DE3926023A1 - Cvd-beschichtungsverfahren zur herstellung von schichten und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein CVD-Beschichtungsverfahren zur Herstellung von Schichten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 20.

Dünne Schichten, wie z.B. auf reflektierenden, polarisierenden oder entspiegelten Optiken, werden üblicherweise durch Aufdampf- oder Sputtertechniken hergestellt. Die so hergestellten Schichten haben jedoch den Nachteil, daß sich die Eigenschaften der Schichten, z.B. hinsichtlich der Brechzahl, Absorption oder Kompaktheit, von den Eigenschaften des verwendeten Ausgangsmaterials unterscheiden und dadurch bestimmte Eigenschaften der Schichten nur schwer zu realisieren sind.

Foto-CVD- bzw. Plasma-CVD-Beschichtungsverfahren (CVD steht für Chemical Vapor Deposition), wie sie für die Herstellung und Anwendung von Lichtwellenleitern entwickelt wurden, weisen diese Nachteile nicht auf, da die Schichten, die durch reaktive Abscheidung aus einem Plasma bzw. durch Anregung durch UV-Strahlung erhalten werden, ähnlich aufgebaut sind wie erschmolzenes Glas gleicher Zusammensetzung.

Bei diesen Verfahren reagiert ein Reaktionsgas chemisch unter Ausbildung einer festen Abscheidung auf einem Substrat.

Diese Verfahren sind jedoch bisher nur für runde Geometrien optimiert worden, dünne Schichten im Bereich kleiner 100 nm lassen sich nur mit sehr wenigen dieser Verfahren herstellen.

So beschreibt die EP-PS 36 191 ein Plasma-CVD-Beschichtungsverfahren, mit dem sehr dünne Schichten, jedoch nur im Inneren eines Rohres, hergestellt werden können.

Ein weiteres Plasma-CVD-Beschichtungsverfahren, mit dem auch planare Flächen beschichtet werden können, ist aus der EP-PS 17 226 bekannt. Allerdings werden die zu beschichtenden Substrate in ein Quarzglasrohr eingebracht, durch das dann die Reaktionsgase geleitet werden. Die Größe des Substrates wird durch das Quarzglasrohr begrenzt. Die Beschichtung erfolgt außer auf der gewünschten Fläche des Substrats praktisch überall im Rohr, wodurch ein hoher Überschuß an Reaktionsgas eingesetzt werden muß. Außerdem läßt sich je nach verwendetem Rohling, dessen Größe und Form nicht immer eine weitgehend geeignete Strömung der Reaktionsgase erzielen, wodurch die Beschichtung nicht gleichmäßig erfolgt.

Seit kurzem ist aus der DE-OS 37 26 775 ein weiteres Verfahren zur Plasma-CVD-Beschichtung von ebenen Flächen bekannt. Hiernach strömt ein Reaktionsgas durch eine perforierte Platte, unter der sich parallel die zu beschichtende Fläche befindet. Zwischen der perforierten Platte und der zu beschichtenden Fläche wird ein Plasma erzeugt, durch das die Reaktion veranlaßt wird. Dieses Verfahren hat gegenüber dem vorigen den Vorteil, daß es die Reaktionsgase besser ausnutzt und auch größere Flächen beschichtet werden können. Nachteilig ist hierbei jedoch, daß die bei der Reaktion verbrannten Gase nicht gleichmäßig abgeführt werden können, hierdurch entstehen ungleichmäßige Schichten. Da die Anregung des Plasmas zwischen der perforierten Platte und dem Substrat erfolgt, besteht die Gefahr, daß sich das Plasma in die perforierte Platte fortsetzt und es auch dort zu einer Beschichtung kommt, wodurch sich die Düsen zusetzen können.

Ähnliche Vorrichtungen sind auch aus der EP-PS 74 212 und der US-PS 44 34 742 bekannt. In diesen Vorrichtungen strömt das Reaktionsgas durch eine einfach oder mehrfach durchlöcherte Platte, hinter der sich entweder parallel oder senkrecht dazu die zu beschichtende Fläche befindet. Zum Unterschied zum vorigen Verfahren wird das Plasma im Reaktionsgas schon oberhalb bzw. oberhalb und unterhalb der perforierten Platte erzeugt. Auch in diesen Vorrichtungen können die verbrauchten Reaktionsgase nicht immer gleichmäßig abgeführt werden. Außerdem werden der Reaktionsvorraum und die Durchtrittsöffnungen des Plasmas in erheblichem Umfang mitbeschichtet, so daß ein hoher Materialverlust auftritt und von Zeit zu Zeit eine Reinigung des Reaktionsvorraumes und der Durchtrittsöffnungen erforderlich wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein CVD-Beschichtungsverfahren für die Herstellung von Schichten zu schaffen, wobei auch dünne Schichten herstellbar sein sollen und die Beschichtung auf planaren wie auch auf gebogenen Substraten möglich sein soll. Die Beschichtung soll möglichst gleichmäßig herstellbar sein und die Abscheidung der Reaktionsgase in oder an den Zuführungen sowie an den Leitern für die Mikrowellenstrahlung soll möglichst vermieden werden. Zusätzlich soll die Beschichtung auch über sehr große Flächen möglich sein.

