbohrungen sind zwar möglich und vorliegend einsetzbar, aber relativ teuer. (Ein Prallströmungs-Effekt wird zum Beispiel dann erreicht, wenn der Abstand zwischen den Gasaustrittsöffnungen 18 im Abstand von etwa 1,5 cm [bei einer Anordnung in etwa quadratischem Muster, siehe Figur 2] und der Durchmesser der Öffnungen etwa 0,8 mm bei einem Abstand zwischen Elektrode 4 und Substrat 5 von etwa 4 cm betragen, wobei der Gasdruck während der Behandlung im Plasmaraum bei 100 Pa liegt und das Gas mit 0,5 sccm (Standard cubic centimeter) pro Eintrittsöffnung fließt).The working gas enters the plasma treatment chamber 26 from the openings 18 and strikes the substrate 5 essentially perpendicularly. If the openings 18 are small enough and the working pressure is selected accordingly, the gas dynamic effects ("impingement flow") can lead, for example, to an excellent deposition of plasma polymerization products on the opposite side, i.e. on the substrate. This is a desirable effect. However, the diameter will usually not be able to be reduced arbitrarily for manufacturing reasons. For example, openings less than 0.5 to 1 mm can hardly be drilled mechanically. Laser drilling is possible and can be used here, but relatively expensive. (A baffle flow effect is achieved, for example, if the distance between the gas outlet openings 18 at a distance of approximately 1.5 cm [in the case of an arrangement with an approximately square pattern, see FIG. 2] and the diameter of the openings is approximately 0.8 mm a distance between the electrode 4 and the substrate 5 of approximately 4 cm, the gas pressure during the treatment in the plasma room being 100 Pa and the gas flowing at 0.5 sccm (standard cubic centimeter) per inlet opening).
Zur Evakuierung des Reaktors und dem Absaugen der Reaktionsprodukte sind Durchlässe 19 im Elektrodenkörper 13 sowie Öffnungen 20 in der Abdeckplatte 2 vorgesehen. Diese Durchlässe sind wie auch die Gaseintritts-Durchlässe 18 über die Elektrodenfläche verteilt. Anschließend geht der Gasstrom durch den Absaugraum 29 im Deckel 25 zu dem Reaktor- Gasauslaß 1, der z.B. an eine Vakuumpumpe angeschlossen ist.Passages 19 in the electrode body 13 and openings 20 in the cover plate 2 are provided for evacuating the reactor and suctioning off the reaction products. These passages, like the gas inlet passages 18, are distributed over the electrode surface. Then the gas flow goes through the suction chamber 29 in the cover 25 to the reactor gas outlet 1, which e.g. is connected to a vacuum pump.
Die Abdichtung zwischen den Reaktorbauteilen 4, 6, 13 und 25 erfolgt durch O-Ringe 3 aus Gummi.The sealing between the reactor components 4, 6, 13 and 25 is carried out by rubber O-rings 3.
Die Figuren 3a und 3b stellen zwei Varianten einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Reaktors dar. Der Aufbau des Reaktors der Figur 3a ist dem der Figuren 1 und 2 ähnlich. Der Gasanschluß 7 wird als Reaktor-Gaseinlaß benutzt, und der Elektrodenkörper 13 hat eine andere Konstruktion. Das Arbeitsgas wird aus dem Raum 17 durch Röhrchen 8 nahe an die Substratoberfläche gebracht. Für den Durchmesser der Röhrchen gilt dabei das oben Gesagte: Für eine gleichmäßige Gasverteilung in der Plasmabehandlungskammer soll der Druckabfall erst beim Durchtreten des Gases durch die Röhrchen erfolgen. Die Absaugung des abreagierten Gases erfolgt durch die Öffnungen 19 in der zur Elektrode 13 gehörigen Abdeckplatte 27 (durch die in der Darstellung der Figur konzentrisch auch die Röhrchen durchgeführt werden, was aber nicht zwingend der Fall bei einer solchen Anordnung sein muß) weiterhin durch den Hohlraum 28 und durch den Absaug- Anschluß 1 im Elektrodenkörper 13. Der Vorteil dieser Konstruktion ist, daß sich die Länge der verschiedenen Röhrchen variabel gestalten läßt. Dadurch kann die Gaszufuhr an Substrate 5, die nicht flach sind, sondern eine ungleichmäßige Oberflächenkontur aufweisen (wie in der Figur schematisch gezeigt), herangeführt werden. In einer Ausgestaltung werden die Röhrchen aus einem elektrisch isolierenden Stoff gemacht. Die Verteilung der elektrischen Felder wird in diesem Fall im Vergleich zu einem Parallelplattenreaktor nicht wesentlich geändert. In einer anderen Ausgestaltung werden die Röhrchen aus einem leitenden Stoff wie z.B. Metall gemacht. Dies führt zu einer wesentlichen Vergrößerung der Elektrodenoberfläche und zusätzlich