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Die
Erfindung betrifft ein Plasmaprozesssystem mit zumindest einem HF-Leistungsgenerator,
der einer Plasmakammer eine HF-Leistung zuführt, und einer eine Elektrode,
eine DC-Spannungsquelle und eine in der elektrischen Verbindung
zwischen Elektrode und DC-Spannungsquelle angeordnete Filtereinrichtung
umfassenden elektrostatischen Probenhalteanordnung, und ein Verfahren
zur Entkopplung einer DC-Spannungsquelle einer elektrostatischen Probenhalteanordnung
von einem einer Plasmakammer zugeführten HF-Leistungssignal, wobei
AC-Signale in der elektrischen Verbindung zwischen einer Elektrode
der Probenhalteanordnung und der DC-Spannungsquelle gefiltert werden.
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Es
ist bekannt, das Substrat, das in einem HF-Plasma einer Plasmakammer
eines Plasmaprozesssystems behandelt, beispielsweise beschichtet oder
geätzt
wird, elektrostatisch festzuhalten (zu positionieren). Hierzu wird
an eine Elektrode, an oder auf der sich das Substrat (Probe) befindet,
eine DC-Spannung
angelegt. Diese DC-Spannung ist eine Hochspannung und erzeugt eine
elektrostatische Anziehungskraft.
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Zur
Erzeugung des Plasmas wird der Plasmakammer eine von einem HF-Leistungsgenerator erzeugte
HF-Leistung induktiv oder kapazitiv zugeführt. Es können auch mehrere HF-Leistungen,
z.B. mit unterschiedlicher Frequenz, zugeführt werden. Um negative Auswirkungen
auf das Plasmaprozesssystem zu vermeiden, sollte die DC-Spannung
den HF- Leistungsgenerator
und die HF-Leistung (HF-Strom und/oder HF-Spannung), bzw. dadurch angeregte Schwingungen,
die DC-Spannungsquelle nicht
beeinflussen. Eine Beeinflussung des HF-Generators durch die DC-Spannung
ist normalerweise ausgeschlossen, da es in HF-Plasmaprozesssystemen in der Regel eine
galvanische Trennung zwischen der Plasmakammer und dem HF-Leistungsgenerator
gibt.
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DC-Spannungsquellen
weisen in der Regel Ausgangsfilter auf, die meistens aus rein reaktiven Bauteilen
bestehen. Diese können
Schwingkreise bilden und, wenn sie angeregt werden, in Schwingungen
kommen. Angeregt werden die Schwingungen z.B. durch Ein- oder Ausschalten
der DC-Spannungsquelle
oder durch Inhomogenitäten
im Plasma und/oder durch Spannungsänderungen an der Plasmaelektrode.
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Die
Plasmalast kann induktiv oder kapazitiv wirken. Auch dies kann die
reaktiven Bauteile in den Ausgangsfiltern zu Schwingungen anregen.
Diese Schwingungen können
sehr störend
sein und sich in den genannten Schwingkreisen aufschaukeln und so negative
Folgen haben. Diese unerwünschten Schwingungen
liegen zumeist im Bereich von einigen bis mehreren 100 kHz.
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Es
besteht daher die Aufgabe, eine direkte oder indirekte Beeinflussung
der DC-Spannungsquelle durch die HF-Leistung zu vermeiden. Hierzu wird
in der
US 6,921,720 eine
Filteranordnung gezeigt, die aus zwei Induktivitäten in Serie und einer Kapazität nach Masse
besteht.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Plasmaprozesssystem mit verbesserter
Entkopplung der DC-Spannungsquelle und ein Verfahren dazu bereit
zu stellen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß auf ebenso überraschende
wie einfache Art und Weise gelöst
durch ein Plasmaprozesssystem der eingangs genannten Art, bei dem
die Filtereinrichtung zumindest ein dissipatives Bauteil aufweist.
