WO2024112992A1 - Verfahren und vorrichtung zur bereitstellung eines plasmas zur plasmabehandlung - Google Patents

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WO2024112992A1
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plasma
electrode grid
treated
shielding electrode
process chamber
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PCT/AT2023/060416
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Gerhard EICHENHOFER
Johannes GRÜNWALD
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Gruenwald Laboratories Gmbh
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    • H01J37/3447—Collimators, shutters, apertures

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for providing a plasma for plasma treatment of a surface of a substrate.
  • US 2001/0046566 Al concerns plasma immersion ion implantation (PIII).
  • a conductive 2D grid is provided between a wafer and the plasma source. The grid thus separates the plasma from the workpiece.
  • Plasma immersion ion implantation (PIII) is also described, for example, in Mantese, Joseph V., et al. "Plasma immersion ion implantation.” Mrs Bulletin 21.8 (1996): 52-56.
  • the disadvantage is that the plasma forms in the entire vacuum chamber and it must be operated in pulsed mode.
  • Inverted fireball processes are also known, see e.g. Stenzel, R. L., et al. "Transit time instabilities in an inverted fireball. I. Basic properties.” Physics of Plasmas 18.1 (2011) : 012104.
  • a bias voltage is applied to a grid.
  • the disadvantage of this process is that it cannot be used for PVD processes.
  • the region of the shielding electrode grid opposite the surface to be plasma-treated (2) is at a distance of less than or equal to 10 mean free paths for electron-neutral gas particle collisions of the plasma from the surface to be plasma-treated.
  • a device for providing a plasma for plasma treatment of a surface of a substrate comprising: a process chamber; a substrate holder for holding the substrate in the process chamber; a shielding electrode grid in the process chamber, wherein at least one region of the shielding electrode grid is spaced from and along the surface to be plasma treated (or the Substrate holder ) such that the shielding electrode grid substantially covers the surface to be plasma treated ( or the substrate holder ) , wherein the shielding electrode grid is electrically conductive ; a plasma source for providing a plasma in the process chamber ; a voltage source for applying a voltage to a substrate held by the substrate holder ; wherein the region of the shielding electrode grid opposite the surface to be plasma treated runs at a distance of less than or equal to 20 cm from the surface to be plasma treated ( or the substrate holder ) .
  • the shielding electrode grid primarily shields alternating fields from the plasma source and enables the generation of a spatially confined, homogeneous plasma with a high plasma density between the shielding electrode grid and the surface to be treated with the plasma, which in turn enables high growth or etching rates of the layers to be deposited/removed or fast doping rates.
  • the narrow spatial confinement of the plasma in the area adjacent to the surface of the substrate to be treated also saves a considerable amount of the process energy required, which significantly increases energy efficiency.
  • the external plasma source can also be switched off (after a certain time) for some applications.
  • the shielding effect of the shielding electrode grid and its course close to the surface to be treated with plasma enables a highly reactive plasma to be generated with little dead volume. This maximizes the energy coupling, which results in highly efficient processes.
  • the strong spatial limitation of the plasma means that excitation/ionization takes place for the most part in the process-relevant volume.
  • the structure enables complete control over the energy of the ions that hit the substrate and thus tailor-made ion implantation, coatings, surface removal (etching, cleaning), surface modification with ions and supplantation, etc.
  • the layer thickness or penetration depth during nitriding, oxidation or other doping or coating processes can be freely adjusted.
  • the high plasma densities in the process-relevant volume allow significant energy savings compared to conventional processes.
  • the shield electrode grid provided close to the surface to be plasma-treated preferably acts as a Faraday cage, which encloses the (dense) plasma around the substrate, in particular the surface to be plasma-treated, and thus increases the plasma density.
  • Homogeneous coatings/surface modifications/material removal/doping are also possible on surfaces whose extent is significantly greater than the mean free path in the plasma, as long as the distance of the shield electrode grid from the surface to be plasma-treated is less than or equal to 10 mean free paths for electron-neutral gas particle collisions or of less than or equal to 20 cm .
  • the shielding electrode grid is preferably provided in such a way that it forms a Faraday cage around the surface to be plasma-treated.
  • the Faraday cage can be formed by the shielding electrode grid alone or together with the process chamber.
  • the shielding electrode grid can also be floating or pre-stressed.
  • a region of the shielding electrode grid runs essentially parallel to the surface to be plasma-treated.
  • the fact that the shielding electrode grid essentially covers the surface to be plasma-treated is understood to mean that a normal projection (normal to at least a partial surface of the surface) of the shielding electrode grid onto the surface to be plasma-treated covers it.
  • the substrate can also represent a part of an overall substrate to be processed.
  • the shielding electrode grid runs at least partially opposite the surface of the substrate to be treated with plasma at a distance of preferably less than or equal to 5 , particularly preferably less than or equal to 2 , mean free path lengths for electron-neutral gas particle collisions of the plasma .
  • the area of the The shielding electrode grid has a normal distance of preferably less than or equal to 20 cm, particularly preferably less than or equal to 5 cm, even more preferably less than or equal to 0.5 cm, from the surface of the substrate to be treated with plasma and held by the substrate holder.
  • the Faraday cage has an extension of preferably less than 20 cm, particularly preferably less than 5 cm, even more preferably less than 0.5 cm, in a direction normal to the surface of the substrate to be held by the substrate holder and to be treated with plasma.
  • the Faraday cage has an extension of preferably less than 10 mean free paths for electron-neutral gas particle collisions of the plasma, particularly preferably less than 5 mean free paths for electron-neutral gas particle collisions of the plasma, even more preferably less than 2 mean free paths for electron-neutral gas particle collisions of the plasma.
  • the device is preferably designed to provide a plasma with a specific mean free path for electron-neutral gas particle collisions.
  • the device is preferably designed to carry out the method.
  • the distance information in relation to the surface to be treated with plasma can preferably also be related to the substrate holder.
  • the shielding electrode grid alone or together with the process chamber preferably closes the surface to be treated with plasma and/or the substrate on at least five sides or surrounds it on at least five sides, in particular they enclose the surface to be treated with plasma or the substrate essentially completely, i.e. essentially on all sides, or surround it essentially completely, i.e. on all sides.
  • the shielding electrode grid is preferably at ground or a negative potential or is preferably designed to be at ground or a negative potential or to float in the operating state.
  • the substrate holder is designed to hold the substrate in the Faraday cage formed.
  • the shielding electrode grid optionally together with the process chamber, delimits a volume around the substrate preferably in all spatial directions.
  • the Faraday cage therefore preferably delimits a volume in which the substrate is provided.
  • the shield electrode grid can be designed in the form of a perforated sheet (e.g. with round gaps). This enables the shield electrode grid to be manufactured particularly easily.
  • the shield electrode grid can also be designed using wires running parallel to one another (e.g. vertical or horizontal wires). This enables a significantly higher grid transparency than a conventional grid.
  • the area of the shielding electrode grid opposite (i.e. facing) the surface to be plasma-treated preferably has a distance d from the surface to be plasma-treated that is less than or equal to 10 mean free paths for electron-neutral gas particle collisions.
  • d is greater than or equal to 0.1 mean free paths for electron-neutral gas particle collisions.
  • a m fp is the mean free path for electron-neutral gas particle collisions in plasma. This is the mean free path between two collisions of electrons and
  • Neutral gas particles are understood. It is given by:
  • k B is the Boltzmann constant
  • T the absolute temperature in Kelvin
  • p the pressure in Pascal
  • (o) ⁇ p the total cross section for inelastic collisions between electrons and the precursor or working gas atoms or molecules.
