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Die
Erfindung betrifft eine gasdurchlässige Plasmaelektrode, ein
Verfahren zum Herstellen der gasdurchlässigen Plasmaelektrode und
ein Parallelplatten-Reaktor.
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Bei
der Herstellung von integrierten Schaltkreisen werden häufig so
genannte Plasmaelektroden verwendet. Beispielsweise werden diese
als Elektrode in so genannten Parallelplatten-Reaktoren verwendet, durch welche Elektrode
hindurch bei einem Plasma Chemical Vapor Deposition Prozess (PCVD-Prozess)
oder bei einer Plasma-Trockenätzung
Gase zugeführt
werden. Generell wird in eine Plasmaelektrode Gas eingeleitet und
verteilt, welches dann beim Verlassen der Plasmaelektrode zum Plasma
ionisiert wird.
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In 3 ist
schematisch eine herkömmliche Plasmaelektrode 300 dargestellt.
Die Plasmaelektrode 300 weist einen Hochfrequenzschild 301 aus
Keramik auf, welcher teilweise einen topfförmigen Elektrodenkopf 302 umschließt, welcher
aus einem leitfähigen
Material besteht. Der topfförmige
Elektrodenkopf 302 weist einen Bodenbereich und einen Randbereich
auf. Der Bodenbereich des Elektrodenkopfs 302 weist in
seinem Zentralbereich eine Öffnung 303 auf,
durch welche ein Gas in die Plasmaelektrode 300 eintreten
kann. Gegenüber
dem Bodenbereich des topfförmigen
Elektrodenkopfes 302 ist eine so genannte Buffer-Platte 304 angeordnet,
welche mehrere Öffnungen 305 aufweist
und welche dazu verwendet wird, das durch die Öffnung 303 in die
Plasmaelektrode 300 eintretende Gas über den ganzen Bereich der
Plasmaelektrode 300 zu verteilen, um das Ausbilden eines
so genannten Zentral- Spots
zu verhindern. Ferner weist die Plasmaelektrode 300 eine
perforierte so genannte Schauerplatte 306 auf, welche dazu
verwendet wird, das durch die Buffer-Platte 304 hindurchtretende
Gas gleichmäßig über die
gesamte Fläche
der Schauerplatte 306 aus der Plasmaelektrode 300 als
ionisiertes Gas austreten zu lassen. Hierzu weist die Schauerplatte 306 eine
große
Anzahl kleiner Öffnungen
auf, durch welche das Gas bzw. das zu einem Plasma ionisierte Gas
aus der Plasmaelektrode 300 austritt. Die Buffer-Platte 304 und
die Schauerplatte 306 sind ebenso wie der Elektrodenkopf 302 aus
einem leitfähigen Material,
im Allgemeinen aus einem Metall, und sind mittels Schrauben 307 im
Randbereich der Plasmaelektrode 300 fest miteinander verbunden.
Durch die Schrauben 307 wird auch eine elektrische Kontaktierung
des Elektrodenkopfes 302, der Buffer-Platte 304 und
der Schauerplatte 306 untereinander sichergestellt.
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Die
Plasmaelektrode 300 wird, wie bereits dargestellt, in PCVD-Prozessen oder Plasma-Trockenätzprozessen
dazu verwendet Plasma in eine Prozesskammer zuzuführen und
stellt mittels ihres Aufbaus sicher, dass das Plasma gleichmäßig verteilt zugeführt wird.
In 3 ist mittels der Pfeile 308, 309 und 310 schematisch
der Durchtritt des Gases/Plasmas durch die Plasmaelektrode 300 dargestellt.
Das Gas wird durch die zentrale Öffnung 303 des
Elektrodenkopfes 303 in die Plasmaelektrode 300 eingeleitet,
was durch den Pfeil 308 schematisch angedeutet ist. Innerhalb
eines ersten Hohlraumes 311, welcher durch den Randbereich
des Elektrodenkopfes 302 und der Buffer-Platte 304 gebildet
wird, verteilt sich das Gas und tritt durch die Öffnungen 305 der Buffer-Platte 304 hindurch,
was schematisch durch die Pfeile 309 dargestellt ist. Die
Schauerplatte 306, welche sich im Pfad des Gases/Plasmas
durch die Plasmaelektrode 300 hindurch nach der Buffer-Platte 304 befindet,
verteilt das Gas/Plasma nochmals gleichmäßiger über den gesamten Bereich der
Plasmaelektrode 300. Hierzu wird durch die Buffer-Platte 304 und
die Schauerplatte 306 ein zweiter Hohlraum 312 gebildet.
Ferner weist die Schauerplatte eine Vielzahl von Öffnungen
auf, durch welche hindurch das ionisierte Gas, d. h. das Plasma,
aus der Plasmaelektrode 300 austritt, was in 3 durch
die Pfeile 310 schematisch dargestellt ist.
