DE102015014903A1 - Waferboot und Plasma-Behandlungsvorrichtung für Wafer - Google Patents

Waferboot und Plasma-Behandlungsvorrichtung für Wafer Download PDF

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Abstract

Es ist ein Plattenelement für ein Waferboot für die Plasmabehandlung von scheibenförmigen Wafern, insbesondere Halbleiterwafern für Halbleiter- oder Photovoltaikanwendungen beschrieben. Das Plattenelement ist elektrisch leitfähig und weist an jeder Seite wenigstens eine Aufnahmeeinheit zur Aufnahme eines Wafers in einem Waferaufnahmebereich auf. Das Plattenelement weist wenigstens eine Vertiefung in wenigstens einer Seite des Plattenelements und/oder wenigstens eine Öffnung im Plattenelement auf, wobei die wenigstens eine Vertiefung und/oder die wenigstens eine Öffnung im Plattenelement wenigstens Teilweise radial außerhalb des Waferaufnahmebereichs und direkt benachbart hierzu liegt. Es ist auch ein Waferboot beschrieben, das eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Plattenelementen des obigen Typs aufweist, wobei benachbart angeordnete Plattenelemente elektrisch zueinander isoliert sind. Ein solches Waferboot ist auch in Kombination mit einer Plasma-Behandlungsvorrichtung beschriebne, die einen Prozessraum zur Aufnahme des Waferbootes aufweist, sowie Mittel zum Steuern oder Regeln einer Prozessgasatmosphäre in dem Prozessraum und wenigstens eine Spannungsquelle, die mit den elektrisch leitfähigen Plattenelementen des Waferbootes in geeigneter Weise verbindbar ist, um zwischen direkt benachbarten, im Waferboot aufgenommenen Wafern eine elektrische Spannung anzulegen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Waferboot und eine Behandlungsvorrichtung für Wafer, die zum Erzeugen eines Plasmas zwischen darin aufgenommenen Wafern geeignet sind.
  • In der Halbleiter- sowie der Solarzellentechnik ist es bekannt, scheibenförmige Substrate aus unterschiedlichen Materialien, die nachfolgend unabhängig von ihrer geometrischen Form und ihrem Material als Wafer bezeichnet werden, unterschiedlichen Prozessen auszusetzen.
  • Dabei werden die Wafer häufig sowohl Einzelbehandlungsprozessen als auch Chargenprozessen, d. h. Prozessen bei denen mehrere Wafer gleichzeitig behandelt werden, ausgesetzt. Sowohl für Einzelprozesse als auch Chargenprozesse müssen die Wafer jeweils in eine gewünschte Behandlungsposition gebracht werden. Bei Chargenprozessen geschieht dies in der Regel dadurch, dass die Wafer in sogenannte Boote eingesetzt werden, welche Aufnahmen für eine Vielzahl von Wafern besitzen. In den Booten werden die Wafer in der Regel jeweils parallel zueinander angeordnet. Solche Boote können unterschiedlich aufgebaut sein, und häufig sehen sie nur eine Aufnahme der unteren Kanten der jeweiligen Wafer derart vor, dass die Wafer nach oben freistehen. Solche Boote sind in der Regel passiv, dass heißt neben einer Haltefunktion haben sie keine weitere Funktion während der Prozessierung der Wafer.
  • Bei einem Typ von Waferboot, das beispielsweise für eine Plasmaprozessierung von Wafern in der Halbleiter- oder Solarzellentechnologie verwendet wird, ist das Waferboot durch eine Vielzahl von elektrisch leitenden Platten gebildet, die üblicherweise aus Graphit bestehen. Die Platten sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet, und zwischen benachbarten Platten werden Aufnahmeschlitze zur Aufnahme von Wafern gebildet. Die zueinander weisenden Seiten der Platten besitzen jeweils entsprechende Aufnahmeelemente für Wafer, so dass an jeder dieser Seiten Wafer aufgenommen werden können. Als Aufnahmeelemente sind üblicherweise an jeder zu einer anderen Platte weisenden Plattenseite Stifte vorgesehen, welche den Wafer aufnehmen. In jedem Aufnahmeschlitz können somit wenigstens zwei Wafer derart vollständig zwischen den Platten aufgenommen werden, dass sie einander gegenüberliegen. Benachbarte Platten des Waferbootes sind elektrisch gegeneinander isoliert und zwischen direkt benachbarten Platten wird während des Prozesses eine Wechselspannung üblicherweise im kHz-Bereich oder auch im MHz-Bereich angelegt. Hierdurch soll zwischen den Platten und insbesondere zwischen den an den jeweiligen Platten gehaltenen Wafern ein Plasma ausgebildet werden, um eine Plasmabehandlung wie zum Beispiel eine Abscheidung aus dem Plasma oder eine Plasmanitridierung von Schichten vorzusehen. Für die Anordnung der Platten zueinander werden Abstandselemente eingesetzt, die jeweils eine vorbestimmte Länge zur Einstellung vorbestimmter Abstände zwischen den Platten besitzen. Ein Beispiel eines solchen Waferbootes, das aus Platten und Abstandselementen aufgebaut ist, ist in der DE 10 2011 109 444 A1 beschrieben.
  • Wie erwähnt, entsteht ein Plasma nicht nur zwischen benachbarten Wafern sondern auch zwischen benachbarten Platten. Aufgrund einer üblicherweise höheren Leitfähigkeit der Platten im Vergleich zu den Wafern kann das Plasma zwischen den Platten daher dichter sein als zwischen den Wafern, was für den Prozess und die Homogenität der Waferbehandlung von Nachteil sein kann. Insbesondere kann im Randbereich der Wafer ein größerer Effekt auftreten als in anderen Bereichen des Wafers. Ferner ergibt sich das. Problem, dass es zu einer Rückseitenbehandlung, insbesondere einer Rückseitenbeschichtung des Wafers kommen kann, die auch als Umgriff der Beschichtung bezeichnet wird und durch das Plasma direkt benachbart zum Waferrand bewirkt wird.
