DE102010013043A1

DE102010013043A1 - Elektrodenanordnung

Info

Publication number: DE102010013043A1
Application number: DE102010013043A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Haaga; Michael Leck
Original assignee: Centrotherm Sitec GmbH
Current assignee: Sitec De GmbH
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2011-09-29
Anticipated expiration: 2030-03-27
Also published as: WO2011116990A1; DE102010013043B4

Abstract

Die Anmeldung beschreibt eine Elektrodenanordnung zum Einsatz in einem CVD-Reaktor/Konverter, die ein Schaftteil aus elektrisch leitendem Material, ein Kopfteil aus elektrisch leitendem Material, das elektrisch leitend mit dem Schaftteil verbunden ist und eine axial in Richtung zum Schaftteil weisende Dichtfläche aufweist, und eine Vorspanneinheit aufweist. Die Vorspanneinheit ist mit dem Schaftteil koppelbar und weist wenigstens ein elastisches Element und eine Stelleinheit, wobei die Stelleinheit Stellmittel aufweist, die geeignet sind das elastische Element derart zwischen zwei Gegenlagern zusammenzudrücken, dass eine Rückstellkraft des elastischen Elements in Axialrichtung des Schaftteils wirkt, um die axial weisende Dichtfläche am Kopfteil gegen eine Gegendichtfläche vorzuspannen. Es ist auch eine Elektrodenanordnung zum Einsatz in einem CVD-Reaktor/Konverter beschrieben, wobei die Elektrodenanordnung ein Schaftteil aus einem ersten, elektrisch leitenden Material und ein Kopfteil aus einem zweiten, elektrisch leitenden Material aufweist, wobei das Kopfteil vollständig aus dem zweiten elektrisch leitenden Material besteht, das sich von dem ersten Material unterscheidet und Prozesse innerhalb des CVD Reaktors/Konverters nicht negativ beeinflusst, und wobei das Kopfteil lösbar in einer elektrisch leitenden Beziehung an einem ersten Ende des Schaftteils befestigt ist. Ferner ist ein CVD-Reaktor/Konverter mit einer einen Prozessraum definierenden Prozesskammer beschrieben, die in Ihrem Boden wenigstens eine Durchführöffnung aufweist, in der eine Elektrodenanordnung der oben beschriebenen Art derart aufgenommen ist, dass das Kopfteil wenigstens teilweise im Prozessraum aufgenommen ist und das Schaftteil wenigstens teilweise in der Durchführöffnung aufgenommen ist und außerhalb des Prozessraums liegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung zum Einsatz in einem CVD-Reaktor, insbesondere einem Silizium-Abscheidereaktor, oder einem Hochtemperatur-Gaskonverter.
Es ist in der Halbleitertechnik und der Photovoltaik bekannt, Siliziumstäbe mit einer hohen Reinheit, z. B. nach dem Siemens-Verfahren in Abscheidereaktoren, die auch als CVD-Reaktoren bezeichnet werden, zu erzeugen. Hierzu werden zunächst Siliziumdünnstäbe in den Reaktoren aufgenommen, auf denen dann während eines Abscheideprozesses Silizium abgeschieden wird. Die Siliziumdünnstäbe werden dabei in Spann- und Kontaktierungsvorrichtungen aufgenommen, welche sie einerseits in einer gewünschten Ausrichtung halten, und welche andererseits eine elektrische Kontaktierung vorsehen. An ihren jeweils freien Enden sind in der Regel jeweils zwei der Siliziumdünnstäbe über elektrisch leitende Brücken miteinander verbunden, um einen Stromkreis bilden zu können. Die Siliziumdünnstäbe werden während des Abscheideprozesses durch einen Stromfluss bei vorgegebener Spannung mittels Widerstandsheizung auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheizt, bei der eine Abscheidung von Silizium aus einer Dampf- oder Gasphase auf den Siliziumdünnstäben stattfindet. Die Abscheidetemperatur liegt hier üblicherweise bei 900–1350°C und insbesondere bei 1100–1200°C, kann aber auch bei anderen Temperaturen liegen.
Die Spann- und Kontaktierungsvorrichtungen können, wie beispielsweise in der nicht vorveröffentlichten, auf die Anmelderin zurückgehenden DE 20 2010 002 486.2 beschrieben, aus einem mehrfach einsetzbaren Grundelement und einer Spanneinheit bestehen, bei der die Spanneinheit ein festes Klemmen und eine feste elektrische Kontaktierung des Siliziumdünnstabes vorsieht. Das Grundelement und die Spanneinheit können beispielsweise aus reinem Kohlenstoff oder Graphit bestehen. Das Grundelement kann beispielsweise im Schnitt eine H-Konfiguration besitzen, und einerseits mit einer Elektrodenanordnung in elektrisch leitendem Kontakt stehen, und andererseits mit der Spanneinheit. Dabei sitzt das Grundelement üblicherweise frei auf der Elektrodenanordnung auf, die wenigstens teilweise innerhalb des Prozessraumes des CVD-Reaktors angeordnet sein muss. Die Elektrodenanordnung weist auch einen Teil auf, der sich durch die Bahnwand des CVD-Reaktors hindurch nach außen erstreckt.
