DE3326020A1

DE3326020A1 - Plasmaverfahren zur chemischen behandlung von objekten und substanzen

Info

Publication number: DE3326020A1
Application number: DE19833326020
Authority: DE
Inventors: Hans Dr.Rer.Nat. 5370 Kall Beerwald; Günter Dr.rer.nat. Böhm; Günter Dr.rer.nat. 4630 Bochum Glomski; Volker 6500 Mainz Paquet
Original assignee: Schott Glaswerke AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 1983-07-20
Filing date: 1983-07-20
Publication date: 1985-01-31
Also published as: JPS60181283A

Description

Plasmaverfahren zur chemischen Behandlung von Objekten
und Substanzen Die Erfindung betrifft Plasmaverfahren zur chemischen Behandlung von Objekten und Substanzen, die in eine Gasentladungskammer eingebracht werden, insbesondere zum Ätzen und Beschichten von Substratplatten und zum Veraschen von Substanzen, wobei die Strömung des Gases, das die zur Reaktion benötigten Stoffe enthält, über die zu behandelnden Oberflächen der Objekte und Substanzen geleitet wird.
Solche Verfahren werden in der Halbleitertechnologie angewandt bei der Ätzung feiner Strukturen, bei der Auftragung dielektrischer Schichten und bei der Veraschung der aus fotoempfindlichen Lack bestehenden Ätzmasken (Deutsche Patentanmeldungen 2614977, 2617483, 2738891, 284691, 2911336 und 3031220 und Europäische Patentanmeldungen 0040081, 0045858 und 0053711). Weitere Anwendungen sind z. B. die Veraschung von Proben für chemische Analysen (C.E. Gleit, W D. Holland, Anal. Chem. 34, p. 1454), die Vernichtung von Giftstoffen (L.J. Bailin, B. Hertzler, D.A. Oberacker, Environmental Science and Technology, Juni 1978) und die Aktivierung von Oberflächen, besonders im Hinblick auf die Benetzbarkeit von Kunststoffoberflächen (L. Perrone, Plastics Engineering, Mai 1980, p. 51-54).
Eine Schwierigkeit bei diesen Plasmaverfahren besteht darin, eine gleichmäßige Reaktionsgeschwindigkeit über der gesamten zu behandelnden Oberfläche zu erhalten.
Das in die Plasmazone einströmende Gas wird durch die reaktive Wechselwirkung mit der zu behandelnden Oberfläche verändert; die Reaktionsgeschwindigkeit an den Oberflächen, die mit schon etwas verbrauchtem Gas erreicht werden, ist geringer.
Herkömmliche Methoden, um eine möglichst gleichmäßige Reaktionsgeschwindigkeit über der gesamten Oberfläche zu erzielen, sind: 1. Die Reaktionsgeschwindigkeit durch Beschränkung der Gasentladungsintensität so gering zu halten, daß die Vernderung des Gases beim Ltberströmen der Oberfläche gering bleibt.
2. Das Volumen der Reaktionskammer über der zu behandelnden Oberfläche so groß auszubilden und die Strömungsgeschwindigkeit des Gases so klein zu halten, daß der Austausch des an der Oberfläche verbrauchten Gases durch frisches oder frischeres Gas durch Diffusion aus dem Volumen erfolgt.
Bei der zweiten Methode wird die Reaktionsgeschwindigkeit durch die Drosselung des Gasdurchsatzes beschränkt.
Aber auch bei dieser heute meist angewandten Methode treten Schwierigkeiten bezüglich der gleichmäßigen Reaktionsgeschwindigkeit auf. Beim Ätzen von Halbleitersubstratscheiben z. B. zeigt sich, daß das Abätzen am Rande der Substratscheibe mit größerer Geschwindigkeit erfolgt als in der Mitte der Substratscheibe. Zur Vergleichmäßigung der Ätzung umlegt man die kreisförmigen Substratplatten mit zylindrischen Ringen, die die Gaserneuerung am Rand veriangsamen (Deutsche Patentanmeldung -2738891 und Europäische Patentanmeldung 0053711), oder man formt die Gegen.elektrode so, daß die plasmaerzeugende elektrische Feldstärke an den Plattenrändern kleiner ist als in Plattenmitte (Europäische Patentanmeldung 0045858).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zu finden, bei dem bei hoher Reaktionsausbeute und hoher Reaktionsgeschwindigkeit auch eine gleichmäßige Reaktionsgeschwindigkeit über der ganzen zu behandelnden Oberfläche erzeugt wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Impulsentladungen verwendet werden, bei denen der Impulsabstand so an die Durchströmzeit des Gases durch den Reaktionsraum angepaßt ist, daß der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen der Zeit entspricht, die zur Füllung des Gasentladungsraumes über den zu behandelnden Oberflächen mit unverbrauchtem Gas benötigt wird oder, daß eine in Strömungsrichtung räumlich begrenzte Plasmazone verwendet wird, die relativ zu den zu behandelnden Objekten und Substanzen parallel zur Strömungsrichtung - oder in Gegenrichtung - bewegt wird.
Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, die in der Glasfasertechnologie angewandten Verfahren zur extrem gleichmäßigen Innenbeschichtung von Glasrohren auch für die plasmachemische Behandlung von Objekten und Substanzen, die in eine Gasentladungskammer eingebracht werden, nutzbar zu machen. Die Beschichtungsverfahren der Glasfasertechnologie sind u.a, in den Deutschen Patentschriften 2444100 und 3010314 beschrieben.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß eine gleichmäßige Behandlung der zu bearbeitenden Oberflächen bei hohem Gasdurchsatz mit hoher Reaktionsausbeute erzielt wird. Außer der Gleichmäßigkeit bei hohen Reaktionsgeschwindigkeiten hat die Erfindung weiterhin den Vorteil, daß verbrauchtes Gas nicht unnötig ionisiert wird.
Dieser Vorteil ist z. B. bei der Veraschung von Proben für die chemische Analyse von vorrangiger Bedeutung.
Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Patentansprüchen 1 und 3 ist in der Zeichnung dargestellt.
Die zu behandelnden Substratplatten 1 liegen auf der Substratträgerplatte 2 (Aluminium, 400 mm). Diese liegt, mit Hilfe des Gaszuflußrohres 3 zentriert, auf dem Tisch 4. Das Rohr 3 ist koaxial zum Pumprohr 5 angeordnet. Die Grundplatte 6, das Quarzrohr 7 (440 x 6 mm, 100 mm hoch) und die Quarzplatte 8 ( 450 mm, 15 mm dick) bilden das Vakuumgefäß. Der Abstand zwischen Substratträgerplatte 2 und Quarzplatte 8 beträgt 15 mm.
Auf der Oberseite der Quarzplatte 8 befindet sich ein Metallbelag 9, an den die vom 27-MHz-Impulssender 10 gelieferte Hochfrequenzspannung gelegt wird. Die aus Metall bestehenden Teile 3,4,5 und 6, die auch dielektrisch beschichtet sein dürfen, sind geerdet. Die Impulsleistung des Senders 10 beträgt 5 kW. Bei einem mittleren Gasdruck von 1 mbar in der Plasmazone 11 und einem Gasdurchsatz von 0,3 Normalliter pro Minute ergibt sich bei einer Pulsfrequenz von 2 Hz und einem -2 Tastverhältnis von 10 2 eine Reaktionsausbeute von mehr als 50 fo.
Der wegen der hohen Strömungsgeschwindigkeit auftretende radiale Druckgradient bleibt noch als Grund für eine ungleichmäßige Reaktionsgeschwindigkeit. Eine gewisse Kompensation läßt sich dadurch erzielen, daß man während der Behandlung die Strömungsrichtung umkehrt. Deshalb haben Pumprohr und Einlaßrohr etwa den gleichen Strömungswiderstand und können in ihren Funktionen ausgetauscht werden.
Eine Anordnung gemäß Ansprüchen 2 und 3 kann durch einen Tunnel mit rechtecförmigem Querschnitt realisiert werden, wobei oberhalb der nicht metallisierten Deckplatte ein quer zur Tunnelachse angebrachter Metallstab als HF-Elektrode in Richtung der Tunnelachse bewegt wird. Eine Anordnung zur Veraschung von Proben für die chemische Analyse nach Patentanspruch 1 läßt sich mit einem Quarzrohr als Reaktionskammer, das sich koaxial in einem Mikrowellenhohlleiter befindet, realisieren. Das Gas kann mittels eines dünnen abgeschirmten Quarzröhrchens senkrecht zur Polarisationsebene der Mikrowelle (e.B, 2,45 GHz) ugeführt werden; der größere Pumpstutzen kann am Hohlleiterende herausgeführt werden.