  • Um dieses Problem zu beseitigen wurden die Platten in der Vergangenheit mit einer isolierenden Schicht, zum Beispiel mit SiN vorbelegt, um die Plasmaausbildung zwischen den Platten zu dämpfen. Ein solche Vorbelegung kann aber wiederum zu anderen Problemen führen und muss darüber hinaus regelmäßig insbesondere nach einer Naßreinigung der Platten in einem Ätzbad, erneuert werden, was mit zusätzlichen Kosten verbunden ist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Waferboot und eine Plasma-Behandlungsvorrichtung für Wafer vorzusehen, das bzw. die das oben genannte Probleme des Umgriffs beseitigt oder lindert.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Plattenelement nach Anspruch 1, ein Waferboot nach Anspruch 6, und eine Plasma-Behandlungsvorrichtung nach Anspruch 8 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich unter anderem aus den jeweiligen Unteransprüchen.
  • Insbesondere ist ein Plattenelement für ein Waferboot für die Plasmabehandlung von scheibenförmigen Wafern vorgesehen, wobei das Plattenelement elektrisch leitfähig ist und an jeder Seite wenigstens eine Aufnahmeeinheit zur Aufnahme eines Wafers in einem Waferaufnahmebereich aufweist. Gemäß der Erfindung weist das Plattenelement wenigstens eine Vertiefung in wenigstens einer Seite der Plattenelemente und/oder wenigstens eine Öffnung im Plattenelement auf, wobei die wenigstens eine Vertiefung und/oder die wenigstens eine Öffnung im Plattenelement wenigstens Teilweise radial außerhalb des Waferaufnahmebereichs und direkt benachbart hierzu liegt. Als Waferaufnahmebereich wird hier der Bereich angesehen, der üblicherweise vom Wafer abgedeckt wird. Ein geringer Überlapp von Vertiefung/Öffnung und Wafer im Aufnahmezustand ist möglich, aber nicht unbedingt gewollt. Ein solches Plattenelement besitzt den Vorteil, dass es im Einsatz im Randbereich eines aufgenommenen Wafers ein abgeschwächtes Plasma erzeugen und somit Randeffekte und insbesondere einen Umgriff des Plasmas unterbinden oder zumindest verringen kann.
  • Bevorzugt weist das Plattenelement auf beiden Seiten eine entsprechende Vertiefung auf.
  • Bei einer Ausführungsform weist das Plattenelement wenigstens eine Vertiefung auf, die den Waferaufnahmebereich im Wesentlichen vollständig umgibt. Hierbei soll der Begriff Im Wesentlichen wenigstens 80 bevorzugt mehr als 90% oder 95% umfassen. Hierdurch soll sichergestellt werden, dass der Effekt eines abgeschwächten Plasmas im Wesentlich Vollumfänglich gegeben ist.)
  • Bei einer alternativen Ausführungsform weist das Plattenelement eine Vielzahl von Öffnungen auf, die jeweils wenigstens Teilweise radial außerhalb des Waferaufnahmebereichs und benachbart hierzu liegen. Durch eine Vielzahl von Öffnungen ist es möglich bei ausreichender Stabilität einen großen Umfangsbereich des Waferaufnahmebereichs zu umgeben. Bevorzugt sollten die Öffnungen im Plattelement wenigstens 50%, bevorzugt wenigstens 80% des Waferaufnahmebereichs radial umgeben.
  • Das Waferboot für die Plasmabehandlung von scheibenförmigen Wafern, weist eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Plattenelementen des obigen Typs auf, wobei benachbart angeordnete Plattenelemente elektrisch zueinander isoliert sind. Ein solches Waferboot ermöglicht wiederum, dass im Einsatz in den Randbereichen aufgenommener Wafer ein abgeschwächtes Plasma erzeugt und somit Randeffekte und insbesondere ein Umgriff des Plasmas unterbunden oder zumindest verringert werden kann.
  • Bei Plattenelementen mit Öffnungen können die Öffnungen in benachbarten Plattenelementen versetzt zueinander angeordnet sein, um den Abschwächungseffekt in Randbereichen des Waferaufnahmebereichs im Wesentlichen vollumfänglich vorzusehen.
  • Die Plasma-Behandlungsvorrichtung für scheibenförmige Wafer weist einen 'Prozessraum zur Aufnahme eines Waferbootes des obigen Typs, Mittel zum Steuern oder Regeln einer Prozessgasatmosphäre in dem Prozessraum, und wenigstens eine Spannungsquelle auf, die mit den elektrisch leitfähigen Aufnahmeelementen des Waferbootes in geeigneter Weise verbindbar ist, um zwischen direkt benachbarten, im Waferboot aufgenommenen Wafern eine elektrische Spannung anzulegen.
  • Die Plasma-Behandlungsvorrichtung für Wafer weist einen Prozessraum zur Aufnahme eines Waferbootes des zuvor beschriebenen Typs auf. Ferner sind Mittel zum Steuern oder Regeln einer Prozessgasatmosphäre in dem Prozessraum und wenigstens eine Spannungsquelle, die mit den elektrisch leitfähigen Plattenelementen des Waferbootes in geeigneter Weise verbindbar ist, vorgesehen, um zwischen direkt benachbarten, im Waferboot aufgenommenen Wafern eine elektrische Spannung anzulegen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch näher erläutert; in den Zeichnungen zeigt:
  • 1 eine schematische Seitenansicht eines Plattenelements für ein Waferboot;
  • 2 eine schematische Draufsicht auf das Waferboot gemäß 1;
  • 3 eine schematische Vorderansicht des Waferbootes gemäß 1;
  • 4a und 4b vergrößerte perspektivische Ansichten von Teilbereichen von Plattenelementen des Waferbootes gemäß 1;
  • 5 eine schematische Ansicht einer Plasma-Behandlungsvorrichtung mit darin aufgenommen Waferboot gemäß 1;
  • 6 eine schematische Seitenansicht eines alternativen Plattenelements;
  • 7 eine schematische Seitenansicht einer weiteren alternative eines Plattenelements;
  • 8 eine vergrößerte perspektivische Teilschnittansicht eines Teilbereichs des Plattenelements gemäß 6.