  • This cross section is to be used for electrons whose kinetic energy corresponds to the tonification energy of the working gas particles.
  • the tonification energy is a constant that can be looked up in suitable tables.
  • the total cross section depends on the working gas and must also be taken from the relevant literature. Examples of sources are:
  • the method preferably further includes one or more of the following steps: deposition of ions from the plasma on the surface to be plasma treated, coating the surface to be plasma treated with ions from the plasma, nitriding the surface to be plasma treated, plasma etching the surface to be plasma treated, ion implantation into the surface to be plasma treated and/or enrichment of dopants in the surface to be plasma treated, surface modification and cleaning.
  • the present method makes this possible in particular on small structured three-dimensional substrates as well as on large areas with preferably high growth or accumulation rates.
  • the voltage source is in particular designed to apply a voltage to the substrate holder.
  • the shielding electrode grid has a transparency of at least 20%, preferably at least 30%, even more preferably at least 50% or at least 80% or at least 90%.
  • a grid spacing of the shielding electrode grid is less than 3 times the Debye length, preferably less than 2 times the Debye length, particularly preferably less than 1.5 times the Debye length (of the plasma to be provided).
  • the plasma source can also be used as ion source.
  • the plasma source can be operated with AC, DC, laser radiation, pulsed or high frequency.
  • the plasma is preferably generated in such a way that the plasma density on the side of the shield electrode grid facing away from the surface to be plasma treated is less than 1/10 of the plasma density between the shield electrode grid and the surface to be plasma treated.
  • the plasma source can be located outside or inside the space delimited by the shield electrode grid and possibly the process chamber, in particular outside or inside the Faraday cage.
  • the plasma source can be voltage, current, power and/or energy controlled (Joule mode).
  • the process preferably takes place at negative, atmospheric or positive pressure, for example in the range between 10 ⁇ 10 mbar and 500 bar.
  • the process chamber is preferably a vacuum chamber.
  • the shield electrode grid is preferably electrically isolated from the process chamber, in particular if it alone forms the Faraday cage around the substrate.
  • the method preferably further comprises the step of generating a vacuum in the process chamber (in particular vacuum chamber).
  • Generating a vacuum means generating a negative pressure compared to atmospheric pressure.
  • a pressure of preferably less than 500 mbar, particularly preferably less than 100 mbar, even more preferably less than 10 mbar, less than 1 mbar or less 10 -1 mbar is generated in the process chamber.
  • a rough vacuum with a pressure of between 1 and 1013 mbar, a fine vacuum with a pressure of between 1 Cü 3 and 1 mbar or a high vacuum with a pressure of between 10 ⁇ 8 and 10 ⁇ 3 mbar is provided.
  • an overpressure can also be generated in the process chamber.
  • the shielding electrode grid essentially completely surrounds the surface to be treated with plasma.
  • the shielding electrode grid and a section of the process chamber together essentially completely surround the surface to be treated with plasma, wherein the shielding electrode grid is optionally electrically connected to the process chamber.
  • the Faraday cage can be formed by the shielding electrode grid alone or by the shielding electrode grid and the process chamber.
  • the Shield electrode grid defines or surrounds a space extending normal to the surface to be plasma treated at least in the direction normal to the surface to be plasma treated and in the directions perpendicular to the surface to be plasma treated.
  • the Faraday cage has an extension perpendicular to the surface of the substrate of between 0.01 and 50, preferably between 0.1 and 10, mean free path lengths of the path lengths for electron-neutral gas particle collisions in the plasma. It is preferred if a normal distance of a region of the shielding electrode grid from the surface of the substrate to be plasma-treated is between 0.1 and 10 mean free path lengths for electron-neutral gas particle collisions. It is advantageous if the region of the shielding electrode grid opposite the surface to be plasma-treated runs at a distance of at least 0.1, preferably at least 0.2, particularly preferably at least 1, mean free path lengths for electron-neutral gas particle collisions in the plasma from the surface to be plasma-treated.
  • the method further comprises the step of introducing a gaseous precursor into the process chamber.
  • the gaseous precursor preferably comprises oxygen, nitrogen, hydrogen, nitrogen oxides, carbon monoxide, carbon dioxide and/or hydrocarbons.
  • the method further comprises the step of introducing a noble gas into the process chamber.
  • the noble gas is preferably argon or helium or a noble gas mixture.
  • a voltage of more than +1 volt or less than -1 volt is applied to the substrate.
  • a voltage of preferably more than + 10 volts or less than - 10 volts, even more preferably a voltage of more than + 100 volts or less than - 100 volts is applied to the substrate.
  • the shielding electrode grid is electrically insulated from the substrate. This ensures that the shielding electrode grid is at ground or another potential against which the substrate is biased.
  • the method or the device for providing a plasma for plasma treatment of a surface of a substrate is preferably used in a method for plasma-enhanced chemical vapor deposition, in particular in a method for plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD).
  • PECVD plasma-enhanced chemical vapor deposition
  • the method or the device for providing a plasma for plasma treatment of the surface of the substrate is advantageously used in a method for deposition on the surface, for coating or activation of the surface, for nitriding, for plasma etching, for ion implantation (e.g. plasma-immersion ion implantation) and/or for enriching dopants in the substrate.
  • Methods or the device for providing a plasma for plasma treatment of a surface of a substrate are preferably used for deposition on the substrate, coating the substrate, for nitriding, for plasma etching, for ion implantation (e.g. PI II) and/or for enriching dopants in the substrate.
  • the device has a vacuum pump for generating a vacuum in the process chamber.
  • the vacuum pump is preferably designed to generate a pressure in the process chamber of preferably less than 500 mbar, particularly preferably less than 100 mbar, even more preferably less than 10 mbar, less than 1 mbar or less than 10 -1 mbar.
  • the shielding electrode grid has an insulating element for electrically insulating the shielding electrode grid from a substrate held by the substrate holder.
  • the shielding electrode grid has an insulating element for electrically insulating the shielding electrode grid from the Substrate holder on .
  • the shield electrode grid comprises metal (or another conductive material).
  • the shield electrode grid is made of metal (or another conductive material).
  • the shield electrode grid does not have to be made of the material from which the substrate itself is made.
  • the plasma source is provided within a space that is essentially delimited by the shielding electrode grid and adjoins the surface to be treated.
  • the plasma is then only generated within this space due to the shielding effect.
  • the plasma source is particularly preferably provided within the Faraday cage.
  • the plasma source is provided outside a space essentially delimited by the shielding electrode grid and adjacent to the surface to be treated with plasma.
  • the plasma source is provided outside the Faraday cage.
  • a plasma with a relatively low plasma density can occur outside the Faraday cage between the shielding electrode grid and the plasma source; advantageously, the plasma is concentrated within the Faraday cage.
  • the shielding electrode grid substantially completely surrounds the surface to be plasma-treated.
  • the shielding electrode grid and a portion of the process chamber together substantially completely surround the surface to be plasma-treated, wherein the shielding electrode grid is optionally electrically conductively connected to the process chamber.
  • Fig. 1 shows a first preferred embodiment of a device for providing a plasma for plasma treatment a surface of a substrate .
  • Fig. 2 shows a second preferred embodiment of the device for providing a plasma for plasma treatment of a surface of a substrate.
