DE102009014414A1

DE102009014414A1 - VHF-Elektrodenanordnung, Vorrichtung und Verfahren

Info

Publication number: DE102009014414A1
Application number: DE102009014414A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Geisler; Rudolf Beckmann; Thomas Merz
Original assignee: Leybold Optics GmbH
Current assignee: Buehler Alzenau GmbH
Priority date: 2008-10-29
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2010-05-12
Also published as: WO2010049158A3; WO2010049158A2; TW201024453A; JP2012507126A; EP2347427A2

Abstract

Bei der Elektrodenanordnung mit zumindest zwei Teilelektroden für eine Vorrichtung zur Plasmabehandlung flacher Substrate, wobei jede Teilelektrode einen prismatisch ausgebildeten länglichen Elektrodenkörper umfasst, welcher an seiner einem zu behandelnden Substrat zugewandten Vorderseite eine Elektrodenfläche aufweist, und wobei die zumindest zwei Teilelektroden mit vorzugsweise koplanaren Elektrodenflächen und zueinander parallelen Längsseiten des Elektrodenkörpers benachbart nebeneinander angeordnet sind, ist vorgesehen, dass zumindest eine Teilelektrode mit zumindest zwei Anschlusselementen zur Zuführung von elektrischer Leistung elektrisch verbunden ist, wobei ein erstes Anschlusselement an oder nahe einer ersten Stirnseite und ein zweites Anschlusselement an oder nahe einer zweiten Stirnseite des Elektrodenkörpers ankoppelt. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Plasmabehandlung eines flachen Substrats, wobei das Substrat in einer Vakuumkammer zwischen einer Elektrodenanordnung und einer flachen Gegenelektrode anordenbar ist und in einem Bereich zwischen Elektrode und Gegenelektrode eine Plasmaentladung angeregt werden kann, und wobei die Elektrodenanordnung wie oben beschrieben ausgebildet ist sowie Verfahren zur Plasmabehandlung unter Verwendung der Elektroden oder der Vorrichtung, wie oben beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Plasmabehandlung eines flachen Substrats jeweils nach den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
In der unveröffentlichten DE 10 2007 022 252.3 ist ein System zur Plasma-Beschichtung großflächiger flacher Substrate (insbesondere für die Herstellung von Photovoltaik-Modulen) beschrieben, wobei die Substratfläche in der Größenordnung von 1 m² und mehr liegen kann. Das Plasma wird zwischen einer Elektrode und einer Gegenelektrode erzeugt, zwischen die das zu behandelnde Substrat eingebracht ist. Das System beinhaltet eine Vorrichtung zum Variieren des relativen Abstandes zwischen den Elektroden, wobei ein erster relativ großer Abstand bei einer Be- oder Entladung der Prozesskammer mit dem Substrat und ein zweiter relativ geringer Abstand bei Durchführung der Behandlung des Substrats vorgesehen ist. Über eine in die Elektrode integrierte Gasdusche wird ein schichtbildendes Reaktionsgas bzw. Reaktionsgasgemisch zugeführt. Die Gasdusche umfasst eine Gasduschenaustrittsplatte mit einer Vielzahl von Austrittsöffnungen, mit deren Hilfe das Reaktionsgas gleichmäßig verteilt in die Prozesskammer geleitet wird. Das Reaktionsgas liegt in einem eine relativ hohe Elektronendichte aufweisenden quasineutralen Plasmabulk der Plasmaentladung zwischen dem zu behandelnden Substrat und der Gasdusche als aktivierte Gasspezie vor, mit welcher das zu behandelnde Substrat beaufschlagt wird. Die Geschwindigkeit und Qualität der Substratbeschichtung hängt von einer Vielzahl von Prozessparametern ab, insbesondere von Druck, Fluss und Zusammensetzung der Reaktionsgase, von Leistungsdichte und Frequenz der Plasmaanregung sowie der Substrattemperatur.
Bei einer Plasmaanregung mit einer 13,56 MHz Hochfrequenzspannung kann eine große Elektrodenfläche auf einfache Weise sehr homogen mit Hochspannung versorgt werden, wobei jedoch mit steigender Leistungsdichte ein unerwünschter Ionenbeschuss des Substrats zunimmt. Bei einer Plasmaanregung mit einer VHF-Hochfrequenzspannung (27 MHz–ca. 150 MHz) ist der Ionenbeschuss des Substrats auch bei hohen Leistungsdichten gering, wie beispielsweise im Artikel von Amanatides, Mataras und Rapakoulias, Journal of Applied Physics Volume 90, Number 11, Dezember 2001, beschrieben ist. Dabei stellt allerdings die homogene Verteilung der VHF-Anregungsspannung über eine große Fläche in das Plasmavolumen ein Problem dar.
