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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Entladungsplasma-Bearbeitungsanlage zum Durchführen eines Bearbeitungsschrittes, wie zum Beispiel Ätzen, Sputtern, Beschichten und CVD auf einem Objekt, wie zum Beispiel einem Substrat oder Target, durch Ausnutzung von Entladungsplasma.
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Verwandter Stand der Technik
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Entladungsplasmaanlagen mit einer magnetischen Neutrallinie oder Schleifenentladungsplasmaanlagen sind in den japanischen Patentschriften
JP 2705897 B2 und
JP 3177573 B2 vorgeschlagen. Die Effektivität derartiger Anlagen ist nachgewiesen und ihre industriellen Vorzüge wurden bestätigt. Die Plasmaentladung mit einer magnetischen Neutrallinie oder die Schleifenentladung (auch abgekürzt bezeichnet als NLD) weist zwei Hauptmerkmale auf, die andere Plasmaanlagen nicht aufweisen.
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Eines der Merkmale ist, dass sie die Steuerbarkeit von Zeit/Raum bezüglich der Größe und der Lage des zu erzeugenden Plasmas bereitstellt. Mit anderen Worten, sowohl die Größe, als auch die Lage des erforderlichen Plasmas kann hinsichtlich sowohl der Zeit, als auch des Raumes verändert werden. Aus diesem Grund kann eine magnetische Neutrallinie in einer Vakuumkammer durch Steuerung von außerhalb ohne Schwierigkeit erzeugt werden und das Plasma kann längs des Profils der magnetischen Neutrallinie erzeugt werden. Dieser Typ der Freiheit ist in keinen anderen Anlagen anzutreffen.
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Das andere Merkmal ist, dass das NLD-Plasma keine Komponente höherer Temperatur enthält, die für Oberflächenbehandlungen nicht notwendig ist, und ein Plasma höherer Dichte im Vergleich mit jedem anderen Plasmaerzeugungsverfahren unter einer niedrigeren Gasdruckversorgung erzeugt werden kann.
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Diese Merkmale beruhen auf einem sogenannten chaotischen Phänomen von Elektronen, die um eine magnetische Neutrallinie herum wegen der mäandrischen Bewegungen, die die Neutrallinie kreuzen, wenn ein hochfrequentes elektrisches Feld an der n Neutrallinie angelegt wird, erzeugt und angeordnet werden.
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Die um die Neutrallinie herum zu erzeugenden Elektronen sind gut erhitzt und so chaotisch thermalisiert, dass sie zu einem Anstieg der eigentlichen Elektronendichte und nicht zum Anstieg der Temperatur unter der Anwendung des normalen hochfrequenten elektrischen Feldes führen.
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Zur Erzeugung eines hochfrequenten elektrischen Feldes werden bisher Antennen eingesetzt, die das elektrische Feld induktiv an das Plasma ankoppeln. So beschreibt die
JP 7263192 A1 eine Vakuumkammer, die von einer ringförmigen Antenne umgeben ist, um im Inneren der Vakuumkammer ein Plasma induzieren zu können. Entsprechende Anordnungen finden sich in der
JP 2001 110 597 A ,
EP 0637 054 A1 , und in der
JP 07263189 A , bei der die Antenne allerdings gekapselt in der Vakuumkammer angeordnet ist.
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Elektronen höherer Dichte mit niedrigerer Temperatur erleichtern die Übertragung der Elektronenenergie an Verbindungen und Ionen, so dass ein Plasma niedrigerer Temperatur und höherer Dichte unter niedrigerer Gasdruckversorgung erzeugt werden kann. Dies führt uns dazu, dass dieses Plasma für den beschädigungsarmen und hochproduktiven Betrieb der Oberflächenbearbeitung nutzbar ist. Tatsächlich die NLD-Anlage: Entladungsplasma-Bearbeitungsanlagen mit einer magnetischen Neutrallinie werden bemerkenswert gut auf dem Gebiet der Ultramikrobearbeitung eingesetzt, das zunehmend hohe Bearbeitungsgenauigkeit wie zum Beispiel die Glasbearbeitung für Mikrolinsen und optische Wellenleiter und das Ätzen von niedrigdielektrischen Materialien erfordert.
