WO2019011507A1 - Verfahren zum kontrollierten abtragen einer schutzschicht von einer oberfläche eines bauteils - Google Patents

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protective layer
etching
amorphous
layer
intermediate layer
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Bernhard ANDREAUS
Claudio Christoffel
Philip Spring
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Inficon Gmbh
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    • H01L21/32133—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only

Definitions

  • the present invention relates to a method for the controlled removal of a protective layer from a
  • the invention further relates to a method for exchanging an old protective layer on a component with a new protective layer, a method for operating a thin-layer process system with a
  • Component with a protective layer a component for use in a thin-film process plant and a
  • components which are exposed to reactive process media are combined with a
  • A1203 aluminum oxide
  • Stainless steel components may be coated with A1203 in a chemical vapor deposition (CVD) process to release iron atoms or
  • the protective layer is characterized by being much more stable than the component to be protected compared to the process media, the lifetime of the protective layer is also very high
  • Protective layer usually limited.
  • the protective layer is typically removed inhomogeneously under the influence of the process media.
  • the risk of release of particles from the substrate of the component may already exist when the protective layer has been removed at a critical point, thus ending the service life of the component
  • Protective layer is reached. If the protective effect of the protective layer fails, the entire component often has to be replaced today. Although the protective layer allows for a longer lifetime of the underlying part, after the partial wear of the layer, the costs of replacing the complete component are eliminated.
  • An extension of the life of the protective layer by applying a new protective layer on the remains of the remaining protective layer is often excluded.
  • An increase in the total layer thickness of the protective layer at those points where the protective layer is still present can have critical properties such as the adhesion of the protective layer
  • Negatively affect the protective layer Negative effects of a thicker protective layer may be that the new overall layer tends to fall off rather that the protective effect decreases and that unwanted particles are formed by the sloping protective layer parts.
  • the object of the present invention was to provide a method or a component which solves at least one problem of the prior art. Another object of the present invention is to allow a longer useful life of components exposed to reactive process media.
  • the method according to the invention is a method for the controlled removal of a protective layer from a surface of a component.
  • the component comprises:
  • protective layer which comprises an amorphous solid, in particular an amorphous non-metal, in particular amorphous ceramic, and at least partially covers the intermediate layer.
  • the method according to the invention comprises the following steps:
  • the etching or dissolving medium brings about a first etching or dissolving speed of the protective layer and a second etching or dissolving speed of the intermediate layer, the first etching or dissolving speed being greater than the second etching or dissolving speed.
  • the inventive method is applied to a component, which has a base body and a
  • Protective layer comprises, and wherein between the base body and protective layer, an intermediate layer is arranged, which is etched slower in the etching medium used in the method than the protective layer.
  • the protective layer has the function of protecting the component from the reactive process medium, typically a gas or a plasma, in a process chamber in which workpieces are subjected to a removing process step. This feature is effective throughout the life of the component. The component is just not to be removed in comparison to the machined workpieces and have a long life.
  • the reactive process medium typically a gas or a plasma
  • the etching or dissolving medium can therefore be an etching medium or a solvent medium.
  • the etching medium can be liquid,
  • an etching solution or it may be gaseous, for example, a plasma with etching-active particles or it may be a corrosive gas, such as chlorine gas or fluorine gas.
  • a plasma with etching-active particles or it may be a corrosive gas, such as chlorine gas or fluorine gas.
  • a corrosive gas such as chlorine gas or fluorine gas.
  • a release medium which is capable of, the protective layer Be used within the scope of the present invention, a release medium which is capable of, the protective layer
  • the dissolution rate instead of the etching rate, the relevant property, ie the intermediate layer is determined by the dissolution medium
  • the dissolution medium can be liquid or gaseous.
  • a possible solvent medium may be, for example, liquid water or water vapor.
  • the intermediate layer has the function of removing the protective layer by the etching medium (or, when the protective layer dissolves in the etching solution, or dissolving the protective layer in the release medium, for example) before the base body
  • etching medium the etching solution, or the solvent medium
  • the intermediate layer can be etched in the etching medium so much slower than the
  • the intermediate layer may additionally have the function of a bonding agent between the base body and
  • the intermediate layer and the protective layer are two layers whose etch or dissolution rate differs in the etching or dissolving medium.
  • the intermediate layer and the protective layer may differ as follows:
  • the atomic Nahaku can be determined for example by amorphous structure or crystalline structure.
  • the protective layer may have amorphous structure and the intermediate layer may have crystalline structure
  • the atomic Nahaku can also by various crystal structures, in the case of Ti02, for example, rutile, anatase and
  • the microstructure can be determined, for example, by the shape and size of crystallites or by a single or multilayer layer structure.
  • the etching solution, the protective layer and the intermediate layer are selected so that the etching solution has an etching selectivity of X: 1 with respect to the protective layer versus the intermediate layer, and wherein X is at least greater than one.
  • the etching selectivity can be, for example, greater than 10: 1, ie X> 10.
  • X can also be greater than 100 or greater than 1000, which means that the intermediate layer is designed such that it faces the removal procedure of
  • Protective layer is largely inert, so that the
  • Protective layer can be removed without affecting the body.
  • Gas distributor head, substrate holder, electrode or hot plate in question It is conceivable that gas pipelines or entire process chambers can be used at least on their inner, the
  • Process gas exposed, surface are coated with a layer system of intermediate layer and protective layer. That is, that the process chamber, possibly also together with their gas supplies, itself the component with the
  • Interlayer and the protective layer is.
  • the protective layer can, for example, by
  • Atomic layer deposition (English: atomic layer deposition, ALD) to be produced.
  • ALD atomic layer deposition
  • Gas distribution head as in process chambers for chemical vapor deposition, in particular for plasma-assisted chemical
  • Gas phase deposition (PE-CVD) is used, all sides and also be provided within holes and cavities by means of atomic layer coating with a protective layer.
  • Atomic layer deposition is suitable for the production of thin, amorphous solid-state layers, in particular for the production of thin, amorphous layers of a nonmetal, and in particular for the production of thin, amorphous layers of ceramic.
  • Contacting the protective layer with the etching medium may be performed by wetting the protective layer with the etching solution in the case where the etching medium is an etching solution. The wetting of the protective layer can, for example, by
  • the intermediate layer does not need the basic body
  • Intermediate layer partially covers the base body.
  • the etching solution is then applied only in those surface regions of the base body in which the base body is protected by the intermediate layer. This can be achieved, for example, by partial immersion in the etching solution.
  • the protective layer does not need the intermediate layer completely cover up. In certain applications, it is sufficient for the protective effect, if in a newly produced protective layer, those surface areas are covered by the protective layer, which in the
  • the situation may arise that the protective layer has been removed in some places by the action of reactive process media
  • PVD Gas phase deposition
  • the intermediate layer reliably protects the base body from damage by the etching solution.
  • the base body is made of a metal or includes a metal, a protective barrier between the
  • Etching medium and the metal important because typically the metal would be the fastest etched when it with the
  • the present invention provides a method by which a protective layer can be removed in a controlled manner from a surface of a component.
  • Embodiments of the method according to the invention are defined by the features of claims 2 to 9.
  • Dissolution medium carried out until the complete removal of the protective layer.
  • the etching or dissolving medium is liquid and the method comprises the following steps:
  • Steps in Contacting the protective layer with an etching medium and removing the protective layer with a liquid etching or dissolving medium which may be, for example, an etching solution.
  • Intermediate layer at least one metal, a metal oxide, in particular TiO 2 (titanium oxide), ZnO (zinc oxide), Nb 2 O 3
  • Niobium oxide Zinc oxide
  • ZrO 2 irconia
  • Y 2 O 3 yttria
  • Ta 2 O 5 tantalum oxide
  • metal nitride a metal carbide, a metal fluoride, a metal chloride or a metal boride.
  • Interlayer in crystalline form present material.
