DE10143719B4 - Plasmaätzanlage mit einer Lagerungsvorrichtung für einen Wafer - Google Patents

Plasmaätzanlage mit einer Lagerungsvorrichtung für einen Wafer Download PDF

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Abstract

Plasmaätzanlage zur Herstellung von Halbleiter-Bauelementen aus einem Wafer, mit einer Lagerungsvorrichtung für einen Wafer, die – eine Elektrode, – einen elektrostatischen, mit der Elektrode verbundenen Chuck zum Halten des Wafers, – einen Abdeckring, der den elektrostatischen Chuck derart umgibt, dass die Elektrode gegenüber einem zum Ätzen des Wafers in der Plasmaätzanlage erzeugten Plasma abgedeckt ist – ein Mittel (32) zur Erfassung der räumlichen Lage des Wafers (1), – ein Mittel (31) zur Bewegung des Wafers (1) in eine Bearbeitungsposition und – ein Datenverarbeitungsmittel aufweist, wobei das Datenverarbeitungsmittel das Mittel (31) zur räumlichen Lageänderung des Wafers (1) in Abhängigkeit von den erfassten Daten des Mittels zur Lageerfassung (32) steuert, der Wafer durch das Mittel (31) zur räumlichen Lageänderung des Wafers (1) vertikal und/oder horizontal relativ zum elektrostatischen Chuck (4) bewegbar ist, und das Mittel (31) zur räumlichen Lageänderung des Wafers...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Plasmaätzanlage mit einer Lagerungsvorrichtung für einen Wafer.
  • Bei der Herstellung von Halbleiter-Bauelementen werden Wafer häufig in Plasmaätzanlagen bearbeitet. Dabei werden die Wafer auf einer Unterlage gelagert, in der auch eine Elektrode (Chuck) angeordnet ist.
  • Zusammen mit einer weiteren Elektrode wird mit einer Hochfrequenzspannungsquelle ein Plasma erzeugt, durch das Strukturen für Halbleiter-Bauelemente auf den Wafern geätzt werden können.
  • Bei einer solchen Anlage werden die Wafer in der Regel von einem elektrostatischen Chuck (ESC) gehalten, der wiederum mechanisch mit der Elektrode verbunden ist.
  • Ein Abdeckring (auch „focus ring” genannt) deckt metallische Teile der Elektrode gegenüber dem Plasma ab. Dadurch soll verhindert werden, dass die metallischen Teile der Elektrode durch das Plasma geätzt werden. Durch diese unbeabsichtigte Ätzung würde die Plasmaätzkammer durch metallische Partikel kontaminiert werden. Auch dient der Abdeckring der Homogenisierung der Ätzrate, da er für einen gleichmäßigen Abschluß der Elektrode zum Plasma hin sorgt.
  • Dabei ist der Abdeckring in der Regel so ausgebildet, dass ein Spalt als Freiraum zum Wafer bestehen bleibt. Weiterhin bildet sich ein Freiraum unterhalb des Wafers, da dieser über den elektrostatischen Chuck ragt.
  • In dem Freiraum zwischen Wafer und Abdeckring bzw. im Freiraum unterhalb des Wafers kann es zu einer unerwünschten Zündung des Plasmas kommen. Dabei kommt es vor, dass unterhalb oder am Waferrand unkontrolliert Silizium geätzt wird und sogenanntes „black silicon” entsteht. Auch kann es zu Entladungen im Bereich des Randes des elektrostatischen Chucks oder neben dem elektrostatischen Chuck kommen; dem sogenannten „arcing”. Auch wird der Waferrand bei einer solchen Ausgestaltung thermisch erheblich belastet.
  • Aus der DE 298 13 326 U1 ist eine Plasmaätzanlage mit einer Lagerungsvorrichtung für einen Wafer bekannt, wobei zwischen Wafer und dem umgebenden Abdeckring nur ein kleiner Spalt besteht. Die Maße dieses Spalts sind von der Positionierungsgenauigkeit eines Robotersystems abhängig, das den Wafer auf die Lagerungsvorrichtung befördert.
