DE10329976A1 - Mechanical fixing device securing substrate to substrate electrode e.g. for plasma treatment of semiconductor wafer, using pneumatic adjustment of clamp relative to substrate support surface - Google Patents

Mechanical fixing device securing substrate to substrate electrode e.g. for plasma treatment of semiconductor wafer, using pneumatic adjustment of clamp relative to substrate support surface Download PDF

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Abstract

The fixing device has a clamp (40) positioned above a support surface (35) for the substrate (30), with adjustment of the relative spacing between the clamp and the support surface via a setting device (50,55,60,70) which is at least partially pneumatic, e.g. via a lifting cylinder coupled to the clamp via a lifting pin. An independent claim for a method for mechanical fixing of a substrate is also included.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Fixierung eines Substrates im Vakuum mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 und des Anspruchs 17 genannten Merkmalen.The The invention relates to a device and a method for fixation a substrate in vacuum with in the preamble of the claim 1 and of claim 17 mentioned features.

Zur Herstellung elektronischer Bauelemente werden Halbleiter-Wafer in Plasmaanlagen behandelt. Dabei ist es zur Sicherung der Uniformität des Plasmaprozesses erforderlich, den Halbleiter-Wafer innerhalb eines Rezipienten fixieren zu können, so dass auf den fixierten Halbleiter-Wafer ein bestimmter Druck ausgeübt werden kann, um über den gesamten oder einen definierten Bereich des Halbleiter-Wafers, in dem elektronische Bauelemente ausgebildet werden, einen konstanten Wärmezustand zu gewährleisten.to Production of electronic components are semiconductor wafers in Plasma systems treated. It is to ensure the uniformity of the plasma process required to fix the semiconductor wafer within a recipient to be able to so that a certain pressure is exerted on the fixed semiconductor wafer can to over the entire or a defined area of the semiconductor wafer, in which electronic components are formed, a constant thermal state to ensure.

Dabei es ist es vorteilhaft, den Wafer mechanisch auf der Substratelektrode zu fixieren. Elektrostatische Fixiermechanismen sind insbesondere bei isolierenden Substraten nicht realisierbar.there it is advantageous to place the wafer mechanically on the substrate electrode to fix. Electrostatic fixing mechanisms are in particular not possible with insulating substrates.

Für eine mechanische Fixierung eines Substrates auf einer Substratelektrode ist es bekannt, den äußeren Bereich der Oberseite der Substratelektrode gegen ein Klemmmittel zu verspannen. Als Klemmmittel kommen nach innen vorstehende Klemmfinger oder ein geschlossener Klemmring in Betracht. Dabei ist in der Regel das Klemmmittel und/oder das Substrat federnd gelagert. Die auf das Substrat wirkende Klemmkraft resultiert dann aus der Federkraft des Klemmmittels oder des Substrates. Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus DE 197 13 034 A1 bekannt.For a mechanical fixation of a substrate on a substrate electrode, it is known to clamp the outer region of the upper side of the substrate electrode against a clamping means. As clamping means come inwardly projecting clamping fingers or a closed clamping ring into consideration. In this case, as a rule, the clamping means and / or the substrate is spring-mounted. The clamping force acting on the substrate then results from the spring force of the clamping means or the substrate. A generic device is off DE 197 13 034 A1 known.