  • In der Beschreibung verwendete Begriffe wie oben, unten, links und rechts beziehen sich auf die Darstellung in den Zeichnungen und sind nicht einschränkend zu sehen. Sie können aber bevorzugte Ausführungen beschreiben. Die Formulierung im Wesentlichen bezogen auf parallel, senkrecht oder Winkelangaben soll Abweichungen von ±3° umfassen, vorzugsweise ±2°, ansonsten soll im Wesentlichen wenigstens 80%, bevorzugt wenigstens 90% oder 95% des angegebenen Werts umfassen. Im Nachfolgenden wird der Begriff Wafer für scheibenförmige Substrate verwendet, die bevorzugt Halbleiterwafer für Halbleiter- oder Photovoltaikanwendungen sind, wobei aber auch Substrate anderer Materialien vorgesehen und prozessiert werden können.
  • Im Nachfolgenden wird der Grundaufbau eines Waferbootes 1 für den Einsatz in einer Plasma-Behandlungsvorrichtung anhand der 1 bis 4 näher erläutert, wobei 1 eine schematische Seitenansicht eines Plattenelements Waferbootes 1 zeigt, die 2 und 3 eine Draufsicht und eine Vorderansicht und die 4a und 4b vergrößerte perspektivische Ansichten von Teilbereichen von zwei benachbarten Plattenelementen des Waferbootes zeigen. In den Figuren werden dieselben Bezugszeichen verwendet, sofern dieselben oder ähnliche Elemente beschrieben werden.
  • Das Waferboot 1 wird durch eine Vielzahl von Platten 6 gebildet, die durch Kontaktierungs- und Spanneinheiten zusammengehalten werden und jeweils zur Aufnahme einer Vielzahl von Wafern 7 geeignet sind. Das dargestellte Waferboot 1 ist speziell für eine Schichtabscheidung aus einem Plasma, zum Beispiel von Si3N4, SiNx, a-Si, Al2O3, AlOx, dotiertes und undotiertes Poly-Silizium oder amorphes Silizium etc, und insbesondere eine Plasma Nitridierung von Wafern geeignet.
  • Die Platten 6 bestehen jeweils aus einem elektrisch leitenden Material, und sind insbesondere als Graphitplatten ausgebildet, wobei je nach Prozess eine Beschichtung oder Oberflächenbehandlung des Platten-Grundmaterials vorgesehen sein kann. Die Platten 6 besitzen jeweils sechs Aussparungen 8, die im Prozess von den Wafern abgedeckt sind, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Obwohl bei der dargestellten Form sechs Aussparrungen pro Platte 6 vorgesehen sind, sei bemerkt, dass auch eine größere oder kleinere Anzahl vorgesehen sein kann, bzw. vollständig auf die Aussparungen verzichtet werden kann. Die Platten 6 besitzen jeweils parallele Ober- und Unterkanten, (wobei in der Oberkante beispielsweise eine Vielzahl von Kerben ausgebildet sein kann, um einer Lageerkennung der Platten zu ermöglichen, wie in der DE 10 2010 025 483 beschrieben ist).
  • Bei der dargestellten Ausführungsform gemäß 2 sind insgesamt dreiundzwanzig Platten 6 vorgesehen, die über die entsprechende Kontaktiereinheiten und Spanneinheiten im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, um dazwischen Aufnahmeschlitze 11 zu bilden. Bei dreiundzwanzig Platten 6 werden somit zweiundzwanzig der Aufnahmeschlitze 11 gebildet. In der Praxis werden jedoch auch häufig 25, 19 oder 21 Platten verwendet, und die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Anzahl von Platten 6 beschränkt. Es können auch eine gerade Anzahl von Platten verwendet werden (z. B. 20, 22, 24, 26, ...).
  • Die Platten 6 weisen wenigstens jeweils auf ihrer zu einer benachbarten Platte 6 weisenden Seite Gruppen von jeweils drei Aufnahmeelementen 9 auf, die so angeordnet sind, dass sie einen Wafer 7 dazwischen aufnehmen können. Dabei sind in der Darstellung gemäß 1 zwei Wafer 7 dargestellt, wie sie in den zwei links liegenden Gruppen von Aufnahmeelementen 9 aufgenommen sind. In den anderen Gruppen sind keine Wafer aufgenommen. Die Gruppen der Aufnahmeelemente 9 sind jeweils um eine jede Aussparungen 8 herum angeordnet, wie schematisch in 1 angedeutet ist. Die Gruppen der Aufnahmeelemente 9 definieren jeweils einen Waferaufnahmebereich, wobei der Begriff Waferaufnahmebereich den Bereich der Platte (einschließlich der Aussparrungen 8) bezeichnet, der üblicherweise durch einen in einer jeweiligen Gruppe von Aufnahmeelementen aufgenommenen Wafer 7 abgedeckt wird. Die Wafer 7 können derart aufgenommen werden, dass die Aufnahmeelemente 9 jeweils unterschiedliche Seitenkanten des Wafers 7 kontaktieren. Dabei sind in Längsrichtung der Plattenelemente (entsprechend den Ausnehmungen 8) insgesamt jeweils sechs Gruppen von Aufnahmeelementen 9 zum jeweiligen Aufnehmen eines Wafers vorgesehen.
