DE10100424A1 - Korrosions- und abnutzungsbeständige, dünne Diamantfilmbeschichtung, Herstellungsverfahren und Anwendungen dafür - Google Patents

Korrosions- und abnutzungsbeständige, dünne Diamantfilmbeschichtung, Herstellungsverfahren und Anwendungen dafür

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DE10100424A1
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Abstract

Beschrieben wird eine dünne Diamantfilmbeschichtung (256), die relativ langsam bei einer relativ geringen Methankonzentration hergestellt werden kann und die durch ihre ramanspektroskopischen Eigenschaften charakterisiert ist. Der vorzugsweise zwischen 5 und 40 mum dicke dünne Diamantfilm (304) verleiht eine wesentlich größere Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosion und Abnutzung in einer korrodierenden Umgebung als andere dünne Diamantfilmbeschichtungen. Es wird davon ausgegangen, daß die verbesserte chemische Beständigkeit solcher Diamantfilmbeschichtungen (256) auf deren Reinheit und Qualität zurückzuführen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft dünne Diamantfilmbeschichtungen, ein Herstellungsverfahren und Anwendungen dafür. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines dünnen Diamantfilmüberzugs als Schutz vor Korrosion und Abnutzung in Halbleiterbearbeitungskammern.
Ein Schritt bei der Herstellung von Halbleiterchips befaßt sich mit der Bearbeitung eines Wafers (Plättchens) in einer Halbleiterbearbeitungskammer, um Schichten auf dem Wafer abzulagern. Der Vorgang der Ablagerung von Schichten auf einem Halbleiterwafersubstrat umfaßt üblicherweise eine Gasphasenabscheidung nach einem chemischen Verfahren (chemical vapor deposition, CVD) oder eine Gasphasenabscheidung nach einem physikalischen Verfahren (physical vapor deposition, PVD), bei welcher der Wafer auf einer Graphitunterlage (bzw. Graphitauflage) in einer Wärmereaktorkammer angeordnet wird (wobei die Graphitunterlage auch als Träger für Mikrowellenstrahlung oder andere Strahlung ausgebildet sein kann). Die Unterlage ist üblicherweise mit Siliciumcarbid (SiC) beschichtet, um das Graphit gegen Korrosion zu schützen. Soweit in vorliegendem Zusammenhang verwendet, umfaßt der Begriff "Korrosion" physikalische und/oder chemische Zersetzung. Der Wafer wird in einem Strom eines Reaktionsgases gehalten, welches über die Oberfläche des Wafers fließt. Der Wärmereaktor kann durch externe Lampen, welche durch Heizöffnungen Infrarotstrahlung in die Reaktorkammer leiten, auf eine hohe Temperatur erwärmt werden. Die Heizöffnungen sind üblicherweise sowohl oberhalb als auch unterhalb der Unterlage angeordnet und mit Quarzfenstern bedeckt, die für Infrarotstrahlung durchlässig sind. Die Unterlage positioniert und dreht den Wafer während des Ablagerungsvorgangs, und ein auf die Rückseite der Unterlage gerichtetes Pyrometer wird im allgemeinen verwendet, um die Temperatur der Unterlage, und dadurch auch des Wafers, während der Berarbeitung zu bestimmen und als Eingangsgröße für eine Steuereinrichtung für den Strom zu den externen Lampen zu dienen.
Während des Bearbeitungsprozesses werden die inneren Oberflächen der Kammer und die Oberflächen der Komponenten mit einem abgelagerten Film beschichtet. Beispielsweise wird während eines Hochtemperaturnitridprozesses ein keramischer Siliciumnitridfilm auf den Kammerwänden sowie der Unterlage abgelagert. Wenn der auf den Kammerwänden und der Unterlage abgelagerte Film dicker wird, neigt dieser dazu, abzublättern, wodurch unerwünschte Partikel in die Kammer eingeführt werden und das Abstrahlemissionsvermögen der Unterlage verändert wird. Während sich das Emissionsvermögen der Unterlage verändert, wird die Genauigkeit des Pyrometers, das mit der Unterlage in Verbindung steht, um die Temperatur des Unterlage zu steuern, beeinträchtigt. Das Ergebnis davon ist, daß die Präzision für die Temperatursteuerung der Unterlage und als Konsequenz daraus die Präzision der Ablagerung des abgelagerten Films auf der Unterlage eingeschränkt werden.