  • Die US-A 5,868,848 beschreibt u. a. eine Plasmaätzvorrichtung, bei der ein Wafer im Wesentlichen die gleiche Form wie ein Chuck hat, auf den der Wafer gelagert ist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Plasmaätzanlage mit einer Lagerungsvorrichtung für einen Wafer zu schaffen, bei denen insbesondere die thermische Belastung des Wafers und das arcing vermindert wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Plasmaätzanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Durch eine Lagerungsvorrichtung mit Mitteln zur Erfassung der räumlichen Lage des Wafers und ein dadurch gesteuertes Mittel zur Bewegung des Wafers in eine Bearbeitungsposition, bei der der Rand des Wafers im wesentlichen bündig mit einem unter dem Wafer angeordneten elektrostatischen Chuck ist, wird ein besonders günstiger Stromfluss erreicht. Durch die bündige Anordnung wird die thermische Belastung gesenkt. Durch die geringere Stromdichte wird auch die Gefahr des arcing gemindert.
  • Das Mittel zur Lageänderung des Wafers ist in Abhängigkeit von den Daten des Mittels zur Lageerfassung steuerbar.
  • Die Lagerungsvorrichtung weist ein Mittel zur räumlichen Lageänderung des Wafers auf, so dass der Wafer vertikal und/oder horizontal relativ zum elektrostatischen Chuck bewegbar ist. Damit kann der Wafer zielgenau auf dem elektrostatischen Chuck abgesetzt werden, so dass die Ränder bündig liegen.
  • Das Mittel zur räumlichen Lageänderung des Wafers weist mindestens eine Kugel zur horizontalen Bewegung des Wafers auf. Eine Kugel kann in einfacher Weise dazu dienen, die Lage des Wafers relativ zum elektrostatischen Chuck einzustellen. Durch einen vertikalen Absenkungsmechanismus der Kugel wird der Wafer auf dem elektrostatischen Chuck abgesetzt.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Mittel zur räumlichen Lageänderung des Wafers mindestens einen Liftpin aufweist, der vertikal und horizontal beweglich ist. Insbesondere durch die horizontale Beweglichkeit ist eine genaue Einstellung der Waferposition möglich.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn das Mittel zur räumlichen Lageänderung des Wafers ein Haltemittel für den Wafer auf der dem elektrostatischen Chuck entgegengesetzten Seite aufweist. Damit kann der Wafer von oben genau auf den elektrostatischen Chuck aufgesetzt werden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Mittel zur Lagerungserfassung des Wafers ein optisches System mit einer Kamera und/oder ein Lasersystem auf. Mit diesen Mitteln läßt sich die Position des Wafers relativ zum elektrostatischen Chuck mit hoher Genauigkeit bestimmen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umgibt ein Abdeckring für eine Elektrode den elektrostatischen Chuck im wesentlichen spaltfrei. Dabei wird ein Kontakt des Plasmas mit der Elektrode verhindert.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Schnittansicht einer Lagerungsvorrichtung einer vorbekannten Plasmaätzanlage;
  • 2 eine schematische Schnittansicht einer Lagerungsvorrichtung einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform der Plasmaätzanlage;
  • 3 eine schematische Ansicht einer Lagerungsvorrichtung einer erfindungsgemäßen Plasmaätzanlage;
  • 4 ein Simulationsergebnis für einen Stromfluß in einem Wafer, der über einen elektrostatischen Chuck hinausragt;
  • 5 ein Simulationsergebnis für einen Stromfluß in einem Wafer, der bündig mit einem elektrostatischen Chuck abschließt.
  • In 1 ist der äußere Rand einer drehsymmetrischen Lagerungsvorrichtung für einen Wafer 1 in einer Plasmaätzanlage dargestellt. Manchmal sind in einer Plasmaätzanlage eine Vielzahl solcher Lagerungsvorrichtungen für Wafer angeordnet, so dass viele Wafer parallel mit Plasma 20 geätzt werden können.
  • Der Wafer 1 wird in der Bearbeitungsposition von einem elektrostatischen Chuck 4 gehalten, der auf der Elektrode 3 (auch „Chuck” genannt) liegt.
  • Der im wesentlichen runde Wafer 1 wird an seinem Umfang von einem Abdeckring 2 umgeben, der Plasma 20 von der Elektrode 3 fernhalten soll.
  • Zwischen dem Wafer 1, dem Abdeckring 2, dem elektrostatischen Chuck 4 und der Elektrode 3 existiert ein Freiraum 11. Dieser Freiraum 11 entsteht, da der Wafer 1 rings etwas über den elektrostatischen Chuck 4 hinausragt, so dass sich unterhalb des Wafers 1 ein Teil des Freiraums 11 bildet. Ein weiterer Teil des Freiraums 11 bildet sich aufgrund des Spaltes zwischen Wafer 1 und Abdeckring 2.
