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Die
Erfindung betrifft einen Medieninjektor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches
1 sowie eine Plasmaquelle und eine Sputtereinrichtung gemäß den Oberbegriffen
der Patentansprüche
27 bzw. 35.
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Ein
gattungsgemäßer Medieninjektor
dient zum Transport eines fluiden Mediums, vorzugsweise eines Gases,
einer Flüssigkeit,
von Dämpfen
oder Lösungen,
Suspensionen, Emulsionen, Kolloiden, Pasten, Rauch oder dergleichen
in einen Prozessraum, vorzugsweise im Zusammenhang mit der technischen
Nutzung von Plasmen, und ist bereits in verschiedenen Ausführungsformen
bekannt, von denen im Folgenden nur einige angeführt werden. Aus der
DE 39 351 89 A1 ist
bereits eine Gasdusche bekannt, mit der ein Prozessgasgemisch durch
eine Anzahl von Öffnungen
in einen Reaktionsraum einer Vorrichtung zur Behandlung von Werkstücken durch
reaktives Ionenätzen
eingelassen werden kann. Aus der
DE 43 011 89 C2 ist ferner eine Sputtereinrichtung zum
Beschichten von Substraten bekannt mit zwei Elektroden und einer
Abschirmung für
die Elektroden. Ein Substratträger
ist parallel zur Oberfläche
der beiden Elektroden bewegbar. In der Dunkelraumabschirmung und
unterhalb der Fläche
einer der Elektroden ist eine Gasleitung angeordnet, durch die Prozessgase
in den Plasmaraum der Vorrichtung eingeleitet werden. Um einer Verschleppung
von Plasma und der Entstehung parasitärer Plasmen entgegenzuwirken,
ist der Abstand der Elektrode zur Dunkelraumabschirmung kleiner
als der Dunkelraumabstand. Aus der
US 6,171,461 B1 ist eine Magnetron-Sputterelektrode
mit einer Anoden- und Kathoden-Abschirmung
bekannt. Die Kathoden-Abschirmung ist von der Anoden-Abschirmung
umgeben. In einem Bereich zwischen der Anoden-Abschirmung und der
Kathoden-Abschirmung
wird über
einen Gaseinlass Prozessgas eingeführt, welches über die Oberfläche des
Sputtertargets fließen
kann.
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In
der WO 96/26533 wird eine Einrichtung zur reaktiven Beschichtung
von Substraten nach dem Magnetron-Prinzip beschrieben, deren Target aus
mindestens zwei galvanisch voneinander getrennten Teil-Targets besteht.
Die Teil-Targets sind konzentrisch angeordnet und bilden eine sogenannte Zweiring-Quelle.
Im Zentrum des inneren teil-Targets und
zwischen den Teil-Targets sind ringförmige Zwischenstücke konzentrisch
angeordnet. In den Zwischenstücken
ist ein Kanal eingebracht, in den Reaktionsgas über Leitungen geleitet wird.
Dieses tritt aus über
den Umfang verteilten Düsen
aus, so dass es sich über
den Teil-Targets verbreitet. In der
DE 199 44 039 A1 wird eine Filmbildungskammer
einer Filmbildungsvorrichtung beschrieben, wobei ein Mischgas, das
ein Sputtergas und ein reaktionsfähiges Gas umfasst, der Filmbildungskammer
durch eine Gaseinlassöffnung
zugeführt
wird. Aus der
EP 0
296 921 B1 ist ein Mikrowellen-Plasmabrenner mit einer koaxial
ausgebildeten Gaszufuhr bekannt. In der
EP 0 463 230 B1 ist eine
Beschichtungsvorrichtung für Substrate
gezeigt, bei der eine Einrichtung zur Erzeugung einer Plasmawolke
vorgesehen ist, die einen Elektronenemitter mit einer nachgeschalteten
rohrförmigen
Anode aufweist. Die Anode ist mit einem Einlass für das Prozessgas
versehen, der als Gasdusche ausgeführt ist. Zum Einsatz bei einem
Reaktor zum Behandeln einer Fläche
eines Substrats ist in der
EP
0 709 486 B1 ein Reaktor mit einem Duschkopf vorgesehen,
der eine planare Anordnung von in geringem Abstand angeordneten Öffnungen
aufweist, durch die ein Gas in die Behandlungskammer des Reaktors
zum Abscheiden auf dem Wafer eingedüst werden kann. Auch die US
2002/0096258 A1 beschreibt einen Plasmareaktor, der ein isotropes Ätzen eines
Substrats mit einem zentral angeordneten Gaseinlass zum Erreichen
eines möglichst
uniformen Plasmapotentials aufweist.
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Aus
der
DE-OS 2 149 606 und
der US 2002/0108571 A1 ist bereits bekannt, einen Gaseinlass im
Inneren einer Abschirmung vorzusehen. Ferner ist in der
US 4,574,733 ein Glimmentladungsapparat
zur Abscheidung von Halbleiterschichten mit einer Kathode und einer
Kathodenabschirmung offenbart. Mittels einer Prozessgaszuführung mit
Gasdüsen
kann ein Prozessgas in den Bereich der Kathode eingeführt werden.
Zur Zuführung
von Gas in einen Plasmareaktor ist aus der
US 5,811,022 bereits eine mit Bohrungen
versehene Gasleitung bekannt, die einen zu bearbeitenden Halbleiter-Wafer
umgibt. Zur Darstellung eines Sputterreaktors mit einem Gaseinlass
mit einem hohen Leitwert ist aus der
US 6,296,747 B1 eine perforierte Abschirmung
bekannt, die eine Vielzahl von Löchern
enthält,
durch die Prozessgas strömen
kann. Zur Verbesserung der Plasmaverteilung in einem induktiv gekoppelten
Plasma wird in der WO 02/19364 vorgeschlagen, Abschirmungen mit
Schlitzen und Bohrungen zum Gaseinlass und zur Gasverteilung in
einer Prozesskammer zu verwenden.
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In
der WO 95/62052 wird eine Vorrichtung zur uniformen Verteilung einer
Gaskonzentration innerhalb einer Prozesskammer mit einem porösen keramischen
Rohr beschrieben. Zum Injizieren eines oder mehrerer Verfahrensgase
in eine Reaktionskammer ist in der
EP 0 823 491 B1 ein Gasinjektionssystem offenbart
mit einem oder mehreren Schlitzen und Löchern in einem Teil der Bodenfläche und
einer Seitenwand.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Medieninjektors
zum Transport eines insbesondere fluiden Mediums in einen Prozessraum,
der einen einfachen und zugleich stabilen Aufbau aufweist und der
kostengünstig
zu realisieren ist. Eine weitere Aufgabe ist die Schaffung einer
Plasma- und/oder Ionenvorrichtung, beispielsweise einer Plasma-,
Ionen- oder Sputterquelle, mit einer als Medieninjektor ausgebildeten
Medien-Einlasseinrichtung, die einen einfachen und zugleich stabilen
Aufbau aufweist und kostengünstig
zu realisieren ist.
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Die
genannten Aufgaben werden erfindungsgemäß jeweils mit den Merkmalen
der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen
sind den abhängigen
Patentansprüchen
zu entnehmen.