Es wird daher regelmäßig ein In-situ-Ätzverfahren eingesetzt, um den keramischen Film von den Kammerwänden, der Unterlage und anderen beschichteten Oberflächen zu entfernen. Üblicherweise wird ein Halogengas oder Plasma, wie beispielsweise NF3, als Ätzmittel verwendet. Es ist nicht ungewöhnlich, daß Teile einer Schutzschicht auf der Unterlage während dieses Vorgangs ebenfalls weggeätzt werden, und wenn einmal die Schutzschicht von der Oberfläche der Unterlage entfernt ist, wird die Unterlage selbst durch das Ätzmittel korrodierend angegriffen. Andere Oberflächen der Vorrichtung sind in ähnlicher Weise betroffen. Ein Angriff des Ätzmittels beeinflußt das Emissionsvermögen der Unterlage, was, wie oben bereits diskutiert, die Qualitätssteuerung für den Halbleiterwafer beeinträchtigt. Des weiteren vermindert dieses Ätzen die strukturelle Unversehrtheit der geätzen Vorrichtungsbestandteile.
Es ist bekannt, daß eine dicke CVD Diamantschicht, beispielsweise 200 bis 300 µm dick, eine wirksame Schutzschicht sowohl gegen mechanische als auch gegen chemische Zersetzung darstellt. Aus praktischen Gründen verhindern die Kosten einer solch dicken Diamantschicht jedoch den Einsatz auf diesem Einsatzgebiet.
Das US Patent 5,916,370 (Chang) beschreibt die Verwendung relativ dünner Diamantfilme, z. B. 7 bis 15 µm dick, zum Schutz vor Korrosion und Abnutzung in Halbleiterbearbeitungskammern. Dünne Filme jedoch sind im allgemeinen bei weitem nicht so effektiv als Schutzschicht wie dicke Diamantbeschichtungen. Die Korrosion in der Bearbeitungskammer ist eine besondere Herausforderung und durch diese Korrosion werden sogar Materialien attackiert, welche mit dem in dem o. g. US Patent beschriebenen Diamantfilm beschichtet sind.
Ähnliche Probleme existieren für Materialien in anderen Umgebungen, die stark korrodierenden Flüssigkeiten ausgesetzt sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schutzschicht anzugeben, welche die vorstehend aufgeführten Nachteile nicht aufweist und die insbesondere trotz einer relativ geringen Dicke vollen Schutz vor Korrosion und Abnutzung bietet. Diese Aufgabe löst die Erfindung durch die im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebene Schutzschicht, die im unabhängigen Patentanspruch 9 angegebene Vorrichtung zur Bearbeitung eines Halbleiterwafers, die im unabhängigen Patentanspruch 15 angegebene Elektrode sowie das im unabhängigen Patentanspruch 19 angegebene Herstellungsverfahren. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Aspekte und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, daß eine neuartige Kombination aus einem Element und einer darauf angeordneten dünnen Filmschicht, welche durch ein bestimmtes Verfahren gebildet wurde, genauso korrosionsresistent ist wie ein mit einem herkömmlichen dicken CVD Diamantfilm beschichtetes Element. Die dünne Diamantfilmbeschichtung (Diamantfilmüberzug) wird relativ langsam mit einer relativ geringen Methankonzentration hergestellt und wird durch ihre ramanspektroskopischen Eigenschaften identifiziert. Der dünne Diamantfilm, vorzugsweise 5 bis 40 µm dick, hat im wesentlichen ähnliche Ramaneigenschaften wie die dicken Diamantfilme, die im US Patent 5,736,252 (Biglow et al.) beschrieben sind, welches hiermit in seiner Gesamtheit in die vorliegende Anmeldung miteinbezogen und auf welches hiermit in seiner Gesamtheit Bezug genommen wird. Während in dem genannten US Patent angegeben ist, daß der dort beschriebene frei stehende, dicke Diamantfilm insbesondere eine günstige thermische Leitfähigkeit und optische Transparenz aufweist, wurde nicht