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1 der beigefügten Zeichnungen ist eine konzeptionelle Darstellung einer Entladungsplasma-Bearbeitungsanlage mit einer magnetischen Neutrallinie, die für Zwecke der Bearbeitung der Oberfläche eines scheibenförmigen Substrats hergestellt wurde. Derartige Anlagen sind bis jetzt hergestellt worden. Bezug nehmend auf 1, umfasst die veranschaulichte Anlage eine zylindrische Vakuumkammer A und drei Spulen, die eine obere Spule B, eine mittlere Spule C und eine untere Spule D enthalten, die außerhalb der Vakuumkammer A koaxial angeordnet werden. Eine kreisförmige magnetische Neutrallinie E wird in der zylindrischen Vakuumkammer A durch Regeln von Strömen hergestellt, die veranlasst werden zu den drei Spulen B, C und D zu fließen. Das Plasma wird in der Form eines Torus erzeugt, der einen Kern der kreisförmigen magnetischen Neutrallinie E durch ein Induktionsfeld aufweist, das auf den Azimuth gerichtet ist, das von einem Erregerstrom erzeugt wird, der durch die HF-Spule G fließt, die außerhalb einer isolierenden zylindrischen Vakuumwand F, die in der Regel aus Keramik hergestellt ist, gewickelt wurde. Für dieses Verfahren können der Durchmesser und die vertikale Position des torusförmigen Plasmas durch die Kombination der elektrischen Ströme, die veranlasst werden, zu den Spulen B, C und D auch während des Bearbeitungsschrittes fließen, frei gesteuert werden.
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Wie oben dargelegt, kann das Plasma hoher Dichte und niedriger Temperatur in einer Entladungsplasma-Bearbeitungsanlage mit einer magnetischen Neutrallinie erzeugt werden, und dieses Merkmal ist sehr vorteilhaft, wenn es für verschiedene Bearbeitungsschritte genutzt wird. Folglich besteht ein starker Bedarf an verbesserten Entladungsplasma Bearbeitungsanlagen mit einer magnetischen Neutrallinie, die charakteristische Merkmale aufweisen, die in keinen anderen Typenanlagen anzutreffen sind.
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Obwohl die Entladungsplasma-Bearbeitungsanlagen mit einer magnetischenn Neutrallinie bemerkenswert gut eingesetzt werden, wie oben beschrieben, weisen sie noch Raum für Verbesserung von dem Standpunkt der leichten Handhabung und der Verringerung der Zeit auf, die für die Wartung und die Einstellung notwendig ist. Außerdem kann die Anlage insbesondere kostspielig sein, wenn teure Keramik für den Zweck des Erlangens erwünschter Eigenschaften, einschließlich Festigkeit und Widerstand gegen Vakuum, verwendet wird. Folglich wurde die Entwicklung von preisgünstigeren neuartigen Materialien, die handelsüblich sein werden, sehnlich erwartet.
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In dem Fall des gegenwärtig verfügbaren Entladungsplasmas mit einer kreisförmigen magnetischen Neutrallinie muss theoretisch ein zylindrischer keramischer Behälter als Seitenwand einer Vakuumkammer verwendet werden und eine Spule mit einer Windung für Hochfrequenz (HF) muss um den äußeren Umfang des Behälters gewickelt sein, um ein elektrisches Feld längs einer kreisförmigen magnetischen Neutrallinie anzulegen. Ein dickwandiger zylindrischer keramischer Behälter jedoch, der einen Durchmesser von mehreren Dutzend Zentimetern aufweist, ist teuer und, wenn die innere Wandoberfläche, die sich auf der Vakuumseite befindet, sehr glatt hergestellt ist, müssen einige Maßnahmen ergriffen werden, um die der Affinität für Gas eines speziellen Typs zuzuschreibende Adsorption zu beseitigen oder zu vermeiden. Wie oben dargelegt, erhöht die Verwendung von teurer Keramik als Wandmaterial für den Zweck des Erreichens gewünschter Eigenschaften, einschließlich Festigkeit und Widerstand gegen Vakuum, den Preis der eigentlichen Anlage, insbesondere wenn die Anlage groß ist. Dies ist auch ein Problem, das für Bearbeitungsschritte zu lösen ist, die Bearbeitungsanlagen des Typs ICP verwenden.
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Folglich muss die vorliegende Erfindung die oben erkannten Probleme lösen.
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Außerdem müssen herkömmliche Bearbeitungsanlagen mit drei magnetischen Feldspulen, wie in 1 veranschaulicht, leicht und energiesparend sein, und zur selben Zeit eine verringerte Anzahl von Komponenten aufweisen, was durch Verringern der Anzahl der Spulen so weit wie möglich vom Standpunkt der Anordnung der anderen Komponenten für die Plasmasbearbeitung zu erreichen ist.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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In Anbetracht der oben erkannten Umstände ist es daher eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Entladungsplasma-Bearbeitungsanlage mit einer magnetischen Neutrallinie bereitzustellen, die durch Verwenden einer völlig neuartigen Entladungsanlage mit einer magnetischen Neutrallinie realisiert wird, in welcher das Entladungsplasma mit einer magnetischen Neutrallinie in einem peripheren Raum erzeugt wird, der in dem Inneren eine magnetische Neutrallinie durch Anwenden eines HF-Feldes auf die magnetische Neutrallinie unter einem Winkel enthält, der schräg zu der Ebene der magnetischen n Neutrallinie ist, wobei der Winkel einen Winkel umfasst, der rechtwinklig sein kann.