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Ein
erfindungsgemäßer Medieninjektor
zum Transport eines insbesondere fluiden Mediums in einen Prozessraum
beinhaltet vorzugsweise zumindest eine Zuführeinrichtung und zumindest
einen Spalt als Transportöffnung
für das
Medium. Der Spalt weist zumindest zwei Spaltbegrenzungsflächen mit einem
dazwischen angeordneten Spaltraum auf, wobei zumindest eine Spaltbegrenzungsfläche durch zumindest
einen Teil zumindest einer Stirnfläche eines ersten Rohrelement
gebildet ist.
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Die
Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass rohrförmige Teile,
deren Stirnfläche
eine Spaltbegrenzungsfläche
bilden, eine hohe Stabilität
aufweisen und kostengünstig
mit hoher Genauigkeit, beispielsweise durch Drehen, hergestellt
werden können.
Der erfindungsgemäße Medieninjektor
ermöglicht
durch die Schaffung eines hochpräzise
dimensionierten Spalts als Transportöffnung ferner eine gleichmäßigere Gasverteilung
als beispielsweise Bohrungen, Düsen
oder Löcher.
Als Prozessraum im Sinne der Erfindung wird ein Raumbereich bezeichnet,
in den durch den Spalt ein Medium transportierbar ist, unabhängig davon,
ob noch weitere physikalische oder chemische Prozesse stattfinden.
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Bei
einem gattungsgemäßen Medieninjektor sind
neben seinem konstruktiven Aufbau weitere Parameter wie die durch
ihn zu erreichende Verteilung des Mediums im Zuführ- und Prozessraum, seine Positionierung
im Prozessraum sowie seine mechanische, thermische und chemische
Stabilität
gegenüber
dem Medium von Bedeutung. Ein gattungsgemäßer Medieninjektor kann beispielsweise
eingesetzt werden, um geschichtete Flußverteilungen zu erhalten,
auch ohne dass es dabei zu chemischen oder physikalischen Reaktionen
kommt. Bei Einsatz eines gattungsgemäßen Medieninjektors auf dem
Gebiet der Plasmatechnologie muss die Beeinflussung von Parametern
wie Ionenfluß,
Bildung von aktivierten Spezies, Arcing und Dunkelräumen sowie
von Druck- und Potentialverteilungen im Plasma durch die Ausgestaltung
des Medieninjektors in angemessener Weise berücksichtigt werden. Bei Einsatz
in Plasmen ist es im Hinblick auf eine längere Lebensdauer des Medieninjektors
vorteilhaft, wenn dieser eine ausreichende Plasmaresistenz aufweist.
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Bei
gasförmigen
Medien ist der Medieninjektor vorzugsweise als Gasdusche ausgeführt.
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Die
vorzugsweise vorgesehene Zuführeinrichtung
kann zweckmäßigerweise
als Zuführleitung ausgebildet
werden. In einer weiteren Ausführungsform
kann ein innerer Prozessraum in einem Vorratsraum des Mediums angeordnet
sein und das Medium durch den Medieninjektor in den Prozessraum
fließen.
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Wenn
der Medieninjektor derart ausgebildet wird, dass eine zweite, der
ersten Spaltbegrenzungsfläche
gegenüberliegende
Spaltbegrenzungsfläche durch
zumindest einen Teil einer Stirnfläche eines zweiten Rohrelements
gebildet ist, kann durch eine einfache Positionierung der Stirnflächen des
ersten und zweiten Rohrelements der Spaltraum mit hoher Genauigkeit
kostengünstig
dimensioniert werden.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung kann jedoch eine zweite, der ersten
Spaltbegrenzungsfläche gegenüberliegende
Spaltbegrenzungsfläche
durch eine Oberfläche
eines nicht rohrförmigen
Werkstücks gebildet
werden, so dass eine Kombination von Spaltbegrenzungsflächen mit
vorhandenen Bauteilen, die in eine Gesamtfunktion integriert sind,
erreicht wird.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
des Medieninjektors ist der Spalt Teil einer Elektrodenanordnung,
wodurch ein Medieneinlass nahe eines Bereichs, in dem elektrische
und/oder magnetische Felder im Prozessraum wirksam werden, möglich wird.
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Zweckmäßigerweise
ist als Material für
Bauelemente, Bauteile oder Werkstücke ein Leiter, vorzugsweise
ein Metall, insbesondere Stahl, Edelstahl, Titan, Aluminium, Kupfer,
Tantal, Wolfram, Molybdän, Graphit,
ein Halbleiter oder ein Isolator, vorzugsweise aus Keramik oder
Kunststoff, vorgesehen. Dabei versteht es sich, dass sowohl verschiedene
als auch einzelne Bauelemente aus verschiedenen Materialien bestehen
können.
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Wenn
ein erfindungsgemäßer Medieninjektor
zur Zuführung
des Mediums in einen Prozessraum einer Plasmavorrichtung vorgesehen
ist, kann damit eine stabile prozessoptimierte Zuführung des Mediums
erreicht werden. Vorteilhaft ist ein Spalt, der einem faradayschen
Dunkelraum des Plasmas zugeordnet ist, der als Bereich für die Einbringung
des Mediums genutzt werden kann. Der faradaysche Dunkelraum ist
nicht zur aktiven Isolation zwischen benachbarten Bauteilen gedacht,
sondern dafür
notwendig, dass zwischen zwei Bauteilen mit zumindest zeitweise
unterschiedlichem Potential kein parasitäres Plasma zünden kann,
was dann meist eine leitfähige
Verbindung ergibt.
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Eine
erfindungsgemäße Plasma-
und/oder Ionenvorrichtung weist einen erfindungsgemäßen Medieninjektor
auf.
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Bevorzugt
ist eine Plasmaquelle mit zumindest einer Gaseinlasseinrichtung
für ionisierbares Gas
zur Erzeugung eines Plasmas und zumindest einer Kathode zur Erzeugung
von Elektronen zur Ionisierung des Gases sowie zumindest einer der
Kathode zugeordneten Anode. Zumindest eine Gaseinlasseinrichtung
ist als erfindungsgemäßer Medieninjektor
ausgebildet. Es versteht sich, dass der Medieninjektor auch bei
elektrodenlosen Plasmaquellen sowie bei Plasmaquellen mit einer
oder mehreren Elektroden ohne Elektronenemitter (z.B. induktiv gekoppelte Quellen)
eingesetzt werden kann.
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Eine
derartige Plasmaquelle weist demnach eine mit hoher Stabilität betreibbare
und kostengünstig
herstellbare Gaseinlasseinrichtung auf.
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Eine
erfindungsgemäße Sputtereinrichtung zum
Beschichten von Substraten weist zumindest eine Gaseinlasseinrichtung
für Sputter-
und/oder Reaktivgas und eine Sputterkathode auf, welche zumindest
ein Sputtertarget mit einer Sputteroberfläche beinhaltet. Zumindest eine
Gaseinlasseinrichtung ist als erfindungsgemäßer Medieninjektor ausgebildet.
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Bei
einer erfindungsgemäßen Plasmaquelle oder
Sputtereinrichtung ist über
den erfindungsgemäß ausgebildeten
Medieninjektor eine genaue und kostengünstige Beeinflussung von Betriebs-
und Prozessparametern möglich.