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Durch
den beschriebenen Aufbau der Plasmaelektrode 300 wird sichergestellt,
dass das Gas/Plasma gleichmäßig über einen
größeren Bereich
verteilt wird. Die in 3 schematisch dargestellte Plasmaelektrode 300 weist
jedoch den Nachteil auf, dass der Herstellungsprozess teuer ist,
da beispielsweise die Herstellung der Schauerplatte mit ihrer großen Anzahl
von kleinen Öffnungen,
welche notwendig sind, um das Gas/Plasma möglichst gleichmäßig, zum
Beispiel über
einen Wafer, zu verteilen, recht kostenintensiv ist. Ein weiterer
Kostenfaktor sind beispielsweise auch die Schrauben, welche aus
speziellem antikorrosiven Stahl sind. Ferner führt die Verwendung der Schrauben
auch zu einer im Allgemeinen schlechten, d. h. hohen, Impedanz der
gesamten Plasmaelektrode, da der elektrische Kontakt zwischen dem
Elektrodenkopf, der Bufferplatte und der Schauerplatte unbefriedigend
ist.
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In
WO 03/001558 A1 wird
eine Plasmaelektrode beschrieben mit einer porösen Schicht aus einem Keramik-Material,
wobei das Keramik-Material eine kontinuierliche dreidimensionale
Netzwerkstruktur aufweist mit stochastisch verteilten Porengrößen. Die
Netzwerkstruktur des Keramik-Materials basiert auf der netzwerkartigen
Struktur eines Polyurethan-Schaums,
welcher als Basismaterial verwendet wird. Der Urethan-Schaum wird
in eine das keramische Material enthaltende Lösung eingetaucht. Bei einem
anschließenden Erhitzen
härtet
das keramische Material aus, während
das Urethan-Basismaterial verbrennt.
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In
US 6,118,218 A wird
eine Plasmaelektrode beschrieben mit einer porösen metallischen Schicht, welche
durch ein Sinterverfahren aus metallischen Puder-Partikeln mit einer
definierten Größe hergestellt
wird. Die Schicht weist eine Struktur mit einer hohen Löcherdichte
sowie einer homogenen Verteilung der Löchergrößen auf, wobei Löchergrößen im Sub-Mikrometer- bzw.
Mikrometer-Bereich verwendet werden.
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Aus
US 2004/0110059 A1 ist
eine poröse Schicht
bekannt, welche aus mehreren Teilschichten aus Titan-Puder-Partikeln
mit jeweils unterschiedlichen Durchmessern besteht.
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In
US 6,451,157 B1 wird
eine Ablenkplatte (baffle plate) aus Silizium bzw. Silizium-Carbid
offenbart, welche Ablenkplatte zum Beispiel während eines Plasma-Ätzprozesses
Verunreinigungen eines Halbleiter-Substrats (z. B. Silizium-Wafer) durch Teilchen
und/oder Metall vermindern soll.
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Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Plasmaelektrode, ein
Verfahren zum Herstellen einer Plasmaelektrode und einen Parallelplatten-Reaktor
zu schaffen, wobei die Plasmaelektrode einfacher herzustellen ist
und eine verbesserte Impedanz aufweist.
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Das
Problem wird durch die gasdurchlässige Plasmaelektrode,
das Verfahren zum Herstellen der gasdurchlässigen Plasmaelektrode und
den Parallelplatten-Reaktor mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
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Eine
gasdurchlässige
Plasmaelektrode weist ein elektrisch leitfähiges Behältnis mit einem Boden, welcher
eine Bohrung aufweist, und eine gasdurchlässige poröse elektrisch leitfähige Schicht
auf, wobei die gasdurchlässige
poröse
elektrisch leitfähige Schicht
im elektrisch leitfähigen
Behältnis
gegenüber dem
Boden angeordnet ist und mit dem elektrisch leitfähigen Behältnis verbunden
ist. Die gasdurchlässige
poröse
elektrisch leitfähige
Schicht weist eine Mehrzahl von gasdurchlässigen Teilschichten mit jeweils
mindestens einer Lage von elektrisch leitfähigen Körnern auf, welche elektrisch
leitfähigen
Körner zumindest
teilweise derart angeordnet, und vorzugsweise miteinander verbunden,
sind, dass eine gasdurchlässige
Schicht ausgebildet ist.
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Bei
einem Verfahren zum Herstellen einer gasdurchlässigen Plasmaelektrode wird
in einen elektrisch leitfähigen
Behältnis
mit einem Boden, welcher eine Bohrung aufweist, eine gasdurchlässige poröse elektrisch
leitfähige
Schicht ausgebildet, welche mit dem elektrisch leitfähigen Behältnis verbunden
wird. Das Ausbilden der gasdurchlässigen porösen elektrisch leitfähigen Schicht
erfolgt mittels Ausbildens einer Mehrzahl von gasdurchlässigen Teilschichten
mit jeweils mindestens einer Lage von elektrisch leitfähigen Körnern, welche
elektrisch leitfähigen
Körner
nachfolgend derart miteinander und mit dem elektrisch leitfähigen Behältnis verbunden werden,
dass die gasdurchlässige
poröse
elektrisch leitfähige
Schicht ausgebildet wird.
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Ein
Parallelplatten-Reaktor weist eine Druckkammer mit einer gasdurchlässigen Plasmaelektrode und
einer Ziehelektrode auf, wobei die Plasmaelektrode ein elektrisch
leitfähiges
Behältnis
mit einem Boden, welcher eine Bohrung aufweist, und eine gasdurchlässige poröse elektrisch
leitfähige
Schicht aufweist, wobei die gasdurchlässige poröse elektrisch leitfähige Schicht
im elektrisch leitfähigen
Behältnis gegenüber dem
Boden angeordnet ist und mit dem elektrisch leitfähigen Behältnis verbunden
ist, und wobei die gasdurchlässige
poröse
elektrisch leitfähige
Schicht eine Mehrzahl von gasdurchlässigen Teilschichten mit jeweils
mindestens einer Lage von elektrisch leitfähigen Körnern aufweist, welche elektrisch
leitfähigen
Körner
zumindest teilweise derart angeordnet sind, dass eine gasdurchlässige Schicht ausgebildet
ist.