  • Protective layer at least one layer of amorphous metal oxide, in particular of amorphous Al 2 O 3, of amorphous metal nitride, of amorphous metal fluoride, of an amorphous one
  • Metal chloride of amorphous metal carbide or of amorphous metal boride.
  • Intermediate layer is a non-etchable by the etching or release medium material or consists of a through the
  • Protective layer amorphous A1203 the intermediate layer comprises at least one of TiO 2, ZnO, Nb 2 O 3, ZrO 2, Y 2 O 3 and Ta 2 O 5, and comprises at least one of the etching or dissolving medium
  • Protective layer comprises the following steps: removal of the old protective layer by the abovementioned process according to the invention for removing a protective layer and applying the new protective layer.
  • the method for replacing an old protective layer on a component with a new protective layer has the
  • Lifes of the protective layer can be reused.
  • the protective layer can be renewed several times without the underlying substrate also having to be renewed.
  • this is done
  • ALD atomic layer deposition
  • the present invention is further directed to a method of claim 12 for operating a thin film process plant. It is a method for operating a trained for Schichtabtrag of a workpiece
  • the thin-film process system can be designed both for layer application to a workpiece and for layer removal from the workpiece.
  • the thin-film process plant has at least one
  • the process chamber or another component of the thin-film process plant comprises a
  • the method comprises the following steps: providing the process chamber or the other component with a base body, with an intermediate layer which at least partially covers the base body, and with the protective layer which comprises an amorphous solid,
  • the intermediate layer comprises at least
  • the intermediate layer contains at least one element which is not contained in the protective layer
  • An advantageous effect of the method for operating a thin-film process installation which is designed for layer deposition on workpieces and for layer removal (etching) of workpieces, is that it can be detected by the appropriate choice of the inventive intermediate layer, whether the protective layer on their
  • the aluminum base body and the aluminum compound protective layer such as Al 2 O 3 may be replaced by an intermediate layer of another material such as Al 2 O 3.
  • Ti02 be determined by chemical analysis of Ti in the process space in situ, whether the protective layer of the process chamber or another component was completely removed at certain points and thus should be replaced. This is very difficult with an A1203 layer on AI and the AI analysis.
  • this intermediate layer in the example containing TiO 2
  • a detection device on the vacuum system for at least one element contained in this intermediate layer (in the example Ti), e.g. with a mass spectrometer, which can reliably search for Ti ions in our case, that can
  • the invention further relates to a component according to claim 13 or 14 for use in a process chamber of a thin-film process plant.
  • the inventive component comprises
  • the protective layer comprises an amorphous solid, in particular an amorphous non-metal, in particular amorphous ceramic, and at least partially covers the intermediate layer.
  • the protective layer is etchable or solvable at least more rapidly than the intermediate layer, at least by a first etching or dissolving medium, wherein the first etch or etch
  • Release medium belongs to the following group:
  • the component in one embodiment, the
  • Protective layer amorphous A1203 and the intermediate layer comprises at least one of TiO 2, ZnO, Nb 2 O 3, ZrO 2, Y 2 O 3 and Ta 2 O 5.
  • the invention is further directed to a manufacturing method according to claim 15.
  • Manufacturing process includes the following steps:
  • a protective layer comprising an amorphous solid, in particular a protective layer comprising an amorphous nonmetal, in particular an amorphous ceramic protective layer to the intermediate layer, wherein the protective layer is at least faster etchable than the intermediate layer by a first etching or dissolving medium, wherein the first etching or Release medium belongs to the following group:
  • the step of forming the basic body can
  • composition of the layers it can be said that as an intermediate layer, a variety of materials such as pure metals, oxides, nitrides, fluorides, carbides can be used insofar as they provide sufficient adhesion of the intermediate and the protective layer, suitable for the process conditions , and
  • the materials for the protective layer and the intermediate layer may be selected to suit an etching or dissolving medium, for example, according to the following combinations.
  • the intermediate layer may comprise TiO 2 or consist of TiO 2, the protective layer amorphous Al 2 O 3
  • the etching medium may be an aqueous solution with 4 to 10 weight percent, in particular with 5 weight percent NaOH.
  • the protective layer is etched faster than the intermediate layer.
  • an atomic layer deposition (ALD) TiO 2 layer shows hot H 2 O at 90 ° C
  • Solubilizing medium has an approximately eightfold life compared to an equally thick, with atomic layer deposition
  • Intermediate layer serve for A1203 coated substrates.
  • amorphous A1203 layers have an etch rate in the range of 0.5 nm / min at 25 ° C in 10 M NH40H solution, while layers of Nb203 or Ta205 in the same solution show no layer thickness change over 500 hours.
  • the intermediate layer may be made of Nb203 or Ta205 of a material which is not etchable by the etching medium.
  • the protective layer may consist of amorphous Al 2 O 3 and the intermediate layer may consist of ZnO.
  • Protective layer and intermediate layer can with ALD
  • the etching medium may be, for example
  • Amorphous A1203 shows 400 times larger
  • the intermediate layer can consist, for example, of TiO 2.
  • the intermediate layer may be, for example, a multilayer nanolaminate of alternating layers of TiO 2 and Al 2 O 3.
  • Ti02, in particular as nanolaminate with A1203, offers a strong corrosion protection against NaOH as well as against KOH in the range of 1 M solutions.
  • FIG. 1 is a flowchart of the inventive
  • Fig. 2 in part figures Fig. 2.a) to 2.d) schematic cross sections through a part of a component for
  • Fig. 3 is a schematic cross section through the
  • Fig. 5 is a flow chart of the inventive
  • FIG. 1 shows the two in the flow chart
  • the process step of contacting (11) is implemented by wetting the protective layer with an etching solution and the method step Removal (12) of the protective layer is implemented by dissolving the protective layer in the etching solution.
  • Figure 2.a shows a cross section through a
  • Base body 1 of the component is an intermediate layer 2 applied, which in turn is partially covered by a protective layer 3. Illustrated by way of example is a state of the protective layer, as it can arise through inhomogeneous removal under the influence of a reactive process medium. At the point 9 indicated by an arrow, the protective layer is worn down so far that the intermediate layer is exposed.
  • FIG. 2.b shows the component 10 after the method step has been brought into contact with the protective layer 11
  • Etching medium Shown here is the embodiment of wetting the protective layer 3 with an etching solution 4 by at least partially immersing the component in the etching solution.
  • FIG. 2.c) shows the component 10 'after the removal of the protective layer 12 under the action of the method
  • the application of the new protective layer can be done, for example, by atomic layer deposition, whereby a very homogeneous layer thickness of the protective layer can be achieved. In this state is the
  • Thin-film process equipment can be used.
  • FIG. 3 shows a cross section through a
  • the protective layer 3 is in contact with the environment 8 of the component and rests on the intermediate layer 2.
  • the intermediate layer 2 covers the main body 1 of the component and lies between the protective layer 3 and the main body.
  • the protective layer 3 has a layer thickness d3.
  • the intermediate layer 2 has a
  • Intermediate layer 2 of Ti02 and the protective layer 3 consists of amorphous A1203. Both intermediate layer as well
  • Protective layer can be applied by atomic layer deposition.
  • Atomic layer deposition makes it possible, for example, to choose a thickness d2 of the intermediate layer in the range of 20-100 nanometers, for example 50 nanometers, thick, without the risk of holes or very thin spots in the intermediate layer.
  • the protective layer is typically in the range 90-500 nanometers, especially 200-300 nanometers, thick.
  • the thickness of the protective layer may vary depending on the material
  • Thick layers tend to flake off. Thick layers are more expensive to manufacture because the coating time increases linearly with the layer thickness.
  • the main body 1 consists for example of metal, in particular aluminum, an aluminum alloy or stainless steel.
  • FIG. 4 shows a flow chart of the method 15 for the
  • the method 15 is complete.
  • the application of the new protective layer can be carried out, for example, by atomic layer deposition. Next come other methods of chemical
  • Vapor deposition, physical vapor deposition (PVD), as well as spray coating as a method for
  • FIG. 5 shows a flowchart of the method 20 according to the invention for operating a thin-film process plant with a process chamber and a component.