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Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Entladungsplasma-Bearbeitungsanlage mit einer magnetischen r Neutrallinie bereitzustellen, die leicht ist und eine minimale Anzahl von Komponenten aufweist, was durch Verbesserung des Aufbaues der Magnetfeld erzeugenden Mittel und durch Verringerung der Längsabmessung der Anlage und insbesondere der der Vakuumkammer zum Erzeugen des Plasmas erreicht wird.
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Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Entladungsplasma-Bearbeitungsanlage mit einer magnetischen Neutrallinie bereitzustellen, die ohne Verwendung eines teuren Wandmaterials, wie zum Beispiel Keramik, realisiert wird, um die Kosten zu senken, wohingegen sie leicht ist und eine minimale Anzahl von Komponenten aufweist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die obige erste Aufgabe durch Bereitstellen einer Entladungsplasma-Bearbeitungsanlage zum Bearbeiten eines Objekts durch Ausnutzung von Plasma in einer Vakuumkammer erreicht, wobei das System umfasst: ein ein Magnetfeld erzeugendes Mittel zum Erzeugen einer magnetischen Neutrallinie, die durch eine Aufeinanderfolge von magnetfeldfreien Positionen gebildet wird, die kontinuierlich in der Vakuumkammer vorhanden sind, und der Form und der Größe des Bearbeitungsobjekts entsprechen, und ein ein elektrisches Feld erzeugende Mittel zum Erzeugen des Entladungsplasmas in einem Raum, der die magnetischen Neutrallinien enthält, durch Anwenden eines hochfrequenten elektrischen Feldes auf die magnetische Neutrallinie, die in der Vakuumkammer durch die Magnetfeld erzeugenden Mittel unter einem schrägen Winkel erzeugt wird, wobei der schräge Winkel rechtwinklig sein kann.
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Vorzugsweise werden die das Magnetfeld erzeugenden Mittel und die das elektrische Feld erzeugenden Mittel axialsymmetrisch in Form eines Kreises, eines Vieleckes oder einer Ellipse angeordnet.
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Vorzugsweise wenden die das Magnetfeld erzeugenden Mittel an eine Gleichstromquelle angeschlossen. Alternativ können die das Magnetfeld erzeugenden Mittel an eine Wechselstromquelle angeschlossen werden. Alternativ können noch die das Magnetfeld erzeugenden Mittel sowohl an eine Gleichstromquelle als auch an eine Wechselstromquelle angeschlossen werden.
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Vorzugsweise umfassen die das hochfrequente elektrische Feld erzeugenden Mittel ein, Paar von Elektroden, die an gegenüberliegenden Seiten des Raumes liegen, in dem die magnetische Neutrallinie erzeugt wird. Die paarweisen Elektroden können ein scheibenförmiges Profil mit oder ohne zentrale Öffnung oder ein ringförmiges Profil aufweisen.
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Vorzugsweise umfassen die das Magnetfeld erzeugenden Mittel drei magnetisches Feld erzeugende Spulen, die eine obere Spule, eine mittlere Spule und eine untere Spule enthalten, die in Abständen koaxial angeordnet werden, und elektrische Ströme werden veranlasst, zu den jeweiligen das magnetische Feld erzeugenden Spulen in der Weise zu fließen, dass die Magnetfelder auf der Achse, die von jeder der zwei benachbart angeordneten Spulen erzeugt werden, umgekehrt gerichtet sind, so dass die Größe der magnetischen Neutrallinie, einschließlich deren Durchmesser, durch Steuerung sowohl der vertikalen Position der geschlossenen und gekrümmten magnetischen Neutrallinie, die durch die obere und die untere Spule gebildet wird, die kreisförmig sein können, als auch des elektrischen Stromes, der durch die mittlere Spule fließt, reguliert werden kann.
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Die zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch Bereitstellen einer Entladungsplasma-Bearbeitungsanlage zum Bearbeiten eines Objekts durch Ausnutzung des Plasmas in einer Vakuumkammer erreicht, wobei die Anlage umfasst; ein ein Magnetfeld erzeugendes Mittel zum Erzeugen einer magnetischen Neutrallinie, die durch eine Aufeinanderfolge von magnetfeldfreien Positionen gebildet wird, die kontinuierlich in einer Vakuumkammer vorhanden sind, und ein elektrisches Feld erzeugendes Mittel zum Erzeugen des Entladungsplasmas in einem Raum, der die magnetische Neutrallinie enthält, durch Anwenden eines hochfrequenten elektrischen Feldes auf die magnetische Neutrallinie, die in der Vakuumkammer erzeugt wird, um ein Objekt in der Vakuumkammer durch Ausnutzung von Plasma zu bearbeiten, wobei die das Magnetfeld erzeugenden Mittel einen zylindrischen Magnet enthalten, der ein erstes Ende, das als N-Pol ausgebildet ist, und ein zweites Ende, das als S-Pol ausgebildet ist, aufweist, wobei das erste und das zweite Ende längs der im Längsquerschnitt kreisförmigen Vakuumkammer angeordnet werden und eine Konstantstromspule koaxial zu dem zylindrischen Magneten und an dessen Außenseite angeordnet ist, wobei der Durchmesser der ringförmigen magnetischen Neutrallinie, der durch den zylindrischen Magnet und die Konstantstromspule gebildet wird, durch Auswählen des elektrischen Stromes, der durch die Konstantstromspule fließt, bestimmt wird.