Ferner sind in der Halbleitertechnik auch Hochtemperatur Gasumwandler, nachfolgend als Konverter bezeichnet, bekannt, welche Gase zum Beispiel für CVD-Abscheideprozesse, wie beispielsweise das oben beschriebene Siemens Verfahren aufbereiten. Bei einem Typ eines Konverter sind Graphitstäbe (oder auch Stäbe aus reinem Kohlenstoff als Widerstandsheizelemente innerhalb einer Prozesskammer angeordnet, die an ihrer Unterseite über eine Elektrodenanordnung kontaktiert werden. Für eine Hochtemperatur Gasumwandlung werden die Graphitstäbe auf den erforderlichen Temperaturbereich, beispielsweise auf 1400°C erhitzt. In die Prozesskammer eingeleitete Gase werden dann bei den hohen Temperaturen umgewandelt. Als ein Beispiel sei hier die Umwandlung von SiCL₄ (Silizium-Tetrachlorid) und H₂ (Wasserstoff) in SiHCL₃ (Trichlorsilan) und HCL (Chlorwasserstoff) genannt. Der Chlorwasserstoff kann anschließend aus dem Gas entfernt werden und das Trichlorsilan zum Beispiel für ein CVD-Verfahren des obigen Typs eingesetzt werden.
In beiden Prozessen können hohe Ströme durch die in der Prozesskammer befindliche Stäbe (Silizium-Dünnstab/Graphitstab) erforderlich sein, die über entsprechende Elektrodenanordnungen in die Prozesskammer hinein geleitet werden müssen. Ferner finden jeweils Prozesse statt, die durch bestimmte Metallmaterialien der Elektrode, insbesondere Kupfer beeinträchtigt werden können. Insbesondere kann es zu unerwünschten Metallkontaminationen durch das Elektrodenmaterial kommen.
Um den jeweiligen Prozess (Silizium-Abscheideprozess/Gasumwandlung) nicht zu beeinträchtigen, muss wenigstens der Teil der Elektrodenanordnung, der dem Prozessgas in der Prozesskammer ausgesetzt ist, aus einem Material bestehen, das die Prozesse nicht beeinträchtigt. Obwohl üblicherweise Kupfer als Leiter für Elektroden eingesetzt wird, würde Kupfer innerhalb der Prozesskammer zu unerwünschten Verunreinigungen führen. Daher ist es beispielsweise bekannt, Kupferelektroden mit einer Silberbeschichtung zu versehen, um Verunreinigungen innerhalb der Prozesskammer zu vermeiden. Dabei ergibt sich jedoch das Problem, dass sich diese Beschichtungen abnutzen können, und nach einer Zeit ggf. wiederum Kupfer innerhalb der Prozesskammer freiliegt, und zu unerwünschten Verunreinigungen führt.
Bei einer alternativen Lösung wurde eine Elektrodenanordnung vorgeschlagen, bei der die Elektrode vollständig aus Silber besteht. Eine solche Elektrode löst zwar die Problematik hinsichtlich der Möglichkeit von Verunreinigungen innerhalb der Prozesskammer, führt allerdings zu sehr hohen Kosten hinsichtlich der Elektrodeanordnung, da diese eine gewisse Länge aufweist, um sich durch die Bodenwand des CVD-Reaktors/Konverters hindurch zu erstrecken, und die auch eine gewisse Größe benötigt, um die erforderlichen Ströme bereitstellen zu können.
Um das Austreten von Prozessgasen aus dem CVD-Reaktor/Konverter zu vermeiden ist es bekannt, eine Dichtung zwischen einer axial weisenden Fläche der Elektrodenanordnung und der Bodenwand des CVD-Reaktors/Konverters vorzusehen. Hierzu werden beispielsweise PTFE-Dichtungen eingesetzt. Um eine gute Dichtheit vorzusehen, ist es bekannt, die Elektrodenanordnung beispielsweise mittels einer Schraube fest gegen die Dichtung zu ziehen. Dabei ergibt sich jedoch das Problem, dass das Dichtmaterial wie beispielsweise PTFE, sich über die Lebenszeit der Dichtung hinweg verändert, insbesondere durch eine Fließbewegung dünner wird. Daher ist es erforderlich, die Schraube welche die Elektrodenanordnung gegen die Dichtung zieht, in regelmäßigen Intervallen nachzuziehen. Dies ist jedoch sehr zeitaufwendig, da CVD-Reaktoren/Konverter in der Regel sehr viele Elektrodenanordnungen des obigen Typs besitzen. Darüber hinaus ist der Zugriff auf entsprechende Spannschrauben unterhalb des Bodens des CVD-Reaktors/Konverters in der Regel schwer zugänglich.
Ausgehend von dem zuvor beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine alternative Elektrodenanordnung vorzusehen, die wenigstens eines der zuvor genannten Probleme überwindet.