  • Fig. 3 shows a third preferred embodiment of a device for providing a plasma for plasma treatment of a surface of a substrate.
  • Fig. 4 shows a fourth preferred embodiment of the device for providing a plasma for plasma treatment of a surface of a substrate.
  • Fig. 1 shows a first preferred embodiment of a device 1 for providing a plasma for the plasma treatment of a surface 2 of a substrate 3.
  • the device 1 has a process chamber 12.
  • a substrate holder 4 for holding the substrate 3 and a shielding electrode grid 5 are provided.
  • the shielding electrode grid 5 is electrically conductive.
  • the shielding electrode grid can be grounded as shown in the figure, or have a different potential.
  • a region 13 of the shielding electrode grid 5 runs at a distance from and along the surface 2 to be plasma treated, so that the shielding electrode grid 5 essentially covers the surface to be plasma treated.
  • the region 13 of the shielding electrode grid 5 opposite the surface 2 to be plasma treated runs at a distance 11 of less than or equal to 20 cm from the surface 2 to be plasma treated.
  • the shielding electrode grid not only surrounds a space adjacent to the surface 2 to be plasma-treated in the direction normal to the surface 2 to be plasma-treated and in the directions parallel to the surface 2 to be plasma-treated, but in this embodiment essentially completely surrounds the surface 2 to be plasma-treated and thus forms a Faraday cage 6 around the substrate.
  • the shielding electrode grid 5 has a Normal distance from the surface 2 of the substrate 3 to be plasma treated of less than 20 cm.
  • a plasma source 8 is provided for providing a vacuum in the process chamber 12, in particular in the Faraday cage 6.
  • a voltage source 9 is provided for applying a voltage to a substrate 3 held by the substrate holder 4.
  • the shield electrode grid preferably comprises metal or another conductive material.
  • the substrate 3 is secured to the substrate holder 4.
  • a vacuum is generated in the process chamber.
  • gaseous precursors and a noble gas or noble gas mixture are introduced into a process chamber or solids are sublimated in the process chamber.
  • a plasma is generated using the plasma source 8.
  • a voltage is applied to the substrate 3 using the voltage source 9.
  • the Faraday cage 6 preferably has an extension perpendicular to the surface 2 of the substrate 3 to be plasma treated of preferably between 0.1 and 10 mean free paths for electron-neutral gas particle collisions in the plasma.
  • the plasma is limited to a narrow space by the shielding electrode grid 5 or the Faraday cage represented by the shielding electrode grid 5, and a spatially narrow, homogeneous plasma with a high plasma density is created, which in turn enables high growth or etching rates of the layers to be deposited/removed or fast doping rates.
  • the narrow spatial limitation of the plasma also saves a considerable amount of the process energy required, thereby increasing energy efficiency.
  • Fig. 2 shows a second preferred embodiment of the device 1 for providing a plasma for plasma treatment of a surface 2 of a substrate 3. This differs from the first embodiment only in that the plasma source 8 is provided outside the space delimited by the shielding electrode grid 5 and adjacent to the surface 2 to be plasma treated, in particular outside the Faraday cage 6. In this embodiment, although there is a low plasma density outside the Faraday cage 6, a high plasma density is nevertheless achieved within the Faraday cage 6.
  • Fig. 3 shows a third preferred embodiment of the device 1 for providing a plasma for plasma treatment of a surface 2 of a substrate 3. This differs from the first embodiment only in that the shielding electrode grid 5 is electrically connected to the process chamber 12 and that the shielding electrode grid 5 and the process chamber 12 together essentially completely surround the substrate 3. Thus, in this embodiment, the shielding electrode grid 5 and a section of the process chamber 12 together form the Faraday cage.
  • Fig. 4 shows a fourth preferred embodiment of the device 1 for providing a plasma for plasma treatment of a surface 2 of a substrate 3. This differs from the third embodiment only in that the plasma source 8 is provided outside the space delimited by the shielding electrode grid 5 and adjacent to the surface 2 to be plasma treated, in particular outside the Faraday cage 6.

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Abstract

Verfahren zur Bereitstellung eines Plasmas zur Plasmabehandlung einer Oberfläche (2) eines Substrats (3), Vorsehen einer Prozesskammer (12); Vorsehen eines Substrats (3) in der Prozesskammer (12); Vorsehen eines Schirmelektrodengitters (5) in der Prozesskammer (12) derart, dass ein faradayscher Käfig um das Substrat (bzw den zu bearbeitetet Teil des Substrats) (3) gebildet wird, wobei das Schirmelektrodengitter (5) elektrisch leitend ist und auf Masse liegt bzw. auf einem negativen Potential gegenüber Erde. Bereitstellen eines Plasmas in der Prozesskammer (12); Anlegen einer Spannung an das Substrat (3); wobei das Schirmelektrodengitter (5) oberhalb der plasmazubehandelnden Oberfläche. (2) des Substrats (3) in einem Abstand (11) von kleiner oder gleich 10 mittleren freien Weglängen der Ionen im Plasma verläuft. Weiters eine entsprechende Vorrichtung (1).

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bereitstellung eines Plasmas zur Plasmabehandlung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Plasmas zur Plasmabehandlung einer Oberfläche eines Substrats.
Es sind verschiedene plasmagestützte Verfahren zur Beschichtung, Oberflächenmodifikation, Materialabtragung oder Dotierung eines Substrats bekannt. Dabei ist eine Reihe von Verfahren bekannt, bei denen die Verwendung eines Gitters vorgesehen ist.
Beispielsweise betrifft die US 2001/0046566 Al die Plasma-Immer- sion-Ionenimplantation (PIII) . Es ist ein leitendes 2D-Gitter zwischen einem Wafer und der Plasmaquelle vorgesehen. Das Gitter trennt somit das Plasma vom Werkstück. Die Plasma-Immersion-Io- nenimplantation (PIII) ist auch z.B. in Mantese, Joseph V., et al. "Plasma-immersion ion implantation." Mrs Bulletin 21.8 (1996) : 52-56 beschrieben. Nachteiligerweise bildet sich das Plasma dort in der gesamten Vakuumkammer aus und es muss zwangsweise im Pulsbetrieb gefahren werden.
Ein weiteres bekanntes Verfahren ist Active Screen Nitrierung, siehe z.B. Li, C. X. "Active screen plasma nitriding-an overview." Surface Engineering 26.1-2 (2010) : 135-141. Dort wird ein vorgespanntes Gitter verwendet, das auch Bestandteil der Plasmageneration ist.
Weiters bekannt sind invertierte-Fireballs-Verf ahren (IFB) , siehe z.B. Stenzel, R. L., et al. "Transit time instabilities in an inverted fireball. I. Basic properties." Physics of Plasmas 18.1 (2011) : 012104. Auch hier wird eine Biasspannung an ein Gitter angelegt. Nachteiligerweise kann dieses Verfahren nicht für PVD-Prozesse verwendet werden.
Die oben erwähnten Verfahren erreichen nachteiligerweise keine homogene Oberflächenbehandlung, keine großflächige Oberflächenbehandlung, sind nicht energieeffizient und/oder ermöglichen keine genaue Kontrolle über die Energie der Ionen, die auf das Substrat treffen, oder über die Schichtdicke bzw. Eindringtiefe. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zumindest einen der Nachteile des Stands der Technik zu beheben oder zu lindern . Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein plasmagestütztes Verfahren bereitzustellen, das homogene Abscheidungen bzw . Beschichtungen, Nitrierungen, Plasmaätzen, Ionenimplantation und/oder Anreicherung von Dopanden im Substrat erlaubt ; ein energieef fi zienteres Verfahren bereitzustellen; eine höhere Plasmakonzentration rund um das Substrat , insbesondere im Bereich einer plasmazubehandelnden Oberfläche , erzielt ; und/oder eine genauere Kontrolle über den Prozess der Oberflächenbehandlung zu bieten .
