GEISLER, Michael (Triebstraße 63, Wächtersbach, 63607, DE)
ROST, Harald (Röhnstrasse 109, Gelnhausen, 63571, DE)
BECKMANN, Rudolf (Am Katzengraben 35, Hammersbach, 64546, DE)
GEISLER, Michael (Triebstraße 63, Wächtersbach, 63607, DE)
ROST, Harald (Röhnstrasse 109, Gelnhausen, 63571, DE)
| Patentansprüche 1. Verfahren zum Reinigen einer Oberfläche von zumindest einer im Innenbereich einer Prozesskammer angeordneten Komponente mittels Beaufschlagung mit einem Reinigungsgas, welches Fluorgas aufweist, wobei die Prozesskammer zumindest eine Elektrode und Gegenelektrode zum Erzeugen eines Plasmas zur Plasmabehandlung eines Substrats, insbesondere zur CVD- oder PECVD- Behandlung von flachen Substraten mit einer Oberfläche von mehr als 1 m2, aufweist, gekennzeichnet durch Beaufschlagung der zu reinigenden Komponente mit Fluorgas oder gasförmigen Fluorverbindungen mit einem Gesamt-Partialdruck von größer als 5 mbar und/oder thermisches Aktivieren des Fluorgases oder gasförmiger Fluorverbindungen und Temperieren der zu reinigenden Komponente auf eine Temperatur <350°C. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbereich mit Fluorgas oder gasförmigen Fluorverbindungen mit einem Gesamt-Partialdruck von größer als 5 mbar beaufschlagt wird. 3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Beaufschlagung mit dem Reinigungsgas mittels der Plasmabehandlung ein Substrat mit einer vorzugsweise Silizium oder siliziumhaltige Verbindungen aufweisenden Schicht beschichtet und zumindest auf der zu reinigenden Komponente vorzugsweise ein Silizium siliziumhaltige Verbindungen aufweisender Rückstand gebildet wird. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor Beaufschlagung mit dem Reinigungsgas mittels der Plasmabehandlung ein Substrat geätzt und zumindest auf der zu reinigenden Komponente vorzugsweise ein Silizium oder siliziumhaltige Verbindungen aufweisender Rückstand gebildet wird. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als zu reinigende Oberfläche zumindest ein Teilbereich der Elektrode, der Gegenelektrode, eines der Elektrode zugeordneten Gasverteilers, einer der Gegenelektrode zugeordneten Substrat-Auflagefläche oder einer Kesselwandfläche der Prozesskammer gewählt wird und/oder während der Beaufschlagung mit dem Reinigungsgas die zu reinigende Oberfläche eine Temperatur aufweist, die höchstens das 1 ,8fache der Temperatur der Oberfläche während der Plasmabehandlung, vorzugsweise weniger als 600C, besonders bevorzugt weniger als 200C beträgt. 6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Verhindern der Bildung eines Rückstandes an einem Oberflächenbereich der Elektrode, der Gegenelektrode, des Gasverteilers, der Substrat-Auflagefläche und/oder einer Kesselwandfläche der Prozesskammer, insbesondere durch konstruktiv-mechanische oder konstruktiv-elektrische Abdeckmittel. 7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Abdecken der Substrat Auflagefläche, vorzugsweise durch ein Substrat, derart dass während der Plasmabehandlung die Bildung eines Rückstandes auf der Substrat- Auflagefläche verhindert wird. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als zu reinigende Oberfläche zumindest Teiloberflächen von Halterungsmitteln gewählt werden, wobei die Halterungsmittel der Substrat-Auflagefläche zugeordnet sind. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zum thermischen Aktivieren des Fluorgases und/oder der gasförmigen Fluorverbindungen zumindest Teile der Elektrode und/oder eines der Elektrode zugeordneten Gasverteilers verwendet werden. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zum thermischen Aktivieren des Fluorgases oder der gasförmigen Fluorverbindungen zumindest Teile der Gegenelektrode und/oder einer der Gegenelektrode zugeordneten Substrat-Auflagefläche verwendet werden. 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Reinigungsgas neben Fluorgas ein Inertgas, insbesondere Stickstoff oder Argon, verwendet wird. 12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Plasmaanregung des Reinigungsgases innerhalb und/oder außerhalb der Prozesskammer und/oder ein thermische Aktivieren ausserhalb der Prozesskammer erfolgt. 13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Beaufschlagung mit dem Reinigungsgas zwischen einer der Elektrode zugeordneten Gasaustrittsplatte eines Gasverteilers und einer der Gegenelektrode zugeordneten Substrat-Auflagefläche ein Abstand in einem Bereich zwischen 2 mm und 100 mm eingestellt wird. 14. Prozesskammer mit zumindest einer Elektrode und Gegenelektrode zum Erzeugen eines Plasmas zur Plasmabehandlung eines Substrats, eingerichtet und bestimmt dazu, ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche auszuführen, wobei Mittel zur Beaufschlagung der zu reinigenden Komponente mit Fluorgas oder gasförmigen Fluorverbindungen mit einem Gesamt-Partialdruck von größer als 5 mbar und/oder Mittel zum thermischen Aktivieren des Fluorgases oder gasförmiger Fluorverbindungen und zum Temperieren der zu reinigenden Komponente auf eine Temperatur < 3500C vorgesehen sind. 15. Prozesskammer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum thermischen Aktivieren des Fluorgases oder gasförmiger Fluorverbindungen zumindest Teile der Elektrode, eines der Elektrode zugeordneten Gasverteilers, der Gegenelektrode, einer der Gegenelektrode zugeordneten Substrat- Auflagefläche und/oder eine ausserhalb der Prozesskammer angeordnete thermische Aktivierungseinrichtung umfassen. 16. Prozesskammer nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass Abdeckmittel zum Verhindern der Bildung eines Rückstandes während einer Plasmabehandlung an einem Oberflächenbereich der Elektrode, der Gegenelektrode, des Gasverteilers und/oder der Substrat- Auflagefläche vorgesehen sind. 17. Prozesskammer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Gegenelektrode zugeordnete Substrat-Auflagefläche vorgesehen ist, die während der Plasmabehandlung eines Substrats, vorzugsweise durch das Substrat, derart abdeckbar ist, dass während der Plasmabehandlung die Bildung eines Rückstandes auf der Substrat-Auflagefläche verhinderbar ist. |
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Prozesskammer, jeweils gemäß dem jeweiligen Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
Substrate für elektronische oder optoelektronische Anwendungen, beispielsweise Halbleiterelemente oder auch Solarzellen, werden vorzugsweise mittels PVD, CVD oder PECVD Verfahren (PVD: p_hysical yapor deposition CVD: chemical yapor deposition - Chemische Gasphasenabscheidung; PECVD: glasma enhanced chemical yapor deposition - Plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung) in
Prozesskmmern behandelt, wobei in die Prozesskammer Reaktionsgase eingeleitet werden, die auf dem Substrat abgeschieden werden.