  • the steps 21 provide the component with the layer structure as described above.
  • the installation 22 of a component in the process chamber follows, if the component is not the process chamber itself.
  • Process step takes place.
  • the method follows the arrow "no" if the at least one element was not found in the step of analyzing and the arrow "yes” if the element was detected. In the first case, the
  • Steps 23 and 24 are repeated.
  • the method 15 then follows for exchanging an old protective layer with a new protective layer, wherein optionally the method step of removing the component from the process chamber takes place, if the component is not the process chamber itself, represented by a dashed frame , Reference sign list

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Abstract

Verfahren (14) zum kontrollierten Abtragen einer Schutzschicht (3) von einer Oberfläche eines Bauteils (10), wobei das Bauteil umfasst: - einen Grundkörper (1); - eine Zwischenschicht (2), welche den Grundkörper zumindest teilweise überdeckt; und - die besagte Schutzschicht (3), welche einen amorphen Festkörper, insbesondere ein amorphes Nichtmetall, insbesondere amorphe Keramik, umfasst und die Zwischenschicht zumindest teilweise überdeckt; wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: - in Kontakt Bringen (11) der Schutzschicht (3) mit einem Ätz- oder Lösemedium (4); und - Abtragen (12) der Schutzschicht (3) unter Einwirkung des Ätz- oder Lösemediums (4) bis die Zwischenschicht (2) freigelegt ist; und wobei das Ätz- oder Lösemedium eine erste Ätz- oder Lösegeschwindigkeit der Schutzschicht und eine zweite Ätz- oder Lösegeschwindigkeit der Zwischenschicht bewirkt und wobei die erste Ätz- oder Lösegeschwindigkeit grösser ist als die zweite Ätz- oder Lösegeschwindigkeit. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Austauschen einer alten Schutzschicht auf einem Bauteil, ein Verfahren zum Betrieb einer Dünnschicht-Prozessanlage, ein Bauteil zur Verwendung in einer Dünnschicht-Prozessanlage und ein Herstellungsverfahren für das Bauteil.

Description

Verfahren zum kontrollierten Abtragen einer Schutzschicht von einer Oberfläche eines Bauteils
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontrollierten Abtragen einer Schutzschicht von einer
Oberfläche eines Bauteils. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Austauschen einer alten Schutzschicht auf einem Bauteil durch eine neue Schutzschicht, ein Verfahren zum Betrieb einer Dünnschicht-Prozessanlage mit einem
Bauteil mit einer Schutzschicht, ein Bauteil zur Verwendung in einer Dünnschicht-Prozessanlage und ein
Herstellungsverfahren für das Bauteil.
In verschiedenen Anwendungen werden Bauteile, welche reaktiven Prozessmedien ausgesetzt sind, mit einer
Schutzschicht beschichtet. So werden etwa in der
Halbleiterindustrie zum Schutz vor den vielfach sehr reaktiven Prozessgasen und Plasmas die in Prozesskammern verwendeten Bauteile aus Edelstahl oder Aluminium mit korrosionsresistenten Schutzschichten versehen. Damit sollen die Ablagerung von Korrosionsprodukten auf den
Wafern sowie ungewollte Nebenreaktionen verhindert werden. So werden etwa Teile aus Aluminium anodisiert, so dass eine chemisch sehr resistente A1203 (Aluminiumoxid) Schutz- schicht entsteht. Bauteile aus Edelstahl können in einem Verfahren mit chemischer Gasphasenabscheidung (englisch: chemical vapor deposition, CVD) mit A1203 beschichtet werden, um das Freisetzen von Eisenatomen oder
Eisenpartikeln aus dem Edelstahl zu verhindern. Obwohl sich die Schutzschicht dadurch auszeichnet, dass sie gegenüber den Prozessmedien viel stabiler ist, als das zu schützende Bauteil, ist auch die Lebensdauer der
Schutzschicht meist begrenzt. Die Schutzschicht wird unter dem Einfluss der Prozessmedien typischerweise inhomogen abgetragen. Die Gefahr der Freisetzung von Partikeln aus dem Substrat des Bauteils besteht unter Umständen bereits dann, wenn die Schutzschicht an einer kritischen Stelle abgetragen ist, womit das Ende der Lebensdauer der
Schutzschicht erreicht ist. Lässt die schützende Wirkung der Schutzschicht nach, muss heute vielfach das gesamte Bauteil ausgewechselt werden. Obwohl die Schutzschicht eine höhere Lebensdauer des darunterliegenden Teils erlaubt, fallen doch nach der teilweisen Abnutzung der Schicht die Kosten für den Ersatz des kompletten Bauteils an.
Eine Verlängerung der Lebensdauer der Schutzschicht durch Aufbringen einer neuen Schutzschicht über die Reste der noch vorhandenen Schutzschicht ist oftmals ausgeschlossen. Eine Erhöhung der Gesamtschichtdicke der Schutzschicht an denjenigen Stellen, wo noch Schutzschicht vorhanden ist, kann kritische Eigenschaften wie die Adhäsion der
Schutzschicht am Substrat und die Morphologie der
Schutzschicht negativ beeinflussen. Negative Auswirkungen einer dickeren Schutzschicht können darin bestehen, dass die neue Gesamtschicht die Tendenz hat, eher abzufallen, dass die Schutzwirkung abnimmt und dass ungewollte Partikel durch die abfallenden Schutzschichtteile entstehen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, ein Verfahren oder ein Bauteil zur Verfügung zu stellen, welches zumindest ein Problem des Stands der Technik löst. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine längere Nutzungsdauer von Bauteilen, welche reaktiven Prozessmedien ausgesetzt sind, zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist ein Verfahren zum kontrollierten Abtragen einer Schutzschicht von einer Oberfläche eines Bauteils. Dabei umfasst das Bauteil:
- einen Grundkörper;
- eine Zwischenschicht, welche den Grundkörper
zumindest teilweise überdeckt; und
- die besagte, durch das Verfahren zu entfernende, Schutzschicht, welche einen amorphen Festkörper, insbesondere ein amorphes Nichtmetall, insbesondere amorphe Keramik, umfasst und die Zwischenschicht zumindest teilweise überdeckt.
Das erfindungsgemässe Verfahren umfasst folgende Schritte:
- in Kontakt Bringen der Schutzschicht mit einem Ätzoder Lösemedium; und
- Abtragen der Schutzschicht unter Einwirkung des Ätzoder Lösemediums bis die Zwischenschicht freigelegt ist . Dabei bewirkt das Ätz- oder Lösemedium eine erste Ätz- oder Lösegeschwindigkeit der Schutzschicht und eine zweite Ätzoder Lösegeschwindigkeit der Zwischenschicht, wobei die erste Ätz- oder Lösegeschwindigkeit grösser ist als die zweite Ätz- oder Lösegeschwindigkeit.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird auf ein Bauteil angewendet, welches einen Grundkörper und eine
Schutzschicht umfasst, und wobei zwischen Grundkörper und Schutzschicht eine Zwischenschicht angeordnet ist, welche in dem im Verfahren verwendeten Ätzmedium langsamer geätzt wird als die Schutzschicht.
Die Schutzschicht hat die Funktion, das Bauteil vor dem reaktiven Prozessmedium, typischerweise einem Gas oder einem Plasma, in einer Prozesskammer zu schützen, in der Werkstücke einem abtragenden Prozessschritt unterworfen werden. Diese Funktion kommt während der Lebensdauer des Bauteils zum Tragen. Das Bauteil soll im Vergleich zu den bearbeiteten Werkstücken gerade nicht abgetragen werden und eine lange Lebensdauer haben.