Dies wird erzielt durch ein Verfahren zur Bereitstellung eines Plasmas zur Plasmabehandlung einer Oberfläche eines Substrats , Vorsehen einer Prozesskammer ;
Vorsehen eines Substrats in der Prozesskammer ;
Vorsehen eines Schirmelektrodengitters in der Prozesskammer, wobei zumindest ein Bereich des Schirmelektrodengitters ( 5 ) be- abstandet von und entlang der plasmazubehandelnden Oberfläche ( 2 ) verläuft , sodass das Schirmelektrodengitter ( 5 ) die plasmazubehandelnde Oberfläche ( 2 ) im Wesentlichen abdeckt , , wobei das Schirmelektrodengitter elektrisch leitend ist ;
Bereitstellen eines Plasmas in der Prozesskammer ;
Anlegen einer Spannung an das Substrat ; wobei der der plasmazubehandelnden Oberfläche ( 2 ) gegenüberliegende Bereich des Schirmelektrodengitters in einem Abstand von kleiner oder gleich 10 mittleren freien Weglängen für Elektronen-Neutralgasteilchen-Kollisionen des Plasmas von der plasmazubehandelnden Oberfläche verläuft .
Weiters wird dies erzielt durch eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Plasmas zur Plasmabehandlung einer Oberfläche eines Substrats , aufweisend : eine Prozesskammer ; einen Substrathalter zum Halten des Substrats in der Pro- zesskammer; ein Schirmelektrodengitter in der Prozesskammer, wobei zumindest ein Bereich des Schirmelektrodengitters beabstandet von und entlang der plasmazubehandelnden Oberfläche ( oder dem Substrathalter ) verlauf t , sodass das Schirmelektrodengitter die plasmazubehandelnde Oberfläche ( oder den Substrathalter ) im Wesentlichen abdeckt , wobei das Schirmelektrodengitter elektrisch leitend ist ; eine Plasmaquelle zum Bereitstellen eines Plasmas in der Prozesskammer ; eine Spannungsquelle zum Anlegen einer Spannung an ein vom Substrathalter gehaltenes Substrat ; wobei der der plasmazubehandelnden Oberfläche gegenüberliegende Bereich des Schirmelektrodengitters in einem Abstand von kleiner oder gleich 20 cm von der plasmazubehandelnden Oberfläche ( oder dem Substrathalter ) verläuft .
Das Schirmelektrodengitter schirmt vor allem Wechsel felder der Plasmaquelle ab und ermöglicht zwischen Schirmelektrodengitter und plasmazubehandelnder Oberfläche die Erzeugung eines räumlich eng begrenzten, homogenen Plasmas mit hoher Plasmadichte , die wiederum hohe Wachstums- bzw . Ätzraten der auf-/abzutragenden Schichten oder schnelle Dotierungsraten ermöglicht . Durch die enge räumliche Begrenzung des Plasmas im an die zu behandelnden Oberfläche des Substrats angrenzenden Raum wird auch ein beträchtlicher Teil der einzubringenden Prozessenergie gespart , was die Energieef fi zienz deutlich steigert . Außerdem kann für manche Anwendungen die externe Plasmaquelle auch (nach einiger Zeit ) ausgeschaltet werden .
Durch die Abschirmwirkung des Schirmelektrodengitters und dessen Verlauf nahe an der plasmazubehandelnden Oberfläche kann ein hochreaktives Plasma mit wenig Totvolumen generiert werden . Dadurch wird die Energieeinkopplung maximiert , was hochef fi ziente Prozesse zur Folge hat . Die starke , räumliche Begrenzung des Plasmas bedeutet , dass Anregung/ Ionisation zum größten Teil im prozessrelevanten Volumen stattfindet . Der Aufbau ermöglicht die komplette Kontrolle über die Energie der Ionen, die auf das Substrat tref fen und somit maßgeschneiderte Ionenimplantation, Beschichtungen, Oberflächenabtrag (Ätzen, Reinigen) , Oberflächenmodi fikation mit Ionen und Supplantation usw . Die Schichtdicke bzw . Eindringtiefe bei Nitrierungs- , Oxidations- oder anderen Dotier- oder Beschichtungsvorgängen kann frei eingestellt werden . Die hohen Plasmadichten im prozessrelevanten Volumen erlauben deutliche Energieeinsparungen gegenüber herkömmlichen Prozessen . Gegenüber einem weit entfernten, zweidimensionalen Gitter, das nur als Ladungs filter oder Abschirmung dienen kann, wirkt das nahe an der plasmazubehandelnden Oberfläche vorgesehene Schirmelektrodengitter ( ggf . zusammen mit der Prozesskammer ) vorzugsweise als Faradaykäf ig, der das ( dichte ) Plasma rund um das Substrat , insbesondere die plasmazubehandelnde Oberfläche , einschließt und damit die Plasmadichte erhöht . Das Substrat wird angrenzend zum Schirmelektrodengitter, insbesondere innerhalb des faradayschen Käfigs , zu einer aktiven Elektrode , die das Plasma anzieht . Homogene Beschichtungen/Oberf lächenmodi f ika- tionen/Materialabtragungen/Dotierungen sind auch auf Flächen möglich, deren Ausdehnung deutlich über der mittleren freien Weglänge im Plasma liegt , solange in zumindest eine Raumrichtung der Abstand des Schirmelektrodengitters von der plasmazubehandelnden Oberfläche kleiner oder gleich 10 mittleren freien Weglängen für Elektronen-Neutralgasteilchen-Kollisionen bzw . von kleiner oder gleich 20 cm ist .
Bevorzugt ist das Schirmelektrodengitter derart vorgesehen, dass es einen faradayschen Käfig um die plasmazubehandelnde Oberfläche bildet . Insbesondere kann der faradaysche Käfig vom Schirmelektrodengitter alleine oder zusammen mit der Prozesskammer gebildet sein . Das Schirmelektrodengitter kann auch floatend o- der vorgespannt sein . Bevorzugt verläuft ein Bereich des Schirmelektrodengitters im Wesentlichen parallel zur plasmazubehandelnden Oberfläche . Darunter, dass das Schirmelektrodengitter die plasmazubehandelnde Oberfläche im Wesentlichen abdeckt wird verstanden, dass eine Normalproj ektion (normal zu zumindest einer Teil fläche der Oberfläche ) des Schirmelektrodengitters auf die plasmazubehandelnde Oberfläche diese bedeckt . Das Substrat kann auch einen zu bearbeitenden Teil eines Gesamtsubstrats darstellen .