Aus der WO 2009/0033552 ist ein Behandlungssystem zur Plasma-Beschichtung großflächiger Substrate bekannt, wobei die Substratfläche in einer Größe von 1 m 2 und mehr liegen kann. Das Plasma wird in einer Prozesskammer zwischen einer Elektrode und einer Gegenelektrode erzeugt, zwischen die das zu behandelnde Substrat eingebracht ist. Über eine in die Elektrode integrierte Gasdusche wird ein Reaktionsgas zugeführt. Die Gasdusche umfasst eine Gasduschenaustrittsplatte mit einer Vielzahl von Austrittsöffnungen, mit deren Hilfe das Reaktionsgas gleichmäßig in die
Prozesskammer geleitet wird.
Die Beschichtungsgeschwindigkeit und -qualität der Plasma-Ablagerung hängt von mehreren Prozessparametern ab, insbesondere von Druck, Fluss und
Zusammensetzung der Reaktionsgase, von Leistungsdichte und Frequenz der
Plasmaanregung, der Substrattemperatur sowie dem Abstand zwischen Elektrode und Gegenelektrode beziehungsweise dem Abstand zwischen der Substratoberfläche und der jeweiligen Gegenelektrode.
Nachteilig an diesen Beschichtungsverfahren ist, dass sich die Reaktionsgase nicht nur an dem Substrat anlagern, und dabei auch Teilbereiche der Prozesskammer
beschichtet werden. Die Beschichtung der Prozesskammer kann dazu führen, dass sich Partikel aus dieser Beschichtung lösen und eine Verunreinigung des Substrats erfolgt. Tritt eine derartige Verunreinigung des Substrats auf, ist mit Qualitätseinbußen in der Beschichtung zu rechnen.
Es ist deshalb wichtig, die Prozesskammer von Beschichtungen zu reinigen. Dazu wird ein, vorzugsweise ätzendes, Reinigungsgas in die Prozesskammer eingebracht, das die kontaminierten Flächen reinigt. Da während der Reinigung selbst und auch ein gewisse Zeit nach der Reinigung keine Beschichtung in der Vakuumkammer möglich ist, ist es wünschenswert, diese Reinigung möglichst schnell durchzuführen.
Aus dem Stand der Technik sind im Wesentlichen zwei Reinigungsverfahren bekannt. Beim in-situ Reinigen wird ein Reinigungsgas direkt in der Prozesskammer angeregt, während beim Remote-Plasma-Reinigen eine Anregung des Reinigungsgases in einem externen Gerät erfolgt und ein angeregtes Reinigungsgas bei niedrigem Druck in die Prozesskammer eingebracht wird.
Als Reinigungsgas wird derzeit hauptsächlich Stickstofftrifluorid NF3 verwendet. Die über die Anregung von Stickstofftrifluorid bereitgestellten Fluorspezies bzw. Fluor- Radikale können die für die Beschichtung von Solarzellen verwendeten
Siliziumverbindungen, wie z.B. Siliziumdioxid, Siliziumoxidnitrid und/oder Siliziumnitrid, von den kontaminierten Flächen lösen. Allerdings ist Stickstofftrifluorid ein
umweltgefährdendes Gas, das als Treibhausgas wirkt und eine atmosphärische
Halbwertszeit von mehreren hundert Jahren hat. Zudem ist Stickstofftrifluorid sehr teuer, da die Nachfrage in den letzten Jahren deutlich gestiegen ist.
Um Stickstofftrifluorid zu ersetzen, ist im dem Stand der Technik vorgeschlagen worden, andere Fluorgasgemische, wie beispielsweise Tetrafluormethan CF4,
Schwefelhexafluorid SF6, oder eine Mischung aus Argon, Stickstoff und Fluor Ar/N 2 /F2 zu verwenden. Insbesondere ist aus dem Dokument EP 1 138 802 A2 bekannt, ein Reinigungsgas mit einem Gehalt von mindestens 50 vol.% an molekularem Fluor zu verwenden, wobei bei einem Kammerdruck zwischen 37OmT und 45OmT die Kammer oder zumindest die zu reinigenden Objekte innerhalb der Kammer auf eine erhöhte Termperatur von etwa 450 0 C gebracht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Reinigen von Oberflächen einer
Komponente eines Innenraumes einer Prozesskammer bereitzustellen, das auf die Verwendung von Stickstofftrifluorid verzichtet, aber eine schnelle und effektive
Reinigung ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Reinigen einer Oberfläche von zumindest einer im Innenbereich einer Prozesskammer angeordneten Komponente mittels
Beaufschlagung mit einem Reinigungsgas, welches Fluorgas aufweist, wobei die Prozesskammer zumindest eine Elektrode und Gegenelektrode zum Erzeugen eines Plasmas zur Plasmabehandlung eines Substrats, zeichnet sich aus durch
Beaufschlagung der zu reinigenden Komponente mit Fluorgas und/oder gasförmigen Fluorverbindungen mit einem Gesamt-Partialdruck von größer als 5 mbar und/oder thermisches Aktivieren des Fluorgases und/oder gasförmiger Fluorverbindungen und
Temperieren der zu reinigenden Komponente auf eine Temperatur <350°C.
Insbesondere, aber nicht notwendigerweise, ist die Prozesskammer zur CVD- oder PECVD-Behandlung von flachen Substraten mit einer Oberfläche von mehr als 1 m 2 ausgelegt und eingerichtet. Es ist bevorzugt, wenn Substrat, Elektrode und Gegenelektrode eine flache Oberfläche aufweisen. Bevorzugt ist sind die genannten Oberflächen plan. Es versteht sich, dass Substrat, Elektrode und Gegenelektrode auch konkave oder konvexe Oberflächen aufweisen können.