auch zu einem Hohlkathodeneffekt, wobei die Plasmaeffizienz wesentlich verbessert werden kann.Figures 3a and 3b represent two variants of another embodiment of the reactor according to the invention. The structure of the reactor of Figure 3a is similar to that of Figures 1 and 2. The gas port 7 is used as the reactor gas inlet, and the electrode body 13 has a different construction. The working gas is brought from the space 17 through tubes 8 close to the substrate surface. The above applies to the diameter of the tubes: for an even gas distribution in the plasma treatment chamber, the pressure drop should only occur when the gas passes through the tubes. The exhausted gas is extracted through the openings 19 in the cover plate 27 belonging to the electrode 13 (through which the tubes are also carried out concentrically in the illustration of the figure, but this does not necessarily have to be the case with such an arrangement) through the cavity 28 and through the suction connection 1 in the electrode body 13 The advantage of this construction is that the length of the different tubes can be made variable. As a result, the gas supply can be brought to substrates 5 which are not flat but have an uneven surface contour (as shown schematically in the figure). In one embodiment, the tubes are made of an electrically insulating material. In this case, the distribution of the electric fields is not changed significantly compared to a parallel plate reactor. In another embodiment, the tubes are made of a conductive material such as metal. This leads to a substantial enlargement of the electrode surface and additionally also to a hollow cathode effect, whereby the plasma efficiency can be significantly improved.
Figur 3b zeigt eine spezifische Ausgestaltung des in Figur 3a gezeigten Prinzips, in der die Röhrchen entlang ihrer Längsachse reversibel beweglich gehalten werden. Dazu liegt auf der Elektrode 13 eine Anpreßplatte 42 auf, die über Schrauben 43 in Richtung Elektrode 13 angepreßt oder gelöst werden kann. Um die Röhrchen herum sind O-Ringe 41 aus einem zusammendrückbaren Material angeordnet, beispielsweise aus einem Elastomer (Gummi). Wenn die Schrauben 43 gelöst sind, liegen die O-Ringe 41 so locker um die Röhrchen, daß diese entlang ihrer Längsachse gleiten können. Wird die Elektrode 13 in diesem Zustand aufgelegt, während sich bereits das - unebene - Substrat 5 auf der unteren Elektrode 4 befindet, gleiten die Röhrchen selbsttätig in eine passende Position. Gleiches gilt für das Einschieben des Substrates, sofern dieses fließende Konturen aufweist. Anschließend kann die Anpreßplatte 42 mit Hilfe der Schrauben angezogen werden. Der dabei auf die O-Ringe 41 einwirkende Anpreßdruck verändert deren Form derart, daß sie nun die Röhrchen in der entstandenen Position fixieren. Gleichzeitig wird durch die O-Ringe die Gasabdichtung zum Gasraum 17 gewährleistet. Mit 44 sind die Öffnungen für die Röhrchen in der Anpreßplatte bezeichnet, die übrigen Bezugszeichen stimmen mit denen für Figur 3a überein. Die übrigen Bestandteile dieses Plasmareaktors sind in Figur 3b weggelassen.Figure 3b shows a specific embodiment of the principle shown in Figure 3a, in which the tubes are held reversibly movable along their longitudinal axis. For this purpose, a pressure plate 42 rests on the electrode 13 and can be pressed or released in the direction of the electrode 13 by means of screws 43. O-rings 41 made of a compressible material, for example an elastomer (rubber), are arranged around the tubes. When the screws 43 are loosened, the O-rings 41 lie so loosely around the tubes that they can slide along their longitudinal axis. If the electrode 13 is placed in this state while the - uneven - substrate 5 is already on the lower electrode 4, the tubes automatically slide into a suitable position. The same applies to the insertion of the substrate if it has flowing contours. The pressure plate 42 can then be tightened using the screws. The contact pressure acting on the O-rings 41 changes their shape in such a way that they now fix the tubes in the resulting position. At the same time, the gas seal to the gas space 17 is ensured by the O-rings. With 44 the openings for the tubes in the pressure plate are designated, the other reference numerals correspond to those for Figure 3a. The remaining components of this plasma reactor are omitted in FIG. 3b.
