WO2009146744A1 - Verfahren zur behandlung von oberflächen, strahler für dieses verfahren sowie bestrahlungssystem mit diesem strahler - Google Patents

Verfahren zur behandlung von oberflächen, strahler für dieses verfahren sowie bestrahlungssystem mit diesem strahler Download PDF

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WO2009146744A1
WO2009146744A1 PCT/EP2008/056966 EP2008056966W WO2009146744A1 WO 2009146744 A1 WO2009146744 A1 WO 2009146744A1 EP 2008056966 W EP2008056966 W EP 2008056966W WO 2009146744 A1 WO2009146744 A1 WO 2009146744A1
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discharge
process chamber
vessel
vuv
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Siegmar Rudakowski
Axel Hombach
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Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J65/00—Lamps without any electrode inside the vessel; Lamps with at least one main electrode outside the vessel
    • H01J65/04—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels
    • H01J65/042—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field
    • H01J65/046—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field the field being produced by using capacitive means around the vessel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/0035—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like
    • B08B7/0057—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like by ultraviolet radiation
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    • H01J5/50—Means forming part of the tube or lamps for the purpose of providing electrical connection to it
    • H01J5/54—Means forming part of the tube or lamps for the purpose of providing electrical connection to it supported by a separate part, e.g. base
    • H01J5/56—Shape of the separate part

Definitions

  • the invention is based on a process for the treatment of surfaces by means of ultraviolet (UV) or vacuum ultraviolet (VUV) radiation.
  • electromagnetic radiation in the range of about 150 nm to 350 nm (UV) or about 150 nm to 200 nm (VUV) is used for the treatment, inter alia, of cleaning, modification and / or activation of surfaces.
  • Examples of the treatment of surfaces with the method according to the invention are the removal of organic contaminants on glass surfaces in the manufacture of liquid crystal displays (LCD), the removal of photoresists or the improvement of the wettability of surfaces, for example of wafers and other substrates in semiconductor manufacturing.
  • emitters which emit electromagnetic radiation in the UV / VUV spectral range.
  • dielectric barrier discharge lamps which have proven to be particularly efficient UV / VUV radiators, in particular if they are operated using the pulsed operating method described in US Pat. No. 5,604,410.
  • the document WO 03/098653 discloses a dielectric barrier discharge lamp which is used in a vacuum chamber for process engineering by means of UV / VUV radiation, such as, for example, surface cleaning and activation, photolytics, ozone generation, drinking water purification, metallization, and UV curing can be.
  • the UV / VUV radiation is emitted by xenon excimers (Xe2 *) with wavelengths in the range of about 172 nm, which are generated in a dielectrically impeded discharge of 200 mbar xenon inside the discharge vessel made of quartz glass.
  • a helical inner electrode is arranged axially.
  • six strip-shaped electrodes are applied parallel to the inner electrode.
  • the inner electrode is guided at one end of the discharge vessel by means of a sealing region from the interior gas-tight to the outside.
  • the other end of the discharge vessel is closed like a dome and provided with a sealed pump tip.
  • the sealing region remote end of the inner electrode is fixed in the front pump tip.
  • the document US 2006/180173 A1 discloses a method for the removal of organic materials, for example paints of semiconductors.
  • a dielectrically impeded discharge lamp filled with xenon is installed in a process chamber with oxygen-containing underpressure atmosphere.
  • the VUV radiation emitted by the lamp with wavelengths of around 172 nm generates ozone and activated oxygen in the oxygen-containing atmosphere.
  • the object of the present invention is to provide an improved method for treating, in particular cleaning, modifying and / or activating surfaces.
  • a further aspect of the invention is to provide a UV / VUV emitter suitable for the method and also an irradiation system with this UV / VUV emitter.
  • This object is achieved by a method for surface treatment, in particular cleaning, modification and / or activation, of an object in the interior of a process chamber by means of a UV / VUV radiator, wherein the UV / VUV radiator has a radiator vessel, which in the interior of the Projecting chamber and wherein the method comprises the following method steps: o introducing the object whose surface is to be treated, in particular cleaned, modified and / or activated, into the process chamber, o generating UV / VUV radiation by operating the UV / VUV Radiator, wherein the radiation passes through the transparent to the UV / VUV radiation wall of the radiator vessel into the interior of the process chamber, characterized by the following additional process step: generating a gas discharge in at least a portion of the outer wall of the radiator vessel.
  • the method claims also include device features and vice versa, the device claims also include process features, so that in the following both categories are not always strictly separated but predominantly explained in mutual cooperation.
  • the basic idea of the method according to the invention is to use not only the radiation of a UV / VUV emitter for the treatment, in particular cleaning, modification and / or activation of the surface of a substrate but additionally a gas discharge in the region of at least part of the outer wall of the vessel UV / VUV emitter, ie near the substrate.
  • the inventors have found that this significantly improves the treatment effect, in particular cleaning, modification or activation of the surface of the substrate.
  • the electrons, ions, radicals, metastable and / or chemically reactive species produced by the additional discharge in the process chamber contribute to this.
  • the method according to the invention has, inter alia, the advantage that, for example, the discharge in a dielectric barrier discharge lamp for generating the UV / VUV radiation is separated from the additional discharge in the atmosphere of the process chamber. This results in a degree of freedom for optimizing the discharge within the UV / VUV radiator independent of the additional discharge within the process chamber.
  • the discharge for the generation of the UV / VUV radiation is not adversely affected by the gas components of the atmosphere of the process chamber or the impurities of the substrate to be treated, in particular to be cleaned.
  • a dielectric barrier discharge lamp is preferably used for the method according to the invention, whose tubular discharge vessel projects into the process chamber.
  • the discharge medium is enclosed in a gas-tight manner in the tubular discharge vessel.
