DE112008001482T5

DE112008001482T5 - Vorrichtung und Verfahren zur Verbesserung der Behandlungsgleichmäßigkeit in einem Plasmaprozess

Info

Publication number: DE112008001482T5
Application number: DE112008001482T
Authority: DE
Inventors: Jiangang Concord Zhao; James D. Vacaville Getty
Original assignee: Nordson Corp
Current assignee: Nordson Corp
Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2008-05-23
Publication date: 2010-04-29
Also published as: KR20100025515A; JP2010529656A; WO2008150739A1; CN101681785B; US20080296261A1; TW200905777A; CN101681785A

Abstract

Vorrichtung zur Verwendung bei der Plasmabearbeitung eines Werkstücks, das eine Außenumfangskante aufweist, wobei die Vorrichtung umfasst:
einen Opferkörper, der aus einem mittels Plasma entfernbaren Material besteht, wobei der Opferkörper so ausgeführt ist, dass er um die Außenumfangskante des Werkstücks angeordnet ist, so dass ein Außendurchmesser des Werkstücks effektiv vergrößert wird.

Description

Querverweis auf zugehörige Anmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der vorläufigen US-Anmeldung 60/941.518, eingereicht am 1. Juni 2007. Die Offenbarung dieser vorläufigen Anmeldung ist hiermit in ihrer Gesamtheit durch Verweis eingefügt.
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung und auf Verfahren zum Verarbeiten von Werkstücken mit einem Plasma, und genauer auf eine Vorrichtung und Verfahren zum Verbessern der Plasmabehandlungsgleichmäßigkeit in einem Plasmabearbeitungssystem.
Hintergrund
Eine gleichmäßige Plasmabehandlung für Anwendungen auf Waver-Ebene ist ein Anliegen der Halbleiterfertigungsindustrie. Ein Problem, das herkömmliche Ätzprozesse und Plasmabearbeitungsanlagen betrifft, ist die Ungleichmäßigkeit der Ätzrate über ein Werkstück, wie zum Beispiel einen Waver. Werkstückkanteneffekte stellen eine häufige Quelle für diese Ätzratenungleichmäßigkeiten dar. Die Gleichmäßigkeit der Ätzrate kann anhand des Quotienten einer Differenz zwischen der maximalen und der minimalen lateralen Ätzrate auf der behandelten Oberfläche zu dem Produkt aus Zwei mal der durchschnittlichen Ätzrate über dem Werkstück bestimmt werden. Typischerweise tritt die maximale Ätzrate nahe der Umfangskante des Werkstücks auf, wobei die minimale Ätzrate nahe der Werkstückmitte beobachtet wird.
Herkömmliche Verfahren wurden bei dem Versuch verwendet, die Gleichmäßigkeit der Ätzrate über der Oberfläche des Werkstücks zu verbessern. Zum Beispiel kann ein Magnetron verwendet werden, um das Plasma zu erzeugen. Solche Lösungen erhöhen jedoch die Kosten der Plasmabearbeitungsanlage deutlich.
Es ist eine kosteneffektive Lösung ist erwünscht, die auf die Werkstückkanteneffekte gerichtet ist, die in herkömmlichen Bearbeitungssystemen auftreten und die Gleichmäßigkeit der Plasmabehandlung über der Oberfläche des Werkstücks beeinträchtigen, sowie andere Artefakte der Plasmabehandlung, die einen negativen Einfluss auf die Behandlungsgleichmäßigkeit haben.