Aufgabe der Erfindung ist es auch, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 20 gelöst.

Das Verfahren ist besonders für Plasma-CVD-Beschichtungsverfahren geeignet, wobei das Plasmaimpuls-CVD-Beschichtungsverfahren (PICVD) besonders bevorzugt ist, da in den Impulspausen die verbrauchten Reaktionsgase am einfachsten entfernt werden können, so daß jeder neue Plasmaimpuls wieder auf frische Reaktionsgase wirkt. Außer dem Plasma-CVD-Beschichtungsverfahren kann auch eine Anregung des Reaktionsgases durch UV-Strahlung erfolgen, wobei diese UV-Strahlung wiederum in einem Plasma erzeugt wird. Dieses Photo-CVD-Beschichtungsverfahren kann auch mit dem Plasma-CVD-Beschichtungsverfahren, in dem die Abscheidung aus den Reaktionsgasen in einem Plasma erfolgt, gekoppelt werden. Die UV-Strahlung unterstützt hierbei die Bildung des Plasmas des Reaktionsgases, so daß für die Anregung des Plasmas eine geringere Feldstärke der elektromagnetischen Strahlung, vorzugsweise Mikrowellenstrahlung, ausreicht.

Wichtig ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, daß die Anregung des Reaktionsgases aus einem Vorraum heraus erfolgt, der mit dem eigentlichen Reaktionsraum über eine Öffnung in Verbindung steht, und daß ein solcher Teil des Reaktionsgases so an die Öffnung, in deren Bereich die Reaktion stattfindet, geführt wird, daß eine Abscheidung in dem Reaktionsvorraum praktisch vermieden wird.

Hierfür bestehen verschiedene Möglichkeiten, es kann z.B. eine Komponente des Reaktionsgases, bei einer Mischung von Siliciumtetrachlorid und Sauerstoff als Reaktionsgas, z.B. die Komponente Sauerstoff, durch den Vorraum zu der Reaktionsstelle, d.h. der Öffnung, geführt werden, der andere Teil des Reaktionsgases, die Siliciumtetrachlorid-Komponente, wird unter Umgehung des Vorraumes zu der Öffnung geleitet. Da die Sauerstoff-Komponente nicht zu einer Abscheidung fähig ist, findet im Vorraum keine Beschichtung statt. Der Sauerstoff kann dabei in dem Vorraum schon zu einem Plasma angeregt werden, das dann an der Öffnung mit der Siliciumtetrachlorid-Komponente zusammentrifft und erst hierbei eine reaktive Abscheidung ermöglicht.

Der Teil des Reaktionsgases, der unter Umgehung des Vorraumes zu der Reaktionsstelle geführt wird, wird dabei vorzugsweise so geleitet, daß er parallel bzw. laminar zum Substrat strömt. Hierdurch wird eine besonders gleichmäßige Beschichtung erreicht. Diese Strömung kann z.B. dadurch erreicht werden, daß die Zuleitungen für diese Komponente zwischen Reaktionsraum und Vorraum in Richtung auf die Reaktionszone angeordnet sind. Das aus den Zuleitungen austretende Reaktionsgas strömt hierdurch weitgehend parallel zur zu beschichtenden Fläche.

Verschiedene Varianten der Reaktionsgaszuführung sind möglich, so kann z.B. das gesamte Reaktionsgas unter Umgehung des Vorraumes zur Reaktionszone geleitet werden. Wird ein Teil des Reaktionsgases, aus dem allein keine reaktive Abscheidung erfolgen kann, durch den Vorraum zur Öffnung und damit zur Reaktionszone geleitet, so kann in diesem Teil des Reaktionsgases schon ein Plasma erzeugt werden, wobei das Plasma innerhalb des Vorraums vorzugsweise so geleitet wird, daß es als ein Innenleiter für die anregende hochfrequente Strahlung wirkt.