Erfindungsgemäß ist eine Elektrodenanordnung nach Anspruch 1 oder 2 vorgesehen. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist eine Elektrodenanordnung zum Einsatz in einem CVD-Reaktor/Konverter vorgesehen, bei der die Elektrodenanordnung einen Schaftteil aus einem ersten, elektrisch leitenden Material und einen Kopfteil aus einem zweiten, elektrisch leitenden Material aufweist, wobei das Kopfteil vollständig aus dem zweiten elektrisch leitenden Material besteht, das sich von dem ersten Material unterscheidet und Prozesse innerhalb des CVD-Reaktors/Konverters nicht negativ beeinflusst. Dabei ist das Kopfteil lösbar in einer elektrisch leitenden Beziehung an einem ersten Ende des Schaftteils befestigt. Eine solche Elektrodenanordnung ermöglicht, dass der Schaftteil aus einem kostengünstigeren Material aufgebaut ist, welches nicht direkt innerhalb des CVD-Reaktors/Konverters eingesetzt werden könnte, wie beispielsweise Kupfer, während das Kopfteil aus einem teureren, den Prozess nicht beeinflussenden Material, wie beispielsweise Silber, aufgebaut sein kann. Im Gegensatz zu einer Silberbeschichtung auf Kupfer ist das Kopfteil vollständig aus dem zweiten Material, wie beispielsweise Silber aufgebaut, und es besteht daher nicht die Gefahr, dass bei Abnutzung beispielsweise auch durch Reinigungsschritte oder sonstige Beschädigungen Kupferteile innerhalb eines CVD-Reaktors/Konverters freiliegen. Darüber hinaus ist das Kopfteil lösbar in einer elektrisch leitenden Beziehung an einem ersten Ende des Schaftteils befestigt, so dass es je nach Bedarf ausgetauscht werden kann. Hierbei ist der Begriff lösbar derart zu verstehen, dass ein Lösen der beiden Teile derart möglich ist, dass an dem Schaftteil ein neues Kopfteil befestigt werden kann, d. h. das Schaftteil mehrfach eingesetzt werden kann. Der Lösevorgang sollte daher das Schaftteil im Wesentlichen unbeschädigt lassen, auch wenn das Kopfteil beschädigt oder gar ganz zerstört würde. Eine Übliche lösbare Befestigung ist eine Schraubverbindung. Die Erfindung zieht aber beispielsweise auch eine Lötverbindung in betracht, die beispielsweise durch Erwärmen der Elektrodenteile gelöst werden kann, oder auch ein verkleben der Teile. Zum Lösen kann es auch erforderlich sein, dass das Kopfteil „herabgeschnitten” oder „gesägt” wird und der Kupferschaft geringfügig nachgearbeitet wird. Der oben genannte Aufbau der Elektrodenanordnung ermöglicht eine Anordnung des Kopfteils innerhalb des Prozessraums, in dem er den Prozessgasen ausgesetzt ist, während das Schaftteil außerhalb des Prozessraums angeordnet werden kann, und somit keine Gefahr besteht, dass das Material des Schaftteils Prozesse innerhalb des CVD-Reaktors/Konverters negativ beeinflusst.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist eine Elektrodenanordnung zum Einsatz in einem CVD-Reaktor/Konverter vorgesehen, die einen Schaftteil aus elektrisch leitendem Material, ein Kopfteil aus elektrisch leitendem Material, das elektrisch leitend mit dem Schaftteil verbunden ist, und eine axial in Richtung zum Schaftteil weisende Dichtfläche, sowie eine Vorspanneinheit aufweist. Die Vorspanneinheit besitzt wenigstens ein elastisches Element und eine Stelleinheit, die mit dem Schaftteil koppelbar ist, wobei die Stelleinheit Stellmittel aufweist, die geeignet sind, das elastische Element derart zwischen zwei Gegenlagern zusammenzudrücken, dass eine Rückstellkraft des elastischen Elements in Axialrichtung des Schaftteils wirkt, um die axial weisende Dichtfläche am Kopfteil gegen eine Gegendichtfläche vorzuspannen.
Eine solche Elektrodenanordnung ist geeignet eine gewisse Vorspannung der Dichtfläche an der Elektrodenanordnung gegen eine Gegendichtfläche vorzusehen, die auch bei einem Dünnerwerden eines dazwischen befindlichen Dichtmaterials, wie beispielsweise einer PTFE-Dichtung, aufrecht erhalten wird. Im Gegensatz zu einer einfachen Spannschraube kann das elastische Element eine gewisse Bewegung, insbesondere ein Dünnerwerden des Dichtmaterials aufnehmen, und trotzdem die Dichtheit in diesem Bereich gewährleisten.
Die Elektrodenanordnung mit der Vorspanneinheit kann ebenfalls einen Kopfteil aus einem unterschiedlichen Material zu dem Schaftteil aufweisen, sowie eine vorzugsweise lösbare Befestigungsmöglichkeit für das Kopfteil an einem ersten Ende des Schaftteils.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Elektrodenanordnung eine axial aufweisende Dichtfläche am Kopfteil und/oder am Schaftteil aufweisen, um eine sichere Abdichtung eines Prozessraums eines CVD-Reaktors/Konverters vorsehen zu können. Vorzugsweise besitzt das Kopfteil einen Befestigungsabschnitt benachbart zum ersten Ende des Schaftteils und einen hierzu beabstandeten Tellerabschnitt, der einen größeren Durchmesser besitzt als der Befestigungsabschnitt, um eine axial in Richtung zum Schaftteil weisende Dichtfläche zu bilden. Dabei ist der Tellerabschnitt vorzugsweise größer als eine entsprechende Durchfuhröffnung für die Elektrodenanordnung innerhalb des Bodens eines CVD-Reaktor/Konverters. Hierdurch wird sichergestellt, dass ausschließlich das Kopfteil der Elektrodenanordnung innerhalb des Prozessraums liegt und es ist eine Abdichtung des Prozessraums gegenüber dem Schaftteil möglich. Vorteilhafterweise ist eine Dichteinheit mit wenigstens einem Ringteil zur Anordnung zwischen der axial weisenden Dichtfläche am Kopf und/oder Schaftteil und einem Wandteil des CVD-Reaktors/Konverters vorgesehen, um eine entsprechende Abdichtung des Prozessraums des CVD-Reaktors/Konverters vorsehen zu können. Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist die Dichteinheit auch einen Rohrteil auf, der so bemessen ist, dass er wenigstens einen Abschnitt des Schaftteils und/oder des Kopfteils radial umgibt, wobei der Rohrteil und der Ringteil einteilig ausgebildet sind. Hierdurch ergibt sich eine gute Abdichtmanschette, die die Elektrodenanordnung im Wesentlichen vollständig umgeben kann, und somit auch eine gute Abdichtung des Schaftteils gegenüber des Prozessraums und auch gegenüber der Bodenwand des CVD-Reaktors/Konverters vorzusehen, um Diffusionseffekte von unerwünschten Verunreinigungen zu verhindern. Eine solche Dichteinheit kann die Elektrodenanordnung mit Ausnahme eines oberen Endes des Kopfteils und eines unteren Endes des Schaftteils im Wesentlichen vollständig umgeben.