Zusammenfassung
In einer Ausführungsform wird eine Vorrichtung zur Verwendung bei der Plasmabearbeitung eines Werkstücks geschaffen. Die Vorrichtung enthält einen Opferring, der aus einem mittels Plasma entfernbaren Material besteht. Der Opferring ist so ausgeführt, dass er um eine Außenumfangskante des Werkstücks angeordnet ist, so dass ein Außendurchmesser des Werkstücks effektiv erhöht wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine Vorrichtung zur Verwendung bei der Plasmabearbeitung eines Werkstücks geschaffen. Die Vorrichtung enthält eine Vakuumumhüllung, die so konfiguriert ist, dass sie ein Plasma enthält. Die Vakuumumhüllung enthält ein Trägerpodest, das so ausgeführt ist, dass es eine zweite Fläche des Werkstücks berührt und unterstützt, wenn eine erste Fläche des Werkstücks mit Plasma bearbeitet wird. Die Vorrichtung enthält ferner einen Opferring, der aus einem mittels Plasma entfernbaren Material besteht, wobei sich der Opferring um die Außenumfangskante des auf dem Podest unterstützen Werkstücks erstreckt, so dass ein Außendurchmesser des Werkstücks effektiv erhöht ist.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zur Plasmabearbeitung eines Werkstücks, das eine erste Fläche, eine zweite Fläche und eine die erste und die zweite Fläche verbindende Außenumfangskante aufweist, geschaffen. Das Verfahren enthält das Anordnen eines Opferrings, der aus einem mittels Plasma entfernbaren Material besteht, um die Außenumfangskante des Werkstücks und das Beaufschlagen der ersten Fläche des Werkstücks und des Opferrings mit einem Plasma. Das Verfahren enthält ferner das Verschieben einer maximalen Ätzrate von einem Ort auf der ersten Fläche des Werkstücks zu einem anderen Ort auf dem Opferring.
Kurzbeschreibung der Figuren
Die beigefügten Zeichnungen, die dieser Beschreibung beigefügt sind und einen Teil derselben bilden, zeigen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit einer obigen allgemeinen Beschreibung der Erfindung und der folgenden genauen Beschreibung zur Erläuterung der Grundsätze der Ausführungsformen der Erfindung.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Plasmabearbeitungssystems, das eine Vakuumumhüllung und einen Waver-Hebemechanismus, der innerhalb der Vakuumumhüllung angeordnet ist, enthält.
2 ist eine Vorderansicht des Plasmabearbeitungssystems der 1.
3 ist eine Explosionsansicht der Umhüllung und des Waver-Hebemechanismus des Plasmabearbeitungssystems der 1 und 2.
3A ist eine weitere Explosionsansicht des Werkstück-Vertikalhebemechanismus des Plasmabearbeitungssystems der 1, 2 und 3.
4 ist eine Querschnittsansicht im Wesentlichen längs der Linie 4-4 in 2, in der der Waver-Hebemechanismus in einer angehobenen Position platziert ist, wobei der Deckel der Vakuumumhüllung bezüglich der Basis der Vakuumumhüllung geöffnet ist.
5 ist eine Querschnittsansicht ähnlich der 4, in der der Deckel der Vakuumumhüllung mit der Basis der Vakuumumhüllung in Kontakt ist und der Waver-Hebemechanismus dadurch in einer abgesenkten Position angeordnet ist.
6 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts der 4.
7 ist eine Explosionsansicht eines Abschnitts des Waver-Hebemechanismus der 1 bis 6.
8A ist eine perspektivische Ansicht, die den Waver-Hebemechanismus in einem angehobenen Zustand zeigt, wobei der Klarheit der Darstellung halber nur ein Teil des Waver-Hebemechanismus gezeigt ist.
8B ist eine perspektivische Ansicht ähnlich der 8A, die den Waver-Hebemechanismus in einem angehobenen Zustand zeigt.
Genaue Beschreibung
Wie in den 1 bis 4 gezeigt ist, enthält ein Plasmabearbeitungssystem 10 im Wesentlichen ein Vakuumgefäß oder eine Vakuumumhüllung 12, die einen Deckel 14 und eine Basis 16, auf der der Deckel 14 ruht, aufweist, ein Paar Trägerarme 18, 20, die mit dem Deckel 14 verbunden sind, eine obere Elektrode 22 und eine untere Elektrode 24. Das Bearbeitungssystem 10 enthält ferner ein Trennelement oder einen Ring 26, der zwischen der oberen und der unteren Elektrode 22, 24 angeordnet ist und gegenüberliegende Flächen um den Umfang der oberen und der unteren Elektrode 22, 24 berührt. Die gegenüberliegenden Flächen der Elektroden 22, 24 sind im Wesentlichen ebene und parallele Platten und weisen näherungsweise identische Flächeninhalte auf.