Als Vorraum wird vorzugsweise ein metallisches Rohr verwendet, vorzugsweise ein Platinrohr, das vorzugsweise eine spaltförmige Offnung aufweist. Die Reaktion kann dann unterhalb der gesamten Ausdehnung des Spalts stattfinden.

Erfolgt die reaktive Abscheidung aus einem Plasma, dann wird die Größe der Öffnung bzw. Öffnungen oder des Schlitzes mit mindestens λ/40 der eingespeisten hochfrequenten Strahlung bzw. Mikrowellenleistung bemessen. Hierdurch kann im Bereich der Öffnung bzw. des Schlitzes eine so hohe Feldstärke erhalten werden, daß das Reaktionsgas zu einem Plasma angeregt wird.

Erfolgt die Anregung des Reaktionsgases nur über UV-Strahlung, dann können auch kleinere Öffnungen verwendet werden.

Durch den Vorraum kann auch ein Hilfsgas geleitet werden, das zu einem Plasma angeregt wird und diese Anregung über die Öffnung an das Reaktionsgas weitergeben kann. Hierbei kann wiederum die in dem Plasma des Hilfsgases entstehende UV-Strahlung die Anregung des Reaktionsgases unterstützen.

Für die Führung des Hilfsgases bzw. des Teils des Reaktionsgases, der durch den Vorraum geleitet wird, bestehen mehrere Möglichkeiten. So kann z.B. innerhalb eines rohrförmigen Vorraums vorzugsweise konzentrisch eine rohrförmige Abschirmung aus elektrisch nicht leitfähigem Material, z.B. Quarz, angeordnet sein, die oberhalb der vorzugsweise schlitzförmigen Öffnung im Vorraum ebenfalls eine schlitzförmige Öffnung aufweist. Das durch diese Abschirmung geleitete Gas kann vorzugsweise an beiden Enden der Abschirmung eingespeist werden, so daß ein möglichst gleichmäßiger Gas- bzw. Plasmaaustritt aus der schlitzförmigen Öffnung gewährleistet ist. Vorzugsweise wird dann auch an beiden Enden der Abschirmung ein Plasma erzeugt. Das Plasma wird hierbei mit einem am Ende der Abschirmung angebrachten Metallring induziert und pflanzt sich innerhalb der Abschirmung fort. Das Plasma wirkt hierbei als Innenleiter für die ebenfalls am Vorraum anliegende elektromagnetische Strahlung.

Wird innerhalb des metallischen Vorraums eine Auskleidung aus dielektrischem Material angebracht, so kann das durch den Vorraum geleitete Gas auch zwischen der Abschirmung und der Auskleidung geführt werden, wobei die Abschirmung dann keine schlitzförmige Öffnung benötigt.

In dem Vorraum können auch dielektrische Abschlüsse vorgesehen sein, die das durch den Vorraum geführte Gas auf die Öffnung des Vorraums leiten bzw. ein Eindringen von Reaktionsgas bzw. verbrauchtem Reaktionsgas in den Vorraum weitgehend verhindern.

Um eine großflächige Abscheidung des Reaktionsgases auf dem Substrat zu erhalten, kann das Substrat relativ zur Öffnung verschoben werden. Auch ein Verschieben des Vorraums mit der Reaktionsgaszuleitung relativ zum Substrat ist möglich. Diese Verschiebungen können der Kontur der zu beschichtenden Fläche angepaßt sein. Durch ein mehrfaches Verschieben z.B. des Substrats kann die zu beschichtende Fläche mehrfach beschichtet werden.

Hierdurch sind auch dickere Schichten möglich. Die Größe der Fläche, auf der die Abscheidung unmittelbar erfolgt, kann durch Verschieben des Substrats senkrecht zur Öffnung verändert werden. Hierdurch wird auch die Stärke der abgeschiedenen Schicht verändert, so daß mit dieser Bewegung eine Anpassung der Schichtstärke und damit auch eine sehr gleichmäßige Beschichtung erreicht werden kann.

Zur Beschichtung größerer Flächen können auch mehrere Vorräume mit einem Reaktionsraum verbunden sein, wobei diese Vorräume abwechselnd oder gemeinsam betrieben werden können.

Im Gegensatz zum Erfahrungsstand nach dem Stand der Technik ermöglicht die Erfindung auch die CVD-Beschichtung von großen Oberflächen bis in den Quadratmeterbereich, wobei die Beschichtung nicht auf planare Flächen beschränkt ist.

