DE69626004T2

DE69626004T2 - Substratbehälter mit schutz gegen physisch-chemische kontamination

Info

Publication number: DE69626004T2
Application number: DE69626004T
Authority: DE
Inventors: Francois Coeuret; Claude Doche; Jean-Christophe Rostaing; Sylvain Scotto D'apolonia; Philippe Spinelli
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Air Liquide SA; LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1995-11-20
Filing date: 1996-11-19
Publication date: 2003-11-06
Anticipated expiration: 2016-11-20
Also published as: KR100452927B1; EP0804801B1; DE69626004D1; US6214425B1; WO1997019464A1; FR2741328A1; ATE232014T1; JPH10513313A; KR19980701533A; FR2741328B1; JP3992737B2; EP0804801A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Lagerbehälter für einen Gegenstand, der gegen eine physikalisch-chemische Kontamination geschützt werden soll:
Noch genauer betrifft die Erfindung das Gebiet der Herstellung von Produkten in ultrareiner Umgebung. Diese Herstellung benutzt die Reinraum-Technik, die darin besteht, die Atmosphäre zu behandeln, in der das Produkt hergestellt wird. In der Nahrungsmittelindustrie oder der pharmazeutischen Industrie aber auch in der mikroelektronischen Industrie werden zahlreiche Produkte in Reinraum-Atmosphäre hergestellt, um die Kontaminationsrisiken zu vermeiden. Auf dem Gebiet der Mikroelektronik fürchtet man die Kontamination insbesondere bei der Herstellung von Teilen mit sehr feinen Geometrien und sehr dünnen Schichten wie zum Beispiel den Flachbildschirmen (LCD) oder den Sensoren, und der Herstellung von Halbleitervorrichtungen wie etwa den Mikroprozessoren oder statischen oder dynamischen Speichern, usw.
Es gibt hauptsächlich zwei Arten von Kontamination, nämlich die Teilchen- Kontamination und die physikalisch-chemische Kontamination.
Die Teilchen-Kontamination beruht auf einer physikalischen Ablagerung auf dem hergestellten Produkt, die physikalische Phänomene erzeugen kann. So können auf dem Gebiet der Mikroelektronik, zum Beispiel auf Siliciumscheiben, solche Ablagerungen Kurzschlüsse oder Unterbrechungen von elektrischen Verbindungen verursachen. Auf diesem Gebiet nimmt die Größe der aktiven Geometrien von Jahr zu Jahr ab und hat sich von einigen Mikrometern in den Jahren um 1970 bis 1990 in submikrometrische Dimensionen entwickelt. In den kommenden Jahren werden die Hersteller über technische Mittel verfügen, die ermöglichen, elektronische Bauteile herzustellen, die Geometrien von 0,2 bis 0,5 um aufweisen. Eine Teilchen-Kontamination kann bei solchen Bauteilen leider nicht mehr vermieden werden, indem man einfach die traditionellen Reinraum-Techniken anwendet.
Die physikalisch-chemische Kontamination kann durch die Herstellungsverfahren selbst verursacht werden, das heißt zum Beispiel durch das Reinigen oder Tempern bei hoher Temperatur unter aktiver chemischer Atmosphäre. Sie kann ganz einfach auch durch den Kontakt des hergestellten Produkts mit seiner Umgebung verursacht werden, zum Beispiel direkt durch mechanische Reibung mit dem Träger des Produkt oder durch Wechselwirkung mit der das Produkt umgebenden Atmosphäre, zum Beispiel der Oxidation während der Lagerung zwischen zwei Schritten des Verfahrens.
Um die Kontamination zu vermeiden, werden gegenwärtig zwei verschiedene Wege beschritten, nämlich die Kontrolle der Umgebung in der Fertigungsräumlichkeit oder die selektive Kontrolle der Umgebung des Produkts.
