DE19719133A1 - Glocke aus Quarzglas und Verfahren für ihre Herstellung - Google Patents

Glocke aus Quarzglas und Verfahren für ihre Herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Quarzglas-Glocke für eine Reaktorkammer, insbesondere für die Reaktorkammer einer Plasma-Ätzvorrichtung, deren Innenoberfläche mindestens in einem Ab­ scheidungsbereich eine mittlere Rauhtiefe Ra von mehr als 2 µm aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Quarzglas-Glocke für eine Reaktorkammer, ins­ besondere für die Reaktorkammer einer Plasma-Ätzvorrichtung, umfassend die Verfahrens­ schritte: a) Formen eines Rohlings aus SiO2-haltiger Körnung und b) teilweises oder vollständi­ ges Verglasen des Rohlings durch Erhitzen auf eine Temperatur oberhalb von 1000°C.
Quarzglas-Glocken der angegebenen Gattung werden beispielsweise in Plasma-Ätzvorrichtun­ gen verwendet, die für das Ätzen von Halbleiterscheiben eingesetzt werden. Die Oberfläche von Halbleiterscheiben ist nach einer chemischen Vorreinigung üblicherweise mit dielektri­ schen Schichten, wie Oxid- oder Nitridschichten, oder elektrisch leitenden Schichten, wie Sili­ zid- oder Polysiliziumschichten, belegt. Zur Herstellung einer freien Siliziumoberfläche werden diese Schichten mittels eines Plasmaprozesses abgetragen. Dabei schlagen sich die abgetra­ genen Materialien wiederum als Schichten auf den Innenwandungen der Reaktorkammer nie­ der. Ab einer gewissen Schichtdicke platzen diese Schichten ab und führen so zu Partikelpro­ blemen. Um dies zu verhindern, werden die entsprechenden Oberflächen von Zeit zu Zeit ge­ reinigt. Das Reinigen der Oberflächen ist zeit- und kostenaufwendig. Um den Aufwand zu ver­ ringern, sind möglichst lange Zeitintervalle zwischen den Reinigungsschritten erwünscht.
Es ist bekannt, daß aufgerauhte Oberflächen dickere Schichten halten können. Zum Aufrau­ hen der Innenoberflächen von Quarzglas-Glocken werden üblicherweise Sandstrahlverfahren eingesetzt. Üblicherweise wird eine mittlere Rauhigkeit von wenigstens 1 µm erwünscht. Der Wert für die mittlere Rauhtiefe Ra wird entsprechend DIN 4768 ermittelt.
Durch das Sandstrahlen werden auf der Quarzglas-Oberfläche zwar Strukturen erzeugt, die ei­ nerseits zu einer festeren Haftung von Schichten beitragen, andererseits werden dadurch aber auch von der Oberfläche ausgehende Risse erzeugt, die wiederum zu einem Abblättern der Schichten führen. Dies führt zu Partikelproblemen im Reaktorraum. Darüberhinaus erweist sich eine homogene Bearbeitung der gesamten Innenoberfläche einer Quarzglas-Glocke und die Einhaltung exakter Dimensionen beim Sandstrahlen als problematisch. Durch mehrmaliges Sandstrahlen verändert sich die Rauhigkeit der Innenoberfläche. Dies kann die weitere Brauchbarkeit der Glocke und damit deren Lebensdauer beeinträchtigen.
Für die Herstellung einer Vorform für die Quarzglas-Glocke einer Reaktionskammer kann die Einstreutechnik eingesetzt werden, wie sie für die Herstellung von Tiegeln aus Quarzglas ver­ wendet wird. Ein Verfahren zur Herstellung einer Glocke aus Quarzglas für die Reaktorkammer einer CVD-Beschichtungsanlage ist in der EP-A2 715 342 beschrieben. Zunächst wird in eine metallische Schmelzform kristallines oder amorphes SiO2-Pulver eingefüllt und dieses unter Rotation der Schmelzform um ihre vertikale Achse zu einer körnigen Außenschicht mit einer Schichtdick von etwa 20 mm geformt. Die Außenschicht wird anschließend mittels eines Licht­ bogens von innen erhitzt und aufgeschmolzen bzw. gesintert. Die Innenoberfläche des so her­ gestellten Quarzglas-Rohlings ist dicht und glatt. Zur Aufrauhung ist das oben angegebene Sandstrahlverfahren geeignet. Durch Anschmelzen eines Flansches an die Vorform wird die Quarzglas-Glocke fertiggestellt.
