DE10141142A1

DE10141142A1 - Device for reactive plasma treatment of substrates and method for use

Info

Publication number: DE10141142A1
Application number: DE2001141142
Authority: DE
Inventors: Hans-Ullrich Poll; Dietmar Roth
Original assignee: Roth and Rau Oberflaechentechnik
Current assignee: Meyer Burger Germany GmbH
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2001-08-24
Publication date: 2003-03-27
Anticipated expiration: 2021-08-25
Also published as: DE10141142B4; WO2003018870A3; WO2003018870A2; EP1421227A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur reaktiven Plasmabehandlung von Substraten (4), bestehend aus einer Vakuumkammer (1) mit mindestens einer Substratanordnung, einer Plasmaquelle, z. B. eine Hochfrequenz-Plasmaquelle mit flächigen Elektroden (8, 9), einem Reaktivgaseinlass (15) und einer Substrat-Heizeinrichtung. Die Vakuumkammer (1) besteht aus einem ersten Raum (6) und einem zweiten Raum (7), die mittels einer Trennwand aus Glas oder Keramik voneinander getrennt sind. Im ersten Raum (6) sind die Substratanordnung sowie der Reaktivgaseinlass (15) und im zweiten Raum (7) die Elektroden (8, 9) der Plasmaquelle und die Substrat-Heizeinrichtung angeordnet. Die Substratanordnung und die Elektroden (8, 9) der Plasmaquelle können parallel zueinander angeordnet sein. DOLLAR A Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Anwendung einer Einrichtung. Dabei wird mindestens ein Substrat (4) als Substratanordnung in den ersten Raum (6) der Vakuumkammer (1) eingebracht, die Vakuumkammer (1) evakuiert, das Substrat (4) mittels der Substrat-Heinzeinrichtung auf eine technologisch vorgegebene Temperatur aufgeheizt und in der Folge zur Abscheidung einer Beschichtung auf dem Substrat (4) oder zur Oberflächenbehandlung der Substrate (4) mittels der Plasmaquelle im ersten Raum (6) ein Plasma erzeugt und ein Reaktivgas eingelassen.The invention relates to a device for reactive plasma treatment of substrates (4), comprising a vacuum chamber (1) with at least one substrate arrangement, a plasma source, e.g. B. a high-frequency plasma source with flat electrodes (8, 9), a reactive gas inlet (15) and a substrate heating device. The vacuum chamber (1) consists of a first room (6) and a second room (7), which are separated from one another by a partition made of glass or ceramic. The substrate arrangement and the reactive gas inlet (15) are arranged in the first space (6) and the electrodes (8, 9) of the plasma source and the substrate heating device are arranged in the second space (7). The substrate arrangement and the electrodes (8, 9) of the plasma source can be arranged parallel to one another. DOLLAR A Furthermore, the invention relates to a method for using a device. At least one substrate (4) is introduced as a substrate arrangement into the first space (6) of the vacuum chamber (1), the vacuum chamber (1) is evacuated, the substrate (4) is heated to a technologically predetermined temperature by means of the substrate heating device and in the Sequence for depositing a coating on the substrate (4) or for surface treatment of the substrates (4) by means of the plasma source in the first space (6), a plasma is generated and a reactive gas is admitted.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere für die reaktive Plasmabehandlung oder plasmagestützten Beschichtung von Substraten bei erhöhter Temperatur in einem Niederdruckplasma reaktiver Gase. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Anwendung einer erfindungsgemäßen Einrichtung. Dabei betrifft die Erfindung sowohl die chemische wie auch die physikalische Dampfabscheidung (CVD, PVD), die zum Ätzen, Beschichten oder zur Modifizierung einer Substratoberfläche allgemein bekannt sind. The invention relates to a device according to the Preamble of claim 1, in particular for the reactive Plasma treatment or plasma-assisted coating of Substrates at elevated temperature in one Low pressure plasma of reactive gases. The invention further relates to a method for using an inventive Facility. The invention relates to both chemical as well as physical vapor deposition (CVD, PVD), for etching, coating or for modification a substrate surface are generally known.

CVD- und PVD-Verfahren zur Erzeugung dünner Oberflächenschichten aber auch zum Ätzen und Modifizieren von Substratoberflächen unter Einwirkung von chemisch reaktiven Dämpfen erfordern in vielen Fällen eine Substrattemperatur von mehreren hundert Grad Celsius. CVD and PVD processes for producing thin Surface layers but also for etching and modifying Substrate surfaces under the influence of chemically reactive In many cases, steaming requires a substrate temperature of several hundred degrees Celsius.