  • Der Freiraum 11 wird in allen Figuren zur Verdeutlichung durch eine besonders dichte Schraffierung hervorgehoben, was nicht bedeutet, dass dieser Freiraum 11 mit einem festen Material ausgefüllt ist.
  • Das Plasma 20 kann in diesen Freiraum 11 eindringen und sich entzünden. Dies kann dann zu Kontamination der Ätzkammer und zu einer erhöhten thermischen Belastung des Wafers 1 führen.
  • Dies wird durch eine Plasmaätzanlage mit einer Lagerungsvorrichtung für einen Wafer verhindert, die in 2 dargestellt ist.
  • Diese Ausführungsform weist grundsätzlich den gleichen Aufbau auf, wie die in 1 dargestellte Vorrichtung, so dass auf diese Beschreibung Bezug genommen werden kann.
  • Der Wafer 1 ist hier im wesentlichen bündig mit dem darunterliegenden elektrostatischen Chuck 4 angeordnet. Dies bedeutet, das der Wafer 1 nicht über den Rand des elektrostatischen Chucks 4 hinausragt und der elektrostatische Chuck 4 aber auch vollständig von dem Wafer 1 bedeckt ist (d. h. das Plasma 20 hat in der Bearbeitungsposition des Wafers keinen direkten Kontakt mit dem elektrostatischen Chuck 4).
  • Der Abdeckring 2 umschließt den elektrostatischen Chuck 4 im wesentlichen spaltfrei, so dass ein direkter Kontakt des Plasmas 20 mit der Elektrode 3 verhindert wird.
  • In 2 ist ein Liftpin als Mittel 31 zur räumlichen Lageänderung des Wafers als Waferpositioniersystem schematisch eingezeichnet. Die Funktionsweise wird in 3 näher erläutert.
  • In 3 sind beispielhaft drei Liftpins 31 für den Wafer 1 darstellt, die aus dem elektrostatischen Chuck 4 in vertikaler Richtung bewegbar sind. Damit kann der Wafer 1 in an sich bekannter Weise vom elektrostatischen Chuck abgehoben werden. Zusätzlich sind zumindest einige Liftpins 31 auch horizontal um ca. 1 mm beweglich ausgebildet, um den Wafer 1 so horizontal positionieren zu können, damit sein Rand im wesentlichen bündig mit dem darunterliegenden elektrostatischen Chuck 4 zu liegen kommt.
  • Damit diese genaue Positionierung ermöglicht wird, wird hier eine Kamera 32 als Mittel zur Erfassung der räumlichen Lage des Wafers verwendet.
  • Damit kann ermittelt werden, ob der Wafer 1 sich relativ zum elektrostatischen Chuck 4 in der korrekten Lage befindet. Die Kamera 32 ist mit einer hier nicht dargestellten Datenverarbeitungsanlage verbunden, die die von der Kamera 32 erfassten Daten z. B. mit einer Bilderkennungssoftware verarbeitet und die Liftpins 31 entsprechend steuert. Ist die richtige Bearbeitungsposition für den Wafer 1 erreicht, werden die Liftpins 31 abgesenkt, so dass der Wafer 1 auf dem elektrostatischen Chuck 4 aufliegt.
  • Anstelle der Kamera 32 kann auch ein Laser oder eine anderes Lageerfassungssystem eingesetzt werden. Damit ist es möglich die Lage des Wafers auf weniger als 1/10 mm genau zu erfassen und ggf. zu steuern.
  • In alternativen Ausführungsformen weist das Mittel zur Lageänderung des Wafers 1 Haltemittel auf, die den Wafer 1 von oben (d. h. auf der dem elektrostatischen Chuck 4 entgegengesetzten Seite) halten. Die Positionierung zur Erreichung der bündigen Anordnung von Wafer 1 und elektrostatischen Chuck 4 erfolgt dann analog der oben beschrieben Weise.
  • Unterhalb des Wafers 1 ist mindestens eine Kugel, ggf. mit einem vertikalen Bewegungsmechanismus angeordnet, die mit dem Wafer 1 in Kontakt bringbar ist. Durch Drehbewegungen der Kugel kann der Wafer 1 dann in die gewünschte Position, d. h. die bündige Anordnung mit dem elektrostatischen Chuck gebracht werden.
