-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zum Behandeln von Substraten mit einem Mikrowellen-Plasma.
-
Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise in der
DE 10 2008 036 766 A1 beschrieben. Die dort dargestellte Vorrichtung besitzt ein Gehäuse, das im Inneren eine Prozesskammer zur Aufnahme eines zu behandelnden Substrats aufweist. Das Gehäuse weist eine Deckenwand, eine Bodenwand, sowie vier Seitenwände zur Bildung einer geschlossenen Prozesskammer auf. In gegenüberliegenden Seitenwänden sind jeweils paarweise Durchgangsöffnungen ausgebildet. Diese dienen zur Durchführung von Rohrelementen, die nachfolgend als Hüllrohre bezeichnet werden. Dabei sind in der oben genannten Druckschrift eine obere Reihe von Durchgangsöffnungen, sowie eine untere Reihe von Durchgangsöffnungen zur jeweiligen Aufnahme von Hüllrohren vorgesehen.
-
Die Durchgangsöffnungen sind so in den gegenüberliegenden Seitenwänden des Gehäuses angeordnet, dass sich die Hüllrohre der oberen Reihe im Wesentlichen parallel durch die Prozesskammer erstrecken. Dies gilt ebenfalls für die Hüllrohre der unteren Reihe. Zwischen den jeweiligen Reihen von Hüllrohren befindet sich ein Substratträger zur Aufnahme eines zu behandelnden Substrats, der drehbar gehalten ist.
-
Bei der oben genannten Druckschrift sind in der unteren Reihe von Hüllrohren Heizelemente in Form von Halogen- oder Bogenlampen aufgenommen. In der oberen Reihe von Hüllrohren sind stabförmige Mikrowellenelektroden aufgenommen. Die Mikrowellenelektroden bestehen jeweils aus einem Innenleiter und einem diesen koaxial umgebenden Außenleiter. Die Mikrowellenelektroden sind an einem Ende mit einem Mikrowellengenerator verbunden, und besitzen jeweils ein freies, innerhalb eines Hüllrohrs liegendes Ende. Der Außenleiter ist so aufgebaut, dass er in einem ersten Bereich den Innenleiter radial vollständig umgibt, und in einem zweiten Bereich ausgehend von dem ersten Bereich eine sich bis zum Ende des Außenleiters erweiternde Öffnung vorsieht. Hierdurch wird die Umschließung des Innenleiters bis zum freien Ende des Außenleiters immer geringer. Mit anderen Worten, der Innenleiter wird allmählich freigelegt. Am freien Ende des Innenleiters kann eine Plasma-Zündvorrichtung vorgesehen sein.
-
Die Mikrowellenelektroden sind, wie zuvor erwähnt, in den Hüllrohren aufgenommen und erstrecken sich im Wesentlichen parallel zueinander durch wenigstens einen Teil der Prozesskammer. Beim Anlegen von Mikrowellenenergie an die Mikrowellenelektroden wird innerhalb der Prozesskammer ein prozessgasabhängiges Plasma gezündet, wie es in der
DE 10 2008 036 766 A1 beispielhaft beschrieben ist.
-
Dabei bilden die in die Mikrowellenelektroden eingeleiteten Mikrowellen bei dem dargestellten Aufbau eine stehende Welle, da die Mikrowellenleistung am Ende der Mikrowellenelektroden reflektiert wird. Durch die parallele Anordnung der Mikrowellenelektroden und die Ausbildung von stehenden Wellen in denselben besteht das Problem, dass die Mikrowellenmaxima der sich parallel erstreckenden Mikrowellenelektroden im Wesentlichen auf einer geraden Linie senkrecht zur Längserstreckung der Mikrowellenelektroden liegen. Obwohl das Substrat während einer Plasmabehandlung gedreht werden kann, kann es hierdurch zu einer räumlich periodischen Änderung eines Prozessergebnisses auf dem Substrat führen. Insbesondere kann beispielsweise bei einem plasmaunterstützten Oxidwachstum eine periodische Oxidationsverteilung auftreten, wie schematisch in 4 dargestellt ist. Insbesondere zeigen 4a eine 3D Oxiddickenverteilung und 4b eine 2D-Oxiddickenverteilung (anhand einer Höhenliniendarstelung) auf einem Substrat nach einer Plasmaoxidation mit einer herkömmlichen, wie oben beschriebenen, Anordnung von Mikrowellenelektroden. Eine solche periodische Verteilung tritt natürlich auch bei anderen Schichtwachstumsprozessen oder Abscheideprozessen, wie beispielsweise eine Nitrid-, Oxynitrid-, Al2O3- oder Karbidschichtbildung etc. auf, sowie auch bei Plasma-Ätzprozessen.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren vorzusehen, welche bei einer Plasmabehandlung von Substraten eine Homogenisierung eines Behandlungserfolges vorsieht.