Nach dem Stand der Technik wird diese Temperatur erzeugt, indem die Substrate z. B. auf einem entsprechend heißen Träger aufliegen. Die Wärme wird dabei sowohl durch Wärmestrahlung als auch durch Wärmeleitung vom Träger auf das Substrat übertragen. Nachteilig ist dabei, dass der Träger selbst heiß sein muss und der Wärmeübergang durch die für den Prozess häufig notwendigen Vakuumbedingungen nur sehr langsam abläuft. Bei Durchlaufverfahren mit bewegten Substraten muss der Substatträger entweder permanent auf hoher Temperatur gehalten oder beim Beschicken der Anlage schnell aufgeheizt werden. According to the prior art, this temperature is generated by z. B. hot on a corresponding Support straps. The heat is both through Heat radiation as well as heat conduction from the carrier to the Transfer substrate. The disadvantage here is that the carrier itself must be hot and the heat transfer through the for the process often requires vacuum conditions runs slowly. In continuous processes with moving The substrate carrier must either permanently on substrates kept at high temperature or when loading the system be heated up quickly.

Dünne Substrate von geringer Wärmekapazität werden nach dem Stand der Technik direkt durch Wärmestrahlung aus einer separaten Strahlungsquelle aufgeheizt, wobei es vorteilhaft ist, wenn die Substrate der Strahlungsquelle durch geeignete Aufnahmevorrichtungen eine möglichst große, freiliegende Absorptionsfläche anbieten. Die Strahlungsquelle oder Teile davon, wie z. B. Strahlungsfenster, und die Substrataufnahmen befinden sich direkt im Reaktionsraum. Diese Teile werden im Behandlungsprozess durch Beschichtung oder Modifizierung in ihren Eigenschaften oft in unerwünschter Weise verändert, z. B. in ihrer Durchlässigkeit für Wärmestrahlung oder ihrem Wärmeabsorptionsvermögen. Thin substrates with low heat capacity are re-formed the state of the art directly from heat radiation heated by a separate radiation source, where it is advantageous if the substrates of the radiation source through suitable receptacles if possible offer large, exposed absorption surface. The Radiation source or parts thereof, such as. B. radiation window, and the substrate recordings are located directly in the Reaction chamber. These parts are in the treatment process by coating or modification in their Properties often changed in an undesirable manner, e.g. B. in their permeability to heat radiation or their Heat absorption capacity.

Zur Erzeugung einer hohen Reaktionsrate ist es vorteilhaft, ggf. auch unerlässlich, die Reaktionsgase bei niedrigem Druck in den Plasmazustand zu überführen. Dabei wird durch die Wechselwirkung der Substrate mit den energiereichen Plasmateilchen Energie übertragen. Die damit verbundene Erwärmung reicht jedoch im Allgemeinen nicht zur Erzeugung und Aufrechterhaltung der notwendigen Substrattemperatur aus. It is to produce a high response rate advantageous, possibly also essential, the reaction gases low pressure to convert to the plasma state. Doing so through the interaction of the substrates with the high energy plasma particles transfer energy. The one with it associated warming is generally not sufficient Generation and maintenance of the necessary Substrate temperature.

Die Plasmaerzeugung erfolgt auf elektrischem Wege, wobei an eine geeignete Elektrodenanordnung eine Spannung angelegt wird, die eine elektrische Gasentladung zündet. Eine hohe Wirkung des Plasmas wird dann erreicht, wenn die mit der Reaktionsgeschwindigkeit direkt verbundene Plasmadichte im Reaktionsgebiet unmittelbar vor dem Substrat hohe Werte besitzt. Es wurde deshalb bereits vorgeschlagen, die Substrate selbst zu Elektroden einer Plasmastrecke zu machen. Unter geeigneten Plasmaanregungsbedingungen erreicht die Plasmadichte in Elektrodennähe die höchsten Werte. The plasma is generated electrically, whereby a voltage to a suitable electrode arrangement is applied, which ignites an electrical gas discharge. A high effect of the plasma is achieved if the with the reaction rate directly related High plasma density in the reaction area directly in front of the substrate Has values. It has therefore already been proposed that Substrates themselves to electrodes of a plasma path do. Under suitable plasma excitation conditions the plasma density reaches the highest near the electrodes Values.

Beispielsweise gibt die DE 198 53 121 C1 ein Verfahren zur Behandlung einer Oberfläche in einem Hochfrequenzplasma an. Die zu behandelnde Oberfläche wird als eine Elektrode der Hochfrequenz-Entladung geschaltet, wobei auf der Oberfläche eine dünne elektrisch leitfähige Schicht ausgebildet wird und die Energiezufuhr zur leitfähigen Schicht mittels einer Kopplungselektrode erfolgt, welche an der Seite dicht am Substrat angeordnet wird, die sich von der zu beschichtenden Oberfläche aus hinter dem Substrat befindet. For example, DE 198 53 121 C1 gives a method for Treatment of a surface in a high-frequency plasma on. The surface to be treated is called an electrode the high-frequency discharge switched, being on the Surface of a thin, electrically conductive layer is formed and the energy supply to the conductive layer by means of a coupling electrode, which on the Side is arranged close to the substrate, which is different from the surface to be coated from behind the substrate located.