Weitere Vorteile von VHF beim Einsatz für die Abscheidung von Siliziumschichten für die Herstellung von Photovoltaik-Komponenten (PV) gegenüber Verwendung von RF sind:

• Geringere Empfindlichkeit auf Variationen des Abstandes zwischen Elektrode und Gegenelektrode
• Bessere PV Qualität
• Höhere Abscheiderate
• Verbesserte Wirtschaftlichkeit

Dem stehen Schwierigkeiten beim Einsatz für die großflächige Abscheidung von Siliziumschichten für die PV gegenüber Verwendung von RF:

• Gleichmäßigkeit der Leistungszuführung zum Gesamtvolumen des Plasmas.
• Vermeidung von Verlusten und übermäßiger Aufheizung von Bauteilen im Gefolge von VHF Reflektionen zwischen Anpassungsschaltung und Plasma als Verbraucher.
• Zutritt von Pumpleistung zum Plasmaraum sowie deren gleichmäßiger Verteilung über den Querschnitt des Entladungsraumes.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung mit zumindest zwei Teilelektroden für eine Vorrichtung zur Plasmabehandlung flacher Substrate, wobei jede Teilelektrode einen prismatisch ausgebildeten länglichen Elektrodenkörper umfasst, welcher an seiner einem zu behandelnden Substrat zugewandte Vorderseite eine Elektrodenfläche aufweist, und wobei die zumindest zwei Teilelektroden mit vorzugsweise koplanaren Elektrodenflächen und zueinander parallelen Längsseiten des Elektrodenkörpers benachbart nebeneinander angeordnet sind, ist vorgeshen, dass benachbarte Teilelektroden jede Teilelektrode mit zumindest zwei Anschlusselementen zur Zuführung von elektrischer Leistung elektrisch verbunden ist, wobei ein erstes Anschlusselement an oder nahe einer ersten Stirnseite und ein zweites Anschlusselement an oder nahe einer zweiten Stirnseite des Elektrodenkörpers ankoppelt.
Wenn jede Teilelektrode mit zumindest zwei Anschlusselementen zur Zuführung von elektrischer Leistung elektrisch verbunden ist, wobei ein erstes Anschlusselement an oder nahe einer ersten Stirnseite und ein zweites Anschlusselement an oder nahe einer zweiten Stirnseite des Elektrodenkörpers ankoppelt, wird die Ausbildung von stehenden Wellen auf der Teilelektrode ermöglicht, mit denen eine höhere Gleichmäßigkeit der Leistungszuführung zum Plasma erreicht werden kann.
Es wird hierzu auf die JP2008047938A (Anmeldetag 17.10.2007 Anmelder Murata) verwiesen, deren Offenbarungsgehalt in vollem Umfang durch Bezugnahme zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Patentanmeldung gemacht wird. Ein Anschlusselement wird im Rahmen der Anmeldung „nahe” an einer Stirnseite angekoppelt bezeichnet, wenn das Anschlusselement in einem Bereich des Elektrodenkörpers angeordnet ist, der von der betreffenden Stirnseite einen Abstand aufweist, der höchstens 1/3 des minimalen Abstandes zwischen beiden Stirnseiten beträgt.
Die Erfindung umfasst auch einen Abscheide- oder Ätz- oder Oberflächenmodifikationsprozess, bei dem die o. a. Anordnung verwendet wird sowie ein Produkt, insbesondere in der Photovoltaik, bei dem der o. a. Prozess zu seiner Herstellung verwendet wird.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Vorzugsweise ist die lineare Ausdehnung der Substratfläche entlang der Längsseiten größer als Lambda/8 der Anregungsfrequenz im Vakuum, wobei Lambda die Wellenlänge der Plasmaanregung im Vakuum besteht.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen genauer dargestellt, aus denen sich weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen ergeben.