-
Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 19 und ein Verfahren nach Anspruch 15 vorgesehen. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Die Vorrichtung zum Behandeln von Substraten mit einem Plasma weist eine Prozesskammer zur Aufnahme eines Substrats sowie eine Vielzahl von stabförmigen Mikrowellenelektroden auf, die sich parallel zueinander wenigstens teilweise in der Prozesskammer erstrecken, wobei die Mikrowellenelektroden jeweils einen Innenleiter und einen Außenleiter aufweisen, wobei der Außenleiter den Innenleiter wenigstens teilweise umgibt. Die Mikrowellenelektroden weisen jeweils wenigstens ein Einkopplungsende auf und sind am Einkopplungsende mit Mikrowellen beaufschlagbar, die stehende Wellen bilden. Ferner weist die Vorrichtung Mittel auf, die bewirken, dass die Maxima der stehenden Mikrowellen der Vielzahl von Mikrowellenelektroden senkrecht zu einer Längserstreckung der Mikrowellenelektroden wenigstens teilweise versetzt zueinander sind. Durch einen solchen Versatz kann ein durch eine Plasmabehandlung entstandenes Prozessergebnis homogenisiert und insbesondere die Ausbildung von periodischen Unterschieden verhindert werden.
-
In einer konkreten, bevorzugten Ausführungsform ist ein Einkopplungsende und ein freies Ende an der Mikrowellenelektrode vorgesehen, bei der stehende Wellen durch Reflektion im Bereich des freien Endes entstehen. Die Erfindung kann aber bei allen Mikrowellenelektroden eingesetzt werden, bei denen stehende Wellen erzeugt werden, wie beispielsweise bei beidseitig eingespeisten Mikrowellenelektroden.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Mittel so ausgebildet, dass die Maxima von benachbarten Mikrowellenelektroden zueinander versetzt sind, insbesondere um eine viertel Wellenlänge versetzt sind. Hierdurch lässt sich eine gute Homogenisierung erreichen. Vorzugsweise sind die Mikrowellenelektroden paarweise mit im Wesentlichen jeweils gleichem Abstand zu einer Mittelebene der Prozesskammer angeordnet, und die Mittel sind so ausgebildet, dass die Maxima dieser paarweise angeordneten Wellenelektroden zueinander versetzt sind, insbesondere um eine viertel Wellenlänge versetzt sind. Hierdurch ergibt sich insbesondere in Kombination mit einer optionalen Dreheinheit für die Substrate ein guter Homogenisierungseffekt.
-
Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfassen die Mittel den Einsatz von wenigstens zwei Mikrowellenelektroden mit unterschiedlichen Abmessungen, die einen Versatz der Maxima von stehenden Mikrowellen in den verschiedenen Stäben bewirken. Bei einer weiteren Ausführungsform sehen die Mittel eine in Längsrichtung versetzte Anordnung von Mikrowellenelektroden innerhalb der Prozesskammer vor, um einen Versatz der Maxima zu bewirken. Vorzugsweise sehen die Mittel eine Anordnung der Mikrowellenelektroden derart vor, dass die Einkopplungsenden von wenigstens zwei der Mikrowellenelektroden an gegenüberliegenden Seiten der Prozesskammer liegen.
-
Für einen dynamischen Versatz der Maxima weisen die Mittel wenigstens eine Bewegungseinheit für die Mikrowellenelektroden oder Teile hiervon auf, insbesondere für eine Bewegung in Längsrichtung der Mikrowellenelektroden. Hierdurch können insbesondere die Maxima wenigstens einer Mikrowellenelektrode während einer Plasmabehandlung verschoben werden, um eine Homogenisierung des Behandlungsergebnisses vorzusehen.
-
Gemäß einer Ausführungsform weisen die Mittel wenigstens eine Einheit auf, die geeignet ist die Mikrowellenelektroden mit unterschiedlichen Mikrowellenfrequenzen zu beaufschlagen, was zu einem Versatz der Mikrowellenmaxima in den Mikrowellenelektroden führen kann. Hierbei können insbesondere zwei unterschiedliche Frequenzen vorgesehen sein. Für eine dynamische Bewegung der Maxima kann die Einheit in der Lage sein, die an die Mikrowellenelektroden angelegte Mikrowellenfrequenz zu variieren.
-
Die stehenden Wellen werden durch Reflektion der eingekoppelten Mikrowellen am freien Ende der Mikrowellenelektroden erzeugt. Um den Versatz der Maxima zu erreichen, können die Mittel unterschiedliche Einstellungen für eine Reflektionsfläche an den Mikrowellenelektroden vorsehen, die beispielsweise durch eine Mikrowellenzündvorrichtung gebildet wird.