  • In jeder Seite der Plattenelemente 6 ist eine Vielzahl von Vertiefungen 10 vorgesehen, die jeweils einen jeweiligen Waferaufnahmebereich radial umgeben. Die Vertiefungen 10 können Waferaufnahmebereiche jeweils vollständig umgeben, wie dargestellt, es ist aber auch möglich, dass die Vertiefungen 10 die Waferaufnahmebereiche nur teilweise umgeben. Insbesondere im Bereich der Aufnahmeelemente 9 könnte aus Stabilitätsgründen auf die Vertiefung 10 verzichtet werden. Bevorzugt sollten die Vertiefungen 10 aber die Waferaufnahmebereiche jeweils im Wesentlichen vollständig umgeben, wobei im Wesentlichen wenigstens 90% bevorzugt mehr als 95% radialen Umgebens umfassen soll, wobei dann gegebenenfalls eine Vielzahl von Vertiefungen 10 pro Waferaufnahmebereich vorgesehen sein kann. Bevorzugt grenzen die Vertiefungen 10 radial nach außen direkt an den jeweiligen Waferaufnahmebereich an, es kann aber im Rahmen von Toleranzabweichungen im Einsatz auch zu einem geringen Abstand zwischen Waferaufnahmebereich und Vertiefung 10, bzw. zu einem geringen Überlapp von Waferaufnahmebereich und Vertiefung 10 kommen.
  • Wie insbesondere in der Ansicht gemäß den 4a und 4b zu erkennen ist, besitzen benachbart Platten 6 im Waferboot 1 einen Abstand a dazwischen, der im Bereich der Vertiefungen 10 auf einen größeren Abstand b vergrößert wird. Dabei sind die Vertiefungen 10 benachbarter Platten 6 derart, dass sie genau zueinander ausgerichtet sind. Hierdurch ist der Abstand b um das zweifache der Tiefe der Vertiefungen 10 größer als der Abstand a.
  • Obwohl bei der obigen Beschreibung Vertiefungen 10 in beiden Seiten der Platten ausgebildet sind, wäre es auch denkbar jeweils nur in einer Seite eine entsprechende Vertiefung 10 vorzusehen, wobei im Waferboot dann jeweils eine Plattenseite mit Vertiefung 10 zu eine benachbarten Plattenseite ohne Vertiefung weisen würde. Hierdurch würde sich eine lokale Erhöhung des Abstandes um die einfache Tiefe der Vertiefung ergeben.
  • An ihren Enden weisen die Platten 6 jeweils eine vorstehende Kontaktnase 13 auf, die für eine elektrische Kontaktierung der Platten 6 dient, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Dabei sind zwei Ausführungsformen von Platten 6 vorgesehen, die sich hinsichtlich der Lage der Kontaktnasen 13 unterscheiden. Bei einer Ausführungsform sind die Kontaktnasen 13 jeweils im direkten Anschluss an die Unterkante ausgeführt, während sie bei der anderen Ausführungsform von der Unterkante beabstandet sind, wobei der Abstand zur Unterkante größer ist als die Höhe der Kontaktnasen 13 der Platten der anderen Ausführungsform. Die zwei Ausführungsformen an Platten 6 werden in dem Waferboot 1 abwechselnd angeordnet. Wie am besten in der Ansicht gemäß 2 zu erkennen ist, liegen somit die Kontaktnasen 13 von direkt benachbarten Platten 6 in der Anordnung des Waferbootes 1 auf unterschiedlichen Ebenen. Bei jeder zweiten Platte 6 liegen die Kontaktnasen 13 jedoch in derselben Ebene. Hierdurch werden durch die Kontaktnasen 13 zwei beabstandete Kontaktebenen gebildet. Diese Anordnung ermöglicht, dass direkt benachbarte Platten 6 mit unterschiedlichem Potential beaufschlagt werden können, während jede zweite Platte mit demselben Potential beaufschlagt werden kann.
  • Die in einer jeweiligen Kontaktebene liegenden Kontaktnasen 13 werden über Kontaktblöcke 15 aus einem elektrisch gut leitenden Material, insbesondere Graphit oder Titan, elektrisch verbunden und mit einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet. Im Bereich der Kontaktnasen 13 und in jedem der Kontaktblöcke 15 ist jeweils wenigstens eine Durchgangsöffnung vorgesehen. Diese ermöglichen im zueinander ausgerichteten Zustand das Durchführen eines Spannelements 16, das einen Schaftteil (nicht sichtbar) und einen Kopfteil aufweist, wie zum Beispiel einer Schraube. Über ein auf das freie Ende des Schaftteils wirkendes Gegenelement, wie zum Beispiel eine Mutter 17 können die Platten 6 dann zueinander fixiert werden. Hierbei werden die Platten in zwei unterschiedlichen Gruppen zueinander fixiert und zwar derart, dass die Platten der unterschiedlichen Gruppen abwechselnd angeordnet sind. Dabei kann das Spannelement 16 aus elektrisch leitendem Material bestehen was aber nicht notwendig ist. Die Kontaktblöcke 15 besitzen jeweils vorzugsweise dieselbe Länge (in der Richtung, die den Abstand zwischen Kontaktnasen 13 der Platten 6 definiert) und zwar entsprechend der Breite zweier Aufnahmeschlitze 11 plus der Breite einer Platte 6.