Die Trägerarme 18, 20 koppeln den Deckel 14 mechanisch mit einer Hebevorrichtung (nicht gezeigt), die den Deckel 14 relativ zu der Basis 16 zwischen einer angehobenen Stellung (1) und einer abgesenkten Stellung (5) vertikal anheben und absenken kann. Wenn der Deckel 14 und die Basis 16 miteinander in Kontakt sind, wird ein Bearbeitungsbereich 28 als der Raum definiert, der zwischen den nach innen weisenden horizontalen Oberflächen der Elektroden 22, 24 vertikal begrenzt ist und innerhalb der nach innen weisenden vertikalen Oberfläche der Seitenwand, die durch den Trennring 26 definiert ist, lateral begrenzt. In der angehobenen Stellung ist der Bearbeitungsbereich 28 zugänglich, um unbearbeitete Werkstücke 30 einzusetzen und bearbeitete Werkstücke 30 zu entnehmen. In der abgesenkten Stellung (5) kann eine Umgebung im Bearbeitungsbereich 28 eingerichtet werden, die für die Plasmabearbeitung jedes folgenden Werkstücks 30, das im Bearbeitungsbereich 28 angeordnet wird, geeignet ist. Die obere Elektrode 22 bewegt sich zusammen mit dem Deckel 14, wenn der Deckel 14 von der Hebevorrichtung zwischen der angehobenen und der abgesenkten Position relativ zur Basis 16 bewegt wird.
Eine Stromversorgung 32 (2), die mit den Elektroden 22, 24 durch abgeschirmte Koaxialkabel oder Übertragungsleitungen 33 bzw. 34 gekoppelt ist, steuert den Leistungspegel und die Frequenz der Operation der Elektroden 22, 24. Die Stromversorgung 22 kann eine Wechselstromversorgung sein, die bei einer extrem niedrigen Frequenz arbeitet, wie zum Beispiel 50 Hz und 60 Hz, bei einer Hochfrequenz arbeitet, wie zum Beispiel 40 kHz und 13,56 MHz, bei einer mittleren Hochfrequenz arbeitet, wie zum Beispiel 1 kHz, oder bei einer Mikrowellenfrequenz arbeitet, wie zum Beispiel 2,4 GHz. Die Stromversorgung 32 kann ferner bei zwei Frequenzen arbeiten, die einander überlagert sind. Alternativ kann die Stromversorgung 32 eine Gleichstrom-(DC)-Stromversorgung sein, bei der das Plasma nicht oszilliert. In anderen alternativen Ausführungsformen kann die Stromversorgung 32 eine Hochfrequenz-(HF)-Leistungskomponente liefern, die für ein dichtes Plasma sorgt, sowie eine DC-Leistungskomponente, die die Ionenenergie unabhängig erhöht, ohne die Plasmadichte zu beeinflussen.
Die Stromversorgung 32 kann bei einer oder mehreren Hochfrequenzen betrieben werden und ein (nicht gezeigtes) Impedanzanpassungsnetzwerk enthalten, das die von der Last, die von den Elektroden 22, 24 und dem dazwischen eingeschlossenen Plasma gebildet wird, zur Stromversorgung 32 zurückreflektierte Leistung misst. Das Impedanzanpassungsnetzwerk stellt die Betriebsfrequenz der Stromversorgung 32 so ein, dass die reflektierte Leistung minimiert wird. Der Aufbau solcher Anpassungsnetzwerke ist einem gewöhnlichen Fachmann bekannt. Zum Beispiel kann das Impedanzanpassungsnetzwerk das Anpassungsnetzwerk abstimmen, indem die Kapazität von veränderlichen Kondensatoren innerhalb des Anpassungsnetzwerks verändert wird, um die Impedanz der Stromversorgung 32 an die Impedanz der Last anzupassen, wenn sich die Last ändert. Die Leistungs- und Spannungspegel und die Betriebsfrequenz(en) können selbstverständlich in Abhängigkeit von der einzelnen Anwendung variieren.