-
Die Mittel können wenigstens ein Dielektrikum aufweisen, das so bezüglich wenigstens einer Mikrowellenelektrode angeordnet ist, dass es die Wellenlänge von eingekoppelten Mikrowellen beeinflusst. Ein solches Dielektrikum könnte vorteilhafter Weise wenigstens teilweise zwischen Innenleiter und Außenleiter der Mikrowellenelektrode angeordnet sein. In ähnlicher Weise könnten die Mittel auch eine Oberflächenbehandlung von Innen- oder Außenleiter wenigstens einer Mikrowellenelektrode umfassen, insbesondere eine Beschichtung mit Kupfer oder Silber. Auch hierdurch ließe sich die Wellenlänge in den jeweiligen Mikrowellenelektroden beeinflussen.
-
Bei dem Verfahren zum Behandeln von Substraten mit einem Plasma in einer Prozesskammer, in der sich eine Vielzahl von stabförmigen Mikrowellenelektroden parallel zueinander erstreckt, wobei die Mikrowellenelektroden jeweils einen Innenleiter und Außenleiter aufweisen, wobei der Außenleiter den Innenleiter wenigstens teilweise umgibt, und wobei die Mikrowellenelektroden jeweils ein Einkopplungsende und ein freies Ende aufweisen, werden Mikrowellen in die Mikrowellenelektroden eingekoppelt und stehende Wellen erzeugt. Die Maxima der stehenden Mikrowellen der Vielzahl von Mikrowellenelektroden werden derart beeinflusst, dass sie senkrecht zu einer Längserstreckung der Mikrowellenelektroden wenigstens teilweise versetzt zueinander sind. Dies kann beispielsweise durch eine Bewegung wenigstens einer Mikrowellenelektrode und/oder von Teilen der wenigstens einen Mikrowellenelektrode vorgesehen werden. Das Beeinflussen der Maxima kann auch durch das Einkoppeln von Mikrowellen mit unterschiedlicher Frequenz in wenigstens zwei Mikrowellenelektroden vorgesehen werden. Insbesondere kann das Beeinflussen der Maxima über eine zeitliche Veränderung der Frequenz der eingekoppelten Mikrowellen für wenigstens eine Mikrowellenelektrode erreicht werden.
-
Eine weitere Vorrichtung zum Behandeln von Substraten mit einem Plasma weist eine Prozesskammer zur Aufnahme eines Substrats auf, eine Vielzahl von stabförmigen Mikrowellenelektroden, die sich parallel zueinander wenigstens teilweise in der Prozesskammer erstrecken, wobei die Mikrowellenelektroden jeweils einen Innenleiter und Außenleiter, wobei der Außenleiter den Innenleiter wenigstens teilweise umgibt, wobei die Mikrowellenelektroden jeweils ein Einkopplungsende und ein freies Ende aufweisen und am Einkopplungsende mit Mikrowellen beaufschlagbar sind, die stehende Wellen bilden und einen Substratträger mit einer Vielzahl von Auflageelementen zum Tragen des Substrats in der Prozesskammer. Ferner ist wenigstens eine Bewegungseinheit vorgesehen, die in der Lage ist, den Substratträger derart zu bewegen, dass die Auflageelemente eine zentrische Rotationsbewegung, die durch wenigstens eine weitere Bewegung überlagert ist, durchführen. Dabei kann die wenigstens eine Bewegungseinheit eine zentrische Dreheinheit in Kombination mit einer exzentrischen Dreheinheit und/oder eine Linearbewegungseinheit aufweisen.
-
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert; in den Zeichnungen zeigt:
-
1 eine schematische Schnittansicht durch eine Plasma-Behandlungsvorrichtung;
-
2 eine schematische Querschnittsansicht der Plasma-Behandlungsvorrichtung gemäß 1 mit einer um 90 Grad gedrehten Schnittebene;
-
3a eine schematische Ansicht von unten auf ein oberes Gehäuseteil der Plasma-Behandlungsvorrichtung gemäß den 1 und 2;
-
3b eine schematische Ansicht von unten auf ein oberes Gehäuseteil einer Plasma-Behandlungsvorrichtung mit einer alternativen Anordnung von Plasmaelektroden;
-
4a eine 3D SiO2 Schichtdickenverteilung über einen 300 mm Si-Wafer nach einer Plasmaoxidation mit einer herkömmlichen Anordnung von Mikrowellenelektroden ohne Substratrotation;
-
4b eine 2D SiO2 Schichtdickenverteilung (Höhenliniendarstellung) über einen 300 mm Si-Wafer nach einer Plasmaoxidation mit einer herkömmlichen Anordnung von Mikrowellenelektroden ohne Substratrotation; und
-
5 eine 2D SiO2 Schichtdickenverteilung (Höhenliniendarstellung) über einen 300 mm Si-Wafer nach einer Behandlung mit optimierter Mikrowellenelektrodenanordnung und Substratrotation.