  • Ferner sind in den Platten benachbart zur Oberkante und zur Unterkante weitere Durchgangsöffnungen vorgesehen, die jeweils das Durchführen eines Spannelements 19, das einen Schaftteil (nicht sichtbar) und einen Kopfteil aufweist, wie zum Beispiel einer Schraube der Spanneinheit erlauben. Diese können wiederum mit entsprechenden Gegenelementen 20, wie zum Beispiel Muttern zusammenwirken. Bei der dargestellten Ausführungsform sind jeweils sieben Durchgangsöffnungen benachbart zur Oberkante und sieben Durchgangsöffnungen benachbart zur Unterkante vorgesehen. Dabei sind um jede Aussparung 8 jeweils vier Durchgangsöffnungen angeordnet, und zwar annähernd symmetrisch hierzu. Als weiterer Teil der Spanneinheit ist eine Vielzahl von Abstandselementen 22 vorgesehen, die beispielsweise als Abstandshülsen mit im Wesentlichen gleicher Länge ausgebildet sind. Die Abstandselemente 22 sind jeweils im Bereich der jeweiligen Durchgangsöffnungen zwischen direkt benachbarten Platten 6 angeordnet.
  • Die Schaftteile der Spannelement 19 sind jeweils so bemessen, dass sie sich durch entsprechende Öffnungen aller Platten 6 sowie jeweilige dazwischen befindliche Abstandselemente 22 hindurch erstrecken können. Über das wenigstens eine Gegenelement 20, können dann alle Platten 6 im Wesentlichen parallel zueinander fixiert werden. Es sind jedoch hier auch andere Spanneinheiten mit Abstandselementen 22 denkbar, welche die Platten 6 mit dazwischen befindlichen Abstandselementen 22 im Wesentlichen parallel anordnen und verklemmen. Bei der dargestellten Ausführungsform sind bei 22 Aufnahmeschlitzen und insgesamt 14 Abstandselementen 22 pro Schlitz (sieben benachbart zur Oberkante und sieben benachbart zur Unterkante) 308 Abstandselemente vorgesehen. Die Spannelemente sind bevorzugt aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere eine Oxidkeramik, was auch für die Abstandselemente 22 gilt.
  • Die 6 bis 8 zeigen alternative Ausführungsformen von Platten 6 die zur Bildung eines Waferbootes 1 verwendet können. Dabei zeigen 6 eine schematische Seitenansicht und 8 eine vergrößerte perspektivische Teilschnittansicht einer alternativen Platte und 7 eine schematische Seitenansicht einer weiteren alternative einer Platte. Wie bei der ersten Ausführungsform sind bei den Seitenansichten gemäß 6 und 7 jeweils zwei an den Platten 6 aufgenommene Wafer 7 angedeutet. Bei der Ansicht gemäß 8 sind ebenfalls an der Platte 6 aufgenommene Wafer 7 angedeutet, wobei Wafer 7 an beiden Seiten der Platte 6 aufgenommen sind.
  • Die Platten 6 gleichen den zuvor beschriebenen Platten 6 (gemäß der 1 bis 4) hinsichtlich des Materials und des Grundaufbaus mit Aussparrungen 8, Aufnahmeelementen 9 und Nasen 13. Die Platten 6 unterscheiden sich aber dahingehend, dass sie keine Vertiefungen 10 aufweisen. Vielmehr ist bei den alternativen Ausführungsformen der Platte 6 jeweils eine Vielzahl von Öffnungen 25 anstelle einer Vertiefung 10 vorgesehen. Dabei umgibt jeweils eine Vielzahl von Öffnungen 25 einen jeweiligen Waferaufnahmebereich der Platten 6. Bevorzugt grenzen die Öffnungen 25 radial nach außen direkt an den jeweiligen Waferaufnahmebereich an, es kann aber im Rahmen von Toleranzabweichungen im Einsatz auch zu einem geringen Abstand zwischen Waferaufnahmebereich und Öffnungen 25, bzw. zu einem geringen Überlapp von Waferaufnahmebereich und Öffnungen 25 kommen.
  • In jeder Platten 6 ist eine Vielzahl von Öffnungen 25 vorgesehen, die jeweils einen jeweiligen Waferaufnahmebereich radial umgeben. Die Öffnungen 25 können die Waferaufnahmebereiche nicht vollständig umgeben, wie bei den Vertiefungen 10, da die Wafer sonst nicht gegen die Platten anliegen könnten. Trotzdem sollten die Öffnungen 25 die Waferaufnahmebereiche bevorzugt wenigstens 90% in radialer Richtung umgeben. Durch die Öffnungen 25 entsteht der Effekt, dass sich bei benachbarten Platten 6 innerhalb eine Waferbootes in einem Bereich direkt benachbart zum Waferaufnahmebereich im Wesentlichen kein Plattenmaterial gegenüberliegt (bevorzugt in weniger als 10% des Umfangs des Waferaufnahmebereichs).
  • Konkret sind bei der Ausführungsform gemäß den 6 und 8 jeweils vier gleich große Öffnungen 25 entlang einer jeweiligen Seitenkante eines Waferaufnahmebereichs vorgesehen. Diese sind jeweils gleichmäßig beabstandet, sodass dazwischen Stege entstehen. Stege entstehen bei dieser Ausführungsform auch benachbart zu den Kantenbereichen der Waferaufnahmebereiche. Die Stege sind mit den Befestigungspunkten der Aufnahmeelemente 9 ausgerichtet, wobei diese auch radial außerhalb des durch die Öffnungen 25 umschlossenen Bereichs an den Platten befestigt sein können. Natürlich kann die Anzahl der jeweiligen Öffnungen 25 variieren und insbesondere benachbart zur oben liegenden Kante des Waferaufnahmebereichs kann auch eine einzige Öffnung vorgesehen sein.