Die Ausgestaltung der Figuren 4 und 5 unterscheidet sich von der Ausgestaltung gemäß Figur 1 und 2 im Elektrodenaufbau und in der Gasführung. Auf die obere Elektrode 13 ist wiederum ein Deckel 25 derart aufgebracht, daß ein Hohlraum 29 entsteht. Die Elektrode 13 besteht aus einem Rahmen 16, auf dem Gasverteiler 15 montiert sind. Ein solcher Gas Verteiler ist in den Fig. 7 bis 9 abgebildet; er besteht aus einem Körper 10 und einer Abdeckplatte 11, die zusammengeklebt oder auf eine sonstige Weise verbunden sind. Durch die tiefere Nut 30 wird das Arbeitsgas gleichmäßig über Gasaustrittsspalten 12 verteilt, die zwischen einer Vertiefung im Körper 10 und der Abdeckplatte 11 gebildet werden. Die Breite der Spalte 12 kann durch die Stege 31 sehr genau gehalten werden. Die Stege 31 können integrale Bestandteile der Körper 10 oder der Platten 11 sein, sie können aber auch aufgeklebt oder anderweitig befestigt sein. In den Gasverteiler 15 wird das Gas durch eine Rohrverbindung 9 eingeführt, die in Fig. 6 dargestellt ist.The configuration of FIGS. 4 and 5 differs from the configuration according to FIGS. 1 and 2 in the electrode structure and in the gas flow. A cover 25 is in turn applied to the upper electrode 13 such that a cavity 29 is created. The electrode 13 consists of a frame 16 on which gas distributors 15 are mounted. Such a gas distributor is shown in FIGS. 7 to 9; it consists of a body 10 and a cover plate 11 which are glued together or connected in some other way. Through the deeper groove 30, the working gas is evenly distributed over gas outlet gaps 12, which are between a recess are formed in the body 10 and the cover plate 11. The width of the column 12 can be kept very precise by the webs 31. The webs 31 can be integral components of the body 10 or the plates 11, but they can also be glued on or attached in some other way. The gas is introduced into the gas distributor 15 through a pipe connection 9, which is shown in FIG. 6.
Die Gasverteiler werden auf dem Rahmen 16 montiert und durch Schrauben 14 befestigt. Die Rohrverbindung 9 endet im Gaskanal 24 (einer Sackloch-Bohrung), der mit dem Gaseinlaß 7 verbunden ist.The gas distributors are mounted on the frame 16 and fastened by screws 14. The pipe connection 9 ends in the gas channel 24 (a blind hole) which is connected to the gas inlet 7.
Die Evakuierung (Absaugung) des Gases erfolgt durch die Zwischenräume zwischen den Gasverteilern 15, weiterhin durch den Hohlraum 29 im Deckel 25 und den Anschluß 1.The evacuation (suction) of the gas takes place through the spaces between the gas distributors 15, further through the cavity 29 in the cover 25 and the connection 1.
Die Zwischenräume zwischen den Gasverteilern können zu einem Hohlkatodeneffekt führen, der in vielen Fällen die Plasmaeffizienz erhöhen kann. Falls jedoch die damit verbundene Umverteilung des Plasmas unerwünscht ist, kann der Effekt ggf. durch Anbringen eines flächen Gegenstandes, z.B. eines Metallsiebs 32, unterdrückt werden, der von der Plasmabehandlungskammer aus betrachtet vor der Elektrode 13 angeordnet und mit dieser elektrisch verbunden ist und sie so zu einer Flachelektrode macht. Dieser Gegenstand kann aus Metall oder einem beliebigen Material hergestellt sein, sofern es leitend ist oder leitend beschichtet ist. Statt eines Siebes ist ein Lochblech oder eine andere Gestaltung mit einer Vielzahl von Öffnungen möglich.The gaps between the gas distributors can lead to a hollow cathode effect, which in many cases can increase the plasma efficiency. However, if the associated redistribution of the plasma is undesirable, the effect can possibly be achieved by attaching a flat object, e.g. of a metal sieve 32 are suppressed, which, viewed from the plasma treatment chamber, is arranged in front of the electrode 13 and is electrically connected to it, thus making it a flat electrode. This article can be made of metal or any material provided that it is conductive or coated with a conductive material. Instead of a sieve, a perforated plate or another design with a large number of openings is possible.