Durch dissipative Bauteile kann Energie verbraucht beziehungsweise
entzogen werden und können
daher unerwünschte
Schwingungen gedämpft
beziehungsweise unterdrückt
werden. Der Einfluss von unerwünschten Schwingungen
auf die DC-Spannungsquelle kann dadurch verringert werden. Entgegen
der gängigen Praxis,
Filtereinrichtungen verlustarm, also insbesondere ohne dissipative
Elemente aufzubauen, werden erfindungsgemäß in der Filtereinrichtung
dissipative Bauteile verwendet. Die dissipativen Bauteile (vorzugsweise
Widerstände)
werden vorzugsweise so dimensioniert, dass sie nur minimalen Leistungsverbrauch
im Normalbetrieb, d.h. wenn keine unerwünschten Schwingungen auftreten,
verursachen und Schwingungen und Störungen optimal unterdrücken, ohne
sie zu reflektieren.
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In
der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung sind
dissipative Bauteile zulässig,
da für
die Ausübung
der elektrostatischen Kraft außer
dem Lade- und Entladestrom
beim Anlegen bzw. Abschalten der Spannung kein Strom fließen muss.
Während
die Probe elektrostatischen gehalten wird fließt daher kein Strom durch die
dissipativen Bauteile, sofern keine unerwünschten Schwingungen auftreten.
Es kommt somit im Normalbetrieb allenfalls zu einer vernachlässigbaren
Verlustleistung. Treten unerwünschte
Schwingungen auf, so ist ein Stromfluss durch die dissipativen Bauteile
erwünscht,
um Schwingungen zu unterdrücken.
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Die
erfindungsgemäße Filtereinrichtung kann
zusätzlich
zu dem zumindest einen dissipativen Bauteil noch ein oder mehrere
reaktive Bauteile aufweisen. Die dissipativen Bauteile können dabei
in Serie zu den reaktiven Bauteilen geschaltet werden, ohne dass
ein unzulässig
hoher Leistungsverlust zu befürchten
ist.
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In
einer besonders einfachen Ausführungsform
kann die Filtereinrichtung ein dissipatives Bauteil in Serie zu
der DC-Spannungsquelle und einen Kondensator nach Masse aufweisen.
Eine solche Filtereinrichtung kann beispielsweise bis zu einer HF-Spannung
von 100 Veff eingesetzt werden, wobei typische
Werte für
die Kapazität
C etwa 10 nF und für den
Widerstand R etwa 10 kΩ-10
MΩ sind.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
kann vorgesehen sein, dass die Filtereinrichtung eine Schutzschaltung
für das
zumindest eine dissipative Bauteil aufweist. Durch diese Maßnahme ist
die Filtereinrichtung und damit auch das Plasmaprozesssystem für HF Spannungen > 1000 Veff einsetzbar.
Durch die Schutzschaltung wird das zumindest eine dissipative Bauteil
vor Überlastungen geschützt.
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Eine
besonders bevorzugte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass
die Schutzschaltung eine Spule zur Filterung eines AC-Signals, insbesondere
einer HF-Spannung, einen Widerstand zur Dämpfung von AC-Signalen (Schwingungen),
sowie einen Kondensator zur Entlastung des zumindest einen dissipativen
Elements aufweist. Der Kondensator stellt dabei nahezu einen Kurzschluss
für die Grundfrequenz
des HF-Generators dar, so dass die Grundfrequenz des HF-Generators
in der Filtereinrichtung zu keinen großen Verlusten führt.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
kann vorgesehen sein, dass die Filtereinrichtung in einem metallischen
Gehäuse
untergebracht ist, das mit Masse verbunden ist. Vorzugsweise ist
dieses Gehäuse
in unmittelbarer Nähe
der Plasmakammer angeordnet. Dadurch werden sehr kurze HF-Verbindung,
sehr gute Masseverbindungen und geringe Störungen ermöglicht.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Filtereinrichtung an der Plasmakammer
angeordnet ist. Dabei kann die Filtereinrichtung direkt an der Plasmakammer
mit einem oder mehreren Verbindungselementen (z.B. Schrauben oder
Nieten) befestigt, insbesondere angeflanscht sein. Durch diese Maßnahme weisen
die Masse der Filtereinrichtung und die Masse der Plasmakammer einen
sehr geringen Widerstand für
hochfrequente Ströme
auf.