Bei der Vorspanneinheit ist das wenigstens eine elastische Element vorzugsweise eine das Schaftteil umgebende Tellerfeder oder eine ringförmige Anordnung von Druckfedern, die um das Schaftteil herum angeordnet sind. Insbesondere eine Tellerfeder ist geeignet über ihren Hub hinweg eine gleichmäßige Kraftverteilung auf das Schaftteil vorzusehen und somit eine gleichmäßige Abdichtung zu bewirken. Vorzugsweise weist die Stelleinheit einen Stellring mit einem Innengewinde auf, der auf einem Außengewinde des Schaftteils aufschraubbar ist, wodurch auf einfache Weise eine Einstellung der Vorspannung oder auch eine Voreinstellung derselben ermöglicht wird. Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sind wenigstens drei sich in Axialrichtung durch den Stellring erstreckende Stellschrauben vorgesehen. Solche sich in Axialrichtung durch den Stellring erstreckende Stellschrauben können das Zusammendrücken des elastischen Elements zwischen den zwei Gegenlagern ermöglichen, sofern der Zugriff auf den Stellring schwierig ist. Der Stellring kann in einem solchen Fall eine Positionierung des elastischen Elements vorsehen, während dann über die Stellschrauben ein Zusammendrücken des elastischen Elements vorgesehen wird.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist die Vorspanneinheit wenigstens eines der Gegenlager auf, wobei das wenigstens eine Gegenlager einen zum anderen Gegenlager weisenden Abstandshalter aufweist, um die Bewegung der Gegenlager zueinander zu begrenzen. Hierdurch kann auf einfache Weise jeweils eine gleichbleibende Vorspannung des elastischen Elements vorgesehen werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind das Kopfteil und das Schaftteil über eine Schraubverbindung aneinander befestigt, was einerseits einen sicheren Halt der beiden Elemente aneinander sowie über die Schraubverbindung eine gute elektrische Kontaktierung zwischen den beiden Teilen vorsieht.
Erfindungsgemäß ist ein CVD-Reaktor/Konverter mit einer einen Prozessraum definierenden Prozesskammer vorgesehen, die in ihrem Boden wenigstens eine Durchführöffnung aufweist, in der eine Elektrodenanordnung des oben beschriebenen Typs derart aufgenommen ist, dass das Kopfteil wenigstens teilweise im Prozessraum aufgenommen ist, das Schaftteil wenigstens teilweise in der Durchführöffnung aufgenommen ist und außerhalb des Prozessraums liegt. Ein CVD-Reaktor/Konverter mit einer solchen Elektrodenanordnung bietet die schon oben genannten Vorteile. Die Durchführöffnung kann derart gestuft sein, dass sie direkt angrenzend zum Prozessraum einen ersten Abschnitt definiert, der einen größeren Durchmesser besitzt als ein direkt hierzu benachbarter zweiter Abschnitt, wobei das Kopfteil wenigstens teilweise in dem ersten Abschnitt der Durchführöffnung angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, unterschiedliche Durchmesser für Kopf- und Schaftteil vorzusehen, und eine zusätzliche Abgrenzung des Schaftteils bezüglich des Prozessraums vorzusehen. Hierzu wird zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt der Durchführöffnung eine axial weisende Schulter ausgebildet, an der das Kopf- oder Schaftteil dichtend anliegt.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert; in den Zeichnungen zeigt:
1 eine schematische, auseinandergezogene Ansicht einer Elektrodenanordnung zum Einsatz in einem CVD-Reaktor;
2 eine schematische Schnittansicht einer alternativen Elektrodenanordnung, wie sie im Boden eines CVD-Reaktors eingebaut ist; und
3 eine schematische Schnittansicht einer alternativen Elektrodenanordnung, wie sie im Boden eines Konverters eingebaut ist.
In der nachfolgenden Beschreibung verwendete Begriffe wie oben, unten, rechts, links beziehen sich auf die Darstellung in den Figuren und sind nicht einschränkend zu sehen, obwohl sie eine bevorzugte Ausrichtung darstellen können.
1 zeigt eine schematische, auseinandergezogene Seitenansicht einer Elektrodenanordnung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform, während 2 eine schematische Schnittansicht einer Elektrodenanordnung gemäß einer alternativen Ausführungsform zeigt. Da wesentliche Elemente der beiden Ausführungsformen gleich sind, werden in der nachfolgenden Beschreibung beide Ausführungsbeispiele gleichzeitig unter Verwendung gleicher Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Elemente verwendet. Bei der Beschreibung werden die Unterschiede zwischen den beiden Ausführungsformen erläutert.
Die Elektrodenanordnung 1 besteht im Wesentlichen aus einer Prozesskammereinheit 4, einer Durchführeinheit 6, einer Dichteinheit 8 und einer Vorspanneinheit 10.
Die Prozesskammereinheit 4 besteht aus einer Kontakt- und Spanneinheit 12, einem Grundelement 14, einer Quarzabdeckscheibe 16 und einem Quarzabdeckring 18. Die Kontakt- und Spanneinheit 12 besteht, wie beispielsweise in der oben genannten DE 20 2010 002 486.2 Anmeldung aus mehreren, relativ zueinander bewegbaren Kontaktelementen, die einen Aufnahmeraum für einen Silizium-Dünnstab 20 (siehe 2) bilden. Die Kontakt- und Spanneinheit 12 ist in einen entsprechenden Aufnahmeraum des Grundelements 14 einführbar, wobei sich bei der Einführung in das Grundelement 14 der Aufnahmeraum für den Silizium-Dünnstab 20 verengt, und dieser dadurch sicher eingespannt und elektrisch kontaktiert wird.
Das Grundelement 14 besitzt auch eine untere Aufnahme zum Aufnehmen einer Kontaktspitze der Durchführeinheit 6, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.