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Ein
Aspekt der Erfindung kann anschaulich darin gesehen werden, dass
mittels Verwendens einer gasdurchlässigen porösen elektrisch leitfähigen Schicht
eine Plasmaelektrode bereitgestellt werden kann, welche auf einfache
und kostengünstige
Weise hergestellt werden kann und einen homogenen Plasmaaustritt
aus der Plasmaelektrode bewirkt. Anschaulich ersetzt die erfindungsgemäße gasdurchlässige poröse elektrisch
leitfähige
Schicht die Buffer-Platte und die Schauerplatte der Plasmaelektrode gemäß dem Stand
der Technik und wird dazu verwendet ein Gas, welches durch die Öffnung im
Boden des Behältnisses
in die Plasmaelektrode eintritt, gleichmäßig über die gesamte Fläche, d.
h. die gesamte Ausdehnung der gasdurchlässigen porösen elektrisch leitfähigen Schicht,
zu verteilen und aus dieser als ionisiertes Gas, d. h. als Plasma,
austreten zu lassen. Die Ionisierung des Gases, d. h. das Ausbilden
des Plasmas geschieht hierbei beim Austritt des Gases aus der Plasmaelektrode.
Das elektrisch leitfähige
Behältnis
kann als im wesentlichen wannenförmiges
oder topfförmiges
Behältnis
ausgebildet sein und entspricht anschaulich dem Elektrodenkopf der
Plasmaelektrode gemäß dem Stand
der Technik.
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Mittels
des Ausbildens einer gasdurchlässigen
porösen
elektrisch leitfähigen
Schicht einer Plasmaelektrode aus miteinander verbundenen leitfähigen Körnern schafft
es die Erfindung eine Plasmaelektrode bereitzustellen, welche auf
einfache und kostengünstige
Weise hergestellt werden kann und einen homogenen Plasmaaustritt
aus der Plasmaelektrode bewirkt.
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Bevorzugte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Die weiteren
Ausgestaltungen der Erfindung, die im Zusammenhang mit der Plasmaelektrode
beschrieben sind, gelten sinngemäß auch für das Verfahren
zum Herstellen der Plasmaelektrode und für den Parallelplatten-Reaktor.
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Vorzugsweise
sind die elektrisch leitfähigen Körner miteinander
versintert.
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Das
Versintern der elektrisch leitfähigen
Körner
stellt eine einfache Art des Herstellens der gasdurchlässigen porösen elektrisch
leitfähigen
Schicht aus elektrisch leitfähigen
Körnern
dar. Insbesondere stellt das Sintern eine einfache Möglichkeit
bereit, mittels welcher die gasdurchlässige poröse elektrisch leitfähige Schicht
mit dem leitfähigen
Behältnis
verbunden werden kann, ohne dass, wie im Stand der Technik, Schrauben
verwendet werden müssen.
Anschaulich wird die gasdurchlässige
poröse
elektrisch leitfähige
Schicht beim Ausbilden aus den elektrisch leitfähigen Körnern mittels Sinterns fest
mit dem leitfähigen
Behältnis
verbunden. Somit entfallen gegenüber
dem Stand der Technik die Schrauben, welche aus bestimmtem Material
ausgebildet sein müssen. Ferner
wird durch das feste miteinander Verbinden der gasdurchlässigen porösen elektrisch
leitfähigen Schicht
mit dem leitfähigen
Behältnis
die Wahrscheinlichkeit gesenkt, dass sich die gasdurchlässige poröse elektrisch
leitfähige
Schicht von dem leitfähigen
Behältnis
löst, wie
es bei Plasmaelektroden gemäß dem Stand
der Technik vorkommt, wenn sich die Schrauben im Laufe der Zeit
lockern. Ferner wird auch der Nachteil der Plasmaelektrode gemäß dem Stand
der Technik, dass mit dem Lockern der Schrauben auch die Uniformität des Plasmaaustritts aus
der Plasmaelektrode verringert wird und gleichzeitig die Impedanz
der Plasmaelektrode erhöht
wird, durch das feste miteinander Verbinden der gasdurchlässigen porösen elektrisch
leitfähigen
Schicht mit dem leitfähigen
Behältnis
umgangen.
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Das
feste miteinander Verbinden der gasdurchlässigen porösen elektrisch leitfähigen Schicht mit
dem leitfähigen
Behältnis
hat ferner den Vorteil, dass Energie- und Teilchenverluste durch
Zünden
einer Bogenentladung verhindert werden können, welche Bogenentladung
in Plasmaelektroden gemäß dem Stand
der Technik vorkommen, wenn sich die Schrauben lockern, welche die
Buffer-Platte bzw. die Schauerplatte an den Elektrodenkopf befestigen.