-
In der nachfolgenden Beschreibung verwendete Orts- bzw. Richtungsangaben beziehen sich primär auf die Darstellung in den Zeichnungen und sollten daher nicht einschränkend gesehen werden. Sie können sich aber auch auf eine bevorzugte Endanordnung beziehen.
-
Die 1 und 2 zeigen jeweils um 90 Grad gedrehte Querschnittsansichten durch eine Plasma-Behandlungsvorrichtung 1 zur Behandlung von flächigen Substraten 2. Die Substrate 2 können dabei insbesondere Halbleitersubstrate oder Glassubstrate in beliebiger geometrischer Form sein, deren Oberfläche mittels eines Plasmas beschichtet, geätzt wird oder auf deren Oberfläche ein Schichtwachstum durchgeführt wird.
-
Die Plasma-Behandlungsvorrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 3, das im Inneren eine Prozesskammer 4 definiert, einem Gaszuleitungssystem für die Prozesskammer 4, einer Substrataufnahmeeinheit 5, einer Temperieranordnung 6 zum Heizen und/oder Kühlen sowie einer Plasmaanordnung 7.
-
Das Gehäuse 3 kann irgendeines geeigneten Typs sein, der eine Prozesskammer 4 im Inneren definiert, in der sich über Zu- und Ableitungen vorbestimmte Prozessbedingungen hinsichtlich einer Gaszusammensetzung und Gasdrücken einstellen lässt. Das Gehäuse kann auch eine an zwei Enden offene oder mit Schleusen versehende Durchlaufkammer bilden, bei dem das Substrat durch das Gehäuse durchgeführt wird. In der dargestellten Form bildet das Gehäuse eine Prozesskammer für eine stationäre Behandlung und wird durch drei Teile gebildet. Das Gehäuse weist ein oberes Gehäusebauteil 9, ein mittleres Gehäusebauteil 10 und ein unteres Gehäusebauteil 11 auf. Die Gehäusebauteile bestehen bevorzugt aus Aluminium, deren innere Oberfläche passiviert sein kann.
-
Das obere Gehäusebauteil 9 weist eine Deckplatte 14 und einen umlaufenden Seitenwandteil 16 auf. Die Deckplatte 14 besitzt eine nicht notwendigerweise quadratische Form und der Seitenwandteil 16 folgt dieser und umgibt radial einen oberen Teil der Prozesskammer 4, wie der Fachmann erkennen kann. An einer zur Prozesskammer 4 weisenden Seite der Deckplatte 14 ist ein Abdeckelement 18, beispielsweise eine Quarzplatte, vorgesehen, um die Deckplatte 14 gegenüber einem durch die Plasmaanordnung 7 erzeugten Plasma zu schützen. Ein solches Abdeckelement 18 kann auch im Bereich der Seitenwände 16 eingesetzt werden.
-
Der mittlere Gehäuseteil 10 wird durch ein umlaufendes Seitenwandteil 20 gebildet, das dieselbe Umfangsabmessung besitzt wie der umlaufende Seitenwandteil 16 des oberen Seitenwandteils. Der Seitenwandteil 20 umgibt einen mittleren Teil der Prozesskammer. Im Seitenwandteil 20 ist eine Be-/Entladeöffnung 21 vorgesehen (2), die über ein bewegliches Türelement 23 verschlossen und geöffnet werden kann. Es können auch zwei Be-/Entladeöffnungen, zum Beispiel in gegenüberliegenden Seitenwandteilen 20 vorgesehen sein, so dass ein kontinuierlicher Transport des Substrates durch die Prozesskammer 4 hindurch möglich ist.
-
Das untere Gehäusebauteil 11 weist eine Bodenplatte 24 und einen umlaufenden Seitenwandteil 26 auf. Die Bodenplatte 24 besitzt eine quadratische Form und der Seitenwandteil 26 folgt dieser und umgibt radial einen unteren Teil der Prozesskammer 4, wie der Fachmann erkennen kann. Der Seitenwandteil 26 besitzt im Wesentlichen dieselben Umfangsabmessungen wie der umlaufende Seitenwandteil 20 des mittleren Gehäuseteils 10. Im Boden des Gehäuses 3 ist eine Durchführöffnung für eine Tragwelle der Substrathalteanordnung 5 vorgesehen, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.