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Weitere
Ausführungsformen,
Vorteile und Aspekte der Erfindung werden unabhängig von ihrer Zusammenfassung
in den Patentansprüchen
im Folgenden ohne Beschränkung
der Allgemeinheit schematisch anhand von Zeichnungen erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
aus dem Stand der Technik bekannte Ringdusche
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2 einen
Medieninjektor
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3 die
Spaltkonfiguration bei einem Medieninjektor
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4 eine
Schnittdarstellung eines Medieninjektors mit einem Vorlieferraum
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5 einen
Medieninjektor mit einem Überlauf
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6 eine
Konfiguration eines mit Werkstücken
gefüllten
Spaltraums
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7 einen
Medieninjektor mit einer zwischen zwei Elektroden angeordneten Gasdusche
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8 einen
Medieninjektor, vorzugsweise für
eine Plasmaquelle
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9 eine
Weiterbildung der Ausführungsform
von 8
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10 eine
weitere Ausführungsform
eines Medieninjektors, vorzugsweise für eine Plasmaquelle
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11 einen
horizontalen Schnitt durch einen im wesentlichen rotationssymmetrischen
Medieninjektor
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12 einen
horizontalen Schnitt durch eine rechteckförmige Plasmaquelle
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13 eine
räumliche
Darstellung einer rotationssymmetrischen Plasmaquelle mit Medieninjektor
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14–17 jeweils
einen vertikalen Schnitt durch eine Sputtereinrichtung mit Medieninjektor.
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Im
Folgenden werden in verschiedenen Figuren gleiche Bezugszeichen
für gleichartige
Komponenten verwendet.
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In 1 ist
ein aus dem Stand der Technik bekannter, als Ringdusche ausgebildeter
Medieninjektor zur Gaszuführung
in einen umschlossenen Raumbereich gezeigt, der aus einer im Wesentlichen ringförmigen Gasleitung 3 mit
einer Gaszuführung 1 besteht
und mehrere Austrittsöffnungen 2 wie
Bohrungen oder dergleichen aufweist, durch die das Gas aus der Gasleitung
austreten kann. Eine derartige Ringdusche wird beispielsweise in
einer Plasmaquelle zur Zuführung
von Sauerstoff in einen Kreisbereich oberhalb der Austrittsöffnung des
Plasmas eingesetzt. Eine direkte Zuführung von Sauerstoff in das Innere
der Quelle ist mit der bekannten Ringdusche nicht möglich. Ferner
bedingt die Zuführung
durch die Bohrungen 2 räumliche
Inhomogenitäten
des zugeführten
Gases, die sich nachteilig auf verschiedene Betriebsparameter der
Plasmaquelle wie Ionenstromdichte oder Arcing-Wahrscheinlichkeit
auswirken können.
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2 zeigt
eine Darstellung von Komponenten eines erfindungsgemäßen Medieninjektors
mit einer Gaszuführleitung 1 und
einem Spalt 4 als Transportöffnung für das Medium. Der Spalt 4 weist
zwei Spaltbegrenzungsflächen 5, 6 mit
einem dazwischen angeordneten Spaltraum 7 auf, wobei letzterer
mit einem Prozessraum 8 räumlich verbunden ist.
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Wie
in 3 in einem Schnitt genauer dargestellt ist, sind
die Spaltbegrenzungsflächen 5, 6 jeweils
durch einen Teil einer Stirnfläche
von zwei rohrförmigen
Bauelementen (Rohrelement) 9 und 10 gebildet.
Die Stirnflächen
bzw. Spaltbegrenzungsflächen 5, 6 können einen
beliebigen Winkel zur Achse des Rohrelements aufweisen. Die Gaszufuhr
erfolgt im Fall der 3 von außen in den Spaltraum 7.
Der Medieninjektor MI gemäß 3 kann
linear oder als gekrümmte
Komponente ausgeführt
sein. Im Prozessraum 8 lässt sich im Vergleich zu mit
Düsen oder Bohrungen
eingebrachten Gasmengen eine gleichmäßigere Gasverteilung erreichen.
In der Ausführungsform
der 2 umfasst der Spalt den Prozessraum 8 genau
einmal. Es versteht sich, dass die Erfindung auch Konfigurationen
des Spalts beinhaltet, in denen ein Prozessraum teilweise oder auch
mehrfach vom Spalt umfasst wird.
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Gegenüber einem
geschlitzten Rohr weist der erfindungsgemäße Medieninjektor eine höhere Stabilität, insbesondere
Langzeit- und Prozess-Stabilität
auf, da mögliche
Abstandsänderungen
der Spaltbegrenzungsflächen,
hervorgerufen durch äußere mechanische
Kräfte
oder Wärmedehnungskräfte, verringert
werden können.
Der Abstand zwischen den Spaltbegrenzungsflächen kann durch einfache Distanzhalter
genau definiert und gegenüber äußeren Einwirkungen
stabilisiert werden.
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Der
neue Medieninjektor MI kann mit einer konventionellen Gasdusche
mit Austrittsöffnungen wie
Bohrungen, Düsen,
Schlitzen oder Löchern
kombiniert werden, um eine modulierte oder gleichmäßigere Verteilung
des Gases zu erreichen, wie in 4 illustriert
ist. Das durch die Gaszuführleitung 1 strömende Gas
durchströmt
eine konventionelle Gasdusche mit einem Gaskanal 11 und
mit Löchern 2 für den Gasaustritt
und gelangt über
einen weiteren Gaskanal 12 in den Spaltraum 7.
Die Gaskanäle 11 und 12 werden
hier vorzugsweise ebenso wie der Spaltraum 7 von Rohrelementen 9 und 10 gebildet. Der
Gaskanal 12 bildet zugleich einen Vorlieferraum für den Spalt 4,
durch welchen Druckschwankungen des Gases gepuffert werden können. Durch
die Kombination des Spaltes 4 des erfindungsgemäßen Medieninjektors
MI mit den Löchern
oder Bohrungen der konventionellen Gasdusche kann eine räumliche
Modulation oder Vergleichmäßigung der
Gasverteilung im Prozessraum 8 erreicht werden. Ferner
kann durch die Kombination von Löchern
oder Bohrungen mit einer Spaltkonfiguration erreicht werden, dass auch
bei einem höhere
Fertigungstoleranzen aufweisenden Spalt eine vorgegebene Gasverteilung
gewährleistet
ist.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung wird eine Anzahl von Spaltsegmenten
zwischen den Rohrelementen gebildet. Der erfindungsgemäße Medieninjektor
kann derart ausgeführt
sein, dass eine zweite, der ersten Spaltbegrenzungsfläche gegenüberliegende
Spaltbegrenzungsfläche
durch eine Oberfläche
eines nicht rohrförmigen
Werkstücks
gebildet wird. Vorzugsweise ist diese Oberfläche eben. in 5 ist
eine Ausführungsform
dargestellt, bei der wie in 4 eine konventionelle
Gasdusche mit Bohrungen 2 und ein Gaskanal 11 einen
Transport des Gases in einen Vorlieferraum 12 ermöglicht,
der mit einem Spaltraum 7 verbunden ist. Der Gaskanal 11 wird
hier von einem Rohrelement 9 gebildet. Der Spaltraum 7 befindet
sich zwischen der Stirnfläche eines
als Rohrelement ausgebildeten Gasduschenrings 13 und einem
beliebigen nichtrohrförmigen Werkstück 14.
Da der Spaltraum 7 im oberen Endbereich des Gasduschenrings 13 angeordnet
ist, ist der Medieninjektor hier als Überlauf ausgeführt. Der Gasduschenring 13 selbst
ist zwischen zwei nicht rohrförmigen
Werkstücken 14 und 15 angeordnet.
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Statt
der zweiteiligen Ausführungsform
der 5 kann auch eine einteilige, ähnlich wie in 4, gewählt werden.
