DD227560A1 - METHOD AND DEVICE FOR CLEANING SUBSTRATE SUPPLEMENTS FOR SEMICONDUCTOR SUBSTRATES - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen von Substrattraegern fuer Anlagen zum niederdruck- oder plasmachemischen Abscheiden von Schichten zur Herstellung elektronischer Bauelemente. Zur Durchfuehrung des Verfahrens wird ein Substrattraeger in einem separaten Reaktor einem Aetzprozess unterzogen, bei dem die unerwuenschten Schichtaufbauten auf dem Traegermaterial bei einem Druck von 0,1 bis 15 KPa bei Einwirkung von Waerme in einem Fluorwasserstoffglas abgeaetzt werden. Nach dem Spuelen des Reaktorraumes nach Beendigung des Aetzprozesses ist der Substrattraeger fuer den Beschichtungsprozess einsetzbar. Die erfindungsgemaesse Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem rohrfoermigen Reaktor mit Anschluessen fuer die Gaszu- und -abfuehrung sowie einer Heizeinrichtung. FigurThe invention relates to a method and a device for cleaning substrate supports for systems for low-pressure or plasma-chemical deposition of layers for the production of electronic components. To carry out the process, a substrate carrier is subjected to an etching process in a separate reactor, in which the undesired layer structures on the carrier material are at a pressure of 0.1 to 15 KPa when exposed to heat in a hydrogen fluoride glass. After rinsing the reactor space after completion of the etching process, the substrate carrier can be used for the coating process. The inventive device consists essentially of a rohrfoermigen reactor with connections for the gas supply and removal and a heater. figure
Description
Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Substratträgern für HalbleitersubstrateMethod and device for cleaning substrate carriers for semiconductor substrates
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Reinigung von Substrattägern für Halbleitersubstrate, die in Fiederdruck- oder plasmachemischen Beschichtungsanlagen zum Auftragen von Leiter- oder Isolationsschichten eingesetzt sind. Die Erfindung ist vorzugsweise auf dem Gebiet der Halbleitertechnik einsetzbar, wobei auch Anwendungsgebiete möglich sind, in denen unerwünschte Werkstoffablagerungen, beispielsweise auf Werkstückträgern oder -halteeinrichtungen für Glas oder metallische Werkstoffe, beseitigt werden müssen.The invention relates to a method and a device for cleaning substrate carriers for semiconductor substrates, which are used in Fiederdruck- or plasma-chemical coating systems for applying conductor or insulation layers. The invention is preferably applicable in the field of semiconductor technology, wherein also application areas are possible in which unwanted material deposits, for example on workpiece carriers or holding devices for glass or metallic materials, must be eliminated.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Pur die Beschichtung von Halbleitersubstraten mit leitenden oder nichtleitenden Werkstoffen werden vorzugsweise Niederdruck-·oder plasmachemische Beschichtungseinrichtungen und -anlagen eingesetzt. Pur den Beschichtungsvorgang werden dazu die Halbleitersubstrate an Halteeinrichtungen, sogenannten Substratträgern, befestigt und in die entsprechende Beschichtungseinrichtung gegeben. Die Beschichtung selbst erfolgt je nach Art des Verfahrens innerhalb des Reaktionsbehälters oder Reaktors durch den Einlaß einesPurely the coating of semiconductor substrates with conductive or non-conductive materials are preferably low-pressure or plasma-chemical coating equipment and systems used. For the purpose of the coating process, the semiconductor substrates are fastened to holding devices, so-called substrate carriers, and introduced into the corresponding coating device. The coating itself is carried out depending on the nature of the process within the reaction vessel or reactor through the inlet of a
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Reaktionsgases, in einem bestimmten Temperaturbereich oder zusätzlich durch Plasmaeinwirkung. Dadurch werden außer den Substratoberflächen auch die Halteeinrichtungen bzw. die Substratträger mit beschichtet, wobei deren Schichtaufbau nach mehreren Einsätzen so groß wird, daß diese zu Partikelbildung führen, den Abscheideprozeß beeinflussen, die Partikel auf den Halbleitersubstraten abgelagert werden und dort Fehler verursachen. Des weiteren beeinträchtigt der wachsende Schichtaufbau auf den Substratträgern die Halterung der Halbleitersubstrat β.Reaction gas, in a certain temperature range or additionally by plasma action. As a result, in addition to the substrate surfaces, the holding devices or the substrate carriers are also coated, the layer structure of which after several inserts becoming so large that they lead to particle formation, influence the deposition process, the particles are deposited on the semiconductor substrates and cause errors there. Furthermore, the growing layer structure on the substrate carriers affects the mounting of the semiconductor substrate β.
