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DE10141142B4 - Device for reactive plasma treatment of substrates and method for use - Google Patents

Device for reactive plasma treatment of substrates and method for use Download PDF

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DE10141142B4 DE2001141142 DE10141142A DE10141142B4 DE 10141142 B4 DE10141142 B4 DE 10141142B4 DE 2001141142 DE2001141142 DE 2001141142 DE 10141142 A DE10141142 A DE 10141142A DE 10141142 B4 DE10141142 B4 DE 10141142B4
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Abstract

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 (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkammer (1) aus einem ersten Raum (6) und einem zweiten Raum (7) besteht, die mittels einer Trennwand (5) 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 (14) angeordnet sind.Facility for reactive plasma treatment of substrates (4), consisting of a vacuum chamber (1) with at least one substrate arrangement, one Plasma source, a reactive gas inlet (15) and a substrate heating device (14), characterized in that the vacuum chamber (1) from a first Room (6) and a second room (7) consists of a partition (5) glass or ceramic that are separated from each other in the first Room (6) the substrate arrangement and the reactive gas inlet (15) and in the second room (7) the electrodes (8, 9) of the plasma source and the substrate heater (14) are arranged.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere für die reaktive Plasmabehandlung oder plasmagestützte 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 the claim 1, especially for the reactive plasma treatment or plasma-supported coating of substrates with increased Temperature in a low pressure plasma of reactive gases. Furthermore The invention relates to a method for using a device according to the invention. there The invention relates to both chemical and physical Vapor deposition (CVD, PVD) used for etching, coating or Modification of 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 Modify substrate surfaces under the influence of chemically reactive vapors in many cases require one 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.To In the prior art, this temperature is generated by the substrates e.g. on a correspondingly hot one carrier rest. The warmth will doing both by heat radiation as well as through heat conduction from the carrier transferred to the substrate. The disadvantage here is that the carrier itself must be hot and the heat transfer through the for the process frequently necessary vacuum conditions is very slow. With continuous processes with moving substrates, the substrate carrier must either be permanently on kept at high temperature or quickly when loading the system be heated.

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 of low heat capacity according to the prior art directly by heat radiation from a separate Radiation source heated, it is advantageous if the Radiation source substrates by suitable receptacles one if possible size, exposed absorption surface to offer. The radiation source or parts thereof, e.g. Radiation window, and the substrate recordings are located directly in the reaction space. This Parts are made in the treatment process by coating or modification often undesirably changed in their properties, e.g. in its permeability for 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.to Generating a high reaction rate, it is advantageous if necessary essential to convert the reaction gases into the plasma state at low pressure. there is due to the interaction of the substrates with the energy-rich Plasma particles transfer energy. The associated warming however, it is generally not sufficient for production and maintenance 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, with a suitable one Electrode assembly is applied a voltage that is electrical Gas discharge ignites. A high effect of the plasma is achieved when the with the Reaction rate directly related plasma density in the reaction area has high values immediately in front of the substrate. It was because of that already suggested the substrates themselves to electrodes one To make plasma route. Under suitable plasma excitation conditions the plasma density near the electrodes reaches the highest 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, the DE 198 53 121 C1 a method for treating a surface in a high-frequency plasma. The surface to be treated is switched as an electrode of the high-frequency discharge, a thin electrically conductive layer being formed on the surface and the energy being supplied to the conductive layer by means of a coupling electrode which is arranged on the side close to the substrate, which is different from the surface to be coated from behind the substrate.

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 ver ändern 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 area. That has to go through the Supply of fresh gas mixture and the discharge of inactive, gaseous secondary products the reaction can be ensured. An even response, e.g. one areal homogeneous coating, etching or modification rate is achieved when the process gases The plasma area and the substrate surface flow evenly and gaseous reaction products areal evenly the reaction area in front of the substrate surface. The can by appropriate gas routing devices be effected. However, such devices affect plasma generation in their effectiveness and uniformity often disadvantageous. The gas routing devices change the electrical and magnetic field conditions in the vicinity of the Plasma source and vice versa are the flow conditions of the process gases the built-in electrodes disturbed.