Eine Vakuumpumpe 36 pumpt kontinuierlich das vom Plasmaprozess erzeugte Nebenprodukt und nicht reagiertes Quellengas durch einen Vakuumsammler 38 aus dem Bearbeitungsbereich 28, wenn das Plasmabearbeitungssystem 10 arbeitet. Die Vakuumpum pe 36 wird betrieben, um den Gesamtdruck im Bearbeitungsbereich 28 auf einem Niveau unter dem Atmosphärendruck zu halten, das niedrig genug ist, um die Plasmaerzeugung zu erleichtern. Typische Drücke, die für die Plasmabildung geeignet sind, reichen von etwa 20 Millitorr bis zu mehr als etwa 50 Torr. Der Druck innerhalb des Bearbeitungsbereichs wird entsprechend einem bestimmten gewünschten Plasmaprozess gesteuert und besteht hauptsächlich aus Partialdruckbeiträgen von dem Quellengas, das ein oder mehrere einzelne Gasarten umfassen kann, die dem evakuierten Bearbeitungsbereich 28 zugeführt werden.
Wie weiter in den 1 bis 4 gezeigt ist, wird ein Dichtungselement 40 zwischen dem Trennring 26 und der oberen Elektrode 22 zusammengedrückt. Wenn der Deckel 14 bis zum Berühren der Basis 16 abgesenkt wird, wie in 5 gezeigt ist, wird ein weiteres Dichtungselement 42 zwischen dem Trennring 26 und einem Umfang der unteren Elektrode 24 zusammengedrückt. Die Dichtungselemente 40, 42 sind als herkömmliche Elastomer-O-Ringe gezeigt, obwohl die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist. Wenn sich der Deckel 14 in seiner abgesenkten Stellung befindet, ist ein leitendes Element 43 zwischen den jeweiligen Umfängen des Deckels 14 und der Basis 16, die metallisch sind, gefangen. Das leitende Element 43 stellt einen guten elektrischen Kontakt zwischen dem Deckel 14 und der Basis 16 her.
Eine Gaseinlassplatte 44 (4) ist an einer oberen horizontalen Fläche der oberen Elektrode 22 befestigt. Die Gaseinlassplatte 44 ist mittels eines Gasanschlusses 46 und einer Zuführungsleitung 48 mit einer Quellengasversorgung 50 gekoppelt. Es können eine Massestrom-Steuervorrichtung und eine Strömungsmessvorrichtung (nicht gezeigt) vorgesehen sein, die zusammenwirken, um den Durchfluss jedes Prozessgases von der Quellengasversorgung 50 zum Gasanschluss 46 zu regeln. Die Gaseinlassplatte 44 enthält (nicht gezeigte) Verteilungsdurchlässe, während die obere Elektrode 22 (nicht gezeigte) Durchlässe enthält, die mit den Verteilungsdurchlässen der Gaseinlassplatte 44 gekoppelt sind. Die Durchlässe in der oberen Elektrode 22 stehen mit den Bearbeitungsbereich 28 in Verbindung, um Prozessgas in die Prozesskammer einzublasen.
Das Plasmabearbeitungssystem 10 enthält eine Steuervorrichtung 52 auf Mikroprozessorbasis (2), die so programmiert ist, dass sie die Operation von, unter anderen Komponenten, der Stromversorgung 32, der Vakuumpumpe 36 und der Quellengasversorgung 50 steuert. Zum Beispiel regelt die Steuervorrichtung die Leistungspegel, Spannungen und Ströme und Frequenzen der Stromversorgung 32, und manipuliert die Be reitstellung von Quellengas von der Quellengasversorgung 50 und die Pumprate der Vakuumpumpe 36, um einen geeigneten Druck im Bearbeitungsbereich 28 entsprechend dem bestimmten Plasmaprozess und der Anwendung zu definieren.
