DE10056257C2

DE10056257C2 - Substrathalter-Tisch und Verfahren für die Sputter-Reinigung eines Substrats

Info

Publication number: DE10056257C2
Application number: DE10056257A
Authority: DE
Inventors: Hsiao-Che Wu
Original assignee: Promos Technologies Inc
Current assignee: Promos Technologies Inc
Priority date: 2000-10-13
Filing date: 2000-11-14
Publication date: 2002-10-17
Anticipated expiration: 2020-11-15
Also published as: US6439244B1; DE10056257A1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung Und ein Verfahren zur Sputter-Reinigung, bei dem die Temperatur des Substrathalter-Tisches gesteuert wird, auf dem ein zu reinigendes Substrat angeord net wird, indem eine Kühlungsflüssigkeit durch den Tisch fließt.

Bei einer herkömmlichen Sputter-(Zerstäubungs)-Reinigungsvorrichtung wird ein Wafer oder ein anderes Substrat auf einer Schicht aus einem Isoliermaterial angeordnet, die auf einem Tisch gebildet ist, der aus einem leitenden Metall gebildet ist. Fig. 1 zeigt eine Draufsicht und Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht einer herkömmlichen Wafer- und Tisch anordnung. Fig. 2 zeigt einen Tisch 10, der eine darauf gebildete Schicht aus einem ersten Isoliermaterial aufweist. Eine Schicht aus einem zweiten Isoliermaterial 12 ist an der Seitenwand und der Unterseite des Tisches 10 gebildet. Ein Wafer 10 oder ein an deres Substrat, das durch Sputtern gereinigt werden soll, ist auf der Schicht aus dem ersten Isoliermaterial 14 angeordnet. Siliciumzapfen 32 erstrecken sich durch den zweiten Isolator 12 in den Tisch 14 hinein und wirken als eine Hochfrequenz- Leistungsantenne. Entnahmeöffnungen 42 für das Substrat ermöglichen, dass Stangen eingeführt werden können, um das Substrat 16 zu entfernen, nachdem das Reinigen abgeschlossen worden ist. Fig. 1 zeigt die Draufsicht auf die Tisch- und Waferanord nung. Die Schnittansicht, die in Fig. 2 gezeigt ist, verläuft entlang der Linie 2-2' der Fig. 1.

Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Wafer 16 ist gegenüber dem Metalltisch 16 durch die Schicht aus dem ersten Isoliermaterial 14 isoliert, und der Tisch 10 ist durch den zweiten Isolator 12 so isoliert, dass während der Sputter-Reinigung des Wafers 16 die Wafer temperatur sehr hoch werden kann. Diese erhöhte Wafertemperatur hat unerwünschte Wirkungen bei späteren Verarbeitungsschritten.

US Patent Nr. 6,077,353 von Al-Sharif u. a. beschreibt einen Tischisolator für eine Vor reinigungskammer. Die in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung weist die im O berbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale auf.

Bei den in EP 0601 788 B1 und US Patent Nr. 4,771,730 US beschriebenen Vorrichtun gen befinden sich im Unterschied zur vorliegenden Erfindung alle Bereiche/Teile des Substrathalters außerhalb der Kammer, mit Ausnahme der Substrathalteroberfläche, die einen Abschnitt der Kammerinnenwand bildet.

US Patent Nr. 6,033,482 von Parkhe beschreibt ein Verfahren zum Entzünden eines Plasmas in einer Plasmaverarbeitungskammer, wobei eine Plasmakammer mit einem Tisch gezeigt ist.

US Patent Nr. 6,081,414 von Flanigan u. a. beschreibt eine Vorrichtung zum Belasten und Halten eines Werkstücks in einem Verarbeitungsvorrichtung. Die Vorrichtung um fasst einen Tisch, ein Andruckteil und eine Elektrode zwischen dem Tisch und dem An druckteil. Der Andruckteil ist ein elektrostatisches Spannfutter, um das Werkstück zu halten. Die Elektrode kann als eine Kühlplatte für das Andruckteil dienen.

