DE102006056615A1

DE102006056615A1 - Korrosionsbeständige Waferverarbeitungsvorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung

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Publication number: DE102006056615A1
Application number: DE200610056615
Authority: DE
Inventors: Benjamin J. Stow Olechnowicz; David M. Parma Heights Rusinko; Wei Middleburg Heights Fan; Demetrius Medina Sarigiannis; Marc Medina Schaepkens; Douglas A. Brecksville Longworth; Victor L. Lou; Xiang Medina Liu; Jennifer Strongsville Klug
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2006-07-06
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2008-01-10
Also published as: KR20080005047A; JP2008016795A

Abstract

Eine Waferverarbeitungsvorrichtung, gekennzeichnet durch das Vorhandensein von korrosionsbeständigen Verbindungen als ihre elektrischen Verbindungen, Gasdurchführungskanälen, vertieften Bereichen, erhöhten Bereichen, MESA, Durchgangslöchern wie zum Beispiel Anhebestiftlöchern, Schraubbolzenlöchern, Blindlöchern und dergleichen, wobei die speziellen Konfigurationen Verbinder und Füllstoffe verwenden, die ausgezeichnete chemische Beständigkeit und optimierte CTEs aufweisen, d. h. einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (Coefficient of Thermal Expansion - CTE) aufweisen, der genau auf den CTE der Basissubstratschicht der einen oder der mehreren Elektroden sowie den CTE der Überzugsschicht abgestimmt ist. In einer Ausführungsform wird eine Füllstoffzusammensetzung verwendet, die ein Glaskeramikmaterial umfasst.

Description

Querverweis zu einer verwandten Anmeldung
Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen von US 60/806648 , eingereicht am 06. Juli 2006. Jene Patentanmeldung wird in vollem Umfang durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Waferhandhabungsvorrichtung zur Verwendung in der Herstellung von Halbleitern. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine korrosionsbeständige Waferverarbeitungsvorrichtung. Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zu deren Herstellung.
Der Prozess zur Herstellung elektronischer Bauelemente umfasst eine Anzahl von Prozessschritten, die entweder auf der kontrollierten Abscheidung oder dem kontrollierten Wachstum von Materialien oder der kontrollierten und oft selektiven Modifikation von zuvor abgeschiedenen oder aufgewachsenen Materialien basieren. Zu beispielhaften Prozessen gehören die chemische Dampfabscheidung (Chemical Vapor Deposition – CVD), die thermische chemische Dampfabscheidung (Thermal Chemical Vapor Deposition – TCVD), die plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition – PECVD), die chemische Intensivplasma-Dampfabscheidung (High Density Plasma Chemical Vapor Deposition – HDP CVD), die chemische Dampfabscheidung mit expandierendem thermischem Plasma (Expanding Thermal Plasma Chemical Vapor Deposition – ETP CVD), die metallorganische chemische Dampfabscheidung (Metal Organic Chemical Vapor Deposition – MOCVD) usw. In einigen der Prozesse wie zum Beispiel CVD werden ein oder mehrere gasförmige Reaktionspartner im Inneren eines Reaktors bei geringem Druck und hoher Temperatur verwendet, so dass eine feste isolierende oder leitende Schicht auf der Oberfläche eines Halbleiterwafers gebildet wird, der sich auf einem Substrat (Wafer)-Halter befindet, der in dem Reaktor angeordnet ist.
Der Substrathalter könnte in dem CVD-Prozess als eine Heizvorrichtung dienen, die in der Regel wenigstens ein Heizelement zum Erwärmen des Wafers enthält, oder könnte als eine elektrostatische Spannvorrichtung (Electrostatic Chuck – ESC) fungieren, die wenigstens eine Elektrode zum elektrostatischen Festspannen des Wafers umfasst, oder könnte eine Heizvorrichtungs-ESC-Kombination sein, die Elektroden sowohl zum Erwärmen als auch zum Festspannen aufweist. Eine Substrathalterbaugruppe kann einen Suszeptor zum Tragen eines Wafers und mehrere unter dem Suszeptor angeordnete Heizer zum Erwärmen des Wafers enthalten. Der Halbleiterwafer wird innerhalb einer abgeschlossenen Umgebung in einem Verarbeitungsgefäß bei relativ hoher Temperatur und oft in einer hoch-korrosiven Atmosphäre erwärmt.
Nach einem Abscheiden eines Films von vorgegebener Dicke auf dem Halbleiterwafer finden sich oft unerwünschte Abscheidungen auf anderen exponierten Flächen im Inneren des Reaktors. Diese unerwünschten Abscheidungen könnten zu Problemen bei anschließenden Abscheidungen führen. Sie werden darum periodisch mit einem Reinigungsprozess entfernt, d. h. in einigen Fällen nach jedem Wafer, und in anderen Fällen, nachdem eine Partie Wafer verarbeitet wurde. Zu Reinigungsprozessen, die auf diesem technischen Gebiet üblich sind, gehören die Reinigung auf der Basis atomaren Fluors, Fluorkohlenwasserstoffplasmareinigung, Schwefelhexafluoridplasmareinigung, Stickstofftrifluoridplasmareinigung und Chlortrifluoridreinigung. Während des Reinigungsprozesses werden die Reaktorkomponenten, zum Beispiel Wände, Fenster, der Substrathalter und die Substratbaugruppe usw., oft korrodiert bzw. chemisch angegriffen. Die Korrosion kann außerordentlich aggressiv auf Oberflächen sein, die auf erhöhte Temperaturen erwärmt werden, wie zum Beispiel die Betriebstemperatur einer typischen Heizvorrichtung, die in der Regel im Bereich von 400-500°C liegt, aber auch im Bereich von 600-1000°C liegen kann.
Ein bekanntes Problem bei Waferträgern des Standes der Technik ist, dass die elektrischen Verbindungen in der Regel nicht korrosionsbeständig sind. Das heißt, selbst wenn die Heizer, Spannvorrichtungen oder Suszeptoren eine ausreichende Lebensdauer zur Verwendung in der korrosiven Hochtemperaturumgebung mit Hilfe von Schutzbeschichtungen wie zum Beispiel AIN erreichen können, muss man immer noch vermeiden, dass die Kontaktbereiche mit der korrosiven Umgebung in Berührung kommen. US-Patent Nr. 6,066,836 offenbart eine Waferhandhabungsvorrichtung, die einen Schacht umfasst, in dem sich elektrische Anschlüsse befinden. Die Lösung mit dem mittigen Schacht trägt Belastungskonzentrationspunkte in die Vorrichtung ein, die unter thermischer Belastung leichter reißen können und somit die thermische Anstiegsrate weiter begrenzen können oder zu einer kürzeren Grenznutzungsdauer der Vorrichtung führen können.
Die US-Patentschrift Nr. 2005/0077284 offenbart einen Waferhalter mit elektrischen Zuleitungen, die in Keramikröhren untergebracht sind, um die elektrischen Zuleitungen abzuschirmen und zu schützen. In dieser Offenbarung können Glasverbindungsteile oder Hartlötmaterialien, zum Beispiel ein organisches Harz, benutzt werden, um die Röhren mit dem Keramiksubstrat zu verbinden. Zum hermetischen Versiegeln der Zuleitungen in den Röhren werden O-Ringe verwendet. Selbst bei der Verwendung von O-Ringen, Glasverbindungsteilen, Hartlötmaterialien usw. wird immer noch davon ausgegangen, dass die Elektroden und Zuleitungen mit der Atmosphäre in der Kammer in Kontakt kommen. Somit ist der Gebrauch korrosiver Gase nicht ratsam, und die Vorrichtung wird für das Brennen von Filmen mit niedrigem k-Wert empfohlen.
Es besteht nach wie vor Bedarf an einer Waferverarbeitungsvorrichtung mit strukturellen Komponenten, die sich für alle Halbleiterverarbeitungsumgebungen eignen, einschließlich solcher, in denen korrosive Gase zum Einsatz kommen. In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Waferverarbeitungsvorrichtung mit elektrischen Kontakten und Anschlüssen, die so konstruiert sind, dass sie vor korrosiven Gasen, wie man sie gewöhnlich in Halbleiterbauteilverarbeitungsumgebungen vorfindet, abgeschirmt sind. Des Weiteren kann die erfindungsgemäße Vorrichtung den starken thermischen Belastungen der Halbleiterverarbeitung widerstehen, d. h. eine hohe thermische Anstiegsrate von > 20°C/min und relativ große Temperaturunterschiede von > 20°C.
Die Probleme des Standes der Technik werden wenigstens teilweise durch die Verarbeitungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1, 14, 15, 16, 28, 29 oder 30, durch das Verfahren zur Herstellung der Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 31 und durch die Verwendung der Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 32 überwunden. Weitere Vorteile, Aspekte und Details gehen aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen hervor.
In einem Aspekt betrifft die Erfindung eine Waferverarbeitungsvorrichtung, die Folgendes umfasst: ein Basissubstrat, auf dem ein Wafer angeordnet wird, wobei das Basissubstrat Graphit und/oder hochschmelzende Metalle und/oder Übergangsmetalle und/oder Seltenerdenmetalle und/oder Legierungen daraus umfasst; wenigstens eine elektrische Elektrode, bei der es sich um eine Widerstandsheizelektrode oder eine plasmaerzeugende Elektrode oder eine elektrostatische Festspannelektrode oder eine Elektronenstrahlelektrode handelt; eine Zuleitung zum Anschließen der wenigstens einen elektrischen Elektrode an eine externe Stromversorgung, wobei die Zuleitung in die Elektrode in einem Abstand von ihr eindringt; und einen Füllstoff zum Ausfüllen oder Versiegeln des Abstandes zwischen der Zuleitung und der Elektrode; wobei die Elektrode einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (Coefficient of Thermal Expansion – CTE) in einem Bereich des 0,75- bis 1,25-fachen des CTE des Substrats aufweist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Waferverarbeitungsvorrichtung bereitgestellt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie Folgendes aufweist: korrosionsbeständige Anschlüsse für ihre elektrischen Verbindungen, Gasdurchführungskanäle, vertiefte Bereiche, erhöhte Bereiche, MESA, Durchgangslöcher wie zum Beispiel Abhebestiftlöcher, Schraubbolzenlöcher, Blindlöcher und dergleichen, wobei die speziellen Konfigurationen Verbinder und Füllstoffe verwenden, die ausgezeichnete chemische Beständigkeit und optimierte CTEs aufweisen, d. h. einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (Coefficient of Thermal Expansion – CTE) aufweisen, der genau auf den CTE der Basissubstratschicht und der einen oder der mehreren Elektroden sowie den CTE der Überzugsschicht abgestimmt ist. In einer Ausführungsform wird eine Füllstoffzusammensetzung verwendet, die ein Glaskeramikmaterial umfasst.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Vorrichtung des Weiteren eine Überzugsschicht, die auf der Elektrode angeordnet ist, wobei die Überzugsschicht wenigstens ein Nitrid, ein Carbid, ein Carbonitrid oder ein Oxynitrid von Elementen, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus B, Al, Si, Ga, Y, hochschmelzende Hartmetalle, Übergangsmetalle und Kombinationen daraus umfasst, wobei die Zuleitung in die Überzugsschicht und die Elektrode in einem Abstand von ihr eindringt und der Füllstoff zum Ausfüllen oder Versiegeln des Abstandes einen CTE in einem Bereich des 0,75- bis 1,25-fachen des CTE der Überzugsschicht aufweist.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Elektrode in ein gesintertes Basissubstrat eingebettet, wobei das Basissubstrat ein Material umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Oxiden, Nitriden, Carbiden, Carbonitriden oder Oxynitriden von Elementen, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus B, Al, Si, Ga, Y; hoch-wärmestabilen Zirconiumphosphaten mit der NZP-Struktur aus NaZr₂(PO₄)₃; hochschmelzenden Hartmetallen; Übergangsmetal len; Oxid und Oxynitrid von Aluminium; und Kombinationen daraus; und optional ein Sinterhilfsmittel.
In einem Aspekt umfasst die Zuleitung Molybdän und/oder Nickel und/oder Kobalt und/oder Eisen und/oder Wolfram und/oder Ruthenium und/oder Legierungen daraus. In einem weiteren Aspekt ist die Zuleitung des Weiteren mit Nickel oder Oxiden oder Carbiden von Zirconium, Hafnium, Cer oder Gemischen daraus beschichtet.
In einem Aspekt ist die Vorrichtung mit mehreren Befestigungsmitteln wie zum Beispiel Muttern, Nieten, Bolzen, Schrauben usw. versehen, um die Zuleitung und weitere Funktionselemente an der Vorrichtung zu befestigen, wobei die Zuleitung und/oder die Befestigungsmittel mit einem ätzbeständigen, elektrisch leitfähigen Material beschichtet sind, das duktil ist und der Wärmeausdehnung der beschichteten Komponente folgt. In einer Ausführungsform sind die Zuleitung und/oder die Befestigungsmittel mit Nickel und/oder Oxiden und/oder Carbiden von Zirconium, Hafnium, Cer und/oder Gemischen daraus beschichtet.