Das Schirmelektrodengitter verläuft zumindest teilweise gegenüberliegend der plasmazubehandelnden Oberfläche des Substrats in einem Abstand von bevorzugt kleiner oder gleich 5 , besonders bevorzugt kleiner oder gleich 2 , mittleren freien Weglängen für Elektronen-Neutralgasteilchen Kollisionen des Plasmas . Der der plasmazubehandelnden Oberfläche gegenüberliegende Bereich des Schirmelektrodengitters weist von der plasmazubehandelnden Oberfläche des vom Substrathalter zu haltenden Substrats einen Normalabstand von bevorzugt kleiner oder gleich 20 cm, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 5 cm, noch mehr bevorzugt kleiner oder gleich 0 , 5 cm . Der faradaysche Käfig weist in eine Richtung normal zur plasmazubehandelnden Oberfläche des vom Substrathalter zu haltenden Substrats eine Erstreckung von bevorzugt weniger als 20 cm, besonders bevorzugt weniger als 5 cm, noch mehr bevorzugt weniger als 0 , 5 cm, auf . Der faradaysche Käfig weist in eine Richtung normal zur Oberfläche des vom Substrathalter zu haltenden Substrats eine Erstreckung von bevorzugt weniger als 10 mittlere freie Weglängen für Elektronen-Neutralgasteilchen- Kollisionen des Plasmas , besonders bevorzugt weniger als 5 mittlere freie Weglängen für Elektronen-Neutralgasteilchen-Kollisionen des Plasmas , noch mehr bevorzugt weniger als 2 mittlere freie Weglängen für Elektronen-Neutralgasteilchen-Kollisionen des Plasmas , auf . Die Vorrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet , ein Plasma mit einer bestimmten mittleren freien Weglänge für Elektronen-Neutralgasteilchen-Kollisionen bereitzustellen . Die Vorrichtung ist vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet . Die Abstandsangaben in Bezug auf die plasmazubehandelnde Oberfläche können vorzugsweise auch auf den Substrathalter bezogen werden .
Das Schirmelektrodengitter alleine oder zusammen mit der Prozesskammer schließt bzw . schließen die plasmazubehandelnde Oberfläche und/oder das Substrat bevorzugt auf zumindest fünf Seiten bzw . umgeben es auf zumindest fünf Seiten, insbesondere schließen sie die plasmazubehandelnde Oberfläche bzw . das Substrat im Wesentlichen vollständig, d . h . im Wesentlichen auf allen Seiten, ein bzw . umgeben dieses im Wesentlichen vollständig, d . h . auf allen Seiten . Das Schirmelektrodengitter liegt bevorzugt auf Masse oder einem negativen Potential bzw . ist bevorzugt dazu eingerichtet , im Betriebs zustand auf Masse oder einem negativen Potential zu liegen oder zu floaten . Der Substrathalter ist dazu eingerichtet , das Substrat im gebildeten faradayschen Käfig zu halten . Das Schirmelektrodengitter, ggf . zusammen mit der Prozesskammer, begrenzt bzw . begrenzen ein Volumen um das Substrat vorzugsweise in alle Raumrichtungen . Der faradaysche Käfig begrenzt also bevorzugt ein Volumen, in dem das Substrat vorgesehen ist. Das Schirmelektrodengitter kann in Form eines Lochblechs (also bspw. mit runden Zwischenräumen) ausgeführt sein. Dies ermöglicht eine besonders einfache Herstellung des Schirmelektrodengitters. Das Schirmelektrodengitter kann z.B. auch mittels parallel zueinander verlaufender Drähte (also bspw. vertikalen oder horizontalen Drähten) ausgeführt sein. Dies ermöglicht eine deutlich erhöhte Gittertransparenz als ein herkömmliches Gitter.
Der der plasmazubehandelnden Oberfläche gegenüberliegende (d.h. zugewandte) Bereich des Schirmelektrodengitters weist von der plasmazubehandelnden Oberfläche bevorzugt einen Abstand d auf, der kleiner oder gleich 10 mittleren freien Weglängen für Elektronen-Neutralgasteilchen-Kollisionen ist. Vorzugsweise ist d größer oder gleich 0,1 mittlerer freier Weglängen für Elektronen-Neutralgasteilchen-Kollisionen . Bevorzugt gilt:
0,1
Figure imgf000008_0001
Amfp ist die mittlere freie Weglängen für Elektronen-Neutralgasteilchen-Kollisionen im Plasma. Darunter wird die mittlere freie Weglänge zwischen zwei Kollisionen von Elektronen und
Neutralgasteilchen verstanden. Sie ist gegeben durch:
Figure imgf000008_0002
Hier bezeichnet kB die Boltzmannkonstante, T die absolute Temperatur in Kelvin, p den Druck in Pascal und (o) <p den totalen Wirkungsquerschnitt für inelastische Stöße zwischen Elektronen und den Precursor- oder Arbeitsgasatomen oder -molekülen. Dieser Wirkungsquerschnitt ist für Elektronen zu verwenden, deren kinetische Energie der Tonisierungsenergie der Arbeitsgasteilchen entspricht. Die Tonisierungsenergie ist eine Konstante, die in geeigneten Tabellen nachgeschlagen werden kann. Der totale Wirkungsquerschnitt ist vom Arbeitsgas abhängig und muss ebenfalls der relevanten Literatur entnommen werden. Beispiele für Quellen sind :
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Das Verfahren beinhaltet vorzugsweise weiter einen oder mehrere der folgenden Schritte: Abscheidung von Ionen aus dem Plasma auf der plasmazubehandelnden Oberfläche, Beschichten der plasmazubehandelnden Oberfläche mit Ionen aus dem Plasma, Nitrierung der plasmazubehandelnden Oberfläche, Plasmaätzen der plasmazubehandelnden Oberfläche, Ionenimplantation in die plasmazubehandelnde Oberfläche und/oder Anreicherung von Dopanden in der plasmazubehandelnden Oberfläche, Oberflächenmodifikation und Reinigung.
Das vorliegende Verfahren ermöglicht dies insbesondere auf klein strukturierten dreidimensionalen Substraten sowie auch auf großen Flächen mit vorzugsweise hohen Wachstums- oder Anreicherungsraten. Die Spannungsquelle ist insbesondere zum Anlegen einer Spannung an den Substrathalter eingerichtet.
Bevorzugt weist das Schirmelektrodengitter eine Transparenz von zumindest 20%, bevorzugt zumindest 30%, noch mehr bevorzugt zumindest 50% oder zumindest 80% oder zumindest 90% auf. Bevorzugt beträgt ein Gitterabstand des Schirmelektrodengitter weniger als 3-mal die Debyelänge, bevorzugt weniger als 2 mal die Debye- länge, besonders bevorzugt weniger als 1,5 mal die Debyelänge (des bereitzustellenden Plasmas) . Die Plasmaquelle kann auch als lonenquelle ausgeführt sein . Die Plasmaquelle kann mit AC, DC, Laserstrahlung, gepulst oder hochfrequent betrieben werden Bevorzugt wird das Plasma derart erzeugt , dass die Plasmadichte auf der der plasmazubehandelnden Oberfläche abgewandten Seite des Schirmelektrodengitters weniger als 1 / 10 der Plasmadichte zwischen Schirmelektrodengitter und der plasmazubehandelnden Oberfläche beträgt . Die Plasmaquelle kann sich außerhalb oder innerhalb des von Schirmelektrodengitter und ggf . Prozesskammer begrenzten Raums , insbesondere außerhalb oder innerhalb des fa- radayschen Käfigs , befinden . Die Plasmaquelle kann spannungs- , Stromstärken- , leistungs- und/oder energiegeregelt ( Joule-Mode ) sein . Der Prozess findet vorzugsweise bei Unter- , Atmosphärenoder Überdruck statt , beispielsweise im Bereich zwischen 10~10 mbar bis 500 bar . Die Prozesskammer ist bevorzugt eine Vakuumkammer . Das Schirmelektrodengitter ist vorzugsweise elektrisch isoliert von der Prozesskammer, insbesondere , wenn es alleine den faradayschen Käfig um das Substrat bildet .
