WO2011012185A1 - Reinigen einer prozesskammer - Google Patents

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WO2011012185A1
WO2011012185A1 PCT/EP2010/003247 EP2010003247W WO2011012185A1 WO 2011012185 A1 WO2011012185 A1 WO 2011012185A1 EP 2010003247 W EP2010003247 W EP 2010003247W WO 2011012185 A1 WO2011012185 A1 WO 2011012185A1
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WO
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gas
electrode
process chamber
cleaning
fluorine
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PCT/EP2010/003247
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Rudolf Beckmann
Michael Geisler
Harald Rost
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Leybold Optics Gmbh
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C23C16/4405—Cleaning of reactor or parts inside the reactor by using reactive gases
    • 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
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
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    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
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    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32798—Further details of plasma apparatus not provided for in groups H01J37/3244 - H01J37/32788; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
    • H01J37/32853—Hygiene
    • H01J37/32862—In situ cleaning of vessels and/or internal parts
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates

Definitions

  • the invention relates to a method and a process chamber, each according to the respective preamble of the independent claims.
  • Substrates for electronic or optoelectronic applications are preferably produced by means of PVD, CVD or PECVD processes (PVD: p_hysical yapor deposition CVD: chemical vapor deposition; PECVD: plasma-enhanced chemical vapor deposition)
  • PVD p_hysical yapor deposition
  • PECVD plasma-enhanced chemical vapor deposition
  • a treatment system for plasma coating of large-area substrates wherein the substrate surface may be in a size of 1 m 2 or more.
  • the plasma is generated in a process chamber between an electrode and a counter electrode, between which the substrate to be treated is introduced.
  • a reaction gas is supplied via a gas shower integrated in the electrode.
  • the gas shower comprises a gas shower exit plate with a plurality of outlet openings, with the help of the reaction gas evenly into the
  • Process chamber is passed.
  • the coating speed and quality of the plasma deposition depends on several process parameters, in particular pressure, flow and
  • a disadvantage of this coating method is that the reaction gases not only attach to the substrate, and thereby also portions of the process chamber
  • the coating of the process chamber can cause particles to dissolve from this coating and contamination of the substrate takes place. If such contamination of the substrate occurs, quality degradation in the coating can be expected.
  • a, preferably corrosive, cleaning gas is introduced into the process chamber, which cleans the contaminated surfaces. Since no coating in the vacuum chamber is possible during the cleaning itself and also a certain time after the cleaning, it is desirable to carry out this cleaning as quickly as possible.
  • the cleaning gas currently used is mainly nitrogen trifluoride NF3.
  • the fluorine species or fluorine radicals provided by the excitation of nitrogen trifluoride can be those used for the coating of solar cells
  • Silicon compounds e.g. Dissolve silicon dioxide, silicon oxynitride and / or silicon nitride from the contaminated surfaces.
  • nitrogen trifluoride is one
  • Sulfur hexafluoride SF6, or a mixture of argon, nitrogen and fluorine Ar / N 2 / F2 to use is known from the document EP 1 138 802 A2 to use a cleaning gas with a content of at least 50 vol.% Molecular fluorine, wherein at a chamber pressure between 37OmT and 45OmT the chamber or at least the objects to be cleaned within the chamber on a elevated temperature of about 450 0 C are brought.
  • the invention is based on the object of cleaning surfaces of a
  • Tempering of the component to be cleaned to a temperature ⁇ 350 ° C.
  • the process chamber is designed and set up for CVD or PECVD treatment of flat substrates having a surface area greater than 1 m 2 . It is preferred if the substrate, electrode and counterelectrode have a flat surface. The surfaces mentioned are preferably planar. It is understood that substrate, electrode and counter electrode can also have concave or convex surfaces.
  • Process gas pressure between 100 Pa and 2000 Pa, in particular 1300 Pa, and a
  • the output power of the HF generator is in a range between 5OW and 5OkW, preferably 1kW.
  • the excitation frequency is in a range between 1 MHz and 150 MHz, preferably 13, 56 MHz.
  • fluorine gas or due to its ease of substitution a fluorine gas mixture to use as a cleaning gas, wherein the total partial pressure in the interior of the chamber is at least in partial areas of the process chamber greater than 5 mbar, preferably greater than 20 mbar.
  • molecular fluorine is used, but atomic fluorine can also be used.
  • Fluorine compounds can be significantly increased.
  • the surface of the component is preferably of a contamination or parasitic coating with in the manufacture of, for example, solar cells used silicon compounds such. Silicon dioxide, silicon nitride and / or silicon nitride cleaned. However, the application to other contaminants is also conceivable.
  • the cleaning gas can be supplied with a partial pressure of fluorine between 20 mbar and 1000 mbar and / or be brought in the process chamber to the mentioned fluorine compound partial pressure between 20 mbar and 1000 mbar.
  • the cleaning gas can be selected as fluorine gas or as fluorine gas in a carrier gas, for example an inert gas such as nitrogen or argon, with a molar concentration of fluorine of 1%, 10%, 20%, 30% and more in the carrier gas.
  • a carrier gas for example an inert gas such as nitrogen or argon, with a molar concentration of fluorine of 1%, 10%, 20%, 30% and more in the carrier gas.
  • a method for cleaning at least one component arranged in the inner region of a process chamber is proposed, which is characterized in that preferably by means of a
  • Temperature control means a thermal activation of the fluorine gas takes place, wherein the component to be cleaned has a temperature ⁇ 350 0 C.
  • the component to be cleaned with cleaning gas, which comprises thermally activated fluorine, applied, in contrast to the usual thermal etching, the component to be cleaned or its surface is not heated or only relatively low is, especially compared to the heating of the component during the
  • Plasma treatment for example a PECVD or CVD coating.
  • the component is also according to this aspect of the invention of a contamination or coating with silicon compounds, such as. Silicon dioxide, silicon nitride and / or silicon nitride cleaned.
  • silicon compounds such as. Silicon dioxide, silicon nitride and / or silicon nitride cleaned.
  • silicon dioxide silicon dioxide, silicon nitride and / or silicon nitride cleaned.
  • the component to be purified has a temperature ⁇ 250 ° C, ⁇ 200 ° C, ⁇ 150 ° C, ⁇ 100 ° C or between 20 0 C and 60 0 C.
  • the thermal activation of the cleaning gas can take place via the contact of the cleaning gas with a heated surface which has a higher temperature than the surface to be cleaned
  • a thermal activation can also take place outside the process chamber, for example in a pipe section heated to a temperature of> 350 ° (Remote Thermal Activation).
  • Particularly critical areas for parasitic coatings of the process chamber include the electrodes for plasma generation, especially when it has an outlet, for example, an integrated gas shower for reaction gases, which is prone to coating and therefore with a high degree of safety and security
  • thermal etching is meant here the etching of an object or a surface at elevated temperature of the object or the surface, an increase in the etching rate being exploited as the temperature of the surface to be etched increases.
  • the cleaning effect can be further increased if parts of the process chamber, In particular, parts of the process chamber which are particularly susceptible to parasitic coatings are heated before or during cleaning.
  • At least one component to be cleaned is an electrode, counterelectrode and / or a gas distributor and / or at least one electrode, counterelectrode and / or a gas distributor as temperature control means for thermal activation of the
  • Fluorine gas is used, the cleaning is done in terms of parasitic
  • an external temperature control can be brought to an elevated temperature, for example to a temperature> 350 0 C, while the electrode is brought to a temperature in the range 20 ° C-80 ° C and the counter electrode to 18O 0 C.
  • a substrate is coated with a silicon-containing layer and a residue comprising silicon is formed at least on the component to be cleaned, an integrated coating and cleaning process can thus be provided.
  • Component has a temperature which is at most 1, 8 times the temperature of the component during the plasma treatment, preferably less than 60 0 C, more preferably less than 20 0 C, so that the thermal load of the component to be cleaned and the necessary energy use in the
  • the method can also be used if, prior to the application of the cleaning gas, a substrate having a silicon-containing layer is etched and at least on the component to be cleaned, a silicon-containing residue is formed.
  • Counter electrode associated substrate support surface or a boiler wall surface of the process chamber is selected and / or during the application of the Cleaning gas, the surface to be cleaned has a temperature which is at most 1, 8 times the temperature of the surface during the plasma treatment, preferably less than 60 0 C, more preferably less than 20 0 C.
  • Cleaning gas can be cost-effectively limited to partial areas.
  • Cover can be made by constructive-mechanical covering or constructive-electrical covering means, the latter use that a contamination does not occur when a surface is in the range of a dark space shield in which no plasma can form.
  • the substrate support surface is covered in particular, so that it is not contaminated.
  • the cover can be effected by the substrate such that the formation of a residue on the substrate support surface is prevented during the plasma treatment.
  • the cover reduces the time required for cleaning and reduces the amount of gas required for cleaning.
  • the preferably large surface bearing surface can be heated or annealed and thus serve as a means for thermal activation of the cleaning gases, in particular the fluorine gas.
  • At least partial surfaces of holding means can be selected as the surface to be cleaned, wherein the holding means are assigned to the substrate supporting surface.
  • the holding means serve to hold the
  • the holding means may be thermally and / or electrically isolated from the support surface so that, while the support surface is brought to an elevated temperature, for example greater than> 350 ° C, the support means at a temperature of ⁇ 350 0 C, in particular ⁇ 80 0 C or in a range between 20 0 C and 60 0 C.
  • Electrode associated gas outlet plate of a gas distributor and the counter electrode is set a distance in a range between 2 mm and 100 mm, the Purge gas act on both the area of the electrode and the counter electrode. It is particularly advantageous if the counter electrode is heated while the electrode and / or the gas distributor have a lower temperature, for example a temperature in the range of the temperature during the plasma treatment, in particular the coating.