Nachteilig an den bekannten Vorrichtungen ist die schlechte Dosierbarkeit der auf das Substrat wirkenden Klemmkraft. Insbesondere ist es bei der aus DE 197 13 034 A1 bekannten Vorrichtung mit einem erheblichen Aufwand verbunden, die die jeweilige Klemmkraft bestimmenden Gewichte für die entsprechende Anwendung auszutauschen. Weiterhin nachteilig ist es, dass sich mit den Gewichten zusätzliche Komponenten innerhalb des Plasmas befinden. Hiermit geht ein erhöhter Verschleiß der Fixiervorrichtung einher. Weiterhin lässt sich die auf das Substrat wirkende Klemmkraft nicht während des Plasmaprozesses variieren. Eine ebenfalls schlechte Dosierbarkeit der Klemmkraft weisen Vorrichtungen mit gegen das Substrat höhenbeweglich verfahrbaren Klemmfingern auf. Insbesondere ist es nachteilhaft, dass sich die Federkraft der Klemmfinger aufgrund der Temperatureinwirkung während des Plasmaprozesses verändern kann. Insbesondere bei der abwechselnden Bearbeitung von robusten und fragilen Substraten ist eine einfache und stufenlos regulierbare Veränderung der Klemmkraft erforderlich.A disadvantage of the known devices is the poor dosing of the force acting on the substrate clamping force. In particular, it is at the DE 197 13 034 A1 known device associated with a considerable effort to exchange the respective clamping force determining weights for the appropriate application. Another disadvantage is that there are additional components within the plasma with the weights. This is accompanied by increased wear of the fixing device. Furthermore, the clamping force acting on the substrate can not be varied during the plasma process. A likewise poor dosability of the clamping force have devices with movable against the substrate movable clamping fingers. In particular, it is disadvantageous that the spring force of the clamping fingers can change due to the effect of temperature during the plasma process. In particular, in the alternate processing of robust and fragile substrates a simple and infinitely adjustable change in the clamping force is required.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Fixieren eines Substrates anzugeben, durch welche eine genaue und stufenlose Dosierung der Klemmkraft ermöglicht wird. Weiterhin soll die Anzahl der im Plasma befindlichen Komponenten minimal sein, um Verschleißerscheinungen zu minimieren.It is therefore an object of the present invention, an apparatus and to provide a method for fixing a substrate, by which an accurate and continuous dosing of the clamping force is made possible. Furthermore, the number of components located in the plasma be minimal to wear and tear to minimize.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 (Vorrichtungsanspruch) und im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 17 (Verfahrensanspruch) im Zusammenwirken mit den Merkmalen im Oberbegriff. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.These The object is achieved by the features in the characterizing part of claim 1 (device claim) and in the characterizing part of claim 17 (method claim) in Interaction with the features in the preamble. Advantageous embodiments The invention are contained in the subclaims.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht in der besonders guten Dosierbarkeit der auf ein Substrat wirkenden Klemmkraft. Hierdurch wird insbesondere eine bestmögliche Fixierung sowohl robuster als auch fragiler Substrate ermöglicht. Dabei kann die eingestellte Klemmkraft auch bei Temperaturänderungen während eines Plasmaprozesses konstant gehalten werden. Weiterhin ist es während des Plasmaprozesses möglich, die auf das Substrat wirkende Klemmkraft zu variieren.One particular advantage of the invention is the particularly good Dosability of acting on a substrate clamping force. hereby in particular, will be the best possible Fixation of both robust and fragile substrates allows. The set clamping force can also change with temperature while a plasma process are kept constant. It continues while the plasma process possible, to vary the clamping force acting on the substrate.