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Wie in der
japanischen Patentschrift Nr. 2705897 beschrieben, ist ein Dreispulensystem erforderlich, um ein geschlossenes und gekrümmtes magnetisches Neutralliniensystem zusammen mit seiner Größe und seiner vertikalen Position genau zu steuern. Die vertikale Position kann jedoch durch Steuerung des Abstandes vom System zu der Oberfläche des Bearbeitungsobjekts gesteuert werden. Mit anderen Worten, die vertikale Position kann durch Auswählen einer entsprechenden Höhe für die Oberfläche des Bearbeitungsobjekts gesteuert werden. Dadurch ist es möglich, das herkömmliche Dreispulensystem durch die Kombination einer einzelnen Magnetfeldspule und eines zylindrischen Magnetsystems zu ersetzen, um die Größe der geschlossenen und gekrümmten magnetischen Neutrallinie zu steuern, um das Gesamtsystem leicht zu machen und eine verringerte Anzahl von Komponenten zu umfassen.
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In einer Anlage zum Erreichen der zweiten Aufgabe der vorliegenden Erfindung sind die das elektrische Feld erzeugenden Mittel zum Erzeugen des Entladungsplasmas in einem Raum, der die magnetische Neutrallinie enthält, durch Anwenden eines hochfrequenten elektrischen Feldes auf die magnetische Neutrallinie, die in der Vakuumkammer erzeugt wird, von kapazitivem Typ.
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Vorzugsweise werden die das Magnetfeld erzeugenden Mittel und die das elektrische Feld erzeugenden Mittel axialsymmetrisch in Form eines Kreises, eines Vieleckes oder einer Ellipse angeordnet.
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Vorzugsweise werden die das Magnetfeld erzeugenden Mittel an eine Gleichstromquelle angeschlossen. Alternativ können die Magnetfeld erzeugenden Mittel an eine Wechselstromquelle angeschlossen werden.. Alternativ können die Magnetfeld erzeugenden Mittel sowohl an eine Gleichstromquelle als auch an eine Wechselstromquelle angeschlossen werden.
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Die dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch Bereitstellen einer Entladungsplasma-Bearbeitungsanlage erreicht, bei der die elektrisches Feld erzeugenden Mittel in einer Vakuumkammer in der Weise angeordnet werden, dass sie ein hochfrequentes elektrisches Feld auf eine magnetische Neutrallinie anwenden, die in der Vakuumkammer durch das Magnetfeld erzeugende Mittel unter einem schrägen Winkel erzeugt wird, wobei der schräge Winkel möglicherweise rechtwinklig sein kann.
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Vorzugsweise werden die elektrisches Feld erzeugenden Mittel axialsymmetrisch in Form eines Kreises, eines Vieleckes oder einer Ellipse angeordnet.
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Vorzugsweise umfassen die ein hochfrequentes elektrisches Feld erzeugenden Mittel ein Paar von Elektroden, die an den gegenüberliegenden Seiten eines Raumes, in der sich die erzeugte magnetische Neutrallinie befindet, angeordnet sind. Die paarweisen Elektroden können ein scheibenförmiges Profil mit oder ohne zentrale Öffnung oder ein ringförmiges Profil aufweisen.