  • the contact surface can be the counter electrode
  • an inert gas in particular nitrogen or argon, is used in the cleaning gas in addition to fluorine gas, this facilitates the handling of the method, since such gas mixtures with regard to corrosion of the chamber components and
  • Argon also has the advantage that it does not form any compounds with coating constituents, in particular silicon, and therefore no dust contamination is to be expected, as is the case with nitrogen.
  • the reactivity of the cleaning gas can be further increased.
  • Counter electrode for generating a plasma for plasma treatment of a substrate is arranged and intended to carry out a method according to any one of the preceding claims, wherein
  • Fluorine compounds and for tempering the component to be cleaned to a temperature ⁇ 350 0 C. are provided.
  • Means for transporting a quantity of at least one activatable gas species in a region of the plasma discharge wherein the substrate between the electrode and the counter electrode between a surface to be treated surface of the substrate and the electrode is arranged or can be arranged.
  • the plasma discharge takes place in particular at an excitation frequency between 1 MHz and 150 MHz, preferably 13, 56 MHz.
  • an excitation frequency between 1 MHz and 150 MHz, preferably 13, 56 MHz.
  • Electrode or the counter electrode lying or laying at ground potential.
  • arrangements with floating electrode and / or counter electrode are also conceivable.
  • a control device which controls a pumping device for supplying and removing the cleaning gas as well as the adjustment of the desired fluorine partial pressure.
  • the means for thermally activating the fluorine gas or gaseous fluorine compounds may comprise at least parts of the electrode, a gas distributor associated with the electrode, the counter electrode, a substrate support surface associated with the counter electrode, and / or a thermal activation device located outside the process chamber.
  • the heatable surface may be, inter alia, a heatable filament or a heatable inlet pipe section.
  • the heatable surface may be, inter alia, a heatable filament or a heatable inlet pipe section.
  • these are often designed for large-area elements to be coated (> 1m 2 ). This means that not only the coating quality but also the quality of cleaning can depend on the distance between the electrode and the counter electrode. For example, it has been found that when the fluorine gas is excited by the electrode or counterelectrode, a small distance of 10 to 20 mm is advantageous. If one
  • Electrode and counter electrode are displaceable relative to each other, during the cleaning of electrode and / or
  • facing surfaces of the electrode and counter electrode are exposed to fluorine at a relatively high current density of thermally activated fluorine.
  • the process chamber is characterized in that a preferably provided with a temperature control gas distributor is provided.
  • Gas distributor is useful for a homogeneous plasma treatment, such as coating, wherein the temperature control allows the cleaning of the opposite ektrode but also other components.
  • the cleaning gas is passed via a gas distributor integrated in the electrode, for example a gas distributor for coating gas, into the process chamber.
  • a gas distributor integrated in the electrode for example a gas distributor for coating gas
  • Gas distributor provided with a gas outlet plate, which comprises a plurality of regularly arranged in a surface gas outlet openings.
  • the temperature control for example, the electrode and / or counter electrode
  • Heat transfer oils are preferably used, for example, by
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through an inventively to be cleaned device for plasma treatment of a substrate
  • FIG. 2 shows a graph of an etching rate for a thermally activated fluorine / nitrogen mixture at different total partial pressure of the fluorine or fluorine-containing gas components as a function of the temperature of the
  • Figure 1 shows a schematic representation of a preferred reactor 1 for
  • the reactor may in particular be designed as a PECVD reactor.
  • the reactor 1 comprises a process chamber 3 with an electrode 4 and a counter electrode 5 for generating a plasma, by means of which a surface of a substrate 2 can be treated, in particular coated.
  • the electrodes 4, 5 are formed as large-area metal plates and can for
  • Electrodes and other components are formed from a fluororesistant material (in particular metal) or have a coating of a fluororesistant material.
  • Reactor 1 is suitable for treating large flat substrates
  • the reactor 1 is suitable for carrying out processing steps in the production of highly efficient thin-film solar modules, for example for amorphous or
  • microcrystalline silicon thin-film solar cells are microcrystalline silicon thin-film solar cells.
  • the two electrodes 4, 5 form two opposite walls of the process chamber 3.
  • the process chamber 3 is arranged in a vacuum chamber 7 with an evacuable housing 8, which has an opening 10 for introducing and removing substrates.
  • the chamber opening 10 is through a
  • Closing device 9 closed vacuum-tight. For sealing the
  • Vacuum chamber 7 relative to the outer space 12 seals 11 are provided.
  • the seals are preferably formed from a fluororesistant material.
  • the vacuum chamber 7 may have any spatial form and may in particular have a round or rectangular cross-section.
  • the in the Vacuum chamber 7 embedded process chamber 3 may in particular have the shape of a flat cylindrical disk or a flat cuboid. It goes without saying that the invention can also be used with differently configured reactors, in particular with a different process chamber and / or electrode geometry. It is equally understood that embodiments in which the process chamber itself is a vacuum chamber are also encompassed by the invention.
  • the electrode 4 is arranged in a holding structure 37 in the vacuum chamber 7, which is formed in the embodiment of FIG. 1 of the housing rear wall 19.
  • the electrode 4 is accommodated in a recess 38 of the housing rear wall 19 and separated from it by a dielectric 20.
  • the counter electrode 5 has on its side facing the electrode 4 a
  • the Device 21 for holding a substrate which is preferably designed as a fixing device, comprises one or more retaining means
  • the holding means may be formed finger-like or frame-like.
  • the holding means may be formed finger-like or frame-like.
  • Holding means mechanically connected to the counter electrode 3, but at the same time electrically and / or thermally isolated from this.
  • electrically and / or thermally isolated from this In particular, at a
  • the counterelectrode 5 covers the recess 38 of the holding structure 37 during the execution of the treatment in such a way that a gap 25 is formed between the edge region 23 of the counterelectrode 5 and an edge region 24 of the recess 38.
  • the gap 25 has a width of the
  • the gap width is in such a way
  • a reactive gas is passed into the process chamber 3.
  • the reactive gas is supplied from a source via a supply channel 13 to a gas distributor 15, from which it flows into the process chamber 3.
  • the gas distributor 15 in the present embodiment comprises a gas chamber 16, which has on the side facing the counter electrode 5, a gas outlet plate 17 with a plurality of outlet openings (not shown) for
  • Gas passage is provided. On an area of about 1, 0 m 2 - 2.0 m 2 of the
  • Gas outlet plate 17 are typically provided several thousand outlet openings.
  • Selected surfaces or components can be used during the
  • Plasma treatment are covered.
  • the cover can be made by constructive mechanical covering or constructive-electrical covering, the latter use that a contamination does not occur when a surface is in the range of a dark space shield in which no plasma can form. For example, no contamination of the gap 25 occurs.
  • the substrate 2 is arranged on a substrate support surface 5a during the plasma treatment. It takes place in particular a
  • the covering by the substrate 2 can take place such that the formation of a residue on the substrate support surface 5a is prevented during the plasma treatment.
  • the counterelectrode 5 has no or only slightly beyond the area of the gas shower extending end region 23, so that in this respect no contamination takes place.
  • Areas of the vacuum chamber 7, which are arranged outside the process chamber 3, are connected via vacuum lines 26 with a vacuum pump 26 ', so that when operating the vacuum pump 26' due to the larger volume of the vacuum chamber 7 in a simple manner, a high homogeneity of the gas flows from the Process chamber 3 can be achieved via the gap 25 in the vacuum chamber 7.
  • the process chamber 3 is provided with control means with a pumping device and a control device, which are designed to at least temporarily in the process chamber 3 and in some areas a fluorine-containing cleaning gas having a partial pressure of gaseous fluorine compounds of more than 5 mbar, preferably in a range between 20mbar and 1000 mbar. It is understood that during cleaning, generally no substrate is placed in the process chamber.
  • the cleaning gas is passed into the process chamber 3.
  • the cleaning gas from a source 14 via a supply channel,
  • the channel 13 is preferably supplied to the gas distributor 15, from which it flows into the process chamber 3.
  • the source 14 and / or the feed channel are preferably pressure-resistant for a partial fluorine pressure of more than 5 mbar, preferably more than 20 mbar, 100 mbar, 500 mbar or 1000 mbar.
  • the cleaning gas can be pumped out.
  • the process chamber 3 is flooded during a time interval of cleaning with the cleaning gas and it takes place a pumping out at a later time.
  • heating or tempering means 27, 29, 30 are provided in the reactor 1. With the aid of these means 27, 29, 30, the thermal energy supply to the electrode 4 and / or the counter electrode 5 or the support surface 5a is controlled or regulated during the cleaning process. It has been found in experiments that it is sufficient to arrange the tempering only at one of the electrodes, for example at the electrode 4 or counter electrode 5. The thermal excitation of the cleaning gas at the temperature-controlled electrode 4 or counter electrode 5 creates a sufficient number of
  • Fig. 1 In the embodiment of Fig. 1 are the electrodes 4, 5 associated
  • tempering provided, wherein the temperature control of the counter electrode 5 include a device 29 which is disposed below the counter electrode 5 in the vacuum chamber 7. With the aid of this device 29, the counter electrode 5,
  • the substrate support surface 5a are tempered in such a manner that optimum cleaning can be achieved.
  • the substrate support surface 5a has not been contaminated by the applied substrate 2, so that no cleaning of this component took place.
  • a tempering device is in principle also providable for the electrode 4.
  • an electrode 4 and / or counter electrode 5 may be provided, in which the device 29 is formed integrally with the electrode 4,5.
  • thermo sensors 40, 40 ' can be obtained during the cleaning and used for a process-accompanying control of the power of the temperature control devices 27, 29, 30.
  • the electrode 4 can also be brought into contact by means of heated gas introduced via the gas distributor 15 or brought to a desired temperature. It is particularly advantageous if the cleaning gas itself is used for this purpose. This can be heated, for example, by means of a feed channel 13 which can be heated by means of a temperature control medium, or be conducted via a heatable surface or a heatable filament.