Der Vorteil dieses Systems ist, daß die Gasaustrittspalte 12, durch die das Gas in die Plasmabehandlungskammer 16 eintritt, sehr schmal gemacht werden können. Damit können die bei der ersten Ausgestaltung (Fig. 1 und 2) erwähnten gasdynamischen Effekte in besonders effektiver Weise erzielt werden. Außerdem ist diese Konstruktion in der Herstellung sehr einfach und wirtschaftlich, da eine Vielzahl von Gaseinlässen durch das Verbinden von nur zwei Teilen, dem Körper 10 und der Abdeckplatte 11, bewirkt werden kann. Das Bohren einer Vielzahl von kleinen Löchern ist hier nicht erforderlich.The advantage of this system is that the gas exit gaps 12 through which the gas enters the plasma treatment chamber 16 can be made very narrow. The gas dynamic effects mentioned in the first embodiment (FIGS. 1 and 2) can thus be achieved in a particularly effective manner. In addition, this construction is very simple and economical to manufacture, since a large number of gas inlets can be achieved by connecting only two parts, the body 10 and the cover plate 11. It is not necessary to drill a large number of small holes here.
Weiterhin unterscheidet sich diese Konstruktion von der Ausgestaltung der Figur 1 und 2 dadurch, daß der Zwischenrahmen 6 aus Metall gefertigt ist. Um die elektrische Isolation zwischen den Teilen zu gewährleisten, werden deshalb neben den O-Ringen 3 auch Abstandshalter 33 aus Kunststoff eingesetzt. Da die metallischen Wände des Zwischenrahmens die Rolle einer zusätzlichen Elektrode spielen können, insbesondere wenn das System unter Hochfrequenz betrieben wird, und dadurch die Gleichmäßigkeit der Verteilung des elektrischen Feldes beeinträchtigen können, sind Scheiben 23 aus einem Isolator, z.B. aus Glas, vorgesehen, die die metallischen Wände von der Plasmabehandlungskammer abschirmen.Furthermore, this construction differs from the embodiment of Figures 1 and 2 in that the intermediate frame 6 is made of metal. In order to ensure the electrical insulation between the parts, plastic spacers 33 are therefore used in addition to the O-rings 3. Since the metallic walls of the intermediate frame can play the role of an additional electrode, especially when the system is operated at high frequency, and can thereby impair the uniformity of the distribution of the electric field, disks 23 are made of an insulator, for example Glass provided that shield the metallic walls from the plasma processing chamber.
Die Figuren 10 und 11 stellen eine Abwandlung der Ausgestaltung der Figuren 4 und 5 dar. Die Gasführung ist die gleiche. Die Energieeinspeisung erfolgt hier zusätzlich durchFigures 10 and 11 represent a modification of the embodiment of Figures 4 and 5. The gas flow is the same. The energy is also fed in here
Mikrowellen, die durch koaxiale (bzw. Hohlleiter-) Durchführungen 21 eingespeist werden, welche abgedichtet durch den Deckel 25 und weiterhin durch die Räume zwischen den Gasverteilern 15 in den Plasmabehandlungsraum 26 eingeführt werden. Sie können z.B. durch Antennen 22 in den Raum 26 eingestrahlt werden. Die Plasmaeffizienz wird durch die gemeinsame Einwirkung von Mikrowellen- und Hochfrequenzenergie wesentlich erhöht, was in manchen Fällen wünschenswert ist.Microwaves, which are fed in through coaxial (or waveguide) feedthroughs 21, which are introduced in a sealed manner by the cover 25 and further through the spaces between the gas distributors 15 into the plasma treatment space 26. You can e.g. can be radiated into the room 26 by antennas 22. Plasma efficiency is significantly increased by the combined exposure of microwave and radio frequency energy, which is desirable in some cases.
Die Figuren 12 und 13 zeigen eine Ausgestaltung, in der die Gasführung und -Verteilung ähnlich wie in Figur 4 und 5 realisiert sind. Als Gasverteiler werden hier jedoch Rohre 34 mit Öffnungen 35 verwendet. Für die Größe der Öffnungen der Rohre gilt selbstverständlich das gleiche, was für die Öffnungen der Gaseinlässe in die Plasmabehandlungskammer zuvor gesagt wurde. Die Verwendung der Rohre 34 anstelle der Gasverteiler 15 hat den Vorteil, konstruktiv besonders einfach zu sein.FIGS. 12 and 13 show an embodiment in which the gas routing and distribution are implemented in a manner similar to that in FIGS. 4 and 5. However, tubes 34 with openings 35 are used here as gas distributors. Of course, the same applies to the size of the openings of the tubes as was said previously for the openings of the gas inlets into the plasma treatment chamber. The use of the pipes 34 instead of the gas distributors 15 has the advantage of being particularly simple in construction.
Fakultativ kann in einer derartigen Ausgestaltung der Plasmabehandlungsraum 26 vomIn such a configuration, the plasma treatment room 26 can optionally be dated
Absaugraum 29 im Deckel 25 durch ein Metallgitter oder -sieb 39 zusätzlich getrennt werden. In diesem Falle können die Rohre aus leitendem oder aber auch aus nichtleitendem Material gestaltet werden.Suction chamber 29 in the lid 25 are additionally separated by a metal grid or sieve 39. In this case, the pipes can be made of conductive or non-conductive material.