Die plasmachemische Stoffwandlung erfordert ein ausreichend hohes Angebot an Prozessgas oder Reaktivgas im Plasmagebiet. Das muss durch die Zufuhr von frischem Gasgemisch und die Ableitung inaktiver, gasförmiger Folgeprodukte der Reaktion sichergestellt werden. Eine gleichmäßige Reaktion, z. B. eine flächenhaft homogene Beschichtungs-, Ätz- oder Modifizierungsrate wird erreicht, wenn die Prozessgase das Plasmagebiet und die Substratoberfläche gleichmäßig anströmen und gasförmige Reaktionsprodukte flächenhaft gleichmäßig aus dem Reaktionsgebiet vor der Substratoberfläche abgeleitet werden. Das kann durch entsprechende Gasführungseinrichtungen bewirkt werden. Solche Einrichtungen beeinflussen jedoch die Plasmaerzeugung in ihrer Wirksamkeit und Gleichmäßigkeit oft nachteilig. Die Gasführungseinrichtungen verändern die elektrischen und magnetischen Feldverhältnisse in der Umgebung der Plasmaquelle und umgekehrt werden die Strömungsverhältnisse der Prozessgase durch die Elektrodeneinbauten gestört. The plasma chemical material conversion requires a sufficiently high supply of process gas or reactive gas in the Plasma field. This has to be done by adding fresh Gas mixture and the derivation of inactive, gaseous By-products of the reaction can be ensured. A even response, e.g. B. an area homogeneous Coating, etching or modification rate is reached when the process gases reach the plasma area and the Flow evenly onto the substrate surface and gaseous Reaction products evenly from the Reaction area derived in front of the substrate surface become. This can be done using appropriate gas routing devices be effected. However, such facilities affect the effectiveness of plasma generation and Uniformity is often disadvantageous. The gas routing devices change the electrical and magnetic field conditions in the vicinity of the plasma source and vice versa Flow conditions of the process gases through the Electrode installations disrupted.

Bei allen bekannten reaktiven plasmagestützen CVD- und PVD-Verfahren ist besonders nachteilig, dass sich die Reaktionsprodukte im gesamten Plasmaraum mehr oder weniger gleichmäßig niederschlagen. Die entsprechenden unerwünschten Beschichtungen der Plasmakammer sind mit einem hohen Reinigungsaufwand verbunden. Besonders nachteilig ist dabei, dass auch die Elektroden der Plasmaquelle beschichtet werden, was sehr schnell zu einer Isolation der Elektroden führen kann und in der Folge zur Behinderung oder zum Erlöschen der Plasmaentladung. In all known reactive plasma-based CVD and PVD is particularly disadvantageous in that the Reaction products in the entire plasma space more or less rain evenly. The corresponding unwanted coatings of the plasma chamber are high Cleaning effort connected. Is particularly disadvantageous making sure that the electrodes of the plasma source be coated, which very quickly leads to isolation of the Electrodes can lead to disability or to extinguish the plasma discharge.

Bei Beschichtungseinrichtungen mit unten angeordneten Substraten sowie oben liegender Behandlungs- oder Beschichtungsoberfläche (face up) besteht die Gefahr, dass Partikel von darüber befindlichen Bauelementen auf die Behandlungsoberfläche herabfallen. Umgekehrte Einrichtungen (face down) erfordern meist aufwändige Substrathalterungen und die Partikelabscheidung auf der Behandlungsoberfläche ist durch Gasströmungen dennoch nicht vollständig zu verhindern. For coating devices with bottom arranged Substrates as well as overhead treatment or Coating surface (face up) there is a risk that Particles from components above it on the Treatment surface fall down. reverse Facilities (face down) usually require extensive work Substrate mounts and particle separation on the Treatment surface is still not due to gas flows completely prevent.

Der Erfindung liegt damit als Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur reaktiven plasmagestützen Plasmabehandlung von mindestens einem Substrat zu schaffen, die eine sichere homogene Plasmaerzeugung über der zu behandelnden Oberfläche sowie eine gleichmäßige Temperierung und Reaktivgasführung gewährleistet. Weiterhin soll eine Verschmutzung der Einrichtung durch Reaktionsprodukte weitgehend vermieden werden. Die Einrichtung soll insbesondere auch als Durchlaufanlage betrieben werden können. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Anwendung der Einrichtung anzugeben. The invention is therefore based on the object Device for reactive plasma-assisted plasma treatment of at least one substrate to create one Safe homogeneous plasma generation over the one to be treated Surface as well as a uniform tempering and Reactive gas flow guaranteed. Furthermore, a Pollution of the facility by reaction products largely avoided. The facility is designed in particular can also be operated as a continuous system. A another task is to apply a method to indicate to the institution.

Die Erfindung löst die Aufgabe für die Einrichtung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Für das Verfahren wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen gekennzeichnet und werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung, einschließlich der Zeichnung, näher dargestellt. The invention solves the task for the device those specified in the characterizing part of claim 1 Characteristics. For the procedure, the task is performed by the Features of claim 9 solved. advantageous Developments of the invention are in the respective Subclaims are identified and are summarized below with the description of the preferred embodiment of the Invention, including the drawing, shown in more detail.