Nach dem Verfahren können dielektrische und metallische Schichten hergestellt werden, die Verwendung finden z.B. in Optiken oder Lichtwellenleitern. So können z.B. reflektierende, entspiegelte oder polarisierende Optiken mit Hilfe dieser Schichten realisiert werden. Auch Lichtwellenleiter, wie sie z.B. in den DE-PS′en 35 36 780 und 35 36 781 beschrieben sind, können hergestellt werden. Von Vorteil ist, daß die Substrate nach der Beschichtung wie konventionell erschmolzenes Glas bearbeitet werden können.

Geeignet sind grundsätzlich alle Photo- und Plasma-CVD-Beschichtungsverfahren. Besonders geeignet ist das PICVD-Verfahren und die Dauerstrich-Entladung.

Die Erfindung und die erzielbaren Vorteile werden im folgenden anhand von beispielhaften schematischen Zeichnungen und einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben.

Fig. 1 ist eine Vertikalschnitt-Darstellung einer erfindungsgmäßen Vorrichtung zur Beschichtung planarer Substrate nach der Linie I-I der Fig. 2.

Fig. 2 ist eine Vertikalschnitt-Darstellung der Vorrichtung nach der Fig. 1 entlang der Linie II-II der Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsvariante nach Fig. 1 mit zwei Reaktionsvorräumen.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsvariante nach Fig. 1 für Außenbeschichtungen an Stäben oder Rohren.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsvariante nach Fig. 1 für Innenbeschichtungen gebogener Substrate.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung enthält einen Reaktionsraum 1, in dem sich ein Substrat 2 befindet. Das Substrat 2 ist horizontal und vertikal (Doppelpfeile) verschiebbar. An den Reaktionsraum 1 ist ein rohrförmiger Außenleiter 3 über eine axial am Außenleiter entlang verlaufende schlitzförmige Öffnung 4 angekoppelt. Der Außenleiter 3 besteht aus elektrisch leitendem Material und bildet die äußere Abschirmung einer Mikrowellenanordnung. Im Inneren kann der Außenleiter 3 eine Auskleidung 5 aus chemisch beständigem, Mikrowellen nicht oder nur wenig absorbierendem, dielektrischem Material, vorzugsweise Quarzglas oder Keramik, enthalten.

Der Innenraum des Außenleiters 3 bildet einen Vorraum 6, der mittels einer Abschirmung 7, die ebenfalls aus chemisch beständigem, Mikrowellen nicht oder nur wenig absorbierendem, dielektrischem Material besteht, unterteilt sein kann. Die Abschirmung 7 ist vorzugsweise zirkular und konzentrisch zum Außenleiter 3 angeordnet und weist radial zur Öffnung 4 ebenfalls eine schlitzförmige Öffnung 8 auf. Dielektrische Abschlüsse 9 aus Mikrowellen nicht oder nur wenig absorbierendem Material, die von der Unterkante der Abschirmung 7 im wesentlichen parallel zur Öffnung 4 verlaufen, können einen Teil des Vorraumes 6 von dem Reaktionsraum 1 hermetisch abschließen.

An beiden Enden der Abschirmung 7 sind ringförmige Innenleiter 10 angebracht, an die Mikrowellenenergie in Form von Mikrowellenimpulsen aus einem oder mehreren Mikrowellenresonatoren 16 angekoppelt werden kann. Mit einem durch die Abschirmung 7 geführten Gas entsteht hierdurch ein Plasma, das für die angekoppelte elektromagnetische Strahlung wie ein eigener Innenleiter zum Außenleiter 3 wirkt.

Von beiden Seiten der Verbindung Reaktionsraum 1 - Außenleiter 3 sind versetzt gegenüberliegend transversale Reaktionsgaszuführungen 11 so angebracht, daß das einströmende Reaktionsgas im Bereich der Öffnung 4 laminar über das Substrat 2 strömt. Die Strömung des Reaktionsgases (Pfeile) geht über das Substrat 2 hin zu Saugstutzen 12, über die die bei der Reaktion verbrauchten Reaktionsgase mittels einer Vakuumpumpe abgesaugt werden.

Das sich innerhalb der Abschirmung 7 befindliche Plasma kommt über die Öffnung 8 mit dem durch die Reaktionsgaszuführungen 11 geleiteten bzw. in Richtung auf die Öffnung 8 strömenden Reaktionsgas in Berührung und bildet im Bereich der Öffnung 8 auf dem Substrat 2 ein Reaktionsplasma 17. Das gesamte Plasma erstreckt sich dementsprechend von den Innenleitern 10 ausgehend ober- und unterhalb entlang der schlitzförmigen Öffnung 4 bis hin zum Substrat 2, wobei eine reaktive Abscheidung aus dem Plasma erst im Bereich des Reaktionsplasmas 17 und somit im wesentlichen nur auf das Substrat 2 erfolgen kann.