Es zeigen
1 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Plasmabehandlung mit drei Teilelektroden
2 eine Darstellung eines Bereiches zwischen zwei benachbarten Teilelektroden mit einem Pumpschlitz
3 eine Schnittdarstellung entlang A-A in 1 analog der Darstellung in 8
4 eine Schnittdarstellung einer weiteren Vorrichtung zur Plasmabehandlung
5 eine Darstellung einer Anbindung von Zuführungsleitungen an eine Teilelektrode
6 eine Darstellung einer Anbindung einer Teilelektrode mittels eines Bandleiters
7 eine Darstellung einer zwischen benachbarten Teilelektroden angeordneten Pumpleitung mit einem Pumpschlitz
8 eine Darstellung einer Plasmavorrichtung mit einer Teilelektrode
9 eine Elektrodenanordnung in einem Schnitt in einer Ebene entlang der Linie B-B der 1
10 eine Elektrodenanordnung in einem Schnitt in einer Ebene entlang der Linie S-S parallel zur Ebene der 1.
8 zeigt in vereinfachter Darstellung eine in der unveröffentlichten DE 10 2007 022 252.3 beschriebene, für eine Plasmabehandlung mit RF-Anregungsspannung ausgelegte Plasmavorrichtung (Reaktor 100) zur Behandlung von flachen Substraten 103. Der Reaktor 100 kann beispielsweise als PECVD-Reaktor ausgelegt sein. Auf DE 10 2007 022 252.3 wird vollinhaltlich Bezug genommen. Der Reaktor 100 umfasst einen Prozessraum 109 mit einer Elektrode 105 sowie einer geerdeten Gegenelektrode 107, die zur Erzeugung eines Plasmas zur Behandlung einer zu behandelnden Oberfläche eines oder mehrerer flacher Substrate 103 ausgelegt sind. Die Elektrode 105 kann zur Erzeugung eines elektrischen Feldes in dem Prozessraum 109 an eine nicht näher dargestellte RF-Spannungsquelle angeschlossen werden oder angeschlossen sein. Das Substrat 103 befindet sich unmittelbar vor der geerdeten Gegenelektrode 107, wobei es sich versteht, dass auch eine andere Verschaltung der Elektroden vorgesehen sein kann. Die Elektroden 105, 107 sind vorzugsweise ausgelegt zur Behandlung von Substraten mit einer Fläche von mindestens 1 m² als Behandlungs- oder Bearbeitungsschritt bei der Herstellung von hocheffizienten Dünnschichtsolarmodulen, beispielsweise für amorphe oder mikrokristalline Silizium-Dünnschicht-Solarzellen.
Die Elektroden 105, 107 bilden zwei gegenüberliegende Wände des Prozessraumes 109. Der Prozessraum 109 befindet sich in einer Vakuumkammer 111, die eine Be- und Entladungsöffnung 149 aufweist, welche mit einer Verschlussvorrichtung 135 verschließbar ist. Die Verschlussvorrichtung ist optional. Die Vakuumkammer 111 wird durch ein Gehäuse 113 des Reaktors 100 gebildet. Zur Abdichtung gegenüber der Umwelt sind Dichtungen 115 vorgesehen.
Die Vakuumkammer 111 kann eine beliebige Raumform, beispielsweise mit einem runden oder mehreckigen, insbesondere rechteckigen Querschnitt aufweisen. Der Prozessraum 109 ist beispielsweise als flaches Parallelepiped ausgebildet. In einer anderen Ausführungsform ist die Vakuumkammer 111 selbst der Prozessraum 109.
Die Elektrode 105 ist in einer Haltestruktur 131 in der Vakuumkammer 111 angeordnet, die von der Gehäuserückwand 133 gebildet ist. Dazu ist die Elektrode 105 in einer Ausnehmung der Haltestruktur 131 untergebracht und von der Vakuumkammerwand durch ein Dielektrikum getrennt. Ein Pumpkanal 129 ist durch eine nutförmige zweite Ausnehmung in der Haltestruktur 131 gebildet.
Das Substrat 103 wird durch die Gegenelektrode 107 auf ihrer der Elektrode 105 zugewandten Vorderseite durch eine Halterung 134 aufgenommen.
Zum Einbringen und zum Entfernen von gasförmigem Material sind an sich bekannte Mittel vorgesehen, wobei es sich bei dem gasförmigen Material beispielsweise um Argon (Ar) und/oder Wasserstoff (H2) handeln kann. Insbesondere kann es sich bei dem gasförmigen Material um eine Menge einer aktivierbaren Gasspezie (Reaktionsgas) handeln. Vorzugsweise wird als Gasspezie ein Precursorgas verwendet, welches in einem Plasma schichterzeugende Radikale bildet. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Precursorgas um Silan (SiH₄), das in dem Plasma durch Elektronenstoß den Schichtprecursor SiH3 bildet. Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass als aktivierbare Gasspezie ein Reinigungsgas verwendet wird, beispielsweise NF3. Das Einbringen und Entfernen des gasförmigen Materials kann sowohl sequenziell als auch parallel erfolgen.