  • the gas outlet plate 17 can be tempered. This can be the
  • Gas exit plate 17 may be connected by means of webs 35 with the electrode 4, which consist of a material having high thermal conductivity, so that the electrode 4, which consist of a material having high thermal conductivity, so that the electrode 4, which consist of a material having high thermal conductivity, so that the electrode 4, which consist of a material having high thermal conductivity, so that the electrode 4, which consist of a material having high thermal conductivity, so that the electrode 4, which consist of a material having high thermal conductivity, so that the
  • Gas outlet plate 17 is thermally connected to the electrode 4.
  • the electrode 4 (and thus also the gas outlet plate 17) can also be tempered during the cleaning by circulating a bath liquid through channels 36 in the electrode 4.
  • the temperature of the electrode 4 can be controlled or regulated.
  • thermal sensors 40 ' may be arranged in the area of the gas outlet plate 17, the measured values of which are used to control the temperature control flow through the electrode 4.
  • etching rates of the method according to the invention are compared with the etching rates of a conventional method.
  • Process chamber for the deposition of silicon thin films for photovoltaics which is coated with 4.5 ⁇ m ⁇ c silicon or amorphous silicon.
  • the coating can be general from one of the usual used in solar cells
  • Silicon compounds e.g. Silicon dioxide, silicon nitride and / or silicon nitride exist.
  • the coating occurs mainly on the electrode 4, the one
  • Gas distributor includes, on.
  • the electrode is tempered by means of tempering to about 60 0 C; the counter electrode to about 200 0 C.
  • the distance of the electrodes from each other in the coating 14 mm, the surfaces of the electrodes are each about 2 m 2 .
  • a remote plasma device (company R3T, excitation with microwave) is flanged frontally to the reactor.
  • the distance between the two electrodes is increased from 14mm to 180mm and excited NF3 flows through a hole in the process chamber with parallel flow to the electrode surfaces.
  • the gas flow is 2slm (standard liters per minute).
  • the pressure in the chamber during the etching process is 2 mbar. After 45 minutes, the etching is completed.
  • a visual inspection of the reactor shows consistently clean surfaces. The duration of the etching process was determined by the residual gas analysis: as soon as SiF4 was no longer produced, the etching process was completed.
  • the electrodes are 14 mm apart.
  • the cleaning gas of 20% F2 in N2 is introduced into the process chamber through the gas shower (gas distributor) integrated into the electrode with a flow of 18 slm - without being excited by any kind of electrical discharge.
  • the valve is the
  • the inventive method is faster than the conventional cleaning with a R3T remote plasma device with 3 KW power and a 2slm NF3 flow.
  • FIG. 2 shows a graph in which the etching rate during etching of a thermally activated fluorine nitrogen mixture in nm / s (y-axis) is plotted against the temperature in 0 C (x-axis).
  • a fluorine / nitrogen mixture is selected which has a partial pressure of 250 mbar.
  • the graph 100 shown in Figure 2 shows that the etch rate increases sharply from a temperature of about 100 0 C at a partial pressure of 250mbar when compared to etching at conventional low pressures of at most 1 mbar, wherein a at values above 150 0 C. Etch rate of more than 8 nm / s is achieved. At temperatures at 200 0 C, the etching rate is already tripled.
  • the other electrode preferably has a lower temperature, for example in a range between 20 0 C and 6O 0 C and 100 0 C, preferably at most 15% over the temperature during the plasma treatment, for example, the plasma coating of substrates.

Abstract

Das Verfahren zum Reinigen von zumindest einer im Innenbereich einer Plasma -Prozesskammer angeordneten Komponente mit einem Reinigungsgas, welches Fluorgas aufweist, wobei die Prozesskammer zumindest eine Elektrode und Gegenelektrode zum Erzeugen eines Plasmas zur Plasmabehandlung, insbesondere zur CVD - oder PECVD- Behandlung von flachen Substrate mit einer Oberfläche von mehr als 1m2, aufweist, zeichnet sich dadurch aus, dass der Innenbereich mit gasförmigen Fluorverbindungen mit einem Partialdruck von größer als 5 mbar beaufschlagt wird. Bei einem weiteren Verfahren V zum Reinigen von zumindest einer im Innenbereich einer Prozesskammer angeordneten Komponente mittels eines Reinigungsgases, welches Fluorgas aufweist, wobei die Prozesskammer zumindest eine Elektrode und Gegenelektrode zum Erzeugen eines Plasmas, insbesondere zur CVD - oder PECVD- Behandlung von flachen Substrate mit einer Oberfläche von mehr als 1m2, aufweist, ist vorgesehen, dass mittels eines Temperiermittels eine thermische Aktivierung des Fluorgases erfolgt, wobei die zu reinigende Komponente eine Temperatur < 350°C aufweist.

Description

Reinigen einer Prozesskammer
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Prozesskammer, jeweils gemäß dem jeweiligen Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
Substrate für elektronische oder optoelektronische Anwendungen, beispielsweise Halbleiterelemente oder auch Solarzellen, werden vorzugsweise mittels PVD, CVD oder PECVD Verfahren (PVD: p_hysical yapor deposition CVD: chemical yapor deposition - Chemische Gasphasenabscheidung; PECVD: glasma enhanced chemical yapor deposition - Plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung) in
Prozesskmmern behandelt, wobei in die Prozesskammer Reaktionsgase eingeleitet werden, die auf dem Substrat abgeschieden werden.
Aus der WO 2009/0033552 ist ein Behandlungssystem zur Plasma-Beschichtung großflächiger Substrate bekannt, wobei die Substratfläche in einer Größe von 1 m2 und mehr liegen kann. Das Plasma wird in einer Prozesskammer zwischen einer Elektrode und einer Gegenelektrode erzeugt, zwischen die das zu behandelnde Substrat eingebracht ist. Über eine in die Elektrode integrierte Gasdusche wird ein Reaktionsgas zugeführt. Die Gasdusche umfasst eine Gasduschenaustrittsplatte mit einer Vielzahl von Austrittsöffnungen, mit deren Hilfe das Reaktionsgas gleichmäßig in die
Prozesskammer geleitet wird.
Die Beschichtungsgeschwindigkeit und -qualität der Plasma-Ablagerung hängt von mehreren Prozessparametern ab, insbesondere von Druck, Fluss und
Zusammensetzung der Reaktionsgase, von Leistungsdichte und Frequenz der
Plasmaanregung, der Substrattemperatur sowie dem Abstand zwischen Elektrode und Gegenelektrode beziehungsweise dem Abstand zwischen der Substratoberfläche und der jeweiligen Gegenelektrode.
Nachteilig an diesen Beschichtungsverfahren ist, dass sich die Reaktionsgase nicht nur an dem Substrat anlagern, und dabei auch Teilbereiche der Prozesskammer
beschichtet werden. Die Beschichtung der Prozesskammer kann dazu führen, dass sich Partikel aus dieser Beschichtung lösen und eine Verunreinigung des Substrats erfolgt. Tritt eine derartige Verunreinigung des Substrats auf, ist mit Qualitätseinbußen in der Beschichtung zu rechnen.
Es ist deshalb wichtig, die Prozesskammer von Beschichtungen zu reinigen. Dazu wird ein, vorzugsweise ätzendes, Reinigungsgas in die Prozesskammer eingebracht, das die kontaminierten Flächen reinigt. Da während der Reinigung selbst und auch ein gewisse Zeit nach der Reinigung keine Beschichtung in der Vakuumkammer möglich ist, ist es wünschenswert, diese Reinigung möglichst schnell durchzuführen.
Aus dem Stand der Technik sind im Wesentlichen zwei Reinigungsverfahren bekannt. Beim in-situ Reinigen wird ein Reinigungsgas direkt in der Prozesskammer angeregt, während beim Remote-Plasma-Reinigen eine Anregung des Reinigungsgases in einem externen Gerät erfolgt und ein angeregtes Reinigungsgas bei niedrigem Druck in die Prozesskammer eingebracht wird.
Als Reinigungsgas wird derzeit hauptsächlich Stickstofftrifluorid NF3 verwendet. Die über die Anregung von Stickstofftrifluorid bereitgestellten Fluorspezies bzw. Fluor- Radikale können die für die Beschichtung von Solarzellen verwendeten
Siliziumverbindungen, wie z.B. Siliziumdioxid, Siliziumoxidnitrid und/oder Siliziumnitrid, von den kontaminierten Flächen lösen. Allerdings ist Stickstofftrifluorid ein
umweltgefährdendes Gas, das als Treibhausgas wirkt und eine atmosphärische
Halbwertszeit von mehreren hundert Jahren hat. Zudem ist Stickstofftrifluorid sehr teuer, da die Nachfrage in den letzten Jahren deutlich gestiegen ist.
Um Stickstofftrifluorid zu ersetzen, ist im dem Stand der Technik vorgeschlagen worden, andere Fluorgasgemische, wie beispielsweise Tetrafluormethan CF4,
Schwefelhexafluorid SF6, oder eine Mischung aus Argon, Stickstoff und Fluor Ar/N2/F2 zu verwenden. Insbesondere ist aus dem Dokument EP 1 138 802 A2 bekannt, ein Reinigungsgas mit einem Gehalt von mindestens 50 vol.% an molekularem Fluor zu verwenden, wobei bei einem Kammerdruck zwischen 37OmT und 45OmT die Kammer oder zumindest die zu reinigenden Objekte innerhalb der Kammer auf eine erhöhte Termperatur von etwa 4500C gebracht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Reinigen von Oberflächen einer
Komponente eines Innenraumes einer Prozesskammer bereitzustellen, das auf die Verwendung von Stickstofftrifluorid verzichtet, aber eine schnelle und effektive
Reinigung ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Reinigen einer Oberfläche von zumindest einer im Innenbereich einer Prozesskammer angeordneten Komponente mittels
Beaufschlagung mit einem Reinigungsgas, welches Fluorgas aufweist, wobei die Prozesskammer zumindest eine Elektrode und Gegenelektrode zum Erzeugen eines Plasmas zur Plasmabehandlung eines Substrats, zeichnet sich aus durch
Beaufschlagung der zu reinigenden Komponente mit Fluorgas und/oder gasförmigen Fluorverbindungen mit einem Gesamt-Partialdruck von größer als 5 mbar und/oder thermisches Aktivieren des Fluorgases und/oder gasförmiger Fluorverbindungen und
Temperieren der zu reinigenden Komponente auf eine Temperatur <350°C.