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Die
Erfindung umfasst auch Ausführungsformen,
in denen mehrere Stirnflächen
von Rohrelementen zur Bildung eines strukturierten Spaltraums vorgesehen
sind und/oder in der ein Spalt mehr als zwei Spaltsegmente aufweist.
Das Rohrelement kann einen Querschnitt mit geschlossenem Umfang zur
Bildung eines durchgehenden Spalts aufweisen. Bevorzugt ist, wenn
das Rohrelement einen kreisförmigen,
ovalen, polygonen oder beispielsweise rechteckigen Querschnitt aufweist.
Es versieht sich, dass der Querschnitt auch ganz allgemein aus einfach oder
mehrfach zusammenhängenden
Kurvenabschnitten mit unterschiedlichen Radien bestehen kann.
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Der
erfindungsgemäße Medieninjektor
wird vorteilhaft zum Transport eines vorzugsweise fluiden Mediums
in einen Prozessraum in einer beliebigen Vorrichtung eingesetzt.
Beispiele hierfür
sind Gaswäscher,
Fermenter und Durchmischungsreaktoren. Besonders bevorzugt ist jedoch
der Einsatz in Vorrichtungen, in denen ein Plasma erzeugt und/oder verwendet
wird. Vorzugsweise ist der Medieninjektor derart ausgebildet, dass
der Spalt Teil einer Elektrodenanordnung ist.
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Damit
wird es möglich,
einen Einlass des Mediums in einen Bereich vorzunehmen, in dem besonders
angepasste Bedingungen für
das Wirksamwerden des Mediums vorliegen. Ferner können gegebenenfalls
weitere vorhandene Bauelemente zur Gestaltung des Spalts genutzt
werden. In einer Weiterbildung der Erfindung liegen zumindest Teile
der Spaltbegrenzungsfläche
zumindest zeitweise auf unterschiedlichem elektrischen Potential.
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Der
erfindungsgemäße Medieninjektor
kann vorteilhaft zu Verhinderung von Bogenentladungen (Arcing) zwischen
zwei Elektroden, die zumindest zeitweise unterschiedliche Potentiale
besitzen, ausgestaltet sein. Wie an sich bekannt ist, kann Arcing zwischen
zwei Elektroden mit unterschiedlichen Potentialen verhindert werden,
wenn der Zwischenraum zwischen den beiden Elektroden verkleinert
oder der Plasma-Druck
dazwischen erniedrigt wird. Der Druck zwischen den Elektroden kann
durch Pumpen erniedrigt werden oder, wenn zwischen den Elektroden ein
höherer
Druck herrscht als räumlich
hinter einer der Elektroden, durch Anordnung von Löchern in
der letztgenannten Elektrode. Derartige Löcher dürfen nur so groß dimensioniert
sein, dass die jeweilige Funktion der Elektrode nicht beeinträchtigt wird.
Beispielsweise muss die Funktion der Elektrode als Abschirmung auch
bei vorhandenen Löchern
gewährleistet
sein. Ferner werden Löcher
in der Elektrode bevorzugt in einem Bereich angebracht, der bezüglich des
Arcing weniger kritisch ist und/oder in dem der Druck auf der Seite
der Elektrode, die dem Zwischenraum der beiden Elektroden abgewandt
ist, ausreichend gering ist. Zur Verhinderung von Arcing zwischen
zwei Elektroden kann ferner ein Zwischenraum zwischen den Elektroden
zumindest teilweise mit einem geeigneten Material aufgefüllt werden.
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In 6 bilden
zwei Elektroden 16 und 17 einen Spalt mit zwischen
ihnen angeordneten Werkstücken 18, 19, 20.
Die Elektroden 16, 17 und die Werkstücke 18, 19, 20 können gegebenenfalls
aus Leitern, Halbleitern oder Isolatoren bestehen oder auch aus unterschiedlichen
Stoffen zusammengesetzt sein. Beispielsweise kann ein Werkstück 18, 19, 20 aus Metall,
mit einer Keramik oder einem Kunststoff beschichtet sein, um eine
gute isolierende Wirkung mit guter Wärmeleitfähigkeit zu kombinieren. Der
Zwischenraum zwischen den Elektroden 16, 17 kann auch
mit einem oder mehreren Werkstücken
teilweise ausgefüllt
sein, welche zumindest teilweise zumindest eine der Elektroden 16, 17 berühren. Der
Bereich zwischen den Elektroden 16 und 17 kann
von dem Werkstück 18 auch
vollkommen ausgefüllt
sein. Die Werkstücke 18, 19, 20,
die den Bereich zwischen den Elektroden 16, 17 ausfüllen, können auf
verschiedenem Potential liegen. Die Werkstücke 18, 19, 20 können insbesondere
auf dem Potential einer der Elektroden, auf einem eigenen, von außen angelegten
Potential oder auf dem Massepotential der Umgebung liegen. Ferner
können
die Werkstücke
auf einem floatenden Potential liegen, d.h. isoliert sein, so dass
sich ein Potentialwert dynamisch einstellt.
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Da
die Funktion eines Injektors insbesondere bei einem Einsatz des
Medieninjektors im Bereich der Plasmatechnologie häufig von
einem exakten Einhalten bestimmter geometrischer Vorgaben günstig beeinflusst
wird, ist eine sichere Positionierung des Injektors sowie seiner
Bestandteile vorteilhaft. Daher ist vorzugsweise eine Positionierung
von zumindest einem Bauelement, Bauteil und/oder Werkstück des Medieninjektors
durch formschlüssige
Fixierung vorgesehen. Besonders einfach lassen sich rotationsmetrische
Teile formschlüssig
miteinander verbinden, indem sogenannte Zentrierungen an den zu
verbindenden Teilen vorgesehen sind. Der Spalt 4 kann vorzugsweise
durch zwei beabstandete, übereinander
gestapelte Kreisringe gebildet werden, die vorzugsweise mit Zentrierungen
versehen sind. Besonders bevorzugt ist eine Weiterbildung, bei der
die Kreisringe zur Zentrierung oder Selbstzentrierung ineinander
liegend ausgebildet sind.
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Die
Zentrierung kann ferner von einem oder mehreren zwischen den Elektroden 16, 17 angeordneten
Werkstücken,
die den Zwischenraum zwischen den Elektroden zumindest teilweise
ausfüllen,
bewirkt werden. Ferner kann ein Werkstück oder können mehrere Werkstücke derart
angepasst sein, das sie mehr als eine Funktion erfüllen. Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass die beiden Elektroden durch ein oder mehrere
Werkstücke
isoliert sind und zusätzlich zwischen
den Elektroden ein guter Wärmetransport gewährleistet
ist. Das Werkstück
oder die Werkstücke
können
aus isolierendem Material bestehen. In einer anderen Ausführungsform
sind mehrere Materialien kombiniert. In einer anderen Weiterbildung
ist ein Material mit guter Wärmeleitfähigkeit,
das auch elektrisch leitend ist, beispielsweise ein Metall wie Silber,
Kupfer oder Aluminium mit einer oder mehreren Schichten von Isolatoren,
die bei schlechter Wärmeleitfähigkeit
vorzugsweise dünn
ausgeführt
sind, kombiniert. Bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der eine
Elektrode aktiv oder passiv gekühlt
wird und unter anderem Wärme
aufnimmt, die an der anderen Elektrode anfällt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist dem Spalt ein faradayscher Dunkelraum des Plasmas
zugeordnet. Vorzugsweise erfolgt ein Gaseinlass in den faradayschen
Dunkelraum zwischen zwei Elektroden. Infolge des Transports des Mediums
entsteht im Spaltraum ein Bereich erhöhten Drucks im Gegensatz zu
der aus dem Stand der Technik beschriebenen gewünschten Druckerniedrigung zur
Vermeidung von Bogenentladungen. Bei dem erfindungsgemäßen Medieninjektor
hat sich gezeigt, dass überraschenderweise
eine Gaszufuhr in den Spaltraum zwischen zwei Elektroden erfolgen kann,
ohne dass Arcing auftritt. Die Elektroden können dabei auf beliebigen Potentialen
liegen. Es versteht sich, dass eine der Elektroden auch auf Massepotential
liegen kann.