  • Bei der Ausführungsform gemäß 7 ist eine andere Konfiguration von Öffnungen 25 dargestellt. Insbesondere ist benachbart zur oben liegenden Kante des Waferaufnahmebereichs eine einzige langgestreckte Öffnung 25 vorgesehen, die sich im Wesentlich über die Gesamte Länge der oberen Kante erstreckt. Benachbart zu den anderen Seitenkanten des Waferaufnahmebereichs sind jeweils zwei langgestreckte Öffnungen 25 vorgesehen, die unterschiedliche Längen besitzen. Der zwischen den Öffnungen 25 gebildete Steg ist mit den Befestigungspunkten der Aufnahmeelemente 9 ausgerichtet. Benachbart zu den Ecken des Waferaufnahmebereichs sind weitere, dreiecksförmige Öffnungen 25 vorgesehen.
  • Wie der Fachmann erkennen kann, kann die Anordnung und Anzahl der Öffnungen variiert werden und es ist auch möglich die unterschiedlichen Arten von Öffnungen zu kombinieren und die unterschiedlichen Öffnungstypen an unterschiedlichen Platten 6 (die dann im Waferboot direkt benachbart zueinander liegen) vorzusehen. Bevorzugt sollten die Öffnungen 25 aber den Waferaufnahmebereich wenigstens 90% in radialer Richtung umgeben.
  • Bei einer besonderen, nicht dargestellten Ausführungsform ist es möglich, dass die Öffnungen 25 die Waferaufnahmebereiche weniger umgeben, wobei auch dann ein radiales Umgeben von wenigstens 50%, insbesondere von 80% vorgesehen sein sollte. Bei dieser besonderen Ausführungsform sind die unterschiedlichen Platten 6 eines Waferbootes 1 (mit unten/oben liegenden Kontaktnasen 13), die im Waferboot 1 direkt nebeneinander liegen so ausgebildet, dass Öffnungen 25 einer Platte 6 zu Öffnungen 25 der anderen Platte versetzt sind. Hierdurch kann auch bei einem geringeren Prozentsatz des radialen Umgebens der Öffnungen 25 bezüglich der Waferaufnahmebereiche erreicht werden, dass bei benachbarten Platten 6 innerhalb eine Waferbootes in einem Bereich direkt benachbart zum Waferaufnahmebereich im Wesentlichen kein Plattenmaterial gegenüberliegt (bevorzugt in weniger als 10% des Umfangs des Waferaufnahmebereichs).
  • Im Nachfolgenden wird nun der Grundaufbau einer Plasma-Behandlungsvorrichtung 30, in der ein Waferboot 1 des obigen Typs einsetzbar ist, anhand der 5, die eine schematische Seitenansicht der Behandlungsvorrichtung 30 zeigt, näher erläutert.
  • Die Behandlungsvorrichtung 30 besteht aus einem Prozesskammerteil 32 und einem Steuerteil 34. Der Prozesskammerteil 32 besteht aus einem einseitig verschlossenen Rohrelement 36, dass im inneren eine Prozesskammer 38 bildet. Das offene Ende des Rohrelements 36 dient zur Beladung der Prozesskammer 38 und es kann über einen nicht dargestellten Schließmechanismus verschlossen und hermetische abgedichtet werden, wie es in der Technik bekannt ist. Das Rohrelement besteht aus einem geeigneten Material, das in den Prozess keine Verunreinigungen einbringt, elektrisch isoliert ist und den Prozessbedingungen hinsichtlich Temperatur und Druck (Vakuum) standhält, wie zum Beispiel Quarz. Das Rohrelement 36 weist an seinem geschlossenen Ende gasdichte Durchführungen für die Zu- und Ableitung von Gasen sowie Strom auf, die in bekannter Weise ausgebildet sein können. Entsprechende Zu- und Ableitungen könnten aber auch am anderen Ende oder aber auch seitlich an einem geeigneten Ort zwischen den Enden vorgesehen sein.
  • Das Rohrelement 36 ist von einer Ummantelung 40 umgeben, die das Rohrelement 38 thermisch gegenüber der Umgebung isoliert. Zwischen der Ummantelung 40 und dem Rohrelement 36 ist eine nicht näher dargestellte Heizeinrichtung vorgesehen, wie beispielsweise ein Widerstandsheizer, der geeignet ist das Rohrelement 36 aufzuheizen. Eine solche Heizeinrichtung kann aber zum Beispiel auch im Inneren des Rohrelements 36 vorgesehen sein oder das Rohrelement 36 selbst könnte als Heizeinrichtung ausgebildet sein. Derzeitig wird aber eine außen liegende Heizeinrichtung bevorzugt und insbesondere eine solche, die verschiedene, individuell ansteuerbare Heizkreise aufweist.
  • Im inneren des Rohrelements 36 sind nicht näher dargestellte Aufnahmeelemente vorgesehen, die eine Aufnahmeebene zur Aufnahme eines Waferbootes 1 (das in 5 nur teilweise gezeigt ist), das beispielsweise des obigen Typs sein kann, bilden. Das Waferboot kann aber auch derart in das Rohrelement 36 eingesetzt werden, dass es auf der Wand des Rohrelements 36 aufsteht. Dabei wird das Waferboot im Wesentlichen oberhalb der Aufnahmeebene gehalten und ist ungefähr mittig im Rohrelement angeordnet Durch entsprechende Aufnahmeelemente und oder ein direktes Aufsetzen auf das Rohrelement wird somit in Kombination mit den Abmessungen des Waferbootes ein Aufnahmeraum definiert, in dem sich ein ordnungsgemäß eingesetztes Waferboot befindet. Das Waferboot kann über einen geeigneten nicht dargestellten Handhabungsmechanismus als ganzes im beladenen Zustand in die Prozesskammer 38 hinein und aus dieser heraus gehandelt werden. Dabei wird bei einer Beladung des Waferbootes automatisch ein elektrischer Kontakt mit jeweils wenigstens einem Kontaktblock 15 jeder der Gruppen von Platten 6 hergestellt, wie es bekannt ist.