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Durch
das Sintern, d. h. das einer bestimmten Temperatur bei einem bestimmten
Druck Aussetzen, kann erreicht werden, dass die elektrisch leitfähigen Körner und
das leitfähige
Behältnis
einen zusammenhängenden
Körper
ausbilden, welcher eine im Wesentlichen glatte Oberfläche aufweist.
Beim Sintern ist zu beachten, dass sichergestellt wird, dass eine
ausreichende Elastizität
und eine ausreichende Gasdurchlässigkeit
der gasdurchlässigen
porösen elektrisch
leitfähigen
Schicht erreicht wird. Dies kann beispielsweise durch die Wahl des
Sinterdrucks und/oder der Temperatur beim Sintern sichergestellt werden.
Beim Durchführen
des Sinterns ist auch das Material der gasdurchlässigen porösen elektrisch leitfähigen Schicht
zu beachten.
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Anschaulich
bilden die Mehrzahl von gasdurchlässigen Teilschichten eine Art
porösen
Körper aus,
wobei die einzelnen Poren jedoch miteinander verbunden sind, so
dass Gase durch den porösen Körper hindurchtreten
können.
Durch das Vorsehen einer Mehrzahl von gasdurchlässigen Teilschichten aus elektrisch
leitfähigen
Körnern
ist es möglich,
eine mechanisch stabile gasdurchlässige poröse elektrisch leitfähige Schicht
zu schaffen. Die gasdurchlässige
poröse
elektrisch leitfähige
Schicht aus einer Mehrzahl von gasdurchlässigen Teilschichten bildet anschaulich
eine Platte aus, welche neben einer guten elektrischen Leitfähigkeit
auch eine gute Wärmeleitfähigkeit
aufweist, wodurch ein Durchbiegen, d. h. eine mechanische Verformung,
der gasdurchlässigen
porösen
elektrisch leitfähigen
Schicht durch unterschiedliches Erwärmen verringert wird. Die Wärmeleitfähigkeit
und die Impedanz der erfindungsgemäßen gasdurchlässigen porösen elektrisch
leitfähigen
Schicht sind dabei annähernd
so gut wie die Wärmeleitfähigkeit
und Impedanz eines massiven leitfähigen Körpers. Das Ausbilden eines
porösen Körpers ist
auch vorteilhaft, weil mittels diesem die Wahrscheinlichkeit eines
Zündens
eines Mikroplasmas verringert wird gegenüber der Wahrscheinlichkeit
des Zündens
eines Mikroplasmas in dem Hohlraum zwischen der Buffer-Platte und
der Schauerplatte in der Plasmaelektrode gemäß dem Stand der Technik. Das
Zünden
eines Mikroplasmas führt
wiederum zu Energie- und Teilchenverlusten, welche mittels einer
erfindungsgemäßen Plasmaelektrode verringert
werden. Das Verhindern der Zündwahrscheinlichkeit
in einer erfindungsgemäßen Plasmaelektrode
ist möglich,
da die einzelnen Poren ein sehr viel kleineres Volumen als der einzelne
Hohlraum in der Plasmaelektrode gemäß dem Stand der Technik aufweisen.
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Durch
das Ausbilden des porösen
Körpers wird
auch die freie Wegstrecke des Gases/Plasmas durch die Plasmaelektrode verringert,
wodurch eine Rückdiffusion
des Gases/Plasmas in die Plasmaelektrode verringert wird. Unter
der freien Wegstrecke wird hierbei die Wegstrecke verstanden, welche
ein Gas/Plasma ohne Streuung zurücklegt.
Diese entspricht in Plasmaelektroden gemäß dem Stand der Technik im
wesentlichen der Ausdehnung der Hohlräume, welche zwischen dem Elektrodenkopf,
der Buffer-Platte und der Schauerplatte ausgebildet sind. Diese
Hohlräume
sind wesentlich größer als
die einzelnen Poren des porösen
Körpers
der erfindungsgemäßen Plasmaelektrode.
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In
einer Weiterbildung weisen die elektrisch leitfähigen Körner jeder gasdurchlässigen Teilschicht einen
unterschiedlichen Durchmesser auf.
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Die
Durchmesser der elektrisch leitfähigen Körner in
den einzelnen gasdurchlässigen
Teilschichten können
vom Boden des elektrisch leitfähigen
Behältnisses
her abnehmen.
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Durch
das Vorsehen von Teilschichten, welche elektrisch leitfähige Körner unterschiedlichen Durchmessers,
d. h. unterschiedlicher Größe, aufweisen,
wobei die Größe der elektrisch
leitfähigen Körner vom
Boden des leitfähigen
Behältnisses, durch
welchen das Gas in die Plasmaelektrode eintritt, zu der entgegengesetzten
Seite der gasdurchlässigen
Schicht abnimmt, ist es möglich
einen Gradienten in der Porengröße zu erhalten.
Unter Porengröße wird
die Größe der Löcher verstanden,
welche beim miteinander Verbinden der einzelnen elektrisch leitfähigen Körner verbleiben,
und welche die Gasdurchlässigkeit
der einzelnen gasdurchlässigen
Teilschichten und damit der gesamten gasdurchlässigen porösen elektrisch leitfähigen Schicht
gewährleisten.