erkannt, daß ein dünner, filmartiger Diamant, der in der beschriebenen Wiese hergestellt wurde und die daraus resultierenden besonderen ramanspektroskopischen Eigenschaften aufweist, eine wesentlich bessere Korrosionsbeständigkeit in einer korrodierenden Umgebung und eine bessere Korrosionsbeständigkeit in einer mechanisch zersetzenden Umgebung aufweist als andere dünne Diamantfilmbeschichtungen. Es wird davon ausgegangen, daß solche dünnen Diamtfilmbeschichtungen durch ihre Reinheit und Qualität mit einer erhöhten chemischen Widerstandsfähigkeit und mechanischen Integrität ausgestattet sind. Das Verfahren minimiert insbesondere Korngrenzen, an denen sich Verunreinigungen konzentrieren und die eine Möglichkeit darstellen, daß freie chemische Bindungen an der Oberfläche verfügbar sind. Exponierte Korngrenzen sind daher im allgemeinen anfälliger gegenüber chemischer Aktivität und mechanischen Defekten als exponierte, reine Kristalloberflächen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die besonders spezifizierte dünne Diamantfilmbeschichtung auf freie (exponierte) Oberflächen innerhalb einer Halbleiterbearbeitungskammer aufgebracht. Die exponierten Oberflächen der Bearbeitungskammer werden dadurch mit einer Schutzschicht versehen, welche sich mechanischem und chemischem Abbau widersetzt, und welche insbesondere bei verschiedenen Temperaturen chemischen Angriffen widersteht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden Elektroden, die in einer Umgebung eingesetzt werden, in welcher verschiedene Fluide, die korrodierende, umweltschädliche Bestandteile enthalten und die durch elektolytische Mittel entgiftet werden sollen, mit der angegebenen spezifischen Diamantbeschichtung versehen. Die Elektroden können leitfähig gemacht werden, indem zu dem Diamant für die Beschichtung ein Dotiermittel mit elektrischer Trägerladung, beispielsweise Bor, hinzugefügt wird, um die elektrische Leitfähigkeit der Beschichtung zu erhöhen. Das Dotiermittel kann vom Donor- oder vom Akzeptortyp sein.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus der ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den Figuren.
Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung für chemische Gasphasenabscheidung (CVD Vorrichtung) zum Beschichten eines Substrats mit einem Diamantfilm;
Fig. 2 eine Schnittansicht einer Halbleiterbearbeitungskammer, welche mit einer Diamantschutzschicht gemäß einer ersten exemplarischen Ausführungsform der Erfindung beschichtet ist; und
Fig. 3 eine Schnittansicht einer Elektrode, welche mit der Diamantschutzschicht gemäß einer zweiten exemplarischen Ausführungdform der Erfindung beschichtet ist.
Erfindungsgemäß wird eine dünne Diamantbeschichtung (d. h., eine Diamantschicht, welche üblicherweise eine Dicke zwischen 5 und 150 µm und vorzugsweise eine Dicke unter 40 µm aufweist) bereitgestellt, welche die ramanspektroskopischen Eigenschaften der dicken Diamantfimbeschichtung wie im US Patent 5,736,252 beschrieben hat, welches vorstehend durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wurde. Insbesondere ist die thermische Leitfähigkeit (Wärmeleitfähigkeit) des erfindungsgemäßen Films der thermischen Leitfähigkeit von freistehendem, dickem Film gleichwertig (d. h. sie ist größer als 1000 W/mK) und der erfindungsgemäße Film hat eine volle Breite bei halbem Maximum (FWHM, volle Halbwertsbreite) des Ramanspektrums vom weniger als 10 cm-1, und vorzugsweise von weniger als 5 cm-1, was ein Indiz für Diamantschichtreinheit und -qualität sowie optische Absorption und Transparenz (Durchlässigkeit) ist.