In einem weiteren Aspekt ist das Füllmaterial zur Verwendung in der Waferverarbeitungsvorrichtung zum Schützen oder Ausfüllen der korrosionsbeständigen Verbindungen aus folgender Gruppe ausgewählt: hoch-wärmestabile Zirconiumphosphate mit der NZP-Struktur aus NaZr₂(PO₄)₃; eine Glaskeramikzusammensetzung, die wenigstens ein Element enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Elementen der Gruppe 2a, Gruppe 3a und Gruppe 4a des Periodensystems der Elemente, wie zum Beispiel Lanthanalumosilikat (LAS), Magnesiumalumosilikat (MAS), Calciumalumosilikat (CAS) und Yttriumalumosilikat (YAS); ein BaO-Al₂O₃-B₂O₃- SiO₂-Glas; und ein Gemisch aus SiO₂ und einem plasmaresistenten Material, umfassend ein Oxid von Y, Sc, La, Ce, Gd, Eu, Dy oder dergleichen, oder ein Fluorid eines dieser Metalle, oder Yttrium-Aluminium-Granat (YAG); und wobei die Füllstoffzusammensetzung eine Ätzrate von weniger als 1000 Ångström je Minute (Å/min) in einer Verarbeitungsumgebung aufweist, die mit einer Temperatur im Bereich von 25-600°C arbeitet.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung zum Ausführen der offenbarten Verfahren, die Vorrichtungsteile zum Ausführen jedes beschriebenen Verfahrensschrittes enthält. Diese Verfahrensschritte können mittels Hardwarekomponenten, eines Computers, der mit entsprechender Software programmiert ist, mittels beliebiger Kombinationen aus beiden oder auf eine sonstige andere Weise ausgeführt werden. Des Weiteren betrifft die Erfindung noch Verfahren, mit denen die beschriebene Vorrichtung arbeitet. Sie enthält Verfahrensschritte zum Ausführen jeder Funktion der Vorrichtung.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind mit Bezug auf die Zeichnungen veranschaulicht und werden im Folgenden näher beschrieben. In den Zeichnungen ist Folgendes zu sehen:
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Wafer- oder Substratbehandlungsvorrichtung.
2A, 2B und 2C sind Querschnittsansichten verschiedener Ausführungsformen der Substratbehandlungsvorrichtung von 9 mit unterschiedlich geschichteten Konfigurationen.
3 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Waferhandhabungsvorrichtung.
4 ist eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung für eine Waferverarbeitungsvorrichtung mit Verbindern, die verjüngte Strukturelemente aufweisen.
5 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung für eine Waferverarbeitungsvorrichtung, die korrosionsbeständige Füllstoffe verwendet.
6 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform der Waferverarbeitungsvorrichtung mit mehreren Elektroden.
7 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform der Waferverarbeitungsvorrichtung aus 4 mit mehreren Elektroden.
8 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform der Waferverarbeitungsvorrichtung aus 5 mit mehreren Elektroden.
9 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform der Waferverarbeitungsvorrichtung aus 3, wobei die Überzugsschicht an den Kontaktbereichen teilweise entfernt ist.
10 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform der Waferverarbeitungsvorrichtung aus 9, wobei die Elektrode mit einer elektrisch leitfähigen Schutzüberzugsschicht plattiert bzw. beschichtet ist.
11 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform der Waferverarbeitungsvorrichtung aus 9, aber mit einem aufgetragenen korrosionsbeständigen Füllstoff.
12 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform der Waferverarbeitungsvorrichtung aus 3, wobei zusätzliche Vertiefungen in das Keramikkernsubstrat gebohrt sind, um einen maschinell bearbeiteten leitfähigen Einsatz darin anzuordnen.
13 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform der Waferverarbeitungsvorrichtung aus 12, nur dass der Gewindeeinsatz durch einen Stab und eine zusätzliche Mutter ersetzt ist.
14 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform der Waferverarbeitungsvorrichtung aus 3, wobei zusätzliche Vertiefungen in das Keramikkernsubstrat gebohrt sind, um einen maschinell bearbeiteten leitfähigen Gewindeeinsatz darin anzuordnen.
15 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform der Waferverarbeitungsvorrichtung aus 14, wobei die Überzugsschicht nur auf die Oberflächen aufgebracht ist, die nicht mit dem Wafer in Kontakt kommen werden.
16 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform der Waferverarbeitungsvorrichtung aus 14, wobei Vertiefungen und/oder erhöhte Bereiche und/oder Mesas in die Substratoberfläche eingearbeitet sind.
17 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform der Waferverarbeitungsvorrichtung aus den 15 und 16, wobei die Merkmale beider miteinander kombiniert sind.
18 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Waferhandhabungsvorrichtung, in der ein elektrisch leitfähiges Substrat verwendet wird.
19 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform der Waferverarbeitungsvorrichtung aus 18, in der beschichtete Durchgangslöcher verwendet werden.
20 veranschaulicht die Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Waferhandhabungsvorrichtung, in der die Elektrode teilweise freiliegt und eine korrosionsbeständige Scheibe verwendet wird.
21 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform der Waferverarbeitungsvorrichtung aus 20, in der ein Bolzen mit einem beschichteten Durchgangsloch verwendet wird.
Im vorliegenden Text können Näherungsformulierungen verwendet werden, um Mengendarstellungen zu modifizieren, die variieren können, ohne dass dies zu einer Veränderung der Grundfunktion führt, auf die sie sich beziehen. Dementsprechend darf ein Wert, der durch einen oder mehrere Begriffe wie zum Beispiel "etwa" oder "im Wesentlichen" modifiziert ist, nicht auf den in einigen Fällen angegebenen genauen Wert beschränkt werden.
Im Sinne des vorliegenden Textes können die Begriffe "Substrat" und "Wafer" im Zusammenhang mit dem Halbleiterwafersubstrat, das durch die erfindungsgemäße Vorrichtung getragen oder erwärmt wird, austauschbar verwendet werden. Des Weiteren kann im Sinne des vorliegenden Textes der Begriff "Behandlungsvorrichtung" austauschbar mit "Handhabungsvorrichtung", "Heizer", "Heizvorrichtung" oder "Verarbeitungsvorrichtung im Zusammenhang mit einer Vorrichtung verwendet werden, die wenigstens ein Heizelement zum Erwärmen des darauf angeordneten Wafers enthält.
Im Sinne des vorliegenden Textes kann der Begriff "Stromkreis" austauschbar mit "Elektrode" verwendet werden, und der Begriff "Widerstandsheizelement" kann austauschbar mit "Widerstand" oder "Heizwiderstand" verwendet werden. Der Begriff "Stromkreis" kann entweder in der Einzahl oder in der Mehrzahl verwendet werden, was bedeutet, dass mindestens eine Einheit vorhanden ist.
Im Sinne des vorliegenden Textes ist mit einer Komponente (zum Beispiel einer Schicht oder einem Teil), deren Wärmeausdehnungskoeffizient (Coefficient of Thermal Expansion – CTE) genau abgestimmt ist, gemeint, dass der CTE der Komponente zwischen dem 0,75- und 1,25-fachen des CTE der angrenzenden Komponente (einer anderen Schicht, eines Substrats oder eines anderen Teils) liegt.
Im Sinne des vorliegenden Textes beinhaltet der Begriff "Funktionselemente" einer Waferverarbeitungsvorrichtung zum Beispiel Löcher, Kontaktnasen am Rand des Heizers, Kontakte zur Elektrode oder Einsätze in das Substrat, um andere funktionale Anforderungen der Waferverarbeitungsvorrichtung zu erfüllen.
Im Sinne des vorliegenden Textes kann der Begriff "ätzbeständig" austauschbar mit "korrosionsbeständig" im Zusammenhang mit einem Material verwendet werden, das ätzbeständig ist oder eine niedrige Ätzrate in einer aggressiven Umgebung aufweist, d. h. in einer Umgebung, die Halogene umfasst, oder bei Kontakt mit Plasmaätzung, reaktiver Ionenätzung, Plasmareinigung oder Gasreinigung bei einer Arbeitstemperatur von wenigstens 400°C in einer Ausführungsform, 500°C in einer zweiten Ausführungsform und 800°C in einer dritten Ausführungsform.
In einer Ausführungsform ist die Ätzbeständigkeitsrate weniger als 1000 Ångström je Minute (Å/min) in einer aggressiven Umgebung, die mit Temperaturen im Bereich von 25 –600°C arbeitet. In einer zweiten Ausführungsform ist die Ätzrate weniger als 500 Ångström je Minute (Å/min) für einen Temperaturbereich von 25-600°C. In einer dritten Ausführungsform ist die Rate weniger als 100 Ångström je Minute (Å/min) für einen Temperaturbereich von 25-600°C. In einer vierten Ausführungsform ist die Rate weniger als 1000 Ångström je Minute (Å/min) in einem Temperaturbereich von 200-600°C. In einer fünften Ausführungsform ist die Rate weniger als 500 Ångström je Minute (Å/min) in einem Temperaturbereich von 200-600°C.
In einem Aspekt der Erfindung umfasst die Elektrode Molybdän und/oder Nickel und/oder Kobalt und/oder Eisen und/oder Wolfram und/oder Ruthenium und/oder Legierungen daraus, und die Schutzbeschichtung umfasst Aluminiumnitrid und/oder Aluminiumoxid und/oder Aluminiumoxynitrid oder Kombinationen daraus mit einem CTE im Bereich des 0,75- bis 1,25-fachen des CTE des Basissubstrats.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Waferverarbeitungsvorrichtung anhand der Beschreibung der verwendeten Materialien, ihres Herstellungsprozesses und auch unter Bezug auf die Figuren veranschaulicht.
Allgemeine Ausführungsformen der Waferverarbeitungsvorrichtung: In einer Ausführungsform, wie in 1 veranschaulicht, meint eine Waferverarbeitungsvorrichtung ein scheibenförmiges dichtes Keramiksubstrat 12, dessen Oberseite 13 als eine Auflagefläche für einen Wafer W dient, mit einem (nicht gezeigten) darin eingebetteten Heizwiderstand 16. Elektrische Anschlüsse 15 zum Zuführen von Elektrizität zu dem Heizwiderstand können in der Mitte der Unterseite des Keramiksubstrats 12 oder in einer Ausführungsform an den Seiten des Keramiksubstrats angebracht werden. Der Wafer W auf der Oberseite 14 des Heizers wird durch Anlegen einer Spannung an die Versorgungsanschlüsse 15 gleichmäßig erwärmt, wodurch der Heizwiderstand veranlasst wird, Wärme zu erzeugen.
Mit Bezug auf das Basissubstrat der erfindungsgemäßen Waferverarbeitungsvorrichtung umfasst in einer Ausführungsform, die in 2A veranschaulicht ist, das Basissubstrat eine Scheibe oder ein Substrat 18, das ein elektrisch leitfähiges Material enthält und mit einer Überzugsschicht 19 überzogen ist, die elektrisch isoliert, und optional eine (nicht gezeigte) Bindeschicht aufweist, um die Adhäsion zwischen der elektrisch isolierenden Überzugsschicht 19 und dem Basissubstrat 18 zu verbessern. Das elektrisch leitfähige Material der Scheibe 18 ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Graphit; hochschmelzenden Metallen wie zum Beispiel W und Mo, Übergangsmetallen, Seltenerdenmetallen und Legierungen; Oxiden und Carbiden von Hafnium, Zirconium und Cer und Gemischen daraus.
Mit Bezug auf die Überzugsschicht 19 der elektrisch leitfähigen Scheibe 18 umfasst die Schicht 19 wenigstens eines der folgenden: ein Oxid, ein Nitrid, ein Carbid, ein Carbonitrid, ein Oxynitrid von Elementen, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus B, Al, Si, Ga, Y, hochschmelzende Hartmetalle, Übergangsmetalle; Oxid, Oxynitrid von Aluminium; und Kombinationen daraus. Mit Bezug auf die optionale Bindeschicht umfasst die Schicht wenigstens eines der folgenden: ein Nitrid, ein Carbid, ein Carbonitrid, ein Borid, ein Oxid, ein Oxynitrid von Elementen, die ausgewählt sind unter Al, Si, hochschmelzende Metalle einschließlich Ta, W, Mo, Übergangsmetalle einschließlich Titan, Chrom, Eisen; und Gemische daraus. In einer Ausführungsform umfasst die Bindeschicht TiC und/oder TaC und/oder SiC und/oder MoC und/oder Gemische daraus.
In einer Ausführungsform, die in 2B veranschaulicht ist, wobei das Basissubstrat 18 ein elektrisch isolierendes Material (zum Beispiel ein gesintertes Substrat) umfasst, ist das Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Oxiden, Nitriden, Carbiden, Carbonitriden oder Oxynitriden von Elementen, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus B, Al, Si, Ga, Y, hoch-wärmestabilen Zirconiumphosphaten mit der NZP-Struktur aus NaZr₂(PO₄)₃; hochschmelzenden Hartmetallen; Übergangsmetallen; Oxid, Oxynitrid von Aluminium; und Kombinationen daraus; mit hoher Verschleißfestigkeit und hoher Wärmebeständigkeit. In einer Ausführungsform umfasst das Basissubstrat 18 AIN, das insbesondere eine hohe Wärmeleitfähigkeit von > 50 W/mk (oder manchmal > 100 W/mk), eine hohe Beständigkeit gegen Korrosion durch korrosive Gase wie zum Beispiel Fluor- und Chlorgase und eine hohe Beständigkeit gegen Plasma aufweist. In einer Ausführungsform umfasst das Basissubstrat ein hochreines Aluminiumnitrid mit einer Reinheit von > 99,7 % und ein Sinterhilfsmittel, das ausgewählt ist aus Y₂O₃, Er₂O₃ und Kombinationen daraus.
In einer Ausführungsform, die in 2C veranschaulicht ist, ist ein Heizelement oder eine Elektrode 16 mit einem optimierten Stromkreisaufbau in das Keramiksubstrat 12 eingebettet. Das Heizelement 16 umfasst ein Material, das ausgewählt ist unter Metallen, die einen hohen Schmelzpunkt aufweisen, zum Beispiel Wolfram, Molybdän, Rhenium und Platin und Legierungen daraus; Carbiden und Nitriden von Metallen, die zu den Gruppen IVa, Va und VIa des Periodensystems gehören; Carbiden oder Oxiden von Hafnium, Zirconium und Cer, und Kombinationen daraus. In einer Ausführungsform umfasst das Heizelement 16 ein Material mit einem CTE, der genau auf den CTE des Substrats (oder seiner Überzugsschicht) abgestimmt ist.