-
Die Seitenwandteile 16 und 26 des oberen bzw. des unteren Gehäuseteils weisen in gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Vielzahl von zueinander weisenden Durchgangsöffnungen 34 auf. Die Durchgangsöffnungen 34 sind jeweils paarweise in gegenüberliegenden Seiten der Seitenwandteile 16 und 26 derart ausgebildet, dass sich ein Hüllrohr 36 durch die Prozesskammer 4 hindurch erstrecken kann, und zwar senkrecht zu den die Durchgangsöffnungen 34 aufweisenden Seiten der Seitenwandteile 16 und 26. Dies ist für den Seitenwandteil 16 des oberen Gehäuseteils 9 am besten in der Darstellung gemäß 3a oder 3b zu erkennen. Die Hüllrohre 36 dienen wiederum zur Aufnahme von Heiz- oder Plasmaeinheiten, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.
-
Im oberen Gehäuseteil 9 sind zehn solcher Paare von Durchgangsöffnungen 34 mit einer entsprechenden Anzahl von darin aufgenommenen Hüllrohren 36 vorgesehen. Im unteren Gehäuseteil 11 sind insgesamt acht Paare von Bohrungen 34 in den gegenüberliegenden Seiten des Seitenwandteils 26 mit einer entsprechenden Anzahl von darin aufgenommenen Hüllrohren 36 vorgesehen. Natürlich kann auch jeweils eine andere Anzahl von Paaren von Durchgangsöffnungen vorgesehen sein, die auch nicht alle in einer Ebene liegen müssen.
-
Im Boden 24 des unteren Gehäuseteils 11 ist eine Durchführöffnung für eine Tragwelle 70 der Substrathalteanordnung 5 vorgesehen. Die Substrathalteanordnung besteht im Wesentlichen aus der sich vertikal erstreckenden Tragwelle 70, einer sich horizontal erstreckenden Tragplatte 71 sowie Auflageelementen 72. Die Tragwelle 70 erstreckt sich durch den Boden 24 und kann außerhalb des Gehäuses 3 zum Beispiel mit einem Antriebsmotor verbunden sein, um die Tragwelle 70 um ihre Längsachse zu drehen und/oder in Vertikalrichtung zu verschieben. Der Antriebsmechanismus kann derart ausgestaltet sein, dass er einerseits eine zentrische Drehung um die Tragwelle 70 herum vorsieht und andererseits auch eine Relativbewegung der Tragplatte 71 relativ zur Tragwelle 70. Diese Relativbewegung kann zum Beispiel eine exzentrische Rotation und/oder eine Linearbewegung in der Ebene der Tragplatte 71 aufweisen. Sie kann aber auch eine Komponente senkrecht zur Tragplatte 71 aufweisen, sodass diese taumelt. Eine solche zentrische Rotationsbewegung, die mit einer weiteren Bewegung überlagert ist, kann Prozessergebnisse auf einem Substrat homogenisieren, wie der Fachmann erkennen kann.
-
Um eine gasdichte Durchführung der Tragwelle 70 durch das Gehäuse 3 zu ermöglichen, können entsprechende Abdichtmechanismen, wie beispielsweise ein Balgenmechanismus im Bereich der Durchführung vorgesehen sein. Die Tragwelle 70 kann beispielsweise aus einem für elektromagnetische Strahlung der Heizanordnung 6 im Wesentlichen transparenten Material, wie beispielsweise Quarz, aufgebaut sein. Alternativ könnte die Tragwelle 70 jedoch auch eine hoch reflektierende Oberfläche aufweisen.
-
Die Tragwelle 70 trägt an ihrem oberen Ende die Tragplatte 71, die über die Tragwelle 70 sowohl in Vertikalrichtung höhenverstellbar ist, als auch um eine Längsachse der Tragwelle 70 drehbar ist. Die Tragplatte 71 ist vorzugsweise aus einem für die elektromagnetische Strahlung der Heizanordnung 6 im Wesentlichen transparenten Material aufgebaut. Auf einer Oberseite der Tragplatte 71 ist eine Vielzahl der Auflageelemente 72 vorgesehen, die wiederum aus einem vorzugsweise für die Strahlung der Heizanordnung 6 transparenten Material aufgebaut ist. Die Auflageelemente 72 sind als konisch spitz zulaufende Kegel dargestellt, auf deren Spitze das Substrat 2 aufliegt. Die Auflageelemente 72 halten das Substrat 2 über einen gewissen Abstand beabstandet zur Tragplatte 71. Die Substrat-Halteanordnung 5 könnte insgesamt auch anders aufgebaut sein. Insbesondere könnte die Tragplatte 71 als sogenannter Suszeptor aufgebaut sein, der eine Projektionsfläche wenigstens entsprechend dem Substrat 2 aufweist, und mit der Temperieranordnung 6 in elektromagnetischer Wechselwirkung steht, um selbst temperiert zu werden und darüber das Substrat 2 zu temperieren oder selbst eine Temperiereinheit enthält.