Die Kontrolle der Umgebung in der Fertigungsräumlichkeit besteht darin, alle Umgebungsbedingungen bezüglich der Fertigungsgeräte, der hergestellten Produkte und der Operatoren bzw. Bedienungspersonen zu berücksichtigen. Diese Lösung ist die häufigste. Jedoch, aufgrund des Vorhandenseins des Operators, der eine Quelle sowohl der chemischen als auch der Teilchen-Kontamination darstellt, ist diese Technik beschränkt auf eine Reinheit, die der Klasse 0,5 bis 1 entspricht. (Die Klasse 1 entspricht dem Vorhandensein wenigstens eines Teilchens mit einem Durchmesser über 0,5 um pro Kubikfuß: Norm Federal Standard 209c, "Airborne Particulate Cleaness Classes in Clean Rooms and Clean Zones"). Die Qualität eines solchen Umgebungstyps ist kaum kompatibel mit der Herstellung von dünnen Schichten mit Geometrien unter 0,20 um.
Außerdem wird bei dieser Art von Fertigungsräumlichkeit, bei der die Gesamtheit der Atmosphäre kontrolliert wird, das hergestellte Produkt im Allgemeinen in einem Behälter transportiert, der einen guten Schutz gegen die Teilchenkontamination bietet aber nur eine mittelmäßige Dichtheit gegenüber der Umgebungsatmosphäre aufweist. Daher hat das Gas der Atmosphäre der Fertigungsräumlichkeit, verunreinigt durch den Operator, die Tendenz, durch die Wand des Behälters zu diffundieren und eine chemische Kontamination zu verursachen.
Die selektive Kontrolle der Produktumgebung besteht darin, nur die Umgebungsbedingungen um das hergestellte Produkt herum zu optimieren. In diesem Fall wird das Produkt in einem Behälter untergebracht, dessen Innenatmosphäre frei ist von Teilchenkontamination. Der Vorteil dieser Lösung ist, dass man theoretisch ein System hat, das hinsichtlich chemischer Kontamination sehr viel besseren Spezifikationen entspricht, da das hergestellte Produkt keinen Kontakt mehr mit der Umgebungsluft hat und der Operator dann keine Quelle der Teilchen- oder chemischen Kontamination mehr ist. Da die Kontrolle der Produktumgebung während der Transport- und Lagerphasen, die im Laufe der Herstellung stattfinden, ist folglich sehr viel einfacher, und die chemische Kontamination hängt dann hauptsächlich von den Dichtheitseigenschaften des Behälters ab.
Auf dem Gebiet der Mikroelektronik und der Herstellung der Siliciumscheiben wird diese Lösung SMIF (Standard Mechanical InterFace) genannt.
In der Patentanmeldung FR 2 697 000 wurde auch vorgesehen, einen aktiven flachen Einschließungsbehälter zu realisieren, der die Umgebung des Produkts kontrolliert, wenn er geöffnet und gelagert wird. Noch genauer ist dieser Behälter mit einem Aeraulik-Block versehen, der einen Diffusor umfasst, der im Innern des genannten Behälters mündet und mit einer Inertgas-Versorgungseinrichtung verbunden ist, die zum Beispiel Stickstoff liefert. Auf dem Spezialgebiet der Mikroelektronik muss der Lagerbehälter eines Produkts wie zum Beispiel einer Siliciumscheibe gegenwärtig den folgenden Bedingungen entsprechen:
- niedrige Stückkosten,
- Verbot der Verwendung verunreinigender Materialien wie zum Beispiel Aluminium, Eisen oder rostfreier Stahl,
- gute elektrische Leitfähigkeit, um die Probleme zu vermeiden, die mit der Entladung von statischer Elektrizität durch das transportierte Produkt hindurch verbunden sind,
- geringe Gasabscheidungsmenge über die Zeit,
- leichte Reinigung,
- gute mechanische Festigkeit, und
- niedriges Gewicht, um eine menschliche Handhabung zu ermöglichen.
Um diesen Kriterien zu entsprechen, wird fast die Gesamtheit der Lagerbehälter aus Kunststoff hergestellt, zum Beispiel aus Polycarbonat oder aus Polypropylen. Wenn diese Materialien auch den oben genannten Kriterien entsprechen, so ist sicher, dass nicht den zukünftigen Anforderungen hinsichtlich Dichtheit gegenüber kontaminierenden Stoffen entsprechen, deren Diffusion durch die Kunststoffe hindurch schnell ist, sogar bei Umgebungstemperatur.
In der Patentanmeldung US-A-4 904 515 wird vorgesehen, ein Trägerorgan aus Si- SiC zur thermischen Behandlung einer Siliciumscheibe zu realisieren, wobei dieses Organ eine Schutzschicht aus SiO&sub2; hat.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Lagerbehälter zu liefern, der den obigen Spezifikationen entspricht und die Probleme des Stands der Technik zu lösen. Zu diesem Zweck schlägt sie einen Lagerbehälter für einen Gegenstand vor, der gegen eine physikalisch-chemische Kontamination geschützt werden muss. Die Wände dieses Behälters werden aus Kunststoff realisiert.