Als Mittel zum Einbringen von gasförmigem Material ist eine Beschichtungsmaterialquelle 119 mit einem Kanal 123 vorgesehen, die an eine Gasverteilungsvorrichtung angeschlossen ist. Die Gasverteilungsvorrichtung ist in die Elektrode 105 integriert, kann jedoch in anderen Ausführungsformen auch separat von der Elektrode ausgebildet sein. Die Gasverteilungsvorrichtung weist in der vorliegenden Ausführungsform eine Gasaustrittsplatte 125 auf; diese umfasst eine Vielzahl von in den Prozessraum 109 mündenden Öffnungen, durch die gasförmiges Material in den Prozessraum 109 eingebracht werden kann. Die Gasverteilungsvorrichtung ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass eine homogene Beaufschlagung des Substrats 103 mit Gasspezies erreicht werden kann. Vorzugsweise ist die Vielzahl von Austrittsöffnungen gleichmäßig in der Gasaustrittsplatte 125 verteilt, so dass das gasförmige Material gleichmäßig verteilt in die Prozesskammer 109 geleitet wird.
Es versteht sich, dass die Mittel zum Einbringen von gasförmigem Material auch verschieden von der Darstellung in 8 ausgebildet sein können, ebenso wie die Gasverteilereinrichtung 125.
Der Reaktor 100 umfasst eine Vorrichtung zum Variieren des relativen Abstandes zwischen den Elektroden, welche in der Ausführungsform der 8 als Schiebebolzen 141, der mittels einer Lagerplatte 143 eine Linearbewegung in der Vakuumkammer 111 ausführen kann, ausgebildet ist. Der Schiebebolzen 141 ist mit der Elektrode 105 abgewandten Rückseite der Gegenelektrode 107 verbunden. Ein dem Schiebebolzen 141 zugeordneter Antrieb ist nicht dargestellt.
In der Darstellung der 8 ist vorgesehen, dass die Gegenelektrode 107 während der Durchführung der Plasmabehandlung die Ausnehmung abdeckt. Vorzugsweise weist die Gegenelektrode Kontaktelemente 138 für zugeordnete Kontaktelemente 137 der Haltestruktur auf, so dass die Gegenelektrode während der Durchführung der Plasmabehandlung auf dem elektrischen Potential der Vakuumkammer 111 liegt.
Erfindungsgemäß ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die Gegenelektrode 107 eine in den 8 nicht dargestellte Vorrichtung zur Aufnahme von flachen Substraten aufweist, die derart ausgebildet ist, dass das oder die Substrate zumindest während der Durchführung der Behandlung der zu behandelnden oder behandelten Oberfläche nach unten orientiert mit einem Winkel Alpha in einem Bereich zwischen 0° und 90° gegenüber der Lotrichtung angeordnet sind. Bei einer derartigen Anordnung eines Substrats können Kontaminationen der zu behandelnden, insbesondere zu beschichtenden oder beschichteten Oberfläche des Substrats vermieden oder zumindest reduziert werden, da die betreffenden Partikel im Schwerefeld nach unten und sich damit von der gefährdeten Oberfläche entfernen. Es versteht sich, dass in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die zu behandelnde Oberfläche nach oben orientiert sein kann.
Bei der Be- oder Entladung der Prozesskammer 109 mit dem Substrat 103 ist ein relativ großer Abstand zwischen Elektrode 105 und Gegenelektrode 107 und ein zweiter relativ geringer Abstand bei Durchführung der Behandlung des Substrats 103 vorgesehen.
Bei der Plasmabehandlung wird mittels einer Hochfrequenzspannung ein Plasma (in 8 nicht dargestellt) in einem Bereich zwischen Elektrode 105 und Gegenelektrode 107, genauer zwischen der Gasaustrittsplatte 125 und dem an der Gegenelektrode 105 gehalterten Substrat 103 angeregt. Zur Plasmabehandlung wird ferner zusätzlich vorzugsweise Reaktionsgas über die Gasaustrittsplatte 125 homogen verteilt in das Plasma eingebracht. Das Reaktionsgas liegt in einem eine relativ hohe Elektronendichte aufweisenden quasineutralen Plasmabulk der Plasmaentladung zwischen dem zu behandelnden Substrat und der Gasaustrittsplatte 125 als aktivierte Gasspezie vor, mit welcher die zu behandelnde Oberfläche des Substrats 103 beaufschlagt wird.