  • the additional gas discharge is separated therefrom in the region of at least part of the outer wall of the discharge vessel, in particular also substantially localized on the surface of the outer wall of the discharge vessel, ie at least in the low-pressure atmosphere of the process chamber and thus at least in the vicinity of produced substrate.
  • the atmosphere of the process chamber may in particular contain one or more of oxygen, hydrogen, argon, SF 6 , NH 3 , halogen or compounds thereof, usually at a total pressure in the range of typically 0.01 mbar to 20 mbar.
  • an elongate, preferably helical inner electrode is arranged axially within the tubular discharge vessel.
  • the inner electrode is guided gas-tight at a first end of the discharge vessel through a sealing region to the outside.
  • On the outside of the discharge vessel at least one elongated, eg strip-shaped, outer electrode is arranged, which extends starting from the end of the sealing region of the inner electrode, parallel to the longitudinal axis of the tubular discharge vessel.
  • the end face of the discharge vessel is designed as a window section, which serves to transmit the UV / VUV radiation generated during operation.
  • the additional Discharge generated in the region of the outside of this window section is designed as a window section, which serves to transmit the UV / VUV radiation generated during operation.
  • the frontal window portion is substantially flat or dome-shaped.
  • the UV / VUV radiation passing through the window section is the least disturbed.
  • a pump stalk which is generally necessary during the manufacture of the lamp and which is melted off after the discharge vessel has been filled with the discharge medium, is arranged either in the region of the circumference or the end of the tubular discharge vessel facing away from the frontal window section.
  • this vessel shape together with suitably designed electrodes, makes it possible to generate an additional discharge, preferably a glow discharge, in the region of the outside of the window section.
  • the at least one elongate outer electrode preferably ends about 3 to 10 mm in front of the frontal window portion.
  • the distance of the end-side end of the inner electrode to the front-side window section is preferably equal to or smaller than the corresponding distance of the at least one outer electrode. According to current knowledge, it is assumed that then the field penetration of the inner electrode allows only a sufficiently intense gas discharge on the outer wall of the window portion.
  • the usually metallic process chamber serves as the outer electrode.
  • the elongate outer electrodes on the outside of the discharge vessel of the dielectric barrier discharge lamp can then be dispensed with.
  • the diameter of the discharge vessel can only be changed within certain limits without having to accept a significant deterioration in the UV / VUV radiation efficiency. Too small a diameter and consequently a too short striking distance is also at the expense of a sufficiently high UV / VUV radiation power.
  • the suitable length-diameter ratio is therefore set substantially by a not too large length of the discharge vessel.
  • the relevant length of the discharge vessel is the region along which the inner and outer electrodes face, ie the longitudinal section of the discharge vessel, within which a dielectrically impeded discharge burns during operation of the lamp.
  • 1a is a side view of a dielectric barrier discharge lamp according to the invention with base
  • FIG. 1b is an end view of the lamp of Fig. Ia
  • FIG. 2 is a side view of the lamp of Fig. Ia without Sokel
  • Fig. 3 is a partial sectional view of a process chamber in which the lamp of Fig. 1 is installed.
  • FIGS. 1a and 1b show a side view and an end view, respectively, of an embodiment of the inventive dielectric barrier discharge lamp 1.
  • This dielectric barrier discharge lamp 1 is used as a UV / VUV emitter in the surface treatment, in particular cleaning or modification or activation method according to the invention intended.
  • the lamp 1 has a tubular discharge vessel 2 with a circular cross-section, which has a diameter of about 45 mm and consists of quartz glass.
  • the lamp 1 has a tubular base 3 made of aluminum, from which the discharge vessel 2 protrudes over a length of about 60 mm.
  • the base 3 itself consists essentially of an approximately 90 mm long base sleeve 4, to which a flange 5 connects.
  • the lamp 1 is installed gas-tight in a process chamber (see Figure 3).
  • a supply unit (not shown) has the flange 5 at the end of a socket 6.
  • the discharge vessel 2 has a substantially planar section 7, which serves as a window for the undisturbed transmission of the UV / VUV radiation generated during operation within the discharge vessel.
  • the planar window section 7 merges via an annular curved transition section 8 into the actual tubular section 9 of the discharge vessel 2. Since the transition section 8 is designed to be relatively narrow, almost the entire diameter of the discharge vessel 2 is available for the planar region of the window section 7.
  • a pump stem 10 which has been melted off after pumping out and filling the discharge vessel 2 with xenon gas at a filling pressure of about 100 mbar is arranged laterally below the transition section 8 on the tubular section 9 of the discharge vessel 2 and not on the front side as is usual with such lamps.
  • the pumping stem 10 may also be arranged on the socket-side end of the discharge vessel. In both cases, an optical disturbance of the frontal window portion 7 is avoided.
  • outer electrodes 11a-lf of aluminum strips and the width 4 mm are arranged parallel to the lamp longitudinal axis.
  • the external electrodes 11a-11f are connected to the socket 6 via the base sleeve 4 (not shown).
  • the front ends of the outer electrodes 11a-11f are connected together by means of an annular electrode strip 12.
  • the outer electrodes can also be applied as line-shaped electrode tracks, for example by means of conductive paste, for example printed on them. Then can also be dispensed with the annular electrode strip at the front end.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a side view of the lamp 1 without socket.
  • a helical inner electrode 13 is arranged axially.
  • the outer electrode can be formed as a helix and the associated inner electrode as an axially arranged straight wire or rod.
  • Decisive in this context is only that in the pulsed mode of operation according to the aforementioned US 5,604,410 a discharge structure disclosed in DE 196 36 965 A1 in Fig. 5c arises.
  • the helical inner electrode 13 consists of a metal wire with a wire diameter of 1 mm.
  • the diameter of the electrode coil 13 is 10 mm, the pitch 13 mm.