US Patent Nr. 6,090,246 von Leiphart beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen von neutralen Gasmolekülen, die von einem Ziel während einer Sputter- Abscheidung reflektiert worden sind. Leiphart beschreibt eine Kühlvorrichtung, zeigt sie aber nicht, wie eine wassergekühlte Rückplatte, um das Zielmaterial während des Sput ter-Vorgangs zu kühlen.

US Patent Nr. 6,077,404 von Wang u. a. beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zurückfließen einer Materialschicht.

In einer Sputter-Reinigungsvorrichtung bildet ein Tisch 10, der aus einem leitenden Me tall hergestellt ist, eine leitende Fläche unterhalb des Wafers 16, so dass die Sputter- Reinigung ausgeführt werden kann, vgl. Fig. 2. Der Wafer 16 ist gegenüber dem leiten den Tisch 10 durch eine Schicht aus einem ersten Isoliermaterial 16 isoliert, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Bei dieser Anordnung steigt die Temperatur des Tisches und des Wa fers mit fortlaufendem Reinigen, weil es keinen Weg gibt, die Wärmeenergie von dem Tisch und dem Wafer abzuleiten. Dieser Temperaturanstieg kann Verarbeitungsschwie rigkeiten bewirken. Insbesondere fördert bei der Abscheidung einer Schicht aus Ti/Al/ TiN eine übermäßige Temperatur während des Reinigens die Bildung von TiAl, wodurch sich Hohlraumbildungen in der Struktur ergeben können.

Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zum Sputter-Reinigen eines Sub strats, wie eines Wafers, bereitzustellen, bei dem der Tisch gekühlt und die Temperatur des Tisches gesteuert wird.

Es ist ferner eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Vorrichtung zum Kühlen des Tisches und zum Steuern der Temperatur des Tisches während der Sputter-Reinigung eines Substrats, wie eines Wafers, bereitzustellen, die ganz allgemein eine größere Variabilität hinsichtlich der einstellbaren Sputterbedingungen ermöglicht.

Diese Aufgaben werden die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. das Verfahren mit den in Anspruch 11 angegebenen Schritten gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteran sprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, in denen

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine herkömmliche Substrattischanordnung zeigt.

Fig. 2 eine Schnittansicht, die entlang der Linie 2-2' in Fig. 1 verläuft, einer her kömmlichen Substrattischanordnung zeigt.

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Sputter-Reinigungsvorrichtung zeigt, die einen Tisch dieser Erfindung zeigt.

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Substrattischanordnung für den Tisch dieser Erfin dung zeigt.

Fig. 5 eine Schnittansicht der Substrattischanordnung dieser Erfindung zeigt, die entlang der Linie 5-5' in Fig. 4 verläuft.

Fig. 6 eine horizontale Schnittansicht der Substrattischanordnung für den Tisch dieser Erfindung zeigt, die entlang der Linie 6-6' der Fig. 5 verläuft.

Fig. 7 eine horizontale Schnittansicht der Substrattischanordnung für den Tisch dieser Erfindung zeigt, die entlang der Linie 7-7' der Fig. 5 verläuft.

Es wird nun auf die Fig. 3-7 zur ausführlichen Beschreibung der Vorrichtung und des Verfahrens dieser Erfindung Bezug genommen. Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Sputter-Reinigung. Die Sputter-Reinigungsvorrichtung weist eine Quarzkuppel 50 auf einer Basis 51 auf, die die Bauteile der Sputter-Reinigungsvorrich tung so umgibt, dass der Druck der Sputter-Reinigungsvorrichtung gesteuert werden kann. Eine Vakuumpumpe 52 ist durch die Basis 51 hindurch verbunden und schafft ein Mittel zur Druckregelung der Sputter-Reinigungsvorrichtung. Die Sputter-Reinigungsvor richtung weist Spulen 54 auf, die verwendet werden, um ein Plasma in der Sputter-Rei nigungsvorrichtung hervorzurufen.