Insbesondere, aber nicht notwendigerweise, ist die Prozesskammer zur CVD- oder PECVD-Behandlung von flachen Substraten mit einer Oberfläche von mehr als 1 m2 ausgelegt und eingerichtet. Es ist bevorzugt, wenn Substrat, Elektrode und Gegenelektrode eine flache Oberfläche aufweisen. Bevorzugt ist sind die genannten Oberflächen plan. Es versteht sich, dass Substrat, Elektrode und Gegenelektrode auch konkave oder konvexe Oberflächen aufweisen können.
Bei der Herstellung von amorphen oder mikrokristallinen Beschichtungen ist ein
Prozessgasdruck zwischen 100 Pa und 2000 Pa, insbesondere 1300 Pa, und eine
Leistungsdichte zwischen 0.01 W/cm3 und 5 W/cm3, insbesondere 1 W/cm3 bevorzugt. Die Ausgangsleistung des HF- Generators liegt in einem Bereich zwischen 5OW und 5OkW, vorzugsweise bei 1kW. Die Anregungsfrquenz liegt in einem Bereich zwischen 1MHz und 150MHz, vorzugsweise 13, 56 MHz. Es wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, Fluorgas, oder aufgrund seiner leichteren Ersetzbarkeit ein Fluorgasgemisch, als Reinigungsgas zu verwenden, wobei der Gesamt -Partialdruck im Innenbereich der Kammer zumindest in Teilbereichen der Prozesskammer größer ist als 5 mbar, vorzugsweise größer ist als 20 mbar. Bevorzugt wird molekulares Fluor eingesetzt, jedoch kann auch atomares Fluor verwendet werden.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die Reinigungsrate durch die
erfindungsgemäßen hohen Partialdrücke des Fluorgases oder der gasförmigen
Fluorverbindungen signifikant gesteigert werden kann. Die Oberfläche der Komponente wird dabei vorzugsweise von einer Kontamination bzw. parasitären Beschichtung mit bei der Herstellung, beispielsweise von Solarzellen, verwendeten Siliziumverbindungen wie z.B. Siliziumdioxid, Siliziumoxidnitrid und/oder Siliziumnitrid gereinigt. Allerdings ist auch die Anwendung auf andere Kontaminationen denkbar.
Besonders vorteilhaft hat sich ein Gesamt - Partialdruck zwischen 20 mbar und 1000 mbar erwiesen, wobei sehr gute Ergebnisse bereits mit einem Partialdruck von 250-500 mbar erzielt werden können. Das Reinigungsgas kann mit einem Fluorpartialdruck zwischen 20 mbar und 1000 mbar zugeführt werden und/oder in der Prozesskammer auf den erwähnten Fluorverbindungspartialdruck zwischen 20 mbar und 1000 mbar gebracht werden.
Das Reinigungsgas kann als Fluorgas oder als Fluorgas in einem Trägergas, beispielsweise einem Inertgas wie Stickstoff oder Argon, mit einer Mol-Konzentration an Fluor von 1 %, 10%, 20%, 30% und mehr im Trägergas gewählt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Reinigen von zumindest einer im Innenbereich einer Prozesskammer angeordneten Komponente vorgeschlagen, das sich dadurch auszeichnet, dass vorzugsweise mittels eines
Temperiermittels eine thermische Aktivierung des Fluorgases erfolgt, wobei die zu reinigende Komponente eine Temperatur < 3500C aufweist. Bei diesem Verfahren wird also die zu reinigende Komponente mit Reinigungsgas, welches thermisch aktiviertes Fluor umfasst, beaufschlagt, wobei im Unterschied zum üblichen thermischen Ätzen die zu reinigende Komponente bzw. deren Oberfläche nicht oder nur relativ gering erhitzt wird, insbesondere im Vergleich zur Erhitzung der Komponente während der
Plasmabehandlung, beispielsweise einer PECVD- oder CVD-Beschichtung.
Die Komponente wird dabei auch gemäß diesem Aspekt der Erfindung von einer Kontamination bzw. Beschichtung mit Siliziumverbindungen, wie z.B. Siliziumdioxid, Siliziumoxidnitrid und/oder Siliziumnitrid gereinigt. Allerdings ist auch in diesem Fall die Anwendung auf andere Kontaminationen denkbar.
Insbesondere weist die zu reinigende Komponente eine Temperatur <250°C, <200°C, <150°C, <100°C oder zwischen 200C und 600C auf. Die thermische Aktivierung des Reinigungsgases kann über den Kontakt des Reinigungsgases mit einer erhitzten Oberfläche erfolgen, die eine höhere Temperatur aufweist als die zu reinigende
Komponente selbst. Es versteht sich, dass ein thermische Aktivieren auch ausserhalb der Prozesskammer, beispielsweise in einem auf, insbesonder eine Temperatur von > 350° erhitzten Rohrabschnitt (Remote Thermal Activation) erfolgen kann.
Es wird also vorgeschlagen, zum Reinigen das Fluorgas thermisch aktivieren, wobei allerdings im Unterschied zum herkömmlichen thermischen Ätzen, die zu reinigende Komponente relativ niedrige Temperaturen aufweist. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass eine derartige thermische Aktivierung des Fluor es ermöglicht,
Oberflächen im Inneren der Prozesskammer zu reinigen und die Kontamination des Substrats mit Residuen oder parasitären Beschichtungen effektiv zu vermindern, insbesondere wenn die zu reinigende Komponente geeignet gewählt wird. Zu den besonders kritischen Bereichen für parasitäre Beschichtungen der Prozesskammer zählen die Elektroden zur Plasmaerzeugung, insbesondere wenn diese einen Auslass, beispielsweise eine integrierte Gasdusche für Reaktionsgase aufweist, der für eine Beschichtung anfällig ist und deshalb mit einem hohen Mass an Sicherheit und
Vollständigkeit gereinigt werden muss.
Das beschriebene Verfahren kann mit thermischem Ätzen kombiniert werden. Unter thermischem Ätzen wird hier das Ätzen eines Gegenstandes oder einer Oberfläche bei erhöhter Temperatur des Gegenstandes bzw. der Oberfläche verstanden, wobei eine Erhöhung der Ätzrate mit steigender Temperatur der zu ätzenden Oberfläche ausgenutzt wird. Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel kann also die Reinigungswirkung weiter erhöht werden, wenn Teile der Prozesskammer, insbesondere Teile der Prozesskammer, die besonders anfällig für parasitäre Beschichtungen sind, vor oder während dem Reinigen erhitzt werden.
Wenn zumindest eine zu reinigende Komponente eine Elektrode, Gegenelektrode und/oder ein Gasverteiler ist und/oder zumindest eine Elektrode, Gegenelektrode und/oder ein Gasverteiler als Temperiermittel zur thermischen Aktivierung des
Fluorgases verwendet wird, erfolgt die Reinigung von in Hinblick auf parasitäre
Beschichtung besonders kritischen Komponenten durch räumlich nahe liegende
Temperiermittel. Es versteht sich, dass unterschiedliche Komponenten auf
unterschiedliche Temperaturen gebracht werden können. Beispielsweise kann ein externes Temperiermittel auf eine erhöhte Temperatur gebracht werden, beispielsweise auf eine Temperatur > 3500C, während die Elektrode auf eine Temperatur im Bereich 20°C-80°C und die Gegenelektrode auf 18O0C gebracht wird.
Wenn vor der Beaufschlagung mit dem Reinigungsgas mittels einer Plasmabehandlung ein Substrat mit einer Silizium aufweisenden Schicht beschichtet und zumindest auf der zu reinigenden Komponente ein Silizium aufweisender Rückstand gebildet wird, kann damit ein integrierter Beschichtungs- und Reinigungsprozess zur Verfügung gestellt werden.
Wenn während der Beaufschlagung mit dem Reinigungsgas die zu reinigende
Komponente eine Temperatur aufweist, die höchstens das 1 ,8fache der Temperatur der Komponente während der Plasmabehandlung, vorzugsweise weniger als 600C, besonders bevorzugt weniger als 200C beträgt, kann damit die thermische Belastung der zu reinigenden Komponente sowie der notwendige Energieeinsatz bei der
Reinigung vermindert werden.
Das Verfahren kann auch eingesetzt werden, wenn vor der Beaufschlagung mit dem Reinigungsgas ein Substrat mit einer Silizium aufweisenden Schicht geätzt und zumindest auf der zu reinigenden Komponente ein Silizium aufweisender Rückstand gebildet wird.
Als zu reinigende Oberfläche kann zumindest ein Teilbereich der Elektrode, der
Gegenelektrode, eines der Elektrode zugeordneten Gasverteilers, einer der
Gegenelektrode zugeordneten Substrat-Auflagefläche oder einer Kesselwandfläche der Prozesskammer gewählt wird und/oder während der Beaufschlagung mit dem Reinigungsgas die zu reinigende Oberfläche eine Temperatur aufweist, die höchstens das 1 ,8fache der Temperatur der Oberfläche während der Plasmabehandlung, vorzugsweise weniger als 600C, besonders bevorzugt weniger als 200C beträgt.
Durch Verhindern der Bildung eines Rückstandes an einem Oberflächenbereich der Elektrode, der Gegenelektrode, des Gasverteilers, der Substrat-Auflagefläche und/oder einer Kesselwandfläche der Prozesskammer kann erreicht werden, dass kritische Bereiche erst gar nicht kontaminiert werden und damit die Reinigung mittels des
Reinigungsgases kostengünstig auf Teilbereiche beschränkt werden kann. Die
Abdeckung kann durch konstruktiv-mechanische Abdeckmittel oder konstruktivelektrische Abdeckmittel erfolgen, wobei letztere verwenden, dass eine Kontaminierung dann nicht erfolgt, wenn eine Oberfläche im Bereich einer Dunkelraumabschirmung liegt in dem sich kein Plasma ausbilden kann.