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Bei
Einsatz eines erfindungsgemäßen Medieninjektors
für eine
Plasmaquelle kann die Ionenstromdichte wesentlich erhöht und die
Wahrscheinlichkeit eines Arcings reduziert werden. Ferner wird eine
optimierte Verteilung der Ionenstromdichte und von aktivierten reaktiven
Spezies wie zum Beispiel aktiviertem Sauerstoff ermöglicht.
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Der
erfindungsgemäße Medieninjektor
wird bevorzugt bei einer aus der
EP 0 463 203 A1 bekannten Plasmaquelle eingesetzt.
Der Inhalt dieses Dokuments wird daher in vollem Umfang zur Charakterisierung
von Aspekten der vorliegenden Erfindung übernommen. Die Plasmaquelle
weist einen Elektronenemitter mit einer nachgeschalteten rohrförmigen Anode
auf und ist mit einem Einlass für
Prozessgas zum Zünden
des Plasmas versehen. Ferner ist die Plasmaquelle mit Magneten ausgestattet
zum Ausrichten und Führen
des Plasmas durch das Anodenrohr in die Prozesskammer. In der Prozesskammer ist
eine Vorrichtung zur Erzeugung von Atomen, Molekülen oder Clustern der Materialien
zur Erzeugung einer Schicht auf Substraten angeordnet. Vorzugsweise
ist dies ein Elektronenstrahlverdampfer, ein thermischer Verdampfer
oder eine Sputterkathode. Die Plasmaquelle ist ferner mit einer
Dunkelraumabschirmung versehen, die dafür Sorge trägt, dass unerwünschte Nebenplasmen
verhindert werden. Bei der bekannten Vorrichtung zum Beschichten
von Substraten beziehungsweise der in ihr verwendeten Plasmaquelle
erfolgt eine Zufuhr von Gas durch Einlassstutzen mit einer entsprechend
inhomogenen Verteilung von Gas in den Zuführraum. Aus der
EP 1 154 459 A2 ist eine
gleichartige Plasmaquelle bekannt, bei der eine Zufuhr von Reaktivgas
durch einen Gasring oberhalb der Plasmaquelle erfolgt. Erfindungsgemäß erfolgt
eine Zufuhr von Gas bei derartigen Plasmaquellen durch zumindest
einen erfindungsgemäßen Medieninjektor.
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In 7 ist
ein erfindungsgemäßer Medieninjektor
MI für
eine Plasmaquelle mit einer zwischen zwei Elektroden 16, 17 angeordneten
Gasdusche 21 gezeigt. Wenn die Gasdusche 21 einen
Spalt aufweist, stellt die Konfiguration der 7 zwei ineinander
liegende erfindungsgemäße Medieninjektoren dar.
Die Gasdusche 21 kann auch als konventionelle Gasdusche
mit Löchern,
Bohrungen oder Düsen ausgebildet
sein oder eine Kombination von beiden darstellen. Die Spalte 22 zwischen
der Gasdusche 21 und den Elektroden 16, 17 können teilweise
oder ganz mit Material ausgefüllt
sein. In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform kann die Gasdusche 21 in
eine der Elektroden 16 oder 17 integriert sein. Der
Zwischenraum zwischen den Elektroden 16 und 17 kann
ebenfalls ganz oder teilweise mit Material gefüllt sein, beispielsweise einem
Isolator. Vorzugsweise ist die Darstellung in 7 durch
eine korrespondierende spiegelbildliche zweite Konfiguration zu ergänzen, insbesondere
bei einem Injektor mit kreisförmigem
Querschnitt bzw. einer sonstigen, zumindest teilweise geschlossenen
Querschnittsform.
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Die
in 8 dargestellte Ausführungsform der Erfindung zeigt
eine besonders für
Plasmaquellen bevorzugte Konfiguration, bei der in einem Bereich
vor den Elektroden 16, 17 ein Plasma brennt. Dabei
müssen
die Elektroden 16,17 nicht notwendigerweise die
treibenden Elektroden (Kathode, Anode, HF-Elektrode etc.) des Plasmas
sein. Vorzugsweise ist diese Ausführungsform Teil eines Injektors mit
kreisförmigem
Querschnitt. Der Zwischenraum zwischen den Elektroden 16 und 17 ist
mit mehreren Auffüllbauteilen 13, 18, 19, 21 ausgefüllt, Vor
der Gasdusche 21 ist ein Gasduschenring 13 angebracht,
dessen Stirnfläche 13a eine
erste Spaltbegrenzungsfläche
bildet, während
eine zweite Spaltbegrenzungsfläche
von der Stirnfläche 16a der
Elektrode 16 gebildet ist, wenn diese Komponenten als Rohrelemente
ausgebildet sind. Der Raum zwischen dem Gasduschenring 13 und
der Gasdusche 21 einerseits und der Elektrode 17 anderseits
kann zumindest teilweise mit dem Werkstück 18 aufgefüllt sein. Zwischen
der Gasdusche 21 und der Elektrode 16 kann ein
Werkstück 19 vorgesehen
werden. Zur Beeinflussung von elektrischen Feldern im Bereich des Medieninjektors
MI ist eine weitere Elektrode 23 vorgesehen, die auf gleichem
Potential oder unterschiedlichem Potential wie die Elektroden 16 oder 17 liegen
kann. Die Elektrode 16 liegt bevorzugt auf Massepotential
und bildet eine Abschirmung gegenüber äußeren Feldern, wenn. die Elektrode 16 die Austrittsöffnung der
Quelle definiert. In Abhängigkeit von
dem für
das Werkstück 19 verwendeten
Material kann die Gasdusche 21 auf gleichem oder verschiedenem
Potential wie die Elektrode 16 liegen. Wenn das Werkstück 18 als
Isolator ausgebildet ist, ergibt sich für den Gasduschenring 13 ein
floatendes Potential. Der Spaltraum 7 ist vorzugsweise
ein faradayscher Dunkelraum, durch den von dem Gaskanal 11 ausgehend
Gas in das brennende Plasma injiziert werden kann. Die Elektrode 23 kann
Löcher 24 aufweisen,
die zur Entlüftung
der eingeschlossenen Hohlräume
verwendet werden können.
Ferner kann ein Werkstück 20 vorgesehen
sein, welches die Elektrode 23 von der Elektrode 17 und/oder
der Gasdusche 21 isoliert. Es versteht sich, dass auch
Ausführungsformen
des Medieninjektors, bei denen in 8 gezeigte
Komponenten, insbesondere die Werkstücke 18, 19, 20 und/oder
die Löcher 24 fehlen, von
der Erfindung umfasst werden. Ferner kann die Elektrode 16 vorzugsweise
bei einer Plasmaquelle mit mehreren Elektroden auf einem anderen
als Massepotential liegen. Die Komponenten 7, 13 und 16 des
erfindungsgemäßen Medieninjektors
bilden eine abgeschrägte
Fläche,
so dass eine konkave Austrittsöffnung
für das
Plasma geschaffen werden kann.