Das Ätz- oder Lösemedium kann also ein Ätzmedium oder ein Lösemedium sein. Das Ätzmedium kann flüssig sein,
beispielsweise eine Ätzlösung, oder es kann gasförmig sein, beispielsweise ein Plasma mit ätzaktiven Teilchen oder es kann ein ätzendes Gas, wie beispielsweise Chlorgas oder Fluorgas, sein. Alternativ zu einem Ätzmedium kann im
Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Lösemedium eingesetzt werden, welches in der Lage ist, die Schutzschicht
aufzulösen. Entsprechend ist dann die Lösegeschwindigkeit anstatt der Ätzgeschwindigkeit die relevante Eigenschaft, d.h. die Zwischenschicht wird durch das Lösemedium
langsamer aufgelöst, als die Schutzschicht. Das Lösemedium kann flüssig oder gasförmig sein. Ein mögliches Lösemedium kann beispielsweise flüssiges Wasser oder Wasserdampf sein. Im Folgenden soll unter dem Begriff Ätzmedium oder
Lösemedium, resp. Ätzgeschwindigkeit oder
Lösegeschwindigkeit auch der jeweils andere Begriff
verstanden werden, falls dies im Kontext sinnvoll ist und es keine Rolle spielt, ob es sich um ein saures, basisches oder neutrales Medium handelt.
Die Zwischenschicht hat die Funktion, beim Abtragen der Schutzschicht durch das Ätzmedium (resp. beim Auflösen der Schutzschicht in der Ätzlösung, resp. beim Auflösen der Schutzschicht im Lösemedium) den Grundkörper vor dem
Ätzmedium (der Ätzlösung, resp. dem Lösemedium) im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens zu schützen. Diese
Funktion spielt beim erfindungsgemässen Verfahren zum
Abtragen der Schutzschicht am Ende der Lebensdauer der Schutzschicht eine zentrale Rolle. Die Zwischenschicht kann im Ätzmedium so viel langsamer ätzbar sein, als die
Schutzschicht, dass im Moment, in dem die Schutzschicht komplett aufgelöst ist, die Oberfläche der Zwischenschicht im Wesentlichen noch die Geometrie der ursprünglichen
Grenzfläche zwischen Schutzschicht und Zwischenschicht besitzt. Die Zwischenschicht kann zusätzlich die Funktion eines Haftvermittlers zwischen Grundkörper und
Schutzschicht haben. Bei der Zwischenschicht und der Schutzschicht handelt es sich um zwei Schichten, deren Ätz- oder Lösegeschwindigkeit im Ätz- oder Lösemedium verschieden ist. Diese
unterschiedliche Ätz- oder Lösegeschwindigkeit kann auf mehreren Wegen erreicht werden. Die Zwischenschicht und die Schutzschicht können sich wie folgt unterscheiden:
- in der chemischen Zusammensetzung,
- in der atomaren Nahordnung,
- in der Mikrostruktur. Die atomare Nahordnung kann beispielsweise durch amorphe Struktur oder kristalline Struktur bestimmt sein.
Beispielsweise kann die Schutzschicht amorphe Struktur und die Zwischenschicht kristalline Struktur haben, bei
ansonsten gleicher chemischer Zusammensetzung. Die atomare Nahordnung kann auch durch verschiedene Kristallstrukturen, im Fall von Ti02 beispielsweise Rutil-, Anatas- und
Brookit-Struktur, definiert sein. Die Mikrostruktur kann beispielsweise durch Form und Grösse von Kristalliten oder durch ein- oder mehrlagige Schichtstruktur bestimmt sein.
Die Bedingung an die Ätzgeschwindigkeiten kann alternativ wie folgt beschrieben werden: die Kombination von
Ätzlösung, Schutzschicht und Zwischenschicht wird so ausgewählt, dass die Ätzlösung eine Ätzselektivität von X:l bezüglich Schutzschicht versus Zwischenschicht aufweist und wobei X zumindest grösser 1 ist. Die Ätzselektivität kann beispielsweise grösser als 10:1 sein, d.h. X > 10. X kann auch grösser als 100 oder grösser als 1000 sein, was bedeutet, dass die Zwischenschicht dergestalt ausgebildet ist, dass sie gegenüber der Entfernungsprozedur der
Schutzschicht weitgehend inert ist, so dass die
Schutzschicht ohne Beeinträchtigung des Grundkörpers entfernt werden kann.
Je grösser die Ätzselektivität, desto dünner kann die Zwischenschicht gewählt werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass die Zwischenschicht beim Abtragen oder
Auflösen der Schutzschicht bis auf den Grundkörper
weggeätzt werden könnte.
Als Bauteile, auf die das erfindungsgemässe Verfahren angewendet werden kann, kommen beispielsweise
Gasverteilerkopf, Substrathalter, Elektrode oder Heizplatte in Frage. Weifer ist denkbar, dass Gasleitungen oder auch ganze Prozesskammern zumindest an ihrer inneren, dem
Prozessgas ausgesetzten, Oberfläche mit einem SchichtSystem aus Zwischenschicht und Schutzschicht beschichtet sind. D.h., dass die Prozesskammer, allenfalls auch zusammen mit ihren Gaszuführungen, selber das Bauteil mit der
Zwischenschicht und der Schutzschicht ist.
Die Schutzschicht aus einem amorphen Festkörper,
insbesondere aus einem amorphen Nichtmetall, insbesondere amorpher Keramik, hat den Vorteil, dass sie keine
Kristallite enthält, die sich aus der Schutzschicht lösen könnten. Die Schutzschicht kann beispielsweise durch
Atomlagenabscheidung (englisch: atomic layer deposition, ALD) hergestellt sein. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass sich Bauteile mit einer komplizierten dreidimensionalen Struktur, z. B. mit Durchgangslöchern, ungerichtet mit einer definierten Anzahl von Atomlagen beschichtet werden kann. Beispielsweise kann ein
Gasverteilerkopf (ein sogenannter Showerhead) , wie er etwa in Prozesskammern für chemische Gasphasenabscheidung, insbesondere für plasmaunterstützte chemische
Gasphasenabscheidung (PE-CVD), verwendet wird, allseitig und auch innerhalb von Löchern und Hohlräumen mittels Atomlagenbeschichtung mit einer Schutzschicht versehen werden. Atomlagenabscheidung eignet sich zur Herstellung dünner, amorpher Festkörperschichten, insbesondere zur Herstellung dünner, amorpher Schichten eines Nichtmetalls und insbesondere zur Herstellung dünner, amorpher Schichten aus Keramik. Das in Kontakt Bringen der Schutzschicht mit dem Ätzmedium kann im Fall, dass das Ätzmedium eine Ätzlösung ist, durch Benetzen der Schutzschicht mit der Ätzlösung erfolgen. Das Benetzen der Schutzschicht kann beispielsweise durch
Besprühen mit Ätzlösung oder durch teilweises oder
vollständiges Eintauchen des Bauteils in Ätzlösung
erfolgen .
Die Zwischenschicht braucht den Grundkörper nicht
vollständig zu überdecken. Es reicht aus, wenn die
Zwischenschicht den Grundkörper teilweise überdeckt. Die Ätzlösung wird dann nur in denjenigen Oberflächenbereichen des Grundkörpers appliziert, in denen der Grundkörper durch die Zwischenschicht geschützt ist. Dies kann beispielsweise durch teilweises Eintauchen in die Ätzlösung erreicht werden. Die Schutzschicht braucht die Zwischenschicht nicht vollständig zu überdecken. In gewissen Anwendungsfällen ist es für die Schutzwirkung ausreichend, wenn bei einer neu hergestellten Schutzschicht diejenigen Oberflächenbereiche durch die Schutzschicht überdeckt sind, die bei der
Verwendung in einer Prozesskammer einem reaktiven
Prozessmedium ausgesetzt sind. Auch nach längerer
Verwendung des Bauteils kann die Situation entstehen, dass durch Einwirkung reaktiver Prozessmedien die Schutzschicht stellenweise soweit abgetragen ist, dass sie die
Zwischenschicht nur noch teilweise überdeckt. Gerade in dieser Situation ist das erfindungsgemässe Verfahren von grossem Nutzen, da es die Beschädigung des Grundkörpers durch das Ätzmedium an Stellen mit vollständig abgenutzter Schutzschicht verhindern kann. Zwischenschicht und Schutzschicht können mittels
verschiedener Verfahren auf den Grundkörper aufgebracht sein. Als Verfahren zum Aufbringen der Zwischenschicht und der Schutzschicht kommen insbesondere chemische
Gasphasenabscheidung (CVD) , physikalische
Gasphasenabscheidung (PVD), wie auch Sprühbeschichtung in Frage .