Nach dem kennzeichnenden Teil der Erfindung wird die Innen- und/oder die Außenoberfläche der Wände dieses Behälters mit wenigstens einer Schutzschicht überzogen, hergestellt aus einem Material der allgemeinen Formel:
SiOxNyHt,
wo wenigstens einer der Parameter x oder y größer ist als 0 und t kleiner ist als x und/oder y, und x und y sich vorzugsweise in den folgenden Bereichen befinden:
0 < x < 2
0 ≤ y < 0,4.
Vorzugsweise befindet sich x in dem zwischen 0,3 und 1,8 befindlichen Bereich.
Der Beitrag von Wasserstoff zu der Zusammensetzung SiOxNyHt wird meist sehr gering sein und stammt meist im Wesentlichen vom gasförmigen Vorläufer bzw. Zwischenstoff des Siliciums, das für die Abscheidung verwendet wird, der im Allgemeinen ein Wasserstoff enthaltendes Molekül ist.
t ist also auf jeden Fall kleiner als wenigstens einer der Parameter x, y, und nur als x, wenn man sich in einem Fall befindet, wo y null ist (kein Stickstoff-Beitrag zum Material).
Dank dieser Charakteristika der Erfindung erhält man einen Lagerbehälter, bei dem die durch die Diffusion der Gase durch die Wand aus Kunststoff induzierte chemische Kontamination sehr stark reduziert wird.
Falls die Abscheidung auf der Innenwand des Behälters erfolgt, wird die chemische Kontamination organischen Ursprungs, verursacht durch die Eigenentgasung der Kunststoffwände in Richtung der unter Vakuum gehaltenen Behälter-Innenseite, reduziert. Außerdem verbessert man auch den Zustand der Innenoberflächen des Behälters und erleichtert seine Reinigung. Schließlich verbessert man auch den mechanischen Widerstand der Innenoberfläche des derart behandelten Behälters und man reduziert die Teilchen- Kontamination, die mechanisch durch Stöße und Kratzer verursacht wird.
Vorzugweise wird die Schutzschicht auf der (oder den) Oberfläche(n) des Behälters durch PECVD ("Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition") erzeugt.
Die Technik ermöglicht homogene Abscheidungen von geringer Dicke auf einem Kunststoffmaterial. Die Dicke der Schutzschicht beträgt wenigstens 0,1 um. Die minimale Dicke der zu erzeugenden Schicht wird - von Fall zu Fall - einerseits durch Spezifikationen vorgeschrieben, die mit der Permeation verknüpft sind, und andererseits durch die Notwenigkeit einer mechanischen Festigkeit.
Nach einer vorteilhaften Anwendung der Erfindung ist die Dicke der Schicht gleich 1 um oder größer, und liegt vorzugsweise in dem Bereich von 2 bis 3 um.
Diese plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidungsverfahren (PECVD) werden insbesondere in den Dokumenten FR 2 631 346, EP 502 790 und EP 519 784 beschrieben.
Der Reaktor und die Verfahren, die in diesen Patenten beschrieben werden, wurden entwickelt, um Schichten von hoher Dichte zu erzeugen (mit wenig oder keiner Spalten- oder Granulatstruktur), indem quasi bei Umgebungstemperatur gearbeitet wird. Denn ein Kunststoff wie das Polycarbonat erfährt zwar unumkehrbare Veränderungen erst ab 115 bis 120ºC, jedoch wird die anorganische Schicht im Allgemeinen weit unterhalb dieser Grenze rissig und/oder blättert auf infolge der sehr starken thermischen Kraft, die an der Grenzfläche aufgrund der großen Asymmetrie der Dilatationskoeffizienten wirkt (Verhältnis 10 bis 20). In der Praxis vermeidet man folglich, bei Substrattemperaturen über 60ºC zu arbeiten.
Im Allgemeinen verwendet man Plasmas von hoher Dichte, und es ist in den meisten Fällen nötig, die Oberfläche des Elements des Lagerbehälters, auf dem man die Abscheidung realisiert, zu kühlen, indem man den Behälter-Träger (in Kontakt mit der der Abscheidung entgegengesetzten Oberfläche) auf einer Temperatur der Größenordnung 10 bis 20ºC hält.