Der Kern der Erfindung besteht darin, dass der Prozessraum innerhalb einer Vakuumkammer im Wesentlichen auf das unmittelbare Plasmagebiet mit den zu behandelnden Oberflächen der Substrate und den erforderlichen Bauelementen zur Prozessgaszuführung und -verteilung begrenzt wird. Die Elektroden der Plasma-Erzeugungseinrichtung sowie die Substrat-Heizeinrichtung werden in einem gesonderten Raum, getrennt vom Plasmaraum, innerhalb der Vakuumkammer angeordnet. In der Erfindung werden diese Räume als erster Raum, in dem sich die Substratanordnung und der Reaktivgaseinlass befinden, und als zweiter Raum, in dem die Elektroden der Plasmaquelle und die Substrat-Heizeinrichtung angeordnet sind, bezeichnet. The essence of the invention is that the process space within a vacuum chamber essentially on that immediate plasma area with those to be treated Surfaces of the substrates and the required components Process gas supply and distribution is limited. The Electrodes of the plasma generating device and the Substrate heater are in a separate room, separate from the plasma space, inside the vacuum chamber arranged. In the invention, these spaces are the first Space in which the substrate arrangement and the Reactive gas inlet, and as a second room in which the Electrodes of the plasma source and the Substrate heater are arranged.

Beide Räume befinden sich innerhalb der Vakuumkammer, wobei sie mittels einer Trennwand voneinander getrennt werden. Die Trennwand ist durchlässig für die elektrischen und magnetischen Felder der Plasmaelektroden und die Wärmestrahlung der Substrat-Heizeinrichtung. Erfindungsgemäß wird eine Trennwand aus Glas oder Keramik beansprucht. Unter den Schutz der Erfindung fallen aber auch anderen Werkstoffe, wie Quarz oder Kunststoffe, die bei den gegebenen technologischen Bedingungen die erforderliche Stabilität sowie Durchlässigkeit für elektrische und magnetische Felder und die Wärmestrahlung gewährleisten. Both rooms are inside the vacuum chamber, being separated from each other by a partition become. The partition is permeable to the electrical and magnetic fields of the plasma electrodes and the Thermal radiation from the substrate heating device. According to the invention, a partition made of glass or ceramic claimed. However, the protection of the invention also applies other materials, such as quartz or plastics, which given the technological conditions required stability and permeability for electrical and ensure magnetic fields and heat radiation.

Zur Plasmaerzeugung können hochfrequente Wechselspannungen (HF) oder Mikrowellenanordnungen (MW) eingesetzt werden, wobei in der Praxis eine Hochfrequenz-Plasmaquelle oft vorteilhafter ist. So können Elektroden einer HF-Plasmaquelle flächig ausgebildet sein und Durchbrüche aufweisen. Derartige Elektroden können sehr vorteilhaft unmittelbar an der Trennwand angeordnet sein, derart dass die Plasmaentladung durch die Trennwand hindurch innerhalb des ersten Raumes ausgebildet wird. High-frequency AC voltages can be used to generate plasma (HF) or microwave arrangements (MW) are used, in practice, often a high frequency plasma source is more advantageous. So electrodes can one RF plasma source be flat and have openings. Such electrodes can be very advantageous immediately be arranged on the partition, such that the Plasma discharge through the partition inside the first room is formed.

Die Substratanordnung kann vorteilhaft unmittelbar auf der Trennwand aufliegen, so dass insbesondere flache Substrate direkt innerhalb des Zentrums der Plasmaentladung angeordnet werden können. Der Reaktivgaseinlass kann in vorteilhafter Weise flächig in Form einer Gasdusche gegenüber der Trennwand unmittelbar über der Substratanordnung angeordnet sein. The substrate arrangement can advantageously directly on the Partition rest, so that in particular flat substrates right inside the center of the plasma discharge can be arranged. The reactive gas inlet can be in advantageously flat in the form of a gas shower opposite the partition immediately above the substrate arrangement be arranged.

Die Substrat-Heizeinrichtung zur Aufheizung der Substratanordnung kann bei den beschriebenen flächigen und Durchbrechungen aufweisenden Elektroden einer HF-Plasmaquelle in vorteilhafter Weise gegenüber der Trennwand mit der Substratanordnung hinter den Elektroden angeordnet sein. Die Wärmestrahlung kann dabei durch die Durchbrüche der Elektroden und die Trennwand hindurch flächig auf die Substratanordnung einwirken. In vorteilhafter Weise sollen die Durchbrüche in der Elektrodenfläche mit hoher Flächendichte angeordnet und nicht größer als einige Millimeter im Durchmesser sein. Damit wird ein flächenhaft homogenes Plasma mit hoher Strahlungsdurchlässigkeit erreicht. Möglich sind auch gitterförmige Drahtnetze. The substrate heater for heating the Substrate arrangement can in the described flat and Breakthrough electrodes of an RF plasma source advantageously over the partition with the Substrate arrangement can be arranged behind the electrodes. The heat radiation can through the breakthroughs Electrodes and the partition across the surface Act substrate arrangement. In an advantageous manner the breakthroughs in the electrode area with high Area density arranged and not larger than a few millimeters be in diameter. This makes a flat homogeneous Plasma with high radiation permeability reached. Grid-shaped wire nets are also possible.