Falls das Substrat während der Plasmabehandlung auf einer Auflagefläche angeordnet wird, erfolgt insbesondere ein Abdecken der Substrat Auflagefläche, so dass diese nicht kontaminiert wird. Insbesondere kann die Abdeckung durch das Substrat derart erfolgen, dass während der Plasmabehandlung die Bildung eines Rückstandes auf der Substrat-Auflagefläche verhindert wird. Die Abdeckung verringert den Zeitbedarf für die Reinigung und reduziert die erforderliche Gasmenge für die Reinigung. Ferner kann die vorzugsweise grossflächige Auflagefläche erhitzt bzw. getempert werden und damit als Mittel zur thermischen Aktivierung des Reinigungsgase, insbesondere des Fluorgases, dienen.
Insbesondere können als zu reinigende Oberfläche zumindest Teiloberflächen von Halterungsmitteln gewählt werden, wobei die Halterungsmittel der Substrat- Auflagefläche zugeordnet sind. Die Halterungsmittel dienen der Halterung des
Substrats während Plasmabehandlung. Insbesondere können die Halterungsmittel thermisch und/oder elektrisch von der Auflagefläche isoliert sein, so dass, während die Auflagefläche auf eine erhöhte Termperatur, beispielsweise von mehr als > 350°C gebracht wird, die Halterungsmittel auf einer Temperatur von < 3500C, insbesondere < 800C oder in einem Bereich zwischen 200C und 600C liegen.
Wenn während der Beaufschlagung mit dem Reinigungsgas zwischen einer der
Elektrode zugeordneten Gasaustrittsplatte eines Gasverteilers und der Gegenelektrode ein Abstand in einem Bereich zwischen 2 mm und 100 mm eingestellt wird, kann das Reinigungsgas sowohl den Bereich der Elektrode als auch den der Gegenelektrode beaufschlagen. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn die Gegenelektrode erhitzt wird, während die Elektrode und/oder der Gasverteiler eine niedrigere Temperatur aufweisen, beispielsweise eine Temperatur im Bereich der Temperatur bei der Plasmabehandlung, insbesondere der Beschichtung. Die Auflagefläche kann der Gegenelektrode
zugeordnet sein und ebenfalls, oder auch unabhängig von der Gegenelektrode erhitzt werden und damit, wie oben beschrieben thermische Aktivierung des Reinigungsgases besonders einfach ermöglichen.
Wenn im Reinigungsgas neben Fluorgas ein Inertgas, insbesondere Stickstoff oder Argon, verwendet wird, erleichtert dies die Handhabung des Verfahrens, da derartige Gasmischungen in Hinblick auf Korrosion der Kammerkomponenten sowie
Leitungssysteme einfacher beherrschbar sind. Argon hat zudem den Vorteil, dass es keine Verbindungen mit Beschichtungsbestandteilen, insbesondere Silizium, bildet und daher keine Staubkontaminationen, wie bei Stickstoff zu erwarten sind.
Wenn eine Plasmaanregung des Reinigungsgases innerhalb und/oder außerhalb (Remote-Plasma-Reinigen) der Prozesskammer erfolgt, so dass angeregte Fluor- Spezies gebildet werden, kann die Reaktivität des Reinigungsgases weiter erhöht werden.
Die erfindungsgemäße Prozesskammer mit zumindest einer Elektrode und
Gegenelektrode zum Erzeugen eines Plasmas zur Plasmabehandlung eines Substrats ist eingerichtet und bestimmt dazu, ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche auszuführen, wobei
Mittel zur Beaufschlagung der zu reinigenden Komponente mit Fluorgas oder gasförmigen Fluorverbindungen mit einem Gesamt-Partialdruck von größer als 5 mbar und/oder
Mittel zum thermischen Aktivieren des Fluorgases oder gasförmiger
Fluorverbindungen und zum Temperieren der zu reinigenden Komponente auf eine Temperatur < 3500C vorgesehen sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Plasmabehandlung eines Substrats umfasst in einer Ausbildungsform
Mittel zur Anregung einer kapazitiv gekoppelten aufweisenden Plasmaentladung in einem Bereich zwischen einer Elektrode und einer Gegenelektrode sowie
Mittel zum Transport einer Menge zumindest einer aktivierbaren Gasspezie in einen Bereich der Plasmaentladung, wobei das Substrat zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode zwischen einem zu behandelnden Oberflächenbereich des Substrats und der Elektrode angeordnet ist oder anordenbar ist.
Die Plasmaentladung erfolgt insbesondere bei einer Anregungsfrequenz zwischen 1 MHz und 150 MHz, vorzugsweise 13, 56 MHz. Vorzugsweise ist entweder die
Elektrode oder die Gegenelektrode auf Massepotential liegend oder legbar. Allerdings sind auch Anordnungen mit floatender Elektrode und/oder Gegenelektrode denkbar.
Insbesondere ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die eine Pumpvorrichtung zum Zu- und Abführen des Reinigungsgases sowie die Einstellung des gewünschten Fluor- Partialdrucks steuert.
Es können die Mittel zum thermischen Aktivieren des Fluorgases oder gasförmiger Fluorverbindungen zumindest Teile der Elektrode, eines der Elektrode zugeordneten Gasverteilers, der Gegenelektrode, einer der Gegenelektrode zugeordneten Substrat- Auflagefläche und/oder eine ausserhalb der Prozesskammer angeordnete thermische Aktivierungseinrichtung umfassen.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann die thermische
Anregung des Reinigungsgases Fluorspezies alternativ oder zusätzlich von einem extern der Prozesskammer angeordneten Heizmittel oder Temperiermittel erfolgen. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn das Reinigungsgas vor dem Eintritt in die
Prozesskammer über eine beheizbare Fläche geleitet wird. Die beheizbare Fläche kann dabei unter anderem ein heizbares Filament oder ein heizbarer Einleitungsrohrabschnitt sein. Bei den zu reinigenden Prozesskammern wird berücksichtigt, dass diese oftmals für großflächige zu beschichtende Elemente (> 1m2) ausgelegt sind. Das bedeutet, dass nicht nur die Beschichtungsqualität, sondern auch die Reinigungsqualität von dem Abstand zwischen Elektrode und Gegenelektrode abhängen kann. So hat sich beispielsweise erwiesen, dass beim Anregen des Fluorgases durch die Elektrode oder Gegenelektrode ein geringer Abstand von 10 bis 20 mm vorteilhaft ist. Falls eine
Einrichtung vorgesehen ist, mit der Elektrode und Gegenelektrode relativ zueinander verschiebbar sind, kann während der Reinigung von Elektrode und/oder
Gegenelektrode der Abstand zwischen beiden gering gehalten und in den dann schmalen Spalt aktiviertes Fluorgas eingeführt werden, so dass die einander
zugewandten Oberflächen von Elektrode und Gegenelektrode mit Fluor mit einer relativ hohen Stromdichte von thermisch aktiviertem Fluor beaufschlagt werden.
Ferner zeichnet sich die Prozesskammer dadurch aus, dass ein vorzugsweise mit einem Temperiermittel versehener Gasverteiler vorgesehen ist. Ein derartiger
Gasverteiler ist für eine homogene Plasmabehandlung, beispielsweise Beschichtung, nützlich, wobei das Temperiermittel die Reinigung der gegenüber liegenden ektrode aber auch anderer Komponenten erlaubt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Reinigungsgas über einen in die Elektrode integrierten Gasverteiler, beispielsweise einen Gasverteiler für Beschichtungsgas, in die Prozesskammer geleitet. Um eine homogene Gaszufuhr in die Prozesskammer zu gewährleisten, ist der
Gasverteiler mit einer Gasaustrittsplatte versehen, die eine Vielzahl von regelmäßig in einer Fläche angeordneten Gasaustrittsöffnungen umfasst.
Die Temperiermittel, beispielsweise der Elektrode und/oder Gegenelektrode
zugeordnet, werden vorteilhafterweise (gesteuert oder geregelt) temperiert,
beispielsweise mit Hilfe einer in einem Kreislauf zirkulierenden Temperierflüssigkeit. Bevorzugt werden dabei Wärmeträgeröle verwendet, die beispielsweise durch
außerhalb der Prozesskammer befindliche Umwälzthermostate auf temporär konstante Temperatur gehalten werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß zu reinigende Vorrichtung zur Plasmabehandlung eines Substrats
Fig. 2 eine graphische Darstellung einer Ätzrate für ein thermisch aktiviertes Fluor/Stickstoff Gemisch bei unterschiedlichem Gesamtpartialdruck der Fluor bzw. fluorhaltigen Gasanteile in Abhängigkeit von der Temperatur des
Reinigungsgases.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines bevorzugten Reaktors 1 zur
Behandlung flacher Substrate 2. Der Reaktor kann insbesondere als PECVD-Reaktor ausgestaltet sein. Der Reaktor 1 umfasst eine Prozesskammer 3 mit einer Elektrode 4 und einer Gegenelektrode 5 zur Erzeugung eines Plasmas, mit dessen Hilfe eine Oberfläche eines Substrats 2 behandelt, insbesondere beschichtet werden kann. Die Elektroden 4, 5 sind als großflächige Metallplatten ausgebildet und können zur
Erzeugung eines elektrischen Feldes in der Prozesskammer 3 an eine (in Figur 1 nicht dargestellte) Spannungsquelle, vorzugsweise eine Hochfrequenz-Versorgungsquelle mit einer Anregungsfruquenz zwischen ImHz und 150MHz, vorzugsweise 13, 56 MHz, angeschlossen werden. Vorzugsweise sind die Elektroden und weitere Komponenten aus einem fluorresistenten Material (insbesondere Metall) gebildet oder weisen eine Beschichtung aus einem fluorresistenten Material auf.