In einer weiteren Ausführungsform, die in den 2A-2B veranschaulicht ist, umfasst das Heizelement eine Filmelektrode 16 mit einer Dicke im Bereich von 1 bis 1000 μm. In einer zweiten Ausführungsform hat die Filmelektrode 16 eine Dicke von 5 bis 500 μm. Die Filmelektrode 16 kann auf dem elektrisch isolierenden Basissubstrat 18 (von 2B) oder der Überzugsschicht 19 (von 2A) mittels einschlägig bekannter Prozesse ausgebildet werden, einschließlich Siebdruck, Aufschleudern, Plasmasprühen, Sprühpyro lyse, reaktiver Sprühabscheidung, Solgel, Brenner, Elektrolichtbogen, Ionenplattierung, Ionenimplantation, Ionenplasmaabscheidung, Sputterabscheidung, Laserablation, Aufdampfen, Galvanisieren und Laseroberflächenlegierung. In einer Ausführungsform umfasst die Filmelektrode 16 ein Metall mit einem hohen Schmelzpunkt, zum Beispiel Wolfram, Molybdän, Rhenium und Platin oder Legierungen daraus. In einer zweiten Ausführungsform umfasst die Filmelektrode 16 ein Edelmetall oder eine Edelmetalllegierung. In einer dritten Ausführungsform umfasst die Filmelektrode 16 Carbide und/oder Oxide von Hafnium, Zirconium, Cer und Gemischen daraus.
In einer Ausführungsform wird der Flächenwiderstand der Elektrode auf einen Bereich von 0,001 bis 0,10 Ω/sq eingestellt, um die Anforderungen an den elektrischen Widerstand für die Elektrode zu erfüllen, während die optimale Pfadbreite und der optimale Abstand zwischen den Pfaden der Elektrodenstruktur beibehalten werden. In einer zweiten Ausführungsform wird der Flächenwiderstand auf einen Bereich von 0,005 bis 0,05 Ω/sq eingestellt. Der Flächenwiderstand ist als das Verhältnis des spezifischen elektrischen Widerstandes zur Filmdicke definiert.
In der erfindungsgemäßen Waferverarbeitungsvorrichtung können eine oder mehrere Elektroden zum Einsatz kommen. Je nach der Anwendung kann die Elektrode als ein Widerstandsheizelement, eine Plasmaerzeugungselektrode, eine elektrostatische Festspannelektrode oder eine Elektronenstrahlelektrode fungieren.
In einer Ausführungsform der Erfindung, die in den 2A und 2B veranschaulicht ist, ist die Waferverarbeitungs vorrichtung 10 des Weiteren mit einem Schutzbeschichtungsfilm 25 beschichtet, der ätzbeständig ist.
In einer Ausführungsform umfasst die Schutzbeschichtung 25 wenigstens ein Nitrid, ein Carbid, ein Carbonitrid oder ein Oxynitrid von Elementen, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus B, Al, Si, Ga, Y, hochschmelzende Hartmetalle, Übergangsmetalle, und Kombinationen daraus; mit einem CTE im Bereich von 2,0 × 10^–6/K bis 10 × 10^–6/K in einem Temperaturbereich von 25 bis 1000°C.
In einer Ausführungsform umfasst die Schutzbeschichtung 25 hoch-wärmestabile Zirconiumphosphate mit der NZP-Struktur. NZP-Struktur meint NaZr₂(PO₄)₃ sowie verwandte isostrukturelle Phosphate und Silicophosphate mit einer ähnlichen Kristallstruktur. Diese Materialien werden in einer Ausführungsform durch Erwärmen eines Gemisches aus Alkalimetallphosphaten oder -carbonaten, Ammoniumdiwasserstoffphosphat (oder Diammoniumphosphat) und tetravalenten Metalloxiden hergestellt.
In einer Ausführungsform hat die Beschichtung 25 von NZP-Typ eine allgemeine Formel:
(L, M1, M2, Zn, Ag, Ga, In, Ln, Y, Sc)₁ (Zr, V, Ta, Nb, Hf, Ti, Al, Cr, Ln)_m (P, Si, VAl)_n (O, C, N)₁₂, wobei L = Alkali, M1 = Erdalkali, M2 = Übergangsmetall, Ln = Seltenerde und die Werte l, m, n so gewählt sind, dass ein Ladungsgleichgewicht beibehalten wird. In einer Ausführungsform enthält die Beschichtung 25 von NZP-Typ wenigstens einen Stabilisator, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Erdalkalioxiden, Seltenerdenoxiden und Gemischen daraus. Zu Beispielen gehören Yttriumoxid (Y₂O₃) und Calciumoxid (CaO).
In einer dritten Ausführungsform enthält die Schutzschicht 25 eine Glaskeramikzusammensetzung, die wenigstens ein Element enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Elementen der Gruppe 2a, Gruppe 3a und Gruppe 4a des Periodensystems der Elemente. Die Gruppe 2a meint im Sinne des vorliegenden Textes ein Erdalkalimetallelement einschließlich Be, Mg, Ca, Sr und Ba. Die Gruppe 3a im Sinne des vorliegenden Textes meint Sc, Y oder ein lanthanoides Element. Die Gruppe 4a im Sinne des vorliegenden Textes meint Ti, Zr oder Hf. Zu nicht-einschränkenden Beispielen für Glaskeramikzusammensetzungen zur Verwendung als die Überzugsschicht 25 gehören Lanthanalumosilikat (LAS), Magnesiumalumosilikat (MAS), Calciumalumosilikat (CAS) und Yttriumalumosilikat (YAS).
In einem Beispiel enthält die Schutzbeschichtung 25 ein Gemisch aus SiO₂ und einem plasmaresistenten Material, umfassend ein Oxid von Y, Sc, La, Ce, Gd, Eu, Dy oder dergleichen, oder ein Fluorid eines dieser Metalle, oder Yttrium-Aluminium-Granat (YAG). Es können Kombinationen der Oxide solcher Metalle und/oder Kombinationen der Metalloxide mit Aluminiumoxid verwendet werden. In einer dritten Ausführungsform umfasst die Schutzbeschichtung 25 1 bis 30 Atom-% des Elements der Gruppe 2a, Gruppe 3a oder Gruppe 4a und 20 bis 99 Atom-% des Si-Elements im Hinblick auf ein Atomverhältnis von Metallatomen ohne Sauerstoff. In einem Beispiel enthält die Schicht 25 Alumosilikatglasarten, umfassend 20 bis 98 Atom-% des Si-Elements, 1 bis 30 Atom-% des Y-, La- oder Ce-Elements und 1 bis 50 Atom-% des Al-Elements, und Zirconiumoxidsilikatglasarten, umfassend 20 bis 98 Atom-% des Si-Elements, 1 bis 30 Atom-% des Y-, La- oder Ce-Elements und 1 bis 50 Atom-% des Zr-Elements.
In einer weiteren Ausführungsform basiert die Schutzbeschichtung 25 auf Y₂O₃-Al₂O₃-SiO₂ (YAS), wobei der Yttriumoxidgehalt von 25 bis 55 Gewichts-% für einen Schmelzpunkt von weniger als 1600°C und eine Glasübergangstemperatur (Tg) in einem schmalen Bereich von 884 bis 895°C variiert, wobei optionale Dotanden beigegeben werden, um den CTE so einzustellen, dass er auf den des angrenzenden Substrats abgestimmt ist. Zu Beispielen von Dotanden gehören BaO, La₂O₃ oder NiO, um den CTE des Glases zu erhöhen, und ZrO₂, um den CTE des Glases zu verringern. In einer weiteren Ausführungsform basiert die Schutzbeschichtung 25 auf BaO-Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂-Glasarten, wobei optional La₂O₃, ZrO₂ oder NiO beigegeben werden, um den CTE des Glases so einzustellen, dass er entsprechend auf den CTE des Substrats abgestimmt ist. In einem Beispiel umfasst die Beschichtung 25 30-40 Mol-% BaO, 5-15 Mol-% Al₂O₃, 10-25 Mol-% B₂O₃, 25-40 Mol-% SiO₂; 0-10 Mol-% La₂O₃; 0-10 Mol-% ZrO₂; 0-10 Mol-% NiO mit einem Molverhältnis von B₂O₃ und SiO₂ im Bereich von 0,25 bis 0,75.
Die Schutzschicht 25 kann kleine Konzentrationen anderer nichtmetallischer Elemente, wie zum Beispiel Stickstoff, Sauerstoff und/oder Wasserstoff, aufnehmen, ohne dass sich dies nachteilig auf die Korrosionsbeständigkeit oder Ätzbeständigkeit auswirkt. In einer Ausführungsform enthält die Überzugsschicht bis zu etwa 20 Atomprozent (Atom-%) Wasserstoff und/oder Sauerstoff. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Schutzschicht 25 bis etwa 10 Atom-% Wasserstoff und/oder Sauerstoff.
Die Schutzschicht 25 kann mit Hilfe einschlägig bekannter Verfahren auf Substraten abgeschieden werden, einschließ lich thermisches oder Flammsprühen, Plasmaentladungssprühen, expandierendes thermisches Plasma (ETP), Ionenplattierung, chemische Dampfabscheidung (CVD), plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition – PECVD), metallorganische chemische Dampfabscheidung (Metal Organic Chemical Vapor Deposition – MOCVD) (auch als organometallische chemische Dampfabscheidung – OMCVD – bezeichnet), metallorganische Dampfphasenepitaxie (Metal Organic Vapor Phase Epitaxy – MOVPE), physikalische Dampfabscheidungsprozesse wie zum Beispiel Sputtern, reaktive Elektronenstrahlabscheidung (E-Stahlabscheidung), Ionenplasmaabscheidung und Plasmasprühen. Beispielhafte Prozesse sind thermisches Sprühen, ETP, CVD und Ionenplattierung.
Die Dicke der Schutzschicht 25 variiert je nach der Anwendung und dem verwendeten Prozess, zum Beispiel CVD, Ionenplattierung, ETP usw., und variiert je nach der Anwendung von 1 μm bis zu einigen wenigen hundert μm. Wenn dickere Schutzschichten verwendet werden, so werden im Allgemeinen längere Lebenszyklen erwartet.
Korrosionsbeständige Anschlüsse und Konfigurationen: In einer typischen Waferverarbeitungsumgebung mit dem Einsatz korrosiver Gase kann das atomische Eindringen der Fluorgase rasch Komponenten der Waferverarbeitungsvorrichtung über die Kontaktbereiche oder Funktionselemente mit mechanischen Komponenten angreifen, wie zum Beispiel elektrische Verbindungen, Einsätze, einschließlich beispielsweise Gasdurchführungskanäle, vertiefte Bereiche, erhöhte Bereiche, MESA, Durchgangslöcher wie zum Beispiel Abhebestiftlöcher, Schraubbolzenlöcher, Blindlöcher und dergleichen. Zu nichteinschränkenden Beispielen für Funktionselemente gehören elektrische Zuleitungen, Kontaktnasen, Einsätze, Durchgangslöcher usw., welche die Kontaktbereiche durchdringen und so einen Spalt bilden, durch den korrosive Gase die Basiskomponenten, wie zum Beispiel das Substrat, angreifen können.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Zuleitungen zu der Elektrode, die mechanischen Komponenten und Befestigungsmittel zum Befestigen von Funktionselementen mit einem elektrisch leitfähigen, ätzbeständigen Material beschichtet, das ausreichend duktil ist, um der Wärmeausdehnung des Basismaterials zu folgen. In einer weiteren Ausführungsform ist die Elektrode selbst mit dem elektrisch leitfähigen, ätzbeständigen Material beschichtet. Zu nicht-einschränkenden Beispielen geeigneter ätzbeständiger Materialien gehören Nickel, Chrom, Superlegierungen oder weitere leitfähige Materialien mit einer Duktilität von > 5 % Längung bei Anwendung als eine Überzugsschicht. In einer Ausführungsform hat die Überzugsschicht eine durchschnittliche Dicke von 0,000004 Inch bis 0,010 Inch und umfasst ein Material mit genügend Duktilität, um sich dem CTE des Basissubstrats dergestalt anzupassen, dass die Überzugsschicht zu wenigstens 90 % rissfrei bleibt, wenn sie der aggressiven Halbleiterverarbeitungsumgebung bei erhöhten Temperaturen ausgesetzt wird. In einer zweiten Ausführungsform umfasst die Überzugsschicht ein Material mit einer solchen Duktilität, dass das Beschichtungsmaterial die CTE-Differenz oder -Nichtübereinstimmung ausgleicht und dabei immer noch auf seiner Oberfläche zu wenigstens 95 % rissfrei bleibt. "Rissfrei" meint hier, dass Risse mit bloßem Auge und selbst unter einem SEM nicht zu erkennen sind. In einer dritten Ausführungsform hat die Überzugsschicht eine Dicke von 0,00001 Inch bis 0,005 Inch, und in einer vierten Ausführungsform eine Dicke von 0,00005 Inch bis 0,025 Inch.
In einer Ausführungsform der Erfindung werden speziell angepasste Anschlüsse verwendet, die der Verbindung Ätzbeständigkeit verleihen. In einer zweiten Ausführungsform werden ätzbeständige, elektrisch leitfähige Materialien verwendet, um exponierte elektrische Verbindungen vor der korrosiven Umgebung zu schützen.
In einer weiteren Ausführungsform werden ätzbeständige Zusammensetzungen als Füllstoffe, Klebstoffe, Leime oder Versiegelungsmittel verwendet, um die Kontaktverbindungen noch weiter vor dem atomischen Eindringen korrosiver Gase zu schützen.
