DE102005001651A1

DE102005001651A1 - Ätzanlage

Info

Publication number: DE102005001651A1
Application number: DE200510001651
Authority: DE
Inventors: Uwe Koeckritz
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2005-01-10
Filing date: 2005-01-10
Publication date: 2006-07-20

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ätzanlage (10) mit einer Prozesskammer (20), in der sich Gegenstände, beispielsweise Halbleiterwafer, insbesondere Siliziumwafer, ätzen lassen. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ätzanlage anzugeben, bei der ein Auftreten von Verunreinigungen in der Prozesskammer weitgehend vermieden wird. DOLLAR A Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Prozesskammer (20) innenwandseitig mit zumindest einem ringförmigen Kammerteil (30, 40) aus Keramikmaterial verkleidet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ätzanlage mit einer Prozesskammer, in der sich Gegenstände, beispielsweise Halbleiterwafer, insbesondere Siliziumwafer, ätzen lassen.

Derartige Ätzanlagen sind allgemein beispielsweise aus der Siliziumtechnologie bekannt. Bisherige kommerziell erhältliche Ätzanlagen weisen Prozesskammern aus Aluminium auf. Um zu verhindern, dass während des Ätzprozesses die Aluminiumwand der Prozesskammer durch das verwendete Ätzmittel angegriffen wird, ist die Aluminiumprozesskammer üblicherweise mit einer Schutzschicht versehen. Bei dieser Schutzschicht handelt es sich beispielsweise um anodisiertes Aluminium mit einer Schichtdicke von z. B. 60 μm.

Zwar schützt die erwähnte Schutzschicht die Aluminiumprozesskammer für eine zeitlang vor dem in der Prozesskammer während des Ätzvorganges vorhandenen Ätzmittels, jedoch ist die Lebensdauer der Schutzschicht im Allgemeinen nicht sehr groß: Dies führt dazu, dass es nach einer gewissen Betriebsdauer trotz der Schutzschicht zu einem Angriff der Aluminiumprozesskammer kommt; durch den Ätzangriff bilden sich Aluminiumverbindungen, wie beispielsweise Aluminiumflocken, die sich auf dem zu ätzenden Gegenstand, beispielsweise Siliziumwafern, abscheiden und Verunreinigungen bilden, die sich nur schwer entfernen lassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ätzanlage anzugeben, bei der das Auftreten derartiger Verunreinigungen vermieden, zumindest deutlich reduziert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ätzanlage mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Ätzanlage sind in Unteransprüchen angegeben.

Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Prozesskammer der Ätzanlage innenwandseitig mit zumindest einem ringförmigen Kammerteil aus Keramikmaterial verkleidet ist.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Ätzanlage ist darin zu sehen, dass Verunreinigungen auf dem zu ätzenden Gegenstand während des Ätzvorganges sehr zuverlässig verhindert werden, weil die Prozesskammer innenwandseitig mit einem ringförmigen Keramikteil ausgekleidet ist. Im Unterschied zu beschichteten Aluminium-Prozesskammern ist bei einer Prozesskammer aus Keramikmaterial ein Materialabtrag während des Ätzvorganges quasi vernachlässigbar, so dass es demzufolge zu keinen Verunreinigungen innerhalb der Ätzkammer und damit einhergehend ebenfalls zu keinen Verunreinigungen auf dem zu ätzenden Gegenstand kommen kann.

Bei der Ätzanlage kann es sich beispielsweise um eine Plasmaätzanlage handeln.

Um Verunreinigungen während des Ätzvorganges besonders zuverlässig zu vermeiden, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn das ringförmige Kammerteil durch ein Vollkeramikteil gebildet ist.

Zur Bereitstellung eines bei Plasmaätzanlagen erforderlichen Massekontakts in der Prozesskammer kann beispielsweise auf dem ringförmigen Kammerteil aus Keramikmaterial ein Metallring aufgesetzt sein. Die Anordnung dieses Metallringes wird vorzugsweise derart gewählt, dass es zu keinem signifikanten Materialabtrag von dem Metallring während des Ätzvorganges kommen kann und Verunreinigungen vermieden werden.

Bevorzugt weist das ringförmige Kammerteil einen Schlitz auf, durch den der mit der Ätzanlage zu behandelnde Gegenstand – üblicherweise also ein Halbleiterwafer wie z. B. ein Siliziumwafer – in die Prozesskammer einführbar und nach Abschluss des Ätzvorganges aus der Prozesskammer wieder herausnehmbar ist. Das Vorsehen eines solchen Schlitzes in dem ringförmigen Keramikkammerteil weist den großen Vorteil auf, dass dadurch besonders zuverlässig Verunreinigungen während des Ätzvorganges vermieden werden; denn erfahrungsgemäß ist insbesondere der Schlitz, durch den der zu behandelnde bzw. zu ätzende Gegenstand in die Prozesskammer eingeführt wird, einem besonders heftigen Ätzangriff ausgesetzt. Dadurch, dass der Schlitz in dem ringförmigen Keramikkammerteil vorgesehen ist, werden somit Verunreinigungen durch Materialabtrag im Schlitzbereich besonders zuverlässig verhindert.