Bei der Herstellung von amorphen oder mikrokristallinen Beschichtungen ist ein
Prozessgasdruck zwischen 100 Pa und 2000 Pa, insbesondere 1300 Pa, und eine
Leistungsdichte zwischen 0.01 W/cm 3 und 5 W/cm 3 , insbesondere 1 W/cm 3 bevorzugt. Die Ausgangsleistung des HF- Generators liegt in einem Bereich zwischen 5OW und 5OkW, vorzugsweise bei 1kW. Die Anregungsfrquenz liegt in einem Bereich zwischen 1MHz und 150MHz, vorzugsweise 13, 56 MHz. Es wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, Fluorgas, oder aufgrund seiner leichteren Ersetzbarkeit ein Fluorgasgemisch, als Reinigungsgas zu verwenden, wobei der Gesamt -Partialdruck im Innenbereich der Kammer zumindest in Teilbereichen der Prozesskammer größer ist als 5 mbar, vorzugsweise größer ist als 20 mbar. Bevorzugt wird molekulares Fluor eingesetzt, jedoch kann auch atomares Fluor verwendet werden.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die Reinigungsrate durch die
erfindungsgemäßen hohen Partialdrücke des Fluorgases oder der gasförmigen
Fluorverbindungen signifikant gesteigert werden kann. Die Oberfläche der Komponente wird dabei vorzugsweise von einer Kontamination bzw. parasitären Beschichtung mit bei der Herstellung, beispielsweise von Solarzellen, verwendeten Siliziumverbindungen wie z.B. Siliziumdioxid, Siliziumoxidnitrid und/oder Siliziumnitrid gereinigt. Allerdings ist auch die Anwendung auf andere Kontaminationen denkbar.
Besonders vorteilhaft hat sich ein Gesamt - Partialdruck zwischen 20 mbar und 1000 mbar erwiesen, wobei sehr gute Ergebnisse bereits mit einem Partialdruck von 250-500 mbar erzielt werden können. Das Reinigungsgas kann mit einem Fluorpartialdruck zwischen 20 mbar und 1000 mbar zugeführt werden und/oder in der Prozesskammer auf den erwähnten Fluorverbindungspartialdruck zwischen 20 mbar und 1000 mbar gebracht werden.
Das Reinigungsgas kann als Fluorgas oder als Fluorgas in einem Trägergas, beispielsweise einem Inertgas wie Stickstoff oder Argon, mit einer Mol-Konzentration an Fluor von 1 %, 10%, 20%, 30% und mehr im Trägergas gewählt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Reinigen von zumindest einer im Innenbereich einer Prozesskammer angeordneten Komponente vorgeschlagen, das sich dadurch auszeichnet, dass vorzugsweise mittels eines
Temperiermittels eine thermische Aktivierung des Fluorgases erfolgt, wobei die zu reinigende Komponente eine Temperatur < 350 0 C aufweist. Bei diesem Verfahren wird also die zu reinigende Komponente mit Reinigungsgas, welches thermisch aktiviertes Fluor umfasst, beaufschlagt, wobei im Unterschied zum üblichen thermischen Ätzen die zu reinigende Komponente bzw. deren Oberfläche nicht oder nur relativ gering erhitzt wird, insbesondere im Vergleich zur Erhitzung der Komponente während der
Plasmabehandlung, beispielsweise einer PECVD- oder CVD-Beschichtung.
Die Komponente wird dabei auch gemäß diesem Aspekt der Erfindung von einer Kontamination bzw. Beschichtung mit Siliziumverbindungen, wie z.B. Siliziumdioxid, Siliziumoxidnitrid und/oder Siliziumnitrid gereinigt. Allerdings ist auch in diesem Fall die Anwendung auf andere Kontaminationen denkbar.
Insbesondere weist die zu reinigende Komponente eine Temperatur <250°C, <200°C, <150°C, <100°C oder zwischen 20 0 C und 60 0 C auf. Die thermische Aktivierung des Reinigungsgases kann über den Kontakt des Reinigungsgases mit einer erhitzten Oberfläche erfolgen, die eine höhere Temperatur aufweist als die zu reinigende
Komponente selbst. Es versteht sich, dass ein thermische Aktivieren auch ausserhalb der Prozesskammer, beispielsweise in einem auf, insbesonder eine Temperatur von > 350° erhitzten Rohrabschnitt (Remote Thermal Activation) erfolgen kann.
Es wird also vorgeschlagen, zum Reinigen das Fluorgas thermisch aktivieren, wobei allerdings im Unterschied zum herkömmlichen thermischen Ätzen, die zu reinigende Komponente relativ niedrige Temperaturen aufweist. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass eine derartige thermische Aktivierung des Fluor es ermöglicht,
Oberflächen im Inneren der Prozesskammer zu reinigen und die Kontamination des Substrats mit Residuen oder parasitären Beschichtungen effektiv zu vermindern, insbesondere wenn die zu reinigende Komponente geeignet gewählt wird. Zu den besonders kritischen Bereichen für parasitäre Beschichtungen der Prozesskammer zählen die Elektroden zur Plasmaerzeugung, insbesondere wenn diese einen Auslass, beispielsweise eine integrierte Gasdusche für Reaktionsgase aufweist, der für eine Beschichtung anfällig ist und deshalb mit einem hohen Mass an Sicherheit und
Vollständigkeit gereinigt werden muss.
Das beschriebene Verfahren kann mit thermischem Ätzen kombiniert werden. Unter thermischem Ätzen wird hier das Ätzen eines Gegenstandes oder einer Oberfläche bei erhöhter Temperatur des Gegenstandes bzw. der Oberfläche verstanden, wobei eine Erhöhung der Ätzrate mit steigender Temperatur der zu ätzenden Oberfläche ausgenutzt wird. Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel kann also die Reinigungswirkung weiter erhöht werden, wenn Teile der Prozesskammer, insbesondere Teile der Prozesskammer, die besonders anfällig für parasitäre Beschichtungen sind, vor oder während dem Reinigen erhitzt werden.
Wenn zumindest eine zu reinigende Komponente eine Elektrode, Gegenelektrode und/oder ein Gasverteiler ist und/oder zumindest eine Elektrode, Gegenelektrode und/oder ein Gasverteiler als Temperiermittel zur thermischen Aktivierung des
Fluorgases verwendet wird, erfolgt die Reinigung von in Hinblick auf parasitäre
Beschichtung besonders kritischen Komponenten durch räumlich nahe liegende
Temperiermittel. Es versteht sich, dass unterschiedliche Komponenten auf
unterschiedliche Temperaturen gebracht werden können. Beispielsweise kann ein externes Temperiermittel auf eine erhöhte Temperatur gebracht werden, beispielsweise auf eine Temperatur > 350 0 C, während die Elektrode auf eine Temperatur im Bereich 20°C-80°C und die Gegenelektrode auf 18O 0 C gebracht wird.