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-assisted CVD and PVD processes, it is particularly disadvantageous that the reaction products are more or less uniformly deposited in the entire plasma space. The corresponding undesirable coatings of the plasma chamber are associated with a high cleaning effort. It is particularly disadvantageous here that the electrodes of the plasma source are also coated, which can very quickly lead to insulation of the electrodes and consequently to obstruction or to extinction 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.at Coating devices with substrates arranged below and treatment or coating surface (face up) there is a risk that particles from components located above fall onto the treatment surface. Reverse devices (face down) usually require complex substrate holders and the particle deposition is on the treatment surface through gas flows still not complete to 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 Re aktivgasführung 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 The invention is therefore an object of a device for reactive plasma supports To create plasma treatment of at least one substrate that a safe homogeneous plasma generation over the surface to be treated as well even tempering and reactive gas flow guaranteed. Furthermore, the device is said to be contaminated by reaction products largely avoided. The facility in particular should also can be operated as a continuous system. Another job is to provide a procedure for using the facility.

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 establishment by the in the characterizing part of the claim 1 specified characteristics. For the process becomes the task by the features of the claim 9 solved. Advantageous developments of the invention are in the respective dependent claims and are identified below along with the description 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 The essence of the invention is that the process space within a vacuum chamber essentially on the immediate plasma area with the surfaces to be treated the substrates and the necessary components for process gas supply and distribution is limited. The electrodes of the plasma generating device as well as the substrate heater are in a separate room, separated from the plasma space, arranged within the vacuum chamber. In the invention, these spaces as the first room in which the substrate arrangement and the reactive gas inlet are located, 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 andere 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 themselves inside the vacuum chamber, separating them from each other by means of a partition be separated. The partition is permeable to the electrical and magnetic fields of the plasma electrodes and the heat radiation the substrate heater. According to the invention, a partition made of glass or ceramics. Under the protection of the invention but also other materials, such as quartz or plastics, which the required stability and the given technological conditions Permeability to electrical and magnetic fields and heat radiation guarantee.

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.to Can generate plasma high-frequency alternating voltages (HF) or microwave arrangements (MW) are used, in practice a high-frequency plasma source is often more advantageous. So can Electrodes of an HF plasma source have a flat design and have openings. Such electrodes can very advantageously be arranged directly on the partition, such that the plasma discharge through the partition inside of the first room.

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 The substrate arrangement can advantageously be placed directly on the partition rest, so that especially flat substrates directly inside the center of the plasma discharge can be arranged. The Reactive gas inlet can advantageously be flat in the form of a gas shower across from the partition immediately above the substrate arrangement.

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 assembly can in the described flat and perforated electrodes of an RF plasma source in an advantageous manner the partition with the substrate arrangement arranged behind the electrodes his. The heat radiation can thereby through the breakthroughs of Electrodes and the partition across the surface of the substrate arrangement act. The breakthroughs in the electrode area with high area density arranged and not larger than a few millimeters in diameter. This makes a flat homogeneous plasma with high radiation permeability achieved. Possible are also lattice-shaped Wire networks.

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.To Claim 8, the device can also be designed as a continuous system his. The partition according to the invention consists of a static, the electrodes separating the first space and a second Plate over one if possible narrow vacuum gap is movably arranged separately from the first and carries the substrates. The second movable plate can be designed as a conveyor belt. Such a system can be used in a particularly advantageous manner 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 applying the In practice, the entire vacuum chamber is evacuated. The partition does not have to be vacuum-tight, but a certain gas exchange may be possible, with an appropriate control of the supply of the reactive gases and the discharge of the inactive secondary products in or out of the first room to prevent an undesirably effective amount of reactive gases from can penetrate the first room into the second room. A neutral atmosphere should be set in the second room.