Das bekannte Verfahren ist besonders empfindlich in Bezug auf die Homogenität des Tempe­ raturfeldes während des Einstreuens der Körnung und während des Verglasens. Davon hängt die Rauhigkeit der Innenoberfläche nach dem Sandstrahlen ab. Die reproduzierbare Einhal­ tung der Rauhigkeit erfordert einen hohen Aufwand.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Quarzglas-Glocke für die Reaktorkammer ei­ ner Plasma-Ätzvorrichtung anzugeben, die möglichst keine Partikel in der Reaktorkammer er­ zeugt, und die sich durch hohe Haftfestigkeit für Materialschichten und eine besonders lange Lebensdauer auszeichnet. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur Herstellung einer derartigen Quarzglas-Glocke bereitzustellen, das die reprodu­ zierbare Einstellung einer vorgegebenen Oberflächenrauhigkeit ermöglicht.
Hinsichtlich der Quarzglas-Glocke wird diese Aufgabe ausgehend von der eingangs genann­ ten Glocke erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Abscheidungsbereich eine porenhaltige Blasenschicht vorgesehen ist, die offene Poren aufweist.
Der Abscheidungsbereich umfaßt denjenigen Teil der Innenoberfläche der Quarzglas-Glocke, auf dem ein Abscheiden von Materialschichten während des bestimmungsgemäßen Einsatzes der Glocke erwartet wird. Er kann auch die gesamte Innenoberfläche der Quarzglas-Glocke umfassen. Die Blasenschicht umfaßt den ganzen Abscheidungsbereich oder einen Teil davon.
Die offenen Poren im Abscheidungsbereich führen zu einer besonders geeigneten Art der Oberflächenrauhigkeit, im Hinblick auf eine feste Haftung darauf abgeschiedener Material­ schichten. Die offenen Poren bilden im Abscheidungsbereich eine Oberflächen-Mikrostruktur, die sich durch eine Vielzahl von Haftstellen und Angriffspunkten für darauf abgeschiedene Schichten auszeichnet. Darüberhinaus trägt die Porenstruktur zu einer günstigen Spannungs­ verteilung zwischen dem Quarzglas und dem Schichtmaterial bei, indem eine dreidimensionale Verteilung der entstehenden Spannungen gewährleistet wird. Aufgrund der offenen Poren wird eine besonders hohe Haftfestigkeit für Materialschichten erreicht, die es erlaubt, ohne Gefahr von Abplatzungen, ein Abscheiden besonders dicker Materialschichten auf der Innenoberflä­ che der Quarzglas-Glocke zuzulassen. Die Zeitintervalle für die Reinigung können daher ver­ längert werden, was die Lebensdauer der Quarzglas-Glocke verlängert.
Dazu trägt auch bei, daß im Abscheidungsbereich eine porenhaltige Blasenschicht vorgese­ hen ist. Außer den offenen Poren im oberflächennahen Bereich enthält die Blasenschicht auch Poren, die nicht unmittelbar an der Innenoberfläche enden. Diese Poren können geschlossen sein. Durch einen Abtrag oberflächennaher Bereiche der Blasenschicht, beispielsweise wäh­ rend des bestimmungsgemäßen Einsatzes der Quarzglas-Glocke in einer Ätzanlage oder auch beim Entfernen darauf abgeschiedener Materialschichten durch Ätzen oder durch Sandstrah­ len, werden diese tieferliegenden Poren zu offenen, unmittelbar an der Oberfläche endenden Poren. Die durch die offene Porosität charakterisierte Oberflächen-Mikrostruktur ändert sich daher auch bei einem Abtrag oberflächennaher Schichten nicht oder nur unwesentlich, solan­ ge die Blasenschicht nicht abgetragen ist. Dies trägt zu einer zeitlich konstanten Rauhigkeit der Innenoberfläche und damit zu einer langen Lebensdauer der Quarzglas-Glocke bei. Übli­ cherweise macht die Blasenschicht nur einen Teil der Wandstärke der Quarzglas-Glocke im Abscheidungsbereich aus.