Die Quarzabdeckscheibe 16 besitzt eine Mittelöffnungen zur Durchführung der Kontaktspitze der Durchführeinheit 6, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Der Quarzabdeckring 18 ist derart bemessen, dass er einen innerhalb einer Prozesskammer eines CVD-Reaktors liegenden Bereich der Durchführeinheit wenigstens teilweise radial umgeben kann.
Die Durchführeinheit 6 besteht aus einem zylindrischen Schaftteil 24 und einem Kopfteil 26.
Das Schaftteil 24 besitzt ein oberes Ende mit einem Außengewinde, auf das das Kopfteil 26 aufschraubbar ist, wie in 2 angedeutet ist. Bei der Ausführungsform gemäß 2 besitzt das Schaftteil benachbart zu dem oberen Ende mit Außengewinde 28 einen radial vorstehenden Flansch 30, während das Schaftteil bei der Ausführungsform gemäß 1 keinen solchen Flansch 30 besitzt. Hierin ist auch der Hauptunterschied zwischen den beiden Ausführungsformen gemäß den 1 und 2 zu sehen. Der Flansch 30 bildet eine axial nach unten weisende Dichtschulter, sowie eine axial nach oben weisende Kopf-Anlagefläche 34.
Bei der Ausführungsform gemäß 1 wäre andernfalls eine axial nach oben liegende Kopf-Anlagefläche, benachbart zu dem nicht näher dargestellten Außengewinde des Schaftteils 24, vorgesehen. Jedoch keine axial nach unten weisende Dichtschulter.
Das Schaftteil 24 besitzt einen Innenhohlraum zur Aufnahme einer nicht näher dargestellten Kühleinrichtung, sowie an ihrem unteren Ende Anschlüsse 36 für eine Kühlfluidzuführung bzw. -abführung. Die Anschlüsse 36 können auch seitlich im unteren Bereich sein oder einer unten und einer seitlich. Die Kühleinrichtung kann auf den dargestellten Innenhohlraum des Schaftteils beschränkt sein, kann sich aber auch bis in das Kopfteil hinein erstrecken, wobei dann eine Abdichtung zwischen Kopf- und Schaftteil erforderlich sein könnte.
In 2 wurden die Anschlusselemente 36 und Details bezüglich der innen liegenden Kühlvorrichtung zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen.
Das Schaftteil 24 besitzt beabstandet vom oberen Anschlussende einen weiteren Außengewindebereich 38, der wie nachfolgend noch näher erläutert wird, mit der Vorspanneinheit zusammenwirkt. Der Außengewindebereich 38 ist in den 1 und 2 dadurch zu erkennen, dass das Schaftteil 24 in diesem Bereich einen etwas verringerten Umfang aufweist. Benachbart zu dem Außengewindebereich 38 besitzt das Schaffteil 24 ein unteres Ende, das einen verringerten Außenumfang bezüglich des Außengewindebereichs 38 aufweist.
Das Kopfteil 26 besitzt einen Befestigungsabschnitt 40, einen Tellerabschnitt 42 sowie eine Auflagespitze 44. Der Befestigungsabschnitt 40 ist zylindrisch ausgebildet und besitzt einen Innenhohlraum mit Innengewinde 44, das so ausgebildet ist, dass es auf das Außengewinde 28 des oberen Endes des Schaftteils 24 passt.
Der Befestigungsabschnitt besitzt einen Außendurchmesser entsprechend dem benachbarten Teil des Schaftteils, so dass diese eine im Wesentlichen fortlaufende Außenkontur bilden. Bei der Ausführungsform gemäß in 1 entspricht dies dem Hauptdurchmesser des Schaftteils 24 und bei der Ausführungsform gemäß 2 entspricht dies dem Außendurchmesser des Flanschteils 32 des Schaftteils 24.
Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass bei der Ausführungsform gemäß 1 der Befestigungsabschnitt 40 des Kopfteils 36 einen größeren Durchmesser besitzt als der benachbarte Abschnitt des Schaftteils 24. In diesem Fall würde zwischen dem Befestigungsabschnitt 40 des Kopfteils 26 und dem benachbarten Abschnitt des Schaftteils 24 eine entsprechende Stufe mit einer radial weisenden Schulter am Kopfteil gebildet werden.
Der Tellerabschnitt 42 des Kopfteils 26 besitzt einen wesentlich größeren Durchmesser als der Befestigungsabschnitt 40 und steht radial über diesen hinaus, wie in den Figuren zu erkennen ist. Hierdurch wird eine radial nach unten, d. h. zum Schaftteil hin weisende Anlageschulter 48 gebildet. Die Auflagespitze 44 erstreckt sich oberhalb des Tellerabschnitts 42 und bildet einen zentrierten, konisch zulaufenden Kegelstumpf. Auf diesen kann das Grundelement 14 der Prozesskammereinheit 4 passend aufgesetzt werden, wie in der 2 zu erkennen ist.
Bei der derzeitig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Schaftteil 24 aus Kupfer, während das Kopfteil 26 aus Silber besteht. Es können jedoch auch andere geeignete Materialien eingesetzt werden, die eine ausreichend elektrische Leitfähigkeit an der Elektrode bilden. Als Material für das Kopfteil ist ein Material zu wählen, das den Prozess innerhalb einer Prozesskammer eines CVD-Reaktors nicht beeinträchtigt.
Die Dichteinheit 8 besteht aus einer einteiligen Dichtmanschette, die bei der Ausführungsform gemäß 1 einen zylindrischen Rohrteil 50 und einen daran befestigten Ring- oder Flanschteil 52 aufweist. Der Rohrteil 50 ist derart bemessen, dass er das Schaftteil 24 und den Befestigungsabschnitt 40 des Kopfteils 26 engpassend darinnen aufnehmen kann. Der Ring- oder Flanschteil 52 besitzt einen Umfang entsprechend dem Umfang des Tellerabschnitts 42 des Kopfteils 26. Der Ring- oder Flanschteil 52 dient dazu, zwischen einer Unterseite des Tellerabschnitts 42 und einer Bodenwand eines CVD-Reaktors abzudichten. Die Dichtmanschette kann auch mehrteilig ausgebildet sein, Der Rohrteil 50 dient insbesondere auch als Isolator.