Vorzugsweise weist das Verfahren weiter den Schritt auf : Erzeugen eines Vakuums in der Prozesskammer ( insbesondere Vakuumkammer ) . Unter dem Erzeugen eines Vakuums wird das Erzeugen eines Unterdrucks gegenüber dem Atmosphärendruck verstanden . Es wird ein Druck in der Prozesskammer von bevorzugt weniger als 500 mbar, besonders bevorzugt weniger als 100 mbar, noch mehr bevorzugt weniger als 10 mbar, weniger als 1 mbar oder weniger 10-1 mbar, erzeugt . Vorzugsweise wird ein Grobvakuum mit einem Druck von zwischen 1 und 1013 mbar, ein Feinvakuum mit einem Druck von zwischen I Cü3 und 1 mbar oder ein Hochvakuum mit einem Druck von zwischen 10~8 und 10~3 mbar bereitgestellt . Alternativ kann auch ein Überdruck in der Prozesskammer erzeugt werden .
Es ist bevorzugt , wenn das Schirmelektrodengitter die plasmazubehandelnde Oberfläche im Wesentlichen vollständig umgibt . Alternativ ist es bevorzugt , wenn das Schirmelektrodengitter und ein Abschnitt der Prozesskammer zusammen die plasmazubehandelnde Oberfläche im Wesentlichen vollständig umgeben, wobei das Schirmelektrodengitter optional mit der Prozesskammer elektrisch leitend verbunden ist . Insbesondere kann der faradaysche Käfig vom Schirmelektrodengitter alleine oder vom Schirmelektrodengitter und der Prozesskammer gebildet sein . Bevorzugt schließt das Schirmelektrodengitter einen sich normal zur plasmazubehandelnden Oberfläche erstreckenden Raum zumindest in Richtung normal zur plasmazubehandelnden Oberfläche und in die Richtungen senkrecht zur plasmazubehandelnden Oberfläche ein bzw. umgibt diesen .
Es ist bevorzugt, wenn der faradaysche Käfig eine Erstreckung senkrecht zur Oberfläche des Substrats von zwischen 0,01 und 50, bevorzugt zwischen 0,1 und 10, mittlerer freier Weglängen der Weglängen für Elektronen-Neutralgasteilchen Kollisionen im Plasma aufweist. Es ist bevorzugt, wenn ein Normalabstand eines Bereichs des Schirmelektrodengitters von der plasmazubehandelnden Oberfläche des Substrats zwischen 0,1 und 10 mittlerer freier Weglängen für Elektronen-Neutralgasteilchen Kollisionen liegt. Es ist vorteilhaft, wenn der der plasmazubehandelnden Oberfläche gegenüberliegende Bereich des Schirmelektrodengitters in einem Abstand von zumindest 0,1, bevorzugt zumindest 0,2, besonders bevorzugt zumindest 1, mittleren freien Weglängen für Elektronen-Neutralgasteilchen-Kollisionen im Plasma von der plasmazubehandelnden Oberfläche verläuft.
Es ist bevorzugt, wenn das Verfahren weiter den Schritt aufweist: Einbringen eines gasförmigen Präkursors in die Prozesskammer. Der gasförmige Präkursor weist vorzugsweise Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoffs, Stickoxide, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und/oder Kohlenwasserstoffe auf.
Es ist bevorzugt, wenn das Verfahren weiter den Schritt aufweist: Einbringen eines Edelgases in die Prozesskammer. Das Edelgas ist vorzugsweise Argon oder Helium oder eine Edelgasmischung .
Es ist bevorzugt, wenn das Verfahren weiter den Schritt aufweist: Sublimieren eines Feststoffes in der Prozesskammer. Das kann beispielsweise durch Sputtering, Lichtbogenverdampfen oder andere PVD-Prozesse (PVD = physikalische Gasphasenabscheidung) erfolgen .
Vorzugsweise wird an das Substrat eine Spannung von mehr als +1 Volt oder weniger als -1 Volt an das Substrat angelegt. Es wird an das Substrat eine Spannung von bevorzugt mehr als + 10 Volt o- der weniger als - 10 Volt , noch mehr bevorzugt eine Spannung von mehr als + 100 Volt oder weniger als - 100 Volt angelegt .
Es ist bevorzugt , wenn das Schirmelektrodengitter gegenüber dem Substrat elektrisch isoliert ist . Damit wird sichergestellt , dass das Schirmelektrodengitter auf Masse bzw . einem anderen Potential liegt , demgegenüber das Substrat vorgespannt wird .
Vorzugsweise werden das Verfahren bzw . die Vorrichtung zur Bereitstellung eines Plasmas zur Plasmabehandlung einer Oberfläche eines Substrats verwendet in einem Verfahren zur plasmagestützten Gasphasenabscheidung, insbesondere in einem Verfahren zur plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidung ( PECVD) . Vorteilhafterweise wird das Verfahren bzw . die Vorrichtung zur Bereitstellung eines Plasmas zur Plasmabehandlung der Oberfläche des Substrats verwendet in einem Verfahren zur Abscheidung auf der Oberfläche , zur Beschichtung oder Aktivierung der Oberfläche , zur Nitrierung, zum Plasmaätzen, zur Ionenimplantation ( z . B . plasma-immersion ion implantation) und/oder zur Anreicherung von Dopanden im Substrat . Vorzugsweise werden Verfahren bzw . die Vorrichtung zur Bereitstellung eines Plasmas zur Plasmabehandlung einer Oberfläche eines Substrats verwendet zur Abscheidung auf dem Substrat , Beschichtung des Substrats , zur Nitrierung, zum Plasmaätzen, zur Ionenimplantation ( z . B . PI I I ) und/oder zur Anreicherung von Dopanden im Substrat .
Bezugnehmend auf die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es vorteilhaft , wenn die Vorrichtung eine Vakuumpumpe zur Erzeugung eines Vakuums in der Prozesskammer aufweist . Die Vakuumpumpe ist bevorzugt dazu eingerichtet , einen Druck in der Prozesskammer von bevorzugt weniger als 500 mbar, besonders bevorzugt weniger als 100 mbar, noch mehr bevorzugt weniger als 10 mbar, weniger als 1 mbar oder weniger I O-1 mbar, zu erzeugen .
Es ist bevorzugt , wenn das Schirmelektrodengitter ein I solierelement zur elektrischen I solierung des Schirmelektrodengitters von einem vom Substrathalter gehaltenen Substrat aufweist . Insbesondere weist das Schirmelektrodengitter ein I solierelement zur elektrischen I solierung des Schirmelektrodengitters vom Substrathalter auf .
Es ist bevorzugt , wenn das Schirmelektrodengitter Metall ( oder ein anderes leitfähiges Material ) aufweist . Vorzugsweise besteht das Schirmelektrodengitter aus Metall ( oder einem anderen leitfähigen Material ) . Vorteilhafterweise muss das Schirmelektrodengitter bei der vorliegenden Erfindung nicht aus dem Material gefertigt sein, aus dem das Substrat selbst besteht .