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In der Anlage, die angepasst wird, um die dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu erreichen, wird das Entladungsplasma mit einer magnetischen Neutrallinie in einem Umgebungsraum, der die magnetische Neutrallinie enthält, durch Anwenden eines hochfrequenten elektrischen Feldes auf die magnetische Neutrallinie unter einem schrägen Winkel, der rechtwinklig sein kann, erzeugt. Folglich wird mit dieser Anlage ein hochfrequentes elektrisches Feld nicht in einer Richtung, die parallel zu der erzeugten magnetischen Neutrallinie ist, sondern in einer Richtung, die die magnetische Neutrallinie schichtweise anordnet, angelegt. Folglich ist es in dem Fall einer geschlossenen und gekrümmten Neutrallinie nicht mehr notwendig, eine HF-Spule längs der geschlossenen und gekrümmten n Neutrallinie an der Außenseite davon zu wickeln. Dies bedeutet, dass im Gegensatz zu einer Anlage des induktiven Feldtyps, diese Anlage keinen Raum außerhalb der geschlossenen und gekrümmten Neutrallinie zum Anordnen einer HF-Spule erfordert. Mit anderen Worten, die Räume, die sich über und unter oder links und rechts von der geschlossenen und gekrümmten Neutrallinie befinden, stehen für bestimmte andere Zwecke zur Verfügung und die Anlage ist frei von einer Vakuumwand, die aus einem isolierenden Material, wie zum Beispiel Keramik, hergestellt ist, das notwendigerweise erforderlich ist, wenn ein induktives Feld von zum Beispiel außerhalb des Vakuumbehälters angelegt wird. In einer Ausführungsform, wo die das HF-Feld erzeugenden Mittel ein Paar von Elektroden umfassen, die über und unter der magnetischen Neutrallinie angeordnet werden, wird ein hochfrequentes elektrisches Feld zwischen den Elektroden angelegt. Solch ein Typ der Anwendung eines elektrischen Feldes wird in der Beschreibung als ”kapazitiver Feldtyp” bezeichnet.
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Alternativ können die elektrisches Feld erzeugenden Mittel axialsymmetrisch in Form eines Kreises, eines Vieleckes oder einer Ellipse angeordnet werden, die mit dem Oberflächenprofil des Bearbeitungsobjekts identisch sind, so dass ein hochfrequentes elektrisches Feld parallel zu der magnetischen n Neutrallinie angelegt werden kann.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer herkömmlichen kreisförmigen Entladungsplasma-Bearbeitungsanlage mit einer magnetischen Neutrallinie des induktiven Feldtyps;
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2 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Ausführungsform der Entladungsplasma-Bearbeitungsanlage mit einer magnetischen Neutrallinie gemäß der vorliegenden Erfindung;
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3 ist eine schematische Perspektivansicht einer scheibenförmigen Elektrode, die für das elektrische Feld erzeugende Mittel einer Entladungsplasma-Bearbeitungsanlage mit einer magnetischen Neutrallinie gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
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4 ist eine schematische Perspektivansicht einer ringförmigen Elektrode, die für das elektrische Feld erzeugende Mittel einer Entladungsplasma-Bearbeitungsanlage mit einer magnetischen Neutrallinie gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
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5 ist eine schematische Perspektivansicht einer scheibenförmigen Elektrode, die eine zentrale Öffnung aufweist, die für die das elektrische Feld erzeugenden Mittel einer Entladungsplasma-Bearbeitungsanlage mit einer magnetischen Neutrallinie gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
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6 ist eine schematische Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform der Entladungsplasma-Bearbeitungsanlage mit einer magnetischen Neutrallinie gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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7 ist eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der Entladungsplasma-Bearbeitungsanlage mit einer magnetischen Neutrallinie gemäß der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die vorliegende Erfindung wird nun ausführlicher mit Bezug auf 2 bis 7 der beigefügten Zeichnungen beschrieben, die die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
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2 der beigefügten Zeichnungen veranschaulicht schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der Entladungsplasma-Beschichtungsanlage mit einer magnetischen Neutrallinie gemäß der Erfindung. Die veranschaulichte Anlage umfasst eine Vakuumkammer 1, die aufweist: einen kreisförmigen Längsquerschnitt, drei ein magnetisches Feld erzeugende Spulen 2, 3, 4, die angepasst werden, um eine magnetische Neutrallinie 5 zu erzeugen, die durch eine Aufeinanderfolge von magnetfeldfreien Positionen gebildet wird, die kontinuierlich in der Vakuumkammer 1 vorhanden sind, und ein Paar von scheibenförmigen (siehe 3) oder ringförmigen (siehe 4) Elektroden 6, 7, die in jeweiligen Positionen höher und tiefer bezüglich der kreisförmigen magnetischen Neutrallinie 5 angeordnet werden, die in der Vakuumkammer 1 durch die drei magnetisches Feld erzeugende Spulen 2, 3, 4 erzeugt wird, und angepasst werden, um ein hochfrequentes elektrisches Feld unter rechtem Winkel bezüglich der kreisförmigen magnetischen Neutrallinie 5 anzuwenden. Es ist zu beachten, dass der hier verwendete Begriff ”ringförmig” ein Konzept darstellt, das kreisförmig, vieleckig und elliptisch umfasst.