  • In 4 und 5 werden Simulationsergebnisse dargestellt, die die Wirkung der Erfindung zeigen sollen. Dabei handelt es sich um die Simulation der hochfrequenten Ströme im Bereich des Randes des Wafers.
  • Dazu wird in 4 und 5 ein Ausschnitt des Waferrandes dargestellt, wobei zur Verdeutlichung der Wafer 1, die Elektrode 3, der Abdeckring 2 und der elektrostatische Chuck 4 gekennzeichnet sind. Der Abdeckring ist hierbei aus SiO2 gefertigt.
  • In 4 wird die Situation dargestellt, bei der der Wafer 1 über den elektrostatischen Chuck 4 hinausragt. Der über den Rand „eingefangene” Hochfrequenzstrom muss über die untere Ecke der Elektrode 3 abfließen, was zu einer erheblichen Dissipation und damit thermischen Belastung des Wafers führt. Auch kann es zu Potentialänderungen in diesem Bereich kommen, was ein Arcing begünstigen könnte. Der maximale Wert der Stromdichte liegt bei 0,325 A/cm2.
  • In 5 wird der Stromfluss simuliert, wenn der Wafer 1 mit dem elektrostatischen Chuck 4 im wesentlichen bündig abschließt. Die Simulation zeigt, das die maximale Stromdichte um etwa einen Faktor 10 geringer ist als bei dem in 4 dargestellten Fall. Die maximale Stromdichte beträgt 0,032 A/cm2. Dadurch wird die thermische Belastung deutlich gesenkt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Wafer
    2
    Abdeckring (focus ring)
    3
    Elektrode (chuck)
    4
    Elektrostatischer Chuck
    11
    Freiraum
    20
    Plasma
    31
    Mittel zur räumlichen Lageänderung des Wafers
    32
    Mittel zur Lageerfassung des Wafers

Claims (5)

  1. Plasmaätzanlage zur Herstellung von Halbleiter-Bauelementen aus einem Wafer, mit einer Lagerungsvorrichtung für einen Wafer, die – eine Elektrode, – einen elektrostatischen, mit der Elektrode verbundenen Chuck zum Halten des Wafers, – einen Abdeckring, der den elektrostatischen Chuck derart umgibt, dass die Elektrode gegenüber einem zum Ätzen des Wafers in der Plasmaätzanlage erzeugten Plasma abgedeckt ist – ein Mittel (32) zur Erfassung der räumlichen Lage des Wafers (1), – ein Mittel (31) zur Bewegung des Wafers (1) in eine Bearbeitungsposition und – ein Datenverarbeitungsmittel aufweist, wobei das Datenverarbeitungsmittel das Mittel (31) zur räumlichen Lageänderung des Wafers (1) in Abhängigkeit von den erfassten Daten des Mittels zur Lageerfassung (32) steuert, der Wafer durch das Mittel (31) zur räumlichen Lageänderung des Wafers (1) vertikal und/oder horizontal relativ zum elektrostatischen Chuck (4) bewegbar ist, und das Mittel (31) zur räumlichen Lageänderung des Wafers (1) mindestens eine Kugel zur horizontalen Bewegung des Wafers (1) aufweist, um den Wafer (1) so auf dem elektrostatischen Chuck (4) anzuordnen, dass der Rand des Wafers (1) im wesentlichen bündig mit dem elektrostatischen Chuck (4) abschließt.
  2. Plasmaätzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (31) zur räumlichen Lageänderung des Wafers (1) mindestens einen Liftpin (31) aufweist, der vertikal und horizontal beweglich ist.
  3. Plasmaätzanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (31) zur räumlichen Lageänderung des Wafers (1) ein Haltemittel für den Wafer (1) auf der dem elektrostatischen Chuck (4) entgegengesetzten Seite aufweist.
  4. Plasmaätzanlage nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dass das Mittel (32) zur Lagerungserfassung des Wafers (1) ein optisches System mit einer Kamera und/oder ein Lasersystem aufweist.
  5. Plasmaätzanlage nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckring (2) für eine Elektrode (3) den elektrostatischen Chuck (4) im wesentlichen spaltfrei umgibt.
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