Nach Anspruch 8 kann die Einrichtung auch als Durchlaufanlage ausgebildet sein. Dabei besteht die erfindungsgemäße Trennwand aus einer statischen, die Elektroden vom ersten Raum trennenden Platte und einer zweiten Platte, die über einen möglichst engen Vakuumspalt getrennt von der ersten beweglich angeordnet ist und die Substrate trägt. Die zweite bewegliche Platte kann als Transportband ausgeführt sein. Eine derartige Anlage kann in besonders vorteilhafter Weise zur plasmagestützten Beschichtung und Behandlung von Halbleiterscheiben eingesetzt werden. According to claim 8, the device can also as Continuous system to be designed. There is the partition according to the invention from a static, the electrodes from first space dividing plate and a second plate, separated by a vacuum gap as narrow as possible the first is movably arranged and the substrates wearing. The second movable plate can be used as a conveyor belt be executed. Such a system can be particularly advantageously for plasma-assisted coating and Treatment of semiconductor wafers can be used.

Bei der verfahrensgemäßen Anwendung der Einrichtung wird in der Praxis die gesamte Vakuumkammer evakuiert. Die Trennwand muss dabei nicht vakuumdicht sein, sondern es kann ein gewisser Gasaustausch möglich sein, wobei durch eine geeignete Steuerung der Zuführung der Reaktivgase und Abführung der inaktiven Folgeprodukte in bzw. aus dem ersten Raum vermieden werden sollte, dass eine unerwünscht wirksame Menge reaktiver Gase vom ersten Raum in den zweiten Raum eindringen können. Im zweiten Raum sollte eine neutrale Atmosphäre eingestellt werden. When using the facility in accordance with the procedure in practice the entire vacuum chamber is evacuated. The The partition does not have to be vacuum-tight, it has to be some gas exchange may be possible, with a suitable control of the supply of reactive gases and Removal of the inactive secondary products in or from the First room should be avoided that is undesirable effective amount of reactive gases from the first room to the can penetrate the second room. The second room should a neutral atmosphere can be set.

Nach der Positionierung der Substratanordnung im ersten Raum und Aufheizung derselben mittels der Substrat-Heizeinrichtung auf eine erforderliche technologisch vorgegebene Temperatur wird ein Prozessgas eingelassen und die Plasmaquelle gezündet, so dass im ersten Raum im Bereich der Substratanordnung eine Plasmaentladung stattfindet, unter deren Wirkung sich Reaktivprodukte auf den Substraten abscheiden oder die Oberflächen durch die Plasmaentladung behandelt, z. B. geätzt, werden. After positioning the substrate assembly in the first Space and heating the same by means of the Substrate heater to a required technological level given temperature, a process gas is admitted and the plasma source is ignited so that in the first room in the Area of the substrate arrangement a plasma discharge takes place under the effect of reactive products on the Deposit substrates or the surfaces through the Plasma discharge treated, e.g. B. are etched.

Die Reaktionsprodukte des Plasmaprozesses schlagen sich in bekannter Weise nicht nur auf den Substraten nieder, sondern im gesamten ersten Raum. Im zweiten Raum mit den Elektroden der Plasmaquelle, in dem sich kein Reaktivgas befindet, werden die mechanischen Einbauten wie die Elektroden praktisch nicht mit störenden Abscheidungen beschichtet. Damit bleibt dieser Teil der Einrichtung sauber und insbesondere die Elektroden der Plasmaquelle und die Substrat-Heizeinrichtung sind störungsfrei betriebsfähig. Der erforderliche Wartungsaufwand der Einrichtung, insbesondere für Reinigungsarbeiten, wird wesentlich gemindert. Die Vorteile sind im gleichen Maße bei Chargenanlagen wie bei Durchlaufanlagen wirksam. The reaction products of the plasma process are reflected known way not only on the substrates, but in the entire first room. In the second room with the Electrodes of the plasma source, in which there is no reactive gas the mechanical internals are like that Electrodes practically not with interfering deposits coated. This keeps this part of the facility clean and in particular the electrodes of the plasma source and the Substrate heaters are trouble-free. The required maintenance effort of the facility, especially for cleaning work, is essential reduced. The advantages are the same Batch systems as effective with continuous systems.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. The invention is based on one Embodiment will be explained in more detail.

Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Durchlaufanlage in der Seitenansicht. The drawing shows a schematic representation of a Continuous plant according to the invention in side view.