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Elektrische Ströme werden veranlasst, jeweilig zu den drei das magnetische Feld erzeugende Spulen 2, 3, 4 in der Weise zu fließen, dass die Magnetfelder auf der Achse, die durch jede der zwei benachbart angeordneten Spulen erzeugt werden, umgekehrt gerichtet sind, so dass die Größe der magnetischen Neutrallinie 5, einschließlich ihres Durchmessers, durch Steuerung sowohl der vertikalen Position der geschlossenen und gekrümmten magnetischen Neutrallinie, die durch die obere Spule 2 und die untere Spule 4 gebildet wird, die kreisförmig sein kann, als auch des elektrischen Stromes, der durch die mittlere Spule 3 fließt, reguliert werden kann. Obwohl die drei das magnetische Feld erzeugenden Spulen 2, 3, 4 angepasst werden, um eine kreisförmige magnetische Neutrallinie 5 in der veranschaulichten Ausführungsform zu erzeugen, werden sie im Allgemeinen so angepasst, um eine magnetische Neutrallinie zu erzeugen, deren Profil und Größe dem Profil und der Größe des Bearbeitungsobjekts (nicht gezeigt) entsprechen.
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Das Paar von scheibenförmigen oder ringförmigen Elektroden 6, 7, die in der Vakuumkammer 1 angeordnet werden, wird an die jeweiligen, HF-Stromquellen 8, 9 angeschlossen, so dass ein hochfrequentes elektrisches Feld zwischen den Elektroden, angelegt wird. Solch ein Typ der Anwendung des elektrischen wird in dieser Beschreibung als ”kapazitiver Feldtyp” definiert. Andererseits wird der oben beschriebene herkömmliche Typ nach dem Stand der Technik als ”induktiver Feldtyp” bezeichnet. In dem Fall des kapazitiven Feldtyps kann ein direkter Durchbruch zwischen der oberen und der unteren Elektrode 6, 7 eintreten, um die Anlage zu beschädigen, wenn die HF-Entladung eine Gleichstromkomponente enthält. Folglich werden gemäß der vorliegenden Erfindung die Elektroden 6, 7 jeweilig mit Isolatoren 10 beschichtet, um solch ein Problem zu vermeiden. Das Profil der Elektroden 6, 7 kann je nach dem für die Bearbeitung verwendeten speziellen Verfahren verändert werden. Zum Beispiel werden scheibenförmige Elektroden für CVD verwendet, wohingegen ringförmige Elektroden für einen Bearbeitungsschritt ausgewählt werden, der eine dritte Oberfläche des Targets zum Sputtern erfordert, so dass ein Sputterweg von dem zu bearbeitenden Substrat gebildet werden kann.
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In Bezug auf die obige Beschreibung, obwohl die Elektroden 6, 7 jeweilig über und unter der Ebene angeordnet werden, die die kreisförmige magnetische Neutrallinie 5 enthält, die in der Vakuumkammer 1 durch drei magnetisches Feld erzeugende Spulen 2, 3, 4 in dem veranschaulichten Beispiel erzeugt wird, können sie alternativ so angeordnet werden, um ein hochfrequentes elektrisches Feld unter einem schrägen Winkel bezüglich der magnetischen Neutrallinie, die in der Vakuumkammer 1 durch die das magnetische Feld erzeugenden Spulen 2, 3, 4 je nach der Anwendung der Anlage erzeugt wird, anzulegen.
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Obwohl drei Steuerungsfelder erzeugende Spulen als das Magnetfeld erzeugende Mittel in der veranschaulichten Ausführungsform verwendet werden, kann für die Zwecke der Erfindung, je nach dem Aufbau der Entladungsplasma-Bearbeitungsanlage, jede Anzahl von Spulen verwendet werden. Ringförmige Elektroden, wie in 4 veranschaulicht, oder scheibenförmige Elektroden, die eine zentrale Öffnung aufweisen, wie in 5 veranschaulicht, können als ein das elektrische Feld erzeugende Mittel an Stelle der scheibenförmigen Elektroden verwendet werden.
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6 ist eine schematische Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform der Entladungsplasma-Bearbeitungsanlage mit einer magnetischen Neutrallinie gemäß der vorliegenden Erfindung. Bezug nehmend auf 6, umfasst die veranschaulichte Anlage eine Vakuumkammer 11, die einen Plasmaerzeugungsabschnitt 12 und einen Substratbearbeitungsabschnitt 13 enthält. Wie in 6 gezeigt, wird ein zylindrischer Magnet 14 längs der axialen Neutrallinie der Vakuumkammer in der weise angeordnet, dass ein erstes Ende davon als N-Pol ausgebildet ist und ein zweites Ende davon als S-Pol ausgebildet ist, und eine Konstantstromspule 15 wird außerhalb des zylindrischen Magneten 14 koaxial angeordnet. Die Konstantstromspule 15 ist über eine Stromeinstellschaltung 16 an eine Konstantstromquelle 17 angeschlossen. Der zylindrische Magnet 14 und die Konstantstromspule 15 werden angepasst, um eine magnetische Neutrallinie 18 zu erzeugen, die durch eine Aufeinanderfolge von mgnetfeldfreien Positionen gebildet wird, die kontinuierlich in dem Plasmaerzeugungsabschnitt 12 der Vakuumkammer 11 vorhanden sind. Der Durchmesser der ringförmigen magnetischen Neutrallinie 18, die durch den zylindrischen Magnet 14 und die Konstantstromspule 15 gebildet wird, kann mit Absicht durch Verändern des elektrischen Stromes, der durch die Konstantstromspule 15 fließt, mittels der Stromeinstellschaltung 16 ausgewählt werden.