Ausführungsformen der korrosionsbeständigen Verbindungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren weiter veranschaulicht.
3 ist ein Querschnittsschaubild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Waferhandhabungsvorrichtung 10 mit einer strukturierten Elektrode 200 auf einer Oberfläche eines Basissubstrats 100, die mit einer korrosionsbeständigen Überzugsschicht 300 beschichtet ist. Die strukturierte Elektrode 200 kann je nach der Anwendung als eine Heizerelektrode und/oder als eine Festspannelektrode fungieren.
Eine Verbindermutter 220 dient zum Befestigen eines Verbindergewindestabes 210. In einer Ausführungsform bestehen der Verbindergewindestab 210 und die Verbindermutter 220 aus dem gleichen hochschmelzenden Metallmaterial mit einem CTE, der genau auf den CTE des Substrats 100 und der Überzugs schickt 300 abgestimmt ist. Ein Beispiel ist Molybdän mit einem CTE, der genau auf den CTE der AIN-Schicht abgestimmt ist. In einer zweiten Ausführungsform bestehen sie aus unterschiedlichen Materialien mit genau aufeinander abgestimmten CTEs. In einer Ausführungsform sind der Stab 210 und/oder die Mutter 220 zusätzlich mit Nickel oder anderen leitfähigen ätzbeständigen Materialien plattiert (nicht gezeigt). Wie veranschaulicht, ist der Stab 210 in ein Gewindeloch in dem Substrat 100 eingeschraubt. In einer (nicht gezeigten) Ausführungsform ist der Stab 210 mit einem Presssitz in ein Blindloch in dem Substrat eingesetzt oder in ein Loch in dem Substrat 100 eingeleimt.
Es ist mitunter schwierig, während des Abscheidungsprozesses eine ausreichende Beschichtung in scharfen Ecken oder engen Spalten zu erreichen. Man nennt diesen Effekt "teilweise Schattierung". Dies könnte eventuell zu einer dünneren Überzugsbeschichtung führen, wodurch die Lebensdauer der Waferhandhabungsvorrichtung verkürzt wird. 4 ist darum ein Querschnittsschaubild einer anderen Ausführungsform von 3, die sich des Problems der teilweisen Schattierung annimmt. In dieser Ausführungsform weist die Verbindermutter 221 verjüngte Strukturelemente auf, um den Beschichtungsprozess so zu optimieren, dass eine ausreichende Beschichtung in der Übergangsregion von der Mutter 221 zu dem Substrat 100 erreicht wird. In einer (nicht gezeigten) weiteren Konfiguration hat die Mutter 221 gerundete Ecken, welche die Beanspruchung in der Beschichtung sowie die Wahrscheinlichkeit einer Delaminierung während des Betriebes verringern.
In einer weiteren Ausführungsform der Waferhandhabungsvorrichtung 10, wie in 5 veranschaulicht, ist die Verb indermutter 221 des Weiteren mit einer Versiegelung, d. h. einer Perle aus korrosionsbeständigem, hochtemperaturverträglichem Füllmaterial 230, in der Übergangsregion von der Mutter zum Substrat versehen. In einer Ausführungsform fungiert das Füllmaterial 230 als die verjüngte Mutter in 4, um das teilweise Schattieren des Abscheidungsprozesses zu minimieren. In einer weiteren Ausführungsform bildet das Füllmaterial 230 eine zweite Verteidigungslinie gegen korrosive Spezies für den Fall, dass die Überzugsschicht 300 keinen ausreichenden Schutz bietet und vorzeitig aufgebraucht wird.
6 ist ein Querschnittsschaubild einer weiteren Ausführungsform der Baugruppe 10, die in 3 veranschaulicht ist, nur dass hier eine weitere Elektrode 202 hinzugefügt ist. Wie veranschaulicht, könnte die Elektrode 200 eine Heizerelektrode sein, und die andere Elektrode 202 könnte eine Festspannelektrode sein. Alternativ könnten die beiden Elektroden unabhängig gesteuerte Heizerelektroden sein. In einer weiteren Ausführungsform könnten die Elektroden unabhängig gesteuerte Festspannelektroden sein.
7 ist ein Querschnittsschaubild einer weiteren Ausführungsform der Baugruppe 10, die in 4 veranschaulicht ist, mit einer verjüngten Verbindermutter 221, mit Hinzufügung einer weiteren Elektrode 202, die als eine Heizerelektrode oder als eine Festspannelektrode fungieren kann.
8 ist ein Querschnittsschaubild einer Heizerausführungsform der Baugruppe 10, die in 5 veranschaulicht ist, mit der Hinzufügung einer zweiten Elektrode 202 zu dem Substrat. Wie gezeigt, bildet das Versiegelungs- oder Füllmaterial 230 eine Übergangsregion von der Mutter zum Substrat für alle elektrischen Verbindungen.
9 ist ein Querschnittsschaubild einer weiteren Ausführungsform der Waferhandhabungsvorrichtung 10. In dieser Ausführungsform werden der korrosionsbeständige Verbinderstab 210 und die Mutter 220 angebracht, nachdem der Überzug 300 aufgebracht und in den Kontaktbereichen teilweise entfernt wurde. Des Weiteren sind in dieser Ausführungsform die (teilweise freiliegende) Elektrode 200, der Verbinderstab 210, die Mutter 220 und weitere Komponenten wie zum Beispiel Unterlegscheiben, Federn usw. (nicht gezeigt) elektrisch leitfähig und korrosionsbeständig. In einer Ausführungsform umfassen diese Komponenten ein korrosionsbeständiges, elektrisch leitfähiges Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Kobalt, Eisen, Oxiden und Carbiden von Hafnium, Zirconium und Cer und Gemischen daraus, mit einem CTE, der genau auf den CTE des Substrats 100 abgestimmt ist. Zu nicht-einschränkenden Beispielen gehören handelsübliche Superlegierungen mit den Handelsnamen Invar und Kovar. Diese Konfiguration ermöglicht es, niedriger-schmelzende, korrosionsbeständige Verbindermaterialien, zum Beispiel Aluminium und Legierungen, Hafnium- und Zirconiumcarbide und -nitride usw., als die Verbinderkomponente zu verwenden, die nicht in der Lage zu sein brauchen, den Beschichtungsprozess zu überstehen. Beschichtungsprozesse zum Aufbringen der Überzugsschicht 300 können mitunter ein Hochtemperaturprozess sein, wie zum Beispiel thermisches Sprühen, Hochtemperatur-CVD oder andere Abscheidungsprozesse.
10 ist ein Querschnittsschaubild einer Abwandlung der Ausführungsform von 9. In dieser Ausführungsform ist die Elektrode 200 mit einer elektrisch leitfähigen Schutzbeschichtung 205 plattiert oder beschichtet. Die Schutzbeschichtung 205 umfasst in einer Ausführungsform ein ätzbeständiges und elektrisch leitfähiges Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Kobalt, Eisen; Oxiden und Carbiden von Hafnium, Zirconium und Cer, und Gemischen daraus, mit einem CTE, der genau auf den CTE der Elektrode 200 abgestimmt ist. Die Beschichtung 205 kann auf die Elektrode 200 mittels einschlägig bekannter Prozesse aufgebracht werden, einschließlich beispielsweise Galvanisierung, chemisches Beschichten, Streichen, Sprühen, Aufdampfen, Sputtern, CVD usw.
11 ist ein Querschnittsschaubild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei die Elektrode 200 mit einem korrosionsbeständigen Füllmaterial 230 versehen ist. Die Verwendung des korrosionsbeständigen Füllmaterials oder Versiegelers 230 macht die Notwendigkeit eines korrosionsbeständigen Materials für die Elektrode 200 oder einer Schutzbeschichtung 205 auf der Elektrode (wie in 10 veranschaulicht) überflüssig. In einer Ausführungsform umfasst die Elektrode 200 Molybdän, ein Material mit einem CTE, der genau auf den CTE von AIN als das Substrat abgestimmt ist, aber nicht die erforderliche Korrosionsbeständigkeit für bestimmte Waferverarbeitungsumgebungen mit korrosiven Fluorgasen aufweist.
In 12 einer weiteren Ausführungsform sind Vertiefungen in das Keramikkernsubstrat der Vorrichtung 10 gebohrt, und ein maschinell bearbeiteter leitfähiger Gewindeeinsatz 240 ist in die Vertiefungen eingesetzt und mit einer Schlitzmutter 220 festgeschraubt. Der Raum um den Stab und die Muttern ist mit einem korrosionsbeständigen Füllmate rial 230 ausgefüllt. In dieser Ausführungsform werden zuerst der Gewindeeinsatz 240, die Mutter 220 und das Füllmaterial 230 eingesetzt und montiert, bevor die Elektrode 200 angebracht und die anschließende Überzugsschicht 300 aufgebracht wird. Der (nicht gezeigte) Verbinderstab 210 kann nach dem Beschichten in den maschinell bearbeiteten Gewindeeinsatz eingeschraubt werden. Die Verwendung von Gewindeeinsätzen und Füllstoffen in dieser Ausführungsform ist besonders bei Anwendungen vorteilhaft, bei denen es schwierig ist, Gewindelöcher maschinell in Keramiksubstrate einzuarbeiten. Einsätze können auch bei Anwendungen verwendet werden, bei denen es möglicherweise schwierig ist, einen Klebstoff aufzutragen oder auszuwählen, dessen CTE für eine Verwendung in einer Presssitzbaugruppe geeignet ist.
13 ist eine Abwandlung der Ausführungsform von 12, wobei eine Baugruppe mit einem Stab 250 anstelle des Gewindeeinsatzes verwendet wird und eine zusätzliche Mutter 220 vorhanden ist, um die Verbindung zusätzlich zu festigen und zu schützen.
14 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform, bei der Einsätze verwendet werden. Wie veranschaulicht, sind maschinell bearbeitete leitfähige Einsätze 240 in den Vertiefungen installiert, die in das Keramiksubstrat gebohrt wurden. Die Einsätze sind zusätzlich mit Nickel oder einem anderen ätzbeständigen Material plattiert (nicht gezeigt). Die Einsätze sind mit Muttern 220 festgeschraubt. Die Einsätze haben eine ausreichende Länge, damit sie von der Oberfläche des Substrats hervorstehen (gegenüber der Seite, wo der Wafer die Waferverarbeitungsvorrichtung berühren würde). Der Freiraum um die Muttern 220 ist mit einem korrosionsbeständigen Füllmaterial 230 ausgefüllt. In dieser Ausführungsform werden die Einsätze 240, die Mutter 220 und das Füllmaterial 230 in die fertige Baugruppe eingefügt, nachdem die Elektrode 200 angebracht wurde, aber vor dem Aufbringen der Überzugsschicht 300.
15 ist eine geringfügige Abwandlung der Waferverarbeitungsvorrichtung aus 14. In dieser Ausführungsform wird die Überzugsschicht 300 nur auf die Oberflächen aufgetragen, die nicht den Wafer berühren sollen. Für einige Anwendungen könnte eine Überzugsschicht 300 gelegentlich Nichtidealitäten umfassen, d. h. Defekte und unerwünschte Elemente wie zum Beispiel Knollen infolge von Staub- und Gasphasenkeimbildung oder eine ungleichmäßige Beschichtung oder eine uneinheitliche Beschichtungsdicke. Die Nichtidealitäten in der Oberfläche würden verhindern, dass der Wafer einen optimalen thermischen Kontakt hat, und/oder würde den Wafer aus dem Fokus herausschieben. Indem Abscheidungen auf der den Wafer berührenden Oberfläche vermieden werden, wie bei der Ausführungsform dieser 15, können die Unvollkommenheiten gemindert werden.
16 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform von 14, die des Weiteren Merkmale wie Vertiefungen und/oder erhöhte Bereiche und/oder Mesas 270 in dem Substrat umfasst. In einer Ausführungsform erstrecken sich die erhöhten Bereiche über die gesamte Substratoberfläche. In einer weiteren Ausführungsform erstrecken sich die erhöhten Flächen 270 wenigstens über die Fläche, die den Wafer berührt. Die Überzugsschicht 300 wird so aufgebracht, dass sie den allgemeinen Konturen dieser Merkmale 270 folgt. In einigen Ausführungsformen mindern die erhöhten Oberflächenbereiche auch die Unvollkommenheiten und die Risiken in folge von Nichtidealitäten aufgrund der verkleinerten Gesamtkontaktfläche mit dem Wafer.
17 ist ein Querschnittsschaubild einer Ausführungsform, bei der die Merkmale der Vorrichtung aus den 15 und 16 mit unbeschichteten erhöhten Oberflächen 270 kombiniert sind, wodurch die Probleme eines schlechten Waferkontakts infolge von Nichtidealitäten wie Knollen und eine unebene Beschichtung oder eine ungleichmäßige Beschichtungsdicke minimiert werden.
18 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der Waferhandhabungsvorrichtung 10. In dieser Ausführungsform ist das Substrat 100 keine Keramik, sondern ein elektrisch leitfähiges Material, zum Beispiel Graphit, oder ein hochschmelzendes Metall wie zum Beispiel Molybdän. Wie veranschaulicht, ist das Substrat 100 des Weiteren mit einer (optionalen) Bindeschicht oder Adhäsionsverstärkungsschicht 211 beschichtet, zum Beispiel TaC. Ein isolierender Einsatz 212 ist mittels einschlägig bekannter Verfahren in das Substrat 210 eingesetzt, zum Beispiel Presssitz, Leim oder Gewinde. Das Substrat wird anschließend mit einer isolierenden Grundierungsschicht 213 beschichtet. Im nächsten Schritt wird die Elektrode 200 installiert, gefolgt vom Einsetzen eines Stabes 210 und einer Mutter 220, und schließlich gefolgt vom Aufbringen der Überzugsschicht 300. Die isolierende Grundierungsschicht 213 kann das gleiche Material wie – oder ein anderes Material als – die Überzugsschicht 300 sein, wobei beide Schichten mittels einschlägig bekannter Beschichtungsprozesse aufgebracht werden, einschließlich beispielsweise CVD, thermisches CVD, ETP, Ionenplattierung usw.