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Unter
Gradient der Porengröße wird
in der Anmeldung verstanden, dass die Porengröße von Teilschicht zu Teilschicht
monoton abnimmt oder zunimmt, d. h. ausgehend von einer ersten Teilschicht eine
in Richtung eines Gasdurchsatzes nachfolgende Teilschicht stets
eine größere Porengröße aufweist,
was einem positiven Gradienten entspricht, oder ausgehend von einer
ersten Teilschicht eine in Richtung eines Gasdurchsatzes nachfolgende
Teilschicht stets eine kleinere Porengröße aufweist, was einem negativen
Gradienten entspricht. Der negative Gradient, d. h. eine immer geringer
werdende Porengröße wird
besonders bevorzugt, da hierdurch eine stabile gleichmäßige Gasdruckverteilung
in der gasdurchlässigen
Schicht erzielt werden kann. Erfindungsgemäß kann durch das Verwenden
von elektrisch leitfähigen
Körnern
geringen Durchmessers erreicht werden, dass die Verteilung des Plasmas
bei Austritt aus der Plasmaelektrode sehr homogen ist.
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Die
elektrisch leitfähigen
Körner
weisen bevorzugt im wesentlichen Kugelform auf.
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Durch
das Verwenden von elektrisch leitfähigen Körnern, welche im wesentlichen
kugelförmig sind,
ist es möglich
eine gleichmäßige, d.
h. eine homogene Anordnung von Löchern
an der Oberfläche der
gasdurchlässigen
porösen
elektrisch leitfähigen Schicht
auszubilden, durch welche Oberfläche
das Plasma aus der Plasmaelektrode austritt. Dies führt zu einer
homogenen Zuführung
des Plasmas, beispielsweise über
einen Wafer hinweg, welcher in einem Parallelplatten-Reaktor mittels
Plasmaprozessen prozessiert wird. Beim Verwenden von kugelförmigen elektrisch
leitfähigen
Körpern
werden durch ein miteinander Versintern der Kugeln im wesentlichen
im Querschnitt dreieckige Löcher
in der gasdurchlässigen
porösen
elektrisch leitfähigen
Schicht erzeugt.
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In
einem Ausführungsbeispiel
weist jede gasdurchlässige
Teilschicht eine Mehrzahl von Lagen von elektrisch leitfähigen Körnern auf.
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Durch
das Verwenden von mehreren Lagen von elektrisch leitfähigen Körnern für jede einzelne gasdurchlässige Teilschicht
ist es auf einfache Weise möglich
eine mechanisch stabile gasdurchlässige poröse elektrisch leitfähige Schicht,
anschaulich einen porösen
gasdurchlässigen
Körper,
auszubilden, was gleichzeitig das Ausbilden einen Gradienten des Gas-
bzw. Plasmadruckes durch den porösen
Körper bewirkt.
Das Verwenden von mehreren Lagen von elektrisch leitfähigen Körnern führt zu einer
dickeren gasdurchlässigen
porösen
elektrisch leitfähigen Schicht,
wodurch die Wärmeleitfähigkeit
und die elektrische Leitfähigkeit
der gasdurchlässigen
porösen
elektrisch leitfähigen
Schicht erhöht
werden. Auch ist durch die größere Dicke
eine festere Verbindung mit einem geringeren Kontaktwiderstand zwischen
der gasdurchlässigen
porösen
elektrisch leitfähigen
Schicht und dem leitfähigen
Behältnis
möglich.
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Besonders
bevorzugt weisen die elektrisch leitfähigen Körner der gasdurchlässigen porösen elektrisch
leitfähigen
Schicht Graphit und/oder Aluminium auf.
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Graphit
und Aluminium sind Materialien, welche besonders geeignet für die Ausbildung
der elektrisch leitfähigen
Körner
sind, weil diese auf einfache Weise in Körnerform, welche anschaulich
auch als Granulat bezeichnet werden kann, ausgebildet werden können. Ferner
lassen sich diese Materialien auf einfache Weise miteinander und
mit dem elektrisch leitfähigen
Behältnis
versintern, welches vorzugsweise aus dem gleichen Material ist wie
die elektrisch leitfähigen
Körner.
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In
einer Weiterbildung ist eine Oberfläche der gasdurchlässigen porösen elektrisch
leitfähigen Schicht,
welche dem Boden des leitfähigen
Behältnisses
abgewandt ist, eloxiert.
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Durch
das Eloxieren wird eine Schutzschicht geschaffen, welche das Entstehen
und Ablösen
von Partikeln von der Plasmaelektrode verhindern kann. Beispielsweise
kann es beim Plasmareinigen mittels C2F6 zu einer Ausbildung von Aluminiumfluorid-Partikeln
kommen, welche zu einer Verschmutzung führen können.
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In
einem Ausführungsbeispiel
weist die gasdurchlässige
Schicht zumindest einen gasdurchlässigen Zwischenboden auf, welcher
zwischen zwei gasdurchlässigen
Teilschichten angeordnet ist.
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Mittels
des Bereitstellens eines gasdurchlässigen Zwischenbodens ist es
auf besonders einfache Art möglich
eine ideale Anordnung der einzelnen elektrisch leitfähigen Körner, beispielsweise,
falls kugelförmige
elektrisch leitfähige
Körner
verwendet werden, eine ideale Kugelpackung, zu erreichen. Durch
den gasdurchlässigen
Zwischenboden, welcher anschaulich als ein Gitterrost angesehen
werden kann, können
die einzelnen gasdurchlässigen Teilschichten
voneinander getrennt werden. Vorzugsweise ist das Material des Zwischenbodens
das Gleiche wie das Material der elektrisch leitfähigen Körner.