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7 ist eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der anlage mit einer magnetischen Neutrallinie qemäß der vorliegenden Erfindung. In diesem Beispiel sind die das elektrische Feld erzeugenden Mittel zum Erzeugen des Entladungsplasmas in einem Raum, der die magnetische Neutrallinie enthält, durch Anwenden eines hochfrequenten elektrischen Feldes auf die magnetische Neutrallinie von kapazitivem Typ.
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Wie in dem Fall von 6, weist die Vakuumkammer 11 einen Plasmaerzeugungsabschnitt 12 und einen Substratbearbeitungsabschnitt 13 auf. Wie in 7 gezeigt, wird ein zylindrischer Magnet 14 längs der axialen Linie der Vakuumkammer in der Weise angeordnet, dass ein erstes Ende davon als N-Pol ausgebildet ist und ein zweites Ende davon als S-Pol ausgebildet ist, und eine Konstantstromspule 15 koaxial außerhalb des zylindrischen Magneten 14 angeordnet wird. Die Konstantstromspule 15 wird über eine Strombegrenzungsschaltung 16 an eine Konstantstromquelle 17 angeschlossen. Der zylindrische Magnet 14 und die Konstantstromspule 15 werden angepasst, um eine magnetische Neutrallinie 18 zu erzeugen, die durch eine Aufeinanderfolge von magnetfeldfreien Positionen gebildet wird, die kontinuierlich in dem Plasmaerzeugungsabschnitt 12 der Vakuumkammer 11 vorhanden sind. Der Durchmesser der ringförmigen magnetischen Neutrallinie 18, die durch den zylindrischen Magnet 14 und die Konstantstromspule 1 gebildet wird, kann mit Absicht durch Verändern des elektrischen Stromes, der durch die Konstantstromspule 1 fließt, mittels der Strombegrenzungsschaltung 16 ausgewählt werden.
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Die paarweisen Elektroden 19, 20 werden über und unter der magnetischen Neutrallinie 18 in dem Plasmaerzeugungsabschnitt 2 der Vakuumkammer 11 angeordnet und angepasst, um ein hochfrequentes elektrisches Feld unter rechtwinklig bezüglich der magnetischen Neutrallinie 18 anzulegen. Die Elektroden 19, 20 können ein scheibenförmiges Profil, wie in 3 gezeigt, ein ringförmiges Profil, wie in 4 gezeigt, oder ein scheibenförmiges Profil mit einer zentralen Öffnung, wie in 5 gezeigt, je nach der anwendung der Anlage, aufweisen. Obwohl die Elektroden 19, 20 in den veranschaulichten Beispielen eine kreisförmige äußere Kontur aufweisen, können sie, je nach der Anwendung der Anlage, eine vieleckige oder elliptische äußere Kontur aufweisen.
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Das Paar von Elektroden 19, 20, die in dem Plasmaerzeugungsabschnitt 12 der Vakuumkammer 11 angeordnet werden, wird an die jeweiligen HF-Stromquellen 21, 22 angeschlossen, so dass ein hochfrequentes elektrisches Feld zwischen den Elektroden angelegt wird. In dem Fall des ”kapazitiven Feldtyps” kann ein direkter Durchbruch zwischen der oberen und der unteren Elektrode 19, 20 eintreten, um die Anlage zu beschädigen, wenn die HF-Entladung eine Gleichstromkomponente enthält. Folglich werden gemäß der vorliegenden Erfindung die Elektroden 19, 20 mit jeweiligen Isolatoren 23 beschichtet, die in 7 veranschaulicht sind, um solch ein Problem zu vermeiden. Das Profil der Elektroden 19, 20 kann, je nach dem für die Bearbeitung verwendeten speziellen Verfahren, verändert werden. Zum Beispiel werden scheibenförmige Elektroden für CVD verwendet, wohingegen ringförmige Elektroden für einen Bearbeitungsschritt ausgewählt werden, die eine dritte Oberfläche des Targets zum Sputtern erfordert, so dass ein Sputterweg von dem zu bearbeitenden Substrat gebildet werden kann.