Vorteilhafterweise beträgt die Dicke der porenhaltigen Blasenschicht im Bereich von 0.5 mm bis 5 mm, wobei sie in porenfreies oder porenarmes Quarzglas eingebettet ist. Die porenhaltige Blasenschicht zeichnet sich durch eine große spezifische Oberfläche aus. Diese kann relativ leicht abgesputtert werden, so daß die laterale Ausdehnung der Blasenschicht auf das Erforderliche beschränkt wird. Eine Blasenschicht wird dabei nur in demjenigen Bereich der Innenoberfläche vorgesehen, in dem während des Einsatzes der Glocke die stärkste Ab­ scheidung zu erwarten ist. Im übrigen ist die Innenoberfläche porenfrei oder porenarm. Als po­ renarm wird ein Quarzglas bezeichnet, bei dem die Blasenhäufigkeit maximal 0.003 pro cm⁻3 Quarzglas beträgt, wobei Blasen mit einem mittleren Durchmesser von weniger als 10 µm au­ ßer Betracht gelassen werden.
Darüberhinaus werden durch die Einbettung der Blasenschicht porenfreies oder porenarmes Quarzglas freie Schichtränder vermieden. Derartige freie Schichtränder könnten die Haftfestig­ keit für abgeschiedene Materialschichten vermindern und sie stellen eine Verunreinigungs­ quelle dar. Die seitlichen Ränder der Blasenschicht können kontinuierlich in Bereiche aus po­ renfreiem oder porenarmem Quarzglas übergehen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Quarzglas-Glocke wird die Innenoberfläche in einem Abtragungsbereich aus einer Transparentschicht aus hoch­ reinem Quarzglas gebildet. Denn in Abhängigkeit von der Stärke und Position eines Plasmas in der Reaktorkammer kann es zu Abtragungen der Innenoberfläche der Quarzglas-Glocke in einem Abtragungsbereich kommen. Aufgrund von im Quarzglas enthaltenen Verunreinigungen kann ein Abtrag zu Verunreinigungen des Reaktorinnenraumes führen. Gemäß der Erfindung ist im Abtragungsbereich eine Transparentschicht aus hochreinem Quarzglas vorgesehen. Die Transparentschicht ist porenfrei und transparent; sie besteht aus vollständig verglastem Quarzglas. Sie zeichnet sich durch eine kleine spezifische Oberfläche aus, was einen Abtrag behindert. Darüberhinaus gewährleistet das hochreine Quarzglas, daß möglichst wenig Verun­ reigungen in die Reaktorkammer abgegeben werden. Unter einem hochreinen Quarzglas wird insbesondere ein synthetisch hergestelltes Quarzglas verstanden. Dieses ist relativ teuer; da­ durch, daß die Transparentschicht aber nur einen Teil der Innenoberfläche bildet, können die Herstellungskosten gering gehalten werden.