  • the helical inner electrode 13 terminates at a distance A 1 of approximately 5 mm in front of the window section 7.
  • the inner electrode 13 is replaced by a foil foil. Seal formed sealing region 14 gas-tight led to the outside and ends there in the form of a pin-like outer power supply 15.
  • the outer power supply 15 is connected when mounting the base 3 with the socket 6 (not shown).
  • the strip-shaped outer electrodes 11a-11f (not shown in FIG. 2) are, as mentioned, connected to the metallic base sleeve 4 and are grounded for safety reasons.
  • a glass tube extension 16 is attached, which is connected in the base mounting via a conventional Viton seal with the inside of the base sleeve 4 gas-tight.
  • FIG. 3 shows a highly schematic representation of a process chamber 17 in which the lamp 1 shown in FIGS. 1a, 1b and 2 is installed.
  • the process chamber 17 has an opening, through which the discharge vessel 2 of the lamp 1 projects into the process chamber 17.
  • the opening is closed gas-tight by means of an O-ring seal 18 through the flange 5 of the lamp cap 3.
  • Viton seal between the glass tube extension 16 of the discharge vessel 2 and the inner side of the base sleeve 4, that within the glass tube extension 16 extending power supply 15 is not exposed to the negative pressure atmosphere of the process chamber and thereby undesirable parasitic discharges occur.
  • the process chamber 17 is filled with an Ar / H 2 mixture at a pressure of 0.1 mbar.
  • the usual pump and gas system for evacuating and filling the process chamber is not shown for the sake of simplicity.
  • the substrate which is also located in the process chamber, for example silicon, whose surface is to be treated, for example, agreed, modified and / or activated.
  • the distance of the substrate to the end face 7 of the lamp is typically about 1 mm to learn.
  • the lamp 1 is connected to an electrical supply device (not shown), the high voltage pulses of about 5 kV and a pulse width of 100 ns, which are separated by pause times of about 20 microseconds.
  • the electric power is in this example about 10 W.
  • a dielectric barrier discharge is operated within the discharge vessel 2 and additionally generated in the process chamber 17 in the area in front of the window portion 7 of the lamp 1, a glow discharge (not shown), which together with the UV / VUV radiation generated by the dielectric barrier discharge serves for cleaning, modifying or activating the surface of a material (not shown) introduced into the process chamber 17 according to the invention.
  • strip-shaped outer electrodes lla-llf can then be dispensed with (not shown).
  • the internal pressure in the process chamber 17 and in the discharge vessel 2 of the lamp 1 is suitably adjusted so that a discharge burns in operation both in the discharge vessel 2 and within the process chamber, preferably immediately before the window section 7.
  • an (auxiliary) electrode may be provided as the outer electrode, for example a metal rod projecting into the chamber or else a metallic support for the substrate to be treated.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Behandlung, insbesondere Reinigung, Modifikation und/oder Aktivierung, von Oberflächen vorgeschlagen, das die UV/VUV-Strahlung eines UV/VUV-Strahlers nutzt sowie eine zusätzliche Gasentladung. Als UV/VUV-Strahler wird vorzugsweise eine dielektrische Barriere-Entladungslampe (1) verwendet, die einen planen Fensterabschnitt (7) für den Austritt der UV/VUV-Strahlung aufweist. Die Lampe (1) ragt in eine Verfahrenskammer (17) hinein. Die zusätzliche Gasentladung wird im Bereich der Außenseite des Fensterabschnitts (7) der Lampe (1) erzeugt. Das zu behandelnde Substrat wird innerhalb der Verfahrenskammer (17) in der Nähe des Fensterabschnitts (7) angeordnet.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Behandlung von Oberflächen, Strahler für dieses Verfahren sowie Bestrahlungssystem mit diesem Strahler
Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Behandlung von Oberflächen mit Hilfe von Ultraviolett (UV) - bzw. Vakuumultraviolett (VUV) -Strahlung. Genutzt wird also elektromagnetische Strahlung im Bereich von ca. 150 nm bis 350 nm (UV) bzw. ca. 150 nm bis 200 nm (VUV) zur Behandlung wie unter anderem Reinigung, Modifikation und/oder Aktivierung von Oberflächen. Beispiele für die Behandlung von Oberflächen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind das Entfernen von organischen Verunreinigungen auf Glasoberflächen bei der Herstellung von Flüssigkristallbildschirmen (LCD) , das Entfernen von Fotolacken oder die Verbesserung der Benetzbarkeit von Oberflächen, beispielsweise von Wafern und anderen Substraten in der Halbleiterfertigung.
Für derartige Verfahren werden unter anderem Strahler eingesetzt, die elektromagnetische Strahlung im UV/VUV- Spektralbereich emittieren. Geeignet sind insbesondere sogenannte dielektrische Barriere-Entladungslampen, die sich als besonders effiziente UV/VUV-Strahler erwiesen haben, insbesondere, wenn sie mit dem in der US 5 604 410 beschriebenen gepulsten Betriebsverfahren betrieben wer- den. Stand der Technik
In der Schrift WO 03/098653 ist eine dielektrische Barriere-Entladungslampe offenbart, die in einer Vakuumkammer für prozesstechnische Verfahren mittels UV/VUV- Strahlung, wie beispielsweise Oberflächenreinigung und - aktivierung, Photolytik, Ozonerzeugung, Trinkwasserreinigung, Metallisierung, und UV-Curing, eingesetzt werden kann. Die UV/VUV-Strahlung wird von Xenon-Excimeren (Xe2*) mit Wellenlängen im Bereich um ca. 172 nm emittiert, die in einer dielektrisch behinderten Entladung von 200 mbar Xenon im Innern des aus Quarzglas bestehenden Entladungsgefäßes erzeugt werden. Im Innern des rohr- förmigen Entladungsgefäßes ist eine wendeiförmige Innenelektrode axial angeordnet. Auf der Außenseite des Entladungsgefäßes sind sechs streifenförmige Elektroden paral- IeI zur Innenelektrode aufgebracht. Die Innenelektrode ist an einem Ende des Entladungsgefäßes mittels eines Dichtungsbereiches aus dem Inneren gasdicht nach Außen geführt. Das andere Ende des Entladungsgefäßes ist kuppenartig verschlossen und mit einer abgeschmolzenen Pump- spitze versehen. Das dichtungsbereichferne Ende der Innenelektrode ist in der stirnseitigen Pumpspitze fixiert.