Es ist bevorzugt , wenn die Plasmaquelle innerhalb eines vom Schirmelektrodengitter im Wesentlichen begrenzten, an die behandelnde Oberfläche angrenzenden Raum vorgesehen ist . Vorteilhafterweise entsteht dann das Plasma aufgrund der Abschirmwirkung nur innerhalb dieses Raums . Besonders bevorzugt ist die Plasmaquelle innerhalb des faradayschen Käfigs vorgesehen .
Alternativ ist die Plasmaquelle außerhalb eines vom Schirmelektrodengitter im Wesentlichen begrenzten, an die plasmazubehandelnde Oberfläche angrenzenden Raum vorgesehen ist . Insbesondere ist es vorteilhaft , wenn die Plasmaquelle außerhalb des faradayschen Käfigs vorgesehen ist . In diesem Fall kann außerhalb des faradayschen Käfigs zwischen dem Schirmelektrodengitter und der Plasmaquelle ein Plasma mit verhältnismäßig geringer Plasmadichte auftreten, vorteilhafterweise wird das Plasma innerhalb des faradayschen Käfigs konzentriert .
Es ist bevorzugt , wenn das Schirmelektrodengitter die plasmazubehandelnde Oberfläche im Wesentlichen vollständig umgibt . Alternativ ist es bevorzugt , wenn das Schirmelektrodengitter und ein Abschnitt der Prozesskammer zusammen die plasmazubehandelnde Oberfläche im Wesentlichen vollständig umgeben, wobei das Schirmelektrodengitter optional mit der Prozesskammer elektrisch leitend verbunden ist .
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten, besonders bevorzugten Aus führungs formen näher erläutert , auf die die Erfindung j edoch nicht beschränkt sein soll .
Fig . 1 zeigt eine erste bevorzugte Aus führungs form einer Vorrichtung zur Bereitstellung eines Plasmas zur Plasmabehandlung einer Oberfläche eines Substrats .
Fig . 2 zeigt eine zweite bevorzugte Aus führungs form der Vorrichtung zur Bereitstellung eines Plasmas zur Plasmabehandlung einer Oberfläche eines Substrats .
Fig . 3 zeigt eine dritte bevorzugte Aus führungs form einer Vorrichtung zur Bereitstellung eines Plasmas zur Plasmabehandlung einer Oberfläche eines Substrats .
Fig . 4 zeigt eine vierte bevorzugte Aus führungs form der Vorrichtung zur Bereitstellung eines Plasmas zur Plasmabehandlung einer Oberfläche eines Substrats .
Fig . 1 zeigt eine erste bevorzugte Aus führungs form einer Vorrichtung 1 zur Bereitstellung eines Plasmas zur Plasmabehandlung einer Oberfläche 2 eines Substrats 3 . Die Vorrichtung 1 weist eine Prozesskammer 12 auf . In der Prozesskammer 12 sind ein Substrathalter 4 zum Halten des Substrats 3 und ein Schirmelektrodengitter 5 vorgesehen . Das Schirmelektrodengitter 5 ist elektrisch leitend . Das Schirmelektrodengitter kann wie in der Figur dargestellt geerdet sein, oder ein anderes Potential aufweisen . Ein Bereich 13 des Schirmelektrodengitters 5 verläuft beabstandet von und entlang der plasmazubehandelnden Oberfläche 2 , sodass das Schirmelektrodengitter 5 die plasmazubehandelnde Oberfläche im Wesentlichen abdeckt . Der der plasmazubehandelnden Oberfläche 2 gegenüberliegende Bereich 13 des Schirmelektrodengitters 5 verläuft dabei in einem Abstand 11 von kleiner oder gleich 20 cm von der plasmazubehandelnden Oberfläche 2 bzw . in einem Abstand 11 von kleiner oder gleich 10 mittleren freien Weglängen für Elektronen-Neutralgasteilchen-Kollisionen im Plasma von der plasmazubehandelnden Oberfläche 2 im Betrieb der Vorrichtung 1 . Das Schirmelektrodengitter umgibt in dieser Ausführungs form nicht nur einen an das die plasmazubehandelnde Oberfläche 2 angrenzenden Raum in Richtung normal zur plasmazubehandelnden Oberfläche 2 und in die Richtungen parallel zur plasmazubehandelnden Oberfläche 2 , sondern umgibtdie plasmazubehandelnde Oberfläche 2 in dieser Aus führungs form im Wesentlichen vollständig und bildet somit einen faradayschen Käfig 6 um das Substrat . Insbesondere weist das Schirmelektrodengitter 5 einen Normalabstand von der plasmazubehandelnden Oberfläche 2 des Substrats 3 von weniger als 20 cm auf . Somit wird ein eng begrenztes Volumen angrenzend andie Oberfläche 2 gebildet , in der das Plasma konzentriert wird und somit eine große Plasmadichte zur Plasmabehandlung der Oberfläche 2 erzielt . Im vom Schirmelektrodengitter 5 begrenzten Volumen, insbesondere im faradayschen Käfig 6 , ist eine Plasmaquelle 8 zum Bereitstellen eines Vakuums in der Prozesskammer 12 , insbesondere im faradayschen Käfig 6 , vorgesehen . Außerdem ist eine Spannungsquelle 9 zum Anlegen einer Spannung an ein vom Substrathalter 4 gehaltenes Substrat 3 vorgesehen .
Um das Schirmelektrodengitter 5 vom Substrat 3 elektrisch zu isolieren, kann ein I solierelement vorgesehen sein . Das Schirmelektrodengitter weist bevorzugt Metall oder ein anderes leitfähiges Material auf .
Im Betrieb wird das Substrat 3 auf dem Substrathalter 4 befestigt . Es wird ein Vakuum in der Prozesskammer erzeugt . Es werden insbesondere gas förmige Präkursoren und ein Edelgas oder Edelgasgemisch in eine Prozesskammer eingebracht bzw . Feststof fe in der Prozesskammer sublimiert . Mit der Plasmaquelle 8 wird ein Plasma erzeugt . Mit der Spannungsquelle 9 wird eine Spannung an das Substrat 3 angelegt .
Der faradaysche Käfig 6 weist bevorzugt eine Erstreckung senkrecht zur plasmazubehandelnden Oberfläche 2 des Substrats 3 von bevorzugt zwischen 0 , 1 und 10 mittleren freier Weglängen für Elektronen-Neutralgasteilchen-Kollisionen im Plasma auf .
Vorteilhafterweise wird durch das Schirmelektrodengitter 5 bzw . den vom Schirmelektrodengitter 5 dargestellten Faradaykäfig das Plasma auf einen engen Raum begrenzt und es entsteht ein räumlich eng begrenztes , homogenes Plasma mit hoher Plasmadichte , die wiederum hohe Wachstums- bzw . Ätzraten der auf-/abzutragen- den Schichten oder schnelle Dotierungsraten ermöglicht . Durch die enge räumliche Begrenzung des Plasmas wird auch ein beträchtlicher Teil der einzubringenden Prozessenergie gespart , wodurch die Energieef fi zienz gesteigert wird . Fig . 2 zeigt eine zweite bevorzugte Aus führungs form der Vorrichtung 1 zur Bereitstellung eines Plasmas zur Plasmabehandlung einer Oberfläche 2 eines Substrats 3 . Diese unterscheidet sich von der ersten Aus führungs form nur darin, dass die Plasmaquelle 8 außerhalb des vom Schirmelektrodengitter 5 begrenzten, an die plasmazubehandelnde Oberfläche 2 angrenzenden Raums , insbesondere außerhalb des faradayschen Käfigs 6 , vorgesehen ist . In diesem Aus führungsbeispiel liegt zwar eine geringe Plasmadichte außerhalb des faradayschen Käfigs 6 vor, j edoch wird trotzdem eine hohe Plasmadichte innerhalb des faradayschen Käfigs 6 erzielt .