Claims

Patentansprüche 1. Plasmaverfahren zur chemischen Behandlung von Objekten und Substanzen, die in eine Gasentladngskammer eingebracht werden, insbesondere zum Ätzen und Beschichten von Substratplatten und zum Veraschen von Substanzen, wobei die Strömung des Gases, das die u Reaktion benötigten Stoffe enthält, über die zu behandelnden Oberflächen der Objekte und Substanzen geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß Impulsentladungen verwendet werden, bei denen der Impulsabstand so an die Durchströmzeit des Gases durch den Reaktionsraum angepaßt ist, daß der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen der Zeit entsTrichL' die zur Füllung des Gasentladungsraumes iiber den zu behandelnden Oberflächen mit unverbrauchtem Gas benötigt wird.
2. Plasmaverfahren zur chemischen Behandlung vor.

Objekten und Substanzen, die in eine Gasentladungskammer eingebracht werden, insbesondere zum Ätzen und Beschichten von Substratplatten und zum Veraschen von Substanzen, wobei die Strömung des Gases, das die zur Reaktion benötigten Stoffe enthält, über die zu behandelnden Oberflächen der Objekte und Substanzen geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine in Strömungsrichtung räumlich begrenzte Plasmazone verwendet wird, die relativ zu den zu behandelnden Objekten und Substanzen parallel zur Strömungsrichtung -oder in Gegenrie.htung - bewegt wird.
3. Gasentladungs- und Reaktionskammer zur Durchführung der Verfahren nach Ansprucil 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des dtrömungskanal über den zu behandelnden Oberflächen klein ist im Vergleich zu den geometrischen Abmessungen der gesamten zu beh-tridelnden Fläche.