-
Die Temperieranordnung 6, welche hier als Heizanordnung ausgebildet ist, besteht im Wesentlichen aus acht Heizlampen 80, die in den acht Hüllrohren 36 im unteren Bereich der Prozesskammer 4 angeordnet sind. Die Heizlampen 80 sind als Stablampen ausgebildet, die sich im Wesentlichen vollständig durch die Prozesskammer 4 hindurch erstrecken. Die Heizlampen 80 können irgendeines beliebigen Typs sein, der für eine Aufheizung des Substrats 2 mittels elektromagnetischer Strahlung geeignet ist, wie beispielsweise Wolfram-Halogenlampen mit Einzel- oder Doppelfilament. Die Lampen werden im Rohr 36 so gehalten, dass kein Kontakt mit dem Hüllrohr vorliegt. Obwohl dies nicht näher dargestellt ist, können die Hüllrohre 36 mit einem Kühlmedium, wie beispielsweise Luft durchströmt werden, um die Hüllrohre 36 und die Heizlampen 80 während des Betriebs zu kühlen. Natürlich kann auch eine andere Heizanordnung eingesetzt werden, wie zum Beispiel eine Bogenlampenanordnung oder eine Widerstandsheizeinheit, die zum Beispiel in der Tragplatte 71 integriert sein kann.
-
Die Plasmaanordnung 7 besteht im Wesentlichen aus einer Vielzahl von stabförmigen Mikrowellenelektroden 82. Die Mikrowellenelektroden 82 sind jeweils in entsprechenden Quarzröhren 36 aufgenommen, die sich im oberen Bereich der Prozesskammer 4 durch diese hindurch erstrecken. Bei der dargestellten Ausführungsform sind zehn Mikrowellenelektroden 82 vorgesehen.
-
Die Mikrowellenelektroden
82 können jeweils im Wesentlichen denselben Grundaufbau besitzen, wie er beispielsweise in der
DE 10 2008 036 766 A1 beschrieben ist. Dabei besitzen die Mikrowellenelektroden
82 jeweils einen Außenleiter
84 sowie einen Innenleiter
86. Der Außenleiter
84 besitzt, wie in der Ansicht von unten gemäß
3a zu erkennen ist, einen Abschnitt, in dem er den Innenleiter
86 vollständig umgibt, sowie einen daran anschließenden geschlitzten Bereich, in dem der Innenleiter
86 allmählich freigelegt wird, bis ein freies Ende des Innenleiters
86 ganz frei liegt. Für den genauen Aufbau der Plasmaeinheiten wird auf die
DE 10 2008 036 766 A1 hingewiesen, die insofern zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemacht wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
-
Die Mikrowellenelektroden 82 sind jeweils des Typs, der von einer Seite mit Mikrowellen beaufschlagt wird und stehende Wellen erzeugt, da die Mikrowellen am freien Ende, dem Resonator oder einer anderen Reflektionsfläche reflektiert werden. Am freien Ende des Innenleiters 86 kann jeweils eine Plasma-Zündeinheit 87, beispielsweise in Form eines Resonators, vorgesehen sein. In 3a sind zwei solche Plasma-Zündeinheiten als Beispiel dargestellt. Wenn die Mikrowellenelektroden 82 jeweils gleich aufgebaut sind, in gleicher Weise in der Prozesskammer angeordnet und gleichmäßig mit Mikrowellen beaufschlagt werden, würden die jeweiligen Mikrowellenelektroden 82 jeweils Maxima der stehenden Wellen aufweisen, die auf einer geraden Linie senkrecht zur Längserstreckung der Mikrowellenelektroden 82 liegen. Dies Kann zu einer räumlich periodischen Veränderung von plasmaunterstützten Prozessergebnissen, wie beispielsweise einer Oxiddickenverteilung führen.
-
Die Erfindung sieht daher unterschiedliche Maßnahmen vor, um eine Homogenisierung von Prozessergebnissen zu erreichen. Diese Maßnahmen können als Alternativen eingesetzt werden oder aber auch in Kombination, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen.
-
Eine erste Maßnahme besteht in der schon oben beschriebenen Bewegung von Substraten in der Prozesskammer, die eine zentrische Rotation mit einer weiteren Bewegung überlagert.
-
Es können aber zum Beispiel auch Mikrowellenelektroden 82 mit unterschiedlichen Abmessungen eingesetzt werden, wie in 3a für die zwei obersten Mikrowellenelektroden 82 bei (a) angedeutet ist. Hierdurch kann ein Versatz der Maxima von Mikrowellen in den Mikrowellenelektroden 82 erreicht werden. Insbesondere könnten jeweils abwechselnd größere und kleinere Mikrowellenelektroden 82 eingesetzt werden. Hierzu müssten aber zwei unterschiedliche Mikrowellenelektroden 82 vorgesehen werden.