Figur 14 zeigt eine Ausgestaltung, die der der Figuren 12 und 13 sehr ähnlich ist. Hier sind jedoch die Rohre so angeordnet, daß ihre Öffnungen nicht zur Plasmabehandlungskammer weisen, sondern in die entgegengesetzte Richtung. Das austretende Gas trifft hier auf Reflektoren 40, die das Gas diffus in Richtung des Substrates reflektieren. Obwohl die Gasströmung in dieser Ausgestaltung etwas diffuser ist, entstehen im wesentlichen keine zum Substrat parallelen Gasströmungen.FIG. 14 shows an embodiment which is very similar to that of FIGS. 12 and 13. Here, however, the tubes are arranged so that their openings do not point to the plasma treatment chamber, but in the opposite direction. The escaping gas strikes reflectors 40 here, which reflect the gas diffusely in the direction of the substrate. Although the gas flow is somewhat more diffuse in this embodiment, there are essentially no gas flows parallel to the substrate.
Der geringe Durchmesser der Gasaustritts-Öffnungen 18, 35 bzw. Spalten 12 führt, wie bereits erläutert, zu einer zum Substrat gerichteten Prallströmung, die vorteilhaft ist, da sie in den meisten Fällen eine bessere Ausnutzung der Chemikalien und höhere Behandlungsrate (z.B. Deposition oder Ätzung) ermöglicht; außerdem wird dadurch gewährleistet, daß der Druckabfall erst in den Austrittsöffnungen stattfindet und die Gasflüsse aus allen diesen Öffnungen gleich sind. Allerdings muß eine solche Prallströmung nicht für alle Behandlungsverfahren optimal sein. Sie kann ggf. nämlich zu einem Behandlungsmuster auf dem Substrat führen, das der Verteilung dieser Öffnungen entspricht. Um dies zu vermeiden, wird der Gasstrom in speziellen Fällen, wie in Figur 14 gezeigt, erst in die entgegengesetzte Richtung gerichtet und dann durch die Gasreflektoren 40 diffus in Richtung Substrat reflektiert. The small diameter of the gas outlet openings 18, 35 or columns 12 leads, as already explained, to a baffle flow directed towards the substrate, which is advantageous since in most cases it makes better use of the chemicals and a higher treatment rate (for example deposition or etching) ) enables; it also ensures that the pressure drop only takes place in the outlet openings and the gas flows from all these openings are the same. However, such a baffle flow does not have to be optimal for all treatment methods. If necessary, it can lead to a treatment pattern the substrate that corresponds to the distribution of these openings. In order to avoid this, in special cases, as shown in FIG. 14, the gas flow is first directed in the opposite direction and then diffusely reflected by the gas reflectors 40 in the direction of the substrate.
Legende zu den FigurenLegend to the figures
1 Reaktor-Gasauslaß1 reactor gas outlet
2 Abdeckplatte2 cover plate
3 O-Ring3 O-ring
4 Gegenelektrode4 counter electrode
5 Substrat5 substrate
6 Zwischenrahmen6 intermediate frames
7 Reaktor-Gaseinlaß7 reactor gas inlet
8 Gaseinlaßröhrchen8 gas inlet tubes
9 Rohrverbindung9 pipe connection
10 Gasverteiler-Korpus10 gas distributor body
11 Spalteinlaß-Abdeckplatte11 gap inlet cover plate
12 Gasaustrittsspalt12 gas outlet gap
13 gasdurchlässige erste Elektrode13 gas-permeable first electrode
14 Schraube14 screw
15 Gasverteiler15 gas distributors
16 Rahmen der ersten Elektrode16 frame of the first electrode
17 Nut (Gaskanal)17 groove (gas channel)
18 Gaseinlaß-Feinbohrungen18 gas inlet fine holes
19 Absaug-Durchlässe19 suction passages
20 Schlitze20 slots
21 MW-Durchführung (Koax oder Hohlleiter)21 MW feed-through (coax or waveguide)
22 MW-Antenne22 MW antenna
23 Isolator23 isolator
24 Gaskanal (Bohrung)24 gas channel (bore)
25 Deckel25 lids
26 Plasmaraum26 plasma room
27 Abdeckplatte27 cover plate
28 Hohlraum im Elektrodenkörper28 cavity in the electrode body
29 Hohlraum im Elektrodendeckel29 Cavity in the electrode cover
30 Nut30 groove
31 Abstandshalter (Steg)31 spacers (web)
32 Metallsieb32 metal sieve
33 elektrisch isolierender Abstandshalter33 electrically insulating spacers
34 Rohr-Gasverteiler34 Pipe gas distributor
35 Gasaustrittsöffnung35 gas outlet opening
36 Gaseintrittskollektor36 gas inlet collector
38 Elektrodenrahmen38 electrode frames
39 Metallgitter39 metal grille