Die Zeichnung zeigt eine Vakuumkammer 1 mit einer Substrat-Eintrittsschleuse 2 und einer Substrat-Austrittsschleuse 3. Substrate 4 in Form von Halbleiterscheiben liegen auf einer Vielzahl aneinander gereihter Substratträger 5 aus Glas, die gemeinsam mittels eines nicht dargestellten Transportsystems in Pfeilrichtung durch die Vakuumkammer 1 hindurch bewegt werden können. The drawing shows a vacuum chamber 1 with a substrate entry lock 2 and a substrate exit lock 3 . Substrates 4 in the form of semiconductor wafers lie on a multiplicity of glass substrate carriers 5 , which can be moved together in the direction of the arrow through the vacuum chamber 1 by means of a transport system (not shown ) .

Die Substratträger 5 bestehen aus Glastafeln im Ausführungsbeispiel mit einer Dicke von 6 mm. Die Substratträger 5 teilen die Vakuumkammer 1 in der Art einer erfindungsgemäßen Trennwand in einen ersten Raum 6 und einen zweiten Raum 7. Die Substratträger 5 sind elektrisch isolierend, dielektrisch verlustarm und damit durchlässig für hochfrequente, plasmaerzeugende elektrische und magnetische Felder, sowie Wärmestrahlung. The substrate carrier 5 consist of glass plates in the exemplary embodiment with a thickness of 6 mm. The substrate carriers 5 divide the vacuum chamber 1 into a first space 6 and a second space 7 in the manner of a partition according to the invention. The substrate carriers 5 are electrically insulating, have low dielectric losses and are therefore permeable to high-frequency, plasma-generating electrical and magnetic fields and heat radiation.

Unmittelbar unterhalb der Substratträger 5, nur durch einen engen Vakuumspalt getrennt, befinden sich zwei Elektroden 8 und 9, welche aus Metall-Lochplatten hergestellt und mit einem HF-Generator 12 zur Erzeugung der Betriebsspannung für die Plasmaentladung verbunden sind. Immediately below the substrate carrier 5 , separated only by a narrow vacuum gap, there are two electrodes 8 and 9 , which are made of perforated metal plates and are connected to an HF generator 12 for generating the operating voltage for the plasma discharge.

Die Elektroden 8 und 9 sind durch zwei Glasplatten 10 und 11 isoliert, eben, symmetrisch und in einer Ebene parallel zu den Substratträgern 5 gehaltert. Zur Vermeidung von parasitären Entladungen ist an der von den Substratträgern abgewandten Seite der Elektrodenanordnung eine auf Massepotential liegende, strahlungsdurchlässige, metallische Abschirmung 13, im Beispiel in Form eines grobmaschigen Metallnetzes, vorgesehen. The electrodes 8 and 9 are insulated by two glass plates 10 and 11 , flat, symmetrical and held in one plane parallel to the substrate carriers 5 . In order to avoid parasitic discharges, a radiation-transmissive, metallic shield 13 , in the example in the form of a coarse-meshed metal network, is provided on the side of the electrode arrangement facing away from the substrate carriers.

Gegenüber den Substratträgern 5 unterhalb der Abschirmung 13 befindet sich ein flächiger Wärmestrahler 14, dessen Strahlungsspektrum so festgelegt ist, dass ein hoher Anteil der ausgestrahlten Wärmeenergie die Anordnungen zwischen ihm und den Substraten 4 weitgehend verlustarm durchdringen kann, so dass die strahlungsabsorbierenden Substrate optimal aufgeheizt werden können. Compared to the substrate carriers 5, below the shield 13, there is a planar heat radiator 14 , the radiation spectrum of which is defined in such a way that a high proportion of the radiated thermal energy can penetrate the arrangements between it and the substrates 4 with little loss, so that the radiation-absorbing substrates can be optimally heated ,

Im ersten Raum 6 befinden sich entgegen der Substratträger 5 als Trennwand über den Substraten 4 flächig mehrere Austrittsöffnungen eines Reaktivgaseinlasses 15, durch die ein Reaktivgas eingelassen werden kann. In the first space 6 , opposite the substrate carrier 5, there are two outlet openings of a reactive gas inlet 15 , through which a reactive gas can be admitted, as a partition above the substrates 4 .

Nachfolgend soll die Anwendung der Einrichtung unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben werden. Auf die bereits erwähnten Halbleiterscheiben als Substrate 4 soll eine Si₃N₄-Schutzschicht nach einem CVD-Verfahren aufgebracht werden. The use of the device using the method according to the invention will be described below. An Si ₃ N ₄ protective layer is to be applied to the already mentioned semiconductor wafers as substrates 4 using a CVD method.