Während der Bearbeitung des Werkstücks 30 erzeugt die Leistung, die zwischen den Elektroden 22, 24 aufgrund der Stromversorgung 32 anliegt, ein elektromagnetisches Feld im Bearbeitungsbereich 28, der zwischen den zwei Elektroden 22, 24 definiert ist, wenn sich der Deckel 14 und die Basis 16 berühren und eine für die Plasmabearbeitung geeignete Umgebung im Bearbeitungsbereich vorhanden ist. Das elektromagnetische Feld regt die Atome oder Moleküle des im Bearbeitungsbereich vorhandenen Quellengases in einen Plasmazustand an, der durch das Einbringen von Leistung von der Stromquelle 32 für die Dauer der Plasmabehandlung aufrechterhalten wird.
Die Übertragungsleitung 34, die in bekannter Weise mit der unteren Elektrode 24 elektrisch gekoppelt ist, führt zu der unteren Elektrode 24. Die Übertragungsleitung 33 ist in bekannter Weise mit einer oder beiden Elektroden 22, 24 elektrisch gekoppelt. Eine erzwungene Strömung eines Kühlfluides kann durch die Luftspalten 26 zwischen den Elektroden 22, 24 und der Umhüllung 12 geleitet werden, um das Bearbeitungssystem zu kühlen, und um insbesondere die Elektroden 22, 24 zu kühlen. Zu diesem Zweck kann ein Anschlussteil 54 (2) im Deckel 14 vorgesehen sein, um einen Kühlmittelanschluss zum Koppeln einer Kühlmittelversorgung 55 (2) mit diesen Luftspalten (56) zu definieren.
Die Elektroden 22, 24 sind aus einem elektrisch leitenden Material gebildet, wie zum Beispiel Aluminium. Der Trennring 26 ist aus einem nicht-leitenden dielektrischen Material gebildet und ist so konstruiert, dass er fähig ist, der Plasmaumgebung innerhalb des Bearbeitungsbereichs 28 standzuhalten, ohne das bearbeitete Werkstück 30 in unangemessener Weise zu kontaminieren. Dies bedeutet im Allgemeinen, dass das Material zur Ausbildung des Trennrings 26 im Wesentlichen widerstandsfähig gegen das Ätzmittel des im Bearbeitungsbereich 28 vorhandenen Plasmas sein sollte. Der Trennring 26 definiert eine vertikale Seitenwand aus nicht-leitendem Material, zusätzlich zur Bereitstellung einer Vakuumdichtung zwischen den Elektroden 22, 24.
Bestandteilarten aus dem Plasma berühren das und interagieren mit dem ausgesetzten Material auf dem Werkstück 30, um eine gewünschte Oberflächenmodifikation durchzuführen. Das Plasma ist so konfiguriert, dass es die gewünschte Oberflächenmodifikation des Werkstücks 30 durchführt, indem Parameter, wie z. B. die Chemie des Quellengases, der Druck innerhalb des Bearbeitungsbereichs 28 und die Größe der Leistung und/oder der Frequenz, die an den Elektroden 22, 24 anliegen, ausgewählt werden. Das Bearbeitungssystem 10 kann ein (nicht gezeigtes) Endpunkterkennungssystem enthalten, das automatisch erkennt, wenn ein Plasmaprozess (z. B. ein Ätzprozess) einen vorgegebenen Endpunkt erreicht hat, oder Plasmaprozesse können alternativ auf der Grundlage einer empirisch ermittelten Zeitspanne eines Prozessrezepts zeitlich festgelegt werden.