Ein anderer, besonders wichtiger Aspekt dieser Verfahren ist die Kontrolle des Ionenbeschusses des Substrats. Da man bei niedriger Temperatur arbeitet, muss man nichtthermische Energie in Form des kinetischen Stoßes der Ionen zuführen, um die Migration und die Umlagerung der sich auf der Oberfläche kondensierenden Atome zu unterstützen. Nur unter dieser Bedingung erhält man Schichten aus dichten Mikrostrukturen, die gute funktionale Eigenschaften bieten (Härte, physikalisch-chemische Trägheit, Dichtheit, ...).
Schließlich muss die Haftung der anorganischen Schichten auf dem Lagerbehälter wirklich sehr gut sein bei allen Anwendungen der derart geschützten Polymere. In dem vorliegenden Fall muss der Behälter periodisch während seiner gesamten Lebensdauer in einem flüssigen Ultraschallbad gereinigt werden können. Es handelt sich hier um ein sehr wichtiges Kriterium. Das in der Anmeldung FR 2,613,346 beschriebene Verfahren ermöglicht, Überzüge zu realisieren, die die Ultraschallreinigung sehr gut aushalten. Dieses Verfahren besteht aus einer Aufeinanderfolge eines Argonplasmas, eines Plasmas mit 10% Ammoniak im Argon, dann eines sehr mit Helium verdünnten Silanplasmas.
Durch die Anmelder ausgeführte Arbeiten haben die Tatsache bewiesen, dass die Lagerbehälter, deren Überzüge durch die in den Dokumenten FR 2,613,346, EP 502 790 und EP 519 784 beschriebenen Verfahren erzeugt wurden, Spuren von organischer Kontamination aufweisen, die die Oberfläche des sich in dem Lagerbehälter befindlichen Gegenstands (zum Beispiel eine Siliciumscheibe) verschlechtern können. Diese Kontamination ist jedoch in der Oberflächenschicht des Schutzüberzugs lokalisiert. Sie stammt im Wesentlichen aus der Wechselwirkung hochenergetischer Arten des Plasmas mit dem polymeren Substrat, dessen charakteristischen organischen Funktionen man in der kohlenstoffhaltigen Oberflächenschicht identifizieren kann.
Je nach dem bei der Herstellung des zu lagernden Gegenstands in Betracht gezogenen Schritt (zum Beispiel im Laufe der vielen, bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung involvierten Schritte), kann diese organische Kontamination unbestreitbar eine schädliche Rolle spielen. Zum besseren Verständnis dieser Phänomene kann man die Veröffentlichung von W. Vandervorst et al. in "Proceedings of the 2nd International Symposium on Ultra Clean Processing of Silicon Surfaces, Leuven, Belgium, September 1995" konsultieren.
Es erschien den Anmeldern vorteilhaft, über eine Methode verfügen zu können, die ermöglicht, das Schwinden dieser Kohlenstoff-Oberflächenkontamination zu realisieren. Die zusätzlich ausgeführten Arbeiten zur technischen Lösung dieses Problems haben gezeigt, dass es möglich ist, ein solches Resultat durch die Durchführung eines Plasma-Ätzschritts zu erzielen, vorzugsweise unmittelbar nach dem Abscheiden des oben beschriebenen SiOxNyHt- Überzugs und in demselben Reaktor.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Behandlung eines Lagerbehälter eines Gegenstands, bestimmt zum Schutz gegen eine physikalisch-chemische Kontamination, dessen Wände aus Kunststoff sind und nach dem man auf der Innenoberfläche und/oder Außenoberfläche dieser Wände mittels einer PECVD-Technik wenigstens eine Schutzschicht abscheidet, hergestellt aus einem Material der Formel SiOxNyHt, wo wenigstens einer der Parameter x oder y größer ist als 0 und t kleiner ist als x und/oder y und x und y sich vorzugsweise in den Intervallen 0 < x < 2 und 0 ≤ y < 0,4 befinden. Noch besser befindet sich x in dem zwischen 0,3 und 1,8 befindlichen Bereich.
Nach einer Anwendung der Erfindung führt man später eine Oberflächenätzung der vorhergehend abgeschiedenen Schutzschicht durch, indem man den Behälter in Kontakt bringt mit einem Plasma aus einem Gasgemisch auf Sauerstoffbasis und einem fluorhaltigen Gas.