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.To the positioning of the substrate arrangement in the first room and heating the same by means of the substrate heating device to a required one A process gas is admitted to the technologically specified temperature and ignited the plasma source, so that a plasma discharge in the first space in the region of the substrate arrangement takes place under the effect of which reactive products on the substrates deposit or the surfaces treated by the plasma discharge, e.g. 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 known Do not just down on the substrates, but in the entire first room. In the second room with the electrodes of the plasma source, in which there is there is no reactive gas, the mechanical internals are like the electrodes are practically not coated with interfering deposits. This keeps this part of the facility clean and special the electrodes of the plasma source and the substrate heater are trouble-free operational. The required maintenance effort of the facility, in particular for cleaning work is significantly reduced. The advantages are the same in batch systems as effective with continuous systems.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment.

Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Durchlaufanlage in der Seitenansicht.The Drawing shows a schematic representation of a continuous system according to the invention in the 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 gate 2 and a substrate outlet lock 3 , substrates 4 in the form of semiconductor wafers lie on a large number of substrate carriers arranged in a row 5 made of glass, which together through a transport system, not shown, in the direction of arrow through the vacuum chamber 1 can be moved through.

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 panels in the embodiment with a thickness of 6 mm. The substrate carrier 5 divide the vacuum chamber 1 in the manner of a partition according to the invention in a first room 6 and a second room 7 , The substrate carrier 5 are electrically insulating, low dielectric loss and thus permeable to high-frequency, plasma-generating electrical and magnetic fields, as well as 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 8th and 9 , which are made of perforated metal plates and with an HF generator 12 are connected to generate 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 8th and 9 are through two glass plates 10 and 11 isolated, flat, symmetrical and in one plane parallel to the substrate carriers 5 supported. In order to avoid parasitic discharges, a radiation-transmissive, metallic shield lying on ground potential is provided on the side of the electrode arrangement facing away from the substrate carriers 13 , provided in the example in the form of a coarse-mesh metal mesh.

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.Opposite the substrate carriers 5 below the shield 13 there is a flat heat radiator 14 , the radiation spectrum of which is determined in such a way that a high proportion of the radiated thermal energy forms the arrangements between it and the substrates 4 can penetrate largely 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 room 6 are against the substrate carrier 5 as a partition above the substrates 4 several outlet openings of a reactive gas inlet 15 through which a reactive gas can be admitted.

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. On the semiconductor wafers already mentioned as substrates 4 an Si 3 N 4 protective layer is to be applied by a CVD process.

Dazu werden die Substrate 4 durch die Substrat-Eintrittsschleuse 2 in den ersten Raum 6 der Vakuumkammer 1 eingeschleust. Die Substrate 9 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.To do this, the substrates 4 through the substrate entry lock 2 in the first room 6 the vacuum chamber 1 introduced. The substrates 9 lie directly on the substrate carriers 5 on. The vacuum chamber is evacuated and in the first room 6 a mixture of silane and ammonia is permanently admitted as a reactive gas and the gaseous inactive secondary products from the first room are removed via an exhaust pipe, not shown 6 away. The radiant heater 14 is in operation and heats from below through the substrate carrier 5 through the substrates 4 to the required process temperature of approx. 300 ° C. Between the electrodes 8th and 9 a plasma discharge is maintained, whereby the main discharge current through the substrate carrier 5 through immediately above the substrates 4 runs. The electrodes are used to form the plasma discharge 8th and 9 via the HF generator 12 with a high frequency voltage at a frequency in the range of 100 kHz, being in the vacuum chamber 1 a pressure of approx. 0.01 to 1 mbar is set. 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 through the vacuum chamber 1 pass, quickly heated to the reaction temperature of approx. 300 ° C and under the action of the plasma and the reactive gas from silane and ammonia, an Si 3 N 4 protective layer is continuously deposited.