Wenn vor der Beaufschlagung mit dem Reinigungsgas mittels einer Plasmabehandlung ein Substrat mit einer Silizium aufweisenden Schicht beschichtet und zumindest auf der zu reinigenden Komponente ein Silizium aufweisender Rückstand gebildet wird, kann damit ein integrierter Beschichtungs- und Reinigungsprozess zur Verfügung gestellt werden.
Wenn während der Beaufschlagung mit dem Reinigungsgas die zu reinigende
Komponente eine Temperatur aufweist, die höchstens das 1 ,8fache der Temperatur der Komponente während der Plasmabehandlung, vorzugsweise weniger als 60 0 C, besonders bevorzugt weniger als 20 0 C beträgt, kann damit die thermische Belastung der zu reinigenden Komponente sowie der notwendige Energieeinsatz bei der
Reinigung vermindert werden.
Das Verfahren kann auch eingesetzt werden, wenn vor der Beaufschlagung mit dem Reinigungsgas ein Substrat mit einer Silizium aufweisenden Schicht geätzt und zumindest auf der zu reinigenden Komponente ein Silizium aufweisender Rückstand gebildet wird.
Als zu reinigende Oberfläche kann zumindest ein Teilbereich der Elektrode, der
Gegenelektrode, eines der Elektrode zugeordneten Gasverteilers, einer der
Gegenelektrode zugeordneten Substrat-Auflagefläche oder einer Kesselwandfläche der Prozesskammer gewählt wird und/oder während der Beaufschlagung mit dem Reinigungsgas die zu reinigende Oberfläche eine Temperatur aufweist, die höchstens das 1 ,8fache der Temperatur der Oberfläche während der Plasmabehandlung, vorzugsweise weniger als 60 0 C, besonders bevorzugt weniger als 20 0 C beträgt.
Durch Verhindern der Bildung eines Rückstandes an einem Oberflächenbereich der Elektrode, der Gegenelektrode, des Gasverteilers, der Substrat-Auflagefläche und/oder einer Kesselwandfläche der Prozesskammer kann erreicht werden, dass kritische Bereiche erst gar nicht kontaminiert werden und damit die Reinigung mittels des
Reinigungsgases kostengünstig auf Teilbereiche beschränkt werden kann. Die
Abdeckung kann durch konstruktiv-mechanische Abdeckmittel oder konstruktivelektrische Abdeckmittel erfolgen, wobei letztere verwenden, dass eine Kontaminierung dann nicht erfolgt, wenn eine Oberfläche im Bereich einer Dunkelraumabschirmung liegt in dem sich kein Plasma ausbilden kann.
Falls das Substrat während der Plasmabehandlung auf einer Auflagefläche angeordnet wird, erfolgt insbesondere ein Abdecken der Substrat Auflagefläche, so dass diese nicht kontaminiert wird. Insbesondere kann die Abdeckung durch das Substrat derart erfolgen, dass während der Plasmabehandlung die Bildung eines Rückstandes auf der Substrat-Auflagefläche verhindert wird. Die Abdeckung verringert den Zeitbedarf für die Reinigung und reduziert die erforderliche Gasmenge für die Reinigung. Ferner kann die vorzugsweise grossflächige Auflagefläche erhitzt bzw. getempert werden und damit als Mittel zur thermischen Aktivierung des Reinigungsgase, insbesondere des Fluorgases, dienen.
Insbesondere können als zu reinigende Oberfläche zumindest Teiloberflächen von Halterungsmitteln gewählt werden, wobei die Halterungsmittel der Substrat- Auflagefläche zugeordnet sind. Die Halterungsmittel dienen der Halterung des
Substrats während Plasmabehandlung. Insbesondere können die Halterungsmittel thermisch und/oder elektrisch von der Auflagefläche isoliert sein, so dass, während die Auflagefläche auf eine erhöhte Termperatur, beispielsweise von mehr als > 350°C gebracht wird, die Halterungsmittel auf einer Temperatur von < 350 0 C, insbesondere < 80 0 C oder in einem Bereich zwischen 20 0 C und 60 0 C liegen.
Wenn während der Beaufschlagung mit dem Reinigungsgas zwischen einer der
Elektrode zugeordneten Gasaustrittsplatte eines Gasverteilers und der Gegenelektrode ein Abstand in einem Bereich zwischen 2 mm und 100 mm eingestellt wird, kann das Reinigungsgas sowohl den Bereich der Elektrode als auch den der Gegenelektrode beaufschlagen. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn die Gegenelektrode erhitzt wird, während die Elektrode und/oder der Gasverteiler eine niedrigere Temperatur aufweisen, beispielsweise eine Temperatur im Bereich der Temperatur bei der Plasmabehandlung, insbesondere der Beschichtung. Die Auflagefläche kann der Gegenelektrode
zugeordnet sein und ebenfalls, oder auch unabhängig von der Gegenelektrode erhitzt werden und damit, wie oben beschrieben thermische Aktivierung des Reinigungsgases besonders einfach ermöglichen.
Wenn im Reinigungsgas neben Fluorgas ein Inertgas, insbesondere Stickstoff oder Argon, verwendet wird, erleichtert dies die Handhabung des Verfahrens, da derartige Gasmischungen in Hinblick auf Korrosion der Kammerkomponenten sowie
Leitungssysteme einfacher beherrschbar sind. Argon hat zudem den Vorteil, dass es keine Verbindungen mit Beschichtungsbestandteilen, insbesondere Silizium, bildet und daher keine Staubkontaminationen, wie bei Stickstoff zu erwarten sind.
Wenn eine Plasmaanregung des Reinigungsgases innerhalb und/oder außerhalb (Remote-Plasma-Reinigen) der Prozesskammer erfolgt, so dass angeregte Fluor- Spezies gebildet werden, kann die Reaktivität des Reinigungsgases weiter erhöht werden.