-
Die Mikrowellenelektroden 82 könnten aber auch einfach versetzt zueinander in den jeweiligen Hüllrohren 36 angeordnet sein. Dies ist in 3a für die zwei Mikrowellenelektroden 82 bei (b) angedeutet. Hierdurch kann ein Versatz der Maxima von Mikrowellen in den Mikrowellenelektroden 82 auf einfache Weise auch dann erreicht werden, wenn diese dieselbe Größe besitzen, wobei aber auch hier Mikrowellenelektroden 82 mit unterschiedlichen Abmessungen eingesetzt werden können. Insbesondere könnten die Mikrowellenelektroden 82 jeweils abwechselnd weiter links und weiter rechts positioniert werden. Hierbei sollte nur beachtet werden, dass ein durch die jeweiligen Mikrowellenelektroden 82 erzeugtes Plasma ein Substrat möglichst vollständig abdeckt. Insbesondere könnte der seitliche Versatz zwischen benachbarten Mikrowellenelektroden 82 nach links oder rechts eine viertel Wellenlänge einer zu erwartenden stehenden Welle betragen.
-
Bei (c) ist in 3a ein Beispiel angedeutet, bei dem wenigstens eine Mikrowellenelektroden 82 in Längsrichtung verschiebbar gelagert ist, und beispielsweise über eine nicht näher dargestellte Bewegungseinheit während einer Plasmabehandlung nach links und rechts bewegt werden kann. Hierdurch kann sich über die Länge der Mikrowellenelektroden 82 hinweg eine Homogenisierung des Effektes der stehenden. Wellen ergeben. Insbesondere könnte eine solche bewegbare Lagerung für alle Mikrowellenelektroden 82 vorgesehen werden.
-
Die stehenden Wellen entstehen durch eine Reflektion der Mikrowellen an den freien Enden der Mikrowellenelektroden 82 oder auch einer Plasma-Zündeinheit 87. Durch seitlichen Versatz der Plasma-Zündeinheit 87, wie er bei (d) in 3a angedeutet ist, wird der Reflektionsort statisch oder dynamisch verschoben und somit auch die Position der stehenden Welle. Dies kann auch durch eine entsprechende Anordnung einer anderen Reflektionsfläche erreicht werden.
-
Bei (e) in 3a sind die Mikrowellenelektroden 82 des gleichen Typs und sie sind gleichmäßig eingebaut. Hier kann ein Versatz der Maxima von stehenden Mikrowellen beispielsweise durch unterschiedliche Ansteuerung der Mikrowellenelektroden 82, insbesondere mit unterschiedlichen Frequenzen erreicht werden. Insbesondere könnten die Frequenzen auch während eines Behandlungsprozesses variiert werden, um eine Verschiebung der Maxima zu erhalten. Darüber hinaus wäre auch eine Anordnung eines Dielektrikums in Wechselbeziehung mit wenigstens einer Mikrowellenelektrode 82 (beispielsweise innerhalb des Hüllrohrs der Mikrowellenelektroden 82) möglich, um eine Veränderung der Wellenlänge gegenüber Mikrowellenelektroden 82 ohne Dielektrikum hervorzurufen. Ein Beispiel für ein geeignetes Dielektrikum wäre zum Beispiel Barium- oder Magnesiumtitanat mit einer hohen Dielektrizitätkonstante. Ein Versatz der Mikrowellenmaxima kann auch durch den Aufbau und/oder einer Oberflächenbehandlung von Innen- oder Außenleitern der Mikrowellenelektrode 82 erreicht werden. Beispielsweise könnte eine Spirallisierung des Innenleiters und/oder das Vorsehen von periodischen Verdickungen auf dem Innenleiter bzw. Ausschnitte im Außenleiter zu einer Verschiebung der Maxima gegenüber anderen Mikrowellenelektroden 82, welche diese Änderungen nicht aufweisen, vorsehen. Insbesondere könnten Beschichtungen für Innen- und/oder Außenleiter beispielsweise mit Kupfer oder Silber zu einer Verschiebung der Maxima führen. So kann beispielsweise eine unbeschichtete Mikrowellenelektrode 82 benachbart zu einer kupferbeschichteten Mikrowellenelektrode 82, die wiederum benachbart zu einer mit Silber beschichteten Mikrowellenelektrode 82 liegt, vorgesehen sein. Hierdurch würden sich jeweils unterschiedliche Ausprägungen der Maxima quer zur Längserstreckung der jeweiligen Mikrowellenelektroden 82 ergeben.