Dazu ist das Verstellmittel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Variation des Abstandes zwischen Klemmmittel und Auflagefläche zumindest teilweise ein pneumatisches Mittel. In einer bevorzugten Ausführungsvariante weist das Verstellmittel mindestens einen Hubzylinder auf, welcher über mindestens einen Hubstift mit dem Klemmmittel verbunden ist. Der zumindest teilweise innerhalb der Substratelektrode höhenbeweglich angeordnete Hubstift schließt mit der Substratelektrode vakuumdicht ab. Weiterhin ist der Hubzylinder innerhalb der Substratelektrode angeordnet und der Hubstift mittels mindestens eines Federbalges, welcher vorzugsweise ein Membranfederbalg ist, gedichtet. Durch die pneumatische Ausbildung des Verstellmittels lässt sich die auf das Verstellmittel und damit die auf das Substrat wirkende Kraft besonders gut dosieren. Zur Fixierung des Substrates auf der Auflagefläche wird das mit dem pneumatischen Verstellmittel verbundene Klemmmittel, welches vorzugsweise aus einem Dielektrikum besteht, relativ zur Auflagefläche bewegt, bis das zwischen Auflagefläche und Klemmmittel angeordnete Substrat vollständig arretiert ist. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, dass sich lediglich das Klemmmittel und ein Teil des mindestens einen Hubstiftes im Plasma befindet. Durch die Abdichtung des Hubstiftes mittels eines Membranfederbalges wird das In-Kontakt-treten des Plasmas mit den Hubzylindern vermieden.To is the adjusting means of a device according to the invention for variation the distance between the clamping means and support surface at least partially pneumatic agent. In a preferred embodiment, the adjusting means at least a lifting cylinder on which over at least one lifting pin is connected to the clamping means. Of the at least partially vertically movable within the substrate electrode arranged lifting pin closes with the substrate electrode vacuum-tight. Furthermore, the lifting cylinder disposed within the substrate electrode and the lifting pin by means of at least one bellows, which is preferably a diaphragm bellows is, poems. Due to the pneumatic design of the adjusting let yourself the force acting on the adjusting means and thus on the substrate especially good. To fix the substrate on the support surface is the clamping means connected to the pneumatic adjusting means, which preferably consists of a dielectric, relative to bearing surface moved until the arranged between the bearing surface and clamping means Substrate completely is locked. It is particularly advantageous that only the clamping means and a part of the at least one lifting pin is located in the plasma. By sealing the lifting pin means a diaphragm bellows will contact the plasma avoided with the lifting cylinders.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante sind die Hubzylinder beheizbar ausgeführt und/oder als Druckluft-Hubzylinder ausgebildet. Die vorzugsweise zwei Druckluft-Hubzylinder sind mit einem Druckluftregler, welcher vorzugsweise außerhalb des Rezipienten angeordnet ist, verbunden. Weiterhin ist es in einer bevorzugten Ausführungsvariante vorgesehen, dass die Substratelektrode eine Heizung, eine Kühlung, einen Hochfrequenzanschluss, ein Mittel zur Temperaturmessung und/oder ein Mittel zur thermischen Kontaktierung des Substrates aufweist. Dabei weist das Mittel zur Temperaturmessung vorzugsweise einen Sensor auf, welcher zumindest teilweise in die Substratelektrode integriert ist. Dabei weist der Sensor einen besseren thermischen Kontakt zum Substrat als zur Substratelektrode auf. Ferner ist es vorgesehen, dass die Vorrichtung ein Mittel zur Spülung des Innenraumes der Substratelektrode mit Stickstoff aufweist.In a particularly preferred embodiment the lifting cylinders are designed heatable and / or compressed air lifting cylinder educated. The preferably two compressed air lifting cylinders are with a compressed air regulator, which is preferably arranged outside of the recipient is connected. Furthermore, it is in a preferred embodiment provided that the substrate electrode, a heating, a cooling, a High-frequency connection, a means for temperature measurement and / or a Having means for thermal contacting of the substrate. there the means for measuring temperature preferably has a sensor which is at least partially integrated into the substrate electrode is. In this case, the sensor has a better thermal contact to Substrate as the substrate electrode. It is also intended in that the device comprises a means for flushing the interior of the substrate electrode having nitrogen.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Fixieren eines Substrates wird die Relativbewegung von Auflagefläche und Klemmmittel zumindest teilweise durch eine pneumatische Kraft bewirkt.At the inventive method for fixing a substrate, the relative movement of support surface and Clamping means effected at least partially by a pneumatic force.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines zumindest teilweise in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.The Invention is based on an at least partially in the Figure illustrated embodiment be explained in more detail.

Es zeigt:It shows:

1: eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Fixieren eines Substrates auf eine innerhalb eines Rezipienten angeordneten Substratelektrode in schematischer Schnittdarstellung. 1 : A device according to the invention for fixing a substrate to a substrate electrode arranged within a recipient in a schematic sectional representation.

Zur Plasmabehandlung eines Substrates 30 ist eine Substratelektrode 20 innerhalb eines Rezipienten 10 angeordnet. Alle erforderlichen Durchführungen durch die Wände der Substratelektrode 20 sind vakuumdicht ausgeführt. Im Rezipienten 10 besteht während des Plasmaprozesses typischerweise ein Druck kleiner 105 Pa; meistens kleiner 1 Pa. In der Substratelektrode 20 besteht während des Plasmaprozesses typischerweise ein Druck von größer als 105 Pa. Die Hubstifte 55 sind mit Membranfederbälgen 60 gedichtet, so dass sie ohne Beeinträchtigung der Vakuumdichtheit höhenbeweglich sind.For plasma treatment of a substrate 30 is a substrate electrode 20 within a recipient 10 arranged. All necessary feedthroughs through the walls of the substrate electrode 20 are vacuum-tight. In the recipient 10 During the plasma process there is typically a pressure of less than 10 5 Pa; usually less than 1 Pa. In the substrate electrode 20 During the plasma process there is typically a pressure of greater than 10 5 Pa. The lifting pins 55 are with diaphragm bellows 60 sealed, so that they are height-adjustable without affecting the vacuum tightness.