Dies trifft insbesondere zu, für eine Transparentschicht mit einer Dicke im Bereich von 0.5 mm bis 5 mm, die in Quarzglas geringerer Reinheit eingebettet ist. Die Transparentschicht bedeckt Quarzglas geringerer Reinheit und gleichzeitig geht sie an ihren Rändern in Bereiche aus Quarzglas geringerer Reinheit über. Freie Ränder und die damit einhergehenden Nachteile, wie sie weiter oben erläutert sind, werden vermieden.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Quarzglas-Glocke besteht darin, daß unter­ schiedlich beanspruchte Bereiche der Innenoberfläche, nämlich der Abscheidungsbereich ei­ nerseits und der Abtragungsbereich andererseits, in ihren chemischen oder morphologischen Eigenschaften an die jeweiligen Beanspruchungen angepaßt sind.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Blasenschicht auf einem Substratkörper aus opakem Quarzglas auszubilden. Der Substratkörper weist üblicherweise Glockenform auf. Der opake Substratkörper kann einfach durch Wärmestrahlung auf höherer Temperatur gehal­ ten werden, da opakes Quarzglas Wärmestrahlung in gewissem Maße absorbiert. Ein Halten auf höherer Temperatur ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn durch Aufheizen und Abküh­ len des Quarzglasglocke Partikel gebildet oder gelöst würden.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die oben angegebene Aufgabe ausgehend von den eingangs erläuterten Verfahrensschritten a) und b) erfindungsgemäß dadurch gelöst,
c) daß beim Formen der Innenoberfläche des Rohlings in einem Abscheidungsbereich eine beim Verglasen unter Freisetzung eines Gases reagierende Zusatzkomponente einge­ setzt wird, und
d) daß durch die Freisetzung des Gases beim Verglasen des Rohlings im Abscheidungsbe­ reich eine porenhaltige Blasenschicht erzeugt wird.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird der SiO2-haltigen Körnung beim Formen der In­ nenoberfläche des Rohlings im Abscheidungsbereich eine Zusatzkomponente zugegeben, die beim Verglasen der Körnung unter Bildung der Blasenschicht Gase erzeugt. Durch das Ver­ fahren wird die Innenoberfläche im Abscheidungsbereich gezielt verändert. Dicke und Ausdeh­ nung der Blasenschicht werden durch die Menge und die lokale Verteilung der Zusatzkompo­ nente bestimmt. Es ist üblicherweise nicht erwünscht, daß die Blasenschicht über die gesamte Wandstärke der fertigen Glocke reicht.
Die gezielte lokale Verteilung der Zusatzkomponente bei der sogenannten Einstreutechnik stellt für den Fachmann kein Problem dar. Üblicherweise wird hierzu die mit der Zusatzkompo­ nente versehene SiO2-Körnung beim Einstreuen in die Form mittels eines Lichtbogens er­ weicht und gleichzeitig aufgrund der vom Lichtbogen erzeugten Gasströmung in Richtung auf die Innenwand der Form geschleudert, wo sie dann haften bleibt.
Die Art und Weise der Zugabe der Zusatzkomponente zu der SiO2-Körnung spielt für die Erfin­ dung keine Rolle. Sie kann beispielsweise zugemischt oder zudotiert werden. Es ist auch möglich, mit der Zusatzkomponente getränkte oder beschichtete SiO2-Körnung einzusetzen. Wesentlich ist, daß die Zusatzkomponente bei den üblichen Verglasungstemperaturen, die zwischen 1500°C und 2000°C liegen, Gas abgibt. Das Gas kann sich beispielsweise auf­ grund Zersetzung der Zusatzkomponente oder durch chemische Reaktion bilden. Durch die Gasbildung wird die beim Verglasen weiche Innenoberfläche im Abscheidungsbereich blasig.
Das Ausmaß der Blasigkeit hängt von der freigesetzten Gasmenge und von der Viskosität des Quarzglases beim Verglasen ab. Sie läßt sich durch die Art und Menge der Zusatzkomponente und durch die Verglasungstemperatur reproduzierbar einstellen. Da die Blasigkeit der Blasen­ schicht die spätere Rauhigkeit der Innenoberfläche im Abscheidungsbereich wesentlich be­ stimmt, läßt sich auch diese leicht reproduzierbar einstellen und einhalten.
Nach dem Verglasen der Innenoberfläche kann die Oberfläche der Blasenschicht glatt sein. Das heißt, sie weist geschlossene, aber keine oder nur wenig offene Poren auf. Eine weitere Bearbeitung der Innenoberfläche mit dem Ziel, den Abscheidungsbereich aufzurauhen ist aber nicht unbedingt erforderlich. Denn beim späteren Einsatz der Quarzglas-Glocke wird die In­ nenoberfläche häufig zwangsläufig abgetragen, sei es bei der Reinigung der Glocke oder wäh­ rend ihres bestimmungsgemäßen Einsatzes, wodurch geschlossene Poren der Blasenschicht geöffnet werden und sich die gewünschte Oberflächenrauhigkeit einstellt. Eine geschlossene, glatte Blasenschicht hat den Vorteil, daß sie nicht so leicht verunreinigt wird, beispielsweise beim Transport der Glocke bzw. der Vorform dafür, und sich auch leichter reinigen läßt.