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Weitere
Vorteile ergeben sich, wenn die DC-Spannungsquelle mit einem Anschluss
an Masse angeschlossen ist. Vorzugsweise ist die DC-Spannungsquelle mit
dem negativen Anschluss an Masse angeschlossen. Besonders vorteilhaft
ist es weiterhin, wenn die von der DC-Spannungsquelle zur Filtereinrichtung
führende
elektrische Leitung eine Abschirmung aufweist. Besonders bevorzugt
ist die Abschirmung ebenfalls an Masse angeschlossen.
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Bei
einer besonders vorteilhaften und bevorzugten Ausführungsform
kann vorgesehen sein, dass die Filtereinrichtung und die DC-Spannungsquelle
in einem Gehäuse
zusammengefasst sind. Dadurch ergibt sich ein einfacher und kostengünstiger
kompakter Aufbau. Zudem werden Streufeldeinkopplungen auf die Leitung
zwischen der DC-Spannungsquelle und der Filtereinrichtung, die wieder
zu Störungen
der DC-Spannungsquelle führen
könnte, vermieden.
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In
den Rahmen der Erfindung fällt
außerdem ein
Verfahren zur Entkopplung einer DC-Spannungsquelle einer elektrostatischen
Probenhalteanordnung einer Plasmakammer, der zumindest ein HF-Leistungssignal
zugeführt
wird, von AC-Signalen, wobei AC-Signale in der elektrischen Verbindung
zwischen einer Elektrode der Probenhalteanordnung und der DC-Spannungsquelle
gefiltert werden und zwischen der Elektrode und der DC-Spannungsquelle
Energie verbraucht und/oder entzogen wird. Dadurch können unerwünschte Schwingungen
wirksam unterdrückt werden.
Unerwünschte
Schwingungen (AC-Signale) können
beispielsweise durch die Anregung von Schwingkreisen in Ausgangsfiltern
der DC-Spannungsquelle entstehen. Diese Schwingkreise können mittelbar
oder unmittelbar durch das HF-Leistungssignal,
Inhomogenitäten
im Plasmaprozess, Ein/Ausschaltvorgänge der DC-Spannungsquelle,
externe Signalquellen etc. angeregt werden.
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Ein
besonders wirksamer Schutz der DC-Spannungsquelle ergibt sich, wenn
Energie durch zumindest ein dissipatives Element verbraucht wird.
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Um
die Einsatzfähigkeit
des Plasmaprozesssystems für
einen großen
HF-Spannungsbereich
sicherzustellen, ist es vorteilhaft, wenn das zumindest eine dissipative
Element vor Überlastung
geschützt wird.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche
Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale
können
je einzeln für
sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante
der Erfindung verwirklicht sein.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und
werden nachfolgend mit Bezug zu den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung eines Plasmaprozesssystems mit einer ersten
Ausführungsform
einer Filtereinrichtung;
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2 eine
zweite Ausführungsform
einer Filtereinrichtung.
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In
der 1 ist ein Plasmaprozesssystem 1 dargestellt.
Das Plasmaprozesssystem 1 umfasst eine DC-Spannungsquelle 2,
die einen Netzanschluss 3 umfasst. Die Netzspannung wird
durch einen Gleichrichter 4 gleichgerichtet. Dem Gleichrichter 4 ist
ein Ausgangsfilter 5 nachgeschaltet. Die negative Elektrode
der DC-Spannungsquelle liegt an Masse 6.
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Die
DC-Spannungsquelle 2 ist über eine Filtereinrichtung 7 mit
einer Elektrode 8 einer Plasmakammer 9 verbunden.
Durch die DC-Spannungsversorgung 2 wird
an der Elektrode 8 eine elektrostatische Anziehungskraft
bewirkt, die eine Probe 10 an der Elektrode 8 hält. Die
DC-Spannungsquelle 2,
die Filtereinrichtung 7 und die Elektrode 8 stellen
daher eine Probenhalteanordnung dar. An die Elektrode 8 ist
weiterhin ein HF-Leistungsgenerator 11 angeschlossen,
zur kapazitiven Einspeisung einer HF-Leistung in die Plasmakammer 9 bzw.
einen darin ablaufenden Plasmaprozess. Zwischen Leistungsgenerator 11 und
Elektrode 8 ist in der Regel eine Impedanzanpassungsschaltung
geschaltet. Die HF-Leistung ist oftmals nicht direkt an die Elektrode 8 angeschlossen,
sondern an eine separate, elektrisch isolierte Elektrode oder Antennenanordnung.