Wie in den 3, 3A, 4, 5 und 6 gezeigt ist, in denen ähnliche Bezugszeichen ähnliche Merkmale wie in den 1 und 2 bezeichnen, enthält das Plasmabearbeitungssystem ferner einen vertikalen Hebemechanismus 28, der innerhalb der Vakuumumhüllung 12 angeordnet ist. Der vertikale Hebemechanismus 58 nimmt ein Werkstück 30 in einem angehobenen Zustand bezüglich der unteren Elektrode 24 auf. Die Werkstückhalterung 60 ist in Verbindung mit dem Öffnen und Schließen des Deckels 14 und ohne Operatoreingriff zwischen einer angehobenen Position, in der der Deckel 14 geöffnet ist, wie in 4 am besten gezeigt ist, und einer abgesenkten Position, in der der Deckel 14 sich in einer geschlossenen Stellung relativ zu Basis 16 befindet, wie am besten in 5 gezeigt ist, automatisch beweglich. Mit anderen Worten, die Werkstückhalterung 60 bewegt sich in Richtung zur abgesenkten Position, wenn die obere Elektrode 22 mittels des Deckels 14 in Richtung zur unteren Elektrode 24 bewegt wird, um den Bearbeitungsbereich 28 abzudichten, und bewegt sich in Richtung zur angehobenen Position, wenn die obere Elektrode 22 durch den Deckel 14 von der unteren Elektrode 24 wegbewegt wird. Wenn der Deckel 14 in der abgesenkten Position angeordnet ist und die Basis 16 berührt, um den Bearbeitungsbereich 28 von der Umgebung abzudichten, platziert der vertikale Hebemechanismus 58 automatisch das Werkstück 30 in einer Behandlungsposition.
Der vertikale Hebemechanismus 58 enthält im Allgemeinen eine Werkstückhalterung 60, einen Satz elastisch vorbelasteter Träger 62, die die Werkstückhalterung 60 mechanisch mit der unteren Elektrode 24 koppeln, einen Satz elastisch vorbelasteter Schiebevorrichtungen 64, die von der oberen Elektrode 22 in Richtung zur unteren Elektrode 24 und zur Werkstückhalterung 60 hervorstehen, eine Hebeplatte 66 und einem Werkstückring 68. Eine äußere Umfangskante oder ein Umfang 65 der Werkstückhalterung 60, die zwischen der oberen und der unteren Elektrode 22, 24 angeordnet ist, ist von dem Trennring 26 umgeben.
Wie in den 3 und 3A am besten gezeigt ist, sind die Hebeplatte 66 und der Werkstückring 68 z. B. mittels eines Stift-in-Buchse-Typ-Eingriffs verbunden, bei dem entweder die Hebeplatte 66 oder der Werkstückring 68 einen Satz vorstehender Stifte (nicht gezeigt) trägt, und das jeweilige Gegenstück der Hebeplatte 66 und des Werkstückrings 68 einen Satz (nicht gezeigter) Buchsen trägt, die die Stifte aufnehmen und sich mit diesen paaren. Eine Abdeckplatte 70 ist auf der unteren Elektrode 24 angeordnet und enthält eine Kappe 72 und einen Träger 74, der unter der Kappe 72 liegt. Die Kappe 72 kann ebenfalls mit dem Träger 74 durch einen Stift-in-Buchse-Typ-Eingriff verbunden sein, oder die Kappe 72 und der Träger 74 können alternativ ein integrales einteiliges Bauteil bilden. Die Abdeckplatte 70 weist einen guten elektrischen Kontakt mit der unteren Elektrode 24 auf, ebenso wie der Werkstückring 68 und die Hebeplatte 70, wenn der Deckel 14 abgesenkt ist. Folglich befinden sich die Werkstückhalterung 60, das Werkstück 30 und die untere Elektrode 24 auf näherungsweise gleichen elektrischen Potenzialen, wenn das Plasmabearbeitungssystem 10 arbeitet, um Plasma innerhalb des Bearbeitungsbereichs 28 zu erzeugen und das Werkstück 30 innerhalb des Bearbeitungsbereichs 28 mit dem Plasma zu bearbeiten.