-
3b zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung von Mikrowellenelektroden 82 die jeweils um 180° gedreht, alternierend von unterschiedlichen Seiten der Prozesskammer 4 her eingebaut sind. Hierdurch kann sich bei entsprechenden Abmessungen der Prozesskammer und ansonsten gleichmäßigen Einbauvorrichtungen ein Versatz der Maxima von stehenden Mikrowellen der jeweiligen Mikrowellenelektroden 82 ergeben. Natürlich könnte ein entsprechender Versatz auch unabhängig von den Abmessungen der Prozesskammer über eine entsprechende Positionierung der Mikrowellenelektroden 82 erreicht werden.
-
Bevorzugt können die Maxima von benachbarten Mikrowellenelektroden durch eine oder mehrere der obigen Maßnahmen in Kombination jeweils um eine viertel oder ein ungeradzahliges Vielfaches einer viertel Wellenlänge versetzt werden. Insbesondere können die Mikrowellenelektroden 82 paarweise mit im Wesentlichen gleichen Abstand zu einer Mittelebene der Prozesskammer angeordnet sein und die Maxima dieser paarweise angeordneten Wellenelektroden jeweils zueinander versetzt werden.
-
Nachfolgend wird der Betrieb der oben genannten Vorrichtung näher erläutert. Zunächst wird ein Substrat 2 in die Prozesskammer 4 geladen und auf der Substrataufnahmeeinheit 5 abgelegt. Anschließend wird die Prozesskammer geschlossen und eine gewünschte Gasatmosphäre, wie beispielsweise eine oxidierende Gasatmosphäre, eingestellt. Das Substrat kann optional je nach Prozess über die Heizeinheit 6 auf eine vorbestimmte Prozesstemperatur erwärmt werden.
-
In die Mikrowellenelektroden 82 werden Mikrowellen eingekoppelt, die stehende Wellen erzeugen und diese zünden in der Umgebung der jeweiligen Mikrowellenelektroden 82 ein Plasma über dem Substrat. Das Substrat wird über die Substrataufnahmeeinheit 5 rotiert, wobei diese Rotation, wie oben erwähnt optional eine zentrische Rotation sein kann, die mit einer weiteren Bewegung überlagert ist. Über die obigen Maßnahmen können die Maxima der stehenden Mikrowellen so beeinflusst wurden sein, dass sie statisch in einer Richtung senkrecht zur Längserstreckung gegeneinander versetzt sind. Es ist aber auch alternativ oder auch zusätzlich möglich, die Lage der Maxima dynamisch während des Prozesses zu beeinflussen. Dies kann beispielsweise über eine Variation der angelegten Mikrowellenfrequenz und/oder eine dynamische Bewegung der Mikrowellenelektroden 82 erfolgen.
-
Nach einer entsprechenden Plasmabehandlung kann das Substrat wieder aus der Prozesskammer entnommen werden. 5 zeigt ein Beispiel einer 2D SiO2 Schichtdickenverteilung über einen 300 mm Si-Wafer nach einer Behandlung mit versetzten Mikrowellenmaxima. Die Abweichung zwischen unterschiedlichen Bereichen liegt im Bereich von ungefähr 1% und es sind nur geringe nicht periodische Abweichungen zu erkennen. Im Vergleich hierzu zeigen die 4a und 4b eine 3D-SiO2 Schichtdickenverteilung bzw. eine 2D-SiO2 Schichtdickenverteilung auf einem Substrat nach einer Plasmaoxidation mit einer herkömmlichen Anordnung von Mikrowellenelektroden, d. h. ohne zusätzliche Maßnahmen für eine Homogenisierung der Oxidationsverteilung. Insbesondere zeigt 4a in der 3D-Darstellung deutlich eine periodische Oxidschichtdickenverteilung, entsprechend den Maxima der in den Mikrowellenelektroden erzeugten stehenden Wellen. Diese Verteilung ist auch in der 2D-Darstellung gemäß 4b erkennbar. Solche unterschiedlichen Prozessergebnisse treten natürlich auch bei anderen Schichtwachstumsprozessen, oder Abscheidungsprozessen, wie beispielsweise eine Nitrid-, Oxynitrid-, oder Karbidschichtbildung, Al2O3 Abscheidung etc. auf.
-
Die Erfindung wurde zuvor anhand spezifischer Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert, ohne auf die konkreten Ausführungsformen beschränkt zu sein. Insbesondere wurde eine Verschiebung der Mikrowellenelektroden in einer Längsrichtung in betracht gezogen. Aber auch eine seitliche Verschiebung (in Querrichtung) oder eine Verschiebung in der Höhe kann zu einer Homogenisierung der Prozessergebnisse führen. Dem Fachmann wurden unterschiedliche Maßnahmen zum statischen und dynamischen Versetzen von Maxima einer stehenden Welle einer Mikrowellenelektroden aufgezeigt. Es werden sich dem Fachmann aber noch weitere Maßnahmen erschließen, die im Umfang der nachfolgenden Ansprüche liegen können.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102008036766 A1 [0002, 0005, 0041, 0041]