Die dünne Diamantfilmbeschichtung kann auf Substrate und verschiedene Komponentenoberflächen unter Verwendung einer Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung nach einem chemischen Verfahren, beispielsweise einer Gleichstrombogenstrahl-, einer Hitzdraht- oder Mikrowellenenergie-CVD-Vorrichtung, aufgebracht werden. Unter Bezugnahme auf Fig. 1, in der eine Gleichstrombogenstrahl-CVD-Vorrichtung gezeigt ist, weist eine CVD-Vorrichtung 100 eine hohle, röhrenförmige Kathode 102 auf, die nahe dem oberen Ende einer hohlen Tonne 104 in einem Metallmantelelement 106 angeordnet ist. Das Mantelelement 106 weist einen für die Aufnahme einer Kühlflüssigkeit geeigneten ringförmigen Raum 108 auf. Die Tonne 104 und das Mantelelement 106 sind von einer flüssigkeitsgekühlten, magnetischen Spulenanordnung 110 umgeben. Längs beabstandet an dem der Kathode 102 entgegengesetzten Ende der Tonne 104 befindet sich eine Anode 112. Die Anode 112 hat eine nicht gezeigte zentrale Öffnung, welche mit der Achse der Tonne 104 ausgerichtet ist und zu einer Düse 114 führt. Die Düse 114 öffnet sich in eine evakuierte Ablagerungskammer 116, welche eine vorzugsweise flüssigkeitsgekühlte Auflage (Unterlage) 117 enthält, auf welcher ein Substrat 118, auf dem eine Ablagerung erfolgen soll, vom Ende der Düse 114 beabstandet angeordnet ist. Eine erste, bei der Anode 112 angeordnete Gasinjektionsröhre 120 injiziert Gas in die zentrale Öffnung der Anode 112. Eine zweite Gasinjektionsröhre 122 befindet sich zwischen der Anode 112 und der Düse 114.
Beim Betrieb der Vorrichtung 100 wird durch die erste Injektionsröhre 120 Wasserstoffgas in einer vorbestimmten Menge injiziert. Zwischen der Anode 112 und der Düse 114 wird mehr Wasserstoffgas, gemischt mit Methan oder einem anderen Kohlenwasserstoff, durch die zweite Injektionsröhre 122 zugegeben. Die Konzentration an Methan basiert auf dem Gesamtprozentanteil an Methan, das als Volumenprozentanteil des gesamten, durch die beiden Injektionsröhren 120, 122 injizierten Gases zugeführt wird. Ein Gleichstrombogen schlägt zwischen der Kathode 102 und der Anode 112 über. Die Enthalpie des Gases in der Tonne 104 wird dann durch Steuerung des Bogenstroms so eingestellt, daß sich die gewünschte Temperatur des Substrats 118 ergibt, das durch das aus der Düse 114 auftreffende Gas erwärmt wird. Bei dieser Enthalpie zersetzt sich der Wasserstoff in ein Plasma aus Wasserstoffatomen. Die magnetische Spulenanordnung 110 um die Tonne 104 erzeugt ein Magnetfeld in Solenoidform, was den Effekt hat, daß der Bogen um die Anode 112 herum gewirbelt wird um die Erosion der Anode zu reduzieren.
Das aktivierte Gas wandert durch die Düse 114, tritt in die evakuierte Kammer 116 ein und trifft auf dem Substrat 118 auf, um dort einen Diamantfilm auszubilden. Wenn das Methan durch die zweite Injektionsröhre 122 in das aktivierte Gas eintritt, wird es ebenfalls teilweise in aktivierte, instabile Kohlenwasserstoffradikale zersetzt. Auf dem Substrat 118 agiert der Wasserstoff als Gas, welches die Ablagerung von Kohlenstoffatomen aus den aktivierten Kohlenwasserstoffradikalen als miteinander verbundene Diamantkristallite erleichert. Die Diamantkritallite bestehen aus Kohlenstoffatomen, die chemisch über so genannte "sp3" Bindungen in einem Film auf dem Substrat 118 miteinander verbunden sind.