In der Schrift US 2006/180173 Al ist ein Verfahren für die Entfernung von organischen Materialien, beispielsweise Lacken von Halbleitern, offenbart. Dazu ist eine mit Xenon gefüllte dielektrisch behinderte Entladungslampe in einer Verfahrenskammer mit sauerstoffhaltiger Unterdruckatmosphäre eingebaut. Die von der Lampe emittierte VUV- Strahlung mit Wellenlängen um ca. 172 nm erzeugt in der sauerstoffhaltigen Atmosphäre Ozon und aktivierten Sauer- stoff. Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Behandeln, insbesondere Reinigen, Modifizieren und/oder Aktivieren von Oberflächen bereitzustellen. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es, ei- nen für das Verfahren geeigneten UV/VUV-Strahler sowie ein Bestrahlungssystem mit diesem UV/VUV-Strahler bereitzustellen .
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung, insbesondere Reinigung, Modifikation und/oder Aktivierung, eines Gegenstands im Innern einer Verfahrenskammer mit Hilfe eines UV/VUV-Strahlers, wobei der UV/VUV-Strahler ein Strahlergefäß aufweist, das in das Innere der Verfahrenskammer hineinragt und wobei das Verfahren die folgenden Verfahrenschritte umfasst: o Einbringen des Gegenstandes, dessen Oberfläche behandelt, insbesondere gereinigt, modifiziert und/oder aktviert werden soll, in die Verfahrenskammer, o Erzeugen von UV/VUV-Strahlung durch Betreiben des UV/VUV-Strahlers, wobei die Strahlung durch die für die UV/VUV-Strahlung transparente Wand des Strahlergefäßes hindurch in das Innere der Verfahrenskammer gelangt, gekennzeichnet durch den folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt: Erzeugen einer Gasentladung im Bereich zu- mindest eines Teils der Außenwand des Strahlergefäßes.
Außerdem wird hinsichtlich eines für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten UV/VUV-Strahler eine dielektrische Barriere-Entladungslampe gemäß des darauf gerichteten unabhängigen Anspruchs 8 beansprucht. Schließlich wird auch ein Bestrahlungssystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dieser dielektrischen Barriere-Entladungslampe als UV/VUV-Strahler gemäß des darauf gerichteten unabhängigen Anspruchs 16 beansprucht .
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen.
Die Verfahrensansprüche umfassen auch Vorrichtungsmerkma- Ie und umgekehrt umfassen die Vorrichtungsansprüche auch Verfahrensmerkmale, so dass im Folgenden beide Kategorien nicht immer streng getrennt sondern überwiegend im gegenseitigen Zusammenwirken erläutert werden.
Der Grundgedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, für die Behandlung, insbesondere Reinigung, Modifikation und/oder Aktivierung der Oberfläche eines Substrats nicht nur die Strahlung eines UV/VUV-Strahlers zu verwenden sondern ergänzend eine Gasentladung im Bereich zumindest eines Teils der Außenwand des Gefäßes des UV/VUV-Strahlers, d.h. in der Nähe des Substrats zu erzeugen. Die Erfinder haben nämlich gefunden, dass sich dadurch die Behandlungswirkung, insbesondere Reinigung, Modifikation bzw. Aktivierung der Oberfläche des Substrats deutlich verbessert. Ohne damit die Festlegung auf eine theoretische Deutung beabsichtigen zu wollen wird derzeit davon ausgegangen, dass hierbei die durch die zusätzliche Entladung in der Verfahrenskammer erzeugten Elektronen, Ionen, Radikale, Metastabile und/oder chemisch reaktive Spezies einen Beitrag leisten. Gegenüber der konventionellen Oberflächenreinigung, beispielsweise mittels Plasmaätzen, hat das erfindungsgemäße Verfahren unter anderem den Vorteil, dass z.B. die Entladung in einer dielektrischen Barriere-Entladungslampe für die Erzeugung der UV/VUV-Strahlung getrennt ist von der zusätzlichen Entladung in der Atmosphäre der Verfahrenskammer. Dadurch ergibt sich ein Freiheitsgrad zur Optimierung der Entladung innerhalb des UV/VUV-Strahlers unabhängig von der zusätzlichen Entladung innerhalb der Verfahrenskammer. Außerdem wird die Entladung für die Erzeugung der UV/VUV-Strahlung nicht von den Gaskomponenten der Atmosphäre der Verfahrenskammer bzw. den Verunreinigungen des zu behandelnden, insbesondere zu reinigenden Substrats negativ beeinflusst.
Als UV/VUV-Strahler wird für das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise eine dielektrische Barriere- Entladungslampe verwendet, deren rohrförmiges Entladungsgefäß in die Verfahrenskammer hineinragt. In dem rohrför- migen Entladungsgefäß ist das Entladungsmedium gasdicht eingeschlossen. Dadurch können für das Entladungsmedium der dielektrischen Barriere-Entladung sowohl die Gasart, z.B. Xenon, als auch der Gasdruck, z.B. 100 mbar oder mehr, im Hinblick auf eine möglichst hohe Effizienz oder Leistung der UV/VUV-Strahlungserzeugung geeignet gewählt werden.