  • Zum Inneren des Rohrelements 36 sind ferner eine untere Gasführung 44 und eine obere Gasführung 46 vorgesehen, die jeweils das Einleiten und/oder Absaugen von Gas ermöglichen. Die Gasführungen 44, 46 sind an diametral gegenüberliegenden Enden, des Rohrelements vorgesehen um eine Durchströmen der Aufnahmeschlitze eines aufgenommenen Waferbootes mit Gas zu ermöglichen
  • Nachfolgend wird nun der Steuerteil 34 der Behandlungsvorrichtung 30 näher erläutert. Der Steuerteil 34 weist eine Gassteuereinheit 60, Unterdruck-Steuereinheit 62, eine elektrische Steuereinheit 64 und eine nicht näher dargestellte Temperatursteuereinheit auf, die alle gemeinsam über eine übergeordnete Steuerung, wie beispielsweise einen Prozessor angesteuert werden können. Die Temperatursteuereinheit steht mit der nicht dargestellten Heizeinheit in Verbindung, um primär die Temperatur des Rohrelements 36 bzw. der Prozesskammer 38 zu steuern bzw. zu regeln.
  • Die Gassteuereinheit 60 steht mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Gasquellen 66, 67, 68, wie beispielweise Gasflaschen, die unterschiedliche Gase enthalten in Verbindung. In der dargestellten Form sind drei Gasquellen dargestellt, wobei natürlich auch eine beliebige andere Anzahl vorgesehen sein kann. Beispielsweise können die Gasquellen Di-Chlorsilan, Tri-Chlorsilan, SiH4, Phosphin, Boran, Di-Boran, German (GeH4), Ar, H2, TMA, NH3, N2 und verschiedene andere Gase an entsprechenden Eingängen der Gassteuereinheit 60 bereitstellen. Die Gassteuereinheit 60 besitzt zwei Ausgänge, wobei einer der Ausgänge mit der unteren Gasführung 44 verbunden ist und der Andere mit einer Pumpe 70 der Unterdruck-Steuereinheit 62. Die Gassteuereinheit 60 kann die Gasquellen in geeigneter Weise mit den Ausgängen verbinden und den Durchfluss von Gas Regeln, wie es in der Technik bekannt ist. Somit kann die Gassteuereinheit 60 insbesondere über die untere Gasführung 44 unterschiedliche Gase in die Prozesskammer einleiten.
  • Die Unterdruck-Steuereinheit 62 besteht im Wesentlichen aus der Pumpe 70 und einem Druck-Regelventil 72. Die Pumpe 70 ist über das Druck-Regelventil 72 mit der oberen Gasführung 46 verbunden und kann hierüber die Prozesskammer auf einen vorbestimmten Druck abpumpen. Die Verbindung von der Gassteuereinheit 60 zur Pumpe dient dazu aus der Prozesskammer abgepumptes Prozessgas gegebenenfalls mit N2 zu verdünnen.
  • Die elektrische Steuereinheit 64 weist wenigstens eine Spannungsquelle auf, die geeignet an einem Ausgang derselben wenigstens eine Hochfrequenzspannung anzulegen. Der Ausgang der elektrischen Steuereinheit 64 steht über eine Leitung mit einer Kontaktiereinheit für das Waferboot in der Prozesskammer in Verbindung. Die Leitung ist über eine entsprechende vakuum- und temperaturtaugliche Durchführung durch die Ummantelung 40 und in das Rohrelement 36 eingeführt.
  • Nachfolgend wird nun der Betrieb der Plasma-Behandlungsvorrichtung 30 unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, wobei beispielhaft als Behandlung eine durch Plasma unterstützte Siliciumnitrid oder Aluminiumoxidabscheidung in einem durch 40 KHz angeregten Plasma beschrieben wird. Die Behandlungsvorrichtung 30 kann aber auch für andere durch Plasma unterstützte Abscheidungsprozesse eingesetzt werden, wobei das Plasma auch durch andere Frequenzen zum Beispiel im Bereich 20 kHz bis 450 kHz oder auch höher angeregt werden kann.
  • Zunächst wird davon ausgegangen, dass ein beladenes Waferboot 1 des oben beschrieben Typs (gemäß 1) in die Prozesskammer 38 geladen ist und diese durch den nicht dargestellten Schließmechanismus verschlossen ist. Dabei ist das Waferboot 1 so beladen, dass in jedem der Aufnahmeschlitze 11 insgesamt zwölf Wafer, im vorliegenden Beispiel insbesondere Si-Wafer, aufgenommen sind und zwar jeweils sechs an jeder der Platten 6. Dabei sind die Wafer so aufgenommen, dass sie sich paarweise gegenüber liegen, wie es in der Technik bekannt ist.
  • In diesem Zustand befindet sich der Innenraum auf Umgebungsdruck und kann beispielsweise über die Gassteuereinheit 60 (in Kombination mit der Unterdruck-Steuereinheit 62) mit N2 gespült bzw. geflutet werden.
  • Das Rohrelement 36 und somit die Prozesskammer 38 werden über die nicht gezeigte Heizeinrichtung erwärmt, um das Waferboot 1 und die darin aufgenommenen Wafer auf eine vorbestimmte, für den Prozess vorteilhafte Prozesstemperatur zu erwärmen.