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Zusammenfassend
kann ein Aspekt der Erfindung darin gesehen werden, dass eine Plasmaelektrode
ein Verfahren zum Herstellen der Plasmaelektrode und ein Parallelplatten-Reaktor
geschaffen wird, bei welchen die Buffer-Platte und die Schauerplatte
einer Plasmaelektrode gemäß dem Stand
der Technik durch einen porösen
gasdurchlässigen
Körper
ersetzt wird. Der poröse
gasdurchlässige
Körper wird
vorzugsweise ausgebildet, indem in ein elektrisch leitfähiges Behältnis, welches
in seinem Boden eine zentrale Gasbohrung aufweist und welches als Material
z. B. Aluminium oder Graphit aufweist, einlagige oder mehrlagige
Teilschichten mit elektrisch leitfähigen Kugeln, z. B. aus Aluminium
oder Graphit, eingebracht werden. Vom Boden des elektrisch leitfähigen Behältnisses
aus verringert sich hierbei der Kugeldurchmesser von Teilschicht
zu Teilschicht. Die Kugeldurchmesser einzelner Teilschichten können hierbei
zwischen 10 mm und 1 mm gewählt
werden, beispielsweise von 10 mm über 7 mm, 4 mm, 3 mm zu 1 mm.
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Nachfolgend
wird das elektrisch leitfähige Behältnis mit
den darin angeordneten Schichten von elektrisch leitfähigen Kugeln
gesintert, wobei sie zu einem thermisch und elektrisch leitenden
porösen Festkörper versintern,
welcher jedoch weiterhin gasdurchlässig ist. Die Kugeldurchmesser
der letzten Teilschicht, d. h. der Teilschicht, welche am weitesten von
dem Boden des elektrisch leitfähigen
Behältnisses
entfernt ist, oder anders ausgedrückt, durch welche Teilschicht
das Plasma, welches als Gas durch die Zentralbohrung in die Plasmaelektrode
eintritt, aus der Plasmaelektrode austritt, definiert hierbei die Größe der Gasaustrittsöffnungen
der Plasmaelektrode.
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Bei
dem Verwenden von elektrisch leitfähigen Kugeln ergeben sich im
Querschnitt annähernd dreieckige
Gasaustrittsöffnungen
und die Fläche
der Plasmaelektrode, in welcher sich die Gasaustrittsöffnungen
befinden, die so genannte Elektrodenoberfläche, ist wellig rau. Dies führt jedoch
im Allgemeinen nicht zu Nachteilen bei der Verwendung der Plasmaelektrode
bei Plasma Chemical Vapor Deposition Prozessen (PCVD-Prozzese) oder
Plasmaätz-Prozessen.
Unter bestimmten Umständen
kann die wellige Rauhigkeit sogar ein Zündverhalten der Plasmaelektrode
günstig
beeinflussen. Alternativ kann die Elektrodenoberfläche beispielsweise
mittels Schleifens geglättet
werden.
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Die
Gefahr einer Rückdiffusion
von Plasma in die Plasmaelektrode ist zu vernachlässigen,
solange der Gasversorgungsdruck der Plasmaelektrode groß gegenüber dem
Druck ist, welcher in einer Kammer herrscht, in welche das Plasma
nach Durchtritt durch die Plasmaelektrode hineintritt, beispielsweise eine
Vakuumkammer, in welcher ein Wafer einem PCVD-Prozess oder einem
Plasmaätzschritt
unterzogen wird. Wird das Material des Granulats, d. h. das Material
der elektrisch leitfähigen
Körner,
gleich wie das Material des elektrisch leitfähigen Behältnisses gewählt, kann
auch die Deposition von Oxiden oder Nitriden in der Plasmaelektrode,
d. h. in den Poren des porösen
Körpers,
verringert werden, wohingegen es bei Plasmaelektroden gemäß dem Stand der
Technik zu Depositionen von Oxiden und Nitriden an der relativ kalten
Buffer-Platte kommt. Auch kann erfindungsgemäß der poröse Körper geheizt werden, um die
Gefahr der Deposition weiter zu senken. Die kleinen Poren oder Hohlräume in der
Plasmaelektrode verringern auch die Wahrscheinlichkeit des Ausbildens
eines depositionsbegünstigenden
Plasmas in der Plasmaelektrode.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Weiteren
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Plasmaelektrode gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
Erfindung;
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2 eine
schematische Darstellung eines Parallelplatten-Reaktors mit einer erfindungsgemäßen Plasmaelektrode;
und
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3 eine
schematische Darstellung einer Plasmaelektrode gemäß dem Stand
der Technik.
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Bezugnehmend
auf die Figuren werden Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher
erläutert.
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1 zeigt
schematisch eine Plasmaelektrode 100 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Die Plasmaelektrode 100 weist einen Hochfrequenzschild 101 aus
Keramik auf, welcher ein Behältnis,
oder anschaulich ausgedrückt
einen topf- oder wannenförmigen
Elektrodenkopf 102 aufweist, welcher aus einem leitfähigen Material
besteht, vorzugsweise Aluminium oder Graphit. Der Elektrodenkopf 102 weist
einen Bodenbereich und einen Randbereich auf. Der Bodenbereich des
Elektrodenkopfes 102 weist in seinem Zentralbereich eine Öffnung 103 auf,
durch welche Gas in die Plasmaelektrode 100 eintreten kann.