Das erfindungsgemässe Verfahren hat den Vorteil, dass beim Entfernen der alten Schutzschicht der Grundkörper im
Wesentlichen nicht angegriffen oder verändert wird. Im Fall, dass sich das Material des Grundkörpers bei der Reaktion mit der Abtragungschemie ähnlich wie die
Schutzschicht verhält, würde das Grundmaterial ohne die schützende Zwischenschicht ebenfalls abgetragen, wodurch die ursprüngliche Form und/oder die Morphologie des
Bauteils geändert würde. Im erfindungsgemässen Verfahren schützt die Zwischenschicht den Grundkörper zuverlässig vor einer Beschädigung durch die Ätzlösung. Im Fall, dass der Grundkörper aus einem Metall besteht oder ein Metall umfasst, ist eine schützende Barriere zwischen dem
Ätzmedium und dem Metall wichtig, da typischerweise das Metall am schnellsten geätzt würde, wenn es mit dem
Ätzmedium in Kontakt käme. Somit wird durch die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verfügung gestellt, mit dem eine Schutzschicht von einer Oberfläche eines Bauteils kontrolliert abgetragen werden kann.
Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens werden durch die Merkmale der Ansprüche 2 bis 9 definiert.
In einer Ausführungsform des Verfahrens, wird das Abtragen der Schutzschicht unter Einwirkung des Ätz- oder
Lösemediums bis zur restlosen Entfernung der Schutzschicht durchgeführt .
In einer Ausführungsform des Verfahrens, ist das Ätz- oder Lösemedium flüssig und umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
- Benetzen der Schutzschicht mit dem flüssigen Ätz- oder Lösemedium; und - Auflösen der Schutzschicht in dem flüssigen Ätz- oder Lösemedium.
Die beiden genannten Schritte sind Umsetzungen der
Verfahrensschritte in Kontakt Bringen der Schutzschicht mit einem Atzmedium und Abtragen der Schutzschicht mit einem flüssigen Ätz- oder Lösemedium, das beispielsweise eine Ätzlösung sein kann.
In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst die
Zwischenschicht mindestens ein Metall, ein Metalloxid, insbesondere Ti02 (Titanoxid), ZnO (Zinkoxid), Nb203
(Nioboxid) , Zr02 ( irkonoxid) , Y203 (Yttriumoxid) oder Ta205 (Tantaloxid) , ein Metallnitrid, ein Metallkarbid, ein Metallfluorid, ein Metallchlorid oder ein Metallborid.
In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst die
Zwischenschicht in kristalliner Form vorliegendes Material.
In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst die
Schutzschicht zumindest eine Lage aus amorphem Metalloxid, insbesondere aus amorphem A1203, aus amorphem Metallnitrid, aus amorphem Metallfluorid, aus einem amorphen
Metallchlorid, aus amorphem Metallkarbid oder aus amorphem Metallborid .
In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst die
Schutzschicht mehrere Lagen, wobei aneinander angrenzende Lagen sich in ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheiden .
In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst die
Zwischenschicht ein durch das Ätz- oder Lösemedium nicht ätzbares Material oder besteht aus einem durch das
Ätzmedium nicht ätzbaren Material.
In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst die
Schutzschicht amorphes A1203, umfasst die Zwischenschicht mindestens eines aus Ti02, ZnO, Nb203, Zr02, Y203 und Ta205, und umfasst das Ätz- oder Lösemedium mindestens eines aus
- wässrige NaOH Lösung, - wässrige KOH Lösung,
- wässrige NH40H Lösung,
- wässrige Tetramethylammoniumhydroxid Lösung,
- wässrige H202 Lösung,
- flüssiges H20,
- gasförmiges H20.
Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen des Verfahrens sind, falls nicht widersprüchlich, beliebig möglich . Die vorliegende Erfindung ist weiter auch auf ein Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 zum Austauschen einer alten
Schutzschicht auf einem Bauteil durch eine neue
Schutzschicht gerichtet. Das erfindungsgemässe Verfahren zum Austauschen einer alten Schutzschicht auf einem Bauteil durch eine neue
Schutzschicht umfasst folgende Schritte: Abtragen der alten Schutzschicht durch das oben genannte erfindungsgemässe Verfahren zum Abtragen einer Schutzschicht und Aufbringen der neuen Schutzschicht.
Das Verfahren zum Austauschen einer alten Schutzschicht auf einem Bauteil durch eine neue Schutzschicht hat den
Vorteil, dass das Bauteil über eine Vielzahl von
Lebensdauern der Schutzschicht weiterverwendet werden kann. Die Schutzschicht kann mehrmals erneuert werden, ohne dass das darunterliegende Substrat ebenfalls erneuert werden muss .
In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das
Aufbringen der neuen Schutzschicht durch Atomlagen- abscheidung (atomic layer deposition, ALD) .
Damit wird eine sehr homogene Schichtdicke der
Schutzschicht erreicht, unabhängig von der Orientierung der zu beschichtenden Oberfläche.
Die vorliegende Erfindung ist weiter auch auf ein Verfahren nach Anspruch 12 zum Betrieb einer Dünnschicht- Prozessanlage gerichtet. Es handelt sich dabei um ein Verfahren zum Betrieb einer für Schichtabtrag von einem Werkstück ausgebildeten
Dünnschicht-Prozessanlage. Die Dünnschicht-Prozessanlage kann sowohl für Schichtaufbringung auf ein Werkstück als auch für Schichtabtrag von dem Werkstück ausgebildet sein. Die Dünnschicht-Prozessanlage hat zumindest eine
Prozesskammer. Die Prozesskammer oder ein anderes Bauteil der der Dünnschicht-Prozessanlage umfasst eine
Schutzschicht. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: - Bereitstellen der Prozesskammer oder des anderen Bauteils mit einem Grundkörper, mit einer Zwischenschicht, welche den Grundkörper zumindest teilweise überdeckt, und mit der Schutzschicht, welche einen amorphen Festkörper,
insbesondere ein amorphes Nichtmetall, insbesondere amorphe Keramik, umfasst und die Zwischenschicht zumindest
teilweise überdeckt, wobei die Zwischenschicht mindestens ein Element enthält, welches in der Schutzschicht nicht enthalten ist;
- wiederholtes, gleichzeitiges Durchführen der beiden
Schritte
- Durchführen eines abtragenden Prozessschrittes unter Verwendung eines Prozessgases in der Prozesskammer, wobei die Schutzschicht mit dem Prozessgas in Kontakt kommt ; und - Analysieren des Prozessgases in der Prozesskammer mittels einer auf das mindestens eine Element
sensitiven Analysemethode; bis das mindestens eine Element im Prozessgas detektiert wird; und - Austauschen der Schutzschicht auf der Prozesskammer oder auf dem anderen Bauteil durch eine neue Schutzschicht durch Anwenden des oben beschriebenen erfindungsgemässen
Verfahrens zum Austauschen einer Schutzschicht. Eine vorteilhafte Wirkung des Verfahrens zum Betrieb einer Dünnschicht-Prozessanlage, welche zur Schichtaufbringung (deposition) auf Werkstücke und zum Schichtabtrag (Ätzen) von Werkstücken ausgebildet ist, liegt darin, dass durch die geeignete Wahl der erfindungsgemässen Zwischenschicht detektiert werden kann, ob die Schutzschicht an ihr
Lebensende gekommen ist. Ist etwa das Material des
Grundkörpers Aluminium und die Schutzschicht aus einer Aluminiumverbindung, wie etwa A1203, so kann durch eine Zwischenschicht aus einem anderen Material wie z.B. Ti02 durch chemische Analyse nach Ti im Prozessraum in-situ festgestellt werden, ob die Schutzschicht der Prozesskammer oder eines anderen Bauteils an gewissen Stellen vollständig abgetragen wurde und somit ersetzt werden soll. Dies ist bei einer A1203 Schicht auf AI und der Analyse nach AI nur schwer möglich. Durch den Einsatz dieser Zwischenschicht (im Beispiel Ti02 enthaltend) in Kombination mit einem Detektionsgerät am Vakuumsystem für mindestens ein in dieser Zwischenschicht enthaltenes Element (im Beispiel Ti), z.B. mit einem Massenspektrometer , welches zuverlässig in unserem Falle nach Ti Ionen suchen kann, kann das
Lebensende der A1203 Schutzschicht messtechnisch in
Erfahrung gebracht werden, d.h. sobald Ti-Ionen detektiert werden, muss die A1203 Schicht erneuert werden. Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Bauteil nach Anspruch 13 oder 14 zur Verwendung in einer Prozesskammer einer Dünnschicht-Prozessanlage.