Die vorteilhaften Eigenschaften der schützenden, dünnen Filmdiamantbeschichtung werden in erster Linie erreicht, indem der Diamant in einer Umgebung mit sehr geringer Methankonzentration und mit einer sehr geringen Wachstumsrate gebildet wird. Bevorzugte Methankonzentrationen liegen unter etwa 0,07 Prozent, und die Diamantbeschichtung wird vorzugsweise auf einem Substrat abgelagert, das bei einer Temperatur von 900°C oder darunter gehalten wird. Die Wachstumsrate des Diamantfilms beträgt vorzugsweise zwischen 0,5 und 6 µm pro Stunde bis zu einer Filmdicke von etwa 5 bis 40 µm.
Die Einzelheiten von CVD Vorrichtungen und deren Betrieb sind in der Fachwelt gut bekannt, und andere Parameter als die besonders geringe Methankonzentration, wie beispielsweise die Enthalpie, der Grad des Vacuums und die Substrattemperatur, können von Fachleuten ohne die Notwendigkeit unnötiger Experimente bestimmt werden.
Der erhaltene dünne Diamantfilm ist optisch und im Infrarotbereich transparent (durchlässig), wärmeleitfähig und, was am wichtigsten ist, beständig gegenüber Korrosion und Abnutzung (Erosion). Bisher waren die optische Transparenz und die Wärmeleitfähigkeit von dicken, auf die beschriebene Weise hergestellten Diamantfilmen bekannt. Die überlegene Korrosions- und Abnutzungsbeständigkeit, welche durch den hier beschriebenen Diamantfilm erzielt werden, war bisher jedoch nicht erkannt worden. Zusätzlich war bisher nicht beschrieben worden, daß eine dünne Diamantfilmbeschichtung solch ähnliche, vorteilhafte, optische und thermische Eigenschaften oder überlegene Korrosions- und Abnutzungsbeständigkeit aufweisen würden. Man nimmt an, daß die dünne Diamantfilmbeschichtung wegen ihrer Reinheit und Qualität verbesserte chemische und mechanische Eigenschaften aufweist. Insbesondere werden die Korngrenzen minimiert, welche dazu tendieren, Verunreinigungen zu konzentrieren, und eine Gelegenheit bieten, daß freie Oberflächenbindungen verfügbar sind, und die daher im allgemeinen anfälliger für chemische Aktivität und mechanisches Versagen sind als freie, reine Kristalloberflächen.
Die dünne Diamantfilmbeschichtung ist daher geeignet für eine Verwendung in der korrodierenden Umgebung einer Waferbearbeitungskammer. Wie in Fig. 2 gezeigt, weist eine Halbleiterbearbeitungskammer 200 ein Hauptgehäuse 212 mit inneren Oberflächen 214 und einer Gaseinlaßöffnung 216 sowie einer Gasauslaßöffnung 218 auf. Obere und untere Quarzfenster 220, 222, die jeweils durchlässig für Infrarotstrahlung sind, werden mittels eines oberen Klemmrings 224 und eines unteren Klemmrings 226 gegen das Hauptgehäuse gehalten. Zwischen den inneren Oberflächen 214 des Hauptgehäuses und dem oberen und dem unteren Quarzfenster 220, 222 wird eine innere Kammer 228 gebildet, welche das Fließen eines Prozessgases über die Oberfläche eines Halbleiterwafer erleichtert, der wie nachstehend beschrieben gelagert und positioniert ist.
Prozessgas wird über die mit einer nicht gezeigten Gasquelle verbundene Gaseinlaßöffnung 216 in die innere Kammer 228 injiziert. Nicht verbrauchtes Prozessgas und verschiedene Abfallprodukte werden über die Gasauslaßöffnung 218 aus der inneren Kammer 228 entfernt. Obere Heizquellen 230 sind über dem oberen Fenster 220 und untere Heizquellen sind unterhalb des unteren Fensters 222 angeordnet, um durch das entsprechende obere und untere Fenster 220, 222 Infrarotstrahlungswärme in die innere Kammer 228 gelangen zu lassen.