Zunächst wird das Substrat 30 auf der Auflagefläche 35 abgelegt. Danach wird das Klemmmittel 40 durch Betätigung der Hubzylinder 50 bis zu einer Kontaktierung des Klemmmittels 40 mit dem Substrat 30 abgesenkt. In dieser Klemmposition wirkt die sich aus Hubkolbenfläche und pneumatischem Druck ergebende Kraft über die Hubstifte 55 und das Klemmmittel 40 auf die Kontaktstellen des Substrates 30 und fixiert dieses Substrat 30 dauerhaft, jedoch reversibel auf der Auflagefläche 35. Die auf das Substrat 30 wirkende Kraft kann jederzeit über den Druckluftregler 70 variiert werden.First, the substrate 30 on the support surface 35 stored. Thereafter, the clamping means 40 by actuating the lifting cylinder 50 up to a contact of the clamping means 40 with the substrate 30 lowered. In this clamping position, the resulting from Hubkolbenfläche and pneumatic pressure force acts on the lifting pins 55 and the clamping means 40 on the contact points of the substrate 30 and fix this substrate 30 permanent, but reversible on the support surface 35 , The on the substrate 30 acting force can at any time via the compressed air regulator 70 be varied.

Insbesondere vorteilhaft ist, dass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die auf das Substrat 30 wirkende Kraft besonders einfach dosiert werden kann. Dadurch können sowohl fragile als auch robuste Substrate ohne erhöhten Justieraufwand der Fixiervorrichtung bearbeitet werden.It is particularly advantageous that with the device according to the invention on the substrate 30 acting force can be particularly easily dosed. As a result, both fragile and robust substrates can be processed without increased adjustment effort of the fixing device.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das hier dargestellte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist es möglich, durch Kombination und Modifikation der genannten Mittel und Merkmale weitere Ausführungsvarianten zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The Invention is not limited to the embodiment shown here. Rather, it is possible by combination and modification of said means and features further variants to realize without departing from the scope of the invention.

1010
Rezipientrecipient
2020
SubstratelektodeSubstratelektode
3030
Substratsubstratum
3535
Auflageflächebearing surface
4040
Klemmmittelclamping means
5050
Hubzylinderlifting cylinder
5555
HubstiftLifting pin
6060
Federbalgbellows
7070
DruckluftreglerAir Regulator

Claims (18)