Das Substrat 2 ist mittels einer Widerstandsheizung 13 auf Reaktionstemperatur heizbar. Die Widerstandsheizung 13 ist regelbar, so daß die Reaktionstemperatur den Reaktionsbedingungen, z.B. den verwendeten Reaktionsgasen, anpaßbar ist.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform mit zwei parallel betreibbaren Mikrowellenanordnungen dargestellt. Der Aufbau dieser Ausführungsform ist prinzipiell gleich der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2, mit der Ausnahme, daß die Reaktionsgaszuführungen 11 jeweils nur an einer Seite der Außenleiter 3 angebracht sind und die Abschirmung 7 zum Reaktionsraum 1 hin geschlossen ist. Hier wird in der Abschirmung 7 ein Plasma erzeugt, das mit seiner UV-Strahlung die Reaktionsgase anregt bzw. die Entstehung eines Reaktionsplasmas im Bereich der hohen Feldstärke in der Öffnung 4 unterstützt.

In Fig. 4 ist eine Ausführungsform für die Beschichtung eines stabförmigen Substrats 14 dargestellt. Der Aufbau der Mikrowellenanordnung entspricht wieder dem nach Fig. 1 und 2 mit der Änderung, daß die Abschirmung 7 zum Reaktionsraum 1 hin geschlossen ist und der Reaktionsvorraum 6 keinen Abschluß 9 aufweist. Bei dieser Ausführungsform ist der Vorraum 6 zur Außenluft hin abgeschlossen, und ein Reaktionsgas, wie z.B. Sauerstoff, oder ein Hilfsgas kann in den Vorraum 6 eingeleitet werden. Das Hilfsgas, z.B. Argon, darf die Reaktion nicht behindern, kann aber von den Innenleitern 10 ausgehend ein Plasma bilden und hierdurch die Reaktion anregen.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform für die Innenbeschichtung eines Substrats 15 mit gebogener Innenfläche. Der Aufbau der Mikrowellenanordnung entspricht wieder dem nach Fig. 1 und 2.

Die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1-5 sind für CVD-Beschichtungsverfahren geeignet, wobei Ausstattung, Ausformung und Dimensionen der Vorrichtungen sowie die Leistung der Mikrowellenresonatoren 16 den Erfordernissen sowie auch anderen Plasmabeschichtungsverfahren bzw. Photo-CVD-Beschichtungsverfahren in weiten Bereichen angepaßt werden können. Die in den Fig. 1-5 dargestellten Varianten sind nicht auf die gezeigten Rohlinge beschränkt. Durch entsprechende Änderungen des Reaktionsraums 1 lassen sich beispielsweise auch Würfel, Rohre innen wie außen, Brillenrohlinge, unregelmäßig gebogene Oberflächen etc. beschichten, wobei anstelle der Substrate auch der Vorraum mit der Anregung und Einleitung des Reaktionsgases verschoben werden kann. Der Vorraum 6 kann, sofern er, wie in den Fig. 1-3 und 5 mit Abschlüssen versehen ist, mit Umgebungsluft oder auch anderen Gasen gefüllt sein. Der Vorraum kann, sofern eine dielektrische Auskleidung 5 innerhalb des Außenleiters 3 angebracht ist, auch ein Hilfsgas enthalten, das auch zu einem Plasma angeregt werden kann. Dieses Hilfsgas, z.B. Argon, kann fest eingeschlossen sein oder vorzugsweise axial durch den Reaktionsvorraum 6 strömen. Die dielektrischen Abschlüsse 9 können, sofern gewünscht, einen Kontakt des Hilfsgases mit dem Reaktionsgas verhindern und entsprechend unerwünschte Reaktionen dieser Gase vermeiden. Soll dieses Hilfsgas an der Reaktion teilnehmen, bzw. handelt es sich um ein notwendiges Reaktionsgas, dann werden die Abschlüsse 9 weggelassen. Bei einem Reaktionsvorraum 6 mit dielektrischen Abschlüssen 9 kann der Druck des Hilfsgases unabhängig vom Druck des Reaktionsgases optimal eingestellt werden. Wird zwischen Außenleiter 3 und Abschirmung 7 kein Plasma erzeugt, dann kann die Auskleidung 5 auch entfallen, die Auskleidung 5 verhindert einen Kurzschluß zwischen einem außerhalb der Abschirmung 7 befindlichen Plasma und dem Außenleiter 3. Der Innenraum der Abschirmung 7 kann, wie beschrieben, ebenfalls mit einem Hilfsgas oder mit einem nicht zur Abscheidung fähigen Teil des Reaktionsgases gefüllt sein.

