DE102018114159A1

DE102018114159A1 - Plasmaboot zur Aufnahme von Wafern mit regulierter Plasmaabscheidung

Info

Publication number: DE102018114159A1
Application number: DE102018114159.9A
Authority: DE
Inventors: Torsten Kornmeyer
Original assignee: Nippon Kornmeyer Carbon Group GmbH
Current assignee: Nippon Kornmeyer Carbon Group GmbH
Priority date: 2018-06-13
Filing date: 2018-06-13
Publication date: 2019-12-19
Also published as: US11873559B2; CN112313360A; WO2019238821A1; EP3807441A1; US20210363636A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Plasmaboot zur Aufnahme von Wafern mit partieller Dämpfung der Plasmaabscheidung, bestehend aus mehreren abstandsweise parallelen Bootplatten, die mit Waferaufnahmen zur stehenden Aufnahme von Wafern versehen sind, um die Wafer während des Transports und während des Abscheideprozesses in einer Beschichtungskammer sicher zu halten, und wobei die Bootplatten durch elektrisch isolierende Abstandshalter mechanisch miteinander verbunden sind. Durch die Erfindung soll ein Plasmaboot mit regulierter Plasmaabscheidung geschaffen werden, das auf Wafern eine über deren Fläche gleichmäßige Abscheidung mit konstanter Schichtdicke gewährleistet. Erreicht wird das dadurch, dass zwischen den parallel nebeneinander befindlichen Waferaufnahmen (16) jeweils ein Dämpfungselement (12) zwischen benachbarten Bootplatten (15) gegenüber diesen auf Abstandselementen (2) elektrisch isoliert angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Plasmaboot zur Aufnahme von Wafern mit regulierter Plasmaabscheidung, bestehend aus mehreren abstandsweise parallelen Bootplatten, die mit Waferaufnahmen zur stehenden Aufnahme von Wafern versehen sind, um die Wafer während des Transports und während des Abscheideprozesses in einer Beschichtungskammer sicher zu halten, und wobei die Bootplatten durch elektrisch isolierende Abstandshalter mechanisch miteinander verbunden sind.
Derartige Plasmaboote werden beispielsweise als PECVD-Boote für die Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) eingesetzt. Ein Beispiel für ein solches besonders massearmes PECVD-Boot geht aus der WO 2016/166125 A1 hervor. Die PECVD-Boote bestehen hier aus einzelnen Bootplatten mit einem unteren Rahmenelement, aus dem Waferhalter hervorstehen, die die in einer Reihe aufzunehmenden Wafer jeweils u-förmig umschließen und die mehrere Aufnahmeelemente enthalten, welche die Wafer gabelförmig an drei Punkten umschließen. Üblicherweise sind mehrere Bootplatten parallel nebeneinander angeordnet und über Abstandshalter miteinander verbunden, so dass eine Vielzahl von Wafern parallel nebeneinander und hintereinander aufgenommen werden können.
Die Bootplatten bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie Graphit, Titan, so dass sich zwischen den im Plasmaboot befindlichen Wafern während der Plasmaabscheidung ein Plasma ausbilden kann.
Ein weiteres Beispiel für Plasmaboote mit paralleler abstandsweiser Anordnung der Wafer geht aus der WO 2017/085 178 A1 betreffend ein Waferboot und eine Plasma-Behandlungsvorrichtung für Wafer hervor.
Die PECVD-Boote erfüllen einerseits die Aufgabe, die Wafer während des Transports in oder aus einer Beschichtungskammer und während des Abscheideprozesses sicher zu halten und andererseits muss über das PECVD-Boot bzw. die Bootplatten ein für den Abscheideprozess erforderliches elektrisches Potential an die Wafer angelegt werden, um ein Plasma zu zünden.