1 zeigt eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung analog zu 8, jedoch mit einer Elektrodenanordnung mit drei Teilelektroden 1a, 1b, 1c statt einer Elektrode 125.
Jede Teilelektrode 1a, 1b, 1c umfasst einen Elektrodenkörper, der als vorzugsweise längliches Prisma ausgebildet ist und aus einem Metall, vorzugsweise einem gegenüber Plasma festen Metall wie Aluminium besteht. Als längliches Prisma wird ein Prisma bezeichnet, bei dem die Längsseiten größer als der größte Querschnittsdurchmesser ist. Bevorzugt ist ein quaderförmiger Elektrodenkörper. Der Elektrodenkörper der Elektroden 1a–1c ist jeweils vorzugsweise spiegel-symmetrisch zu einer senkrecht zur Längsachse der Elektrode gelegten Ebene S.
Jede Teilelektrode 1a–1c ist mit zumindest zwei Anschlusselementen zur Zuführung von elektrischer Leistung elektrisch verbunden, wobei ein erstes Anschlusselement 3a–3c jeweils an einer ersten Stirnseite 50a–50c und ein nicht in 1 dargestelltes zweites Anschlusselement, vorzugsweise spiegelsymmetrisch zum ersten Anschlusselement an einer zweiten Stirnseite des Elektrodenkörpers ankoppelt. Die Anschlusselemente 3a–3c sind als Koaxialleitungen ausgebildet. Vorzugsweise sind die Anschlusselemente 3a–3c als Metallzylinder ausgebildet. Mit jeweils einer ihrer Stirnseiten sind die Metallzylinder mit einer Stirnseite der Elektrodenkörper 1a–1c elektrisch leitend verbunden, beispielsweise verschweißt.
Die Teilelektroden 1a–1c werden vorzugsweise mit VHF-Leistung gleicher Phase versorgt. In einer Ausführungsform ist jede Teilelektrode 1a–1c mit einem separaten VHF-Generator elektrisch verbunden. In einer weiteren Ausführungsform sind die Teilelektroden 1a–1c, vorzugsweise in Parallelschaltung mit einem gemeinsamen VHF-Generator elektrisch verbunden.
Die Teilelektroden 1a–1c sind jeweils in einer dielektrischen Einbettungskomponente 7 angeordnet. Teile der Einbettungskomponente können auch durch Luft gebildet sein. Die Vorderseite der Elektrodenkörper weist eine großflächige Elektrodenfläche auf, die von der Einbettungskomponente 7 freigelassen wird und bei Betrieb der Vorrichtung gegenüber dem zu behandelnden Substrat angeordnet ist und üblicherweise in Kontakt mit dem Plasma steht.
Ferner ist ein die Elektrodenflächen freilassendes Schirmelement 2 vorgesehen, das eine oder mehrere der zumindest zwei Teilelektroden 1a–1c zusammen mit der Einbettungskomponente 7 umschließt.
In 2 ist ein Bereich zwischen zwei benachbarten Teilelektroden 1a und 1b mit einem Pumpschlitz 20, 20a dargestellt.
In einer bevorzugten, in 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die Elektrodenfläche als Gasaustrittsplatte 15 einer Gasverteilungseinrichtung ausgebildet, wobei die Gasaustrittsplatte 15 Gasaustrittsöffnungen 15a aufweist, durch die Prozess- und/oder Reaktionsgas in die Vakuumkammer bzw. in den Bereich zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode eingebracht werden kann.
Weitere Aspekte der Erfindung betreffen folgende Punkte:

Array aus

• länger als breit geformten,
• zur ihren Längsseiten parallel angeordneten Elektroden 1, 1a, 1b, 1c.
• Jeweils gespeist an beiden schmalen Enden.
• Eingebettet in vakuumtaugliches Dielektrikum 7, vorzugsweise Aluminiumoxidkeramik, oder KER 221, KER 330 o. ä.,
• beide zusammen umgeben von elektrisch leitendem Schirm 6.
• Mit bewegbarer Gegenelektrode 11, die ein Substrat 12 trägt und mit einem Schirmelement 2, 6
• durch Bewegung der Gegenelektrode 11 können diese und Schirm 2, 6 über Kontakte 13 elektrisch leitend verbunden werden.
• Elektroden 1 enthalten Gasverteilung 14, 15 mit Gaszuführung 15a.