Die erfindungsgemäße Prozesskammer mit zumindest einer Elektrode und
Gegenelektrode zum Erzeugen eines Plasmas zur Plasmabehandlung eines Substrats ist eingerichtet und bestimmt dazu, ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche auszuführen, wobei
Mittel zur Beaufschlagung der zu reinigenden Komponente mit Fluorgas oder gasförmigen Fluorverbindungen mit einem Gesamt-Partialdruck von größer als 5 mbar und/oder
Mittel zum thermischen Aktivieren des Fluorgases oder gasförmiger
Fluorverbindungen und zum Temperieren der zu reinigenden Komponente auf eine Temperatur < 350 0 C vorgesehen sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Plasmabehandlung eines Substrats umfasst in einer Ausbildungsform
Mittel zur Anregung einer kapazitiv gekoppelten aufweisenden Plasmaentladung in einem Bereich zwischen einer Elektrode und einer Gegenelektrode sowie
Mittel zum Transport einer Menge zumindest einer aktivierbaren Gasspezie in einen Bereich der Plasmaentladung, wobei das Substrat zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode zwischen einem zu behandelnden Oberflächenbereich des Substrats und der Elektrode angeordnet ist oder anordenbar ist.
Die Plasmaentladung erfolgt insbesondere bei einer Anregungsfrequenz zwischen 1 MHz und 150 MHz, vorzugsweise 13, 56 MHz. Vorzugsweise ist entweder die
Elektrode oder die Gegenelektrode auf Massepotential liegend oder legbar. Allerdings sind auch Anordnungen mit floatender Elektrode und/oder Gegenelektrode denkbar.
Insbesondere ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die eine Pumpvorrichtung zum Zu- und Abführen des Reinigungsgases sowie die Einstellung des gewünschten Fluor- Partialdrucks steuert.
Es können die Mittel zum thermischen Aktivieren des Fluorgases oder gasförmiger Fluorverbindungen zumindest Teile der Elektrode, eines der Elektrode zugeordneten Gasverteilers, der Gegenelektrode, einer der Gegenelektrode zugeordneten Substrat- Auflagefläche und/oder eine ausserhalb der Prozesskammer angeordnete thermische Aktivierungseinrichtung umfassen.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann die thermische
Anregung des Reinigungsgases Fluorspezies alternativ oder zusätzlich von einem extern der Prozesskammer angeordneten Heizmittel oder Temperiermittel erfolgen. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn das Reinigungsgas vor dem Eintritt in die
Prozesskammer über eine beheizbare Fläche geleitet wird. Die beheizbare Fläche kann dabei unter anderem ein heizbares Filament oder ein heizbarer Einleitungsrohrabschnitt sein. Bei den zu reinigenden Prozesskammern wird berücksichtigt, dass diese oftmals für großflächige zu beschichtende Elemente (> 1m 2 ) ausgelegt sind. Das bedeutet, dass nicht nur die Beschichtungsqualität, sondern auch die Reinigungsqualität von dem Abstand zwischen Elektrode und Gegenelektrode abhängen kann. So hat sich beispielsweise erwiesen, dass beim Anregen des Fluorgases durch die Elektrode oder Gegenelektrode ein geringer Abstand von 10 bis 20 mm vorteilhaft ist. Falls eine
Einrichtung vorgesehen ist, mit der Elektrode und Gegenelektrode relativ zueinander verschiebbar sind, kann während der Reinigung von Elektrode und/oder
Gegenelektrode der Abstand zwischen beiden gering gehalten und in den dann schmalen Spalt aktiviertes Fluorgas eingeführt werden, so dass die einander
zugewandten Oberflächen von Elektrode und Gegenelektrode mit Fluor mit einer relativ hohen Stromdichte von thermisch aktiviertem Fluor beaufschlagt werden.
Ferner zeichnet sich die Prozesskammer dadurch aus, dass ein vorzugsweise mit einem Temperiermittel versehener Gasverteiler vorgesehen ist. Ein derartiger
Gasverteiler ist für eine homogene Plasmabehandlung, beispielsweise Beschichtung, nützlich, wobei das Temperiermittel die Reinigung der gegenüber liegenden ektrode aber auch anderer Komponenten erlaubt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Reinigungsgas über einen in die Elektrode integrierten Gasverteiler, beispielsweise einen Gasverteiler für Beschichtungsgas, in die Prozesskammer geleitet. Um eine homogene Gaszufuhr in die Prozesskammer zu gewährleisten, ist der
Gasverteiler mit einer Gasaustrittsplatte versehen, die eine Vielzahl von regelmäßig in einer Fläche angeordneten Gasaustrittsöffnungen umfasst.
Die Temperiermittel, beispielsweise der Elektrode und/oder Gegenelektrode
zugeordnet, werden vorteilhafterweise (gesteuert oder geregelt) temperiert,
beispielsweise mit Hilfe einer in einem Kreislauf zirkulierenden Temperierflüssigkeit. Bevorzugt werden dabei Wärmeträgeröle verwendet, die beispielsweise durch
außerhalb der Prozesskammer befindliche Umwälzthermostate auf temporär konstante Temperatur gehalten werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß zu reinigende Vorrichtung zur Plasmabehandlung eines Substrats
Fig. 2 eine graphische Darstellung einer Ätzrate für ein thermisch aktiviertes Fluor/Stickstoff Gemisch bei unterschiedlichem Gesamtpartialdruck der Fluor bzw. fluorhaltigen Gasanteile in Abhängigkeit von der Temperatur des
Reinigungsgases.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines bevorzugten Reaktors 1 zur
Behandlung flacher Substrate 2. Der Reaktor kann insbesondere als PECVD-Reaktor ausgestaltet sein. Der Reaktor 1 umfasst eine Prozesskammer 3 mit einer Elektrode 4 und einer Gegenelektrode 5 zur Erzeugung eines Plasmas, mit dessen Hilfe eine Oberfläche eines Substrats 2 behandelt, insbesondere beschichtet werden kann. Die Elektroden 4, 5 sind als großflächige Metallplatten ausgebildet und können zur
Erzeugung eines elektrischen Feldes in der Prozesskammer 3 an eine (in Figur 1 nicht dargestellte) Spannungsquelle, vorzugsweise eine Hochfrequenz-Versorgungsquelle mit einer Anregungsfruquenz zwischen ImHz und 150MHz, vorzugsweise 13, 56 MHz, angeschlossen werden. Vorzugsweise sind die Elektroden und weitere Komponenten aus einem fluorresistenten Material (insbesondere Metall) gebildet oder weisen eine Beschichtung aus einem fluorresistenten Material auf.