Um die thermische Masse zu reduzieren, sind die Bootplatten mit Freifräsungen oder Durchbrüchen versehen, die kleiner als der Umriss der aufzunehmenden Wafer sind, oder bei denen die Wafer u-förmig umschlossen werden.
Die für das Aufwärmen auf die erforderliche Prozesstemperatur benötigte Zeit wird insbesondere von der Anzahl der aufzuwärmenden Wafer, der Masse des PECVD-Bootes, der Homogenisierungszeit bis eine gleichmäßige Temperaturverteilung erreicht ist und der Art und Weise, wie die Heizung erfolgt, bestimmt. Es versteht sich, dass die Aufwärmzeit sowie die nachfolgende Homogenisierungszeit im Interesse einer effektiven und schnellen Abscheideprozesses möglichst kurz sein sollte.
Bei diesen Waferbooten, die mit Wafern bestückt sind, bildet sich während der Plasmaabscheidung ein Plasma insbesondere auch zwischen den Wafern aus, so dass in einigen Bereichen, insbesondere in der Nähe der Waferhalter und der Bootplatte im Randbereich zu viel beschichtet wird, mit der Folge, dass dort partiell zu dicke Abscheidungen entstehen, so dass keine homogene Verteilung der Beschichtung auf dem Wafer erreicht werden kann.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Plasmaboot mit regulierter Plasmaabscheidung zu schaffen, um auf Wafern eine über deren Fläche gleichmäßige Abscheidung mit konstanter Schichtdicke zu erreichen, wobei die Aufwärm- und Homogenisierungszeit nicht nennenswert beeinflusst werden soll.
Gelöst wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bei einem Plasmaboot der eingangsgenannten Art dadurch, dass zwischen den parallel nebeneinander befindlichen Waferaufnahmen jeweils Dämpfungselemente zwischen benachbarten Bootplatten angeordnet sind, die gegenüber diesen elektrisch isoliert sind.
Auf diese besonders einfache Weise wird eine partielle Dämpfung der Plasmaabscheidung im Randbereich erreicht, ohne dass die Aufwärm- und Homogenisierungszeit nennenswert beeinflusst wird.
Die Dämpfungselemente sind auf oder zwischen isolierenden Abstandselementen zwischen zwei benachbarten Bootplatten elektrisch isoliert gegenüber den Bootplatten angeordnet.
Bevorzugt bestehen die Dämpfungselemente jeweils aus einem unteren Rahmenelement und zwei senkrechten Stegen, die im Abstand zueinander aus dem unteren Rahmenelement hervorstehen und die sich jeweils in den Zwischenraum zwischen zwei parallel nebeneinander befindlichen Waferaufnahmen erstrecken.
Die Dämpfungselemente decken jeweils eine Fläche ab, die etwa der unteren Hälfte der in den Waferaufnahmen befindlichen Wafer entspricht.
In einer alternativen Ausführungsform umschließen die Stege und das untere Rahmenelement des Dämpfungselements eine Fläche die größer oder gleich dem Umriss der unteren Hälfte der in den Waferaufnahmen eingesetzten Wafer ist.
Die durch die Stege und das untere Rahmenelement umschlossene Fläche kann auch kleiner als der Umriss von etwa der unteren Hälfte der in den Waferaufnahmen eingesetzten Wafer sein.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist das Dämpfungselement als großflächige Platte ausgebildet, welche den unteren Bereich der Wafer, also etwa ein Drittel oder die Hälfte des Umrisses der in den Waferaufnahmen befindlichen Wafer abdeckt.
Schließlich kann das plattenförmige Dämpfungselement derart bogenförmig ausgespart sein, dass nur der untere und die seitliche Randbereiche der der in den Waferaufnahmen befindlichen Wafer abgedeckt werden.
Die Dämpfungselemente können aus Keramik, Porzellan, Graphit, Metall bestehen.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungsfiguren zeigen in