Das fluorhaltige Gas wird vorteilhaft ausgewählt zwischen SF&sub6; und NF&sub3;.
Da es keine Zwänge bezüglich der Selektivität gibt, wählt man Bedingungen, die die höchste Angriffsgeschwindigkeit liefern. Dazu kann man sich inspirieren lassen von Techniken, wie sie in der Literatur bezüglich der Ätzung von SiO&sub2; durch ein SF&sub6;-Plasma beschrieben werden. In diesem Fall erfolgt die Ätzung nicht spontan und erfordert einen Beschuss der Oberfläche durch beschleunigte Ionen aus dem Plasma. Diese Wirkung erzielt man in der gleichen Art wie im Falle des Verfahrens zur Abscheidung von Schichten, indem man an den metallischen Substratträger, auf dem die Rückseite des Elements des Lagerbehälters aus Polycarbonat ruht, an dem man die Ätzoperation vornimmt, eine Radiofrequenzpolarisation mit typisch 13,56 MHz anlegt. Durch Autopolarisationseffekt tritt zwischen dem Plasma und der Oberfläche des Musters eine negative Gleichstrom- Potentialdifferenz ein.
Die aus der Literatur bekannten Resultate bezüglich des Ätzens von SiO&sub2; durch SF&sub6; zeigen deutlich, dass man eine maximale Angriffsgeschwindigkeit für SF&sub6;-Partialdrücke von 1 bis 10 Millitorr (0,13 Pa bis 1,3 Pa) erhält, mit einer Energie der Ionen von ungefähr 100 eV. Es ist also nutzlos, unter Bedingungen zu arbeiten, bei denen diese Energie wesentlich höher ist.
Der Sauerstoff-Partialdruck in dem Ätzgemisch kann aus einem relativ breiten Bereich ausgewählt werden, ohne sich sehr von den optimalen Bedingungen zu entfernen. Das Oxidationsproblem des Polycarbonats (Brünierungsgefahr) besteht hier nicht, da der Behälter schon mit Siliciumdioxid bedeckt ist.
Je höher die Sauerstoffkonzentration in dem Gemisch ist, um so schneller ist auch die Ätzgeschwindigkeit. Eine Sauerstoffkonzentration, die sich in dem Bereich von 10 bis 80% befindet, passt in den meisten Fällen.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass das SF&sub6;/O&sub2;-Plasma sehr effizient ist beim Angreifen der Oberflächenschicht, die eine Mischung aus SiO&sub2; oder SiOx und aus organischen Fraktionen ist.
Es ist vorteilhaft, eine Kontrollmittel für die geätzte Tiefe vorzusehen, um nur die Dicke der kohlenstoffhaltigen Oberflächensicht zu entfernen. Zu diesem Zweck kann man die Angriffsgeschwindigkeit eichen und die Behandlung nach einer festgelegten Zeit beenden (aus Sicherheit im Wesentlichen erhöht in Bezug auf den Nennwert, was zu einem Überätzen führt). Man kann das Verfahren auch steuern mittels einer Angriffsende-Detektionseinrichtung, zum Beispiel einer optischen In-situ-Messung.
Die Versuche wurden in dem in FR 2 677 841 beschriebenen Oberflächenwellen- Mikrowellenreaktor durchgeführt. Bei diesem Reaktortyp, dessen Besonderheit hier darin besteht, dass das Substrat sich in der sehr nahen Nachentladung bzw. Nachglühen (postdecharge) befindet, ist es nicht angezeigt, SF&sub6; direkt in das Oberflächenwellen-Rohr einzuspeisen. Im Halogen-Milieu liefert das Mikrowellen-Energiefeld der Oberflächenwelle nämlich das Phänomen eines extrem schnellen Angriffs der Wand dieses Rohrs aus Siliciumdioxid (viel schneller, als dies bei einem Siliciumdioxid-Muster der Fall wäre, das sich in dem homogenen Plasma im Zentrum des Rohrs befände). Dieser Angriff führt schnell zu einer Entvitrifizierung, die die mechanische Festigkeit des Reaktors unter Vakuum verändern kann.
Die Oberflächenwellenentladung wird folglich nur in einem Sauerstoff- und Argon- Gemisch unterhalten. Dieses letztere erleichtert die Kontrolle der Ausdehnung des Plasmas in dem gesamten Volumen des Rohrs. SF&sub6; wird als Nachentladung bzw. Nachglühen (postdecharge) eingespeist, in der Nähe des Musters. Mit ausreichend großen Mikrowellenleistungen kann man eine sehr hohe Plasmadichte erhalten, die eine wirksame Dissoziation des SF&sub6; und ausreichende Konzentrationen an aktiven halogenhaltigen Arten (insbesondere atomares Fluor) in der Nähe des Substrats ermöglicht.