Der Reaktor 1 eignet sich zur Behandlung großflächiger flacher Substrate,
beispielsweise mit einer Fläche von 1 m 2 oder größer. Insbesondere eignet sich der Reaktor 1 zur Durchführung von Bearbeitungsschritten bei der Herstellung von hocheffizienten Dünnschichtsolarmodulen, beispielsweise für amorphe oder
mikrokristalline Silizium-Dünnschicht-Solarzellen.
Wie aus Figur 1 ersichtlich, bilden die beiden Elektroden 4, 5 zwei gegenüberliegende Wände der Prozesskammer 3. Die Prozesskammer 3 ist in einer Vakuumkammer 7 mit einem evakuierbaren Gehäuse 8 angeordnet, das eine Öffnung 10 zum Ein- und Ausschleusen von Substraten aufweist. Die Kammeröffnung 10 ist durch eine
Verschlussvorrichtung 9 vakuumdicht verschließbar. Zur Abdichtung der
Vakuumkammer 7 gegenüber dem Außenraum 12 sind Dichtungen 11 vorgesehen. Dabei sind die Dichtungen vorzugsweise dazu aus einem fluorresistenten Material ausgebildet. Die Vakuumkammer 7 kann eine beliebige Raumform aufweisen und kann insbesondere einen runden oder rechteckigen Querschnitt haben. Die in die Vakuumkammer 7 eingebettete Prozesskammer 3 kann insbesondere die Form einer flachen Zylinderscheibe oder eines flachen Quaders haben. Es versteht sich, dass die Erfindung auch bei anders ausgestalteten Reaktoren, insbesondere mit einer anderen Prozesskammer - und/ oder Elektrodengeometrie eingesetzt werden kann. Ebenso versteht es sich, dass auch Ausführungsformen, bei denen die Prozesskammer selbst eine Vakuumkammer ist, von der Erfindung umfasst sind.
Die Elektrode 4 ist in einer Haltestruktur 37 in der Vakuumkammer 7 angeordnet, die im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 von der Gehäuserückwand 19 gebildet ist. Dazu ist die Elektrode 4 in einer Ausnehmung 38 der Gehäuserückwand 19 untergebracht und von dieser durch ein Dielektrikum 20 getrennt.
Die Gegenelektrode 5 weist auf ihrer der Elektrode 4 zugewandten Seite eine
Vorrichtung 21 zur Halterung eines Substrats auf. Die bevorzugt als Fixiervorrichtung ausgebildete Vorrichtung 21 umfasst als Halterungsmittel einen oder mehrere
Niederhalter 31 , die ein Substrat randseitig auf die als Substrat - Auflagefläche fungierende Oberfläche 5a der Gegenelektrode 5 pressen können. Die Halterungsmittel können fingerartig oder rahmenartig ausgebildet sein. Insbesondere sind die
Halterungsmittel mechanisch mit der Gegenelektrode 3 verbunden, gleichzeitig aber elektrisch und/oder thermisch von dieser isoliert. Insbesondere kann bei einer
Temperatur der Gegenelektrode 3 bzw. der Substrat - Auflagefläche 5a von > 350 0 C die Temperatur der Halterugsmittel in einem Bereich zwischen 20°C und 100 0 C liegen.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, deckt die Gegenelektrode 5 während der Durchführung der Behandlung die Ausnehmung 38 der Haltestruktur 37 in einer solchen Weise ab, dass zwischen dem Randbereich 23 der Gegenelektrode 5 und einem Randbereich 24 der Ausnehmung 38 ein Spalt 25 gebildet wird. Der Spalt 25 hat eine Breite von der
Größenordnung von etwa 1 mm. Die Spaltbreite ist in eine solchen Weise
dimensioniert, dass einerseits während der Durchführung der Behandlung ein Plasma im Inneren der Prozesskammer 3 gehalten werden kann, andererseits aber zwischen der Prozesskammer 3 und dem übrigen Innenraum der Vakuumkammer 7 kein allzu großes Druckgefälle aufgebaut wird.
Zum Beschichten oder Ätzen der Substrate, wird ein Reaktivgas in die Prozesskammer 3 geleitet. Hierzu wird das Reaktivgas aus einer Quelle über einen Zuführungskanal 13 einem Gasverteiler 15 zugeführt, von dem aus es in die Prozesskammer 3 einströmt. Der Gasverteiler 15 im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst einen Gasraum 16, der an der der Gegenelektrode 5 zugewandten Seite eine Gasaustrittsplatte 17 aufweist, die mit einer Vielzahl von Austrittsöffnungen (nicht dargestellt) zur
Gasdurchführung versehen ist. Auf einer Fläche von etwa 1 ,0 m 2 - 2,0 m 2 der
Gasaustrittsplatte 17 sind typischerweise mehrere Tausend Austrittsöffnungen vorgesehen.
Ausgewählte Oberflächen bzw. Komponenten können während der
Plasmabebehandlung abgedeckt werden. Die Abdeckung kann durch konstruktivmechanische Abdeckmittel oder konstruktiv-elektrische Abdeckmittel erfolgen, wobei letztere verwenden, dass eine Kontaminierung dann nicht erfolgt, wenn eine Oberfläche im Bereich einer Dunkelraumabschirmung liegt in dem sich kein Plasma ausbilden kann. Beispielsweise erfolgt keine Kontaminierung des Spaltes 25.
In der Vorrichtung der Figur 1 wird das Substrat 2 während der Plasmabehandlung auf einer Substrat - Auflagefläche 5a angeordnet. Es erfolgt dabei insbesondere ein
Abdecken der Substrat - Auflagefläche durch das Substrat, so dass diese nicht kontaminiert wird. Insbesondere kann die Abdeckung durch das Substrat 2 derart erfolgen, dass während der Plasmabehandlung die Bildung eines Rückstandes auf der Substrat-Auflagefläche 5a verhindert wird. In einer abweichend von der Figur 1 ausgebildeten Ausbildungsform der Erfindung weist die Gegenelektrode 5 keine oder nur geringfügig über den Bereich der Gasdusche hinausgehenden Endbereich 23 auf, so dass insofern keine Kontamination erfolgt.
Bereiche der Vakuumkammer 7, die außerhalb der Prozesskammer 3 angeordnet sind, sind über Vakuumleitungen 26 mit einer Vakuumpumpe 26' verbunden, so dass bei Betrieb der Vakuumpumpe 26' aufgrund des größeren Volumens der Vakuumkammer 7 auf eine einfache Weise eine hohe Homogenität der Gasflüsse aus der Prozesskammer 3 über den Spalt 25 in die Vakuumkammer 7 erreicht werden kann.