Üblicherwiese wird die gewünschte Oberflächenrauhigkeit bereits werkseitig hergestellt. Gege­ benenfalls werden zum Aufrauhen oberflächennahe Poren der Blasenschicht geöffnet. Zum Öffnen der Poren wird die Blasenschicht oberflächlich abgetragen. Hierfür sind die bekannten Maßnahmen, wie Schleifen, Sandstrahlen oder Ätzen geeignet. Die Rauhigkeit der Oberfläche hängt danach in erster Linie von Porenverteilung und der Porengröße ab. Diese ergibt sich aufgrund der Blasigkeit der Blasenschicht, die, wie oben dargelegt, nach Bedarf und reprodu­ zierbar eingestellt werden kann. Die dabei abzutragende Schichtdicke ist gering, so daß, ins­ besondere beim Öffnen der Poren durch Ätzen, die dadurch erzeugte Rauhigkeit der In­ nenoberfläche im Abscheidungsbereich nicht mit einer Schädigung der Innenoberfläche ein­ hergeht. Es wird eine rauhe, aber unbeschädigte Innenoberfläche mit großem Haftvermögen erzeugt, die nicht zu Partikelproblemen beiträgt. Die eingangs beschriebenen Nachteile der sandgestrahlten Innenoberfläche werden dadurch vermieden.
Besonders bevorzugt wird aber eine Verfahrensweise, bei der das Öffnen der Poren durch Ät­ zen erfolgt. Beschädigungen der Innenoberfläche werden dabei vermieden.
Alternativ dazu kann das Öffnen der Poren aber auch vorteilhaft durch Sandstrahlen erfolgen, wobei Quarzglaskörnung eingesetzt wird. Quarzglaskörnung ist im Vergleich zu den üblicher­ weise verwendeten Sandstrahl-Körnungen, wie beispielsweise SiC, relativ weich. Daher wird die Innenoberfläche nur wenig in Mitleidenschaft gezogen. Die Verwendung der weicheren Körnung wird ermöglicht, weil mit dem Sandstrahlen nicht die Rauhigkeit der Oberfläche er­ zeugt werden soll, was einen relativ starken Abtrag erfordern würde, sondern lediglich die Po­ ren der Blasenschicht geöffnet werden, wozu ein geringer Abtrag ausreicht.
Als besonders vorteilhaft hat sich der Einsatz von Si3N4 als Zusatzkomponente erwiesen. Si3N4 ist beim Verglasen der SiO2-Körnung in sauerstoffhaltiger Atmosphäre unter Bildung stickstoff­ haltiger Gase und SiO2 oxidierbar. Halbleitergifte, die die Brauchbarkeit der Quarzglas-Glocke einschränken würden, entstehen dabei nicht. Auch das im Quarzglas enthaltene Si3N4 selbst ist in dieser Hinsicht unbedenklich.
Bei einer besonders bevorzugten Verfahrensweise wird beim Formen der Innenoberfläche des Rohlings nach Verfahrensschritt a) in einem Abtragungsbereich hochreine SiO2-Körnung ein­ gesetzt, die beim Verglasen nach Verfahrensschritt b) zu einer Transparentschicht verglast wird. Betreffend die Wirkung und Anordnung des Abtragungsbereiches wird auf die obenste­ henden Erläuterungen verwiesen.
Hochreine Quarzglas-Körnung wird nur im Abtragungsbereich eingesetzt; im übrigen kann preiswertere Körnung verwendet werden. Unter einen hochreinen SiO2-Körnung wird insbe­ sondere eine Körnung aus synthetisch hergestelltem SiO2 verstanden.