Die zusätzliche Gasentladung wird hingegen davon getrennt im Bereich zumindest eines Teils der Außenwand des Entladungsgefäßes, insbesondere auch im wesentlichen lokalisiert auf der Oberfläche der Außenwand des Entladungsge- fäßes, d.h. jedenfalls in der Niederdruckatmosphäre der Verfahrenskammer und damit zumindest in der Nähe des zu behandelnden Substrats erzeugt. Je nach Art des Substrats und dessen Verunreinigung bzw. angestrebter Behandlung kann die Atmosphäre der Verfahrenskammer insbesondere eines oder mehrere der Bestandteile Sauerstoff, Wasser- Stoff, Argon, SF6, NH3, Halogen oder dessen Verbindungen enthalten, üblicherweise bei einem Gesamtdruck im Bereich von typisch 0,01 mbar bis 20 mbar. Insbesondere durch die Möglichkeit unterschiedlicher Druckbereiche für das Entladungsmedium innerhalb des Entladungsgefäßes des UV/VUV- Strahlers einerseits und für die Atmosphäre innerhalb der Verfahrenskammer andererseits aber auch durch eine geeignete elektrische Auslegung sowie die Betriebsweise des UV/VUV-Strahlers kann auf der Außenseite des Entladungsgefäßes die zusätzliche Gasentladung, insbesondere eine Glimmentladung, erzeugt werden. Für weitere Details hierzu wird auf den folgenden Abschnitt sowie das Ausführungsbeispiel verwiesen.
In einer Ausführungsform ist eine längliche, bevorzugt wendeiförmige Innenelektrode innerhalb des rohrförmigen Entladungsgefäßes axial angeordnet. Die Innenelektrode ist an einem ersten Ende des Entladungsgefäßes durch einen Dichtungsbereich gasdicht nach Außen geführt. Auf der Außenseite des Entladungsgefäßes ist mindestens eine längliche, z.B. streifenförmige Außenelektrode angeord- net, die sich vom Ende des Dichtungsbereichs der Innenelektrode beginnend parallel zur Längsachse des rohrförmigen Entladungsgefäßes erstreckt. An dem gegenüber dem Dichtungsbereich abgewandten anderen Ende ist die Stirnseite des Entladungsgefäßes als Fensterabschnitt ausge- bildet, der der Transmission der im Betrieb erzeugten UV/VUV-Strahlung dient. Vorzugsweise wird die zusätzliche Entladung im Bereich der Außenseite dieses Fensterabschnitts erzeugt. Zu diesem Zweck hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der stirnseitige Fensterabschnitt im wesentlichen plan oder kuppeiförmig ist. Dadurch wird die durch den Fensterabschnitt hindurch tretende UV/VUV- Strahlung am wenigsten gestört. Aus diesem Grund ist auch ein bei der Herstellung der Lampe in der Regel notwendiger Pumpstängel, der nach dem Befüllen des Entladungsgefäßes mit dem Entladungsmedium abgeschmolzenen wird, ent- weder im Bereich des Umfangs oder des vom stirnseitigen Fensterabschnitt abgewandten Endes des rohrförmigen Entladungsgefäßes angeordnet. Außerdem ermöglicht es diese Gefäßform zusammen mit geeignet gestalteten Elektroden, im Bereich der Außenseite des Fensterabschnitts eine zu- sätzliche Entladung, vorzugsweise ein Glimmentladung zu erzeugen. In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die mindestens eine längliche Außenelektrode vorzugsweise ca. 3 bis 10 mm vor dem stirnseitigen Fensterabschnitt endet. Der Abstand des stirnseiti- gen Endes der Innenelektrode zum stirnseitigen Fensterabschnitt ist vorzugsweise gleich oder kleiner als der entsprechende Abstand der mindestens einen Außenelektrode. Nach derzeitigem Kenntnisstand wird davon ausgegangen, dass dann der Felddurchgriff der Innenelektrode erst eine ausreichend intensive Gasentladung auf der Außenwand des Fensterabschnitts ermöglicht.
Alternativ ist es auch möglich, dass die in der Regel metallische Verfahrenskammer als Außenelektrode dient. Auf die länglichen Außenelektroden auf der Außenseite des Entladungsgefäßes der dielektrischen Barriere- Entladungslampe kann dann verzichtet werden. Außerdem hat es sich für eine optimale Abstimmung zwischen UV/VUV-Strahlung und zusätzlicher Gasentladung als vorteilhaft erwiesen, wenn das Verhältnis von Länge zu Durchmesser des rohrförmigen Entladungsgefäßes höchstens 2:1 beträgt. Da die dielektrische Barriere-Entladung im wesentlichen radial von der axialen Innenelektrode in Richtung zu den Außenelektroden brennt, ist der Durchmesser des Entladungsgefäßes durch die doppelte Schlagweite der dielektrischen Barriere-Entladung festgelegt. Ande- rerseits ist die UV/VUV-Strahlungseffizienz der dielektrischen Barriere-Entladung von der Schlagweite bzw. der hierfür erforderlichen Höhe der elektrischen Spannung abhängig. Deshalb ist der Durchmesser des Entladungsgefäßes nur in gewissen Grenzen veränderbar, ohne eine deut- liehe Verschlechterung der UV/VUV-Strahlungseffizienz in Kauf nehmen zu müssen. Ein zu geringer Durchmesser und folglich eine zu geringe Schlagweite geht zudem zu Lasten einer ausreichend hohen UV/VUV-Strahlungsleistung. Das geeignete Längen-Durchmesser-Verhältnis wird deshalb im wesentlichen durch eine nicht zu große Länge des Entladungsgefäßes eingestellt. Die maßgebliche Länge des Entladungsgefäßes ist dabei der Bereich, längs dessen sich die Innen- und Außenelektroden gegenüberstehen, d.h. der Längsabschnitt des Entladungsgefäßes, innerhalb dessen im Betrieb der Lampe eine dielektrisch behinderte Entladung brennt .