Der Reaktor 1 eignet sich zur Behandlung großflächiger flacher Substrate,
beispielsweise mit einer Fläche von 1 m2 oder größer. Insbesondere eignet sich der Reaktor 1 zur Durchführung von Bearbeitungsschritten bei der Herstellung von hocheffizienten Dünnschichtsolarmodulen, beispielsweise für amorphe oder
mikrokristalline Silizium-Dünnschicht-Solarzellen.
Wie aus Figur 1 ersichtlich, bilden die beiden Elektroden 4, 5 zwei gegenüberliegende Wände der Prozesskammer 3. Die Prozesskammer 3 ist in einer Vakuumkammer 7 mit einem evakuierbaren Gehäuse 8 angeordnet, das eine Öffnung 10 zum Ein- und Ausschleusen von Substraten aufweist. Die Kammeröffnung 10 ist durch eine
Verschlussvorrichtung 9 vakuumdicht verschließbar. Zur Abdichtung der
Vakuumkammer 7 gegenüber dem Außenraum 12 sind Dichtungen 11 vorgesehen. Dabei sind die Dichtungen vorzugsweise dazu aus einem fluorresistenten Material ausgebildet. Die Vakuumkammer 7 kann eine beliebige Raumform aufweisen und kann insbesondere einen runden oder rechteckigen Querschnitt haben. Die in die Vakuumkammer 7 eingebettete Prozesskammer 3 kann insbesondere die Form einer flachen Zylinderscheibe oder eines flachen Quaders haben. Es versteht sich, dass die Erfindung auch bei anders ausgestalteten Reaktoren, insbesondere mit einer anderen Prozesskammer - und/ oder Elektrodengeometrie eingesetzt werden kann. Ebenso versteht es sich, dass auch Ausführungsformen, bei denen die Prozesskammer selbst eine Vakuumkammer ist, von der Erfindung umfasst sind.
Die Elektrode 4 ist in einer Haltestruktur 37 in der Vakuumkammer 7 angeordnet, die im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 von der Gehäuserückwand 19 gebildet ist. Dazu ist die Elektrode 4 in einer Ausnehmung 38 der Gehäuserückwand 19 untergebracht und von dieser durch ein Dielektrikum 20 getrennt.
Die Gegenelektrode 5 weist auf ihrer der Elektrode 4 zugewandten Seite eine
Vorrichtung 21 zur Halterung eines Substrats auf. Die bevorzugt als Fixiervorrichtung ausgebildete Vorrichtung 21 umfasst als Halterungsmittel einen oder mehrere
Niederhalter 31 , die ein Substrat randseitig auf die als Substrat - Auflagefläche fungierende Oberfläche 5a der Gegenelektrode 5 pressen können. Die Halterungsmittel können fingerartig oder rahmenartig ausgebildet sein. Insbesondere sind die
Halterungsmittel mechanisch mit der Gegenelektrode 3 verbunden, gleichzeitig aber elektrisch und/oder thermisch von dieser isoliert. Insbesondere kann bei einer
Temperatur der Gegenelektrode 3 bzw. der Substrat - Auflagefläche 5a von > 3500C die Temperatur der Halterugsmittel in einem Bereich zwischen 20°C und 1000C liegen.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, deckt die Gegenelektrode 5 während der Durchführung der Behandlung die Ausnehmung 38 der Haltestruktur 37 in einer solchen Weise ab, dass zwischen dem Randbereich 23 der Gegenelektrode 5 und einem Randbereich 24 der Ausnehmung 38 ein Spalt 25 gebildet wird. Der Spalt 25 hat eine Breite von der
Größenordnung von etwa 1 mm. Die Spaltbreite ist in eine solchen Weise
dimensioniert, dass einerseits während der Durchführung der Behandlung ein Plasma im Inneren der Prozesskammer 3 gehalten werden kann, andererseits aber zwischen der Prozesskammer 3 und dem übrigen Innenraum der Vakuumkammer 7 kein allzu großes Druckgefälle aufgebaut wird.
Zum Beschichten oder Ätzen der Substrate, wird ein Reaktivgas in die Prozesskammer 3 geleitet. Hierzu wird das Reaktivgas aus einer Quelle über einen Zuführungskanal 13 einem Gasverteiler 15 zugeführt, von dem aus es in die Prozesskammer 3 einströmt. Der Gasverteiler 15 im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst einen Gasraum 16, der an der der Gegenelektrode 5 zugewandten Seite eine Gasaustrittsplatte 17 aufweist, die mit einer Vielzahl von Austrittsöffnungen (nicht dargestellt) zur
Gasdurchführung versehen ist. Auf einer Fläche von etwa 1 ,0 m2 - 2,0 m2 der
Gasaustrittsplatte 17 sind typischerweise mehrere Tausend Austrittsöffnungen vorgesehen.
Ausgewählte Oberflächen bzw. Komponenten können während der
Plasmabebehandlung abgedeckt werden. Die Abdeckung kann durch konstruktivmechanische Abdeckmittel oder konstruktiv-elektrische Abdeckmittel erfolgen, wobei letztere verwenden, dass eine Kontaminierung dann nicht erfolgt, wenn eine Oberfläche im Bereich einer Dunkelraumabschirmung liegt in dem sich kein Plasma ausbilden kann. Beispielsweise erfolgt keine Kontaminierung des Spaltes 25.
In der Vorrichtung der Figur 1 wird das Substrat 2 während der Plasmabehandlung auf einer Substrat - Auflagefläche 5a angeordnet. Es erfolgt dabei insbesondere ein
Abdecken der Substrat - Auflagefläche durch das Substrat, so dass diese nicht kontaminiert wird. Insbesondere kann die Abdeckung durch das Substrat 2 derart erfolgen, dass während der Plasmabehandlung die Bildung eines Rückstandes auf der Substrat-Auflagefläche 5a verhindert wird. In einer abweichend von der Figur 1 ausgebildeten Ausbildungsform der Erfindung weist die Gegenelektrode 5 keine oder nur geringfügig über den Bereich der Gasdusche hinausgehenden Endbereich 23 auf, so dass insofern keine Kontamination erfolgt.
Bereiche der Vakuumkammer 7, die außerhalb der Prozesskammer 3 angeordnet sind, sind über Vakuumleitungen 26 mit einer Vakuumpumpe 26' verbunden, so dass bei Betrieb der Vakuumpumpe 26' aufgrund des größeren Volumens der Vakuumkammer 7 auf eine einfache Weise eine hohe Homogenität der Gasflüsse aus der Prozesskammer 3 über den Spalt 25 in die Vakuumkammer 7 erreicht werden kann.
Die Prozesskammer 3 ist mit Steuermitteln mit einer Pumpvorrichtung und einer Steuereinrichtung versehen, die ausgebildet sind, um in der Prozesskammer 3 zumindest temporär und in Teilbereichen ein Fluor enthaltendes Reinigungsgas mit einem Partialdruck von gasförmigen Fluorverbindungen von mehr als 5 mbar, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 20mbar und 1000 mbar bereitzustellen. Es versteht sich, dass während der Reinigung im Allgemeinen kein Substrat in der Prozesskammer untergebracht ist. Zum Reinigen der Prozesskammer 3 oder auch der Vakuumkammer 7, wird das Reinigungsgas in die Prozesskammer 3 geleitet. Hierzu wird das Reinigungsgas aus einer Quelle 14 über einen Zuführungskanal,
beispielsweise den Kanal 13 vorzugsweise dem Gasverteiler 15 zugeführt, von dem aus es in die Prozesskammer 3 einströmt. Vorzugsweise sind die Quelle 14 und/oder der Zuführungskanal druckbeständig für einen Fluor - Partialdruck von mehr als 5mbar, vorzugsweise mehr als 20 mbar, 100 mbar, 500 mbar oder 1000 mbar ausgelegt.
Während dem Reinigen kann in einer Variante des Verfahrens das Reinigungsgas abgepumpt werden. In einer anderen Variante wird die Prozesskammer 3 während eines Zeitintervalls des Reinigens mit dem Reinigungsgas geflutet und es erfolgt ein Abpumpen erst zu einem späteren Zeitpunkt.
Um ein besonders gutes Reinigungsergebnis zu erzielen, sind im Reaktor 1 Heiz- oder Temperiermittel 27, 29, 30 vorgesehen. Mit Hilfe dieser Mittel 27, 29, 30 wird während des Reinigungsprozesses die thermische Energiezufuhr zur Elektrode 4 und/oder zur Gegenelektrode 5 oder zur Auflagefläche 5a gesteuert oder geregelt. Es hat sich bei Versuchen herausgestellt, dass es ausreichend ist, die Temperiervorrichtung nur an einer der Elektroden, beispielsweise an der Elektrode 4 oder Gegenelektrode 5, anzuordnen. Durch die thermische Anregung des Reinigungsgases an der temperierten Elektrode 4 oder Gegenelektrode 5 entsteht eine ausreichende Anzahl an
Fluorradikalen, um auch die gegenüberliegende (Gegen) - Elektrode 5, 4 zu reinigen.
In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sind den Elektroden 4, 5 zugeordnete
Temperiermittel vorgesehen, wobei die Temperiermittel der Gegenelektrode 5 eine Vorrichtung 29 umfassen, die unterhalb der Gegenelektrode 5 in der Vakuumkammer 7 angeordnet ist. Mit Hilfe dieser Vorrichtung 29 kann die Gegenelektrode 5,
insbesondere die Substrat - Auflagefläche 5a in einer solchen Weise temperiert werden, dass eine optimale Reinigung erreicht werden kann. Vorteilhaft ist die Substrat - Auflagefläche 5a durch das aufgelegte Substrat 2 nicht kontaminiert worden, so dass keine Reinigung dieser Komponente erfolgte. Durch einen geringen Abstand der auf Temperaturen > 350° erhitzten Oberfläche 5a zur Elektrode 4 bzw. zum Gasverteiler 15 kann eine sehr effektive Reinigung von Elektrode 4 und Gasverteiler 15 erfolgen, ohne dass diese während der Reinigung eine höhere Temperatur als in einem Bereich zwichen 2O0C und 800C aufweisen müssen. Eine Temperiervorrichtung ist prinzipiell auch für die Elektrode 4 vorsehbar.