Ringförmige Keramikkammerteile weisen – wie erfinderseitig festgestellt wurde – ein relativ hohes Gewicht auf, so dass diese relativ schlecht zu handhaben sind; um dieses Problem zu lösen, ist im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Ätzanlage vorgesehen, dass die Prozesskammer zumindest zwei aufeinandergesetzte, ringförmige Kammerteile aus Keramikmaterial umfasst. Durch das Zusammensetzen der Prozesskammer-Innenwände aus zwei oder mehr ringförmigen Kammerteilen lässt sich erreichen, dass jedes der verwendeten Kammerteile für sich nicht zu schwer ist und noch relativ gut handhabbar bleibt.

Vorzugsweise sind bei Einsatz zwei oder mehr ringförmiger Kammerteile alle diese Kammerteile jeweils durch Vollkeramikteile gebildet.

Bei Einsatz mehrerer ringförmiger Kammerteile wird es als vorteilhaft angesehen, wenn zumindest eines der ringförmigen Kammerteile einen Schlitz aufweist, durch den der mit der Ätzanlage zu behandelnde Gegenstand in die Prozesskammer einführbar und nach Abschluss des Ätzvorganges wieder herausnehmbar ist.

Der Schlitz zum Einführen und Herausnehmen des zu ätzenden Gegenstandes ist vorzugsweise derart bemessen, dass sich Siliziumwafer gängiger Größen durch diesen in die Prozesskammer einführen und aus dieser wieder herausnehmen lassen. Vorzugsweise weist der Schlitz eine Schlitzbreite von mindestens 21 cm und eine Schlitzhöhe von mindestens 1 cm auf, wenn beispielsweise 8 Zoll Wafer hindurchgeführt werden sollen.

Handelt es sich bei der Ätzanlage um eine Plasmaätzanlage, so weist diese vorzugsweise eine Wechselspannungsquelle auf, mit der sich Frequenzen von über 20 MHz erzeugen lassen.

Besonders bevorzugt ist die Plasmaätzanlage mit einer Wechselspannungsquelle ausgestattet, die für Frequenzen von ca. 60 MHz geeignet ist.

Bei dem Keramikmaterial, aus dem das ringförmige Kammerteil bzw. die ringförmigen Kammerteile bestehen, handelt es sich vorzugsweise um eine Aluminiumoxidkeramik oder um eine andere Oxid-Keramik wie z. B. eine Zirkoniumoxid (ZaO)-Keramik.

Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Verfahren zum Ätzen eines Halbleiterwafers, insbesondere eines Siliziumwafers, bei dem der Halbleiterwafer in eine Plasmaätzanlage eingebracht und darin geätzt wird.

Um bei einem solchen Verfahren zu vermeiden, dass es zu Verunreinigungen des zu ätzenden Halbleiterwafers während des Ätzens kommt, wird erfindungsgemäß eine Plasmaätzanlage mit einer Prozesskammer verwendet, deren Innenwand zumindest teilweise mit einem Keramikmaterial verkleidet ist oder aus Keramikmaterial besteht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben. Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ätzanlage verwiesen.

Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Dabei zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Ätzanlage im geöffneten Zustand in einer Sicht von schräg oben,
2 ringförmige Vollkeramik-Innenwandteile der Prozesskammer der Ätzanlage gemäß 1 im Detail,
3 die Innenwandteile gemäß 2 in der Draufsicht,
4 die Innenwandteile gemäß 2 im Querschnitt,
5 die mechanische Verbindung zwischen einem oberen ringförmigen Keramik-Kammerteil und einem Metallring der Ätzanlage gemäß 1,
6 die Kammerwandteile gemäß 2 in einer seitlichen Sicht,
7 ein unteres ringförmiges Kammerteil der Ätzanlage im Detail und
8 eine Sicht von oben auf ein oberes ringförmige Kammerteil der Ätzanlage.
In der 1 erkennt man eine Plasmaätzanlage 10, in deren Inneren eine Prozesskammer 20 angeordnet ist. Die Prozesskammer 20 ist mit zwei ringförmigen Innenwandteilen – nachfolgend Kammerteile 30 und 40 genannt – ausgekleidet; diese ringförmigen Kammerteile 30 und 40 können fachsprachlich auch als „Chamber-Liner" bezeichnet werden.
Im Inneren der Prozesskammer 20 erkennt man außerdem einen Träger 50, auf dem sich ein zu behandelnder bzw. zu ätzender Gegenstand, beispielsweise ein Halbleiterwafer bzw. Siliziumwafer, platzieren lässt.
In der 2 sind die beiden ringförmigen Kammerteile 30 und 40 nochmals im Detail dargestellt. Beide Kammerteile 30 und 40 sind jeweils durch ein Vollkeramikteil gebildet, beispielsweise aus Aluminiumoxid (Al₂O₃). Auf dem oberen ringförmigen Kammerteil 40 ist ein Metallring 60 aufgesetzt, der einen Massekontakt der Plasmaätzanlage 10 bildet.
In der 2 ist erkennbar, dass das obere ringförmige Kammerteil 40 mit einem Schlitz 100 ausgestattet ist. Dieser Schlitz 100 ist derart bemessen, dass sich Siliziumwafer, wie sie in der industriellen Siliziumtechnologie verwendet werden, in die Prozesskammer 20 der Plasmaätzanlage 10 einführen und nach erfolgtem Ätzvorgang wieder entnehmen lassen. Dadurch, dass der Schlitz 100 im Kammerteil 40 angeordnet ist, werden Verunreinigungen in der Prozesskammer 20 weitgehend vermieden, da Keramik gegenüber Ätzmitteln sehr beständig ist und somit auch die ansonsten sehr empfindlichen Seitenkanten 110 des Schlitzes 100 „unversehrt" bleiben.
Wie bereits erwähnt, ist die Prozesskammer 20 mit zwei separaten, ringförmigen Kammerteilen bzw. „Chamber-Linern" 30 und 40 ausgekleidet; selbstverständlich könnte auch ein einziges ringförmiges Kammerteil zum Auskleiden der Prozesskammer 20 verwendet werden, jedoch wäre ein solches „großes" ringförmiges Kammerteil relativ schwer und somit schlecht handhabbar. Durch die Verwendung zweier bzw. mehrerer ringförmiger Kammerteile lässt sich erreichen, dass jedes der Kammerteile 30 und 40 ein noch handhabbares Gewicht aufweist.
In der 3 ist eine Draufsicht auf die in der 2 dargestellte Anordnung bestehend aus dem Metallring 60 und den beiden ringförmigen Keramik-Kammerteilen 30 und 40 gezeigt.
In der 4 erkennt man die Anordnung gemäß 2 in einem Schnitt entlang der Schnittlinie AA gemäß 3. In diesem Schnitt lässt sich gut der Schlitz 100 im oberen ringförmigen Kammerteil 40 erkennen.
Die 5 zeigt die in der 4 markierte Einzelheit Y im Detail. Man erkennt, wie der Metallring 60 auf das obere ringförmige Kammerteil 40 aufgesetzt ist.
6 zeigt die Anordnung bestehend aus den beiden ringförmigen Kammerteilen 30 und 40 sowie dem Metallring 60 nochmals in einer seitlichen Ansicht. Man erkennt, dass dem Schlitz 100 gegenüber ein Durchgangsloch 200 angeordnet ist, durch das sich beispielsweise Ätzgase oder dergleichen in die Prozesskammer 20 einführen bzw. aus dieser absaugen lassen.
In der 7 ist das untere ringförmige Kammerteil 30 nochmals in einer dreidimensionalen Sicht gezeigt. Man erkennt eine Ausnehmung 300 im unteren Kammerteilbereich, die zu Montagezwecken dient, wenn das untere ringförmige Kammerteil 30 in die Plasmaätzanlage 10 eingesetzt wird.
In der 8 ist das obere ringförmige Kammerteil 40 in der Draufsicht gezeigt. Man erkennt den Schlitz 100 sowie das Durchgangsloch 200, das dem Schlitz 100 gegenüber liegt.
Die Plasmaätzanlage 10 ist mit einer Wechselspannungsquelle ausgestattet, mit der sich innerhalb der Prozesskammer 20 ein Plasma mit einer Wechselfrequenz von über 20 MHz erzeugen lässt. Vorzugsweise wird mit der Wechselspannungsquelle ein Plasma mit ca. 60 MHz erzeugt.
Zum Betrieb der Plasmaätzanlage 10 wird die Prozesskammer 20 mit dem zu verwendenden Ätzgas gefüllt. Anschließend wird mit der Wechselspannungsquelle ein Plasma mit einer Frequenz von vorzugsweise ca. 60 MHz erzeugt. Mit diesem Plasma wird ein auf dem Träger 50 aufgebrachter Gegenstand, beispielsweise ein Siliziumwafer, geätzt. Der Siliziumwafer wird hierzu durch den Schlitz 100 in die Prozesskammer 20 eingeführt und nach erfolgtem Ätzvorgang durch diesen Schlitz 100 wieder aus der Prozesskammer 20 entnommen.