19 veranschaulicht eine Abwandlung der Ausführungsform von 18. In dieser Ausführungsform sind die Keramikeinsätze durch beschichtete Durchgangslöcher 219 ersetzt, durch die ein Elektrodenstab 210 eingeführt wird, und Muttern 220 können auf beiden Seiten des Stabes 210 befestigt werden, bevor die Überzugsschicht 300 aufgebracht wird. In einer (nicht gezeigten) Ausführungsform sind die Muttern 220 verjüngt oder gerundet. In einer (nicht gezeigten) weiteren Ausführungsform wird ein Füllmaterial 230 verwendet, um die Verbindung zusätzlich zu versiegeln und zu schützen.
20 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der Waferhandhabungsvorrichtung 10. In dieser Ausführungsform umfasst das Substrat 401 ein elektrisch leitfähiges Material wie zum Beispiel Graphit, beschichtet mit einer elektrisch isolierenden Schicht 402, die ein Material wie zum Beispiel pyrolytisches Bornitrid umfasst. Eine Elektrode 200, zum Beispiel aus pyrolytischem Graphit, wird auf der Überzugsschicht 402 angebracht. In einer Ausführungsform wird die Elektrode 200, wie veranschaulicht, mit wenigstens einer zusätzlichen isolierenden Überzugsschicht 403 beschichtet. Im nächsten Schritt wird die Elektrode 200 teilweise freigelegt, so dass eine korrosionsbeständige Scheibe 404, wie zum Beispiel eine Scheibe aus gesintertem Aluminiumnitrid, angebracht werden kann. Die gesamte Baugruppe wird dann mit einer ätzbeständigen pyrolytischen Graphitüberzugsschicht 405 beschichtet. Abschließend werden elektrisch leitfähige korrosionsbeständige Druckkontakte 406 angebracht, zum Beispiel federbelastete Kontakte, die Materialien wie zum Beispiel Hafniumnitrid, Kobalt, Nickel, Kovar-Superlegierung usw. umfassen.
21 ist eine Abwandlung der Ausführungsform von 20, wobei ein Bolzen 407 anstelle der korrosionsbeständigen Druckkontakte verwendet wird. In dieser Ausführungsform wird der Bolzen 407 durch ein Durchgangsloch geschoben, das mit einer korrosionsbeständigen isolierenden Auskleidung 408 ausgekleidet ist. In einer Ausführungsform hat das ausgekleidete Durchgangsloch die Form einer gesinterten Keramikröhre.
Es ist zu beachten, dass die korrosionsbeständigen Konfigurationen der Erfindung nicht auf die veranschaulichten Ausführungsformen beschränkt sind. Merkmale der Ausführungsformen können kombiniert und/oder modifiziert werden, was Abweichungen von den Ausführungsformen gestattet, ohne von dem Konzept einer Waferverarbeitung mit korrosionsbeständigen Verbindungen abzuweichen.
Korrosionsbeständiger Füllstoff/Klebstoff/Schutzversiegeler: Wie in den Figuren verschiedener Ausführungsformen der Erfindung mit korrosionsbeständigen Verbindungen veranschaulicht, wird in einer Reihe von Ausführungsformen ein korrosionsbeständiges Füllmaterial 230 verwendet.
Im Sinne des vorliegenden Textes kann der Begriff "Füllstoff" austauschbar mit "Versiegeler", "Leim", "Klebstoff" oder "Schutzversiegeler" im Zusammenhang mit einem Material verwendet werden, das in der Lage ist, Komponenten in Waferverarbeitungsvorrichtungen, wie zum Beispiel Elektroden, Verbindern, Stäben und Befestigungsmitteln wie zum Beispiel Muttern, Nieten usw., zusätzlichen Schutz vor mikroskopischen Angriffen in der Waferverarbeitungskammer zu bieten. Das Füllmaterial kann jedes beliebige Keramik-, Glas- oder Glaskeramikmaterial umfassen, das gegen erhöhte Temperaturen beständig ist und thermisch mit dem Substrat und anderen Komponenten verträglich ist, zum Beispiel dem Graphitheizerelement, den metallischen Befestigungsmitteln usw. Das Füllmaterial ist außerdem chemisch mit der Halbleiterverarbeitungsumgebung verträglich.
Im Sinne des vorliegenden Textes ist ein Füllmaterial thermisch verträglich, wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient (Coefficient of Thermal Expansion – CTE) der Füllstoffmatrix genau auf den CTE des angrenzenden Substrats abgestimmt ist, so dass der Wärmeausdehnungsunterschied von Materialien während einer thermischen Wechselbeanspruchung nicht zu einer Delaminierung oder einem Ablösen des Füllmaterials führt. In einer Ausführungsform umfasst der Füllstoff ein Material mit einem CTE mit einem Wert zwischen dem des Keramiksubstrats und dem des metallischen Verbindungs- oder Befestigungsmittels. Borsilikatglas, Alumosilikatglas und Glas mit hohem Siliciumdioxidanteil sowie Glasgemische sind Beispiele für geeignete Füllmaterialien.
Im Sinne des vorliegenden Textes ist ein chemisch verträgliches Füllmaterial zur Verwendung in einer Halbleiterverarbeitungsumgebung ein Füllmaterial, das kaum mit einem korrosiven Gas oder seinem Plasma reagiert. Selbst wenn es zu einer Reaktion mit Fluor in dem korrosiven Gas kommt, sind die entstehenden Substanzen eine hoch-siedende Verbindung; und es unterstützt das Unterdrücken einer Korrosion infolge des Plasmas oder des korrosiven Gases.
In einer Ausführungsform enthält die Füllstoffzusammensetzung wenigstens ein Element, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Elementen der Gruppe 2a, Gruppe 3a und Gruppe 4a des Periodensystems der Elemente. Die Gruppe 2a meint im Sinne des vorliegenden Textes ein Erdalkalimetallelement, einschließlich Be, Mg, Ca, Sr und Ba. Die Gruppe 3a meint im Sinne des vorliegenden Textes Sc, Y oder ein lanthanoides Element. Die Gruppe 4a meint im Sinne des vorliegenden Textes Ti, Zr oder Hf.
Nicht-einschränkende Beispiele für geeignete Zusammensetzungen zur Verwendung als Füllstoffe sind Lanthanalumosilikat (LAS), Magnesiumalumosilikat (MAS), Calciumalumosilikat (CAS) und Yttriumalumosilikat (YAS). Die Auswahl eines bestimmten Matrixmaterials stützt sich auf die erwarteten Erfordernisse der vorgesehenen Anwendung. In einer Ausführungsform wird das Matrixmaterial so ausgewählt, dass es auf eine Heizeranwendung mit AIN-Überzugsschicht mit einem theoretischen mittleren CTE von 4,9 × 10^–6/K abgestimmt ist, wobei ein Graphitheizelement einen theoretischen CTE von 5,3 × 10^–6/K aufweist. In einer weiteren Ausführungsform wird ein Füllstoff für einen CTE-Wert zwischen dem CTE der AIN-Überzugsschicht von 4,9 × 10^–6/K und dem CTE der hochschmelzenden metallischen Befestigungsmittel ausgewählt, umfassend ein Material wie zum Beispiel Wolfram W, Molybdän Mo, Tantal Ta, oder Legierungen wie zum Beispiel Kupfer-Wolfram (CuW), Kupfer-Molybdän (CuMo mit einem CTE von 6,9 ppm/C für 85/15 MoCu), Molybdän-Mangan (Mohn) usw.
In einer Ausführungsform ist das Füllmaterial eine Zusammensetzung auf der Basis von BaO-Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂-Glasarten, wobei La₂O₃, ZrO₂ oder NiO optional beigegeben werden, um den CTE des Glases so einzustellen, dass er entsprechend auf den CTE des Substrats abgestimmt ist. In einer Ausführungsform umfasst die Zusammensetzung 30-40 Mol-% BaO, 5-15 Mol-% Al₂O₃, 10-25 Mol-% B₂O₃, 25-40 Mol-% SiO₂; 0-10 Mol-% La₂O₃; 0-10 Mol-% ZrO₂; 0-10 Mol-% NiO mit einem Molverhältnis von B₂O₃ und SiO₂ im Bereich von 0,25 bis 0,75. In einer weiteren Ausführungsform werden La₂O₃, ZrO₂ oder NiO in einer Menge beigegeben, die ausreicht, damit der Füllstoff einen CTE hat, der auf den von AIN als eine Deckschicht und den von Graphit als eine Basisschicht abgestimmt ist, wobei die Zugabe von La₂O₃ und NiO den CTE der Glasarten erhöht und die Zugabe von ZrO₂ den CTE der Glasarten verringert.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Füllmaterial eine Zusammensetzung auf der Basis von Bariumlanthansilikatglas (BLS-Glas), wobei die allgemeinen Zusammensetzungen im Bereich von 30-35 Mol-% BaO, 10-15 Mol-% La₂O₃ und 50-60 Mol-% SiO₂ für Glasarten mit einem CTE von 10-12 ppm und einer Erweichungstemperatur im Bereich von 750°C bis 850°C liegen.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Füllmaterial eine Zusammensetzung auf der Basis von Y₂O₃-Al₂O₃-SiO₂ (YAS) – Glasarten, wobei der Yttriumoxidgehalt von 25 bis 55 Gewichts-% für einen Schmelzpunkt von weniger als 1600°C und eine Glasübergangstemperatur (Tg) in einem schmalen Bereich von 884 bis 895°C variiert, und wobei der CTE allgemein mit der Erhöhung des Y₂O₃-Gehalts zunimmt und mit zunehmendem SiO₂-Gehalt abnimmt. In einer Ausführungsform umfasst die YAS-Füllstoffzusammensetzung 22-55 Gewichts-% Y₂O₃, 13 bis 35 Gewichts-% Al₂O₃ und 25 bis 55 Gewichts-% SiO₂ für einen CTE im Bereich von 31 bis 70 × 10^–7/K. In einer zweiten Ausführungsform umfasst die YAS-Zusammensetzung 17 Mol-% Y₂O₃, 19 Mol-% Al₂O₃ und 64 Mol-% SiO₂ für eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit.
In einer Ausführungsform werden der YAS-Glaszusammensetzung Dotanden in einer Menge beigegeben, die ausreicht, den CTE so zu optimieren, dass er auf den CTE des angrenzenden Substrats abgestimmt ist. Zu Beispielen für Dotanden gehören BaO, La₂O₃, ZrO₂ oder NiO, wobei die meisten Komponenten den CTE des Glases erhöhen, mit Ausnahme von ZrO₂, das den CTE des Glases senkt.
In einer Ausführungsform umfasst die Füllstoffzusammensetzung 1 bis 30 Atom-% des Elements der Gruppe 2a, Gruppe 3a oder Gruppe 4a und 20 bis 99 Atom-% des Si-Elements im Hinblick auf ein Atomverhältnis von Metallatomen ohne Sauerstoff. In einer Ausführungsform eines Alumosilikatglases umfasst die Zusammensetzung 20 bis 98 Atom-% des Si-Elements, 1 bis 30 Atom-% des Y-, La- oder Ce-Elements und 1 bis 50 Atom-% des Al-Elements. In einer weiteren Ausführungsform hat das Alumosilikatglas eine solche Zusammensetzung, dass das Atomverhältnis der jeweiligen Metallelemente (Si : Al : Gruppe 3a) in den Bereich fällt, der jeweilige Punkte von (70 : 20 : 10), (50 : 20 : 30), (30 : 40 : 30), (30 : 50 : 20), (45 : 50 : 5) und (70 : 25 : 5) verbindet. In einer Ausführungsform eines Zirconiumoxidsilikatglasfüllstoffs umfasst die Zusammensetzung 20 bis 98 Atom-% des Si-Elements, 1 bis 30 Atom-% des Y-, La- oder Ce-Elements und 1 bis 50 Atom-% des Zr-Elements. In einem Beispiel hat das Zirconiumoxidsilikatglas eine solche Zusammensetzung, dass das Atomverhältnis der jeweiligen Metallelemente (Si : Zr : Gruppe 3a) in den Bereich fällt, der jeweilige Punkte von (70 : 25 : 5), (70 : 10 : 20), (50 : 20 : 30), (30 : 40 : 30), (30 : 50 : 20) und (45 : 50 : 5) verbindet. In einer weiteren Ausführungsform eines Zirconiumoxidsilikatglasfüllstoffs fällt das Atomverhältnis der jeweiligen Metallelemente (Si : Zr : Gruppe 3a) in den Bereich, der jewei lige Punkte von (70 : 25 : 5) , (70 : 10 : 20), (50 : 22 : 28), (30 : 42 : 28), (30 : 50 : 20) und (45 : 50 : 5) verbindet. Im Fall eines Gruppe 2a-haltigen Zirconiumoxidsilikatglases hat das Zirconiumoxidsilikatglas eine solche Zusammensetzung, dass das Atomverhältnis der jeweiligen Metallelemente (Si : Zr : Gruppe 2a) in den Bereich fällt, der jeweilige Punkte von (70 : 25 : 5), (45 : 25 : 30), (30 : 40 : 30), (30 : 50 : 20) und (50 : 45 : 5) verbindet.