Alternativ kann auch eine Elektrode 4 und/oder Gegenelektrode 5 vorgesehen sein, bei der die Vorrichtung 29 integriert mit der Elektrode 4,5 ausgebildet ist.
Um die Höhe der benötigten Temperierleistung der Vorrichtungen 27, 29 oder 30 zu ermitteln, können Messungen durchgeführt werden, bei denen die Elektroden 4, 5 auf ihren einander zugewandten Seiten mit Thermosensoren 40, 40' versehen sind. Mit Hilfe dieser Thermosensoren 40, 40' kann für unterschiedliche HF-Leistungen,
Gasflüsse etc. eine lokale Temperatur der Elektroden 4,5 als Funktion der Leistung der Temperiervorrichtung 27, 29, 30 ermittelt werden. Basierend auf solchen Messungen kann die momentane Temperierleistung, bedarfsweise auch die geometrische
Gestaltung der Temperiervorrichtungen 27, 29, 30 optimiert werden. Weiterhin können während der Reinigung Messwerte der Thermosensoren 40, 40' gewonnen und für eine prozessbegleitende Regelung der Leistung der Temperiervorrichtungen 27, 29, 30 verwendet werden.
Neben den Temperiervorrichtungen 27, 29, 30 die gleichermaßen für eine oder beide Elektroden 4, 5 verwendbar sind, kann die Elektrode 4 auch mittels erhitzten über den Gasverteiler 15 eingeleiteten Gas in Kontakt gebracht oder auf eine gewünschte Temperatur gebracht werden. Dabei ist insbesondere vorteilhaft, wenn dazu das Reinigungsgas selbst verwendet wird. Dieses kann beispielsweise mittels eines mittels eines Temperiermittels beheizbaren Zuführkanals 13 erhitzt werden oder über eine beheizbare Fläche oder ein beheizbares Filament geleitet werden.
Zudem kann auch die Gasaustrittsplatte 17 temperiert werden. Dazu kann die
Gasaustrittsplatte 17 mit Hilfe von Stegen 35 mit der Elektrode 4 verbunden sein, die aus einem Werkstoff mit hoher thermischer Leitfähigkeit bestehen, so dass die
Gasaustrittsplatte 17 thermisch an die Elektrode 4 angebunden ist. Die Elektrode 4 (und somit auch der Gasaustrittsplatte 17) kann auch während der Reinigung dadurch temperiert werden, dass eine Temperierflüssigkeit durch Kanäle 36 in der Elektrode 4 zirkuliert. Die Temperierung der Elektrode 4 kann gesteuert oder geregelt erfolgen. Insbesondere können im Bereich der Gasaustrittsplatte 17 Thermosensoren 40' angeordnet sein, deren Messwerte zur Regelung des Temperiermitteldurchflusses durch die Elektrode 4 verwendet werden. Im Folgenden werden Ätzraten des erfindungsgemäßen Verfahrens verglichen mit den Ätzraten eines herkömmlichen Verfahrens.
Bei den zu vergleichenden Ätzverfahren wird jeweils ausgegangen von einer
Prozesskammer für die Abscheidung von Silizium-Dünnschichten für die Photovoltaik, die mit 4,5 μm μc - Silizium oder amorphen Silizium beschichtet ist. Die Beschichtung kann allgemeine aus einer der üblichen bei Solarzellen verwendeten
Siliziumverbindungen, wie z.B. Siliziumdioxid, Siliziumoxidnitrid und/oder Siliziumnitrid bestehen. Die Beschichtung tritt dabei vor allem auf der Elektrode 4, die einen
Gasverteiler beinhaltet, auf. Die Elektrode wird mittels der Temperiervorrichtungen auf etwa 600C temperiert; die Gegenelektrode auf etwa 2000C. Der Abstand der Elektroden voneinander ist bei der Beschichtung 14 mm, die Flächen der Elektroden betragen jeweils ca. 2 m2. a) Konventionelle Methode (Remote-Plasma, 3 KW, Mikrowelle):
Ein Remote-Plasma-Gerät (Firma R3T; Anregung mit Mikrowelle) ist stirnseitig an den Reaktor geflanscht. Der Abstand der beiden Elektroden wird von 14mm auf 180mm erhöht und angeregtes NF3 strömt durch ein Loch in die Prozesskammer mit parallelem Fluss zu den Elektrodenflächen ein. Der Gasfluss beträgt 2slm (Standard Liter pro Minute). Der Druck in der Kammer während des Ätzprozesses beträgt 2 mbar. Nach 45 Minuten ist der Ätzvorgang beendet. Eine visuelle Inspektion des Reaktors zeigt einheitlich saubere Oberflächen. Die Dauer des Ätzprozesses wurde über die Restgasanalyse bestimmt: Sobald kein SiF4 mehr produziert wurde, war der Ätzprozess beendet. b) Erfindungsgemäße Methode:
Die Elektroden haben einen Abstand von 14 mm. Das Reinigungsgas aus 20% F2 in N2 wird in die Prozesskammer über die in die Elektrode integrierte Gasdusche (Gasverteiler) mit einem Fluss von 18 slm eingelassen - ohne dabei durch irgendeine Art von elektrischer Entladung angeregt zu werden. Dabei wird das Ventil zur
Prozessgaspumpe so weit verschlossen, dass sich nach 15 Minuten ein konstanter Prozesskammerdruck von 250mbar einstellt, bei einem Prozesskammergesamtvolumen von 510 Litern. Für weitere 15 Minuten verbleibt das Gasgemisch mit dem Gasfluss von 18 slm im Kessel. Anschließend wurde der Fluss auf 0 slm gesetzt und der Kessel innerhalb weiterer 10 Minuten abgepumpt. Danach wurde der Kessel geöffnet und visuell auf verbleibende Siliziumbeschichtungen hin untersucht. Das Ergebnis war ein komplett sauberer Kessel. Überraschenderweise war nicht nur die 2000C warme Gegenelektrode sauber geätzt worden; es war auch die mit 600C vergleichsweise kalte Elektrode komplett gereinigt. Erfindungsgemäß wird das F2-Gas an der heißen
Gegenelektrode angeregt und ist dann an der kälteren Elektrode noch genug angeregt genug, um auch hier noch effektiv zu Ätzen. Dabei ist ein geringer Abstand der Elektroden von ca. 14mm vorteilhaft.
Nach 40 Minuten Gesamtzeit (Gaseinlass bis Abpumpen) bei dem erfindungsgemäßen Verfahren b) wurde die 4,5 μm Beschichtung auf Elektrode und auf Gasdusche vollständig entfernt. Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren schneller, als die herkömmliche Reinigung mit einem R3T Remote-Plasma-Gerät mit 3 KW Leistung und einem 2slm NF3 Fluss.
Wie unter b) erwähnt wurde, ist festzustellen, dass die thermische Anregung der Fluorradikale durch die erhitzte Gegenelektrode ausreicht, um vorteilhaft schnelle und vollständige Reinigungsergebnisse bereitzustellen. Dies wird auch durch eine
Untersuchung der Ätzrate eines Fluor/Stickstoffgemischs in Abhängigkeit der
Temperatur einer zu ätzenden Oberfläche belegt.
Figur 2 zeigt eine Graphik bei der die Ätzrate bei einem Ätzen eines thermisch aktivierten Fluorstickstoffgemischs in nm/s (y-Achse) gegen die Temperatur in 0C (x- Achse) aufgetragen ist. Dabei ist ein Fluor/Stickstoff Gemisch gewählt, das einen Partialdruck von 250 mbar aufweist.
Der in Figur 2 dargestellte Graph 100 zeigt, dass die Ätzrate ab einer Temperatur von ungefähr 100 0C bei einem Partialdruck von 250mbar im Vergleich zu einem Ätzen bei üblichen niedrigen Drücken von höchstens 1 mbar stark ansteigt, wobei bei Werten oberhalb von 150 0C eine Ätzrate von mehr als 8 nm/s erreicht wird. Bei Temperaturen bei 200 0C ist dann die Ätzrate bereits verdreifacht.