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Die
Ausführungsform
des neuen Medieninjektors in 8 kann so
gestaltet sein, dass die einzelnen Teile fest zueinander fixiert
sind, vorzugsweise durch geometrische Formgebung, wobei die Teile ineinander
passen und/oder durch sonstiges Fixieren mit Maschinenelementen
zum Beispiel Buchsen, Schrauben, Stiften oder dergleichen. Falls
erforderlich, sind die entsprechenden Maschinenelemente aus nicht
leitendem Material wie Keramik oder Kunststoff gefertigt. Ferner
kann jede Komponente aktiv oder passiv gekühlt sein, beispielsweise durch
ein Medium oder durch Wärmeleitung
oder Wärmestrahlung.
Jede Komponente kann aus einem Werkstoff, welcher mindestens teilweise
mit mindestens einem anderen Werkstoff überzogen ist, gefertigt sein.
Das Werkstück 18 besteht
vorzugsweise aus Keramik oder aus Kupfer, das mit Keramik überzogen
wurde, falls eine erhöhte
Wärmeableitung
in eine gekühlte Elektrode 17 vorgesehen
ist. In einer anderen Ausführung
kann das Werkstück 18 als
magnetischer Jochring ausgebildet sein. Der Gasduschenring 13 besteht
vorzugsweise aus einem plasmastabilen Material, zum Beispiel Titan,
Tantal, Wolfram, Molybdän, Kohlenstoff,
Niob oder Keramik. Die Elektrode 17 besteht vorzugsweise
aus einem Werkstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit
zur Abführung
von Wärme,
die an anderen Komponenten entsteht, beispielsweise an der Elektrode 16 oder
der Gasdusche 21. Hierzu ist vorgesehen, dass zwischen
der Elektrode 17 und den Teilen und den Komponenten, an
denen Wärme abfällt, ein
guter Wärmekontakt
hergestellt wird. Vorzugsweise ist die Elektrode 17 aktiv
oder passiv gekühlt.
Bei passiver Kühlung
ist eine Ausführung
der Elektrode 17 aus einem Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit,
beispielsweise aus Silber, Kupfer oder Aluminium, und mit einem
großen
Querschnitt und einer geeigneten Beschichtung besonders bevorzugt. Günstig ist
ein Material mit einer hohen Emissivität für Wärmestrahlung oder einer elektrischen
Isolationswirkung. Die Elektrode 23 kann ebenso wie andere
Bauteile beispielsweise schwarz beschichtet, insbesondere eloxiert
sein.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der 8 gewährleistet
eine feste Fixierung der Elektroden 16, 23 einen
sicheren elektrischen Kontakt sowie eine hohe mechanische Stabilität. Die stabile
Geometrie verhindert insbesondere Kurzschlüsse zwischen den Elektroden 16 und 23 und
beispielsweise den auf einem anderen Potential liegenden Elektroden
oder Werkstücken
wie beispielsweise der Elektrode 17. Die mechanische beziehungsweise
geometrische Stabilität
der komplexen Anordnung wird insbesondere dadurch erreicht, dass
alle miteinander verbundenen Werkstücke formschlüssig mittels
Zentrieransätzen
fixiert und/oder verschraubt oder verstiftet sind.
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In 9 ist
eine weitere Ausgestaltung der Ausführungsform der 8 gezeigt,
wobei zur besseren Übersicht
verschiedene gleichartige Teile der 8 nicht
dargestellt sind, die aber entsprechend eingesetzt werden können. Die
Elektrode 16 ist in 9 zusätzlich zumindest
teilweise mit einem Plasmaschild 25 versehen. Vorteilhaft
besteht der Plasmaschild aus einem plasmastabilen Material wie Tantal,
Titan, Niob, Molybdän,
Wolfram, Kohlenstoff oder Keramik (z.B. Aluminiumoxid, Bornitrit
etc.) und kann lösbar
an der Elektrode 16 befestigt sein. Zur Kühlung ist
ein Kühlelement 26 an
der Gasdusche 21 angebracht, das aktiv gekühlt wird
oder als passive Kaltfläche
ausgeführt
sein kann. Die Kaltfläche
kann einem aktiven Kühlkreislauf
oder einer Kühlung
mittels eines Wärmetransports,
vorzugsweise unter Ausnutzung zumindest eines Phasenübergangs,
zugeordnet sein. Wenn das Kühlelement
mit mindestens einem Medium gekühlt
wird, ist es vorteilhaft, die Leitungen des oder der Medien zumindest
teilweise flexibel zu gestalten. Ferner kann jede Komponente des
Medieninjektors aktiv oder passiv gekühlt sein. Bevorzugt ist eine
Kühlung
der Elektroden und/oder der Gasdusche vorgesehen. Vorzugsweise erfolgt eine
Kühlung
durch eine Kaltfläche,
zum Beispiel ein angeschraubtes Teil, welches von Wasser durchflossen
wird.
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In 10 ist
eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Medieninjektors dargestellt,
bei dem eine Gaszuführleitung 1 durch
eine Elektrode 17 hindurch zu einer Gasdusche 21 geführt ist.
Wenn die Elektrode 17 und die Gasdusche 21 auf
unterschiedlichen Potentialen liegen, kann die Gaszuführleitung 1 von
der Elektrode 17 isoliert sein oder zwischen den verschiedene
Potentiale aufweisenden Teilen ist ein Isolator oder Halbleiter
vorzusehen.
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Zur
Unterdrückung
von parasitären
Plasmen in der Gaszuführung 1 können Gitter 27 oder
poröse Werkstücke eingesetzt
werden, die aus einem Metall, einem Isolator oder einem Halbleiter
bestehen können.
In 10 ist ferner statt eines Gasduschenrings ein
Diffusor 28 aus einem porösen, gewebeartigen oder schwammartigen,
vorzugsweise plasmastabilen Material angeordnet.
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Der
erfindungsgemäße Medieninjektor
kann verschiedene geometrische Konfigurationen aufweisen. Im Zusammenhang
mit einer Plasmaquelle, jedoch nicht auf eine solche beschränkt, sind
in den 11 und 12 bevorzugte
geometrische Konfigurationen dargestellt.
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11 zeigt
eine Schnittdarstellung durch einen rotationssymmetrischen Medieninjektor
mit einer beidseitigen Gaszuführleitung 1.
Innerhalb der Gasdusche 21 erfolgt eine Verteilung des
Gases mittels des Gaskanals 11. Durch Öffnungen 2 für einen Gasaustritt
kann Gas in den Raum zwischen der Gasdusche 21 und dem Gasduschenring 13 strömen. Über den
Gasduschenring 13, der vorzugsweise als eine Kante mit Überlauf
ausgebildet ist, kann Gas nach innen in den Prozessraum 8 strömen.
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In 12 ist
ein Medieninjektor MI mit einer rechteckigen Konfiguration dargestellt,
wobei im Übrigen
gleichartige Komponenten wie in 11 vorgesehen
sind.
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Bei
einer bevorzugten Ausbildungsform der Plasmaquelle weist die Anode
eine zylindrische Form auf und ist axial zu einer Kathode versetzt
angeordnet, wie an sich bereits aus dem Stand der Technik bekannt.