Die Dichteinheit 8 der Ausführungsform gemäß 2 ist ähnlich aufgebaut, wobei der Rohrteil 50 eine Stufe entsprechend dem Flansch 30 des Schaftteils 24 aufweist. Wiederum ist der Rohrteil so bemessen, dass er das Schaftteil 24 und den Befestigungsabschnitt 40 des Kopfteils 26 engpassend darinnen aufnehmen kann. Der Ringteil 52 erstreckt sich wiederum radial zu dem oberen Ende des Rohrteils 50 und dient als axiale Dichtfläche zwischen einer Unterseite des Tellerabschnitts 42 des Kopfteils 26 und einem Boden eines CVD-Reaktors, wie in 2 dargestellt ist. An den Ringteil 52 schließt sich noch ein axial erstreckender Rohrabschnitt 54 an, der den Tellerabschnitt 42 des Kopfteils 26 radial umgibt.
Die Vorspanneinheit 10 besteht aus einem Isolierring 60, einem ersten Federgegenlager 62, einer Tellerfeder 64, einem zweiten Federgegenlager 66, einem Stellring 68 sowie Stellschrauben 70. Der Isolierring 60 ist derart bemessen, dass er einen Endbereich des Rohrteils 50 der Dichteinheit 8 sowie das darin aufgenommene Schaftteil 24 aufnehmen kann. Er sieht eine Isolierung gegen einen Erdschluss vor. Das erste Federgegenlager 62 besitzt eine runde Scheibenform und hat eine Innenöffnung, die so bemessen ist, dass das erste Federgegenlager 62 das Schaftteil 24 geschoben werden kann.
Die Tellerfeder 64 ist ebenfalls rund ausgebildet und besitzt eine Mittelöffnung, die so bemessen ist, dass die Tellerfeder 64 auf das Schaftteil 24 aufgeschoben werden kann.
Das zweite Federgegenlager 66 besitzt wiederum eine runde Scheibenform mit einer Innenöffnung, die so bemessen ist, dass sie engpassend auf das Schaftteil 24 aufgeschoben werden kann. Dabei kann das zweite Federgegenlager 66 eine flache Scheibe, wie in 1 dargestellt, oder sie kann einen sich axial erstreckenden, umlaufenden Flansch 72 aufweisen, wie in 2 dargestellt ist. Der Flansch 72 dient als Abstandshalter zum ersten Federgegenlager 62, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.
Der Stellring 68 besitzt ein Innengewinde, das an den Außengewindebereich 38 des Schaftteils 24 angepasst ist, um darauf aufgeschraubt zu werden. Der Stellring 68 besitzt ferner eine Vielzahl von sich axial erstreckenden Gewindebohrungen zur Aufnahme der Stellschrauben 70. 2 zeigt zwei der Stellschrauben 70, wie sie in entsprechenden axial Gewindebohrungen im Stellring 68 aufgenommen sind. Vorteilhafterweise sind insgesamt wenigstens drei sich axial erstreckende Gewindebohrungen zur Aufnahme einer jeweiligen Stellschraube 70 im Stellring 68 ausgebildet. Nachfolgend wird nun der Einbau der Elektrodenanordnung 1 innerhalb eines CVD-Reaktors anhand der
2 näher erläutert. In 2 ist ein Teilbereich einer Bodenwand 80 eines CVD-Reaktors schematisch im Schnitt dargestellt. Oberhalb der Bodenwand 80 befindet sich der gegenüber der Umgebung abgedichtete Prozessraum des ansonsten nicht näher dargestellten CVD-Reaktors. Die Bodenwand 80 des CVD-Reaktors besitzt eine Durchführöffnung 82, die entsprechend den Außenabmessungen des Schaftteils 24 und des Befestigungsabschnitts 40 des Kopfteils 26 der Durchführeinheit 6 gestuft ausgebildet ist. Dabei ist die Durchführöffnung 82 so bemessen, dass sie engpassend das Rohrteil 50 der Dichteinheit 8 mit dem darin aufgenommenen Schaftteil 24 und den Befestigungsabschnitt 40 des Kopfteils 26 aufnehmen kann. Bei der Ausführungsform gemäß 1 wird die Durchführöffnung 82 keine solche Stufe aufweisen.