Die Parameter des Verfahrens sind dann typisch die folgenden:
- Mikrowellenleistung: 400 W,
- Gleichstrom-Autopolarisation des Substratträgers in Bezug auf die Masse: -100 V,
- Gesamtdruck: 70 Millitorr (9,1 Pa),
- Durchsatz Ar: 125 cm³ Standard/Minute,
- Durchsatz O&sub2;: 50 cm³ Standard/Minute,
- Durchsatz SF&sub6;: 50 cm³ Standard/Minute.
Die Angriffsgeschwindigkeit beträgt typisch ungefähr 100 nm/min. Die Beseitigung der kohlenstoffhaltigen Oberflächenschicht beansprucht dann durchschnittlich weniger als eine Minute.
Der Fachmann weiß genau, dass die Wahl des für das Abscheiden der SiOxNyHt- Schicht(en) oder zum Ätzen der organischen Kontamination benutzten Reaktors wichtig ist.
Außer den schon genannten Reaktor-Beispielen sollte die Möglichkeit signalisiert werden, die Abscheidung oder die Ätzung mit Hilfe eines Radiofrequenz-Reaktors des Planardiodentyps, zum Beispiel beschrieben in dem Dokument JP-05/202211, zu realisieren, oder in einem Mikrowellenreaktor, basierend auf einem Applikator des Typs Streuungsleiter (guide à fuites), zum Beispiel beschrieben in dem Dokument US-A-4,893,584, oder auch in bestimmten Plasmareaktoren, speziell angepasst an die Behandlung von Substraten, die im Wesentlichen größer als 10 cm² sind, eventuell von linker Form, wie zum Beispiel die Reaktoren, die auf dem Konzept der Mikrowellenplasmaerregung mittels gleichmäßig verteilter Elektronenzyklotronresonanz (UDECR) beruhen, wie beschrieben in dem Dokument EP-A-0 496 681.
Man kann sich auch auf die Arbeiten bezüglich der Realisierung von sehr gleichmäßigen Schichten aus amorphem Siliciumdioxid mittels PECVD in einem solchen Reaktor des Typs UDECR beziehen, beschrieben in dem Artikel von J. C. Rostaing et al., veröffentlicht in Proc. Int. Conf. on Metallurgical Coatings and Thin Films, San Diego, Ca., USA, 24-28 April 1995.
Die Erfindung wird besser verständlich durch die Lektüre der nachfolgenden Beschreibung einer beispielhaften und nicht einschränkenden Ausführungsart, bezogen auf die beigefügten Zeichnungen:
- die Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Lagerbehälter zeigt, und
- die Fig. 2 ist eine Graphik, die die Veränderungen der Sauerstoffkonzentration außerhalb und innerhalb eines erfindungsgemäßen Behälters darstellt.
Anschließend wird eine Ausführungsart der Erfindung beschrieben.
Wie in der Fig. 1 dargestellt, umfasst der erfindungsgemäße Lagerbehälter ein Gehäuse 1, eine Tür 3 und fakultativ einen Aeraulik-Block 5, der ermöglicht, ein Inertgas ins Innere des Volumens des Behälters einzuspeisen, und einen Identifikationscode 7, der ermöglicht, die Angaben bezüglich des Inhalts des Behälters anzugeben. Der Behälter 1 besteht vorteilhaft aus zwei U-förmigen Halbschalen 9 und 11, hergestellt aus Kunststoff, zum Beispiel aus Polycarbonat oder aus Polypropylen mit einer Dicke von 2 mm.
Das Abscheiden der Schutzschicht 13, 14 erfolgt jeweils auf den Innen- und Außenwänden des Behälters 1 vor dem Zusammenbau der beiden Halbschalen 9 und 11. Diese beiden Halbschalen werden zum Beispiel mit einem Epoxid-Klebstoff zusammengebaut oder werden zusammengeschweißt, ohne den Aeraulik-Block 5, der auf den übrigen Behälter 1 aufgesteckt wird. Das Abscheiden der Schutzschicht 13 wird ebenfalls auf den Elementen realisiert, die den im Innern des Gehäuses befindlichen Gegenstand 15 blockieren und tragen, zum Beispiel Spitzen oder Stifte (nicht dargestellt in der Fig. 1). Solche Elemente sind jedoch fakultativ.
Als erläuterndes Beispiel können folgende Zahlen dienen, wobei von einem Behälter ausgegangen wird, der zur Aufnahme einer Siliciumscheibe von 200 mm Durchmesser und 725 um Dicke bestimmt ist:

