DE19739894C2 - Plasmabehandlungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Plasmabehandlungsvorrichtung.

Zur Behandlung von Werkstücken mit Plasma sind Vorrichtungen bekanntgeworden, bei denen in einem evakuierten Hohlraum Plasma erzeugt wird, das aufgrund seiner besonderen chemischen und physikalischen Eigenschaften die gewünschte Reaktion hervorruft, beispielsweise die Oberflächenbehandlung eines Werkstücks. Derartige Vorrichtungen sind u. a. aus DE 39 33 619 C2, DE 30 11 686 A1 und DE 195 03 205 C1 bekanntgeworden.

Bei diesen bekannten Vorrichtungen sind der Behandlungsraum und die Anordnung einzelner Elemente, wie beispielsweise Plasma-Erzeuger, fest vorgegeben. Es ist ferner aus EP 0 758 688 A1 eine Plasmabehandlungsvorrichtung bekannt, die einen nach oben offenen Behälter als Behandlungskammer und einen auf Dichtflächen des Behälters ruhenden Deckel aufweist, der einen Plasma-Erzeuger beinhaltet. Die Aufgaben einer Plasmabehandlung sind jedoch in Abhängigkeit von dem jeweils anzuwendenden Prozeß und dem jeweils zu behandelnden Werkstück recht unterschiedlich, so daß die bekannten Vorrichtungen, insbesondere diejenigen, die jeweils in einem Werk zur Verfügung stehen, häufig nicht oder zumindestens nicht vorteilhaft eingesetzt werden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Plasmabehandlungsvorrichtung anzugeben, welche den Anforderungen im einzelnen leicht angepaßt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen modularen Aufbau mit stapelbaren Rahmen, die mit Dichtflächen aneinander passen und einen Behandlungsraum bilden, der mit zwei Abdeckungen abschließbar ist, wobei in mindestens einem Rahmen ein Plasma-Erzeuger angeordnet ist und wobei mindestens ein weiterer Rahmen eine Gasdusche enthält.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in einfacher Weise an die jeweiligen Aufgaben angepaßt werden und eignet sich vorzugsweise für Laborzwecke und zur Behandlung von Einzelstücken, kann jedoch bei entsprechender Zuführung der Werkstücke auch für eine Serienfertigung eingesetzt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Plasmabehandlungsvorrichtung sind in den Unteransprüchen aufgeführt. Insbesondere ist dabei vorgesehen, daß der Plasma-Erzeuger mehrere parallel angeordnete Keramikantennen oder mehrere parallel angeordnete Koaxialleitungen aufweist, denen Mikrowellenenergie zuführbar ist. Hiermit ist eine gleichmäßige Verteilung des Plasmas über den Behandlungsraum möglich. Dabei kann die Vorrichtung zur Plasmaerzeugung gemäß DE 195 03 205 C2 derart ausgebildet sein, daß den Koaxialleitungen bzw. den Keramikantennen von beiden Enden Mikrowellenenergie zuführbar ist.

Die Ausgestaltung der einzelnen Rahmen mit zur Plasmabehandlung dienenden Einbauten - im folgenden auch Module genannt - ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung in vielfältiger Weise möglich. Insbesondere ist dabei vorgesehen, daß mindestens ein weiterer Rahmen als Behandlungskammer mit mindestens einer Schleuse für zu behandelnde Werkstücke ausgebildet ist, wobei vorzugsweise die Behandlungskammer ein Sichtfenster aufweist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß eine der Abdeckungen als Trägerplatte für das zu behandelnde Werkstück ausgebildet ist. Dabei kann die Trägerplatte mit einer Heizung und mit Absaugöffnungen versehen sein und/oder eine Drehdurchführung und eine außerhalb des Behandlungsraumes angeordnete Antriebseinheit aufweisen.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn ein weiterer Rahmen als Fußteil mit der Trägerplatte verbindbar ist und einen mit den Absaugöffnungen verbundenen Vakuumanschluß aufweist.

Bei der Erzeugung von Plasma entstehen hohe Temperaturen. Deshalb ist gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, daß in mindestens einem der Rahmen Kühlkanäle angeordnet sind.

Häufig sind während der Plasmabehandlung Messungen der innerhalb der Behandlungskammer vorliegenden Größen, wie beispielsweise Druck, Temperatur und Plasmadichte, erforderlich. Bei einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist daher vorgesehen, daß mindestens einer der Rahmen elektrische Durchführungen und Halterungen für Meßeinrichtungen aufweist.