Der Hauptteil der Vorrichtung dieser Erfindung ist ein Tisch 18, auf dem das Substrat 16 angeordnet wird, das einer Sputter-Reinigung unterzogen wird. Der Tisch 18 ist aus ei nem leitenden Metall gebildet, wie nichtrostendem Stahl ("rostfreiem Stahl"), Aluminium legierung oder Titan, und bildet eine leitende Oberfläche unter einem Substrat, um den Sputter-Reinigungsvorgang zu erleichtern. Eine Schicht aus einem ersten isolierenden Material 14, wie Quarz, ist auf der oberen Fläche des Tisches 18 gebildet. Eine Schicht aus einem zweiten Isoliermaterial 20, wie Quarz, ist auf der Seitenwand des Tisches 18 gebildet, wobei sie einen Isolierring bildet. Ein Tragmechanismus 26, in diesem Fall Me tallstäbe, ist an der Unterfläche des Tisches 18 befestigt und geht durch die Basis 51 hindurch. Der Tragmechanismus 26 kann den Tisch 18 in der vertikalen Richtung bewe gen. Hebestangen 70 gehen durch Öffnungen in dem Tisch 18 hindurch, um das Substrat 16 von dem Tisch 18 anzuheben.

Eine Einlassleitung 22 und eine Auslassleitung 24 gehen auch durch die Basis 51 hin durch. Ein ersten Balgen 28 ist mit einem Ende an der Unterfläche des Tisches 18 und mit dem anderen Ende an einem Flansch 30 befestigt, der an der Basis 51 angebracht ist. Der erste Balgen 28 und der Flansch 30 liefern eine Vakuumdichtung um den Be reich herum, in dem der Tragmechanismus 26, die Einlassleitung 22 und die Auslass leitung 24 durch die Basis 51 hindurchgehen. Der erste Balgen 28 und der Flansch 30 ermöglichen dem Tragmechanismus 26 auch, den Tisch 18 in der vertikalen Richtung zu bewegen, während eine Vakuumdichtung beibehalten wird. Die Hebestangen 70 sind an einer Hebestangenbetätigungsvorrichtung 71 befestigt, die durch die Basis 51 hin durchgeht. Ein zweiter Balgen 72 hält eine Vakuumdichtung um den Bereich herum auf recht, in dem die Hebestangenbetätigungsvorrichtung 71 durch die Basis 51 hindurch geht, und ermöglicht der Hebestangenbetätigungsvorrichtung 71 und den Hebestangen 70, sich in der vertikalen Richtung zu bewegen.

Der Tisch 18 wird nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die Fig. 4-7 beschrieben. Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf den Tisch mit einem Substrat 16, wie einem Wafer mit einer integrierten Schaltung, das auf der Schicht aus dem ersten Isoliermaterial 14 an geordnet ist. Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht des Tisches 18, die entlang der Linie 5-5' der Fig. 4 verläuft. Fig. 5 zeigt die Schicht aus dem ersten Isoliermaterial 14, bspw. Quarz, die auf der oberen Fläche 17 des Tisches gebildet ist. Eine Schicht aus dem zweiten Isoliermaterial 20, bspw. Quarz, ist auf der Seitenwand 21 des Tisches 18 gebil det und bildet einen Isolierring um die Seitenwand 21 des Tisches 18 herum. Der Flansch 30, der Balgen 28 und der Tragmechanismus 26 sind von der Art, wie sie vor hergehend unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert wurde.

Der Hauptteil des Tisches ist ein Kühlkanal, der durch die Bezugszeichen 34, 36, 38 und 40 angegeben ist und im Inneren des Tisches 18 gebildet ist und durch den Kühlflüssig keit, bspw. Kühlwasser, fließt. Der Kühlkanal ist mit einem Ende der Einlassleitung 22 und einem Ende der Auslassleitung 24 verbunden. Die Einlassleitung 22 und die Aus lassleitung 24 gehen durch die Unterfläche 19 des Tisches 18 hindurch, um den Kühlkanal in einer Weise zu verbinden, die ausführlicher später beschrieben ist. Eine Anzahl von Substratentnahmeöffnungen in dem Tisch 42, von denen eine in Fig. 5 gezeigt ist, erlauben, dass Stangen eingeführt werden, um das Substrat 16 zu entnehmen, nach dem die Reinigung abgeschlossen worden ist. Eine Anzahl von Siliciumzapfen 32, von denen einer in Fig. 5 gezeigt ist, erstreckt sich durch den Isolierring 20, durch die Sei tenwand 21 des Tisches 18 und in den Tisch 18 hinein und wirkt als eine Hochfrequenz- Leistungsantenne.