Die Prozesskammer 3 ist mit Steuermitteln mit einer Pumpvorrichtung und einer Steuereinrichtung versehen, die ausgebildet sind, um in der Prozesskammer 3 zumindest temporär und in Teilbereichen ein Fluor enthaltendes Reinigungsgas mit einem Partialdruck von gasförmigen Fluorverbindungen von mehr als 5 mbar, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 20mbar und 1000 mbar bereitzustellen. Es versteht sich, dass während der Reinigung im Allgemeinen kein Substrat in der Prozesskammer untergebracht ist. Zum Reinigen der Prozesskammer 3 oder auch der Vakuumkammer 7, wird das Reinigungsgas in die Prozesskammer 3 geleitet. Hierzu wird das Reinigungsgas aus einer Quelle 14 über einen Zuführungskanal,
beispielsweise den Kanal 13 vorzugsweise dem Gasverteiler 15 zugeführt, von dem aus es in die Prozesskammer 3 einströmt. Vorzugsweise sind die Quelle 14 und/oder der Zuführungskanal druckbeständig für einen Fluor - Partialdruck von mehr als 5mbar, vorzugsweise mehr als 20 mbar, 100 mbar, 500 mbar oder 1000 mbar ausgelegt.
Während dem Reinigen kann in einer Variante des Verfahrens das Reinigungsgas abgepumpt werden. In einer anderen Variante wird die Prozesskammer 3 während eines Zeitintervalls des Reinigens mit dem Reinigungsgas geflutet und es erfolgt ein Abpumpen erst zu einem späteren Zeitpunkt.
Um ein besonders gutes Reinigungsergebnis zu erzielen, sind im Reaktor 1 Heiz- oder Temperiermittel 27, 29, 30 vorgesehen. Mit Hilfe dieser Mittel 27, 29, 30 wird während des Reinigungsprozesses die thermische Energiezufuhr zur Elektrode 4 und/oder zur Gegenelektrode 5 oder zur Auflagefläche 5a gesteuert oder geregelt. Es hat sich bei Versuchen herausgestellt, dass es ausreichend ist, die Temperiervorrichtung nur an einer der Elektroden, beispielsweise an der Elektrode 4 oder Gegenelektrode 5, anzuordnen. Durch die thermische Anregung des Reinigungsgases an der temperierten Elektrode 4 oder Gegenelektrode 5 entsteht eine ausreichende Anzahl an
Fluorradikalen, um auch die gegenüberliegende (Gegen) - Elektrode 5, 4 zu reinigen.
In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sind den Elektroden 4, 5 zugeordnete
Temperiermittel vorgesehen, wobei die Temperiermittel der Gegenelektrode 5 eine Vorrichtung 29 umfassen, die unterhalb der Gegenelektrode 5 in der Vakuumkammer 7 angeordnet ist. Mit Hilfe dieser Vorrichtung 29 kann die Gegenelektrode 5,
insbesondere die Substrat - Auflagefläche 5a in einer solchen Weise temperiert werden, dass eine optimale Reinigung erreicht werden kann. Vorteilhaft ist die Substrat - Auflagefläche 5a durch das aufgelegte Substrat 2 nicht kontaminiert worden, so dass keine Reinigung dieser Komponente erfolgte. Durch einen geringen Abstand der auf Temperaturen > 350° erhitzten Oberfläche 5a zur Elektrode 4 bzw. zum Gasverteiler 15 kann eine sehr effektive Reinigung von Elektrode 4 und Gasverteiler 15 erfolgen, ohne dass diese während der Reinigung eine höhere Temperatur als in einem Bereich zwichen 2O 0 C und 80 0 C aufweisen müssen. Eine Temperiervorrichtung ist prinzipiell auch für die Elektrode 4 vorsehbar.
Alternativ kann auch eine Elektrode 4 und/oder Gegenelektrode 5 vorgesehen sein, bei der die Vorrichtung 29 integriert mit der Elektrode 4,5 ausgebildet ist.
Um die Höhe der benötigten Temperierleistung der Vorrichtungen 27, 29 oder 30 zu ermitteln, können Messungen durchgeführt werden, bei denen die Elektroden 4, 5 auf ihren einander zugewandten Seiten mit Thermosensoren 40, 40' versehen sind. Mit Hilfe dieser Thermosensoren 40, 40' kann für unterschiedliche HF-Leistungen,
Gasflüsse etc. eine lokale Temperatur der Elektroden 4,5 als Funktion der Leistung der Temperiervorrichtung 27, 29, 30 ermittelt werden. Basierend auf solchen Messungen kann die momentane Temperierleistung, bedarfsweise auch die geometrische
Gestaltung der Temperiervorrichtungen 27, 29, 30 optimiert werden. Weiterhin können während der Reinigung Messwerte der Thermosensoren 40, 40' gewonnen und für eine prozessbegleitende Regelung der Leistung der Temperiervorrichtungen 27, 29, 30 verwendet werden.
Neben den Temperiervorrichtungen 27, 29, 30 die gleichermaßen für eine oder beide Elektroden 4, 5 verwendbar sind, kann die Elektrode 4 auch mittels erhitzten über den Gasverteiler 15 eingeleiteten Gas in Kontakt gebracht oder auf eine gewünschte Temperatur gebracht werden. Dabei ist insbesondere vorteilhaft, wenn dazu das Reinigungsgas selbst verwendet wird. Dieses kann beispielsweise mittels eines mittels eines Temperiermittels beheizbaren Zuführkanals 13 erhitzt werden oder über eine beheizbare Fläche oder ein beheizbares Filament geleitet werden.
Zudem kann auch die Gasaustrittsplatte 17 temperiert werden. Dazu kann die
Gasaustrittsplatte 17 mit Hilfe von Stegen 35 mit der Elektrode 4 verbunden sein, die aus einem Werkstoff mit hoher thermischer Leitfähigkeit bestehen, so dass die
Gasaustrittsplatte 17 thermisch an die Elektrode 4 angebunden ist. Die Elektrode 4 (und somit auch der Gasaustrittsplatte 17) kann auch während der Reinigung dadurch temperiert werden, dass eine Temperierflüssigkeit durch Kanäle 36 in der Elektrode 4 zirkuliert. Die Temperierung der Elektrode 4 kann gesteuert oder geregelt erfolgen. Insbesondere können im Bereich der Gasaustrittsplatte 17 Thermosensoren 40' angeordnet sein, deren Messwerte zur Regelung des Temperiermitteldurchflusses durch die Elektrode 4 verwendet werden. Im Folgenden werden Ätzraten des erfindungsgemäßen Verfahrens verglichen mit den Ätzraten eines herkömmlichen Verfahrens.