Durch Ausbilden eines Flansches und gegebenenfalls durch Aufrauhen im Abscheidungsbe­ reich wird die Quarzglas-Glocke fertiggestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es so­ mit, verschiedene Bereiche der Innenoberfläche der Quarzglas-Glocke hinsichtlich ihrer chemi­ schen Zusammensetzung und ihrer Morphologie unterschiedlich zu gestalten und im Hinblick auf die jeweiligen Beanspruchungen und Funktionen zu optimieren.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und einer Patentzeich­ nung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen im einzelnen:
Fig. 1 einen Querschnitt einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Quarzglas-Glocke in schematischer Darstellung
Fig. 2 ebenfalls in schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Quarzglas-Glocke anhand eines Ausschnittes, und
Fig. 3 eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Blasenschicht.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Quarzglas-Glocke aus einem kuppelförmigen Basiskör­ per 1 dargestellt, wobei die Kuppeldecke mit der Bezugsziffer 2 und die Seitenwand mit der Bezugsziffer 3 gekennzeichnet ist. Der Übergang zwischen Kuppeldecke 2 und Seitenwand 3 ist fließend. Der freie Rand des Basiskörpers 1 ist mit einem Flansch 4 versehen. Basiskörper 1 und Flansch 4 bestehen aus opakem Quarzglas, das aus natürlich vorkommenden Quarz­ rohstoffen erschmolzen ist.
Die Innenoberfläche des Basiskörpers 1 wird von einer porenhaltigen Schicht, die im folgen­ den als HMBL-Schicht 5 (high micro bubble layer) bezeichnet wird, und von einer transparen­ ten Quarzglasschicht 6 gebildet. Die HMBL-Schicht 5 bedeckt die gesamte Kuppeldecke 2 und auch den größten Teil der Seitenwand 3. Im unteren Teil der Seitenwand 3 geht die HMBL-Schicht 5 in die Quarzglasschicht 6 über. Beide Schichten 5; 6 sind ca. 4 mm dick.
Die Oberflächenstruktur der HMBL-Schicht 5 ist aus der rasterelektronenmikroskopischen Auf­ nahme von Fig. 3 ersichtlich. Die HMBL-Schicht 5 enthält eine Vielzahl von offenen Mikropo­ ren 31 mit einem Porendurchmesser von weniger als 100 µm. Der Mittelwert liegt bei ca. 50 µm. Die Häufigkeit pro Flächeneinheit von relativ großen offenen Mikroporen 31 mit einem Durchmesser von ca. 10 µm und mehr liegt bei ca. 50 pro mm2. Die Mikroporen 31 bilden Haft­ punkte für darauf abgeschiedene Materialschichten und sie tragen zur Rauhigkeit der In­ nenoberfläche bei. Zusätzlich ist die in Fig. 3 dargestellte Oberfläche durch Sandstrahlen un­ ter Verwendung von Quarzglaskörnung aufgerauht und anschließend zum Entfernen anhaf­ tender Partikel kurz geätzt worden. Der Wert für die mittlere Oberflächenrauhigkeit Ra, gemes­ sen nach DIN 4768, beträgt 11 µm.
Die Oberfläche gewährleistet eine feste Haftung von darauf abgeschiedenen Schichten. Parti­ kelprobleme aufgrund geschädigter oberflächennaher Schichten wurden nicht beobachtet. Mit der dargestellten Oberflächenstruktur wurde eine Steigerung der abscheidbaren Schichtdicke um 40% erreicht. Konkret konnte eine feste Haftung 180 µm dicker Materialschichten erreicht werden, während bisher die maximale Schichtdicke bei ca. 125 µm lag.
Auf der HMBL-Schicht 5 haften Materialschichten somit sehr gut. Da sich die HMBL-Schicht 5 bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform, abgesehen vom unteren Teil der Seitenwand, über die gesamte Innenoberfläche der Glocke erstreckt, ist die dargestellte Quarzglas-Glocke besonders gut für solche Anwendungen geeignet, bei denen es zu Abscheidungen von Materi­ alschichten im gesamten Innenraum der Reaktionskammer kommt. Dies ist beispielsweise bei CVD-Beschichtungsanlagen der Fall.