Eine Einzelheit des Kühlkanals ist ausführlicher in Fig. 6 gezeigt. Fig. 6 ist eine horizon tale Schnittansicht des Tisches 18, die entlang der Linie 6-6' der Fig. 5 verläuft. Fig. 6 zeigt den Tisch 18, den Isolierring 20 und drei Substratentnahmeöffnungen 42. Der Kühlkanal ist aus einer Anzahl, bspw. vier, von konzentrischen, verbundenen Nebenka nälen 34, 36, 38 und 40 gebildet. Der innerste Nebenkanal 34 ist mit einem Ende der Einlassleitung 22 verbunden. Der äußerste Nebenkanal 40 ist mit einem Ende der Aus lassleitung 24 verbunden. Kühlflüssigkeit fließt durch die Einlassleitung 22 in den in nersten Nebenkanal 34, in den zweiten Nebenkanal 36, in den dritten Nebenkanal 38, in den äußersten Nebenkanal 40 und in die Auslassleitung 24.

Die Auslassleitung 24 führt die Kühlflüssigkeit und die Wärme, die die Kühlflüssigkeit von dem Tisch 18 mitgenommen hat, aus dem Tisch 18 und aus der Sputter-Reini gungsvorrichtung durch die Basis 51 hinaus, wie in Fig. 3 gezeigt. Auf diese Weise wird die Wärme, die in dem Tisch 18 durch den Sputter-Reinigungsvorgang erzeugt wurde, aus dem Tisch 18 entfernt, und die Temperatur des Tisches kann gesteuert werden.

Das in Fig. 6 gezeigte Beispiel zeigt einen Kühlkanal, der aus konzentrischen, miteinan der verbundenen Nebenkanälen hergestellt ist. Der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennt ohne weiteres, dass andere Kühlkanalformen verwendet werden kön nen, wie eine radiale Form oder eine andere geeignete Form, die Kühlflüssigkeit durch den Tisch hindurchführt, so dass Wärme von dem Tisch entfernt werden kann. Wie in dem Fall der konzentrischen, miteinander verbundenen Nebenkanäle führt die Einlass leitung 22 die Kühlflüssigkeit dem Kühlkanal zu, und die Auslassleitung 24 führt die Kühlflüssigkeit und die Wärme, die die Kühlflüssigkeit von dem Tisch 18 entfernt hat, aus dem Kühlkanal ab.

Fig. 7 zeigt eine horizontale Schnittansicht des Tisches, die entlang der Linie 7-7' der Fig. 5 verläuft. Fig. 7 zeigt drei Siliciumzapfen 32, von denen jeder als eine Hochfre quenz-Leistungsantenne wirkt. Fig. 7 zeigt drei Substratentnahmeöffnungen 42. Fig. 7 zeigt auch die Einlassleitung 22 und die Auslassleitung 24.

Während der Sputter-Reinigung eines Substrats, wie einer Sputter-Reinigung eines Wafers mit einer integrierten Schaltung, wird das Substrat auf dem Tisch angeordnet. Kühlflüssigkeit, bspw. Kühlwasser, fließt dann durch den Kühlkanal in den Tisch 18, um von dem Tisch Wärme zu entfernen und eine Temperatursteuerung des Tisches auf rechtzuerhalten. Diese hält auch die Temperatursteuerung des Substrats aufrecht, das durch Sputtern behandelt wird. Der Kühlkanal, der innerhalb des Tisches gebildet ist, schafft selbst eine verbesserte Temperatursteuerung. Der Tisch stellt eine leitende Flä che unter dem Substrat für den Sputter-Reinigungsvorgang bereit.