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Gegenüber dem
Bodenbereich des Elektrodenkopfes 102 ist eine gasdurchlässige Schicht 104 ausgebildet,
welches eine poröse
elektrisch leitfähige Schicht
ist und welche aus mehreren gasdurchlässigen Teilschichten 105, 106 und 107 ausgebildet
ist. In 1 weist die gasdurchlässige poröse elektrisch leitfähige Schicht 104 drei
gasdurchlässige
Teilschichten auf, erfindungsgemäß kann die
Zahl der gasdurchlässigen
Teilschichten jedoch größer oder kleiner
sein. Die gasdurchlässige
Schicht 104 weist Kugeln auf, welche aus einem elektrisch
leitfähigen Material,
vorzugsweise Aluminium oder Graphit sind. Die Kugeln der einzelnen
gasdurchlässigen
Teilschichten 105, 106 und 107 weisen
einen unterschiedlichen Kugeldurchmesser auf. Die Kugeln der ersten
gasdurchlässigen Teilschicht 105 weisen
einen Kugeldurchmesser von 10 mm auf, die Kugeln der zweiten gasdurchlässigen Teilschicht 106 weisen einen
Kugeldurchmesser von 4 mm auf und die Kugeln der dritten gasdurchlässigen Teilschicht 107 weisen
einen Kugeldurchmesser von 1 mm auf.
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Die
einzelnen Kugeln der gasdurchlässigen Schicht 104 werden
unter Verwendung von Wärme und
Druck gesintert, wobei ein poröser
Körper
entsteht, welcher gasdurchlässig
ist, und welcher die gasdurchlässige
Schicht 104 ausbildet. Ferner wird beim Sintern eine feste
Verbindung zwischen der gasdurchlässigen Schicht 104 und
dem Elektrodenkopf 102 ausgebildet. Das Ausbilden der festen
Verbindung wird unterstützt,
indem für
den Elektrodenkopf 102 und die Kugeln der gasdurchlässigen Schicht
das gleiche Material verwendet werden. Die gasdurchlässige Schicht 104 oder
der poröse
Körper weist
hierbei, beginnend von dem Boden des Elektrodenkopfes 102 aus,
eine abnehmende Kugelgröße auf,
wodurch sich ein Gradient in der Porengröße oder anders ausgedrückt in der
Größe der Zwischenräume zwischen
den Kugeln einer einzelnen gasdurchlässigen Teilschicht ergibt.
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Die
Plasmaelektrode 100 wird, wie bereits dargestellt, in PCVD-Prozessen oder Plasma-Trockenätzprozessen
dazu verwendet Plasma zuzuführen
und stellt mittels ihres Aufbaus sicher, dass das Plasma gleichmäßig verteilt
zugeführt
wird. In 1 ist mittels der Pfeile 108 und 109 schematisch
der Durchtritt des Gases/Plasmas durch die Plasmaelektrode 100 dargestellt.
Das Gas wird durch die zentrale Öffnung 103 des
Elektrodenkopfes 102 in die Plasmaelektrode 100 eingeleitet,
was durch den Pfeil 108 schematisch angedeutet ist, und
tritt, in der in 1 dargestellten Plasmaelektrode 100,
durch eine Vielzahl von Öffnungen
der dritten gasdurchlässigen
Teilschicht als ionisiertes Gas, d. h. als Plasma, aus der Plasmaelektrode 100 aus,
was durch eine Mehrzahl von Pfeilen 109 dargestellt ist.
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Durch
den beschriebenen Aufbau der Plasmaelektrode 100 wird sichergestellt,
dass das Gas/Plasma gleichmäßig über einen
großen
Bereich verteilt wird, d. h. über
den gesamten Bereich der gasdurchlässigen Schicht 104,
welche eine Elektrodenoberfläche
bildet. Insbesondere wenn die Kugeln der gasdurchlässigen Schicht 104 aus
Aluminium sind, wird die Elektrodenoberfläche eloxiert, wodurch die Elektrodenoberfläche härter und
gegenüber äußeren Einflüssen unempfindlicher
wird.
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Eine
gasdurchlässige
Schicht einer Plasmaelektrode gemäß der Erfindung kann beispielsweise fünf gasdurchlässige Teilschichten
aufweisen und mittels des nachfolgend dargestellten Verfahrens hergestellt
werden.
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In
einen Elektrodenkopf 102 aus Aluminium oder Graphit wird
eine erste Teilschicht aus mehreren Lagen von elektrisch leitfähigen Kugeln
mit einem Durchmesser von 10 mm auf den Boden des Elektrodenkopfes
angeordnet. Auf die erste Teilschicht wird eine zweite Teilschicht
aus mehreren Lagen von elektrisch leitfähigen Kugeln mit einem Kugeldurchmesser
von 7 mm angeordnet. Auf die zweite Teilschicht wird eine dritte
Teilschicht aus mehreren Lagen von elektrisch leitfähigen Kugeln
mit einem Kugeldurchmesser von 4 mm angeordnet. Auf die dritte Teilschicht
wird eine vierte Teilschicht aus mehreren Lagen von elektrisch leitfähigen Kugeln
mit einem Kugeldurchmesser von 2 mm angeordnet. Auf die vierte Teilschicht
wird eine fünfte
Teilschicht aus mehreren Lagen von elektrisch leitfähigen Kugeln
mit einem Kugeldurchmesser von 1 mm angeordnet. Das Material der
Kugeln aller Teilschichten ist hierbei das gleiche Material wie
das des Elektrodenkopfes 102, d. h. Aluminium bzw. Graphit.