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen: Fig. Ia eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen dielektrischen Barriere-Entladungslampe mit Sockel,
Fig. Ib eine Stirnansicht der Lampe aus Fig. Ia,
Fig. 2 eine Seitenansicht der Lampe aus Fig. Ia ohne So- ekel,
Fig. 3 eine Teilschnittansicht einer Verfahrenskammer, in der die Lampe aus Fig. 1 eingebaut ist.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Figuren Ia und Ib zeigen eine Seitenansicht bzw. eine Stirnansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen dielelektrischen Barriere-Entladungslampe 1. Diese dielelektrische Barriere-Entladungslampe 1 ist als UV/VUV-Strahler in dem erfindungsgemäßen Oberflächenbe- handlungs-, insbesondere Reinigungs- bzw. Modifikationsoder Aktivierungsverfahren vorgesehen. Die Lampe 1 weist ein rohrförmiges Entladungsgefäß 2 mit kreisförmigem Querschnitt auf, das einen Durchmesser von ca. 45 mm hat und aus Quarzglas besteht. An einem Ende weist die Lam- pe 1 einen rohrförmigen Sockel 3 aus Aluminium auf, aus dem das Entladungsgefäß 2 über eine Länge von ca. 60 mm hinausragt. Der Sockel 3 selbst besteht im wesentlichen aus einer ca. 90 mm langen Sockelhülse 4, an die sich ein Flansch 5 anschließt. Mit Hilfe dieses Flansches 5 wird die Lampe 1 in einer Verfahrenskammer gasdicht eingebaut (siehe Figur 3) . Für den elektrischen Anschluss der Lampe 1 an ein Versorgungsgerät (nicht dargestellt) weist der Flansch 5 am Ende eine Buchse 6 auf. Am anderen Ende weist das Entladungsgefäß 2 einen im wesentlichen planen Abschnitt 7 auf, der als Fenster für die ungestörte Transmission der im Betrieb innerhalb des Entladungsgefä- ßes erzeugten UV/VUV-Strahlung dient. Der plane Fensterabschnitt 7 geht über einen ringförmigen gebogenen Übergangsabschnitt 8 in den eigentlichen rohrförmigen Abschnitt 9 des Entladungsgefäßes 2 über. Da der Übergangsabschnitt 8 relativ schmal ausgeführt ist, steht für den planen Bereich des Fensterabschnitts 7 nahezu der gesamte Durchmesser des Entladungsgefäßes 2 zur Verfügung. Ein nach dem Auspumpen und Befüllen des Entladungsgefäßes 2 mit Xenongas bei einem Fülldruck von ca. 100 mbar abgeschmolzener Pumpstängel 10 ist seitlich unterhalb des Übergangsabschnitts 8 am rohrförmigen Abschnitt 9 des Entladungsgefäßes 2 angeordnet und nicht wie bei derartigen Lampen üblich an der Stirnseite. Alternativ kann der Pumpstängel 10 auch am sockelseitigen Ende des Entladungsgefäßes angeordnet sein. In beiden Fällen wird eine optische Störung des stirnseitigen Fensterabschnitts 7 vermieden .
Auf der Außenseite des Entladungsgefäßes 2 sind sechs streifenförmige Außenelektroden lla-llf aus Aluminiumstreifen und der Breite 4 mm parallel zur Lampenlängsach- se angeordnet. Am sockelseitigen Ende sind die Außenelektroden lla-llf über die Sockelhülse 4 mit der Buchse 6 verbunden (nicht dargestellt) . Die stirnseitigen Enden der Außenelektroden lla-llf sind mittels eines ringförmigen Elektrodenstreifens 12 miteinander verbunden bzw. zusammengehalten. Die Außenelektroden lla-llf bzw. genauer gesagt der deren Enden verbindende ringförmige Elektrodenstreifen 12 endet im Abstand Aa von ca. 10 mm vor dem planen Fensterabschnitt 7. Da die Außenelektroden lla-llf etwa 10 mm unterhalb der Sockelkante enden, beträgt das maßgebliche Längen-Durchmesserverhältnis für das Entladungsgefäß ca. 60 mm: 45 mm, also ungefähr 1,3:1.
Alternativ können die Außenelektroden auch als linienför- mige Elektrodenbahnen, beispielsweise mittels Leitpaste, aufgebracht, beispielsweise aufgedruckt sein. Dann kann auf den ringförmigen Elektrodenstreifen am stirnseitigen Ende auch verzichtet werden.