In einer Ausführungsform ist die Füllstoffzusammensetzung ein Gemisch aus SiO₂ und einem plasmaresistenten Material, umfassend ein Oxid von Y, Sc, La, Ce, Gd, Eu, Dy oder dergleichen, oder ein Fluorid eines dieser Metalle, oder Yttrium-Aluminium-Granat (YAG). Es können Kombinationen der Oxide solcher Metalle und/oder Kombinationen der Metalloxide mit Aluminiumoxid verwendet werden. Zum Beispiel kann Y₂O₃ in Kombination mit einem Minderheitsprozentanteil von Al₂O₃ (in der Regel weniger als etwa 20 Volumen-%) dergestalt verwendet werden, dass es auf den CTE der Glasfüllstoffzusammensetzung mit dem darunter befindlichen Substrat des Heizers abgestimmt ist.
Verfahren zum Herstellen sowie Anwendungen der Füllstoffzusammensetzung: In einer Ausführungsform hat die Füllstoffzusammensetzung die Form einer Paste oder Farbe, die als ein "Füllstoff" um die Kontaktelemente der erfindungsgemäßen Waferverarbeitungsvorrichtung aufgetragen wird. In einer Ausführungsform wird die Zusammensetzung als eine Paste aufgetragen und so um die Kontaktelemente oder Befestigungsmittel verteilt, dass eine "Perle" entsteht. In einer zweiten Ausführungsform wird die Zusammensetzung auf die Kontaktelemente oder Befestigungsmittel als ein Anstrich aufgetragen, aufgesprüht oder aufgepinselt, so dass eine Schutzbeschichtung von wenigstens 0,1 mil entsteht, welche die Verbindungen vor Chlor- oder Fluorspezies in einer Halbleiterverarbeitungsumgebung schützt. In einer dritten Ausführungsform wird eine Schutzbeschichtung von wenigstens 0,5 mil aufgebracht.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Füllstoffzusammensetzung mittels eines einschlägig bekannten Prozesses zum Aufbringen von Glaskeramik, zum Beispiel thermischem oder Flammsprühen, Plasmaentladungssprühen, Aufsputtern und chemischer Dampfabscheidung, breit auf die Heizerbaugruppe aufgetragen, so dass eine Beschichtung oder Versiegelungsschicht von wenigstens 0,5 mil entsteht, um Öffnungen, Risse usw. zwischen den Kontaktelementen und den angrenzenden Teilen zu verschließen, und eine Schutzschicht auf dem Heizer gebildet wird. In einer Ausführungsform hat die schützende Versiegelungsschicht eine Dicke von 0,5 bis etwa 4 mil. In einer weiteren Ausführungsform wird die Oberfläche des zu versiegelnden Substrats zuerst auf wenigstens 150-200°C erwärmt, bevor eine Schicht der Glaskeramikzusammensetzung darauf abgeschieden wird.
In Anwendungen als eine Klebe- oder Deckschicht oder als ein Versiegeler für Heizer oder eine Waferhaltevorrichtung bietet die Zusammensetzung in einer Halbleiterverarbeitungsumgebung Schutz bei > 400°C sowohl in oxidierenden als auch reduzierenden Atmosphären über einen längeren Zeitraum (10 Stunden) hinweg. Außerdem nimmt die Füllstoffzusammensetzung durch Hunderte thermischer Zyklen hindurch Beanspruchungen auf, die infolge eventueller CTE-Nichtübereinstimmungen zwischen den verschiedenen Heizerkomponenten erzeugt werden. In einer Ausführungsform für eine Pastenanwendung wird die Füllstoffzusammensetzung zuerst in einem Mahlwerk verarbeitet, wodurch "Glasfritten" mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von weniger als 100 Mesh entstehen. In einer Ausführungsform haben die Glasfritten eine durchschnittliche Teilchengröße von < 80 Mesh; in einer zweiten Ausführungsform von weniger als 60 Mesh; in einer dritten Ausführungsform von weniger als 40 Mesh.
In einer Ausführungsform werden die Glasfritten zuerst mit einem Metalloxidpulver (in Lösung) in einem Verhältnis von Glasfritten : Metalloxid von 80 : 20 bis 95 : 5 vermischt. Nicht-einschränkende Beispiele für Metalloxid sind Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Calciumoxid, Yttriumoxid und Zinkoxid. In einer Ausführungsform ist das Metalloxid Al₂O₃ mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 0,05 μm. In einer dritten Ausführungsform werden die Glasfritten mit einem Metalloxid in einer Lösungsform vermischt, zum Beispiel kolloidales Siliciumdioxid, kolloidales Aluminiumoxid, kolloidales Yttriumoxid, kolloidales Zirconiumoxid und Gemische daraus.
In einer Ausführungsform wird das Gemisch in einer einschlägig bekannten Vorrichtung, zum Beispiel in einer Kugelmühle, mit einer Trägerlösung vermengt, so dass eine Schlämme oder Paste in einem Verhältnis von 10-25 Gewichts-% Trägerlösung zu 75-90 Gewichts-% Glassfritten-Metalloxid-Gemisch entsteht. In einer Ausführungsform ist die Trägerlösung ein Gemisch aus destilliertem Wasser mit weniger als 1 Gewichts-% Salpetersäure. In einer zweiten Ausführungsform ist die Trägerlösung ein Gemisch aus Ethanol und destilliertem Wasser. In einer dritten Ausführungsform ist die Trägerlösung LiOH.
Beispiel 1: In dem Beispiel wurde ein Glas aus einem homogenen Pulvergemisch aus Rohstoffen in Reagensgüte in einer Menge von 45 Gewichts-% Yttriumoxid, 20 Gewichts-% Aluminiumoxid und 35 Gewichts-% Siliciumdioxid hergestellt. Das Pulvergemisch wurde in einem Platinschmelztiegel eine Stunde lang bei 1400°C geschmolzen. Die Glasschmelze wurde in eine Stahlform gegossen und in 12 Stunden von 680°C auf Raumtemperatur getempert. Jedes Glas wurde mit Hilfe eines Mahlwerks in Propanol mit Al₂O₃-Elementen zerstoßen und gemahlen, wodurch eine Glassplittzusammensetzung mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 100 μm entstand.
Im nächsten Schritt wurde der Glassplitt einer kolloidalen Aluminiumoxidlösung in einer Menge von 75 Gewichts-% Glassplitt und 25 Gewichts-% kolloidalem Aluminiumoxid hinzugegeben, wodurch ein glaskeramischer Klebeanstrich oder Klebstoff entstand. Die kolloidale Aluminiumoxidlösung ist auf dem freien Markt als Nyacol^® AL20DW von Nyacol Nano Technologies erhältlich und enthält 20-25 Gewichts-% Al₂O₃, < 1 Gewichts-% Salpetersäure in 75-79 Gewichts-% destilliertes Wasser. In Anwendungen wird die Paste auf über 1000°C erwärmt, um eine ätzbeständige Schicht zu bilden, welche die darunterliegenden Komponenten schützt. Die hohe Temperatur ermöglicht es der Paste, eine Versiegelung auf Kontaktflächen zu bilden, einschließlich beispielsweise Funktionselementen, der Zuleitung, Befestigungsmitteln wie zum Beispiel Muttern, Bolzen, Nieten usw.
Beispiel 2: Ein elektrisch leitfähiges Heizelement (Molybdän-Mangan) wurde auf einem Keramiksubstrat abgeschieden (AIN). Das Substrat enthielt Durchgangslöcher, um die Installation elektrischer Kontakte zu ermöglichen. Im nächsten Schritt wurden Ni-plattierte Molybdänsäulen mit Hilfe von Befestigungsmitteln aus Molybdän installiert. Der Klebstoff aus Beispiel 1 wurde um die Kontaktpunkte zwischen den Ni-plattierten Molybdänsäulen, die Befestigungsmittel aus Molybdän, das Heizelement auf dem AIN-Substrat und das AIN-Substrat aufgestrichen. Als nächstes wurde die gesamte Heizerbaugruppe einschließlich des Kontakts mittels eines CVD-Prozesses mit AIN beschichtet.
In einem Test, der Bedingungen eines Heizers mit einem AIN-Substrat in einer Halbleiterverarbeitungsumgebung simulierte, wurden nach 100 thermischen Zyklen zwischen 400 und 500°C mit einer Anstiegsrate von 45°C/min Korrosionstests des Heizers und des Kontakts ausgeführt. In einem weiteren Test wurde ein Heizer mit einem Graphitkern 100-mal zwischen 400 und 600°C mit einer Anstiegsrate von 60°C/min einer thermischen Wechselbeanspruchung unterzogen. Mit diesen Tests sollte ermittelt werden, ob der glaskeramische Klebstoff unter thermischer Beanspruchung eine ausreichende Produktleistung zeigt. Nach 100 thermischen Zyklen zeigte eine Sichtkontrolle, dass die Heizerbeschichtungen keine Anzeichen von Defekten infolge thermischer Beanspruchung aufwiesen, was anzeigte, dass der CTE der Komponenten ausreichend aufeinander abgestimmt war, einschließlich des CTE des Glaskeramikklebstoffs zum Schutz der Heizerbeschichtungen.
Außerdem wurden die Heizer in einer Vakuumkammer installiert und auf einen Druck von ungefähr 1 Millitorr gebracht. Dann wurde dem Heizer Strom zugeführt, bis der Heizer 400°C erreichte. Nachdem der Heizer 400°C erreicht hatte, wurde er 10 Stunden lang einem Fluor-Argon-Plasma ausgesetzt. Das Plasma wurde mit 400 sccm (Standardkubik zentimeter) NF₃-Gas und 1200 sccm Ar-Gas erzeugt. Der Kammerdruck während des Tests betrug 2,8 Torr.
Es wurde keine nennenswerte Änderung des elektrischen Widerstandes (< 0,4 %) an beiden Heizern während des zehnstündigen Ätzprozesses festgestellt. Die Heizer wurden aus der Kammer entnommen und nach 10 Stunden mit bloßem Auge begutachtet. Die AIN-Beschichtung um die Kontaktbefestigungsmittel wies keine Defekte auf. Es gab keine Ausfälle der Kontaktpunkte zwischen und innerhalb der elektrischen Kontaktbaugruppe und dem Heizer. Der glaskeramische Klebstoff fungierte als ein ausgezeichnetes Versiegelungsmaterial für den erfindungsgemäßen Heizer.
Beispiel 3: Eine Füllstoffzusammensetzung, die ein Pulvergemisch aus Rohstoffen in Reagensgüte in einer Menge von 45 Gewichts-% Yttriumoxid, 20 Gewichts-% Aluminiumoxid und 35 Gewichts-% Siliciumdioxid umfasste, wurde mit anderen einschlägig bekannten Materialien verglichen, einschließlich Aluminiumoxid, Molybdän, TaC, AIN, Graphit und Nickel. In dem Test a) wurden Abmessungen und Masse der Probe vor dem Test gemessen; b) wurden die Teile in eine Vakuumkammer eingebracht, die dann auf einen Druck von ungefähr 1 Millitorr evakuiert wird; c) wurden die Teile auf die gewünschte Testtemperatur erwärmt; d) wurde ein Fluor-Argon-Plasma über den Teilen für die gewünschte Zeitdauer erzeugt; e) wurden die Teile nach dem Testen aus der Kammer entnommen, und die Masse nach der Exponierung wurde aufgezeichnet. Die Korrosionsrate wird folgendermaßen berechnet: Korrosionsrate = Masseverlust/Dichte/exponierte Oberfläche/Zeit; wobei negative Korrosionsraten einen Massezuwachs nach der Exponierung anzeigen, was für eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit steht.

Die Experimente, bei denen eine YAS-Füllstoffzusammensetzung mit anderen Materialien verglichen wurde, erbrachten folgende Ergebnisse. Die Mo-Daten sind im Allgemeinen aus wissenschaftlichen Nachschlagequellen verfügbar.

Material	Probenabmessungen (cm)	Ursprungliche Masse (g)	Dichte (g/cm³)	Exponierte Oberfläche (cm²)	Gewichtsverlust (Gramm)	Exponierungstemperatur (°C)	Exponierungsdauer (Minuten)	Korrosionsrate (Å/min)
YAS	2,47 × 2,47 × 0,21	3,38751	8,59	4,78	–8,00E-05	400	300	–1
Aluminiumoxid	2,535 Durchmesser × 0,1 Dicke	6,40293	3,69	5,05	–1,00E-05	400	300	0,2
Mo	k.A.	k.A.	10,28	k.A.	k.A.	Raumtemperatur	k.A.	2490
TaC	k.A.							schlecht
AIN	3,2 Durchmesser × 0,1 Dicke	3,41162	3,26	8,1	–4,00E-05	400	300	–1
Graphit	13,87 Durchmesser × 0,5 Dicke	117,0842	2,2	151	–0,0075	400	300	–2
Nickel	5,0 × 5,0 × 0,04	11,30241	8,91	24,7	0,00225	400	300	–3

Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele zum Offenbaren der Erfindung, einschließlich der besten Art der Umsetzung der Erfindung, und um es außerdem einem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung herzustellen und zu nutzen. Der patentierbare Geltungsbereich der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann auch andere Beispiele beinhalten, die dem Fachmann einfallen. Es ist beabsich tigt, dass diese anderen Beispiele ebenfalls unter den Geltungsbereich der Ansprüche fallen, wenn sie Strukturelemente aufweisen, die sich nicht von den wörtlichen Formulierungen der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie gleichwertige Strukturelemente aufweisen, die sich nur unwesentlich von den wörtlichen Formulierungen der Ansprüche unterscheiden. Alle im vorliegenden Text enthaltenen zitierten Verweisquellen sind ausdrücklich durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen.