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.The Invention is a matter of course not on the described embodiment limited. So it is easily possible specific modifications both in batch systems and in continuous systems to attach or to provide other technological elements. As A suitable microwave plasma source can also be used become. A substrate heater can also be used where the heat radiation through windows is introduced into the first room. The invention of course also such facilities where held for specific use cases an inert gas is used in a reactive gas.

11
Vakuumkammervacuum chamber
22
Substrat-EintrittsschleuseSubstrate entry lock
33
Substrat-AustrittsschleuseSubstrate exit lock
44
Substratsubstratum
55
Substratträgersubstrate carrier
66
erster Raumfirst room
77
zweiter Raumsecond room
88th
Elektrodeelectrode
99
Elektrodeelectrode
1010
Glasplatteglass plate
1111
Glasplatteglass plate
1212
HF-GeneratorRF generator
1313
Abschirmungshielding
1414
WärmestrahlerRadiant heaters
1515
ReaktivgaseinlassReactive gas inlet

Claims (10)

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 (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkammer (1) aus einem ersten Raum (6) und einem zweiten Raum (7) besteht, die mittels einer Trennwand (5) 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 (14) angeordnet sind.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 heater ( 14 ), characterized in that the vacuum chamber ( 1 ) from a first room ( 6 ) and a second room ( 7 ), which by means of a partition ( 5 ) made of glass or ceramic are separated from each other in the first room ( 6 ) the substrate arrangement and the reactive gas inlet ( 15 ) and in the second room ( 7 ) the electrodes ( 8th . 9 ) the plasma source and the substrate heating device ( 14 ) are arranged. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratanordnung und die Elektroden (8, 9) der Plasmaquelle parallel zueinander angeordnet sind.Device according to claim 1, characterized in that the substrate arrangement and the electrodes ( 8th . 9 ) the plasma source are arranged parallel to each other. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmaquelle eine Hochfrequenz-Plasmaquelle mit flächigen Elektroden (8, 9) ist, die Durchbrüche aufweisen.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the plasma source is a high-frequency plasma source with flat electrodes ( 8th . 9 ) that have breakthroughs. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (8, 9) der Plasmaquelle beidseitig mit elektrisch isolierenden und wärmestrahlungsdurchlässigen Platten (10, 11), insbesondere aus Glas abgedeckt sind.Device according to claim 3, characterized in that the electrodes ( 8th . 9 ) the plasma source on both sides with electrically insulating and heat-radiation-permeable plates ( 10 . 11 ), especially made of glass. 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.Device according to claim 3, characterized in that on the electrodes ( 8th . 9 ) of the plasma source on the side facing away from the partition wall, a heat radiation-permeable electrical shield ( 13 ) is available. 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.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the substrate heater is a sheet steel heater is the opposite the partition is arranged behind the plasma source. 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.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. 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.Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the partition from a plurality of substrate carriers ( 5 ), which by means of a guide device via a substrate entry lock ( 2 ) into the vacuum chamber ( 1 ) introduced and via a substrate outlet lock ( 3 ) from the vacuum chamber ( 1 ) can be applied. 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.Method for using a device according to one of claims 1 to 8, characterized in that at least one substrate ( 4 ) as a substrate arrangement in the first room ( 6 ) the vacuum chamber ( 1 ) that the vacuum chamber ( 1 ) evacuated that the substrate ( 4 ) is heated to a technologically predetermined temperature by means of the substrate heating device and that subsequently for the reactive treatment of the substrates by means of the plasma source in the first room ( 6 ) on Plasma is generated and a reactive gas is admitted. 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.A method according to claim 9, characterized in that with continued heating of the substrates ( 4 ), the plasma discharge and the reactive gas supply a variety of substrates ( 4 ) by means of the substrate carrier acting as a partition ( 5 ) via the substrate entry lock ( 2 ) into the vacuum chamber ( 1 ) introduced and via the substrate outlet lock ( 3 ) from the vacuum chamber ( 1 ) are removed.
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