Fig . 3 zeigt eine dritte bevorzugte Aus führungs form der Vorrichtung 1 zur Bereitstellung eines Plasmas zur Plasmabehandlung einer Oberfläche 2 eines Substrats 3 . Diese unterscheidet sich von der ersten Aus führungs form nur darin, dass das Schirmelektrodengitter 5 mit der Prozesskammer 12 elektrisch leitend verbunden ist und dass das Schirmelektrodengitter 5 und die Prozesskammer 12 zusammen das Substrat 3 im Wesentlichen vollständig umgeben . Somit bilden in dieser Aus führungs form das Schirmelektrodengitter 5 und ein Abschnitt der Prozesskammer 12 gemeinsam den faradayschen Käfig .
Fig . 4 zeigt eine vierte bevorzugte Aus führungs form der Vorrichtung 1 zur Bereitstellung eines Plasmas zur Plasmabehandlung einer Oberfläche 2 eines Substrats 3 . Diese unterscheidet sich von der dritten Aus führungs form nur darin, dass die Plasmaquelle 8 außerhalb des vom Schirmelektrodengitter 5 begrenzten, an die plasmazubehandelnde Oberfläche 2 angrenzenden Raums , insbesondere außerhalb des faradayschen Käfigs 6 , vorgesehen ist .

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Bereitstellung eines Plasmas zur Plasmabehandlung einer Oberfläche (2) eines Substrats (3) ,
Vorsehen einer Prozesskammer (12) ;
Vorsehen eines Substrats (3) in der Prozesskammer (12) ;
Vorsehen eines Schirmelektrodengitters (5) in der Prozesskammer (12) , wobei zumindest ein Bereich (13) des Schirmelektrodengitters (5) beabstandet von und entlang der plasmazubehandelnden Oberfläche (2) verläuft, sodass das Schirmelektrodengitter (5) die plasmazubehandelnde Oberfläche (2) im Wesentlichen abdeckt, wobei das Schirmelektrodengitter (5) elektrisch leitend ist ;
Bereitstellen eines Plasmas in der Prozesskammer (12) ;
Anlegen einer Spannung an das Substrat (3) ; dadurch gekennzeichnet, dass der der plasmazubehandelnden Oberfläche (2) gegenüberliegende Bereich (13) des Schirmelektrodengitters (5) in einem Abstand (11) von kleiner oder gleich 10 mittleren freien Weglängen für Elektronen-Neutralgasteilchen-Kollisionen im Plasma von der plasmazubehandelnden Oberfläche (2) verläuft.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schirmelektrodengitter (5) die plasmazubehandelnde Oberfläche (2) im Wesentlichen vollständig umgibt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schirmelektrodengitter (5) und ein Abschnitt der Prozesskammer (12) zusammen die plasmazubehandelnde Oberfläche (2) im Wesentlichen vollständig umgeben, wobei das Schirmelektrodengitter (5) optional mit der Prozesskammer (12) elektrisch leitend verbunden ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schirmelektrodengitter (5) einen sich normal zur plasmazubehandelnden Oberfläche (2) erstreckenden Raum zumindest in Richtung normal zur plasmazubehandelnden Oberfläche (2) und in die Richtungen senkrecht zur plasmazubehandelnden Oberfläche (2) einschließt .
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter aufweisend den Schritt:
Erzeugen eines Vakuums in der Prozesskammer (12) .
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der der plasmazubehandelnden Oberfläche (2) gegenüberliegende Bereich
(13) des Schirmelektrodengitters (5) in einem Abstand (11) von zumindest 0,1 mittleren freien Weglängen für Elektronen-Neutralgasteilchen-Kollisionen im Plasma von der plasmazubehandelnden Oberfläche (2) verläuft.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter aufweisend den Schritt:
Einbringen eines gasförmigen Präkursors in die Prozesskammer (12) .
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter aufweisend den Schritt:
Einbringen eines Edelgases in die Prozesskammer (12) .
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, weiter aufweisend den Schritt:
Sublimieren eines Feststoffes in der Prozesskammer (12) .
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei an das Substrat (3) eine Spannung von mehr als +1 Volt oder weniger als -1 Volt angelegt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Schirmelektrodengitter (5) gegenüber dem Substrat (3) elektrisch isoliert ist.
12. Verfahren zur plasmagestützten Gasphasenabscheidung, insbesondere zur plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidung, wobei das Plasma gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 bereitgestellt wird.
13. Vorrichtung (1) zur Bereitstellung eines Plasmas zur Plasmabehandlung einer Oberfläche (2) eines Substrats (3) , aufweisend : eine Prozesskammer (12) ; einen Substrathalter (4) zum Halten des Substrats (3) in der Prozesskammer (12) ; ein Schirmelektrodengitter (5) in der Prozesskammer (12) , wobei zumindest ein Bereich (13) des Schirmelektrodengitters (5) beabstandet von und entlang der plasmazubehandelnden Oberfläche (2) verläuft, sodass das Schirmelektrodengitter (5) die plasmazubehandelnde Oberfläche (2) im Wesentlichen abdeckt, wobei das Schirmelektrodengitter (5) elektrisch leitend ist; eine Plasmaquelle (8) zum Bereitstellen eines Plasmas in der Prozesskammer (12) ; eine Spannungsquelle (9) zum Anlegen einer Spannung an ein vom Substrathalter (4) gehaltenes Substrat (3) ; dadurch gekennzeichnet, dass der der plasmazubehandelnden Oberfläche (2) gegenüberliegende Bereich (13) des Schirmelektrodengitters (5) in einem Abstand (11) von kleiner oder gleich 20 cm von der plasmazubehandelnden Oberfläche (2) verläuft.
14. Vorrichtung (1) nach Anspruch 13, aufweisend eine Vakuumpumpe zur Erzeugung eines Vakuums in der Prozesskammer.
15. Vorrichtung (1) nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Schirmelektrodengitter (5) ein Isolierelement (10) zur elektrischen Isolierung des Schirmelektrodengitters (5) von einem vom Substrathalter (4) gehaltenen Substrat (3) aufweist.
16. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das Schirmelektrodengitter (5) Metall aufweist.
17. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die Plasmaquelle (8) innerhalb eines vom Schirmelektrodengitter (5) im Wesentlichen begrenzten, an die plasmazubehandelnde Oberfläche (2) angrenzenden Raum vorgesehen ist.
18. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei die Plasmaquelle (8) außerhalb eines vom Schirmelektrodengitter (5) im Wesentlichen begrenzten, an die plasmazubehandelnde Oberfläche (2) angrenzenden Raum vorgesehen ist.
19. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei das Schirmelektrodengitter (5) die plasmazubehandelnde Oberfläche (2) im Wesentlichen vollständig umgibt.
20. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei das Schirmelektrodengitter (5) und ein Abschnitt der Prozesskammer (12) zusammen die plasmazubehandelnde Oberfläche (2) im Wesentlichen vollständig umgeben, wobei das Schirmelektrodengitter (5) optional mit der Prozesskammer (12) elektrisch leitend verbunden ist.
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