Die Hilfsgase bzw. der durch den Vorraum 6 bzw. die Abschirmung 7 strömende Teil des Reaktionsgases bilden leicht, z.B. durch Mikrowellenstrahlung angeregt, ein Plasma und übertragen ihre Anregung im Bereich der Öffnung 8 auf das Reaktionsgas. Bei der Verwendung z.B. von Sauerstoff wird diese Übertragung durch energiereiche UV-Strahlung unterstützt, wobei die Übertragung vorzugsweise unmittelbar durch eine Öffnung auf das Reaktionsgas erfolgt. In den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1, 2 und 5 erfolgt die Übertragung durch die schlitzförmige Öffnung 8.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist auch für Dauerstrichentladung geeignet. Die Mikrowellenanordnung arbeitet dann abwechselnd mit der Schieberichtung des Substrats 2. Das Reaktionsgas wird jeweils über die Reaktionsgaszuführungen 11 eingespeist, die in Schieberichtung zeigen und das Plasma bis zum Wechsel der Schieberichtung aufrechterhalten. Das verbrauchte Reaktionsgas wird hierbei mit der Schieberichtung des Rohlings abgesaugt.

Wird das gesamte Reaktionsgas über die Reaktionsgaszuführungen 11 zugeführt, dann werden die unterschiedlichen Komponenten des Reaktionsgases vorzugsweise durch unterschiedliche Reaktionsgaszuführungen 11 geleitet, so daß eine Mischung des Reaktionsgases erst außerhalb der Reaktionsgaszuführungen 11 erfolgt. Hierdurch wird eine reaktive Abscheidung im Bereich der Reaktionsgaszuführungen 11 vermieden. Durch die Vielzahl der Reaktionsgaszuführungen 11 und auch durch die versetzt gegenüberliegende Anordnung wird eine vollständige Vermischung der einzelnen Komponenten des Reaktionsgases während der Strömung zur Öffnung 4 hin und damit zum Reaktionsplasma 17 sichergestellt.

Die Beschichtung erfolgt homogen entlang der schlitzförmigen Öffnung 4. Durch die besonderen transversalen Reaktionsgaszuführungen 11 wird erreicht, daß das Reaktionsgas nicht an der Innenwand des Außenleiters 3, sondern in erster Linie auf dem Substrat 2 abgeschieden wird. Der Reaktionsgasfluß ist kontinuierlich und wird durch eine Vakuumpumpe aufrechterhalten. Bei einem PICVD-Verfahren können Strömungsgeschwindigkeit und Impulspause des Mikrowellenimpulses so aufeinander abgestimmt werden, daß vor dem Zünden eines neuen Plasmas das Substrat im Gebiet der schlitzförmigen Öffnung 4 mit frischem Reaktionsgas beaufschlagt und auch die eben beschichtete Fläche des Substrats weitergeschoben ist. Die Dauer des Mikrowellenimpulses wird so eingestellt, daß eine vollständige Reaktion des angebotenen Reaktionsgasgemisches erfolgen kann. Durch geeignete Wahl der Reaktionsbedingungen, wie Druck, Reaktionsgaszusammensetzungen, Impulsfolge, können dünne Schichten bis zu monomolekularen Schichten abgeschieden werden.

Um die Homogenität der Abscheidung zu erhöhen, kann, wie in der Fig. 2 gezeigt, die Mikrowellenenergie von zwei Seiten zugeführt und das Substrat senkrecht zum Spalt bewegt werden (Doppelpfeil). Bewegungsablauf und Bewegungsgeschwindigkeit werden dabei so an die Beschichtungsbedingungen angepaßt, daß eine gleichmäßige homogene Beschichtung entsteht. Auch die versetzt gegenüberliegenden Zuführungen des Reaktionsgases von zwei Seiten (Fig. 1, 4 und 5) erhöhen die Homogenität der Abscheidung.