Aus diesem Grund ist es erforderlich, die Substratträger sowie die Reaktionsbehälter in zyklischen Abständen einer Reinigung zu unterziehen und die Schichten zu entfernen.For this reason, it is necessary to subject the substrate carriers and the reaction vessels to cyclic cleaning and to remove the layers.
Gegenwärtig werden die aus Quarzglas, Edelstahl oder Graphit bestehenden Substratträger mittels einer Ätzlösung behandelt, die im allgemeinen als Hauptkomponenten Flußsäure und Salpetersäure enthalten. Zu deren Anwendung sind spezielle Vorrichtungen erforderlich und der Reinigungsprozeß muß in gesonderten Räumen durchgeführt werden, um Schädigungen an Personen und der Umwelt zu vermeiden. Das durchgeführte Ätzverfahren bringt nur bei Substrattägern aus Quarzglas und Edelstahl zufriedenstellende Ergebnisse, Graphit kann mit den genannten Säuren nur bedingt behandelt werden, da dessen Oberfläche aufgerauht wird. Die rauhe Oberfläche wiederum beeinflußt den Schichtaufbau auf den Halbleitersubstraten. Des weiteren ist es möglich, daß sich beim Einsatz von reinen Graphitträgern Bestandteile der Ätzlösung in den Poren des Graphits absetzen, die beim Wiedereinsetzen des gereinigten Graphitträgers nur durch ein langwieriges Ausheizen zu entfernen sind, wobei wiederum die Graphitplatten des Substratträgers zerstört werden können.At present, the substrate carriers made of quartz glass, stainless steel or graphite are treated by means of an etching solution which generally contains hydrofluoric acid and nitric acid as main components. For their application special devices are required and the cleaning process must be carried out in separate rooms to avoid damage to persons and the environment. The etching process carried out brings satisfactory results only for substrates made of quartz glass and stainless steel, graphite can only be treated with the mentioned acids to a limited extent, since its surface is roughened. The rough surface in turn affects the layer structure on the semiconductor substrates. Furthermore, it is possible that settle in the use of pure graphite carriers components of the etching solution in the pores of the graphite, which are to be removed when re-inserting the cleaned graphite support only by a protracted annealing, in turn, the graphite plates of the substrate support can be destroyed.
Weiterhin ist ein Verfahren bekannt, bei dem störende Schichtablagerangen an Substratträgern innerhalb der PlasmabeSchichtungsanlage entfernt v/erden, indem unmittelbar in der Anlage Fluorkohlenwasserstoff- oder ähnliche Verbindungen unter Einwirkung eines Plasmas über den Substratträger geleitet werden. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß der Schichtabtrag nur dort erfolgt, wo das Plasma direkt einwirkt, wobei an bestimmten Flächen nur teilweise oder überhaupt nicht geätzt · wird. Das hat zur Folge, daß an den ungeätzten Stellen ein unkontrollierter Schichtaufbau erfolgt, der bei Erreichen einer bestimmten Grenzschichtdicke abplatzt und somit den Beschichtungsprozeß auf den Halbleitersubstraten negativ beeinflußt und somit die Produktivität der Anlage mindert. Furthermore , a method is known in which disruptive Schichtablagerangen on substrate carriers within the Plasmabeschachungsanlage v / erden by directly in the system fluorocarbon or similar compounds are passed under the action of a plasma over the substrate carrier. The disadvantage of this method is that the layer removal takes place only where the plasma acts directly, being etched only partially or not at certain surfaces ·. This has the consequence that at the unetched sites an uncontrolled layer structure takes place, which flakes on reaching a certain boundary layer thickness and thus adversely affects the coating process on the semiconductor substrates and thus reduces the productivity of the system.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Substratträger für Niederdruck- und Plasmadampfphasenabscheidungsanlagen (LPCVD- und Plasma-CVD-Anlagen) gleichmäßig und reproduzierbar so zu reinigen, daß die Ausbeute und die Produktivität der Anlagen sowie die Qualität der Schichtabscheidung auf den Halbleitersubstraten erhöht werden.The object of the invention is to uniformly and reproducibly clean the substrates for low pressure and plasma vapor deposition (LPCVD and plasma CVD) so that the yield and productivity of the equipment as well as the quality of the deposition on the semiconductor substrates are increased.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen-von Substratträgern für Halbleitersubstrate für Anlagen zum niederdruck- oder plasmachemischen Abscheiden von Schichten zur Herstellung elektronischer Bauelemente zu schaffen, die es ermöglicht, die Substratträger gleichmäßig und reproduzierbar in einer von der Abscheidungsanlage getrennten Vorrichtung zu reinigen.The invention has for its object to provide a method and apparatus for cleaning substrate carriers for semiconductor substrates for systems for low-pressure or plasma-chemical deposition of layers for the production of electronic components, which allows the substrate carrier uniformly and reproducibly in one of the deposition plant separate device to clean.
Srfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Substratträger in einen auf eine Temperatur von 200 bis 600° C erwärmten, säurefesten separaten Reaktionsbehälter eingesetzt, dieser vakuumdicht verschlossen und evakuiert wird. Anschließend wird der Reaktionsbehälter von der Vakuumpumpe getrennt und mit einem Ätzgas oder Ätzgasgemisch dosiert beschickt, wobei der Druckbereich innerhalb des Reaktionsbehälters von 0,1 bis 15 KPa vor- * gesehen und als quasistatisch.es System gehalten wird. Der Reinigungsprozeß wird beendet, wenn der Druck im· Reaktionsbehälter einen konstanten Wert innerhalb eines vorgegebenen Zeitraumes erreicht hat und beibehält bzw. wenn der Druck bis zu seinem Minimalwert abgefallen ist. Danach wird der Reaktionsbehälter belüftet, indem reiner Stickstoff oder ümgebungsluft in denselben eingelassen und das Ätzgas oder -gemisch aus der Vorrichtung verdrängt wird. Dieser Spülvorgang wird wenigstens zweimal wiederholt, bis die Ätzgas- oder -gemischreste aus dem Reaktor entfernt sind. Danach kann die Reaktionskammer geöffnet und der gereinigte Substratträger für den weiteren Bearbeitungsprozeß in einer entsprechenden Beschichtungsanlage entnommen werden.According to the invention, the object is achieved by inserting a substrate carrier into an acid-resistant, separate reaction container heated to a temperature of 200 to 600 ° C., sealing it in a vacuum-tight manner and evacuating it. Subsequently, the reaction vessel is separated from the vacuum pump and metered with an etching gas or etching gas mixture, wherein the pressure range within the reaction vessel of 0.1 to 15 KPa vor * seen and held as quasistatisch.es system. The cleaning process is terminated when the pressure in the reaction vessel has reached and maintains a constant value within a predetermined period of time or when the pressure has dropped to its minimum value. Thereafter, the reaction vessel is vented by introducing pure nitrogen or ambient air into it and displacing the etching gas or mixture from the device. This purge is repeated at least twice until the etch gas or mixture residues are removed from the reactor. Thereafter, the reaction chamber can be opened and the cleaned substrate carrier for further processing in a corresponding coating system can be removed.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist als rohrförmiger Reaktor ausgebildet, der an seinen geschliffenen Stirnseiten mittels an Druckringen befestigten und mit Dichtringen versehenen Flanschen abgedichtet ist. Die Plansche sind einerseits als Beschickungs- und Beschickungsöffnung mit einer Vorrichtung zum Gaseinlaß beweglich und andererseits fest angeordnet. An dem festen Plansch sind der Gasaiislaß, der für den Vakuumanschluß und das Ätzmittel ausgebildet ist, sowie ein weiterer Gaseinlaß vorgesehen. Die Außenwandung des Reaktors weist eine wendelförmig ausgebildete, elektrische Widerstandsheizung auf. .The device according to the invention is designed as a tubular reactor which is sealed at its ground end faces by means of flanges fixed to pressure rings and provided with sealing rings. The splash are on the one hand as a loading and loading opening with a device for gas inlet movable and on the other hand firmly arranged. On the solid pad, the gas inlet formed for the vacuum port and the etchant and another gas inlet are provided. The outer wall of the reactor has a helically shaped, electrical resistance heating. ,
- 5 Ausführungsbeispiel- 5 embodiment
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles sowie einer Zeichnung näher erläutert. Zur Durchführung des Reinigungsprozesses eines Substratträgers 3 wird dieser in einen von einer BeSchichtungseinrichtung getrennt vorhandenen und vorgewärmten,- rohrförmigen Reaktor 1 durch-dessen Verschluß 4 eingesetzt und mit den Planschen 6„; 8 vakuumdicht verschlossen. Im Anschluß daran wird der Reaktorinnenraum durch den Gasabsaugstutzen 12 evakuiert und nach Abschaltung der Vakuumpumpe durch einen Gaseinlaß 11 mit einem Ätzgas oder Ätzgasgemisch, das aus Fluorwasserstoff oder einem ähnlichen Mittel besteht, beschickt« Die Beschickung erfolgt bis zu einem Druck, der zwischen 0,1 und 15 KPa beträgt, wobei für den Ätzprozeß selbst ein quasistatisches System im Reaktor gehalten wird. Bei Erreichen des Enddruckes wird die Gaszufuhr gestoppt, und der Ätzprozeß wird über die Änderung des Druckes im Reaktor 1 verfolgt. Bei Erreichen eines konstanten Druckes innerhalb eines bestimmten Zeitraumes