1: einen Ausschnitt aus einem Waferboot mit mehreren neben und hintereinander angeordneten Wafern, bei denen im Randbereich unten sowie seitlich Bereiche mit zu starker Beschichtung ersichtlich sind;
2: eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Waferbootes mit rahmenförmigen Dämpfungselementen, jeweils bestehend aus einem unteren Rahmenelement und zwei senkrechten Stegen;
3: eine Ausschnittdarstellung eines Waferbootes nach 2; und
4: ein teilweise im Schnitt dargestelltes erfindungsgemäßes Waferboot mit rahmenförmigen Dämpfungselement und isolierenden Abstandshaltern.

Wie aus 2 ersichtlich ist, besteht das Waferboot 14 aus mehreren parallelen und hochkant ausgerichteten Bootplatten 15, mit einem unteren Rahmenelement 3, 5 und aus diesem hervorstehenden Haltearmen 10 mit gabel-, u- oder v-förmigen und einwärts ausgerichteten Aufnahmeelementen 11, die die Waferaufnahmen 16 zur Aufnahme von Wafern 1 bilden (4), wobei die Aufnahmeelemente 11 jeweils den Rand der Wafer 1 umschließen und diese in den Waferaufnahmen 16 sichern ( 2). Jede der Bootplatten 15 enthält mehrere derartige hintereinander angeordnete Waferaufnahmen 16.
Die Länge der Haltearme 10 ist so bemessen, das sie etwa bis zur halben Höhe der in die Waferaufnahmen 16 eingesetzten Wafer 1 reichen. Grundsätzlich ist es auch möglich, jeweils zwei Wafer 1 Rücken an Rücken in den Waferaufnahmen 16 unterzubringen.
Für die sichere Aufnahme der Wafer 1 in den Waferaufnahmen 16 genügen jeweils drei Aufnahmeelemente 11 und zwar am oberen Ende des zeichnungsgemäß jeweils linken Haltearms 10, etwa in der Mitte des rechten Haltearms 10, sowie im unteren Rahmenelement 3, 5.
Die parallel zueinander ausgerichteten Bootplatten 15, die aus Graphit, CFC oder Titan bestehen, werden durch elektrisch isolierende Abstandshalter 2 mechanisch miteinander verbunden und auf Abstand zueinander gehalten (4).
Wie aus 2 ersichtlich ist, sind beispielsweise vier Bootplatten 15 über die isolierenden Abstandshalter 2 miteinander verbunden, so dass jeweils vier Wafer 1 parallel nebeneinander in die Waferaufnahmen 16 eingesetzt werden können. Weiterhin sind jeweils die erste und die dritte sowie die zweite und die vierte Bootplatte 15 jeweils über Verbindungselemente 6 elektrisch miteinander verbunden, die über Kontaktelemente 7, 8 beim Einsetzen in eine nicht dargestellte Beschichtungskammer rastend an unterschiedliche Spannungspotentiale angeschlossen werden. D.h., die erste und die dritte Bootplatte 15 und die zweite und die vierte Bootplatte 15 liegen jeweils auf dem gleichen Potential.
Selbstverständlich können auch mehr als vier Bootplatten 15 nebeneinander angeordnet werden, wobei dann sämtliche ungeradzahligen und sämtliche geradzahligen Bootplatten 15 jeweils elektrisch miteinander zu verbinden sind.
Während des PECVD-Beschichtungsprozesses in einer Beschichtungskammer brennt auch im Zwischenraum zwischen den Wafern 1 ein Plasma, wobei durch Zufuhr von Gasen mit den abzuscheidenden Materialien die Wafer 1 beschichtet werden. Dabei hat es sich herausgestellt, dass die Wafer 1 ungleichmäßig beschichtet werden und zwar insbesondere im Randbereich unten und seitlich, d.h. im Bereich der Haltearme 10 und des unteren Rahmenelementes 3, 5 der Bootplatte 15 (s. 1). Anscheinend ist eine ungleichmäßige Intensitätsverteilung des zwischen den Wafern 1 brennenden Plasmas die Ursache für diesen Effekt.
Es hat sich nun gezeigt, dass mit einfachen Mitteln eine besonders gleichmäßige Beschichtung der Wafer 1 erreicht werden kann.
Dazu wird jeweils zwischen zwei benachbarten Bootplatten 15 im Bereich zwischen den Waferaufnahmen 16 jeweils ein Dämpfungselement 12 aus Keramik, Porzellan, Graphit, Metall, eingefügt. Funktionswichtig ist, dass die Dämpfungselemente 12 zwingend isoliert gegenüber den Bootplatten auf oder zwischen den Abstandselementen 2 zwischen zwei benachbarten Bootplatten 15 angeordnet werden.
Die Dämpfungselemente 12 sind grundsätzlich ähnlich aufgebaut wie die Bootplatten 15, jedoch ohne Aufnahmeelemente 11 und bestehen aus einem unteren Rahmenelement 4 und zwei senkrechten Stegen 13, die im Abstand zueinander aus dem unteren Rahmenelement 4 jeweils sich in den Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Wafern erstrecken und zwar derart, dass Position der Stege 13 etwa der Position der Haltearme 10 zur Aufnahme die Wafer 1 entspricht und wobei das untere Rahmenelement 4 des Dämpfungselements 12 dem unteren Rahmenelement 3, 5 der Waferaufnahme 16 entspricht. Die Stege 13 und das untere Rahmenelement 4 des Dämpfungselements 12 umschließen eine Fläche entsprechend dem Umriss der im Waferboot 14 eingesetzten Wafer 1, wobei die umschlossene Fläche auch kleiner als der Umriss der Wafer 1 sein kann (4).
Das Dämpfungselement 12 kann auch als großflächige Platte ausgebildet sein, welche den unteren Bereich der Wafer 1, also etwa ein Drittel oder die Hälfte des Zwischenraumes zwischen benachbarten Wafern 1 abdeckt.
Alternativ kann das Dämpfungselement 12 auch bogenförmig ausgespart sein, so dass nur der untere und die seitlichen Randbereiche der Wafer 1 abgedeckt werden.
Durch die Dämpfungselemente 12 wird erreicht, dass das Plasma nicht mehr direkt zwischen den benachbarten Wafern 1 brennen kann.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Dämpfungselemente 12 zwischen den Waferaufnahmen 16 ist, dass die Aufwärm- und Homogenisierungszeit des mit Wafern 1 bestückten Plasmabootes nicht nennenswert beeinflusst wird.
Bezugszeichenliste