Für die Erläuterungen weiterer Merkmale der Lampe 1, die in den Figuren Ia, Ib nicht sichtbar sind, wird im folgenden auch Bezug auf die Figur 2 genommen, die eine schematische Darstellung einer Seitenansicht der Lampe 1 ohne Sockel zeigt. Innerhalb des rohrförmigen Entladungsgefäßes 2 ist eine wendeiförmige Innenelektrode 13 axial angeordnet. An dieser Stelle sei erwähnt, das prinzipiell auch die Außenelektrode als Wendel ausgebildet sein kann und die zugehörige Innenelektrode als axial angeordneter gerader Draht oder Stab. Maßgeblich in diesem Zusammenhang ist nur, dass bei gepulster Betriebsweise gemäß der eingangs erwähnten US 5 604 410 eine in der DE 196 36 965 Al in Fig. 5c offenbarte Entladungsstruktur entsteht. Die wendeiförmige Innenelektrode 13 besteht aus einem Metalldraht mit einem Drahtdurchmesser von 1 mm. Der Durchmesser der Elektrodenwendel 13 beträgt 10 mm, die Steigung 13 mm. Am stirnseitigen Ende des Entladungsgefäßes 2 endet die wendeiförmige Innenelektrode 13 im Abstand A1 von ca. 5 mm vor dem Fensterabschnitt 7. Am anderen Ende des Entladungsgefäßes 2, also lampenfußsei- tig, ist die Innenelektrode 13 durch einen als Folien- dichtung ausgebildeten Dichtungsbereich 14 gasdicht nach Außen geführt und endet dort in Form einer stiftartigen äußeren Stromzuführung 15. Die äußere Stromzuführung 15 wird beim Montieren des Sockels 3 mit der Buchse 6 ver- bunden (nicht dargestellt) . Die in der Fig. 2 nicht dargestellten streifenförmigen Außenelektroden lla-llf werden wie erwähnt mit der metallischen Sockelhülse 4 verbunden und sind aus Sicherheitsgründen auf Massepotential gelegt. Am lampenfußseitigen Ende des Entladungsgefäßes 2 ist ein Glasrohrfortsatz 16 angesetzt, der bei der Sockelmontage über eine herkömmliche Vitondichtung mit der Innenseite der Sockelhülse 4 gasdicht verbunden wird. Der Vorteil dieser Maßnahme wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Figur 3 erläutert.
Die Figur 3 zeigt in stark schematisierter Darstellung eine Verfahrenskammer 17, in der die in den Figuren Ia, Ib sowie 2 dargestellte Lampe 1 eingebaut ist. Dazu weist die Verfahrenskammer 17 eine Öffnung auf, durch die hindurch das Entladungsgefäß 2 der Lampe 1 in die Verfah- renskammer 17 hineinragt. Die Öffnung ist mittels einer O-Ringdichtung 18 durch den Flansch 5 des Lampensockels 3 gasdicht abgeschlossen. Außerdem wird durch die oben erwähnte Vitondichtung zwischen Glasrohrfortsatz 16 des Entladungsgefäßes 2 und Innenseite der Sockelhülse 4 er- reicht, dass die innerhalb des Glasrohrfortsatzes 16 verlaufende Stromzuführung 15 nicht der Unterdruckatmosphäre der Verfahrenskammer ausgesetzt ist und dadurch unerwünschte parasitäre Entladungen auftreten. Statt dessen ist die Stromzuführung 15 durch den Glasrohrfortsatz 16, die Sockelhülse 4 und die Vitondichtung zwischen diesen beiden von der Niederdruckatmosphäre innerhalb der Ver- fahrenskammer 17 gasdicht getrennt und befindet sich unter normalen Umgebungsbedingungen. Für weitere Details zur Gasdichtung mittels Glasrohrfortsatz und Sockel sei auf die bereits erwähnte WO 03/098653 verwiesen. Die Ver- fahrenskammer 17 ist mit einer Ar/H2 Mischung gefüllt bei einem Druck von 0,1 mbar. Das hierfür übliche Pumpen- und Gassystem zum Evakuieren und Befüllen der Verfahrenskammer ist der Einfachheit halber nicht dargestellt. Ebenfalls nicht dargestellt ist das sich auch in der Verfah- renskammer befindende Substrat, beispielsweise Silizium, dessen Oberfläche behandelt, z.B. geeinigt, modifiziert und/oder aktiviert werden soll. Der Abstand des Substrats zur Stirnfläche 7 der Lampe beträgt typischerweise ca. 1 mm bis lern. Über die Buchse 6 wird die Lampe 1 mit einem elektrischen Versorgungsgerät verbunden (nicht dargestellt) , das Hochspannungspulse von ca. 5 kV und einer Pulsbreite von 100 ns liefert, die durch Pausenzeiten von ca. 20 μs voneinander getrennt sind. Die elektrische Leistung beträgt in diesem Beispiel ca. 10 W. Damit wird eine dielektrische Barrieren-Entladung innerhalb des Entladungsgefäßes 2 betrieben sowie zusätzlich in der Verfahrenskammer 17 im Bereich vor dem Fensterabschnitt 7 der Lampe 1 eine Glimmentladung erzeugt (nicht dargestellt) , die zusammen mit der von der dielektrischen Bar- riere-Entladung erzeugten UV/VUV-Strahlung der erfindungsgemäßen Reinigung, Modifikation oder Aktivierung der Oberfläche eines dazu in die Verfahrenskammer 17 eingebrachten Materials (nicht dargestellt) dient.