ist der Ätzprozeß beendet und das Ätzgas oder die Ätzgasreste werden durch mehrmaliges, wenigstens jedoch durch zweimaliges Belüften des Reaktors 1 aus demselben entfernt. Zur Belüftung kann entweder Umgebungsluft oder Stickstoff eingesetzt werden, die über die entsprechenden Gaseinlässe 11; 13 dem Reaktor zugeführt werden. Bei Erreichen des Normaldruckes wird der Substratträger 3 nach Öffnen des Verschlusses 4 entnommen. Durch die Belüftung wird außer der Herstellung des Normaldruckes erreicht, daß dem zum Abpumpen des Ätzgases oder der Ätzgasreste eingesetzten Pumpsystem keine schädigenden Bestandteile zugeführt werden. Eine weitere, vorteilhafte Ausführung des Verfahrens bei einem mit SiO^ behafteten Substratträgers 3 besteht darin, daß der auf eine Temperatur von 400° c erwärmte Reaktor 1 nach Beschickung mit dem Substratträger 3 undThe invention is explained below with reference to an embodiment and a drawing. To carry out the cleaning process of a substrate carrier 3, this is inserted into a pre-heated, tubular reactor 1, which is separated from a coating device, by its closure 4, and is filled with the splatters 6 "; 8 sealed vacuum-tight. Thereafter, the reactor interior is evacuated through the Gasabsaugstutzen 12 and after switching off the vacuum pump through a gas inlet 11 with an etching or Ätzgasgemisch consisting of hydrogen fluoride or a similar means, fed «The charge is carried out to a pressure of between 0.1 and 15 KPa, with a quasi-static system maintained in the reactor for the etching process itself. Upon reaching the final pressure, the gas supply is stopped, and the etching process is monitored by changing the pressure in the reactor 1. Upon reaching a constant pressure within a certain period of time, the etching process is completed and the etching gas or Ätzgasreste be removed by repeated, but at least twice, venting the reactor 1 from the same. For ventilation either ambient air or nitrogen can be used, via the corresponding gas inlets 11; 13 are fed to the reactor. Upon reaching the normal pressure, the substrate carrier 3 is removed after opening the shutter 4. Through the ventilation is achieved in addition to the production of the normal pressure that the pumping system used for pumping the etching gas or Ätzgasreste no harmful components are supplied. A further advantageous embodiment of the method with a substrate carrier 3 containing SiO 2 is that the reactor 1 heated to a temperature of 400 ° C. after being charged with the substrate carrier 3 and
r, -. ; ^ O ^ O - Λ C r, -. ; ^ O ^ O - Λ C
Schließen des Verschlusses 4 etwa 5 Minuten im Normaldruck gehalten wird, um eine schnellere Erwärmung des Substratträgers 3 zu erzielen, lach der genannten Zeit hat der Substratträger 3 die Temperatur des Reaktors 1 angenommen und der Reaktor 1 wird bis zu einem Druck von etwa 1 Pa evakuiert. ITach Abschalten der Vakuumpumpe wird der Reaktor 1 über den vorhandenen Gaseinlaß 11 mit dem Ätzgas beschickt, bis ein Druck von 3 KPa erreicht ist. Die Gaszufuhr wird gestoppt, so daß sich wiederum ein quasistatisches System einstellt. Der Ätzprozeß beginnt sofort mit dem Einleiten des Gases und ist daran zu erkennen, daß nach Beendigung der Gaszufuhr ein allmählicher Druckabfall zu verzeichnen ist. Das Ende des Ätzprozesses wird dadurch kenntlich, daß der Druck im Reaktor 1 nach einer gewissen Zeit konstant auf einem Minimalwert verharrt und somit keine Reaktion mehr stattfindet. Die weiteren Schritte des Verfahrens können somit wie bereits beschrieben, durchgeführt werden.Closing the shutter 4 is held for about 5 minutes under normal pressure to achieve a faster heating of the substrate support 3, lach said time, the substrate carrier 3 has assumed the temperature of the reactor 1 and the reactor 1 is evacuated to a pressure of about 1 Pa , ITach switching off the vacuum pump, the reactor 1 is charged via the existing gas inlet 11 with the etching gas until a pressure of 3 KPa is reached. The gas supply is stopped, so that in turn sets a quasi-static system. The etching process begins immediately with the introduction of the gas and can be seen from the fact that after the completion of the gas supply, a gradual pressure drop is recorded. The end of the etching process is indicated by the fact that the pressure in the reactor 1 remains constant at a minimum value after a certain time and thus no reaction takes place. The further steps of the method can thus be carried out as already described.