Zum Einbau der Elektrodenanordnung 1 in einem CVD-Reaktor wird zunächst das Kopfteil 26 fest auf das Schaftteil 24 geschraubt, um die Durchführeinheit 6 zu bilden. Anschließend wird die Durchführeinheit 6 in der Dichteinheit 8 aufgenommen. Hierzu wird das Schaftteil 24 und der Befestigungsabschnitt 40 des Kopfteils 26 in das Rohrteil 50 der Dichteinheit 8 eingeführt. Anschließend werden die so zusammengesetzten Elemente von oben, d. h. vom Prozessraum her in eine entsprechende Durchführöffnung 82 des Bodens 80 des CVD-Reaktors eingesetzt. Anschließend wird nun von unten der Distanzring 60 über das Schaftteil 24 und den unteren Abschnitt des Rohrteils 50 der Dichteinheit 8 geführt und gegen die Unterseite der Bodenwand 80 gedrückt. Anschließend wird dann in der genannten Reihenfolge das erste Federgegenlager, die Tellerfeder 64 und das zweite Federgegenlager über den nach unten vorstehenden Bereich des Schaftteils 24 aufgebracht. Abschließend wird der Stellring 68 auf den Außengewindebereich 38 des Schaftteils 24 aufgeschraubt, bis er an dem zweiten Federgegenlager anliegt. Dabei kann der Stellring 68 beispielsweise manuell oder aber auch über einen entsprechenden Schlüssel angezogen werden, um das Schaftteil 24 nach unten zu ziehen, und ggf. die Tellerfeder 64 leicht zwischen den beiden Federgegenlagern 62, und 66 vorzuspannen. Abschließend werden nun die Stellschrauben 70 durch den Stellring 68 hindurch geschraubt, so dass sie das zweite Federgegenlager zum ersten Federgegenlager hin bewegen, und somit die Tellerfeder 64 weiter vorspannen. Dabei werden die Stellschrauben 70 so weit eingeschraubt, dass der Flansch 72 des zweiten Federgegenlagers gegen eine Unterseite des ersten Federgegenlagers zum Anliegen kommt. Hierdurch wird die Tellerfeder 64 auf eine bestimmte Weise vorgespannt. Durch diese Vorspannung wird die Anlageschulter 48 des Tellerabschnitts 42 in definierter Weise gegen den Ringteil 52 der Dichteinheit 8 gezogen, die zu diesem Zeitpunkt auf einer Oberseite der Bodenwand 80 des CVD-Reaktors aufliegt. Hierdurch wird der Innenraum des CVD-Reaktors gegenüber der Umgebung zuverlässig abgedichtet. Selbst wenn der Ringteil 52 durch Fließeigenschaften der Dichteinheit dünner wird, so bleibt diese Vorspannung wenigstens über einen bestimmten Hubbereich der Tellerfeder 64 hinweg aufrechterhalten. Die Elektrodenanordnung kann daher über einen längeren Zeitraum eine sichere Abdichtung des Prozessraums im Bereich der Durchführöffnung 82 vorsehen.
Bei der Ausführungsform gemäß 1 ist nur eine axiale Abdichtung zwischen der Anlageschulter 48 des Tellerabschnitts 42 und einer Bodenwand 80 des CVD-Reaktors vorgesehen. Bei der Ausführungsform gemäß 2 ist eine zusätzliche axiale Abdichtung in dem Bereich der Dichtschulter 42 und der Stufe innerhalb der Durchführöffnung 82 in der Bodenwand 80 vorgesehen, wie der Fachmann in 2 erkennt.
Abschließend kann dann der Quarzabdeckring 18 und die Quarzabdeckscheibe über den Tellerabschnitt 42 im Prozessraum des CVD-Reaktors platziert werden. Anschließend wird das Grundelement 14 auf die Auflagespitze 44 des Kopfteils 26 aufgesetzt und als letzter Schritt kann dann die Kontakt- und Spanneinheit mit einem darin aufgenommenen Silizium-Dünnstab in das Grundelement 14 eingesetzt werden. Hierbei wird wie in der DE 20 2010 002 486.2 beschrieben, der Silizium-Dünnstab 20 fest eingeklemmt und elektrisch kontaktiert.
Die Erfindung wurde zuvor anhand bevorzugter Ausführungsformen einer Elektrodenanordnung 1 näher erläutert, ohne auf den konkreten Aufbau derselben beschränkt zu sein. Insbesondere kann die Prozesskammereinheit 4 vollkommen weggelassen oder auch anders aufgebaut sein. Auch kann die Vorspanneinheit anders aufgebaut sein, so könnte sie beispielsweise in einer einfachsten Ausführungsform ein elastisches Element und beispielsweise nur den Stellring 68 aufweisen, der auf das Schaftteil 24 aufgeschraubt werden kann. Als Federgegenlager könnten in einem solchen Fall eine Unterseite der Bodenwand 80 des CVD-Reaktors einerseits und der Stellring 68 andererseits dienen. Als elastisches Element könnte auch hier eine Tellerfeder vorgesehen sein, oder beispielsweise auch eine ringförmige Anordnung von Druckfedern, die ringförmig um das Schaftteil 24 herum angeordnet werden können.
3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer alternativen Elektrodenanordnung, wie sie im Boden eines Konverters eingebaut ist. Dabei gleicht die Elektrodenanordnung in 3 im Wesentlichen der in 2, und daher werden Nachfolgend nur die unterschiede zu 2 beschrieben. Ein Hauptunterschied liegt in der nicht näher dargestellten Prozesskammer, die wie gesagt als Konverter ausgebildet ist. Daher ist statt des Silizium-Dünnstabes auch ein Graphitstab 90 vorgesehen, der direkt auf die Auflagespitze 44 des Kopfteils 26 aufgesetzt werden kann, wie in 3 gezeigt. Ferner ist auch der Quartz-Abdeckring 18 höher ausgebildet und besitzt primär die Funktion einer Isolierung gegenüber einem Erdschluss vorzusehen. Ansonsten ist der Aufbau der Anordnung gleich zu der in 2 gezeigten. Natürlich könnte auch die Elektrodenanordnung 1 gemäß 1 entsprechend in einem Konverter eingesetzt werden. Die Elektrodenanordnung 1 kann sowohl für CVD-Reaktoren als auch für Konverter mit großem Vorteil eingesetzt werden.