Es ist deshalb vorteilhaft eine der Elektroden auf eine möglichst hohe Temperatur zu bringen, wobei auf bauliche Vorgegebenheiten und Einschränkungen Rücksicht genommen werden sollte, um die Lebensdauer des Plattenreaktors bzw. der Elektroden oder anderer Bauelement nicht zu verkürzen. Als guter Kompromiss hat sich eine Temperatur von ca. 200 0C erwiesen, die eine beachtliche Ätzrate zeigt. Die andere Elektrode hat vorzugsweise eine niedrigere Temperatur, beispielsweise in einem Bereich zwischen 200C oder 6O0C und 1000C, vorzugsweise höchstens15% gegenüber der Temperatur bei der Plasmabehandlung, beispielsweise der Plasmabeschichtung von Substraten.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Reinigen einer Oberfläche von zumindest einer im Innenbereich einer Prozesskammer angeordneten Komponente mittels Beaufschlagung mit einem Reinigungsgas, welches Fluorgas aufweist, wobei die Prozesskammer zumindest eine Elektrode und Gegenelektrode zum Erzeugen eines Plasmas zur Plasmabehandlung eines Substrats, insbesondere zur CVD- oder PECVD- Behandlung von flachen Substraten mit einer Oberfläche von mehr als 1 m2, aufweist, gekennzeichnet durch
Beaufschlagung der zu reinigenden Komponente mit Fluorgas oder gasförmigen Fluorverbindungen mit einem Gesamt-Partialdruck von größer als 5 mbar und/oder thermisches Aktivieren des Fluorgases oder gasförmiger
Fluorverbindungen und
Temperieren der zu reinigenden Komponente auf eine Temperatur <350°C.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbereich mit Fluorgas oder gasförmigen Fluorverbindungen mit einem Gesamt-Partialdruck von größer als 5 mbar beaufschlagt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Beaufschlagung mit dem Reinigungsgas mittels der
Plasmabehandlung ein Substrat mit einer vorzugsweise Silizium oder
siliziumhaltige Verbindungen aufweisenden Schicht beschichtet und zumindest auf der zu reinigenden Komponente vorzugsweise ein Silizium siliziumhaltige Verbindungen aufweisender Rückstand gebildet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor Beaufschlagung mit dem Reinigungsgas mittels der Plasmabehandlung ein Substrat geätzt und zumindest auf der zu reinigenden Komponente
vorzugsweise ein Silizium oder siliziumhaltige Verbindungen aufweisender Rückstand gebildet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als zu reinigende Oberfläche zumindest ein Teilbereich der Elektrode, der Gegenelektrode, eines der Elektrode zugeordneten Gasverteilers, einer der Gegenelektrode zugeordneten Substrat-Auflagefläche oder einer
Kesselwandfläche der Prozesskammer gewählt wird und/oder während der Beaufschlagung mit dem Reinigungsgas die zu reinigende Oberfläche eine Temperatur aufweist, die höchstens das 1 ,8fache der Temperatur der Oberfläche während der Plasmabehandlung, vorzugsweise weniger als 600C, besonders bevorzugt weniger als 200C beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Verhindern der Bildung eines Rückstandes an einem Oberflächenbereich der Elektrode, der Gegenelektrode, des Gasverteilers, der Substrat-Auflagefläche und/oder einer Kesselwandfläche der Prozesskammer, insbesondere durch konstruktiv-mechanische oder konstruktiv-elektrische Abdeckmittel.
7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Abdecken der Substrat
Auflagefläche, vorzugsweise durch ein Substrat, derart dass während der
Plasmabehandlung die Bildung eines Rückstandes auf der Substrat- Auflagefläche verhindert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als zu reinigende Oberfläche zumindest Teiloberflächen von Halterungsmitteln gewählt werden, wobei die Halterungsmittel der Substrat-Auflagefläche zugeordnet sind.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zum thermischen Aktivieren des Fluorgases und/oder der gasförmigen Fluorverbindungen zumindest Teile der Elektrode und/oder eines der Elektrode zugeordneten Gasverteilers verwendet werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zum thermischen Aktivieren des Fluorgases oder der gasförmigen Fluorverbindungen zumindest Teile der Gegenelektrode und/oder einer der Gegenelektrode zugeordneten Substrat-Auflagefläche verwendet werden.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Reinigungsgas neben Fluorgas ein Inertgas, insbesondere Stickstoff oder Argon, verwendet wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Plasmaanregung des Reinigungsgases innerhalb und/oder außerhalb der Prozesskammer und/oder ein thermische Aktivieren ausserhalb der
Prozesskammer erfolgt.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Beaufschlagung mit dem Reinigungsgas zwischen einer der Elektrode zugeordneten Gasaustrittsplatte eines Gasverteilers und einer der Gegenelektrode zugeordneten Substrat-Auflagefläche ein Abstand in einem Bereich zwischen 2 mm und 100 mm eingestellt wird.
14. Prozesskammer mit zumindest einer Elektrode und Gegenelektrode zum
Erzeugen eines Plasmas zur Plasmabehandlung eines Substrats, eingerichtet und bestimmt dazu, ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche auszuführen, wobei
Mittel zur Beaufschlagung der zu reinigenden Komponente mit Fluorgas oder gasförmigen Fluorverbindungen mit einem Gesamt-Partialdruck von größer als 5 mbar und/oder
Mittel zum thermischen Aktivieren des Fluorgases oder gasförmiger
Fluorverbindungen und zum Temperieren der zu reinigenden Komponente auf eine Temperatur < 3500C vorgesehen sind.
15. Prozesskammer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum thermischen Aktivieren des Fluorgases oder gasförmiger Fluorverbindungen zumindest Teile der Elektrode, eines der Elektrode zugeordneten Gasverteilers, der Gegenelektrode, einer der Gegenelektrode zugeordneten Substrat- Auflagefläche und/oder eine ausserhalb der Prozesskammer angeordnete thermische Aktivierungseinrichtung umfassen.
16. Prozesskammer nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch
gekennzeichnet, dass Abdeckmittel zum Verhindern der Bildung eines
Rückstandes während einer Plasmabehandlung an einem Oberflächenbereich der Elektrode, der Gegenelektrode, des Gasverteilers und/oder der Substrat- Auflagefläche vorgesehen sind.
17. Prozesskammer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Gegenelektrode zugeordnete Substrat-Auflagefläche vorgesehen ist, die während der Plasmabehandlung eines Substrats, vorzugsweise durch das Substrat, derart abdeckbar ist, dass während der Plasmabehandlung die Bildung eines Rückstandes auf der Substrat-Auflagefläche verhinderbar ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110571123A (zh) * 2019-09-23 2019-12-13 上海华力微电子有限公司 改善刻蚀腔体缺陷的方法

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130017644A1 (en) * 2011-02-18 2013-01-17 Air Products And Chemicals, Inc. Fluorine Based Chamber Clean With Nitrogen Trifluoride Backup
AT513190B9 (de) 2012-08-08 2014-05-15 Berndorf Hueck Band Und Pressblechtechnik Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Plasmabeschichtung eines Substrats, insbesondere eines Pressblechs
CN109156074B (zh) * 2016-03-03 2021-12-28 核心技术株式会社 等离子体处理装置及等离子处理用反应容器的结构
US9824884B1 (en) 2016-10-06 2017-11-21 Lam Research Corporation Method for depositing metals free ald silicon nitride films using halide-based precursors
KR102527232B1 (ko) 2018-01-05 2023-05-02 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치의 제조장치 및 표시 장치의 제조방법
CN111235553B (zh) * 2018-11-29 2021-04-20 中国科学院大连化学物理研究所 一种一体化电极及在等离子体增强化学气相沉积设备中的应用
US20210319989A1 (en) * 2020-04-13 2021-10-14 Applied Materials, Inc. Methods and apparatus for processing a substrate
CN111477539A (zh) * 2020-05-14 2020-07-31 西安奕斯伟硅片技术有限公司 硅片处理方法及装置
CN113838733A (zh) * 2020-06-23 2021-12-24 拓荆科技股份有限公司 一种改进洁净腔室内环境的方法
US11915918B2 (en) * 2021-06-29 2024-02-27 Applied Materials, Inc. Cleaning of sin with CCP plasma or RPS clean
US20240035154A1 (en) * 2022-07-27 2024-02-01 Applied Materials, Inc. Fluorine based cleaning for plasma doping applications

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0860368A (ja) * 1994-08-22 1996-03-05 Central Glass Co Ltd 成膜装置のクリーニングガスおよびクリーニング方法
JPH1072672A (ja) * 1996-07-09 1998-03-17 Applied Materials Inc 非プラズマ式チャンバクリーニング法
EP1138802A2 (de) 2000-03-27 2001-10-04 Applied Materials, Inc. Verfahren zur Reinigung einer Halbleiterbehandlungskammer mit Fluor
EP1596419A2 (de) * 2004-05-12 2005-11-16 The Boc Group, Inc. Ätzen mit hoher Rate unter Verwendung eines Fluor-Plasmas
EP1932941A1 (de) * 2006-12-13 2008-06-18 Air Products and Chemicals, Inc. Thermisches Ätzverfahren zur Reinigung von CVD-Kammern
WO2009003552A2 (de) * 2007-05-09 2009-01-08 Leybold Optics Gmbh Behandlungssystem für flache substrate
WO2009033552A2 (de) 2007-09-07 2009-03-19 Rheinisch-Westfälisch-Technische Hochschule Aachen Verfahren und system zur bestimmung der position und/oder orientierung eines objektes

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7371688B2 (en) * 2003-09-30 2008-05-13 Air Products And Chemicals, Inc. Removal of transition metal ternary and/or quaternary barrier materials from a substrate

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0860368A (ja) * 1994-08-22 1996-03-05 Central Glass Co Ltd 成膜装置のクリーニングガスおよびクリーニング方法
JPH1072672A (ja) * 1996-07-09 1998-03-17 Applied Materials Inc 非プラズマ式チャンバクリーニング法
EP1138802A2 (de) 2000-03-27 2001-10-04 Applied Materials, Inc. Verfahren zur Reinigung einer Halbleiterbehandlungskammer mit Fluor
EP1596419A2 (de) * 2004-05-12 2005-11-16 The Boc Group, Inc. Ätzen mit hoher Rate unter Verwendung eines Fluor-Plasmas
EP1932941A1 (de) * 2006-12-13 2008-06-18 Air Products and Chemicals, Inc. Thermisches Ätzverfahren zur Reinigung von CVD-Kammern
WO2009003552A2 (de) * 2007-05-09 2009-01-08 Leybold Optics Gmbh Behandlungssystem für flache substrate
WO2009033552A2 (de) 2007-09-07 2009-03-19 Rheinisch-Westfälisch-Technische Hochschule Aachen Verfahren und system zur bestimmung der position und/oder orientierung eines objektes

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110571123A (zh) * 2019-09-23 2019-12-13 上海华力微电子有限公司 改善刻蚀腔体缺陷的方法
CN110571123B (zh) * 2019-09-23 2021-08-13 上海华力微电子有限公司 改善刻蚀腔体缺陷的方法

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CN102597306A (zh) 2012-07-18
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KR20120054023A (ko) 2012-05-29
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JP2013500595A (ja) 2013-01-07

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