Zum Verbessern der Homogenität
der Kugelpackung innerhalb der einzelnen Teilschichten können gasdurchlässige Zwischenböden zwischen
einer oder mehrerer Teilschichten angeordnet werden.
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Nachfolgend
wird der Elektrodenkopf 102 zusammen mit den Teilschichten
aus Kugeln erwärmt und/oder
unter Druck gesetzt, wodurch die einzelnen Kugeln miteinander versintern
und ein poröser
gasdurchlässiger
Körper,
d. h. die gasdurchlässige Schicht 104 ausgebildet
wird. Ferner sintert gleichzeitig der poröse Körper an den Elektrodenkopf 102, wodurch
eine feste Verbindung dieser beiden Elemente entsteht, welche sowohl
eine große
mechanische Stabilität
als auch für
eine gute elektrische Leitfähigkeit
und Wärmeleitfähigkeit
bewirkt.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung eines Parallelplatten-Reaktors, in
welchem eine erfindungsgemäße Plasmaelektrode
verwendet werden kann.
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Ein
Parallelplatten-Reaktor 200 weist eine Vakuumkammer 201 auf.
Innerhalb der Vakuumkammer 201 ist eine Plasmaelektrode 202 angeordnet, welche
eine Gaseintrittsöffnung 203 aufweist.
In der 2 unterhalb der Plasmaelektrode 202 ist
in der Vakuumkammer 201 eine Gegenelektrode 204 angeordnet,
welche als Ziehelektrode bezeichnet wird. Auf der Ziehelektrode 204 sind
in 2 schematisch zwei Wafer 205 dargestellt,
welche mittels des Parallelplatten-Reaktors 200 in einem
Plasmaätzschritt oder
einem PCVD-Prozessschritt prozessiert werden. Die Vakuumkammer 201 weist
ferner Plasmaaustrittsöffnungen 206 auf,
durch welche das ionisierte Gas, d. h. das Plasma, welches als Gas
durch die Gaseintrittsöffnung 203 und
die Plasmaelektrode 202 in die Vakuumkammer 201 eingeleitet
wird, aus der Vakuumkammer 201 geleitet wird. Ferner weist
der Parallelplatten-Reaktor 200 einen Hochfrequenzgenerator 207 auf,
welcher einerseits mit der Plasmaelektrode 202 gekoppelt
ist und andererseits mit der Ziehelektrode 204 gekoppelt
ist.
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Zusammenfassend
kann ein Aspekt der Erfindung darin gesehen werden, dass eine Plasmaelektrode
ein Verfahren zum Herstellen der Plasmaelektrode und ein Parallelplatten-Reaktor
geschaffen wird, bei welchen die Buffer-Platte und die Schauerplatte
einer Plasmaelektrode gemäß dem Stand
der Technik durch einen porösen
gasdurchlässigen
Körper
ersetzt wird. Der poröse
gasdurchlässige
Körper wird
vorzugsweise ausgebildet, indem in ein elektrisch leitfähiges Behältnis, welches
in seinem Boden eine zentrale Gasbohrung aufweist und welches als Material
z. B. Aluminium oder Graphit aufweist, einlagige oder mehrlagige
Teilschichten mit elektrisch leitfähigen Kugeln, z. B. aus Aluminium
oder Graphit, eingebracht werden. Vom Boden des elektrisch leitfähigen Behältnisses
aus verringert sich hierbei der Kugeldurchmesser von Teilschicht
zu Teilschicht.
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- 100
- Plasmaelektrode
- 101
- Hochfrequenzschild
- 102
- Elektrodenkopf
- 103
- Öffnung
- 104
- gasdurchlässige Schicht
- 105
- erste
gasdurchlässige
Teilschicht
- 106
- zweite
gasdurchlässige
Teilschicht
- 107
- dritte
gasdurchlässige
Teilschicht
- 108
- Pfeil
(Gasfluss)
- 109
- Pfeile
(Gas/Plasmafluss)
- 200
- Parallelplatten-Reaktor
- 201
- Vakuumkammer
- 202
- Plasmaelektrode
- 203
- Gaseintrittsöffnung
- 204
- Ziehelektrode
- 205
- Wafer
- 206
- Plasmaaustrittsöffnung
- 207
- Hochfrequenzgenerator
- 300
- Plasmaelektrode
- 301
- Hochfrequenzschild
- 302
- Elektrodenkopf
- 303
- Öffnung
- 304
- Buffer-Platte
- 305
- Öffnungen
- 306
- Schauerplatte
- 307
- Schrauben
- 308
- Pfeil
(Gasfluss)
- 309
- Pfeile
(Gasfluss)
- 310
- Pfeile
(Gas/Plasmafluss)
- 311
- erster
Hohlraum
- 312
- zweiter
Hohlraum