• Medienleitung 16, 16a
• Wasserkühlung 18
• Eingesetzt in Vakuumrezipienten 19
• Zwischen benachbarten Einzelelektroden 1a, 1b befinden sich schmale, ca. 1 mm breite Pump-Schlitze 20, 20a, die sich im Dielektrikum 7 und im Außenschirm 6 fortsetzen. Die nichtgezeigte Pumpe ist an den Vakuumrezipienten 19 angeschlossen.
• Die dem Plasmaraum 100 zugewandte Fläche des Dielektrikums 7 ist durch metallische Platten 9 abgedeckt und mittels Schrauben o. ä. 9a gehalten.
• Anpassungsnetzwerk zwischen außerhalb des Vakuumrezipienten liegender VHF Beschaltung aus Verstärkern, Oszillatoren, Kombinern etc.

4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Anschlusselemente 3 im Bereich der Stirnflächen 50 auf der Rückseite 40 des Elektrodenkörpers der Teilelektrode 1 angeordnet sind. Das Anschlusselement 3 ist als Vakuumdurchführung und Koaxialleiter ausgebildet und mittels Dichtelementen 8 in einer Keramik 7a in der Vakuumkammerwand 19 befestigt. Die Teilelektrode 1 ist dabei von dem Schirmelement 6 umfasst, welches mit einem Teil des Aussenleiters der Koaxialleitung 3 elektrisch verbunden ist.
In 6 ist ein erstes als Bandleitung 24 ausgebildetes Anschlusselement an der Rückseite des Elektrodenkörpers 40 nahe einer Stirnseite 50 des Elektrodenkörpers der Elektrode 1 angeordnet. Ein zweites als Bandleitung ausgebildetes Anschlusselement (nicht dargestellt) ist an der Rückseite des Elektrodenkörpers nahe einer zweiten Stirnseite angekoppelt.
Ferner kann ein erster Pol einer Bandleitung mit zumindest einem Anschlusselement verbunden und ein zweiter Pol der Bandleitung mit einer Gegenelektrode der Teilelektrode verbunden sein, wobei die Bandleitung an ein Symmetrisierglied angeschlossen ist mit dem die Zweibandleitung an eine mit einem VHF-Generator verbundene Koaxialleitung angeschlossen werden kann.
Insbesondere kann die Vakuumdurchführung kann auch als symmetrische Zweibandleitung ausgeführt sein. Ein Pol ist verbunden mit der Elektrode, der andere mit der Gegenelektrode, die das Substrat trägt. Nahe bei der Vakuumdurchführung, auf der Luftseite wird das Symmetrieglied eingesetzt (auch Balun genannt), das die Zweibandleitung an die Koaxialleitung anschließt.
Damit wird eine möglichst kurze Strecke für die Übertragung der VHF Leistung erreicht, so dass Gleichtaktstörungen reduziert werden können. Derartige Störungen können sich andernfalls leicht ausbilden, da ein Parallelplattenreaktor eine entartete Zweibandleitung darstellt auf der sich Gleichtaktstörungen ausbilden können. Gleichtaktstörungen führen zusammen mit der Verbindung zur Erdung (Anlagenmasse) zu einem Stromkreis: Anlagenmasse – beide Elektroden – beide Anschlusselemente an diese – Erdung Matchbox/Generator – zurück zur Anlagenmasse. Ein derartiger Stromkreis überträgt VHF Leistung, die zu einem parasitären Plasma führen kann, das innerhalb des Vakuumrezipienten durchaus unerwünscht außerhalb des Raumes zwischen den Elektroden brennt.
9 veranschaulicht die Befestigung der zylindrisch – symmetrisch geformten Koaxialanschlüsse 3a–3d an einer rechtwinklig – prismatischen Baugruppe.