Eine drehbare Unter- oder Auflage (Träger) 240 ist in der inneren Kammer 228 angeordnet, um den Halbleiterwafer aufzunehmen. Die Auflage 240 umfaßt einen Körper 242 mit einer Ausnehmung (Sitzfläche) 244 oder einem anderen Mittel zum Halten eines Wafers innerhalb der Auflage 240. Der Körper 242 der Auflage 240 ist vorzugsweise aus Graphit hergestellt; er kann jedoch auch aus anderen Materialien, wie beispielsweise Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid und anderen keramischen Werkstoffen, hergestellt sein. Der Körper 242 kann auch ein Metallmaterial mit einer Schutzbeschichtung enthalten.
Die drehbare Auflage 240 ist mit einer Gestellbefestigung 246 verbunden, welche die Auflage in der inneren Kammer 228 trägt. Auf diese Weise kann ein nicht gezeigter, von der Auflage 240 getragener Halbleiterwafer während der Bearbeitung gedreht werden, um eine gleichmäßigere Erwärmung und Ablagerung zu erlauben. Vorzugsweise weist die Auflage 240 auch eine Mehrzahl an durchgehenden Öffnungen 248 zur Aufnahme von wenigstens drei Ladestiften 250 auf. Die Ladestifte 250 sind auf einem Trägerstiel 252 befestigt, welcher eine Vertikalbewegung ermöglicht, um die Stifte 250 zu heben und zu senken. Diese Stifte dienen dazu, den Halbleiterwafer über die Sitzfläche 244 anzuheben, während der Wafer in die Bearbeitungskammer ein- oder aus dieser ausgeladen wird.
Ein auf dem Hauptkörper 212 der Bearbeitungskammer angeordneter ringförmiger Vorheizring 254 umgibt die Auflage 240. Der Vorheizring 254 ist üblicherweise aus siliciumcarbidbeschichtetem Graphit oder Quarz hergestellt, abhängig von dem speziellen Typ der verwendeten Bearbeitungskammer.
Die freien Oberflächen in der Bearbeitungskammer sind mit einer optisch transparenten, wärmeleitfähigen und korrosions- und abnutzungsbeständigen dünnen Diamantfilmbeschichtung 256 beschichtet. Zu den freien Oberflächen gehören insbesondere, aber nicht abschließend, die inneren Oberflächen 214 des Hauptkörpers 212, die inneren Oberflächen des oberen und unteren Quarzfensters 220, 222, der Auflagekörper 242, die Auflagegestellbefestigung 246 und die Ladestifte 250. Es wird gewürdigt werden, daß die Quarzfenster 220, 222 auch beschichtet werden können, da die verwendete Diamantbeschichtung infrarotdurchlässig ist.
Wenn daher zum Zwecke der Ätzung eines Wafers oder einer Ätzreinigung der Kammer ein Ätzmittel in die Bearbeitungskammer injiziert wird, entfernt das Ätzmittel die unerwünschten Ablagerungen, ohne in die dünne Diamantfilmbeschichtung auf den Oberflächen der Bestandteile der Bearbeitungskammer einzudringen und die darunterliegenden Materialien der Bestandteile freizulegen. Die Bearbeitungskammer behält dadurch ihre Unversehrtheit.
Die dünne Diamantfilmbeschichtung kann auch in anderen Umgebungen verwendet werden, insbesondere in stark korrodierenden Umgebungen. Unter Bezugnahme auf Fig. 3 kann, in einer Umgebung in der verschiedene Fluide, die korrodierende, umweltschädliche Bestandteile enthalten, welche durch elektrolytische Mittel entgiftet werden sollen, auf einer Elektrode 300 eine Schutzbeschichtung aufgebracht sein. Die Elektrode 300 umfaßt ein leitfähiges Gehäuse (Körper) 302, welches mit einer dünnen Diamantfilmbeschichtung 304 des oben beschriebenen Typs versehen ist. Die Diamantbeschichtung 304 wird durch Dotierung mit einem Donor- oder Akzeptor-Ladungsträger, wie beispielsweise Bor, leitfähig gemacht.