Das erfindungsgemässe Bauteil umfasst
- einen Grundkörper,
- eine Zwischenschicht, welche den Grundkörper zumindest teilweise überdeckt, und
- eine Schutzschicht.
Dabei umfasst die Schutzschicht einen amorphen Festkörper, insbesondere ein amorphes Nichtmetall, insbesondere amorphe Keramik, und überdeckt die Zwischenschicht zumindest teilweise. Die Schutzschicht ist zumindest durch ein erstes Ätz- oder Lösemedium mindestens schneller ätz- oder lösbar als die Zwischenschicht, wobei das erste Ätz- oder
Lösemedium zu der folgenden Gruppe gehört:
- wässrige KOH Lösung,
- wässrige NaOH Lösung,
- wässrige NH40H Lösung,
- wässrige Tetramethylammoniumhydroxid Lösung,
- wässrige H202 Lösung,
- Mischungen aus den genannten Ätzlösungen,
- flüssiges H20,
- gasförmiges H20.
In einer Ausführungsform des Bauteils umfasst die
Schutzschicht amorphes A1203 und die Zwischenschicht umfasst mindestens eines aus Ti02, ZnO, Nb203, Zr02, Y203 und Ta205.
Die Erfindung ist noch weiter auf ein Herstellungsverfahren nach Anspruch 15 gerichtet.
Es handelt sich dabei um ein Herstellungsverfahren für ein erfindungsgemässes Bauteil wie oben beschrieben. Das
Herstellungsverfahren umfasst folgende Schritte:
- Formen eines Grundkörpers, - Aufbringen einer Zwischenschicht auf den Grundkörper, und
- Aufbringen einer einen amorphen Festkörper umfassenden Schutzschicht, insbesondere einer ein amorphes Nichtmetall umfassenden Schutzschicht, insbesondere einer amorphe Keramik umfassenden Schutzschicht auf die Zwischenschicht, wobei die Schutzschicht zumindest durch ein erstes Ätzoder Lösemedium mindestens schneller ätzbar ist als die Zwischenschicht, wobei das erste Ätz- oder Lösemedium zu der folgenden Gruppe gehört:
- wässrige KOH Lösung, - wässrige NaOH Lösung,
- wässrige NH40H Lösung,
- wässrige Tetramethylammoniumhydroxid Lösung,
- wässrige H202 Lösung,
- Mischungen aus den genannten Ätzlösungen, - flüssiges H20,
- gasförmiges H20. Der Schritt des Formens des Grundkörpers kann
beispielsweise Fräsen, Drehen, Bohren, Schweissen etc.
umfassen .
Zurückkommend auf die Zusammensetzung der Schichten kann gesagt werden, dass als Zwischenschicht eine Vielzahl von Materialien wie reine Metalle, Oxide, Nitride, Fluoride, Carbide zum Einsatz kommen können, insofern sie eine genügende Haftung der Zwischen- wie der Schutzschicht sorgen, für die Prozessbedingungen geeignet, und
komplementäre Eigenschaften im Kontakt mit dem Ätzmedium haben .
Die Materialien für Schutzschicht und Zwischenschicht können passend zu einem Ätz- oder Lösemedium zum Beispiel gemäss den folgenden Kombinationen gewählt sein.
Beispielsweise kann die Zwischenschicht Ti02 umfassen oder aus Ti02 bestehen, die Schutzschicht amorphes A1203
umfassen oder aus amorphem A1203 bestehen und das Ätzmedium kann eine wässrige Lösung mit 4 bis 10 Gewichtsprozent, insbesondere mit 5 Gewichtsprozent NaOH sein. In dieser
Kombination wird die Schutzschicht schneller geätzt als die Zwischenschicht .
Beispielsweise zeigt eine mit atomic layer deposition (ALD) hergestellte Ti02-Schicht in 90°C heissem H20 als
Lösemedium eine etwa achtfache Lebensdauer im Vergleich zu einer gleich dicken, mit atomic layer deposition
hergestellten A1203-Schicht und kann daher als
Zwischenschicht für A1203 beschichtete Substrate dienen. Beispielsweise haben amorphe A1203 Schichten eine Ätzrate im Bereich von 0.5 nm/min bei 25°C in 10 M NH40H Lösung, während Schichten aus Nb203 oder Ta205 in derselben Lösung keine Schichtdickenveränderung über 500 Std zeigen. Mit der Wahl von 10 molarer NH40H Ätzlösung mit einer Temperatur von 25°C als Ätzmedium, kann also eine Schutzschicht aus A1203 mit sinnvoller Geschwindigkeit abgetragen werden. Die Zwischenschicht kann in diesem Fall mit Nb203 oder Ta205 aus einem Material bestehen, das durch das Ätzmedium nicht ätzbar ist.
Die Schutzschicht kann beispielsweise aus amorphem A1203 bestehen und die Zwischenschicht kann aus ZnO bestehen. Schutzschicht und Zwischenschicht können mit ALD
abgeschieden sein. Das Ätzmedium kann beispielsweise
Tetramethylammoniumhydroxid Lösung sein.
Amorphes A1203 zeigt eine um das 400-fache grössere
Selektivität als mit ALD abgeschiedenes ZnO beim Ätzen in einer Tetramethylammoniumhydroxid Lösung mit einem pH von 12 und einer Temperatur der Lösung von 60°C. Die Zwischenschicht kann beispielsweise aus Ti02 bestehen. Die Zwischenschicht kann beispielsweise ein mehrlagiges Nanolaminat aus abwechselnden Lagen aus Ti02 und A1203 sein. Ti02, insbesondere auch als Nanolaminat mit A1203, bietet einen starken Korrosionsschutz gegen NaOH wie auch gegen KOH im Bereich von 1 M Lösungen.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand von Figuren noch näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Flussdiagramm des erfindungsgemässen
Verfahrens zum kontrollierten Abtragen einer
Schutzschicht von einer Oberfläche eines Bauteils;
Fig. 2 in Teilfiguren Fig. 2.a) bis 2.d) schematische Querschnitte durch einen Teil eines Bauteils für
Zustände vor, zwischen und nach Verfahrensschritten;
Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch den
Schichtaufbau eines erfindungsgemässen Bauteils zur Verwendung in einer Prozesskammer einer Dünnschicht- Prozessanlage;
Fig. 4 ein Flussdiagramm des erfindungsgemässen
Verfahrens zum Austauschen einer alten Schutzschicht durch eine neue Schutzschicht;
Fig. 5 ein Flussdiagramm des erfindungsgemässen
Verfahrens zum Betrieb einer Dünnschicht-
Prozessanlage .