Die Rahmen können bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verschiedene Formen aufweisen. Eine bevorzugte Ausgestaltung besteht jedoch darin, daß die Rahmen jeweils die Form eines flachen Hohlzylinders aufweisen. Als Werkstoff eignet sich beispielsweise wegen des geringen Gewichts Aluminium.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein aus mehreren Modulen bestehendes Ausführungsbeispiel in Explosivdarstellung,

Fig. 2 eine Abdeckplatte,

Fig. 3 ein Modul mit einer Gasdusche,

Fig. 4 ein Modul mit einem Plasma-Erzeuger,

Fig. 5 ein als Behandlungskammer ausgebildetes Modul,

Fig. 6 ein als Trägerplatte ausgebildetes Modul und

Fig. 7 ein als Fußteil ausgebildetes Modul.

In der folgenden Beschreibung werden die Rahmen in Anlehnung an die Ausbildung bei den Ausführungsbeispielen als Ringe bezeichnet und die Ringe einschließlich der die Funktion bestimmenden Einbauten und Ausgestaltungen als Module.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel umfaßt eine Abdeckplatte 1, ein als Gasdusche ausgebildetes Modul 2, ein Plasma-Erzeuger-Modul 3, eine weitere Gasdusche 4, eine Behandlungskammer 5, eine Trägerplatte 6 und ein Fußteil 7. Je nach Erfordernissen der vorgesehenen Plasmabehandlung können mehr oder weniger der in Fig. 1 dargestellten Module zu einer Vorrichtung zusammengefaßt werden. Die Grenzflächen zwischen den Modulen sind jeweils mit nicht näher dargestellten Dichtungen versehen. In den einzelnen Ringen sowie in den Randbereichen der Abdeckplatte 1 und der Trägerplatte 6 befinden sich Löcher 8, in die Gewindestangen zur Verbindung der Module miteinander eingeführt werden können. Weitere Löcher 8' dienen zur Aufnahme von Paßstiften.

Die Gasduschen 2, 4 enthalten jeweils mehrere parallel verlaufende Rohre 9 mit in den Figuren nicht sichtbaren Löchern, aus denen zugeführtes Gas austreten kann. Der Plasma-Erzeuger, der im Zusammenhang mit Fig. 4 genauer beschrieben ist, besitzt eine Mikrowellenzuführung 10 und mehrere Mikrowellenleiter 11, wobei durch die austretenden Mikrowellen das Gas angeregt wird. In der Behandlungskammer 5 befindet sich ein Werkstück 12, das auf der Trägerplatte 6 gehalten wird. Die Trägerplatte 6 weist Löcher 13 zum Absaugen des Gases auf, wozu ferner ein in das Fußteil 7 hineinragender Vakuumanschluß 14 vorgesehen ist.

Einzelheiten der Gasführung sind der Übersichtlichkeit halber in Fig. 1 nicht dargestellt. Die Behandlungskammer 5 weist eine Schleuse 15 zur Zuführung von Werkstücken und ein Sichtfenster 16 auf.

Die in Fig. 1 dargestellte Plasma-Behandlungskammer zeichnet sich insbesondere durch die Anordnung von zwei Gasduschen 2, 4 aus. So kann beispielsweise in der ersten Gasdusche NH₃ zugeführt werden, das im Plasma-Erzeuger 3 aktiviert wird und dann mit durch die Gasdusche 4 zugeführtem SiH₄ zu SiN_x reagiert. Für viele Anwendungen genügt jedoch auch eine Gasdusche. Die aus einzelnen Modulen zusammengestellte erfindungsgemäße Vorrichtung kann in beliebiger Lage im Raum benutzt werden. So kann es beispielsweise zweckmäßig sein, die Vorrichtung mit dem Fußteil 7 und der Trägerplatte 6 nach oben zu betreiben, um ein Absinken von eventuell vorhandenen Schmutzpartikeln auf das Werkstück 12 zu verhindern. Die Weite der einzelnen Ringe kann entsprechend den jeweils vorgesehenen Anwendungen gewählt werden. Zur Behandlung von Einzelwafern der Größe von 140 mm × 140 mm hat sich ein Durchmesser der Ringe von 350 mm bewährt. Als Werkstoff für die Ringe kommt Aluminium in Frage.

Die Fig. 2 bis 7 zeigen schematisch verschiedene Module jeweils in Seitenansicht und als Draufsicht. Fig. 2 stellt eine Abdeckplatte 1 mit am Umfang verteilten Bohrungen 8, 8' dar.