Die üblicherweise aus Edelstahl bestehenden Wänden der Verfahrenskammer 17, die aus Sicherheitsgründen auf Massepotential liegen, können auch als alternative Außen- elektroden für die Lampe 1 verwendet werden. Auf die sonst üblicherweise auf der Außenseite des Entladungsgefäßes 2 angeordneten streifenförmigen Außenelektroden lla-llf kann dann verzichtet werden (nicht darge- stellt) . Eventuell ist lediglich der Innendruck in der Verfahrenskammer 17 sowie im Entladungsgefäß 2 der Lampe 1 jeweils geeignet einzustellen, damit im Betrieb sowohl im Entladungsgefäß 2 als auch innerhalb der Verfahrenskammer, vorzugsweise unmittelbar vor dem Fensterab- schnitt 7, eine Entladung brennt. Außerdem kann auch anstelle oder ergänzend zur Verfahrenskammer als Außenelektrode eine (Hilfs-) Elektrode vorgesehen sein, beispielsweise ein in die Kammer hineinragender Metallstab oder auch ein metallische Träger für das zu behandelnde Substrat.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung, insbesondere Reinigung, Modifikation und/oder Aktivierung, eines Gegenstands im Innern einer Verfahrenskammer (17) mit Hilfe eines UV/VUV-Strahlers (1), - wobei der UV/VUV-Strahler (1) ein Strahlergefäß (2) aufweist, das in das Innere der Verfahrenskammer (17) hineinragt, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrenschritte umfasst : o Einbringen des Gegenstandes, dessen Oberfläche behandelt, insbesondere gereinigt, modifiziert und/oder aktiviert werden soll, in die Verfahrenskammer (17), o Erzeugen von UV/VUV-Strahlung durch Betreiben des UV/VUV-Strahlers (1), wobei die UV/VUV-Strahlung durch die für die UV/VUV-Strahlung transparente Wand des Strahlergefäßes (2) hindurch in das Innere der Verfahrenskammer (17) gelangt, gekennzeichnet durch den folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt : • Erzeugen einer Gasentladung im Bereich zumindest eines Teils (7) der Außenwand des Strahlergefäßes (2) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verfahrenskammer (17) mit einem Gas oder Gasgemisch bei einem Ge- samtdruck im Bereich von 0,01 mbar bis 20 mbar gefüllt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Gas bzw. Gasgemisch eines oder mehrere der folgenden Komponenten enthält: Sauerstoff, Wasserstoff, Argon, SF6, NH3, Halogen oder dessen Verbindungen.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Strahlergefäß (2) rohrförmig ist und die Gasentladung im Außenbereich des in die Verfahrenskammer (17) hineinragenden verschlossenen Endes (7) des Strahlergefäßes erzeugt wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der UV/VUV-Strahler (1) so ausgelegt und betrieben wird, dass die Gasentladung außerhalb des Strahlergefäßes eine Glimmentladung ist.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wo- bei der UV/VUV-Strahler (1) eine dielektrische Barriere-Entladungslampe ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Entladungslampe (1) mit gepulster Hochspannung betrieben wird.
8. Dielektrische Barriere-Entladungslampe (1), geeignet als UV/VUV-Strahler für das Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, mit o einem rohrförmigen Entladungsgefäß (2), das an seinen beiden Enden gasdicht verschlossenen ist und so einen Entladungsraum bildet, der mit einem Entla- dungsmedium gefüllt ist, o einer länglichen Innenelektrode (13), die innerhalb des Entladungsgefäßes (2) axial angeordnet ist, und an einem ersten Ende des Entladungsgefäßes durch einen Dichtungsbereich (14) gasdicht nach Außen ge- führt ist, o eine Außenelektrode (lla-llf), die außerhalb des Entladungsgefäßes (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass o das zweite Ende des Entladungsgefäßes als stirnsei- tiger Fensterabschnitt (7) ausgebildet ist, der der Transmission der im Betrieb erzeugten UV/VUV- Strahlung dient.
9. Lampe nach Anspruch 8, wobei der stirnseitige Fensterabschnitt (7) im wesentlichen plan oder kuppelför- mig ist.
10. Lampe nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Verhältnis von Länge zu Durchmesser des rohrförmigen Entladungsgefäßes (2) höchstens 2:1 beträgt.
11. Lampe nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Außenelektrode als mindestens eine auf der Außenseite des Entladungsgefäßes (2) angeordnete längliche Elektrode (lla-llf) ausgebildet ist, die sich vom Dichtungsbereich der Innenelektrode beginnend parallel zur Längsachse des rohrförmigen Entladungsgefä- ßes (2) erstreckt und vor dem stirnseitigen Fensterabschnitt (7) endet.
12. Lampe nach Anspruch 11, wobei die mindestens eine längliche Außenelektrode (lla-llf) in einem Abstand (Aa) von ca. 3 bis 10 mm vor dem stirnseitigen Fensterabschnitt (7) endet.
13. Lampe nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der Abstand (A1) zwischen dem stirnseitigen Fensterabschnitt (7) und dem stirnseitigen Ende der Innenelektrode (13) gleich oder kleiner ist als der entsprechende Abstand (Aa) der mindestens einen längli- chen Außenelektrode (1Oa-IOf) .
14. Lampe nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Außenelektrode als metallische Kammer (17) ausgebildet ist, in die das Entladungsgefäß (2) durch eine Öffnung hineinragt, wobei die Öffnung mit dem So- ekel (3) der Lampe (1) gasdicht abgeschlossen ist.
15. Lampe nach einem der Ansprüche 8 bis 14, mit einem abgeschmolzenen Pumpstängel (10), der entweder im Bereich des rohrförmigen Abschnitts (9) oder des vom stirnseitigen Fensterabschnitt (7) abgewandten Endes des rohrförmigen Entladungsgefäßes (2) angeordnet ist.
16. Bestrahlungssystem mit einer Verfahrenskammer (17), in die eine Lampe (1) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 15 zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An- sprüche 1 bis 7 eingebaut ist.
17. Bestrahlungssystem nach Anspruch 16, wobei die Verfahrenskammer (17) eine Öffnung aufweist, durch die hindurch das Entladungsgefäß (2) der Lampe (1) in die Verfahrenskammer (17) hineinragt, wobei die Öffnung durch den Sockel (3) der Lampe (1) gasdicht abgeschlossen ist und die äußere Stromzuführung (15) der Lampe (1) innerhalb des Sockels (3) gasdicht gegenüber der Atmosphäre innerhalb der Verfahrenskammer (17) ausgebildet ist.
18. Bestrahlungssystem nach Anspruch 17, wobei die Verfahrenskammer aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht und als Außenelektrode für die Lampe ausgebildet ist.
19. Bestrahlungssystem nach Anspruch 17, wobei ein Leiter in die Verfahrenskammer hineinragt, wobei der Leiter als Außenelektrode für die Lampe ausgebildet ist.
20. Bestrahlungssystem nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei die Lampe mit einem für den Betrieb der Lampe geeigneten elektrischen Versorgungsgerät ver- bunden ist.
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