Figur 1 zeigt im Flussdiagramm die beiden
Verfahrensschritte
- in Kontakt Bringen (11) der Schutzschicht mit einem Ätzoder Lösemedium
- Abtragen (12) der Schutzschicht unter Einwirkung des Ätzoder Lösemediums bis die Zwischenschicht freigelegt ist. welche nacheinander an einem Bauteil ausgeführt werden. In einem Ausführungsbeispiel wird der Verfahrensschritt des in Kontakt Bringens (11) durch Benetzen der Schutzschicht mit einer Ätzlösung umgesetzt und der Verfahrensschritt Abtragen (12) der Schutzschicht wird durch Auflösen der Schutzschicht in der Ätzlösung umgesetzt.
Figur 2.a) zeigt einen Querschnitt durch einen
oberflächennahen Bereich eines Bauteils 10. Auf einem
Grundkörper 1 des Bauteils ist eine Zwischenschicht 2 aufgebracht, welche ihrerseits von einer Schutzschicht 3 teilweise überdeckt ist. Beispielhaft dargestellt ist ein Zustand der Schutzschicht, wie er durch inhomogenen Abtrag unter Einfluss eines reaktiven Prozessmediums entstehen kann. An der mit einem Pfeil bezeichneten Stelle 9 ist die Schutzschicht so weit abgenutzt, dass die Zwischenschicht frei liegt.
Figur 2.b) zeigt das Bauteil 10 nach dem Verfahrensschritt in Kontakt Bringen 11 der Schutzschicht mit einem
Ätzmedium. Hier dargestellt ist die Ausführungsvariante Benetzen der Schutzschicht 3 mit einer Ätzlösung 4 durch das zumindest teilweise Eintauchen des Bauteils in die Ätzlösung . Figur 2.c) zeigt das Bauteil 10' nach dem Verfahrensschritt Abtragen 12 der Schutzschicht unter Einwirkung des
Ätzmediums bis die Zwischenschicht freigelegt ist. Hier dargestellt ist die Ausführungsvariante Auflösen der
Schutzschicht 3 in der Ätzlösung. Aufgrund der stark unterschiedlichen Ätzgeschwindigkeiten der Zwischenschicht 2 und der Schutzschicht 3, ist die Zwischenschicht 2 im Wesentlichen unverändert stehengeblieben. Der Grundkörper 1 kommt nicht mit der Ätzlösung 4 in Kontakt. Fig. 2.c) zeigt den Zustand nach restloser Entfernung der Schutzschicht. Figur 2.d) zeigt das Bauteil 10' ' nach dem
Verfahrensschritt Aufbringen 13 einer neuen Schutzschicht 3'', dem letzten Verfahrensschritt des Verfahrens zum
Austauschen einer alten Schutzschicht durch eine neue
Schutzschicht. Das Aufbringen der neuen Schutzschicht kann beispielsweise durch Atomlagenabscheidung erfolgt sein, wodurch eine sehr homogene Schichtdicke der Schutzschicht erreicht werden kann. In diesem Zustand ist die
Schutzwirkung der Schutzschicht wieder sichergestellt und das Bauteil kann beispielsweise wieder in einer
Dünnschicht-Prozessanlage verwendet werden.
Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch einen
oberflächennahen Bereich eines Bauteils. Die Schutzschicht 3 ist im Kontakt mit der Umgebung 8 des Bauteils und liegt auf der Zwischenschicht 2 auf. Die Zwischenschicht 2 überdeckt den Grundkörper 1 des Bauteils und liegt zwischen Schutzschicht 3 und Grundkörper. Die Schutzschicht 3 hat eine Schichtdicke d3. Die Zwischenschicht 2 hat eine
Schichtdicke d2. In einer Ausführungsform besteht die
Zwischenschicht 2 aus Ti02 und besteht die Schutzschicht 3 aus amorphem A1203. Sowohl Zwischenschicht als auch
Schutzschicht können durch Atomlagenabscheidung aufgebracht sein. Atomlagenabscheidung ermöglicht es beispielsweise eine Schichtdicke d2 der Zwischenschicht im Bereich 20 - 100 Nanometer, bspw. 50 Nanometer, dick zu wählen, ohne dass dabei die Gefahr von Löchern oder sehr dünnen Stellen in der Zwischenschicht besteht. Die Schutzschicht ist typischerweise im Bereich 90-500 Nanometer, insbesondere 200-300 Nanometer, dick.
Die Dicke der Schutzschicht kann je nach Material,
Einsatztemperatur und Anwendungszweck angepasst werden. Dicke Schichten können eher abplatzen. Dicke Schichten sind teurer in der Herstellung, da die Beschichtungszeit linear mit der Schichtdicke steigt.
Als Ätzlösung zur Entfernung der Schutzschicht kommt im Fall von A1203 als Schutzschicht und von Ti02 als
Zwischenschicht eine wässrige Lösung mit 5% NaOH zum
Einsatz. Der Grundkörper 1 besteht beispielsweise aus Metall, insbesondere aus Aluminium, einer Aluminium- Legierung oder rostfreiem Stahl.
Figur 4 zeigt ein Flussdiagramm des Verfahrens 15 zum
Austausch einer alten Schutzschicht auf einem Bauteil durch eine neue Schutzschicht. Die Abfolge der ersten beiden Verfahrensschritte 11, 12 entspricht dem Verfahren 14, wie durch die Klammer am linken Rand des Flussdiagramms angezeigt ist. Zusammen mit dem Verfahrensschritt
Aufbringen 13 der neuen Schutzschicht ist das Verfahren 15 vollständig. Das Aufbringen der neuen Schutzschicht kann beispielsweise durch Atomlagenabscheidung ausgeführt werden . Weiter kommen andere Verfahren der chemischen
Gasphasenabscheidung, physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), wie auch Sprühbeschichtung als Verfahren zum
Aufbringen der neuen Schutzschicht in Frage. Figur 5 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemässen Verfahrens 20 zum Betrieb einer Dünnschicht-Prozessanlage mit einer Prozesskammer und einem Bauteil. Zuerst erfolgen die Verfahrensschritte Bereitstellen 21 des Bauteils mit dem Schichtaufbau wie oben beschrieben. Optional, mit gestricheltem Rahmen dargestellt, folgt der Einbau 22 eines Bauteils in die Prozesskammer, falls es sich beim Bauteil nicht um die Prozesskammer selbst handelt. In einer
Schleife werden die Verfahrensschritte Durchführen 23 eines abtragenden Prozessschrittes und Analysieren 24 des
Prozessgases wiederholt, wobei das Analysieren 24
gleichzeitig mit dem Durchführen 23 des abtragenden
Prozessschrittes erfolgt. Bei der Entscheidung 25 "Element detektiert?" folgt das Verfahren dem Pfeil "nein", falls das mindestens eine Element im Schritt des Analysierens nicht gefunden wurde und dem Pfeil "ja", falls das Element detektiert wurde. Im ersten Fall werden die
Verfahrensschritte 23 und 24 wiederholt. Im letzteren Fall folgt anschliessend das Verfahren 15 zum Austauschen einer alten Schutzschicht durch eine neue Schutzschicht, wobei optional, durch einen gestrichelten Rahmen dargestellt, vorgängig der Verfahrensschritt Ausbau 26 des Bauteils aus der Prozesskammer erfolgt, falls es sich beim Bauteil nicht um die Prozesskammer selber handelt. Bezugs zeichenliste
1 Grundkörper
2 Zwischenschicht
3 Schutzschicht
4 Ätz- oder Lösemedium (resp. Ätzlösung)
8 Umgebung
9 Stelle, wo Schutzschicht abgenutzt ist
10 Bauteil
10' Bauteil (nach Abtragen der Schutzschicht)
10' ' Bauteil (mit erneuerter Schutzschicht)
11 Verfahrensschritt in Kontakt Bringen der Schutzschicht mit einem Ätz- oder Lösemedium
12 Verfahrensschritt Abtragen der Schutzschicht
13 Verfahrensschritt Aufbringen
14 Verfahren zum kontrollierten Abtragen der
Schutzschicht
15 Verfahren zum Austauschen einer alten Schutzschicht durch eine neue Schutzschicht
20 Verfahrens zum Betrieb einer Dünnschicht-Prozessanlage 21 Verfahrensschritt Bereitstellen
22 Verfahrensschritt Einbau des Bauteils
23 Verfahrensschritt Durchführen eines abtragenden
Prozessschrittes
24 Verfahrensschritt Analysieren des Prozessgases