In der in 10 dargestellten Ausführungsform ist zwischen zwei benachbarten Teilelektroden 1a, 1b ein metallisches Trennelement 150, beispielsweise ein Aluminiumblech angeordnet, welches vorzugsweise elektrisch mit dem Schirmelement 2 und/oder mit der Erdung verbunden ist. Die Teilelektroden 150 können auch mit Anschlusselementen zur Zufuhr von elektrischer Leistung versehen sein, die nicht an oder in der Nähe der Stirnseiten angeordnet sind. Derartig im Spalt zwischen den Teilelektroden angeordnete Trennelemente aus elektrisch leitfähigem Material ermöglichen eine stabilere Phasenbeziehung zwischen den Teilelektroden, insbesondere die Verminderung von destruktiven Interferenzen zwischen den an den Elektroden anliegenden elektrischen bzw. elektromagnetischen Wellen zur Plasmaanregung und damit die Ausbildung eines homogeneren Plasmas. In einer weiteren Ausführungsform ist zumindest eines der Trennelemente mit Öffnungen versehen, die einen verbesserten Durchgang von fluidem Material ermöglichen. In diesem Fall kann das Trennelement als Lochblech oder Drahtgitter ausgebildet sein. Sind die Trennelemente mit Durchgangsöffnungen versehen, kann die Ausbildung eines homogenen Plasmas erleichtert werden.

1, 1a, 1b, 1c, 1d: Teilelektroden
2: Schirmelement, Aussenleiter
3: Anschlusselement
4: Eindichtplatte, Rezipientenseitig
5: Eindichtplatte, Anpassungsnetzwerkseitig
6: Aussenleiter
7: Dielektrikum, Einbettungskomponente
7a, 7b, 7c: Dielektrikum
8: Dichtelemente
9: Abdeckung des Dielektrikums
9a: Befestigungselement
10: Pumpschlitz korrespondierend zur Abdeckung 9
11: Gegenelektrode
12: Substrat
13: Kontaktfedern
14: Gasverteilungsraum
15: Gasaustrittsplatte, Vorderseite Elektrodenkörper
15a: Gasaustrittsöffnung
16, 16a: Medienleitung
17: Gaszuführung
18: Medienleitung
19: Vakuumkammerwand
19a: Vakuumkammerwand
19b: Aussteifung
20, 20a: Pumpschlitz
22: Stäbe
23: Tellerfeder
24: Kupferblech
25: Membran
29: Abdeckung
30: Pumpkanal
35: Nase
40: Rückseite
50: Stirnseite
100: Plasma
101: Plasmavorrichtung, Reaktor
103: Substrat
105: erste Elektrode
107: zweite Elektrode, Gegenelektrode
109: Prozessraum
111: Vakuumkammer
113: Gehäuse
115: Dichtung
118: Vakuumleitungen
119: Beschichtungsmaterialquelle
121: Oberfläche
123: Kanal
125: Gasaustrittsplatte
127: Verschlussvorrichtung
129: Pumpkanal
131: Trennwand
133: Gehäuserückwand
134: Halterung
135: Verschlussvorrichtung
137: Kontaktstelle
138: Kontaktstelle
139: Doppelpfeil
141: Schiebebolzen
143: Lagerplatte
145: Gehäusewand
147: Doppelpfeil
149: Öffnung
150: Trennelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102007022252 [0002, 0026, 0026]
- JP 2008047938 A [0010]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Artikel von Amanatides, Mataras und Rapakoulias, Journal of Applied Physics Volume 90, Number 11, Dezember 2001 [0003]

Claims

Elektrodenanordnung mit zumindest zwei Teilelektroden für eine Vorrichtung zur Plasmabehandlung flacher Substrate, wobei jede Teilelektrode einen prismatisch ausgebildeten länglichen Elektrodenkörper umfasst, welcher an seiner einem zu behandelnden Substrat zugewandte Vorderseite eine Elektrodenfläche aufweist, und wobei die zumindest zwei Teilelektroden mit vorzugsweise koplanaren Elektrodenflächen und zueinander parallelen Längsseiten des Elektrodenkörpers benachbart nebeneinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Teilelektrode mit zumindest zwei Anschlusselementen zur Zuführung von elektrischer Leistung elektrisch verbunden ist, wobei ein erstes Anschlusselement an oder nahe einer ersten Stirnseite und ein zweites Anschlusselement an oder nahe einer zweiten Stirnseite des Elektrodenkörpers ankoppelt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilelektrode in einer die Elektrodenfläche freilassenden Einbettungskomponente aus dielektrischem Material angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Teilelektroden mit vorzugsweise koplanaren Elektrodenflächen und zueinander parallelen Längsseiten des Elektrodenkörpers benachbart nebeneinander angeordnet sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Elektrodenflächen freilassendes Schirmelement vorgesehen ist, das eine oder mehrere der zumindest zwei Teilelektroden zusammen mit der Einbettungskomponente umschließt.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Anschlusselemente als Hochfrequenz-Vakuumdurchführungselemente ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines Anschlusselemente als ein den Elektrodenkörper, die Einbettungskomponente und/oder das Schirmelement tragendes Bauteil ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Anschlusselement als Teil eines Koaxialleiters oder als Teil einer Bandleitung ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Schirmelement zumindest mit einen Teil eines Aussenleiters einer ein Anschlusselement bildenden Koaxialleitung elektrisch verbunden ist oder dass zumindest ein Schirmelement zumindest einen Teil einer Bandleitung bildet.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Elektrodenkörpern zumindest zweier benachbarter Teilelektroden, vorzugsweise als Pumpschlitze ausgebildete Pumpöffnungen für das Abführen von Prozessgas zur Plasmabehandlung angeordnet sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Teilelektrode zumindest eine Gasaustrittsöffnung zum Zuführen von Prozessgas zur Plasmabehandlung aufweist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Vakuumdurchführungselemente zumindest eine Gaszuführungsleitung für eine Gasverteilervorrichtung und/oder eine Medienleitung zur Zuführung oder zum Abführen von fluiden Medien umfasst.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Pol einer Bandleitung mit zumindest einem Anschlusselement verbunden oder verbindbar ist, ein zweiter Pol einer Bandleitung mit einer Gegenelektrode der Plasmaelektrode verbunden oder verbindbar ist, wobei die Bandleitung vorzugsweise an ein Symmetrisierglied anschließbar ist.