40 Gasreflektor40 gas reflector
41 O-Ring41 O-ring
42 Anpreßplatte42 pressure plate
43 Schraube43 screw
44 Öffnungen in der Anpreßplatte 44 openings in the pressure plate

Claims

Ansprüche: Expectations:
1. Plasmareaktor, umfassend einen Reaktor-Gaseinlaß (7), einen Gasverteilungsraum (17), - eine Plasmabehandlungskammer (26), die von einer ersten Elektrode (13) und einer gegenüberliegenden zweiten Elektrode (4) begrenzt wird, einen Gasabsaugraum (28,29), sowie einen Reaktor-Gasauslaß (1), wobei die erste Elektrode (13) den Gasverteilungsraum (17) von der Plasmabehandlungskammer (26) trennt und mit im wesentlichen über ihre Fläche verteilten Gaseinlässen (18), durch die das Gas vom Gas Verteilungsraum (17) in die Plasmabehandlungskammer (26) strömen kann, versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode auch den Gasabsaugraum (28,29) von der Plasmabehandlungskammer trennt und mit im wesentlichen über ihre Fläche verteilten Gasauslässen (19), durch die das Gas aus der1. plasma reactor comprising a reactor gas inlet (7), a gas distribution space (17), - a plasma treatment chamber (26) which is delimited by a first electrode (13) and an opposite second electrode (4), a gas suction space (28, 29), and a reactor gas outlet (1), the first electrode (13) separating the gas distribution space (17) from the plasma treatment chamber (26) and having gas inlets (18) distributed essentially over their area through which the gas is separated from the gas Distribution space (17) can flow into the plasma treatment chamber (26) is provided, characterized in that the first electrode also separates the gas extraction space (28, 29) from the plasma treatment chamber and with gas outlets (19) distributed essentially over its area, through which the gas from the
Plasmabehandlungskammer (26) in den Gasabsaugraum (29) strömen kann, versehen ist.Plasma treatment chamber (26) can flow into the gas extraction chamber (29) is provided.
2. Plasmareaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der Einlaßquerschnitte der einzelnen2. Plasma reactor according to claim 1, characterized in that the area of the inlet cross sections of the individual
Gaseinlässe (18) nicht größer als etwa 16 mm^, bevorzugt nicht größer als etwa 4 mm^ und ganz besonders bevorzugt nicht größer als etwa 2,5 mm^ ist.Gas inlets (18) is not greater than about 16 mm ^, preferably not greater than about 4 mm ^ and most preferably not greater than about 2.5 mm ^.
3. Plasmareaktor, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend eine Abschluß-Elektrodenplatte (4) aus leitendem Material, einen Zwischenrahmen (6), eine mit einem Gaseinlaßsystem (7,17,18) oder Gasauslaßsystem (1,28,29) sowie mit von diesem System getrennten Durchtrittsöffnungen für den Gaseintritt (8,18) oder Gasaustritt (19) versehene Elektrode (13) aus leitendem Material sowie einen Deckel (25), der mit einem Reaktor-Gaseinlaß (7) oder -Gasauslaß (1) versehen ist, wobei die Abschluß-Elektrode (4), der Zwischenrahmen (6) sowie die Elektrode (13) unter Bildung der Plasmabehandlungskammer (26) dichtend miteinander verbunden sind und der eine Ausnehmung aufweisende Deckel (25) auf einen Rahmen (16) der Elektrode (13) derartig dichtend aufgesetzt ist, daß zwischen Deckel (25) und Elektrodenplatte (13) ein Gasabsaugraum (29) oder ein Gasverteilungsraum (17) gebildet wird. 3. Plasma reactor, in particular according to one of the preceding claims, comprising an end electrode plate (4) made of conductive material, an intermediate frame (6), one with a gas inlet system (7, 17, 18) or gas outlet system (1, 28, 29) and with separate through openings for the gas inlet (8,18) or gas outlet (19) provided electrode (13) made of conductive material and a cover (25) which is provided with a reactor gas inlet (7) or gas outlet (1) The end electrode (4), the intermediate frame (6) and the electrode (13) are sealingly connected to one another to form the plasma treatment chamber (26) and the cover (25) with a recess is attached to a frame (16) of the electrode (13) is placed in such a sealing manner that a gas extraction space (29) or a gas distribution space (17) is formed between the cover (25) and the electrode plate (13).
4. Plasmareaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (25) einen Reaktor-Gasauslaß (1) aufweist und zwischen ihm und der Elektrode (13) ein Gasabsaugraum (29) gebildet wird.4. Plasma reactor according to claim 3, characterized in that the cover (25) has a reactor gas outlet (1) and between it and the electrode (13) a gas suction chamber (29) is formed.
5. Plasmareaktor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte (4), der Zwischenrahmen (6), die Platte (13) sowie der Deckel (25) durch O-Ringe dichtend miteinander verbunden sind.5. Plasma reactor according to claim 3 or 4, characterized in that the base plate (4), the intermediate frame (6), the plate (13) and the cover (25) are sealingly connected to one another by O-rings.
6. Plasmareaktor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (13) zum Gasabsaugraum (29) hin mit einer Durchtrittsöffnungen (20) aufweisenden Abdeckplatte (2) versehen ist, die in der Elektrode (13) vorhandene Nuten (17) vom Gasabsaugraum (29) trennt und deren Durchtrittsöffnungen (20) mit den Gasauslässen (19) der ersten Elektrode (13) kommunizieren, derart, daß Gas aus der Plasmabehandlungskammer (26) durch die6. Plasma reactor according to claim 4 or 5, characterized in that the first electrode (13) to the gas extraction chamber (29) with a passage openings (20) having a cover plate (2) is provided, the grooves (17) in the electrode (13) ) separates from the gas suction chamber (29) and their through openings (20) communicate with the gas outlets (19) of the first electrode (13), such that gas from the plasma treatment chamber (26) passes through the
Gasauslässe (19) und die Öffnungen (20) in den Gasabsaugraum (29) strömen und über den Reaktor-Gasauslaß (1) abgesaugt werden kann.Gas outlets (19) and the openings (20) flow into the gas suction chamber (29) and can be suctioned off via the reactor gas outlet (1).
7. Plasmareaktor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (13) einen sich durch ihren7. Plasma reactor according to one of claims 4 to 6, characterized in that the first electrode (13) one by its
Rahmen (16) seitlich erstreckenden Reaktor-Gaseinlaß (7), sich im wesentlichen parallel über die gesamte innere Fläche der Platte erstreckende Nuten (17), die mit dem Reaktor-Gaseinlaß (7) verbunden sind, sowie eine Vielzahl von innerhalb der Nuten angeordnete Gasdurchtrittsöffnungen (18) zum Einlassen des Gases in die Plasmabehandlungskammer (26) aufweist, wobei die Durchmesser derFrame (16) laterally extending reactor gas inlet (7), substantially parallel grooves (17) extending across the entire inner surface of the plate connected to the reactor gas inlet (7) and a plurality of arranged within the grooves Has gas passage openings (18) for admitting the gas into the plasma treatment chamber (26), the diameter of the
Gasdurchtrittsöffnungen (18) wesentlich kleiner als der Querschnitt der Nuten (17) ist.Gas passage openings (18) is significantly smaller than the cross section of the grooves (17).
8. Plasmareaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Gaseinlässe (18) als Röhrchen (8) gebildet sind, die sich durch die erste Elektrode (13) hindurch in die8. Plasma reactor according to one of claims 1 to 3, wherein the gas inlets (18) are formed as tubes (8) which through the first electrode (13) into the
Plasmabehandlungskammer (26) hinein erstrecken.Extend the plasma treatment chamber (26) into it.
9. Plasmareaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhrchen (8) unterschiedlich weit in die Plasmabehandlungskammer (26) hineinragen, derart, daß der Abstand der9. Plasma reactor according to claim 8, characterized in that the tubes (8) protrude to different degrees into the plasma treatment chamber (26), such that the distance between the
Röhrchenenden zur Oberfläche eines auf der zweiten Elektrode (4) aufliegenden oder aufgebrachten Substrates (5) auch dann gleichbleibend sein kann, wenn das Substrat eine ungleichmäßige Oberflächenkontur aufweist. Tube ends to the surface of a substrate (5) lying or applied on the second electrode (4) can also be constant if the substrate has an uneven surface contour.
10. Plasmareaktor nach Anspruch 8 der 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhrchen (8) aus einem elektrisch isolierenden Material oder aus einem leitenden Material gebildet sind.10. Plasma reactor according to claim 8 of 9, characterized in that the tubes (8) are formed from an electrically insulating material or from a conductive material.