Bei den zu vergleichenden Ätzverfahren wird jeweils ausgegangen von einer
Prozesskammer für die Abscheidung von Silizium-Dünnschichten für die Photovoltaik, die mit 4,5 μm μc - Silizium oder amorphen Silizium beschichtet ist. Die Beschichtung kann allgemeine aus einer der üblichen bei Solarzellen verwendeten
Siliziumverbindungen, wie z.B. Siliziumdioxid, Siliziumoxidnitrid und/oder Siliziumnitrid bestehen. Die Beschichtung tritt dabei vor allem auf der Elektrode 4, die einen
Gasverteiler beinhaltet, auf. Die Elektrode wird mittels der Temperiervorrichtungen auf etwa 60 0 C temperiert; die Gegenelektrode auf etwa 200 0 C. Der Abstand der Elektroden voneinander ist bei der Beschichtung 14 mm, die Flächen der Elektroden betragen jeweils ca. 2 m 2 . a) Konventionelle Methode (Remote-Plasma, 3 KW, Mikrowelle):
Ein Remote-Plasma-Gerät (Firma R3T; Anregung mit Mikrowelle) ist stirnseitig an den Reaktor geflanscht. Der Abstand der beiden Elektroden wird von 14mm auf 180mm erhöht und angeregtes NF3 strömt durch ein Loch in die Prozesskammer mit parallelem Fluss zu den Elektrodenflächen ein. Der Gasfluss beträgt 2slm (Standard Liter pro Minute). Der Druck in der Kammer während des Ätzprozesses beträgt 2 mbar. Nach 45 Minuten ist der Ätzvorgang beendet. Eine visuelle Inspektion des Reaktors zeigt einheitlich saubere Oberflächen. Die Dauer des Ätzprozesses wurde über die Restgasanalyse bestimmt: Sobald kein SiF4 mehr produziert wurde, war der Ätzprozess beendet. b) Erfindungsgemäße Methode:
Die Elektroden haben einen Abstand von 14 mm. Das Reinigungsgas aus 20% F2 in N2 wird in die Prozesskammer über die in die Elektrode integrierte Gasdusche (Gasverteiler) mit einem Fluss von 18 slm eingelassen - ohne dabei durch irgendeine Art von elektrischer Entladung angeregt zu werden. Dabei wird das Ventil zur
Prozessgaspumpe so weit verschlossen, dass sich nach 15 Minuten ein konstanter Prozesskammerdruck von 250mbar einstellt, bei einem Prozesskammergesamtvolumen von 510 Litern. Für weitere 15 Minuten verbleibt das Gasgemisch mit dem Gasfluss von 18 slm im Kessel. Anschließend wurde der Fluss auf 0 slm gesetzt und der Kessel innerhalb weiterer 10 Minuten abgepumpt. Danach wurde der Kessel geöffnet und visuell auf verbleibende Siliziumbeschichtungen hin untersucht. Das Ergebnis war ein komplett sauberer Kessel. Überraschenderweise war nicht nur die 200 0 C warme Gegenelektrode sauber geätzt worden; es war auch die mit 60 0 C vergleichsweise kalte Elektrode komplett gereinigt. Erfindungsgemäß wird das F2-Gas an der heißen
Gegenelektrode angeregt und ist dann an der kälteren Elektrode noch genug angeregt genug, um auch hier noch effektiv zu Ätzen. Dabei ist ein geringer Abstand der Elektroden von ca. 14mm vorteilhaft.
Nach 40 Minuten Gesamtzeit (Gaseinlass bis Abpumpen) bei dem erfindungsgemäßen Verfahren b) wurde die 4,5 μm Beschichtung auf Elektrode und auf Gasdusche vollständig entfernt. Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren schneller, als die herkömmliche Reinigung mit einem R3T Remote-Plasma-Gerät mit 3 KW Leistung und einem 2slm NF3 Fluss.
Wie unter b) erwähnt wurde, ist festzustellen, dass die thermische Anregung der Fluorradikale durch die erhitzte Gegenelektrode ausreicht, um vorteilhaft schnelle und vollständige Reinigungsergebnisse bereitzustellen. Dies wird auch durch eine
Untersuchung der Ätzrate eines Fluor/Stickstoffgemischs in Abhängigkeit der
Temperatur einer zu ätzenden Oberfläche belegt.
Figur 2 zeigt eine Graphik bei der die Ätzrate bei einem Ätzen eines thermisch aktivierten Fluorstickstoffgemischs in nm/s (y-Achse) gegen die Temperatur in 0 C (x- Achse) aufgetragen ist. Dabei ist ein Fluor/Stickstoff Gemisch gewählt, das einen Partialdruck von 250 mbar aufweist.
Der in Figur 2 dargestellte Graph 100 zeigt, dass die Ätzrate ab einer Temperatur von ungefähr 100 0 C bei einem Partialdruck von 250mbar im Vergleich zu einem Ätzen bei üblichen niedrigen Drücken von höchstens 1 mbar stark ansteigt, wobei bei Werten oberhalb von 150 0 C eine Ätzrate von mehr als 8 nm/s erreicht wird. Bei Temperaturen bei 200 0 C ist dann die Ätzrate bereits verdreifacht.
Es ist deshalb vorteilhaft eine der Elektroden auf eine möglichst hohe Temperatur zu bringen, wobei auf bauliche Vorgegebenheiten und Einschränkungen Rücksicht genommen werden sollte, um die Lebensdauer des Plattenreaktors bzw. der Elektroden oder anderer Bauelement nicht zu verkürzen. Als guter Kompromiss hat sich eine Temperatur von ca. 200 0 C erwiesen, die eine beachtliche Ätzrate zeigt. Die andere Elektrode hat vorzugsweise eine niedrigere Temperatur, beispielsweise in einem Bereich zwischen 20 0 C oder 6O 0 C und 100 0 C, vorzugsweise höchstens15% gegenüber der Temperatur bei der Plasmabehandlung, beispielsweise der Plasmabeschichtung von Substraten.