Vorrichtung zur Plasmabehandlung eines flachen Substrats, wobei – das Substrat in einer Vakuumkammer zwischen einer Elektrodenanordnung und einer flachen Gegenelektrode anordenbar ist und – in einem Bereich zwischen Elektrode und Gegenelektrode eine Plasmaentladung angeregt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Teilelektroden mittels eines der als Vakuumdurchführungselement ausgebildeten Anschlusselemente an der Vakuumkammerwand befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Teilelektrode mit einem oberen Vakuumdurchführungselement in einem oberen Bereich der Vakuumkammerwand und mit einem unteren Vakuumdurchführungselement in einem unteren Bereich der Vakuumkammerwand befestigt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Teilelektrode mit einem oberen Vakuumdurchführungselement in einem oberen rückseitigen Bereich der Vakuumkammer und mit einem unteren Vakuumdurchführungselement in einem unteren rückseitigen Bereich der Vakuumkammer befestigt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Vakuumdurchführungselemente einen Leitungswellenwiderstand von weniger als 10 Ohm, vorzugsweise 1 Ohm, besonders bevorzugt weniger als 1 Ohm aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass während der Plasmabehandlung der Abstand zwischen der Elektrodenfläche und der Substratoberfläche 5 mm–50 mm, vorzugsweise 10 mm–20 mm beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale Abstand zwischen benachbarten Teilelektroden kleiner als 5 mm ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung und gegebenenfalls die Gegenelektrode für ein Substrat mit einer Fläche von zumindest 1 m**2 ausgelegt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung 3, 4, 5 oder 6 Teilelektroden aufweist.
Vorrichtung zur Plasmabehandlung eines flachen Substrats, wobei – das Substrat in einer Vakuumkammer zwischen einer Elektrodenanordnung und einer flachen Gegenelektrode anordenbar ist und – in einem Bereich zwischen Elektrode und Gegenelektrode eine Plasmaentladung angeregt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Teilelektrode mit zumindest zwei Anschlusselementen zur Zuführung von elektrischer Leistung elektrisch verbunden ist und zwischen zwei benachbarten Teilelektroden ein elektrisch leitendes Trennelement angeordnet ist.
Verfahren zur Plasmabehandlung eines flachen Substrats, wobei die Plasmabehandlung ein Abscheide- oder Ätz- oder Oberflächenmodifikationsprozess ist und das Substrat in einer Vakuumkammer zwischen einer Elektrodenanordnung und einer flachen Gegenelektrode angeordnet wird und – in einem Bereich zwischen Elektrode und Gegenelektrode eine Plasmaentladung angeregt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Plasma elektrische Leistung mit einer Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zugeführt wird.
Verfahren zur Plasmabehandlung eines flachen Substrats, wobei die Plasmabehandlung ein Abscheide- oder Ätz- oder Oberflächenmodifikationsprozess ist und das Substrat in einer Vakuumkammer zwischen einer Elektrodenanordnung und einer flachen Gegenelektrode angeordnet wird und – in einem Bereich zwischen Elektrode und Gegenelektrode eine Plasmaentladung angeregt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Plasma elektrische Leistung mittels der Elektrodenanordnung in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 22 zugeführt wird.