Dazu werden die Substrate 4 durch die Substrat-Eintrittsschleuse 2 in den ersten Raum 6 der Vakuumkammer 1 einge- schleust. Die Substrate 4 liegen direkt auf den Substratträgern 5 auf. Die Vakuumkammer ist evakuiert und in den ersten Raum 6 wird permanent als Reaktivgas ein Gemisch aus Silan und Ammoniak eingelassen und über eine nicht dargestellte Abgasleitung werden die gasförmigen inaktiven Folgeprodukte aus dem ersten Raum 6 entfernt. Der Wärmestrahler 14 ist in Betrieb und heizt von unten durch die Substratträger 5 hindurch die Substrate 4 auf die erforderliche Prozesstemperatur von ca. 300°C auf. Zwischen den Elektroden 8 und 9 wird eine Plasmaentladung aufrecht erhalten, wobei der Haupt-Entladungsstrom durch die Substratträger 5 hindurch unmittelbar oberhalb der Substrate 4 verläuft. Zur Ausbildung der Plasmaentladung werden die Elektroden 8 und 9 über den HF-Generator 12 mit einer hochfrequenten Spannung mit einer Frequenz im Bereich von 100 kHz beaufschlagt, wobei in der Vakuumkammer 1 ein Druck von ca. 0,01 bis 1 mbar eingestellt wird. Die Plasmaleistung bezogen auf die Elektrodenfläche beträgt beispielhaft zwischen 0,1 und 1 W/cm². For this purpose, the substrates 4 are introduced through the substrate inlet lock 2 into the first space 6 of the vacuum chamber 1 . The substrates 4 lie directly on the substrate carriers 5 . The vacuum chamber is evacuated and a mixture of silane and ammonia is permanently admitted into the first space 6 as a reactive gas and the gaseous inactive secondary products are removed from the first space 6 via an exhaust gas line, not shown. The heat radiator 14 is in operation and heats the substrates 4 from below through the substrate carrier 5 to the required process temperature of approximately 300 ° C. A plasma discharge is maintained between the electrodes 8 and 9 , the main discharge current running through the substrate carrier 5 directly above the substrates 4 . To form the plasma discharge, the electrodes 8 and 9 are subjected to a high-frequency voltage with a frequency in the range of 100 kHz via the HF generator 12 , a pressure of approximately 0.01 to 1 mbar being set in the vacuum chamber 1 . The plasma power based on the electrode area is, for example, between 0.1 and 1 W / cm ² .

Die Substratträger 5 mit den Substraten 4 werden langsam durch die Vakuumkammer 1 geschleust, dabei schnell auf die Reaktionstemperatur von ca. 300°C aufgeheizt und unter der Wirkung des Plasmas und des Reaktivgases aus Silan und Ammoniak scheidet sich kontinuierlich eine Si₃N₄-Schutzschicht ab. The substrate carrier 5 with the substrates 4 are slowly passed through the vacuum chamber 1 , being quickly heated to the reaction temperature of approx. 300 ° C. and under the action of the plasma and the reactive gas made of silane and ammonia, a protective layer of Si ₃ N ₄ separates continuously from.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist es ohne weiteres möglich, spezifische Abwandlungen sowohl bei Chargenanlagen wie bei Durchlaufanlagen anzubringen oder weitere technologische Elemente vorzusehen. Als Plasmaquelle kann auch eine geeignete Mikrowellen-Plasmaquelle eingesetzt werden. Es kann auch eine Substrat-Heizeinrichtung eingesetzt werden, bei der die Wärmestrahlung über Fenster in den ersten Raum eingeleitet wird. Unter die Erfindung fallen selbstverständlich auch solche Einrichtungen, bei denen für spezifische Anwendungsfälle statt einem Reaktivgas ein Inertgas eingesetzt wird. Liste der verwendeten Bezugszeichen 1 Vakuumkammer
2 Substrat-Eintrittsschleuse
3 Substrat-Austrittsschleuse
4 Substrat
5 Substratträger
6 erster Raum
7 zweiter Raum
8 Elektrode
9 Elektrode
10 Glasplatte
11 Glasplatte
12 HF-Generator
13 Abschirmung
14 Wärmestrahler
15 Reaktivgaseinlass
The invention is of course not limited to the exemplary embodiment described. So it is easily possible to apply specific modifications to both batch systems and continuous systems or to provide additional technological elements. A suitable microwave plasma source can also be used as the plasma source. A substrate heating device can also be used, in which the heat radiation is introduced into the first room via windows. The invention naturally also includes devices in which an inert gas is used instead of a reactive gas for specific applications. List of reference numerals used 1 vacuum chamber
2 substrate inlet lock
3 substrate outlet lock
4 substrate
5 substrate carriers
6 first room
7 second room
8 electrode
9 electrode
10 glass plate
11 glass plate
12 RF generator
13 shielding
14 radiant heaters
15 reactive gas inlet