1: Wafer
2: Abstandshalter
3: unteres Rahmenelement
4: unteres Rahmenelement des Dämpfungselements
5: unteres Rahmenelement
6: Verbindungselement
7: Kontaktelement
8: Kontaktelement
9: übermäßig beschichteter Bereich
10: Haltearm
11: Aufnahmeelement
12: Dämpfungselement
13: senkrechter Steg
14: Waferboot
15: Bootplatte
16: Waferaufnahme

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2016/166125 A1 [0002]
WO 2017/085178 A1 [0004]

Claims

Plasmaboot zur Aufnahme von Wafern mit partieller Dämpfung der Plasmaabscheidung, bestehend aus mehreren abstandsweise parallelen Bootplatten, die mit Waferaufnahmen zur stehenden Aufnahme von Wafern versehen sind, um die Wafer während des Transports und während des Abscheideprozesses in einer Beschichtungskammer sicher zu halten, und wobei die Bootplatten durch elektrisch isolierende Abstandshalter mechanisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den parallel nebeneinander befindlichen Waferaufnahmen (16) jeweils ein Dämpfungselement (12) zwischen benachbarten Bootplatten (15) gegenüber diesen elektrisch isoliert angeordnet ist.
Plasmaboot nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (16) auf oder zwischen isolierenden Abstandselementen (2) zwischen zwei benachbarten Bootplatten (15) angeordnet sind.
Plasmaboot nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (16) jeweils aus einem unteren Rahmenelement (4) und zwei senkrechten Stegen (13) bestehen, die im Abstand zueinander aus dem unteren Rahmenelement (4) hervorstehen und sich jeweils in den Zwischenraum zwischen zwei parallel nebeneinander befindlichen Waferaufnahmen (16) erstrecken.
Plasmaboot nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (16) jeweils eine Fläche abdecken, die etwa der unteren Hälfte der in den Waferaufnahmen (16) befindlichen Wafer (1) entspricht.
Plasmaboot nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (13) und das untere Rahmenelement (4) des Dämpfungselements (12) umschließen eine Fläche die größer oder gleich dem Umriss der unteren Hälfte der in den Waferaufnahmen (16) eingesetzten Wafer (1) entspricht.
Plasmaboot nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Stege (13) und das untere Rahmenelement (4) umschlossene Fläche kleiner als der Umriss der unteren Hälfte der in den Waferaufnahmen (16) eingesetzten Wafer (1) ist.
Plasmaboot nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (12) als großflächige Platte ausgebildet ist, welche den unteren Bereich der Wafer (1), also etwa ein Drittel oder die Hälfte des Umrisses der in den Waferaufnahmen (16) befindlichen Wafer (1) abdeckt.
Plasmaboot nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das plattenförmige Dämpfungselement (12) bogenförmig ausgespart ist, so dass nur der untere und die seitliche Randbereiche der der in den Waferaufnahmen (16) befindlichen Wafer (1) abgedeckt wird.
Plasmaboot nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (12) aus Keramik, Porzellan, Graphit, Metall bestehen.