Außenabmessungen:

Länge: 240 mm
Breite: 240 mm
Dicke: 19 mm

Innenabmessungen:

Länge: 230 mm
Breite: 210 mm
Dicke: 9 mm
Die Abscheidung der Schutzschicht 13 erfolgt auf den Innenwänden der den Behälter bildenden Halbschalen 9, 11 in einem UDECR-Reaktor wie zum Beispiel beschrieben in der oben genannten Veröffentlichung von J. C. Rostaing et al. Dieser Reaktor ermöglicht das Abscheiden einer dünnen Schicht aus Siliciumoxid- und/oder -nitrid und/oder -oxinitrid aus einem Mikrowellenplasma, erregt mit der Frequenz 2,45 GHz. Diese Reaktor wird mit folgenden Vorläufer- bzw. Zwischenstoffgasen versorgt:
- für das Silicium: Silan (SiH&sub4;), Si&sub2;H&sub6; oder Si&sub3;H&sub8; oder die Halogenosilane SiXnH4-n, (wobei X das Chlor oder das Fluor darstellt und n ≤ 4),
- für den Sauerstoff: O&sub2;,
- für den Stickstoff, N&sub2;, NH&sub3; oder N&sub2;O.
Der Druck im Innern des Reaktors liegt unter 10 mTorr (1,33 Pa). Die Oberflächentemperatur des Substrats überschreitet 100ºC nicht, um nicht dessen Oberflächenqualitäten zu verschlechtern. Die Hafteigenschaften der Schutzschicht 13 auf der genannte Oberfläche vorher einem Argonplasma aussetzt, wobei ein Beispiel einer solchen Vorbehandlung in FR-A-2 631 346 beschrieben ist.
Die Tabelle 1 zeigt ein typisches Beispiel der Kriterien, die erforderlich sind, um die Leistungen des Behälterüberzugs zu erhalten. Tabelle 1
Die Fig. 2 zeigt die durch Gasdiffusion durch die Wände eines Standard- Lagerbehälters für eine Siliciumscheibe hindurch beobachtete Kontamination bei Umgebungstemperatur. Die Abszisse x stellt die Richtung der Dicke der Wand dar, h stellt die Dicke der Wand des Behälters dar und C stellt die Konzentration des verunreinigenden Elements dar.
Nach dem ersten Fick-Gesetz (s. "Procédés de séparation par membrane", von J. P. Brun, Université de Paris XII, Masson, 1989), wird der die Wand des Laberbehälters durchquerende Materiefluss durch folgende Formel angegeben: F = -Div C, also pro Querschnittseinheit F = -D·dC/dx, wobei D den Diffusionskoeffizienten darstellt.
Wenn man davon ausgeht, dass die Veränderung der Konzentration in dem Behälter sehr gering ist und das Gleichgewicht der Konzentrationen in der Wanddicke nicht beeinflusst, kann man annehmen, dass die Innenkonzentration (Cint) sehr viel niedriger ist als die Außenkonzentration (Cext). Man kann folglich veranschlagen, dass pro Querschnitteinheit F = -DΔC/Δx.
Die Konzentrationsveränderung während des Zeitintervalls t im Innern eines Behälters wird geliefert durch den Fluss F pro Querschnitteinheit S. geteilt durch das Volumen des Behälters, also:
Cint = F·S·/V·t.
Außerdem, ausgehend von der Anfangshypothese, dass der kontaminierende Stoff der in der Außenluft enthaltene Sauerstoff ist (Cext 21%) und dass in t = 0 die Sauerstoffkonzentration CO&sub2; in der Innenwand des Behälters null ist, kann man davon ausgehen, dass die Sauerstoffkonzentration in dem Behälter am Ende einer Zeit t durch folgenden Ausdruck geliefert wird:
CO&sub2; = Cext·S·D·t/V·h
wo S die Gesamtfläche der Innenwände des Behälters darstellt, D den Diffusionskoeffizienten des Sauerstoffs in dem betreffenden Material bei einer bestimmten Temperatur darstellt, V das Volumen des Behälters darstellt und h die Dicke der Wände darstellt.
Anschließend werden zwei Zahlenbeispiele angegeben, die die Vorteile der Erfindung darstellen.

1º) Vergleichendes Beispiel: Behälter aus Polycarbonat ohne Schutzschicht

D = 21·10&supmin;&sup9;cm²·s&supmin;¹, (bei 300 K),
V = 320 cm³,
S = 800 cm³,
h = 0,2 cm,
Cext = 21%,
Mit den obigen Werten und bei Anwendung der vorhergehenden Formel erhält man nach Ablauf einer Sekunde in dem Behälter eine Sauerstoffkonzentration von = CO&sub2; 0,21 · 800 · 21 · 10&supmin;&sup9;/320 · 0,2 = 55·10&supmin;&sup9; oder auch 55 ppb.
Die Spezifikation der chemischen Reinheit in einem Behälter, kompatibel mit einer 1Gbyte-Speicher-Herstellungstechnik, muss eben unter 50 ppb liegen. Dieser Wert wird also nach Ablauf einer Sekunde erreicht, was bedeutet, dass ein klassischer Polycarbonat-Behälter keinesfalls kompatibel ist mit den Spezifikationen, die in der Zukunft für die Technologien der Mikroelektronik gefordert werden.