Dem Fachmann werden sich im Detail viele alternative Ausführungsformen ergeben, die durch die nachfolgenden Ansprüche abgedeckt sein sollen. Das Kopfteil wurde als ein homogenes Vollmaterial aus Silber beschrieben, kann aber auch aus einem anderen gut leitenden Material bestehen, dass die Prozesse innerhalb des CVD-Reaktors/Konverters nicht beeinträchtigt. Auch muss das Kopfteil nicht notwendigerweise voll homogen aus dem anderen Material bestehen, da auch Materialkombinationen für das Kopfteil denkbar sind. Wichtig ist, dass der Bereich des Kopfteils, der gegenüber der Prozesskammer des CVD-Reaktors/Konverters frei liegt dauerhaft keine Prozesse in der Prozesskammer beeinträchtig. Insbesondere sind Kombinationen aus einem elektrischen Leiter und einem Isolator, wie zum Beispiel ein mit PTFE beschichtetes Kopfteil aus Silber denkbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202010002486 [0003, 0027, 0050]

Claims

Elektrodenanordnung zum Einsatz in einem CVD-Reaktor/Konverter, wobei die Elektrodenanordnung ein Schaftteil aus einem ersten, elektrisch leitenden Material und ein Kopfteil aus einem zweiten, elektrisch leitenden Material aufweist, wobei das Kopfteil vollständig aus dem zweiten elektrisch leitenden Material besteht, das sich von dem ersten Material unterscheidet und Prozesse innerhalb des CVD Reaktors/Konverters nicht negativ beeinflusst, und wobei das Kopfteil lösbar in einer elektrisch leitenden Beziehung an einem ersten Ende des Schaftteils befestigt ist.
Elektrodenanordnung zum Einsatz in einem CVD-Reaktor/Konverter, die folgendes aufweist: ein Schaftteil aus elektrisch leitendem Material; ein Kopfteil aus elektrisch leitendem Material, das elektrisch leitend mit dem Schaftteil verbunden ist und eine axial in Richtung zum Schaftteil weisende Dichtfläche aufweist; und eine Vorspanneinheit, mit wenigstens einem elastischen Element und einer Stelleinheit, die mit dem Schaftteil koppelbar ist, wobei die Stelleinheit Stellmittel aufweist, die geeignet sind das elastische Element derart zwischen zwei Gegenlagern zusammenzudrücken, dass eine Rückstellkraft des elastischen Elements in Axialrichtung des Schaftteils wirkt, um die axial weisende Dichtfläche am Kopfteil gegen eine Gegendichtfläche vorzuspannen.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Schaftteil aus einem ersten, elektrisch leitenden Material und das Kopfteil aus einem zweiten, elektrisch leitenden Material besteht, wobei das Kopfteil vollständig oder teilweise aus dem zweiten elektrisch leitenden Material besteht, das sich von dem ersten Material unterscheidet und Prozesse innerhalb des CVD Reaktors/Konverters nicht negativ beeinflusst, und wobei das Kopfteil lösbar in einer elektrisch leitenden Beziehung an einem ersten Ende des Schaftteils befestigt ist.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopfteil und/oder das Schaftteil eine axial weisende Dichtfläche aufweist.
Elektrodenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopfteil einen Befestigungsabschnitt benachbart zum ersten Ende des Schaftteils und einen hierzu beabstandeten Tellerabschnitt aufweist, der einen größeren Durchmesser besitzt als der Befestigungsabschnitt, um eine axial in Richtung zum Schaftteil weisende Dichtfläche zu bilden.
Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5 gekennzeichnet durch eine Dichteinheit mit wenigstens einem Ringteil zur Anordnung zwischen der axial weisenden Dichtfläche am Kopf- und/oder Schaftteil und einem Wandteil des CVD-Reaktors/Konverters.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichteinheit einen Rohrteil aufweist, der so bemessen ist, dass er wenigstens einen Abschnitt des Schaftteils und/oder des Kopfteils radial umgibt, wobei der Rohrteil und der Ringteil einteilig ausgebildet sind.
Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, gekennzeichnet durch eine Vorspanneinheit, die wenigstens ein elastisches Element und eine Stelleinheit aufweist, die mit dem Schaftteil koppelbar ist, wobei die Stelleinheit Stellmittel aufweist, die geeignet sind das elastische Element derart zwischen zwei Gegenlagern zusammenzudrücken, dass eine Rückstellkraft des elastischen Elements in Axialrichtung des Schaftteils wirkt, um die axial weisende Dichtfläche am Kopf- und/oder Schaftteil gegen eine Gegendichtfläche vorzuspannen.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens ein elastisches Element eine das Schaftteil umgebende Tellerfeder oder eine Ringförmige Anordnung von Druckfedern ist, die um das Schaftteil herum angeordnet ist.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit einen Stellring mit einem Innengewinde aufweist, der auf ein Außengewinde des Schaftteils aufschraubbar ist.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch wenigstens drei sich in Axialrichtung durch den Stellring erstreckende Stellschrauben.
Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinheit wenigstens eines der Gegenlager aufweist, wobei das wenigstens eine Gegenlager einen zum anderen Gegenlager weisenden Abstandshalter aufweist, um die Bewegung der Gegenlager zueinander zu begrenzen.
Elektrodenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopfteil und das Schaftteil über eine Schraubverbindung aneinander befestigt sind.
CVD-Reaktor/Konverter mit einer einen Prozessraum definierenden Prozesskammer, die in Ihrem Boden wenigstens eine Durchführöffnung aufweist, in der eine Elektrodenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche derart aufgenommen ist, dass das Kopfteil wenigstens teilweise im Prozessraum aufgenommen ist, das Schaftteil wenigstens teilweise in der Durchführöffnung aufgenommen ist und außerhalb des Prozessraums liegt.
CVD-Reaktor/Konverter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführöffnung derart gestuft ist, dass sie direkt angrenzend zum Prozessraum einen ersten Abschnitt definiert, der einen größeren Durchmesser besitzt als ein direkt hierzu benachbarter zweiter Abschnitt, wobei das Kopfteil wenigstens teilweise in dem ersten Abschnitt der Durchführöffnung aufgenommen ist.
CVD-Reaktor/Konverter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt der Durchführöffnung eine axial weisende Schulter gebildet wird, an der das Kopf- oder Schaftteil dichtend anliegt.