Das Medium kann zweckmäßigerweise durch
den Spalt in eine axial versetzt zur Anode und auf einer der Kathode
entgegen gesetzten Seite des Prozessraums angeordneten Bereich oder
in einen zwischen Anode und Kathode angeordneten Bereich des Prozessraums
zugeführt
werden. Ferner kann das Medium in einen auf der Seite der Kathode
angeordneten Bereich des Prozessraums axial zur Anode versetzt zugeführt werden.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Medium durch den Spalt in einem
Bereich der Anode und/oder der Kathode des Prozessraums zugeführt wird.
Es versteht sich, dass der axiale Versatz zwischen Kathode und Anode
nicht essentiell für die
Funktion der Plasmaquelle ist.
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In 13 ist
eine räumliche
Darstellung eines für
eine zylinderförmige
Plasmaquelle bevorzugten Medieninjektors MI dargestellt. Eine Gaszuführleitung 1 wird
durch eine Elektrode 23 zu einem Gasduschenring geführt. Die
Plasmaquelle weist eine ebene und/oder eine geneigte Stirnfläche auf,
die durch eine Elektrode 16 gebildet wird. in Weiterbildungen
kann die Stirnfläche
auch einem definierten Kurvenverlauf folgen, z.B. wie bei einer
Laval-Düse. Unterhalb
der Elektrode 16 ist der Gasduschenring 13 angeordnet,
so dass ein Spaltraum 7 zwischen der Unterseite der Elektrode 16 und
dem Gasduschenring 13 ausgebildet ist. Der Gasduschenring 13 sitzt
auf einem Werkstück 18 auf,
welches wiederum auf einer Elektrode 17 aufsitzt. Es versteht
sich, dass die im Zusammenhang mit den Ausführungsformen der 2 bis 11 beschriebenen
Komponenten und Materialien zweckmäßigerweise auch in der Ausführungsform
der 13 eingesetzt werden können. Ferner kann ein Schutzrohr,
das in die Elektrode 17 gestellt wird und diese vor Verunreinigungen schützt, vorgesehen
sein. Um entstehende Verunreinigungen auf diesem Schutzrohr festzuhalten
und zu verhindern, dass diese Verunreinigungen wieder ins Plasma
gelangen, ist dieses Rohr auf der dem Plasma zugewandten Innenseite
sehr rau oder gerändelt. Das
Schutzrohr kann herausgenommen und gereinigt werden.
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Die
Plasmaquelle weist zeichnerisch nicht dargestellte weitere Komponenten
auf, insbesondere einen Elektronenemitter sowie optional Magnete
zum Ausrichten und Führen
des Plasma, und erzeugt eine sich außerhalb der Quelle erstreckende
Plasmakeule. Die Positionierung des Spaltraums
7 im Inneren der
zylindrischen Elektrodenkonfiguration
16,
17,
23, ermöglicht es,
eine direkte Bedampfung der Spaltbegrenzungsflächen, beispielsweise durch
außerhalb der
Plasmaquelle erzeugte Atome, Moleküle oder Cluster der Beschichtungsmaterialien
zu reduzieren oder vollständig
zu verhindern. Daher sind zumindest insofern die Parameter der Transportöffnung für die Zuführung des
Gases unverändert,
so dass eine hohe Betriebsstabilität erreicht werden kann. Die
von einer erfindungsgemäß ausgebildeten
Plasmaquelle erzeugte Plasmakeule ist breiter, als es mit konventionellen
Plasmaquellen, wie beispielsweise in der
EP 0 463 203 A1 oder
EP 1 154 459 A2 beschrieben,
erreicht werden kann. Damit kann eine homogenere Schichtverteilung
auf den zu beschichtenden Substraten erreicht werden. Besonders
ausgeprägt
ist die erhöhte
Homogenität
in Bereichen mit einem großen radialen
Abstand von der Symmetrieachse der Quelle. Ferner lässt sich
eine gegenüber
den erwähnten Vorrichtungen
aus dem Stand der Technik um ca. 25% erhöhte Ionenstromdichte in einem
zentralen Bereich relativ zur Symmetrieachse der Quelle erreichen.
Die Steigerung der Ionenstromdichte im peripheren Bereich relativ
zur Symmetrieachse der Quelle beträgt ca. 50%.
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Ein
erfindungsgemäßer Medieninjektor
kann vorteilhaft bei einer Sputtereinrichtung zum Beschichten von
Substraten vorgesehen sein. Eine derartige Sputtereinrichtung weist
in einem Prozessraum zumindest eine Gaseinlasseinrichtung für Sputter-
und/oder Reaktivgas und eine Sputterkathode auf, welche zumindest
ein Sputtertarget mit einer Sputteroberfläche umfasst. Erfindungsgemäß ist zumindest
eine Gaseinlasseinrichtung als erfindungsgemäßer Medieninjektor ausgebildet.
Im Betrieb der Sputtereinrichtung brennt über der Sputterkathode ein
Plasma und/oder es erfolgt ein Beschuss der Sputterkathode mit hoch
energetischen Teilchen. in der Schnittdarstellung der 14 ist
eine Gasdusche 21 in unmittelbarer Nähe einer Sputterkathode angeordnet.
Durch eine Gaszuführung 1 wird
Gas in die durch Rohrelemente gebildete Gasdusche 21 geführt und über den
Kanal 11, durch die Öffnungen 2 oder einen
Spaltraum 7 für
den Gasaustritt, verteilt.
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Die
in 14 dargestellte Konfiguration ermöglicht eine
Zuführung
von Gas in unmittelbarer Nähe
der Sputterkathode 29. Eine derartige Zuführung von
Gas reduziert die erforderliche Menge an Gas gegenüber einem
Verfahren, bei dem Gas an einer anderen Steile in den Prozessraum
eingelassen wird. Da der jeweilige Partialdruck eines Gases am Ort
des Gaseinlasses maximal ist, kann ferner mit einem relativ niedrigem
Druck gearbeitet werden. Bevorzugt wird in unmittelbarer Nähe der Sputterkathode
Reaktivgas eingelassen, wenn dieses Reaktivgas den Sputterprozess
verbessert.
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Die
in 14 gezeigte Sputtereinrichtung weist ferner ein
Abschirmungselement 31 auf, das typischerweise zumindest
zeitweise auf einem anderen Potential als die Sputterkathode 29 liegt.
Meist wird eine auf dem Potential der Anlagenmasse liegende Abschirmung
gewählt.
Die Gaszuführung
erfolgt in diesem Fall in dem Faradayschen Dunkelraum der Sputterkathode,
wobei es sich versteht, dass die bei der Gasdusche 21 auftretenden
Abstände
entsprechend klein dimensioniert sind.
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Zur
Montage und/oder Justage und/oder elektrischen Isolation der Gasdusche 21 gegenüber der
Sputterkathode 29 und der Abschirmung 31 sind Befestigungselemente 32 und 33 vorgesehen.
Falls zumindest zeitweise verschiedene Potentiale an, der Gasdusche 21,
der Sputterkathode 29 und der Abschirmung 31 vorgesehen
sind, sind diese Komponenten gegeneinander elektrisch isoliert.
Durch eine geeignete Formgebung kann sichergestellt sein, dass das
Gas nur in Richtung des Plasmas über
die Sputterkathode 29 strömt.