Claims

Verarbeitungsvorrichtung zur Verwendung in einer Verarbeitungskammer, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: ein Basissubstrat, auf dem ein Wafer angeordnet wird, wobei das Basissubstrat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (Coefficient of Thermal Expansion – CTE) aufweist; wenigstens eine elektrische Elektrode, die in wenigstens einer Oberfläche des Basissubstrats eingebettet oder auf wenigstens einer Oberfläche des Basissubstrats angeordnet ist, wobei es sich bei der Elektrode um eine Widerstandsheizelektrode oder eine plasmaerzeugende Elektrode oder eine elektrostatische Festspannelektrode oder eine Elektronenstrahlelektrode handelt, wobei die Elektrode einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (Coefficient of Thermal Expansion – CTE) in einem Bereich des 0,75- bis 1,25-fachen des CTE des Substrats aufweist; wenigstens ein Funktionselement, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus elektrischen Zuleitungen, Kontaktnasen, Einsätzen und Durchgangslöchern, wobei das wenigstens eine Funktionselement in die Waferverarbeitungsvorrichtung in einem Abstand von ihr eindringt, so dass ein Spalt entsteht; und einen Füllstoff zum Versiegeln des Spalts in der Waferverarbeitungsvorrichtung; wobei der Füllstoff eine Ätzrate von weniger als 1000 Ångström je Minute (Å/min) aufweist, wenn die Vorrichtung einer Arbeitsumgebung in einem Temperaturbereich von 25-600°C ausgesetzt ist, wobei es sich bei der Umgebung um eine der folgenden handelt: eine Umgebung, die Halogene umfasst, eine Plasmaätzumgebung, eine Umgebung mit reaktiver Ionenätzung, eine Plasmareinigungsumgebung oder eine Gasreinigungsumgebung bei einer Arbeitstemperatur von wenigstens 400°C.
Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Füllstoff eine Ätzrate von weniger als 1000 Ångström je Minute (Å/min) aufweist und die Umgebung in einem Temperaturbereich von 200-600°C arbeitet.
Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-2, wobei der Füllstoff eine Ätzrate von weniger als 500 Ångström je Minute (Å/min) aufweist und die Umgebung in einem Temperaturbereich von 200-600°C arbeitet.
Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, wobei der Füllstoff eine Zusammensetzung umfasst, die aus folgender Gruppe ausgewählt ist: ein hoch-wärmestabiles Zirconiumphosphat mit der NZP-Struktur aus NaZr₂(PO₄)₃; eine Glaskeramikzusammensetzung, die wenigstens ein Element enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Elementen der Gruppe 2a, Gruppe 3a und Gruppe 4a; ein BaO-Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂-Glas; und ein Gemisch aus SiO₂ und einem plasmaresistenten Material, umfassend ein Oxid von Y, Sc, La, Ce, Gd, Eu, Dy oder dergleichen, oder ein Fluorid eines dieser Metalle, oder Yttrium-Aluminium-Granat (YAG).
Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, wobei der Füllstoff eine Glaskeramikzusammensetzung ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lanthanalumosilikat (LAS)-Glas, Magnesiumalumosilikat (MAS)-Glas, Calciumalumosilikat (CAS)-Glas und Yttriumalumosilikat (YAS)-Glas und Gemischen daraus.
Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, wobei die Füllstoffzusammensetzung ein Gemisch aus Yttriumalumosilikat (YAS) und einem Metalloxidpulver umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Calciumoxid und Zinkoxid.
Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, wobei der Füllstoff ein Gemisch aus Yttriumalumosilikat (YAS) und kolloidalem Siliciumdioxid und/oder kolloidalem Aluminiumoxid und/oder kolloidalem Yttriumoxid und/oder kolloidalem Zirconiumoxid und/oder Gemischen daraus umfasst.
Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, wobei der Füllstoff 50 bis 80 Gewichts-% einer Glaszusammensetzung umfasst, die 22-55 Gewichts-% Y₂O₃, 13 bis 35 Gewichts- % Al₂O₃ und 25 bis 55 Gewichts-% SiO₂ und 20 bis 50 Gewichts-% eines kolloidalen Aluminiumoxids mit einer Zusammensetzung von 20-25 Gewichts-% Al₂O₃, < 1 Gewichts-% Salpetersäure und 75-79 Gewichts-% destilliertem Wasser umfasst.
Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, wobei der Füllstoff, der den Spalt versiegelt, ei nen CTE in einem Bereich des 0,75- bis 1,25-fachen des CTE des Elektrode aufweist.
Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, wobei das Basissubstrat ein elektrisch leitfähiges Material umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Graphit, hochschmelzenden Metallen, Übergangsmetallen, Seltenerdenmetallen und Legierungen daraus.
Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, die des Weiteren wenigstens eine elektrisch isolierende Überzugsschicht umfasst, die auf dem Basissubstrat angeordnet ist, wobei die Überzugsschicht wenigstens eines der folgenden umfasst: ein Nitrid, ein Carbid, ein Carbonitrid, ein Oxynitrid von Elementen, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus B, Al, Si, Ga, Y, hochschmelzende Hartmetalle, Übergangsmetalle und Kombinationen daraus, und wobei die Elektrode eine Filmelektrode ist, und wobei die Filmelektrode mit Hilfe wenigstens eines der folgenden auf der elektrisch isolierenden Überzugsschicht angeordnet wird: expandierendes thermisches Plasma (ETP), chemische Dampfabscheidung (CVD), plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung, Ionenplasmaabscheidung, metallorganische chemische Dampfabscheidung, metallorganische Dampfphasenepitaxie, Sputtern, Elektronenstrahl und Plasmasprühen.
Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-11, wobei das Basissubstrat ein elektrisch isolierendes Material ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Oxiden, Nitriden, Carbiden, Carbonitri den oder Oxynitriden von Elementen, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus B, Al, Si, Ga, Y; hoch-wärmestabilem Zirconiumphosphat mit einer NZP-Struktur aus NaZr₂(PO₄)₃; hochschmelzenden Hartmetallen; Übergangsmetallen; Oxid, Oxynitrid von Aluminium; und Kombinationen daraus; und wobei die Elektrode in das Basissubstrat eingebettet ist.
Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-12, wobei die wenigstens eine elektrische Elektrode eine Widerstandsheizelektrode oder eine elektrostatische Spannvorrichtung ist.
Waferverarbeitungsvorrichtung zur Verwendung in einer Halbleiterverarbeitungskammer, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: ein Basissubstrat, auf dem ein Wafer angeordnet wird, wobei das Basissubstrat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (Coefficient of Thermal Expansion – CTE) aufweist; wenigstens eine Elektrode, die in das Basissubstrat eingebettet oder unter dem Basissubstrat angeordnet ist und bei der es sich um eine Widerstandsheizelektrode oder eine plasmaerzeugende Elektrode oder eine elektrostatische Festspannelektrode oder eine Elektronenstrahlelektrode handelt, wobei die Elektrode einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (Coefficient of Thermal Expansion – CTE) in einem Bereich des 0,75- bis 1,25-fachen des CTE des Basissubstrats aufweist; wenigstens eine Überzugsschicht, die auf dem Basissubstrat angeordnet ist, wobei die Überzugsschicht wenigstens eines der folgenden umfasst: ein Nitrid, ein Carbid, ein Carbonitrid, ein Oxynitrid von Elementen, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus B, Al, Si, Ga, Y, hochschmelzende Hartmetalle, Übergangsmetalle und Kombinationen daraus; wenigstens ein Funktionselement, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus elektrischen Zuleitungen, Kontaktnasen, Einsätzen und Durchgangslöchern, wobei das wenigstens eine Funktionselement in die Waferverarbeitungsvorrichtung in einem Abstand von ihr eindringt, so dass ein Spalt entsteht; und einen Füllstoff zum Versiegeln des Spalts in der Waferverarbeitungsvorrichtung; wobei der Füllstoff eine Åtzrate von weniger als 1000 Ångström je Minute (Å/min) aufweist, wenn die Vorrichtung einer Arbeitsumgebung in einem Temperaturbereich von 25-600°C ausgesetzt ist, wobei es sich bei der Umgebung um eine der folgenden handelt: eine Umgebung, die Halogene umfasst, eine Plasmaätzumgebung, eine Umgebung mit reaktiver Ionenätzung, eine Plasmareinigungsumgebung oder eine Gasreinigungsumgebung bei einer Arbeitstemperatur von wenigstens 400°C.
Waferverarbeitungsvorrichtung zur Verwendung in einer Halbleiterverarbeitungskammer, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: ein Basissubstrat, auf dem ein Wafer angeordnet wird, wobei das Basissubstrat einen Wärmeausdehnungskoeffi zienten (Coefficient of Thermal Expansion – CTE) aufweist, wobei das Basissubstrat ein elektrisch isolierendes Material umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Oxiden, Nitriden, Carbiden, Carbonitriden oder Oxynitriden von Elementen, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus B, Al, Si, Ga, Y; einem hoch-wärmestabilen Zirconiumphosphat mit einer NZP-Struktur aus NaZr₂(PO₄)₃; hochschmelzenden Hartmetallen; Übergangsmetallen; Oxid, Oxynitrid von Aluminium; und Kombinationen daraus; wenigstens eine Elektrode, die in das Basissubstrat eingebettet oder unter dem Basissubstrat angeordnet ist und bei der es sich um eine Widerstandsheizelektrode oder eine plasmaerzeugende Elektrode oder eine elektrostatische Festspannelektrode oder eine Elektronenstrahlelektrode handelt, wobei die Elektrode einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (Coefficient of Thermal Expansion – CTE) in einem Bereich des 0,75- bis 1,25-fachen des CTE des Basissubstrats aufweist; wenigstens eine Überzugsschicht, die auf dem Basissubstrat angeordnet ist, wobei die Überzugsschicht wenigstens eines der folgenden umfasst: ein Nitrid, ein Carbid, ein Carbonitrid, ein Oxynitrid von Elementen, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus B, Al, Si, Ga, Y, hochschmelzende Hartmetalle, Übergangsmetalle und Kombinationen daraus; wenigstens ein Funktionselement, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus elektrischen Zuleitungen, Kontaktnasen, Einsätzen und Durchgangslöchern, wobei das wenigstens eine Funktionselement in die Waferve rarbeitungsvorrichtung in einem Abstand von ihr eindringt, so dass ein Spalt entsteht; und einen Füllstoff zum Versiegeln des Spalts in der Waferverarbeitungsvorrichtung, wobei der Füllstoff eine Zusammensetzung umfasst, die aus folgender Gruppe ausgewählt ist: ein hoch-wärmestabiles Zirconiumphosphat mit einer NZP-Struktur aus NaZr₂(PO₄)₃ eine Glaskeramikzusammensetzung, die wenigstens ein Element enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Elementen der Gruppe 2a, Gruppe 3a und Gruppe 4a; ein BaO-Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂-Glas; und ein Gemisch aus SiO₂ und einem plasmaresistenten Material, umfassend ein Oxid von Y, Sc, La, Ce, Gd, Eu, Dy oder dergleichen, oder ein Fluorid eines dieser Metalle, oder Yttrium-Aluminium-Granat (YAG); wobei der Füllstoff eine Ätzrate von weniger als 1000 Ångström je Minute (Å/min) aufweist, wenn die Vorrichtung einer Arbeitsumgebung in einem Temperaturbereich von 25-600°C ausgesetzt ist, wobei es sich bei der Umgebung um eine der folgenden handelt: eine Umgebung, die Halogene umfasst, eine Plasmaätzumgebung, eine Umgebung mit reaktiver Ionenätzung, eine Plasmareinigungsumgebung oder eine Gasreinigungsumgebung bei einer Arbeitstemperatur von wenigstens 400°C, und wobei es sich bei dem Funktionselement um eine elektrische Zuleitung handelt und der Spalt durch die Zuleitung zum Verbinden der Elektrode mit einer externen Stromversorgung gebildet wird.
Waferverarbeitungsvorrichtung zur Verwendung in einer Verarbeitungskammer, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: ein Basissubstrat, auf dem ein Wafer angeordnet wird, wobei das Basissubstrat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (Coefficient of Thermal Expansion – CTE) aufweist; wenigstens eine elektrische Elektrode, bei der es sich um eine Widerstandsheizelektrode oder eine plasmaerzeugende Elektrode oder eine elektrostatische Festspannelektrode oder eine Elektronenstrahlelektrode handelt, wobei die Elektrode einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (Coefficient of Thermal Expansion – CTE) in einem Bereich des 0,75- bis 1,25-fachen des CTE des Basissubstrats aufweist; wenigstens ein Funktionselement, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus elektrischen Zuleitungen, Verbindernasen, Einsätzen und Durchgangslöchern; einen Verbinder zum Anschließen der Elektrode an eine externe Stromversorgung; wobei ein Abschnitt der Elektrode und/oder des Verbinders mit einem elektrisch leitfähigen ätzbeständigen Material beschichtet ist, so dass eine Beschichtung mit einer Dicke zwischen 0,000004 und 0,010 Inch entsteht, die genügend Duktilität aufweist, um sich dem CTE des Basissubstrats dergestalt anzupassen, dass die Beschichtung zu wenigstens 90 % rissfrei bleibt, und wobei die Verarbeitungsvorrichtung zur Verwendung in einer Arbeitsumgebung bei einer Temperatur von wenigstens 600°C vorgesehen ist, wobei es sich bei der Umgebung um eine der folgenden handelt: eine Umgebung, die Halogene umfasst, eine Plasmaätzumgebung, eine Umgebung mit reaktiver Ionenätzung, eine Plasmareinigungsumgebung oder eine Gasreinigungsumgebung bei einer Arbeitstemperatur von wenigstens 400°C.
Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei ein Abschnitt des Verbinders, welcher der Arbeitsumgebung ausgesetzt ist, mit einem elektrisch leitfähigen ätzbeständigen Material beschichtet ist, das aus der Gruppe Nickel, Chrom und Legierungen daraus ausgewählt ist und eine Duktilität von > 5 % Längung aufweist.
Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 16-17, wobei der Verbinder ein Stab ist und wobei der Verbinderstab mit einer gerundeten Mutter oder einer Mutter mit einem verjüngten Kopf an der Waferverarbeitungsvorrichtung angebracht ist, und wobei die Mutter mit einem elektrisch leitfähigen ätzbeständigen Material beschichtet ist, das aus der Gruppe Nickel, Chrom und Legierungen daraus ausgewählt ist und eine Duktilität von > 5 % Längung aufweist.
Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Mutter des Weiteren mit einer Füllstoffzusammensetzung überzogen ist, die aus folgender Gruppe ausgewählt ist: ein hoch-wärmestabiles Zirconiumphosphat mit einer NZP-Struktur aus NaZr₂(PO₄)₃ eine Glaskeramikzusammensetzung, die wenigstens ein Element enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Elementen der Gruppe 2a, Gruppe 3a und Gruppe 4a; ein BaO-Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂-Glas; und ein Gemisch aus SiO₂ und einem plasmaresistenten Material, umfassend ein Oxid von Y, Sc, La, Ce, Gd, Eu, Dy oder dergleichen, oder ein Fluorid eines dieser Metalle, oder Yttrium-Aluminium-Granat (YAG).
Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 16-19, wobei der Verbinder zum Anbringen der Elektrode an der Waferverarbeitungsvorrichtung eine gerundete Mutter oder eine Mutter mit einem verjüngten Kopf ist und die Mutter mit einem elektrisch leitfähigen ätzbeständigen Material beschichtet ist, das aus der Gruppe Nickel, Chrom und Legierungen daraus ausgewählt ist und eine Duktilität von > 5 % aufweist.
Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 16-20, wobei der Verbinder des Weiteren mit einer Füllstoffzusammensetzung überzogen ist, die aus folgender Gruppe ausgewählt ist: ein hoch-wärmestabiles Zirconiumphosphat mit einer NZP-Struktur aus NaZr₂(PO₄)₃ eine Glaskeramikzusammensetzung, die wenigstens ein Element enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Elementen der Gruppe 2a, Gruppe 3a und Gruppe 4a; ein BaO-Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂-Glas; und ein Gemisch aus SiO₂ und einem plasmaresistenten Material, umfassend ein Oxid von Y, Sc, La, Ce, Gd, Eu, Dy oder dergleichen, oder ein Fluorid eines dieser Metalle, oder Yttrium-Aluminium-Granat (YAG).
Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 16-21, wobei das wenigstens eine Funktionselement in die Waferverarbeitungsvorrichtung in einem Abstand von ihr eindringt, so dass ein Spalt entsteht, und wobei der Spalt durch den Verbinder versiegelt wird, der mit einem elektrisch leitfähigen ätzbeständigen Material beschichtet ist, das aus der Gruppe Nickel, Chrom und Legierungen daraus ausgewählt ist und eine Duktilität von > 5 % Längung aufweist.
Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 16-22, wobei es sich bei dem Verbinder um eine Mutter, einen Bolzen, einen Niet, einen Stab, eine Unterlegscheibe, eine Feder oder eine Röhre handelt und der Verbinder zum Befestigen der Elektrode an der Vorrichtung dient, und wobei sich wenigstens ein Spalt zwischen dem Befestigungsmittel und der Vorrichtung befindet; wobei der wenigstens eine Spalt mit einer Zusammensetzung gefüllt ist, die aus folgender Gruppe ausgewählt ist: ein hoch-wärmestabiles Zirconiumphosphat mit einer NZP-Struktur aus NaZr₂(PO₄)₃ eine Glaskeramikzusammensetzung, die wenigstens ein Element enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Elementen der Gruppe 2a, Gruppe 3a und Gruppe 4a; ein BaO-Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂-Glas; und ein Gemisch aus SiO₂ und einem plasmaresistenten Material, umfassend ein Oxid von Y, Sc, La, Ce, Gd, Eu, Dy oder dergleichen, oder ein Fluorid eines dieser Metalle, oder Yttrium-Aluminium-Granat (YAG).
Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-23, wobei die Vorrichtung des Weiteren mit einer Überzugsschicht beschichtet ist, die wenigstens eines der folgenden umfasst: ein Nitrid, ein Carbid, ein Carbo nitrid, ein Oxynitrid von Elementen, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus B, Al, Si, Ga, Y, hochschmelzende Hartmetalle, Übergangsmetalle und Kombinationen daraus, und wobei die Elektrode ein Material umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Carbiden und Oxiden von Hafnium, Zirconium, Cer und Gemischen daraus.
Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-24, wobei das Basissubstrat ein elektrisch leitfähiges Material umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Graphit, hochschmelzenden Metallen, Übergangsmetallen, Seltenerdenmetallen und Legierungen daraus.
Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-25, die des Weiteren wenigstens eine elektrisch isolierende Überzugsschicht umfasst, die auf dem Basissubstrat angeordnet ist, wobei die Überzugsschicht wenigstens eines der folgenden umfasst: ein Nitrid, ein Carbid, ein Carbonitrid, ein Oxynitrid von Elementen, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus B, Al, Si, Ga, Y, hochschmelzende Hartmetalle, Übergangsmetalle und Kombinationen daraus.
Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-24, wobei das Basismaterial ein elektrisch isolierendes Material ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Oxiden, Nitriden, Carbiden, Carbonitriden oder Oxynitriden von Elementen, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus B, Al, Si, Ga, Y; einem hoch-wärmestabilen Zirconiumphosphat mit einer NZP-Struktur aus NaZr₂(PO₄)₃; hochschmelzenden Hartmetallen; Über gangsmetallen; Oxid, Oxynitrid von Aluminium, und Kombinationen daraus.
Waferverarbeitungsvorrichtung zur Verwendung in einer Halbleiterverarbeitungskammer, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: ein Basissubstrat, auf dem ein Wafer angeordnet wird, wobei das Basissubstrat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (Coefficient of Thermal Expansion – CTE) aufweist; wenigstens eine Elektrode, die in das Basissubstrat eingebettet oder unter dem Basissubstrat angeordnet ist und bei der es sich um eine Widerstandsheizelektrode oder eine plasmaerzeugende Elektrode oder eine elektrostatische Festspannelektrode oder eine Elektronenstrahlelektrode handelt, wobei die Elektrode einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (Coefficient of Thermal Expansion – CTE) in einem Bereich des 0,75- bis 1,25-fachen des CTE des Basissubstrats aufweist; wenigstens eine Überzugsschicht, die auf dem Basissubstrat angeordnet ist, wobei die Überzugsschicht wenigstens eines der folgenden umfasst: ein Nitrid, ein Carbid, ein Carbonitrid, ein Oxynitrid von Elementen, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus B, Al, Si, Ga, Y, hochschmelzende Hartmetalle, Übergangsmetalle und Kombinationen daraus; wenigstens ein Funktionselement, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus elektrischen Zuleitungen, Verbindernasen, Einsätzen und Durchgangslöchern, wobei das wenigstens eine Funktionselement in die Waferverarbeitungsvorrichtung in einem Abstand von ihr eindringt, so dass ein Spalt entsteht; einen Verbinder zum Anschließen der Elektrode an eine externe Stromversorgung; wobei ein Abschnitt der Elektrode und/oder des Verbinders mit einem elektrisch leitfähigen ätzbeständigen Material beschichtet ist, so dass eine Beschichtung mit einer Dicke von 0,000004 bis 0,010 Inch entsteht, die genügend Duktilität aufweist, um sich dem CTE des Basissubstrats dergestalt anzupassen, dass die Beschichtung zu wenigstens 90 % rissfrei bleibt, und wobei die Verarbeitungsvorrichtung zur Verwendung in einer Arbeitsumgebung bei einer Temperatur von wenigstens 600°C vorgesehen ist, wobei es sich bei der Umgebung um eine der folgenden handelt: eine Umgebung, die Halogene umfasst, eine Plasmaätzumgebung, eine Umgebung mit reaktiver Ionenätzung, eine Plasmareinigungsumgebung oder eine Gasreinigungsumgebung bei einer Arbeitstemperatur von wenigstens 400°C.
Waferverarbeitungsvorrichtung zur Verwendung in einer Halbleiterverarbeitungskammer, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: ein Basissubstrat, auf dem ein Wafer angeordnet wird, wobei das Basissubstrat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (Coefficient of Thermal Expansion – CTE) aufweist, wobei das Basissubstrat ein elektrisch isolierendes Material umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Oxiden, Nitriden, Carbiden, Carbonitriden oder Oxynitriden von Elementen, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus B, Al, Si, Ga, Y; einem hoch-wärmestabilen Zirconiumphosphat mit einer NZP-Struktur aus NaZr₂(PO₄)₃ hochschmelzenden Hartmetallen; Übergangsmetallen; Oxid, Oxynitrid von Aluminium; und Kombinationen daraus; wenigstens eine Elektrode, die in das Basissubstrat eingebettet oder unter dem Basissubstrat angeordnet ist und bei der es sich um eine Widerstandsheizelektrode oder eine plasmaerzeugende Elektrode oder eine elektrostatische Festspannelektrode oder eine Elektronenstrahlelektrode handelt, wobei die Elektrode einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (Coefficient of Thermal Expansion – CTE) in einem Bereich des 0,75- bis 1,25-fachen des CTE des Basissubstrats aufweist; wenigstens eine Überzugsschicht, die auf dem Basissubstrat angeordnet ist, wobei die Überzugsschicht wenigstens eines der folgenden umfasst: ein Nitrid, ein Carbid, ein Carbonitrid, ein Oxynitrid von Elementen, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus B, Al, Si, Ga, Y, hochschmelzende Hartmetalle, Übergangsmetalle und Kombinationen daraus; wenigstens ein Funktionselement, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus elektrischen Zuleitungen, Verbindern, Kontaktnasen, Einsätzen und Durchgangslöchern, wobei das wenigstens eine Funktionselement in die Waferverarbeitungsvorrichtung in einem Abstand von ihr eindringt, so dass ein Spalt entsteht; und einen Füllstoff zum Versiegeln des Spalts, der durch die Zuleitung entsteht, welche in die Waferverarbeitungsvorrichtung dringt.
Waferverarbeitungsvorrichtung zur Verwendung in einer Halbleiterverarbeitungskammer, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: ein Basissubstrat, auf dem ein Wafer angeordnet wird, wobei das Basissubstrat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (Coefficient of Thermal Expansion – CTE) aufweist; wenigstens eine Elektrode, die in das Basissubstrat eingebettet oder unter dem Basissubstrat angeordnet ist und bei der es sich um eine Widerstandsheizelektrode oder eine plasmaerzeugende Elektrode oder eine elektrostatische Festspannelektrode oder eine Elektronenstrahlelektrode handelt, wobei die Elektrode einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (Coefficient of Thermal Expansion – CTE) in einem Bereich des 0,75- bis 1,25-fachen des CTE des Basissubstrats aufweist; wenigstens eine Überzugsschicht, die auf dem Basissubstrat angeordnet ist, wobei die Überzugsschicht wenigstens eines der folgenden umfasst: ein Nitrid, ein Carbid, ein Carbonitrid, ein Oxynitrid von Elementen, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus B, Al, Si, Ga, Y, hochschmelzende Hartmetalle, Übergangsmetalle und Kombinationen daraus; wenigstens ein Funktionselement, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus elektrischen Zuleitungen, Verbindern, Kontaktnasen, Einsätzen und Durchgangslöchern, wobei das wenigstens eine Funktionselement in die Waferverarbeitungsvorrichtung in einem Abstand von ihr eindringt, so dass ein Spalt entsteht; einen Füllstoff zum Versiegeln des Spalts in der Waferverarbeitungsvorrichtung; einen Verbinder zum Anschließen der Elektrode an eine externe Stromversorgung; wobei die Verarbeitungsvorrichtung zur Verwendung in einer Arbeitsumgebung bei einer Temperatur von wenigstens 600°C vorgesehen ist, wobei es sich bei der Umgebung um eine der folgenden handelt: eine Umgebung, die Halogene umfasst, eine Plasmaätzumgebung, eine Umgebung mit reaktiver Ionenätzung, eine Plasmareinigungsumgebung oder eine Gasreinigungsumgebung bei einer Arbeitstemperatur von wenigstens 400°C; wobei ein Abschnitt der Elektrode und/oder des Verbinders mit einem elektrisch leitfähigen ätzbeständigen Material beschichtet ist, so dass eine Beschichtung mit einer Dicke im Bereich von 0,000004 Inch bis 0,010 Inch entsteht, die genügend Duktilität aufweist, um sich dem CTE des Basissubstrats dergestalt anzupassen, dass die Beschichtung zu wenigstens 90 % rissfrei bleibt, und wobei der Füllstoff eine Zusammensetzung umfasst, die aus folgender Gruppe ausgewählt ist: ein hoch-wärmestabiles Zirconiumphosphat mit einer NZP-Struktur aus NaZr₂(PO₄)₃; eine Glaskeramikzusammensetzung, die we nigstens ein Element enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Elementen der Gruppe 2a, Gruppe 3a und Gruppe 4a; ein BaO-Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂-Glas; und ein Gemisch aus SiO₂ und einem plasmaresistenten Material, umfassend ein Oxid von Y, Sc, La, Ce, Gd, Eu, Dy oder dergleichen, oder ein Fluorid eines dieser Metalle, oder Yttrium-Aluminium-Granat (YAG); und wobei der Füllstoff eine Ätzrate von weniger als 1000 Ångström je Minute (Å/min) aufweist, wenn er der Arbeitsumgebung ausgesetzt ist.
Verfahren zum Herstellen der Waferverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-30.
Verwendung der Waferverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-31 zur Waferverarbeitung.