11. Plasmareaktor nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen Deckel (25) und erster Elektrode (13) ein Gasverteilungsraum (17) befindet, aus dem über die Röhrchen (8) Gas in die Plasmabehandlungskammer (26) eintreten kann.11. Plasma reactor according to one of claims 8 to 10, characterized in that between the cover (25) and the first electrode (13) there is a gas distribution space (17) from which gas enters the plasma treatment chamber (26) via the tubes (8) can.
12. Plasmareaktor nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßquerschnitt der Röhrchen nicht größer als etwa 16 mm^ bevorzugt nicht größer als etwa 4 mm^ ist und ganz bevorzugt nicht größer als etwa 2,5 mm^ ist.12. Plasma reactor according to claim 11, characterized in that the inlet cross section of the tubes is not greater than about 16 mm ^ preferably not greater than about 4 mm ^ and most preferably not greater than about 2.5 mm ^.
13. Plasmareaktor nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (13) zur Plasmabehandlungskammer hin eine mit Gasauslässen (19) versehene Abdeckplatte (27) umfaßt, derart, daß zwischen dem zum Gasverteilungsraum (17) weisenden Teil der ersten Elektrode (13) und der Abdeckplatte (27) ein13. A plasma reactor according to one of claims 11 or 12, characterized in that the first electrode (13) to the plasma treatment chamber comprises a cover plate (27) provided with gas outlets (19), such that between the part facing the gas distribution space (17) first electrode (13) and the cover plate (27)
Gasabsaugraum (28) gebildet wird, der mit einem seitlich in der ersten Elektrode (13) angeordneten Reaktor-Gasauslaß (1) in Verbindung steht.Gas suction chamber (28) is formed, which is connected to a reactor gas outlet (1) arranged laterally in the first electrode (13).
14. Plasmareaktor nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (13) einen sich durch ihren14. Plasma reactor according to one of claims 4 or 5, characterized in that the first electrode (13) one through its
Rahmen (16) seitlich erstreckenden Reaktor-Gaseinlaß (7) sowie auf dem Rahmen im wesentlichen parallel zueinander montierte Gasverteilungseinrichtungen (15) umfaßt, die mit dem Reaktor-Gaseinlaß (7) kommunizieren.Frame (16) laterally extending reactor gas inlet (7) and on the frame substantially parallel to each other mounted gas distribution devices (15) which communicate with the reactor gas inlet (7).
15. Plasmareaktor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Koaxiale bzw. Hohlleiter durch die erste Elektrode (13) in die Plasmabehandlungskammer (26) geführt werden, durch die Mikrowellenenergie in die Plasmabehandlungskammer (26) eingebracht werden kann. 15. Plasma reactor according to one of the preceding claims, characterized in that coaxial or waveguides are guided through the first electrode (13) into the plasma treatment chamber (26), through which microwave energy can be introduced into the plasma treatment chamber (26).
16. Plasmareaktor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Elektrode (13) und der Plasmabehandlungskammer (26) ein flaches, mit einer Vielzahl von Öffnungen versehendes Element (32) aus leitendem Material angeordnet und mit der Elektrode (13) leitend verbunden ist.16. Plasma reactor according to one of the preceding claims, characterized in that between the first electrode (13) and the plasma treatment chamber (26) a flat, with a plurality of openings element (32) made of conductive material is arranged and with the electrode (13) is conductively connected.
17. Verfahren zum Behandeln von Substraten mit einem Glimmentladungs- Niedertemperaturplasma, worin Plasma in einer Plasmabehandlungskammer angeregt wird und das angeregte Plasma im wesentlichen senkrecht auf das in derselben Kammer befindliche Substrat auftrifft, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasabsaugung in Gegenrichtung zur Beaufschlagung des Substrates mit Gas ebenfalls im wesentlichen senkrecht zum Substrat erfolgt.17. A method for treating substrates with a glow discharge low-temperature plasma, wherein plasma is excited in a plasma treatment chamber and the excited plasma strikes the substrate in the same chamber substantially perpendicularly, characterized in that the gas suction in the opposite direction to the application of gas to the substrate also takes place essentially perpendicular to the substrate.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas durch Öffnungen in die Plasmabehandlungskammer eingeleitet wird, die der Oberfläche des Substrates gegenüber im wesentlich gleichmäßig verteilt angeordnet sind und jeweils einen Querschnitt von nicht mehr als etwa 16 mm^, bevorzugt von nicht mehr als etwa 4 mm2 und ganz besonders von nicht mehr als 2,5 mm^ aufweisen.18. The method according to claim 17, characterized in that the gas is introduced through openings in the plasma treatment chamber, which are arranged substantially uniformly distributed over the surface of the substrate and each have a cross section of no more than about 16 mm ^, preferably no more have about 4 mm2 and especially not more than 2.5 mm ^.
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