Claims

1. Sputter-Reinigungsvorrichtung, umfassend:
eine Vakuumkammer mit einer äußeren Umhüllung (50, 51),
einen Substrathalter aus einem leitenden Metall, der eine untere Fläche, eine o bere Fläche und eine Seitenwand aufweist,
eine Schicht aus einem ersten Isoliermaterial (14) auf der oberen Fläche des Substrathalters (18),
eine Schicht aus einem zweiten Isoliermaterial (20) auf der Seitenwand (21) des Substrathalters (18), wodurch eine Isolierring auf der Seitenwand gebildet ist,
einen Kühlkanal (34, 36, 38, 40), der ein Einlassende und ein Auslassende auf weist, die in dem Substrathalter (18) gebildet sind, wodurch die Substrathalter temperatur gesteuert werden kann, indem Kühlflüssigkeit durch den Kühlkanal hindurchfließt,
eine Einlassleitung (22), wobei ein Ende der Einlassleitung mit dem Einlassende des Kühlkanals verbunden ist,
eine Auslassleitung (24), wobei ein Ende der Auslassleitung mit dem Auslassen de des Kühlkanals verbunden ist und die Auslassleitung (24) durch die äußere Umhüllung (50, 51) der Vakuumkammer hindurchgeht,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Substrathalter (18) sich innerhalb der äußeren Umhüllung (50, 51) der Vaku umkammer befindet,
die Einlassleitung (22) und die Auslassleitung (24) durch die äußere Umhüllung (50, 51) der Vakuumkammer hindurchgehen,
ein vertikal verstellbarer Tragemechanismus (26) vorgesehen ist, der an der un teren Fläche des Substrathalters (18) angebracht ist, wobei der Tragemechanis mus (26) durch die äußere Umhüllung (50, 51) der Vakuumkammer hindurch geht, und
Mittel zum Aufrechthalten einer Vakuumdichtung in dem Bereich vorgesehen sind, in dem die Einlassleitung (22), die Auslassleitung (24) und der Tragmecha nismus (26) durch die äußere Umhüllung (50, 51) der Vakuumkammer hindurch gehen.

2. Sputter-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, in welcher das erste Isolierma terial (14) Quarz ist.

3. Sputter-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, in welcher das zweite Isolier material (14) Quarz ist.

4. Sputter-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, in welcher die Kühlflüssigkeit Wasser ist.

5. Sputter-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, in welcher der Kühlkanal eine Anzahl miteinander verbundener, konzentrischer Nebenkanäle (34, 36, 38, 40) umfasst.

6. Sputter-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, in welcher eine Anzahl leitender Zapfen (32) vorgesehen ist, die sich durch den Isolierring, durch die Seitenwand des Substrathalters (18) und in den Substrathalter hinein erstrecken, wobei die leitenden Zapfen als Hochfrequenz-Leistungsantenne dienen.

7. Sputter-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, in welcher ein Wafer für eine integrierte Schaltung auf der Schicht aus erstem Isoliermaterial angeordnet ist.

8. Sputter-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, in welcher eine Kühlflüssig keitsquelle mit der Einlassleitung (22) außerhalb der Vakuumkammer verbindbar ist.

9. Sputter-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, in welcher ein Kühlflüssigkeit sauslass mit der Auslassleitung außerhalb der Vakuumkammer verbindbar ist.

10. Sputter-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, in welcher der Tragmechanis mus Metallstangen (26) umfasst, die an der Unterseite des Substrathalters (18) befestigt sind, wodurch der Substrathalter anhebbar und absenkbar ist.

11. Sputter-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, in welcher die Mittel zum Auf rechterhalten einer Vakuumdichtung einen Flansch (30) und einen Balgen (28) umfassen, die so befestigt sind, dass eine Vakuumdichtung zwischen der Unter seite des Substrathalters (18) und der äußeren Umhüllung (50, 51) der Vakuum kammer gebildet ist.

12. Verfahren zur Sputter-Reinigung eines Substrats mit einer Sputter- Reinigungsvorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit den Schritten:
Anordnen des Substrats auf der Schicht aus dem ersten Isoliermaterial (14), und
Sputter-Reinigen des Substrats, während Kühlflüssigkeit durch den Kühlkanal fließt, wodurch die Temperatur des Substrathalters während der Sputter- Reinigung gesteuert wird.