  • Wenn die vorbestimmte Temperatur des Waferbootes 1 und damit der ganzen Einheit (Waferboot 1, Wafer und Rohrelement 36) erreicht ist, kann die Prozesskammer über die Unterdruck-Steuereinheit 62 auf einen vorbestimmten Unterdruck abgepumpt werden. Beim Erreichen des vorbestimmten Unterdrucks wird über die Gassteuereinheit 60 ein gewünschtes Prozessgas wie zum Beispiel SiH4/NH3 für eine Siliciumnitridabscheidung in einem definierten Mischungsverhältnis in Abhängigkeit von den geforderten Schichteigenschaften eingeleitet, während über die Unterdruck-Steuereinheit 62 weiterhin der Unterdruck durch Absaugen des eingeleiteten Prozessgases aufrecht erhalten wird. Das über die Pumpe 70 abgesaugte Prozessgas kann zu diesem Zeitpunkt mit N2 verdünnt werden, wie es in der Technik bekannt ist. Hierfür wird über die Gassteuereinheit 60 und die entsprechend Leitung der Pumpe N2 zugeführt.
  • Über die elektrische Steuereinheit 64 wird nun eine HF-Spannung mit einer Frequenz von 40 KHz an das Waferboot 1 angelegt. Diese bewirkt eine Plasmazündung des Prozessgases zwischen den Platten 6 und insbesondere zwischen den im Waferboot 1 aufgenommenen Wafern und es kommt zu einer durch Plasma unterstützte Siliciumnitridabscheidung auf den Wafern. Hierbei entsteht im Bereich der Vertiefungen 10 in den Plattenelementen 6 durch die Abstandserhöhung lokal eine Abschwächung des zwischen den Platten gebildeten Plasmas. Somit wird das Plasma direkt benachbartzum Randbereich der Wafer (radial außerhalb des Wafers) abgeschwächt, d. h. es ist lokal weniger Dicht als in anderen Bereichen zwischen den Platten 6. Hierdurch können Randeffekte und insbesondere eine Rückseitenabscheidung (Umgriff) verhindert oder wenigstens reduziert werden.
  • Ein entsprechender Effekt einer Abschwächung des Plasmas ergibt sich auch bei den Platten 6 mit Öffnungen 25, da im Bereich der Öffnungen 25 zwischen den Platten ein stark abgeschwächtes Plasma ergibt. Der Effekt kann dabei stärker sein als bei den Vertiefungen.
  • Die Gasströmung wird während des Abscheideprozesses aufrecht erhalten, um eine lokale Verarmung des Prozessgases bezüglich der aktiven Komponenten zu vermeiden. Nach einer ausreichenden Abscheidezeit für die gewünschte Schichtdicke wird die elektrische Steuereinheit 64 wiederum deaktiviert und die Gaszuführung gestoppt, bzw. wieder N2 umgestellt, um die Prozesskammer 38 zu spülen und gegebenenfalls gleichzeitig zu belüften (Angleichung an den Atmosphärendruck). Anschließend kann die Prozesskammer 38 dann wieder auf Umgebungsdruck gebracht werden.
  • Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, bietet das Waferboot 1 des obigen Typs den Vorteil, dass im Randbereich (radial außerhalb) der Wafer ein abgeschwächtes Plasma erzeugt wird.
  • Die Platten 6, die Behandlungsvorrichtung 30 und das Waferboot 1 wurden anhand bestimmter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, ohne auf die konkret dargestellten Ausführungsformen begrenzt zu sein. Insbesondere könnten die Platten 6 des Waferbootes 1 andere Abmessungen aufweisen und für die Aufnahme einer anderen Anzahl von Wafern dimensioniert sein.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102011109444 A1 [0004]
    • DE 102010025483 [0029]

Claims (8)

  1. Plattenelement für ein Waferboot für die Plasmabehandlung von scheibenförmigen Wafern, insbesondere Halbleiterwafern für Halbleiter- oder Photovoltaikanwendungen, wobei das Plattenelement elektrisch leitfähig ist und an jeder Seite wenigstens eine Aufnahmeeinheit zur Aufnahme eines Wafers in einem Waferaufnahmebereich aufweist, gekennzeichnet durch wenigstens eine Vertiefung in wenigstens einer Seite des Plattenelements und/oder wenigstens eine Öffnung im Plattenelement, wobei die wenigstens eine Vertiefung und/oder die wenigstens eine Öffnung im Plattenelement wenigstens Teilweise radial außerhalb des Waferaufnahmebereichs und direkt benachbart hierzu liegt.
  2. Plattenelement nach Anspruch 1, wobei das Plattenelement auf beiden Seiten eine entsprechende Vertiefung aufweist.
  3. Plattenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vertiefung den Waferaufnahmebereich im Wesentlichen vollständig umgibt.
  4. Plattenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Plattenelement eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die jeweils wenigstens Teilweise radial außerhalb des Waferaufnahmebereichs und benachbart hierzu liegen.
  5. Plattenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Öffnungen im Plattelement wenigstens 50%, bevorzugt wenigstens 80% des Waferaufnahmebereichs radial umgeben.
  6. Waferboot für die Plasmabehandlung von scheibenförmigen Wafern, insbesondere Halbleiterwafern für Halbleiter- oder Photovoltaikanwendungen, das folgendes aufweist: eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Plattenelementen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei benachbart angeordnete Plattenelemente elektrisch zueinander isoliert sind.
  7. Waferboot nach Anspruch 6, wobei Öffnungen in benachbarten Plattenelementen versetzt zueinander angeordnet sind.
  8. Plasma-Behandlungsvorrichtung für scheibenförmige Wafer, insbesondere Halbleiterwafer, die folgendes Aufweist: einen Prozessraum zur Aufnahme eines Waferbootes nach einem der vorhergehenden Ansprüche; Mittel zum Steuern oder Regeln einer Prozessgasatmosphäre in dem Prozessraum; und wenigstens eine Spannungsquelle, die mit den elektrisch leitfähigen Aufnahmeelementen des Waferbootes in geeigneter Weise verbindbar ist, um zwischen direkt benachbarten, im Waferboot aufgenommenen Wafern eine elektrische Spannung anzulegen.
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