In Abhängigkeit von dem verwendeten Reaktionsgas muß das Substrat auf eine bestimmte Reaktionstemperatur geheizt werden, um den Einbau ungewünschter Reaktionsprodukte zu vermeiden. So beträgt z.B. die Reaktionstemperatur bei der Verwendung von Siliciumtetrachlorid und Sauerstoff ca. 1100°C bzw. mehr als 300°C bei der Verwendung von Silan mit Stickstoffdiomid und Ammoniak als Reaktionsgas. Je nach Reaktionsbedingungen und Zusammensetzung des Substrats kann die Beschichtung bei Temperaturen von z.B. 70°C bis 1600°C erfolgen. Die Substratheizung kann dabei außer mit der in den Fig. 1-5 gezeigten Widerstandsheizung 13 auch mit anderen Heizungen, mit z.B. optischer, thermischer oder elektrischer Energie, erfolgen. Die Beschichtung kann auf feste Körper erfolgen, wie z.B. Glas, Glaskeramik, Keramik, formstabile Kunststoffe mit keinem oder nur geringem Weichmacheranteil, z.B. CR 39.

Um die Abscheidungsrate zu erhöhen, können, wie z.B. in Fig. 3 dargestellt, mehrere Mikrowellenanordnungen parallel betrieben werden. Der Abstand der Mikrowellenanordnungen zueinander, die Substratgröße und die Substratbewegung müssen dabei aufeinander abgestimmt werden.

Wie in den Fig. 1-5 dargestellt, können planare und anders geformte Substrate beschichtet werden. Die Bewegung des Substrats kann dabei entsprechend der Substratform angepaßt werden, z.B. als Dreh- oder Schaukelbewegung.

Außer den beschriebenen PICVD- oder Dauerstrich-Verfahren mit einem über eine Strecke verlaufenden Plasma können auch andere Plasmabeschichtungsverfahren mit z.B. kleinflächigem Plasma verwendet werden. In diesem Fall wird das Substrat vorzugsweise in der Ebene unter dem Plasma so verschoben, daß wieder eine homogene flächige Beschichtung erhalten wird.

In einem Ausführungsbeispiel wird eine Quarzglasscheibe mit den Maßen 400 mm×400 mm×5 mm beschichtet. Die Ausführungsform der Vorrichtung entspricht im wesentlichen den Fig. 1 und 2. Der Reaktionsraum 1 besteht aus Quarzglas und hat Innenabmessungen von 800 mm×600 mm×10 mm (Länge×Breite×Höhe). Über die gesamte Breite verläuft mittig zur Länge ein Spalt, über dem der an beiden Enden offene rohrförmige Außenleiter 3 aus Platin befestigt ist. Die Länge des Außenleiters 3 beträgt 700 mm, der Innendurchmesser 40 mm. Die schlitzförmige Öffnung 4 des Außenleiters 3 hat die Abmessungen 600 mm×5 mm. Zwischen Außenleiter 3 und Reaktionsraum 1 sind die Reaktionsgaszuführungen 11 aus Quarzglas angebracht.

Konzentrisch im Außenleiter 3 ist die Abschirmung 7 aus Quarzglas mit den Abmessungen 1250 mm×20 mm×2 mm (Länge×Außendurchmesser× Wandstärke) angeordnet. Die Abschirmung 7 ist beidseitig und wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, unten verschlossen und mit Argon gefüllt. Der Druck der Argonfüllung kann zwischen 1 mbar bis 0,1 bar liegen; statt Argon können auch andere Hilfsgase in der Abschirmung verwendet werden. Der sich zwischen der Abschirmung 7 und dem Außenleiter 3 befindliche Raum ist mit der Außenluft verbunden.

Die Enden der Abschirmung 7 ragen gleichmäßig aus dem Außenleiter 3 heraus. Die dielektrischen Abschlüsse 9 trennen den größten Teil des Vorraumes 6 von dem Reaktionsraum 1. Die Innenleiter 10 sind aus Platin und haben die Abmessungen 100 mm×25 mm (Länge×Innendurchmesser). Die Innenleiter 10 ragen von den Enden des Außenleiters 3 konzentrisch angeordnet ins Innere des Vorraumes 6.

Das Reaktionsgas besteht aus Siliciumtetrachlorid und Sauerstoff im Molverhältnis 1 : 4, wobei bis zu 14 mol-% Siliciumtetrachlorid gegen Germaniumtetrachlorid ausgetauscht werden können. Der Sauerstoff wird über die Reaktionsgaszuführungen 11 getrennt von den Tetrachloriden zugeleitet. Das Reaktionsgas hat einen Gesamtmassenfluß von 600 ml/min bei 1 bar und 20°C. Die vollständige Vermischung der Reaktionsgase erfolgt erst außerhalb der Reaktionsgaszuführungen 11.

Wie in den Figuren beschrieben, könnte die Zuleitung des Sauerstoffs auch über die Abschirmung 7, wie z.B. in der Fig. 1 gezeigt, erfolgen.