Es wurden vorstehend eine Schutzbeschichtung und mehrere Verwendungsmöglichkeiten dafür beschrieben und näher erläutert. Während eine bestimmte Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurde ist nicht beabsichtigt, daß die Erfindung darauf beschränkt ist, und es ist ebenfalls beabsichtigt, daß die Erfindung so breit ist, wie der Stand der Technik dies zuläßt und daß die Anmeldung entsprechend verstanden wird. Während die dünne Diamantfilmbeschichtung vorzugsweise zwischen 5 und 40 µm dick ist, ist klar, daß die Beschichtung auch weniger als 5 µm dick sein kann, beispielsweise 0,5 bis 5 µm, oder mehr als 40 µm, beispielsweise bis zu 150 µm dick. Es ist jedoch bevorzugt, daß Beschichtungen verwendet werden, die nicht dicker als 100 µm sind, da solche dickeren Beschichtungen beginnen, als dicke Filme zu wirken, wodurch deren Herstellung unnötig kostspielig wird und auch eine Verminderung der Anhaftung (Adhäsion) an der darunterliegenden Oberfläche auftreten kann. Weiterhin ist klar, daß, obwohl die Methankonzentration und die Substratablagerungstemperatur als Schlüsselparameter angesehen werden, das Methan durch andere Kohlenwasserstoffe ersetzt werden kann und daß, wenn ein Ersatzstoff verwendet wird, dessen Konzentration ebenfalls innerhalb der Konzentrationsgrenzen des Methans im Hinblick auf die sich ergebende Konzentration an aktivierten Spezies der Kohlenstoffradikale gehalten wird. Unter spezieller Bezugnahme auf die Verwendung der Schutzbeschichtung auf den inneren Oberflächen einer Bearbeitungskammer sei angemerkt, daß, obwohl eine drehbare Unterlage beschrieben wurde, es klar ist, daß die Unterlage auch stationär (fest) angeordnet sein kann. Ferner ist klar, daß, während beschrieben wurde, daß bestimmte Oberflächen der Bearbeitungskammer mit der erfindungsgemäßen Diamantbeschichtung ausgestattet sind, nicht alle diese Oberflächen und Elemente beschichtet sein müssen, und daß auch andere Oberflächen beschichtet sein können. Ohne als Einschränkung ausgelegt zu werden kann es beispielsweise aus Kostengründen wünschenswert sein, nur die Unterlage oder die Quarzfenster zu beschichten. Auch ist klar, daß, während beschrieben wurde, die dünne Diamantfilmbeschichtung in einer Halbleiterwaferbearbeitungskammer zu verwenden, andere Ablagerungs- und Ätzumgebungen in ähnlicher Weise schützend beschichtet werden können. Außerdem ist klar, daß, in Bezug auf die Elektrodenanwendung, andere leitfähige Elemente, Legierungen und Verbundstoffe als Dotiermaterialien verwendet werden können. Es ist somit weiterhin klar, daß auch andere Gegenstände zum Schutz in korrodierenden und erodierenden Umgebungen mit der vorstehend beschriebenen dünnen Diamantfilmbeschichtung versehen werden können, wie beispielsweise in Verbrennungskammern, bei Überwachungsfenstern und ähnlichem. Es ist somit für die Fachleute klar, daß mit der beschriebenen Erfindung auch noch andere Abwandlungen durchgeführt werden können, ohne von Geist und Umfang der Patentansprüche abzuweichen.

Claims (23)

1. Schutzbeschichtung zur Verwendung auf der Oberfläche eines Gegenstands in einer korrodierenden Umgebung, umfassend: ein Diamantfilmmaterial (256; 304), welches eine Wärmeleitfähigkeit größer als 1000 W/mK und eine volle Halbwertsbreite des Ramanspektrums von weniger als 10 cm-1 aufweist, wobei die Dicke des Diamantfilmmaterials (256; 304) nicht größer als 150 µm ist.
2. Schutzbeschichtung nach Anspruch 1, wobei das Diamantfilmmaterial (256; 304) polykristallin ist.
3. Schutzbeschichtung nach Ansprüch 1 oder 2, wobei das Diamantfilmmaterial (256; 304) durch Gasphasenabscheidung nach einem chemischen Verfahren (CVD- Verfahren) hergestellt ist.
4. Schutzbeschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Diamantfilmmaterial (256; 304) eine Dicke zwischen 5 und 40 µm aufweist.
5. Schutzbeschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Diamantfilmmaterial (256; 304) für Infrarotstrahlung durchlässig ist.
6. Schutzbeschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Diamantfilmmaterial (256; 304) eine volle Halbwertsbreite des Ramanspektrums von weniger als 5 cm-1 aufweist.
7. Schutzbeschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Diamantfilmmaterial (256; 304) zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit ein Dotiermittel zugesetzt ist.
8. Schutzbeschichtung nach Anspruch 7, wobei das Dotiermittel Bor ist.
9. Vorrichtung zur Bearbeitung eines Halbleiterwafers mit:
  • a) einer Bearbeitungskammer (200) mit einer inneren Oberfläche (214); und
  • b) einer innerhalb der Kammer (200) angeordneten Auflage (240) zum Aufnehmen und Halten des Halbleiterwafers,
wobei wenigstens die innere Oberfläche (214) und/oder die Auflage (240) eine Schutzbeschichtung aus einem Diamantfilmmaterial (256) aufweist, das eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 1000 W/mK und eine volle Halbwertsbreite des Ramanspektrums von weniger als 10 cm-1 hat, und die Dicke des Diamantfilmmaterials (256) nicht mehr als 100 µm beträgt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Diamantfilmmaterial (256) polykristallin ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Diamantfilmmaterial (256) durch Gasphasenabscheidung nach einem chemischen Verfahren (CVD-Verfahren) hergestellt ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Bearbeitungskammer (200) eine Heizquelle (230, 232) und mindestens ein Fenster (220, 222) aufweist, das für von dieser Heizquelle (230, 232) abgestrahlte Wärme durchlässig ist, und wobei wenigstens ein Teil des Fensters (220, 222) mit der Schutzbeschichtung versehen ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Auflage (240) um eine Achse drehbar ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die volle Halbwertsbreite des Ramanspektrums weniger als 5 cm-1 beträgt.
15. Elektrode (300) mit
  • a) einem elektrisch leitfähigen Gehäuse (302);
  • b) einer Diamantfilmbeschichtung (304) auf dem Gehäuse (302), wobei die Beschichtung eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 1000 W/mK und eine volle Halbwertsbreite des Ramanspektrums von weniger als 10 cm-1 aufweist und die Dicke der Diamantbeschichtung (304) nicht mehr als 40 µm beträgt; und
  • c) einem Dotiermittel in der Diamantbeschichtung (304) zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit.
16. Elektrode (300) nach Anspruch 15, wobei die Diamantfilmbeschichtung (304) polykristallin ist.
17. Elektrode (300) nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei die Beschichtung (304) durch Gasphasenabscheidung nach einem chemischen Verfahren (CVD-Verfahren) hergestellt ist.
18. Elektrode (300) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die volle Halbwertsbreite des Ramanspektrums des Diamantfilms (304) weniger als 5 cm-1 beträgt.
19. Verfahren zur Herstellung einer dünnen Diamantfilmbeschichtung (256; 304), welche widerstandsfähig gegen Korrosion und Abnutzung ist, mit den folgenden Schritten:
  • a) Anordnen eines Substratelements (118) auf einer Ablagerungsauflage (117) in einer Bearbeitungskammer (200) einer Vorrichtung für eine Gasphasenabscheidung nach einem chemischen Verfahren (CVD Verfahren);
  • b) Anwachsenlassen der Diamantbeschichtung (256, 304) auf dem Substrat (118) bis zu einer Dicke zwischen 5 und 150 µm, wobei die Diamantbeschichtung (256; 304) eine volle Halbwertsbreite des Ramanspektrums von weniger als 10 cm-1 aufweist; und
  • c) Entfernen des Substrats (118) aus der Bearbeitungskammer (200).
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Substrat (118) bei einer Temperatur von mehr als 700°C gehalten wird.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei die Diamantbeschichtung (256; 304) mit einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 6 µm pro Stunde wächst.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei die Diamantbeschichtung (256; 304) eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 1000 W/mK aufweist.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, wobei die volle Halbwertsbreite des Ramanspektrums der Diamantbeschichtung (256; 304) weniger als 5 cm-1 beträgt.
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