Die notwendige Reaktionszeit für die Reinigung eines Substratträgers 3 hängt im wesentlichen von der auf ihm haftenden Schichtdicke, von seiner Oberfläche, vom Volumen des Reaktors 1 und vom Startdruck ab. Bei einer Oberfläche des Substratträgers 3 von beispielsweiseThe necessary reaction time for the cleaning of a substrate support 3 depends essentially on the layer thickness adhering to it, on its surface area, on the volume of the reactor 1 and on the starting pressure. In a surface of the substrate carrier 3 of, for example
12 000 cm beträgt das Volumen des Reaktors 1 etwa 50 Liter. Bei einem Startdruck von 6 KPa und einer Schichtdicke von 10 ,um SiOp ist der Ätzprozeß nach 30 Minuten beendet.12 000 cm, the volume of the reactor 1 is about 50 liters. At a starting pressure of 6 KPa and a layer thickness of 10 to SiOp, the etching process is completed after 30 minutes.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht im wesentlichen aus e-inem rohrförmigen Reaktor 1, dessen Baden 2 im Bedarfsfall eine geschliffene Oberfläche aufweisen. Als Werkstoff für den Reaktor 1 ist vorzugsweise säurefeste Keramik vorgesehen. An der Mantelfläche des Reaktors 1 ist eine elektrische Widerstandsheizung 5 vorgesehen, die wendelförmig angeordnet und mit einer nicht-The device according to the invention consists essentially of e-inem tubular reactor 1, the bath 2 have a ground surface if necessary. As a material for the reactor 1 acid-resistant ceramic is preferably provided. On the lateral surface of the reactor 1, an electrical resistance heater 5 is provided, which is arranged helically and with a non-heating
dargestellten Spannüngsquelle verbunden ist. Die Enden 2 des Reaktors 1 sind mit Planschen 6; 8 verschließbar, indem sie mit Druckringen 7; 9 und Dichtringen 10 in vVirkungsverbindung stehen. Der Flansch 6 ist als Gaseinlaß 11 ausgebildet und weist gleichzeitig einen Verschluß 4 zum Beschicken des Innenraumes des Reaktors 1 mit einem Substratträger 3 sowie für dessen Entnahme auf. Der Plansch 8 ist mit einem weiteren Gaseinlaß 13 sowie einem Gasabsaugstutzen 12 versehen, der mit einem nichtdargestellten Absperrventil sowie einem Vakuumpumpsyst em verbunden ist.connected Spannungsüngsquelle is connected. The ends 2 of the reactor 1 are with splashing 6; 8 closed by pressing with pressure rings 7; 9 and sealing rings 10 are in vVirkirkverbindung. The flange 6 is formed as a gas inlet 11 and at the same time has a closure 4 for charging the interior of the reactor 1 with a substrate carrier 3 and for its removal. The planter 8 is provided with a further gas inlet 13 and a Gasabsaugstutzen 12 which is connected to a non-illustrated shut-off valve and a Vakuumpumpsyst em.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der Vorrichtung ergeben sich insbesondere dadurch, daß die Standzeit der aus Graphit bestehenden Substratträger durch die allseitige Behandlung erhöht und der Substratträger selbst geschont wird. Durch den separaten Reinigungsvorgang kann die Beschichtungsanlage in der gleichen Zeit für die Produktion eingesetzt werden, womit eine Produktivitätssteigerung möglich ist. Des weiteren kann der Verbrauch an Ätzgas bei einer unwesentlichen Steigeruns des Energieverbrauchs durch die Ausbildung eines quasistatischen Systems gesenkt werden.The advantages of the method according to the invention as well as the device result in particular from the fact that the service life of the graphite substrate carrier is increased by the all-round treatment and the substrate carrier itself is spared. Thanks to the separate cleaning process, the coating system can be used for production at the same time, thus increasing productivity. Furthermore, the consumption of etching gas can be reduced with insignificant increases in energy consumption through the formation of a quasi-static system.
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- 1984-07-05 DD DD26493884A patent/DD227560A1/en not_active IP Right Cessation
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Legal Events
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