10: Plasmaätzanlage
20: Prozesskammer
30: unteres ringförmiges Kammerteil aus Vollkeramik
40: oberes ringförmiges Kammerteil aus Vollkeramik
50: Träger
60: Metallring
100: Schlitz
110: Seitenkanten
200: Öffnungsloch
300: Ausnehmung

Claims

Ätzanlage (10) mit einer Prozesskammer (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesskammer (20) innenwandseitig mit zumindest einem ringförmigen Kammerteil (30, 40) aus Keramikmaterial verkleidet ist.
Ätzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Ätzanlage um eine Plasmaätzanlage (10) handelt.
Ätzanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Kammerteil (30, 40) durch ein Vollkeramikteil gebildet ist.
Ätzanlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem ringförmigen Kammerteil (40) ein Metallring (60) angeordnet ist, der einen Massekontakt der Ätzanlage bildet.
Ätzanlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Kammerteil (40) einen Schlitz (100) aufweist, durch den der mit der Ätzanlage (10) zu behandelnde Gegenstand in die Prozesskammer (20) einführbar und aus dieser herausnehmbar ist.
Ätzanlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesskammer (20) innenwandseitig mit zumindest zwei aufeinandergesetzten, ringförmigen Kammerteilen (30, 40) aus Keramikmaterial ausgekleidet ist.
Ätzanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei ringförmigen Kammerteile (30, 40) jeweils durch ein Vollkeramikteil gebildet sind.
Ätzanlage nach einem der voranstehenden Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der ringförmigen Kammerteile (40) einen Schlitz (100) aufweist, durch den der mit der Ätzanlage (10) zu behandelnde Gegenstand in die Prozesskammer (20) einführbar und aus dieser herausnehmbar ist.
Ätzanlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (100) derart bemessen ist, dass Siliziumwafer durch diesen in die Prozesskammer (20) einführbar sind.
Ätzanlage nach einem der voranstehenden Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmaätzanlage (10) eine Wechselspannungsquelle umfasst, mit der sich Frequenzen von über 20 MHz erzeugen lassen.
Ätzanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmaätzanlage (10) eine Wechselspannungsquelle umfasst, mit der sich Frequenzen von 60 MHz erzeugen lassen.
Ätzanlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Keramikmaterial aus einer Aluminiumoxidkeramik oder einer Zirkoniumoxid-Keramik besteht.
Verfahren zum Ätzen eines Halbleiterwafers, insbesondere eines Siliziumwafers, bei dem der Halbleiterwafer in eine Plasmaätzanlage (10) eingebracht und darin geätzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Plasmaätzanlage (10) mit einer Prozesskammer (20) verwendet wird, deren Innenwand zumindest teilweise mit einem Keramikmaterial verkleidet ist oder aus Keramikmaterial besteht.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Plasmaätzanlage (10) mit einer Prozesskammer (20) verwendet wird, die innenwandseitig mit zumindest einem ringförmigen Kammerteil (30, 40) aus Keramikmaterial verkleidet ist.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Kammerteil (40) durch ein Vollkeramikteil gebildet ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, – dass eine Plasmaätzanlage (10) mit einer Prozesskammer (20) verwendet wird, deren ringförmiges Kammerteil (40) einen Schlitz (100) aufweist, und – dass der mit der Ätzanlage (10) zu ätzende Halbleiterwafer durch diesen Schlitz (100) in die Prozesskammer (20) eingeführt und nach Abschluss des Ätzvorganges durch diesen Schlitz (100) aus der Prozesskammer (20) herausgenommen wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Plasmaätzanlage mit einer Prozesskammer (20) verwendet wird, die innenwandseitig mit zumindest zwei aufeinander gesetzten, ringförmigen Kammerteilen (30, 40) aus Vollkeramik verkleidet ist.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der ringförmigen Kammerteile (40) einen Schlitz (100) aufweist und dass durch diesen Schlitz (100) der mit der Ätzanlage (10) zu ätzende Halbleiterwafer in die Prozesskammer (20) eingeführt wird und nach Abschluss des Ätzvorganges durch diesen Schlitz (100) aus der Prozesskammer (20) herausgenommen wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass während des Ätzens des Halbleiterwafers mit einer Wechselspannungsquelle ein Plasma erzeugt wird, dessen Frequenz mindestens 20 MHz beträgt.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass in der Prozesskammer (20) ein Plasma mit einer Frequenz von ca. 60 MHz erzeugt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ätzen des Halbleiterwafers eine Plasmaätzanlage (10) mit einer Prozesskammer (20) verwendet wird, die innenwandseitig mit einem Aluminiumoxidmaterial oder einem Zirkoniumoxid-Material als Keramikmaterial verkleidet ist oder aus solchem Material besteht.