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In 15 ist
eine weitere Ausführungsform einer
Sputtereinrichtung dargestellt mit einem Spaltraum 7, der
zwischen der Sputterkathode 29 und der als Rohrelement
ausgeführten
Gasdusche 21 gebildet ist und eine unmittelbar an die Sputterkathode 29 angrenzende
Gaszuführung
erlaubt.
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In 16 ist
eine Sputtereinrichtung mit einem Gasduschenring dargestellt, der
aus zwei Komponenten 13 und 14, gebildet ist.
Die Gasdusche 21 und die Gasduschenringe 13 und 14 sind
selbstzentrierend ausgebildet. Der Gasduschenring 14 kann aus
einem Isolator gefertigt sein und der Gasduschenring 13 auf
einem floatenden Potential liegen. In einer alternativen Ausbildungsform
ist die Gasdusche 21 vollständig isoliert von anderen Komponenten
ausgebildet.
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Gasdusche
21 und
die Gasduschenringe
13 und
14 können ferner
analog den Abschirmungselementen aus dem
DE-OS 2 149 606 ausgeführt sein. Der
Inhalt dieses Dokuments wird vollständig der vorliegenden Erfindung
inkorporiert. In die in der DE-OS 2
149 606 beschriebenen Zwischenschirme
29,
22 wird
in unmittelbarer Nähe
der Sputterkathode
29 eine Gaseinlasseinrichtung, die als
erfindungsgemäßer Medieninjektor
ausgebildet ist, integriert.
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Zur
Montage und/oder Justage und/oder elektrischen Isolation der Sputterkathode 29 und Gasdusche 21 sowie
den Gasduschenringen 13 und 14 können, wie
in 16 dargestellt, ferner Werkstücke 32, 34 vorgesehen
sein, welche Vorsprünge 35 zur
Bildung von abgeschatteten Zonen aufweisen. In anderen Ausführungsformen
ist es auch möglich, entsprechende
Vorsprünge 35 in
andere Bauelemente wie z.B. die Gasdusche 21 zu integrieren.
Es versteht sich, dass deren Formgebung und/oder Werkstoff demgemäß angepasst
werden muss. Material, welches beispielsweise in den Bereich der
Spalte 7 bzw. 22 gelangt, kann in dem Bereich
der Vorsprünge 35 als
Schicht niedergeschlagen werden. Auf diese Weise wird verhindert,
dass durch unerwünscht
abgeschiedene Schichten eine leitfähige Verbindung zwischen Komponenten
hergestellt wird, zwischen denen eine Isolation vorgesehen ist.
Die isolierenden Werkstücke 32 und 34 können auch,
unter Bauteil 21 verbunden, als ein Werkstück ausgebildet
sein.
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In 17 ist
eine weitere Sputtereinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Medieninjektor
als Gaseinlasseinrichtung für
Sputter- und/oder Reaktivgas dargestellt, wobei der Spaltraum 7 einem
Bereich oberhalb der Sputteroberfläche 30 der Sputterkathode 29 zugeordnet
ist. Auf diese Weise ist Gas von außen her direkt dem Sputterplasma
in dem Raum oberhalb der Sputteroberfläche 30 zuführbar. Vorzugsweise ist
der Spaltraum 7 umlaufend angeordnet. Die Zuführung des
Gases erfolgt durch die Gaszuführleitung 1 in
eine Gasdusche 21, wobei eine Verteilung über einen
Gaskanal 11 erfolgt. Dabei erfolgt ein Austritt des Gases
aus dem Gaskanal 11 über
Austrittsöffnungen 2.
Der Spaltraum 7 wird von dem Abschirmungselement 31 einerseits
und einem Gasduschenring 13 andererseits gebildet. Das
Abschirmungselement 31 und/oder der Gasduschenring 13 sind
erfindungsgemäß als Rohrelemente
ausgebildet. Gegebenenfalls ist die Spaltbegrenzungsfläche durch
die Stirnfläche 31a des
Abschirmungselements 31 gebildet.
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Sputterkathode 29 und
Gasduschenring 13 werden bei der gezeigten Ausführungsform
in einem elektrisch isolierenden Werkstück 32 vorzugsweise gehaltert,
welches sowohl der Positionierung der Gasdusche 21 relativ
zum Gasduschenring 13 dient als auch der Positionierung
von Gasdusche 21 und Gasduschenring 13 relativ
zur Sputterkathode 29. Zwischen dem Abschirmungselement 31 und
der Gasdusche 21 ist ein weiteres elektrisch isolierendes Werkstück 34 angeordnet,
welches die Positionierung des Abschirmungselements 31 relativ
zur Gasdusche 21 ermöglicht.
Das Werkstück 32 kann
Vorsprünge 35 aufweisen
zur Verhinderung von durchgehenden Schichten, welche elektrische
Kurzschlüsse
zur Folge haben könnten.
Es versteht sich, dass das Werkstück 34 in der gleichen
Art wie Werkstück 32 mit
Vorsprüngen 35 ausgebildet
sein kann.
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In
Abhängigkeit
von den verwendeten Materialien der verschiedenen miteinander zu
verbindenden Bauteile kann die Notwendigkeit der elektrisch isolierenden
Funktion der Werkstücke 32 und/oder 34 entfallen.
Dies gilt auch, wenn benachbarte Bauteile wie z.B. die Gasdusche 21 und
das Abschirmungselement 31 auf gleichem Potential (z.B.
Masse) liegen.
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In
einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Sputtereinrichtung können mehrere
Gasduschen im Bereich einer Sputterkathode vorgesehen sein, um Gas
in verschiedenen Abständen
von der Sputteroberfläche
bzw. des zu beschichtenden Substrats zuzuführen. Hiermit wird zweckmäßigerweise die
Teilchendichte der eingesetzten Gase an den Orten hoch eingestellt,
an denen dies prozessgemäß benötigt ist.
Ferner kann dem Umstand Rechnung getragen werden, dass der Sputtereffekt
durch die Bildung von Oxiden an der Oberfläche des Sputtertargets reduziert
wird, wobei auf dem Substrat Oxide aufgebracht werden sollen. In
diesem Fall ist es vorteilhaft, Sauerstoff nahe dem Substrat und
Sputtergas nahe dem Sputtertarget zuzuführen.
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- MI
- Medieninjektor
- 1
- Gaszuführleitung
- 2
- Austrittsöffnungen
- 3
- Gasleitung
- 4
- Spalt
- 5
- Spaltbegrenzungsfläche
- 6
- Spaltbegrenzungsfläche
- 7
- Spaltraum
- 8
- Prozessraum
- 9
- Rohrelement
- 10
- Rohrelement
- 11
- Gaskanal
- 12
- Gaskanal,
Vorlieferraum
- 13
- Gasduschenring
- 13a
- Stirnfläche Gasduschenring
- 14
- Werkstück
- 15
- Werkstück
- 16
- Elektrode
- 16a
- Stirnfläche Elektrode
- 17
- Elektrode
- 18
- Werkstück
- 19
- Werkstück
- 20
- Werkstück
- 21
- Gasdusche
- 22
- Spalt
- 23
- Elektrode
- 24
- Loch
- 25
- Plasmaschild
- 26
- Kühlelement/Kaltfläche
- 27
- Gitter
- 28
- Diffusor
- 29
- Sputterkathode
- 30
- Sputteroberfläche
- 31
- Abschirmungselement
- 31a
- Stirnfläche Abschirmungselement
- 32
- Befestigungselement
- 33
- Befestigungselement
- 34
- Befestigungselement
- 35
- Vorsprung