Die schematischen Darstellung von Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Quarzglas-Glocke in einer Seitenansicht. Die Quarzglas-Glocke ist rotations­ symmetrisch, wobei in Fig. 2 nur der Ausschnitt bis zur Rotationsachse dargestellt ist.
Der Basiskörper 7 weist eine Seitenwand 8 auf, die in eine Kuppeldecke 9 übergeht. Der freie Rand des Basiskörpers 7 ist mit einem Flansch 10 versehen, dessen Innendurchmesser ca. 40 cm beträgt. Basiskörper 7 und Flansch 10 bestehen aus opakem Quarzglas, das aus natürlich vorkommenden Quarzrohstoffen erschmolzen ist.
Die Innenseite des Basiskörpers 7 ist im Bereich der Kuppeldecke 9 mit einer HMBL-Schicht 11 versehen, die eine Dicke von ca. 2 mm und - bei einer Projektion auf die Flanschebene 15 - einen Durchmesser von ca. 30 cm aufweist. Die Morphologie der HMBL-Schicht 11 entspricht der in Fig. 3 gezeigten Oberflächenstruktur.
Die HMBL-Schicht 11 ist umgeben von einer in der Projektion auf die Flanschebene 15 ringför­ migen Schicht, die nachfolgend als TH-Schicht 13 bezeichnet wird. Die TH-Schicht 13 besteht aus hochreinem, synthetischem, transparentem Quarzglas und sie weist eine Schichtdicke von ebenfalls etwa 2 mm auf. Die Breite der TH-Schicht beträgt etwa 10 cm.
Die TH-Schicht 13 geht wiederum in eine weitere Quarzglas-Schicht 14 über, die sich von der TH-Schicht 13 bis zum unteren Rand der Quarzglas-Glocke erstreckt.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Quarzglas-Glocke überdeckt die HMBL-Schicht 11 einen Abscheidungsbereich, in dem während des bestim­ mungsgemäßen Einsatzes der Glocke Materialabscheidungen erwartet werden. Die TH-Schicht 13 hingegen überdeckt einen Abtragungsbereich der Quarzglas-Glocke, in dem wäh­ rend der Einsatzes Wandmaterial der Glocke abgetragen wird. Da die TH-Schicht 13 aus hochreinem, synthetischem Quarzglas besteht, sind derartige Abtragungen im Hinblick auf Verunreinigungen des Reaktorraumes unkritisch.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Quarzglas-Glocke ist da­ her besonders gut für solche Anwendungen geeignet, bei denen es gleichzeitig zu Abschei­ dungen von Materialschichten in einem Abscheidungsbereich, und zu Abtragungen in einem, räumlich davon getrennten Abtragungsbereich der Quarzglas-Glocke kommt. Dies ist bei­ spielsweise bei Plasma-Ätzanlagen für die Reinigung von Halbleiterscheiben der Fall.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung der in Fig. 2 dar­ gestellten Quarzglas-Glocke beschrieben:
Es wird eine Vorform für die Quarzglas-Glocke mittels der bekannten Einstreutechnik herge­ stellt. Hierzu wird zunächst in eine metallische Schmelzform Quarzsand eingefüllt und dieses unter Rotation der Schmelzform um ihre vertikale Achse zu einer körnigen Außenschicht mit einer Schichtdicke von etwa 20 mm geformt. Die so hergestellte Außenschicht wird anschlie­ ßend mittels eines Lichtbogens von innen erhitzt und dabei zu opakem Quarzglas gesintert.
Beim Sintern der Außenschicht im Bereich der Kuppeldecke 9 wird in die Schmelzform Quarz­ sand eingestreut, dem 0,08 Gew.-% Si3N4 beigemischt sind. Durch die vom Lichtbogen er­ zeugte Gasströmung wird das Pulvergemisch in Richtung der Kuppeldecke 9 geschleudert und schmilzt dabei unter Bildung der HMBL-Schicht 11 auf. Durch die Reaktion von Si3N4 mit Sau­ erstoff und der damit einhergehenden Freisetzung von Gasen bilden sich gleichzeitig die Mi­ kroporen in der HMBL-Schicht 11 aus.