Auch dann wird HF-Leistung in Richtung der DC-Spannungsquelle 2 gekoppelt
und die Filtereinrichtung 7 kann auch dann vorteilhaft
eingesetzt werden. Es können
mehrere Leistungsgeneratoren 11, z.B solche, die Leistungssignale
mit unterschiedlichen Frequenzen, z.B 3,39 MHz und 13,56 MHz, generieren, an
die Plasmakammer angeschlossen 9 sein.
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Die
Plasmakammer 9 liegt ebenfalls an Masse 6. Die
Filtereinrichtung 7 weist ein als Widerstand ausgebildetes
dissipatives Bauteil R2 und ein als Kondensator ausgebildetes reaktives
Bauteil C1 auf, welches ebenfalls an Masse 6 angeschlossen
ist. Durch das reaktive Bauteil C1 werden AC- Signale, die beispielsweise durch Anregung
des Ausgangsfilters 5 entstehen, gefiltert. Durch das dissipative
Bauteil R2 werden AC-Signale gedämpft,
beziehungsweise unterdrückt.
Insbesondere wird in dem dissipativen Bauteil R2 Energie in Wärme umgewandelt.
Dabei ist das dissipative Bauteil R2 so dimensioniert, dass AC Signale
an ihm nicht reflektiert werden. Für HF-Generatoren, die bei einer Grundfrequenz
von etwa 13 MHz arbeiten, sind für
das reaktive Bauteil C1 10 nF und für das dissipative Bauteil R2
100 kΩ-10 MΩ typische
Werte. Diese Anordnung ist nicht für beliebig hohe HF-Spannungen ausreichend,
da bei etwa 1000 Veff die Leistung, die
in R2 verbraucht wird, so hoch wird, dass die Schaltung unwirtschaftlich
wird. Für
höhere
HF-Spannungen wird daher erfindungsgemäß Folgendes vorgeschlagen:
Für die HF-Spannung
aus dem HF-Leistungsgenerator 11 (typ 3,39 oder 13,56 MHz)
wird ein erster Filter aufgebaut, der keine oder nur wenig Leistung
absorbiert. Gleichzeitig wird für
die unerwünschten
Schwingungen im Bereich von einigen bis 100 kHz ein zweiter Filter
aufgebaut, der einen Großteil
der Leistung absorbiert. Für
diese beiden Anforderungen werden dissipative und reaktive Bauteile
dimensioniert. Auf diese Weise werden die dissipativen Bauteile
vor einer zu hohen HF-Spannung
geschützt.
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In
der 2 ist eine solche Ausführungsform der Filtereinrichtung 7 dargestellt.
Die Filtereinrichtung 7 ist in diesem Fall für höhere HF-Spannungen ausgelegt.
Deshalb weist sie eine Schutzschaltung 12 für das dissipative
Bauteil R2 auf. Die Schutzschaltung 12 umfasst ein als
Spule ausgebildetes reaktives Bauteil L1, welches typischerweise
50 nH hat. Das reaktive Bauteil C1 weist in diesem Ausführungsbeispiele
typischerweise 20 nF auf. Die Bauteile C1, L1 bilden den ersten
Filter für
die Grundfrequenz des HF-Leistungsgenerators 11. Die Bauteile R1,
R2 und C1 bilden den zweiten Filter. Eine Dämpfung unerwünschter
Schwingungen erfolgt durch das als Widerstand ausgebildete dissipative
Bauteil R1, welches typischerweise 10 Ω aufweist. Das dissipative
Element R2 ist typischerweise mit 100 bis 900 Ω dimensioniert und dient der
Dämpfung
unerwünschter
Schwingungen und der Gleichstromdurchführung. Durch das reaktive Element
C2, welches als Kondensator ausgebildet ist und eine Kapazität von etwa
20 nF aufweist, wird ein Kurzschluss für die Grundfrequenz des HF-Generators 11 realisiert
und gleichzeitig das dissipative Bauteil R2 entlastet.