Die Beschichtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt mit einem Mikrowellenresonator mit einer Frequenz von 2,45 GHz, einer mittleren Mikrowellenleistung von 1,5 kW, einer Impulsfolgefrequenz von 100 Hz bei einer Impulslänge von 1,5 ms und einer Pulspause von 8,5 ms.

Der Gasdruck im Reaktionsraum beträgt 3 mbar, die Temperatur der Quarzglasscheibe 2 1100°C. Die Verschiebungsgeschwindigkeit der Quarzglasscheibe 2 parallel zur schlitzförmigen Öffnung 4 ist 50 mm/s.

Es wurde eine Beschichtungsrate von ca. 225 nm/min auf einer Seite der Quarzglasscheibe erreicht.

Claims (26)

1. CVD-Beschichtungsverfahren zur Herstellung von Schichten, bei welchem ein Schichtmaterial in einem Reaktionsraum aus einem auf eine zu beschichtende Fläche eines Substrats strömenden Reaktionsgas gebildet wird, welches mittels einer Gasentladung, die durch hochfrequente Strahlung in einem Vorraum angeregt wird, zu einer reaktiven Abscheidung auf der zu beschichtenden Fläche des Substrats angeregt wird, wobei der Vorraum über eine Öffnung mit dem Reaktionsraum verbunden ist, und das Substrat im Bereich der Öffnung beschichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Reaktionsgases unter Umgehung des Vorraumes zu dem Schlitz geleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgas zu einem Plasma angeregt wird und das Substrat aus diesem Plasma beschichtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgas durch bei der Gasentladung entstehende UV-Strahlung angeregt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgas zu einem Plasma angeregt und von der bei der Gasentladung im Vorraum entstehenden UV-Strahlung unterstützt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat relativ zur Öffnung bewegt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorraum mit der Öffnung relativ zum Substrat bewegt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Öffnung ein Schlitz verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Öffnungen, insbesondere eine Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Öffnungen verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung einen Durchmesser oder eine Länge von mindestens λ/40 der hochfrequenten Strahlung hat.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgas zwischen Reaktionsraum und Vorraum zur Reaktionszone geleitet wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Vorraumes durch einen dielektrischen Abschluß vom Reaktionsraum getrennt wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Reaktionsgases um eine sich innerhalb des Vorraumes befindliche Abschirmung zur Öffnung geleitet wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Reaktionsgases durch eine Abschirmung, die im Vorraum oberhalb der Öffnung angeordnet ist, so geleitet wird, daß dieser Teil des Reaktionsgases im wesentlichen in den Reaktionsraum gelangt.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, daß im Vorraum ein Hilfsgas angeregt wird.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die reaktive Abscheidung durch Verschieben des Substrats parallel zur Öffnung gleichmäßig auf der zu beschichtenden Fläche des Substrats verteilt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß eine umlaufende äußere Oberfläche des Substrats durch Drehen des Substrats unter der Öffnung beschichtet wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Substrats insbesondere durch Hin- und Herbewegen mehrfach beschichtet wird.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu beschichtende Fläche in ihrer Größe verändert wird, indem das Substrat senkrecht zur Öffnung bewegt wird.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Gasentladungen in mehreren Vorräumen, die mit dem Reaktionsraum über Öffnungen verbunden sind, angeregt werden.

20. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Reaktionsraum, in dem sich ein zu beschichtendes Substrat befindet, einem Vorraum, in den elektromagnetische Strahlung einkoppelbar ist, wobei der Vorraum mit dem Reaktionsraum über eine Öffnung verbunden ist, einer Vorrichtung zur Zuführung von Reaktionsgas, einer Vakuumpumpe zur Erzeugung des nötigen Unterdrucks für die Reaktion und zur Abführung der verbrauchten Reaktionsgase, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung mindestens eines Teils des Reaktionsgases außerhalb des Vorraumes zu der Öffnung erfolgt.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorraum (6) eine längliche Form hat und die Öffnung (4) schlitzförmig ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Vorraum (6) oberhalb der Öffnung (4) eine Abschirmung (7) verläuft.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20-22, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (2) im Reaktionsraum (1) verschiebbar ist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20-23, dadurch gekennzeichnet, daß Substrat (14) im Reaktionsraum (1) drehbar ist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20-24, dadurch gekennzeichnet, daß ein dielektrischer Abschluß (9) über der Öffnung (4) vorgesehen ist, der einen Teil des Vorraumes (6) vom Reaktionsraum (1) trennt.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20-25, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Vorräume (6) mit dem Reaktionsraum (1) über Öffnungen (4) verbunden sind.