2º) Beispiel: Polycarbonatbehälter, überzogen mit einer Schutzschicht aus Siliciumoxid mit einer Dicke von 1 um

In diesem Fall wird der Diffusionskoeffizient D des Sauerstoffs in dem Siliciumoxid durch die Erweiterung der Fick-Gleichung geliefert, also: D = Do·e-E/kT, wo E die Aktivierungsenergie des Sauerstoffs in dem Siliciumoxid darstellt, hier also 1,16 eV, Do die Diffusionskonstante des Sauerstoffs in dem Siliciumoxid darstellt und gleich 2,7·10&supmin;&sup4;cm²/s ist, und k die Boltzmannkonstante (8,62·10&supmin;&sup5;eV/ºK) ist.
Dies gibt bei Umgebungstemperatur:
D300ºK = 2,7·10&supmin;&sup4;·e-(1,16/8,62·10&supmin;&sup5;·300) = 10&supmin;²³ cm²/s.
Indem man die anderen Zahlenwerte des vergleichenden Beispiels wieder aufgreift, beträgt die Konzentration in dem Behälter nach einer Sekunde und ohne Berücksichtigung der Diffusion des Sauerstoffs durch die einzige Siliciumoxidschicht mit einer Dicke von 1 um (h = 1 um) hindurch:
CO&sub2; = Cext·S·D·t/V·h
CO&sub2; = 0,21·800·10&supmin;²³/320·10&supmin;&sup4; = 5,25·10&supmin;²&sup0; nach einer Sekunde
Man konstatiert, dass für einen mit einer Siliciumdioxidabscheidung von 1 um überzogenen Polycarbonatbehälter die 50ppb-Spezifikation nach ungefähr 10¹¹s erreicht würde, das heißt nach ungefähr 3000 Jahren.
Jedoch enthalten die mit CVD-Plasma bei Umgebungstemperatur abgeschiedenen Siliciumoxidschichten Fehler, die zu einer schnelleren Diffusion führen. Es existiert aber eine beträchtliche Spanne, um in dem Bereich der geforderten Leistungen zu bleiben, das heißt die 500ppb-Spezifikation während einiger Minuten bis Stunden, ja sogar Tage bis Wochen einzuhalten, wenn nötig.
Die Überlegungen und Größenordnungen sind dieselben für einen Behälter mit einem Überzug aus Siliciumnitrid oder Siliciumoxinitrid, die bei niedrigen Temperaturen abgeschieden werden können und die auch sehr gute Diffusionsbarrieren gegen Sauerstoff sind. Ebenso verhindern diese verschiedenen Schutzschichten die Diffusion jeder anderen in der Luft enthaltenen atomaren oder molekularen Verbindung, wie zum Beispiel Wasserdampf, im Innern des Behälters.

Claims

1. Lagerbehälter (1) mit Wänden aus Kunststoff für einen gegen physikalischchemische Kontamination zu schützenden Gegenstand (15),

dadurch gekennzeichnet,

dass die Innenoberfläche und/oder die Außenoberfläche dieser Wände mit wenigstens einer Schutzschicht (13, 14) überzogen ist, realisiert aus einem Material mit der allgemeinen Formel SiOxNyHt, wo von den Indices x und y wenigstens einer größer als 0 ist und t kleiner als x und/oder als y ist.

2. Lagerbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass x größer als 0 und kleiner als 2 ist.

3. Lagerbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass y größer oder gleich 0 und kleiner als 0,4 ist.

4. Lagerbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Schutzschicht (13, 14) wenigstens 0,1 um beträgt.

5. Lagerbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Schutzschicht (13, 14) wenigstens 1 um beträgt.

6. Lagerbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Schutzschicht (13, 14) zwischen 2 und 3 um enthalten ist.

7. Lagerbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass seine Wände aus Polycarbonat oder Polypropylen sind.

8. Lagerbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Aeraulikblock (5) umfasst, um das Innere des Behälters mit Hilfe eines inerten Gases spülen zu können.

9. Lagerbehälter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er dazu bestimmt ist, eine Siliciumscheibe (15) aufzunehmen bzw. einzuschließen.

10. Verfahren zur Herstellung des Lagerbehälters nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidung der Schutzschicht (13, 14) auf der Oberfläche oder den Oberflächen der Wände des Behälters eine Plasma-unterstützte chemische Gasphasenabscheidung ist.

11. Verfahren zur Herstellung des Lagerbehälters nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Schritt des Oberflächenätzens der vorhergehend abgeschiedenen Schutzschicht durchführt, indem man den Behälter in Kontakt bringt mit einem Plasma aus einer gasförmigen Mischung auf der Basis von Sauerstoff und einem fluorierten Gas.

12. Verfahren zur Herstellung des Lagerbehälters nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das fluorierte Gas ausgewählt wird zwischen SF&sub6; und NF&sub3;.