25 Entscheidung "Element detektiert?" -> Ja / Nein
26 Verfahrensschritt Ausbau des Bauteils
d2 Schichtdicke der Zwischenschicht
d3 Schichtdicke der Schutzschicht
ENDE Endpunkt eines Verfahrens
START Startpunkt eines Verfahrens

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren (14) zum kontrollierten Abtragen einer
Schutzschicht (3) von einer Oberfläche eines Bauteils (10), wobei das Bauteil umfasst:
- einen Grundkörper (1);
- eine Zwischenschicht (2), welche den Grundkörper zumindest teilweise überdeckt; und
- die besagte Schutzschicht (3), welche einen amorphen Festkörper, insbesondere ein amorphes Nichtmetall, insbesondere amorphe Keramik, umfasst und die
Zwischenschicht zumindest teilweise überdeckt; wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- in Kontakt Bringen (11) der Schutzschicht (3) mit einem Ätz- oder Lösemedium (4); und
- Abtragen (12) der Schutzschicht (3) unter Einwirkung des Ätz- oder Lösemediums (4) bis die Zwischenschicht (2) freigelegt ist; und wobei das Ätz- oder Lösemedium eine erste Ätz- oder Lösegeschwindigkeit der Schutzschicht und eine zweite Ätzoder Lösegeschwindigkeit der Zwischenschicht bewirkt und wobei die erste Ätz- oder Lösegeschwindigkeit grösser ist als die zweite Ätz- oder Lösegeschwindigkeit.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtragen der Schutzschicht unter Einwirkung des Ätz- oder Lösemediums bis zur restlosen Entfernung der Schutzschicht durchgeführt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätz- oder Lösemedium flüssig ist und dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- Benetzen der Schutzschicht mit dem flüssigen Ätzoder Lösemedium; und
- Auflösen der Schutzschicht in dem flüssigen Ätz- oder Lösemedium.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (2) mindestens ein Metall, ein Metalloxid, insbesondere Ti02, ZnO, Nb203, Zr02, Y203 oder Ta205, ein Metallnitrid, ein Metallkarbid, ein Metallfluorid, ein Metallchlorid oder ein Metallborid umfasst .
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (2) in
kristalliner Form vorliegendes Material umfasst.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (3) zumindest eine Lage aus amorphem Metalloxid, insbesondere aus amorphem A103, aus amorphem Metallnitrid, aus amorphem Metallfluorid, aus amorphem Metallchlorid, aus amorphem Metallkarbid oder aus amorphem Metallborid umfasst.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (3) mehrere Lagen umfasst, wobei aneinander angrenzende Lagen sich in ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheiden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (2) ein durch das
Ätz- oder Lösemedium (4) nicht ätzbares Material umfasst oder aus einem durch das Ätz- oder Lösemedium nicht ätzbaren Material besteht.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (3) amorphes A1203 umfasst, dass die Zwischenschicht (2) mindestens eines aus Ti02, ZnO, Nb203, Zr02, Y203 und Ta205 umfasst, und dass das Ätz- oder Lösemedium (4) mindestens eines aus - wässrige NaOH Lösung,
- wässrige KOH Lösung,
- wässrige NH40H Lösung,
- wässrige Tetramethylammoniumhydroxid Lösung,
- wässrige H202 Lösung,
- flüssiges H20,
- gasförmiges H20
umfasst .
10. Verfahren (15) zum Austauschen einer alten Schutzschicht (3) auf einem Bauteil (10) durch eine neue Schutzschicht (3 ' ' ) ,
wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- Abtragen der alten Schutzschicht durch das Verfahren (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 9; und
- Aufbringen der neuen Schutzschicht.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Aufbringen der neuen Schutzschicht durch Atomlagenabscheidung erfolgt.
12. Verfahren (20) zum Betrieb einer für Schichtabtrag von einem Werkstück ausgebildeten Dünnschicht-Prozessanlage mit einer Prozesskammer, wobei die Prozesskammer oder ein anderes Bauteil der Dünnschicht-Prozessanlage eine
Schutzschicht umfasst, und wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- Bereitstellen (21) der Prozesskammer oder des anderen Bauteils mit einem Grundkörper, mit einer Zwischenschicht, welche den Grundkörper zumindest teilweise überdeckt, und mit der Schutzschicht, welche einen amorphen Festkörper, insbesondere ein amorphes Nichtmetall, insbesondere amorphe Keramik, umfasst und die Zwischenschicht zumindest
teilweise überdeckt, wobei die Zwischenschicht mindestens ein Element enthält, welches in der Schutzschicht nicht enthalten ist; - wiederholtes, gleichzeitiges Durchführen der beiden
Schritte
- Durchführen (23) eines abtragenden Prozessschrittes unter Verwendung eines Prozessgases in der
Prozesskammer, wobei die Schutzschicht mit dem
Prozessgas in Kontakt kommt; und
- Analysieren (24) des Prozessgases in der
Prozesskammer mittels einer auf das mindestens eine Element sensitiven Analysemethode; bis das mindestens eine Element im Prozessgas detektiert wird; und
- Austauschen der Schutzschicht auf der Prozesskammer oder auf dem anderen Bauteil durch eine neue Schutzschicht durch Anwenden des Verfahrens (15) nach einem der Ansprüche 10 oder 11.
13. Bauteil (10) zur Verwendung in einer Dünnschicht- Prozessanlage, wobei das Bauteil
- einen Grundkörper (1), - eine Zwischenschicht (2), welche den Grundkörper
zumindest teilweise überdeckt, und
- eine Schutzschicht (3) umfasst, wobei die Schutzschicht einen amorphen Festkörper, insbesondere ein amorphes Nichtmetall, insbesondere amorphe Keramik, umfasst und die Zwischenschicht zumindest
teilweise überdeckt, und
wobei die Schutzschicht zumindest durch ein erstes Ätz- oder Lösemedium (4) mindestens schneller ätz- oder lösbar ist als die Zwischenschicht, wobei das erste Ätz- oder Lösemedium zu der folgenden Gruppe gehört:
- wässrige KOH Lösung, - wässrige NaOH Lösung,
- wässrige NH40H Lösung,
- wässrige Tetramethylammoniumhydroxid Lösung,
- wässrige H202 Lösung,
- Mischungen aus den genannten Ätzlösungen,
- flüssiges H20,
- gasförmiges H20.
14. Bauteil nach Anspruch 13, wobei die Schutzschicht (3) amorphes Λ1203 umfasst und wobei die Zwischenschicht (2) mindestens eines aus Ti02, ZnO, Nb203, Zr02, Y203 und Ta205 umfasst .
15. Herstellungsverfahren für ein Bauteil (10) nach
Anspruch 13 oder 14, wobei das Herstellungsverfahren folgende Schritte umfasst:
- Formen eines Grundkörpers (1),
- Aufbringen einer Zwischenschicht (2) auf den Grundkörper, und
- Aufbringen einer einen amorphen Festkörper umfassenden Schutzschicht, insbesondere einer ein amorphes Nichtmetall umfassenden Schutzschicht, insbesondere einer amorphe Keramik umfassenden Schutzschicht (3), auf die
Zwischenschicht ,
wobei die Schutzschicht zumindest durch ein erstes Ätzoder Lösemedium mindestens schneller ätzbar ist als die Zwischenschicht, wobei das erste Ätz- oder Lösemedium zu der folgenden Gruppe gehört:
- wässrige KOH Lösung,
- wässrige NaOH Lösung,
- wässrige NH40H Lösung, - wässrige Tetramethylammoniumhydroxid Lösung,
- wässrige H202 Lösung,
- Mischungen aus den genannten Ätzlösungen,
- flüssiges H20,
- gasförmiges H20.
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