Vorrichtung zum Fixieren eines Substrates (30) mit mindestens einer Auflagefläche (35) für das Substrat (30) und mindestens einem Klemmmittel (40) zur Beaufschlagung des auf der Auflagefläche (35) anordbaren Substrates (30), wobei das Klemmmittel (40) gegenüber der Auflagefläche (35) angeordnet und der Abstand zwischen Klemmmittel (40) und Auflagefläche (35) durch ein Verstellmittel (50, 55, 60, 70) variierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellmittel (50, 55, 60, 70) zumindest teilweise ein pneumatisches Mittel ist.Device for fixing a substrate ( 30 ) with at least one bearing surface ( 35 ) for the substrate ( 30 ) and at least one clamping means ( 40 ) for acting on the support surface ( 35 ) can be arranged ( 30 ), wherein the clamping means ( 40 ) opposite the support surface ( 35 ) and the distance between clamping means ( 40 ) and bearing surface ( 35 ) by an adjusting means ( 50 . 55 . 60 . 70 ) is variable, characterized in that the adjusting means ( 50 . 55 . 60 . 70 ) is at least partially a pneumatic means. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellmittel (50, 55, 60, 70) mindestens einen Hubzylinder (50) aufweist, welcher über mindestens einen Hubstift (55) mit dem Klemmmittel (40) verbunden ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the adjusting means ( 50 . 55 . 60 . 70 ) at least one lifting cylinder ( 50 ), which via at least one lifting pin ( 55 ) with the clamping means ( 40 ) connected is. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefläche (35) für das Substrat (30) eine Substratelektrode (20) und/oder das Klemmmittel (40) ein Klemmring und/oder Substrat (30) ein wafer ist.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the bearing surface ( 35 ) for the substrate ( 30 ) a substrate electrode ( 20 ) and / or the clamping means ( 40 ) a clamping ring and / or substrate ( 30 ) is a wafer. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubstift (55) zumindest teilweise innerhalb der Substratelektrode (20) höhenbeweglich angeordnet ist und vakuumdicht mit der Substratelektrode (20) abschließt.Device according to claim 2 or 3, characterized in that the lifting pin ( 55 ) at least partially within the substrate electrode ( 20 ) is arranged vertically movable and vacuum-tight with the Substrate electrode ( 20 ) completes. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubzylinder (50) innerhalb der Substratelektrode (20) angeordnet ist.Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the lifting cylinder ( 50 ) within the substrate electrode ( 20 ) is arranged. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubstift (55) mittels mindestens eines Federbalges (60) gedichtet ist.Device according to one of claims 2 to 5, characterized in that the lifting pin ( 55 ) by means of at least one Federbalges ( 60 ) is sealed. Vorrichtung einem der nach Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubzylinder (50) ein Druckluft-Hubzylinder und der Federbalg (60) ein Membranfederbalg ist.Device according to one of claims 2 to 6, characterized in that the lifting cylinder ( 50 ) a pneumatic lifting cylinder and the bellows ( 60 ) is a diaphragm bellows. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckluft-Hubzylinder mit einem Druckluftregler (70) verbunden ist.Apparatus according to claim 7, characterized in that the compressed air lifting cylinder with a compressed air regulator ( 70 ) connected is. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckluftregler (70) außerhalb der Substratelektrode (20) angeordnet ist.Apparatus according to claim 8, characterized in that the compressed air regulator ( 70 ) outside the substrate electrode ( 20 ) is arranged. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratelektrode (20) eine Heizung, eine Kühlung, einen Hochfrequenzanschluß, ein Mittel zur Temperaturmessung und/oder ein Mittel zur thermischen Kontaktierung des Substrates aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate electrode ( 20 ) comprises a heater, a cooling, a high-frequency connection, a means for measuring temperature and / or a means for thermal contacting of the substrate. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Temperaturmessung einen Sensor aufweist, welcher zumindest teilweise in die Substratelektrode (40) integriert ist.Apparatus according to claim 10, characterized in that the means for measuring the temperature comprises a sensor which at least partially into the substrate electrode ( 40 ) is integrated. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor einen besseren thermischen Kontakt zum Substrat (30) als zur Substratelektrode (20) aufweist.Device according to claim 11, characterized in that the sensor has better thermal contact with the substrate ( 30 ) as the substrate electrode ( 20 ) having. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmmittel (40) aus einem Dielektrikum gebildet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping means ( 40 ) is formed of a dielectric. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckluftregler (70) mit einer Regelelektronik verbunden ist.Device according to one of claims 8 to 13, characterized in that the compressed air regulator ( 70 ) is connected to a control electronics. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubzylinder (50) beheizbar ausgeführt ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the lifting cylinder ( 50 ) is designed to be heated. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zur Spülung des Innenraumes der Substratelektrode (20) mit Stickstoff aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device means for flushing the interior of the substrate electrode ( 20 ) with nitrogen. Verfahren zum Fixieren eines Substrates (30) durch – Auflegen des Substrates (30) auf eine gegenüber einem Klemmmittel (40) angeordnete Auflagefläche (35) und – Verringern des Abstandes zwischen Auflagefläche (35) und Klemmmittel (40), bis das Substrat (30) zwischen Auflagefläche (25) und Klemmmittel (40) fest fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Relativbewegung von Auflagefläche und Klemmmittel aufgewandte Kraft zumindest teilweise eine pneumatische Kraft ist.Method for fixing a substrate ( 30 ) by - placing the substrate ( 30 ) on a relative to a clamping means ( 40 ) arranged contact surface ( 35 ) and - reducing the distance between support surface ( 35 ) and clamping means ( 40 ) until the substrate ( 30 ) between support surface ( 25 ) and clamping means ( 40 ) is fixedly fixed, characterized in that the force applied to the relative movement of support surface and clamping means force is at least partially a pneumatic force. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die auf ein zwischen Auflagefläche und Klemmmittel fixiertes Substrat wirkende Kraft zumindest teilweise eine pneumatische Kraft ist.Method according to claim 17, characterized in that that is fixed to a between support surface and clamping means Substrate-acting force is at least partially a pneumatic force.
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