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Bezug nehmend auf die obige Beschreibung, obwohl die Elektroden 19, 20 jeweilig über und unter der Ebene angeordnet werden, die die kreisförmige magnetische Neutrallinie 18 enthält, die in dem Plasmaerzeugungsabschnitt 12 der Vakuumkammer 11 in dem veranschaulichten Beispiel erzeugt wird, können sie alternativ angeordnet werden, um ein hochfrequentes elektrisches Feld unter einem schrägen Winkel bezüglich der magnetischen Neutrallinie 18, je nach der Anwendung der Anlage, anzuwenden.
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Wie oben beschrieben, werden gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Entladungsplasma-Bearbeitungsanlage zum Bearbeiten eines Objekts durch Ausnutzung von Plasma in einer Vakuumkammer ein Magnetfeld erzeugende Mittel zum Erzeugen einer magnetischen Neutrallinie, die durch eine Aufeinanderfolge von magnetfeldfreien Positionen gebildet wird, die kontinuierlich in der Vakuumkammer vorhanden sind und angepasst werden, um eine magnetische Neutrallinie zu erzeugen, die der Form und der Große des Bearbeitungsobjekts entspricht, bereitgestellt. Das elektrische Feld erzeugende Mittel wird zum Erzeugen des Entladungsplasmas in einem Raum, der die magnetische Neutrallinie enthält, durch Anwenden eines hochfrequenten elektrischen Feldes auf die magnetische Neutrallinie bereitgestellt, die in der Vakuumkammer durch das Magnetfeld erzeugende Mittel unter einem schrägen Winkel, der möglicherweise den rechten Winkel umfasst, erzeugt. Folglich kann gemäß der vorliegenden Erfindung der herkömmliche induktive Feldtyp in den kapazitiven Feldtyp geändert werden, so dass es nicht mehr notwendig ist, eine Isolatorwand der Vakuumkammer zu verwenden, und Metall, wie zum Beispiel Edelstahl, kann alternativ verwendet werden, während die Merkmale beibehalten werden, die sowohl Zeit/Raum, als auch die Raumsteuerbarkeit bezüglich der Große und der Lage des zu erzeugenden Plasmas niedrigen Druckes, niedriger Temperatur und hoher Dichte enthalten. Folglich kann der Preis des Systems beachtlich verringert werden. Als Folge kann das Anwendungsgebiet von Entladungsplasmaanlagen verbessert und erweitert werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst in einer Entladungsplasma-Bearbeitungsanlage zum Bearbeiten eines Objekts durch Ausnutzung von Plasma in einer Vakuumkammer die Anlage das Magnetfeld erzeugende Mittel zum Erzeugen einer magnetischen Neutrallinie, die durch eine Aufeinanderfolge von magnetfeldfreien Positionen gebildet wird, die kontinuierlich in der Vakuumkammer vorhanden sind, und das elektrische Feld erzeugende Mittel zum Erzeugen des Entladungsplasmas in einem Raum, der die magnetische Neutrallinie enthält, durch Anwenden eines hochfrequenten elektrischen Feldes auf die magnetische Neutrallinie, die in der Vakuumkammer erzeugt wird, wobei die Magnetfeld erzeugenden Mittel einen zylindrischen Magnet enthalten, der ein erstes Ende, das als N-Pol ausgebildet ist, und ein zweites Ende, das als S-Pol ausgebildet ist, aufweist, wobei das erste Ende und das zweite Ende längs der Achse der Vakuumkammer angeordnet werden und eine Konstantstromspule koaxial zu dem zylindrischen Magneten und an dessen Außenseite angeordnet ist. Mit dieser Anordnung ist die Anlage leicht und weist eine minimale Anzahl von Komponenten auf, so dass sie leicht zusammengebaut und gewartet werden kann.
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Wenn zusätzlich das elektrische Feld erzeugende Mittel zum Erzeugen von Entladungsplasma in einem Raum, der die magnetische Neutrallinie enthält, durch Anwenden eines hochfrequenten elektrischen Feldes auf die magnetische Neutrallinie in der Vakuumkammer in der Weise angeordnet werden, dass das hochfrequente elektrische Feld unter einem schrägen Winkel, der ein rechtwinklig sein kann, bezüglich der magnetischen Neutrallinie, die in der Vakuumkammer durch die Magnetfeld erzeugenden Mittel erzeugt wird, angelegt wird, ist es nicht mehr notwendig, eine HF-Spule längs der geschlossenen und gekrümmten Neutrallinie an der Außenseiten davon zu wickeln. Dies bedeutet, dass es nicht mehr notwendig ist, eine Isolatorwand in der Vakuumkammer zu verwenden, und Metall, zum Beispiel Edelstahl, alternativ verwendet werden kann. Folglich kann der Preis des Systems beachtlich verringert werden. Als Folge kann das Anwendungsgebiet von Entladungsplasmaanlagen verbessert und erweitert werden.