Claims

1. Einrichtung zur reaktiven Plasmabehandlung von Substraten (4) bestehend aus einer Vakuumkammer (1) mit mindestens einer Substratanordnung, einer Plasmaquelle, einem Reaktivgaseinlass (15) und einer Substrat- Heizeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkammer (1) aus einem ersten Raum (6) und einem zweiten Raum (7) besteht, die mittels einer Trennwand aus Glas oder Keramik voneinander getrennt sind, dass im ersten Raum (6) die Substratanordnung sowie der Reaktivgaseinlass (15) und im zweiten Raum (7) die Elektroden (8, 9) der Plasmaquelle und die Substrat- Heizeinrichtung angeordnet sind. 1. Device for reactive plasma treatment of substrates ( 4 ) consisting of a vacuum chamber ( 1 ) with at least one substrate arrangement, a plasma source, a reactive gas inlet ( 15 ) and a substrate heating device, characterized in that the vacuum chamber ( 1 ) from a first space ( 6 ) and a second space ( 7 ), which are separated from one another by a partition made of glass or ceramic, that in the first space ( 6 ) the substrate arrangement and the reactive gas inlet ( 15 ) and in the second space ( 7 ) the electrodes ( 8 , 9 ) the plasma source and the substrate heating device are arranged.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratanordnung und die Elektroden (8, 9) der Plasmaquelle parallel zueinander angeordnet sind. 2. Device according to claim 1, characterized in that the substrate arrangement and the electrodes ( 8 , 9 ) of the plasma source are arranged parallel to one another.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmaquelle eine Hochfrequenz- Plasmaquelle mit flächigen Elektroden (8, 9) ist, die Durchbrüche aufweisen. 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the plasma source is a high-frequency plasma source with flat electrodes ( 8 , 9 ) which have openings.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (8, 9) der Plasmaquelle beidseitig mit elektrisch isolierenden und wärmestrahlungsdurchlässigen Platten, insbesondere aus Glas (10, 11), abgedeckt sind. 4. Device according to claim 3, characterized in that the electrodes ( 8 , 9 ) of the plasma source are covered on both sides with electrically insulating and heat-radiation-permeable plates, in particular made of glass ( 10 , 11 ).

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an den Elektroden (8, 9) der Plasmaquelle auf der der Trennwand abgewandten Seite eine wärmestrahlungsdurchlässige elektrische Abschirmung (13) vorhanden ist. 5. Device according to claim 3, characterized in that on the electrodes ( 8 , 9 ) of the plasma source on the side facing away from the partition there is a heat radiation-permeable electrical shield ( 13 ).

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrat-Heizeinrichtung eine flächige Stahlungs-Heizeinrichtung ist, die gegenüber der Trennwand hinter der Plasmaquelle angeordnet ist. 6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized characterized that the substrate heater is a flat steel heating device that opposite the partition behind the plasma source is arranged.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktivgaseinlass (15) flächig ausgebildet ist und ausgehend von der Trennwand hinter der Substratanordnung angeordnet ist. 7. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the reactive gas inlet ( 15 ) is flat and is arranged starting from the partition behind the substrate arrangement.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand aus einer Vielzahl Substratträger (5) besteht, die mittels einer Führungseinrichtung über eine Substrat-Eintrittsschleuse (2) in die Vakuumkammer (1) eingebracht und über eine Substrat-Austrittsschleuse (3) aus der Vakuumkammer (1) ausgebracht werden können. 8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the partition consists of a plurality of substrate carriers ( 5 ) which are introduced by means of a guide device via a substrate inlet lock ( 2 ) into the vacuum chamber ( 1 ) and via a substrate Exit lock ( 3 ) can be brought out of the vacuum chamber ( 1 ).

9. Verfahren zur Anwendung einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Substrat (4) als Substratanordnung in den ersten Raum (6) der Vakuumkammer (1) eingebracht wird, dass die Vakuumkammer (1) evakuiert wird, dass das Substrat (4) mittels der Substrat-Heizeinrichtung auf eine technologisch vorgegebene Temperatur aufgeheizt wird und dass in der Folge zur reaktiven Behandlung der Substrate mittels der Plasmaquelle im ersten Raum (6) ein Plasma erzeugt wird und ein Reaktivgas eingelassen wird. 9. A method for using a device according to one of claims 1 to 8, characterized in that at least one substrate ( 4 ) is introduced as a substrate arrangement in the first space ( 6 ) of the vacuum chamber ( 1 ), that the vacuum chamber ( 1 ) is evacuated that the substrate ( 4 ) is heated to a technologically predetermined temperature by means of the substrate heating device and that subsequently a plasma is generated in the first room ( 6 ) for the reactive treatment of the substrates by means of the plasma source and a reactive gas is admitted.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass unter andauernder Aufheizung der Substrate (4), der Plasmaentladung und der Reaktivgaszufuhr eine Vielzahl von Substraten (4) mittels der als Trennwand wirkenden Substratträger (5) über die Substrat-Eintrittsschleuse (2) in die Vakuumkammer (1) eingeschleust und über die Substrat-Austrittsschleuse (3) aus der Vakuumkammer (1) ausgeschleust werden. 10. The method according to claim 9, characterized in that with continuous heating of the substrates ( 4 ), the plasma discharge and the reactive gas supply, a plurality of substrates ( 4 ) by means of the substrate carrier ( 5 ) acting as a partition wall via the substrate inlet lock ( 2 ) in the vacuum chamber ( 1 ) is introduced and removed from the vacuum chamber ( 1 ) via the substrate outlet lock ( 3 ).