Fig. 3 zeigt ein Modul mit einem Ring 21, der wiederum Löcher 8, 8' aufweist, und einer Gasdusche, die eine Gaszufuhr 22, ein Verteilerrohr 23 und mehrere parallel verlaufende Rohre 24 mit in der Figur nicht sichtbaren Löchern umfaßt. Der Ring 21 ist - wie auch die anderen Ringe - mit einer umlaufenden Nut 25 zur Aufnahme eines Dichtringes versehen.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Plasma-Erzeuger 3 ist in einem Ring 26 ein rechteckiges Fenster 27 vorgesehen, durch welches sich Rohre 28 bis 31 erstrecken, die vorzugsweise aus Quarzglas bestehen und in welchen ein Leiter 32 verläuft, der derart mit einer Mikrowellenzuführung 33 verbunden ist, daß die Mikrowellen von beiden Seiten den einzelnen Rohren 28 bis 31 zugeführt werden. Mit dem die Rohre umgebenden Plasma bilden die Rohre zusammen mit dem Leiter Koaxialleitungen.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel für eine Behandlungskammer 5', die seitlich eine Schleuse 15 aufweist. Die Trägerplatte 6 gemäß Fig. 6 ist mit einem Kranz von Löchern 36 versehen zum Evakuieren der Vorrichtung über einen Ringkanal 37, in den der Vakuum-Anschluß 14 mündet. Ferner ist unterhalb der Trägerplatte eine vakuumdichte Drehdurchführung 38 angeordnet, an die eine nicht dargestellte Antriebsvorrichtung angeschlossen werden kann und deren Abtrieb 39 an eine Dreh- oder Rüttelvorrichtung angeschlossen werden kann, die in Fig. 6 nicht dargestellt ist. Oberhalb der Trägerplatte 6 befindet sich eine beheizbare Halterung 40 für das Werkstück 12, das im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Wafer für Solarzellen ist.

Im montierten Zustand liegt die Trägerplatte 6 auf dem Fußteil 7 (Fig. 7) auf, wobei für den Vakuum-Anschluß 14 eine Ausnehmung 43 vorgesehen ist. Die Löcher 8 im Fußteil können mit einem Innengewinde versehen sein, in das die Gewindestangen eingeschraubt werden können.

Claims (12)

1. Plasmabehandlungsvorrichtung, gekennzeichnet durch einen modularen Aufbau mit stapelbaren Rahmen (2, 3, 4, 5), die mit Dichtflächen aneinander passen und einen Behandlungsraum bilden, der mit zwei Abdeckungen (1, 6) abschließbar ist, wobei in mindestens einem Rahmen (3) ein Plasma-Erzeuger (11) angeordnet ist und wobei mindestens ein weiterer Rahmen (2, 4) eine Gasdusche (9) enthält.

2. Plasmabehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasma-Erzeuger mehrere parallel angeordnete Keramikantennen aufweist, denen Mikrowellenenergie zuführbar ist.

3. Plasmabehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasma-Erzeuger (11) mehrere parallel angeordnete Koaxialleitungen (28, 29, 30, 31, 32) aufweist, denen Mikrowellenenergie zuführbar ist.

4. Plasmabehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein weiterer Rahmen (5) als Behandlungskammer mit mindestens einer Schleuse (15) für zu behandelnde Werkstücke ausgebildet ist.

5. Plasmabehandlungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungskammer (5) ein Sichtfenster (16) aufweist.

6. Plasmabehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Abdeckungen als Trägerplatte (6) für das zu behandelnde Werkstück (12) ausgebildet ist.

7. Plasmabehandlungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (6) mit einer Heizung (40) und mit Absaugöffnungen (36) versehen ist.

8. Plasmabehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (6) eine Drehdurchführung (38) und eine außerhalb des Behandlungsraumes angeordnete Antriebseinheit aufweist.

9. Plasmabehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Rahmen als Fußteil (7) mit der Trägerplatte (6) verbindbar ist und einen mit den Absaugöffnungen (36) verbundenen Vakuumanschluß (14) aufweist.

10. Plasmabehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem der Rahmen Kühlkanäle angeordnet sind.

11. Plasmabehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Rahmen elektrische Durchführungen und Halterungen für Meßeinrichtungen aufweist.

12. Plasmabehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmen (2, 3, 4, 5) jeweils die Form eines flachen Hohlzylinders aufweisen.