Anschließend wird anstelle des Quarzsandes Si3N4-freie, hoch reine, synthetische Quarzglas-Kör­ nung eingestreut, wobei der Lichtbogen langsam aus der Schmelzform nach oben heraus­ gezogen wird. Dabei bildet sich die transparente TH-Schicht 12 im Abtragungsbereich der Sei­ tenwand 8 entsprechend dem oben erläuterten Verfahren.
Sobald der Lichtbogen in den Randbereich der Außenform gelangt, wird anstelle der hochrei­ nen synthetische Quarzglas-Körnung wieder Quarzsand eingestreut, aus der die Quarzglas-Schicht 14 entsprechend gebildet wird.
Nach dem Abkühlen der so hergestellten Vorform wird der Abscheidungsbereich um die HMBL-Schicht 11 durch Sandstrahlen weiter aufgerauht und durch kurzes Ätzen gereinigt, wo­ bei die in Fig. 3 gezeigte Oberflächenstruktur mit offenen Mikroporen erzeugt werden. Zum Sandstrahlen wird relativ weiche Quarzglas-Körnung eingesetzt, die die Oberfläche nur wenig beeinträchtigt. Zur Fertigstellung der Quarzglas-Glocke wird anschließend noch der Flansch 10 angeschmolzen.

Claims (12)

1. Quarzglas-Glocke für eine Reaktorkammer, insbesondere für die Reaktorkammer einer Plasma-Ätzvorrichtung, deren Innenoberfläche mindestens in einem Abscheidungsbe­ reich eine mittlere Rauhtiefe Ra von mehr als 1 µm aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Abscheidungsbereich eine porenhaltige Blasenschicht (5; 11) vorgesehen ist, die offene Poren (31) aufweist.
2. Quarzglas-Glocke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der poren­ haltigen Blasenschicht (5; 11) im Bereich von 0.5 mm bis 5 mm liegt, wobei sie in poren­ freies oder porenarmes Quarzglas eingebettet ist.
3. Quarzglas-Glocke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenoberfläche in einem Abtragungsbereich von einer Transparentschicht (13) aus hoch reinem Quarzglas gebildet wird.
4. Quarzglasglocke nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Transparentschicht (13) in Quarzglas geringerer Reinheit eingebettet ist.
5. Quarzglasglocke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blasenschicht (5; 11) auf einem Substratkörper aus opakem Quarzglas ausgebil­ det ist.
6. Verfahren zur Herstellung einer Vorform für eine Quarzglas-Glocke für eine Reaktorkam­ mer, insbesondere der Reaktorkammer eines Plasma-Reaktors, umfassend die folgen­ den Verfahrensschritte:
  • a) Formen eines Rohlings aus SiO2-haltiger Körnung,
  • b) teilweises oder vollständiges Verglasen des Rohlings durch Erhitzen auf eine Tem­ peratur oberhalb von 1000°C,
dadurch gekennzeichnet,
  • c) daß beim Formen der Innenoberfläche des Rohlings in einem Abscheidungsbe­ reich eine beim Verglasen unter Freisetzung eines Gases reagierende Zusatzkom­ ponente eingesetzt wird, und
  • d) daß durch die Freisetzung des Gases beim Verglasen des Rohlings im Abschei­ dungsbereich eine porenhaltige Blasenschicht (5; 11) erzeugt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling im Abschei­ dungsbereich aufgerauht wird, wobei oberflächennahe Poren (31) der Blasenschicht (5; 11) geöffnet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnen der Poren (31) durch Ätzen erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnen der Poren (31) durch Sandstrahlen unter Verwendung einer Quarzglaskörnung erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatz­ komponente Si3N4 eingesetzt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß beim For­ men der Innenoberfläche des Rohlings nach Verfahrensschritt a) in einem Abtragungs­ bereich hochreine SiO2-Körnung eingesetzt wird, die beim Verglasen nach Verfahrens­ schritt b) zu einer Transparentschicht (13) verglast wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß hochreine Körnung aus synthetisch hergestelltem SiO2 eingesetzt wird.
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