Eine Vertiefung 76 befindet sich nahe jeder der Ecken der unteren Elektrode 24. Jede Vertiefung 76 weist eine Basis 78 auf, die eine relativ dünne Wand des Materials der unteren Elektrode 24 repräsentiert, die zurückbleibt, nachdem die jeweilige Vertiefung 76 in der unteren Elektrode 24 gebildet oder hergestellt worden ist. Von der Basis 78 jeder der Vertiefungen 76 steht ein Montagestab 80 mit einer Innengewindeöffnung 82 hervor. Jeder Montagestab 80 kann so angeordnet sein, dass er im Wesentlichen koaxial zu jeweils einer der Vertiefungen 76 ist. Bei der Montage, die den Träger 62 bildet, wird eine Gewindespitze 84 eines Führungsstifts 86 mit der Innengewindeöffnung 82 jedes Montagestabes 80 gepaart. Die Innengewindeöffnung 82 jedes Montagestabes 80 ist so ausgerichtet, dass der entsprechende Führungsstift 86 in einer Richtung zu der Hebeplatte 66 hervorsteht.
Jede der Vertiefungen 76 ist ferner am Umfang durch eine im Wesentlichen zylindrische Seitenwand 88 begrenzt, die sich zu der Basis 78 erstreckt, wobei ein angeschrägter oder aufgebördelter Rand 90 zwischen der Seitenwand 88 und einer oberen Fläche 92 der unteren Elektrode 24 angeordnet ist. Der Durchmesser des aufgebördelten Randes 90, der die obere Fläche 92 schneidet, ist größer als der Durchmesser der Seitenwand 88 jeder Vertiefung 76 und divergiert mit zunehmendem Durchmesser in einer Richtung zu der oberen Fläche.
Jeder Führungsstift 86 enthält einen im Wesentlichen zylindrischen, gewindelosen Schaft 94, der sich von der Gewindespitze 84 in Richtung zu einem Kopf 96 erstreckt. Der Kopf 96 kann ein Vertiefungsmerkmal 98 aufweisen, das die Spitze eines (nicht gezeigten) Werkzeugs aufnimmt, das verwendet wird, um den Paarungseingriff zwischen der Gewindespitze 84 des Führungsstifts 86 und der Innengewindeöffnung 82 herzustellen. Der Kopf 96 jedes Führungsstifts 86, der wenigstens teilweise über die nahegelegene obere Fläche 92 der unteren Elektrode 24 hervorsteht, trägt eine aufgebördelte Fläche 100, die nahe des gewindelosen Schafts 94 angeordnet ist. Der gewindelose Schaft 94 jedes Führungsstifts 86 und die Seitenwand 88 der jeweiligen Vertiefung 86 weisen eine im Wesentlichen koaxiale Anordnung auf.
Jeder der Träger 62 enthält einen Anschlagblock 102, der mittels eines entsprechenden Einzelnen der Führungsstifte 86 mit der Hebeplatte 66 der Werkstückhalterung 60 gekoppelt ist. Jeder Anschlagblock 102 enthält einen Körper 104 mit einem vergrößerten Kopf 106 und einer Zentralbohrung oder einem Durchlass 108, der sich über die Länge des Körpers 104 erstreckt. Der radial nach außen gerichtete Vorsprung des vergrößerten Kopfes 106 relativ zum Körper 104 definiert eine Kante oder Lippe 110, die sich in Umfangsrichtung um den Körper 104 erstreckt. Der vergrößerte Kopf 106 jedes Anschlagblocks 102 enthält ferner eine erste kegelförmige oder angeschrägte Außenseitenwand 112, die mit zunehmendem Abstand von der Lippe 110 im Durchmesser abnimmt, sowie eine zweite kegelförmige oder angeschrägte Außenseitenwand 114, die mit zunehmendem Abstand von der Lippe 110 im Durchmesser zunimmt. Die Außenseitenwand 114 ist zwischen der Lippe 110 und der angeschrägten Außenseitenwand 112 angeordnet. Der Durchlass 108 enthält eine im Wesentlichen zylindrische Fläche 116 und eine kegelförmige oder angeschrägte Fläche 118, die einen Abschnitt der im Wesentlichen zylindrischen Fläche 116 verengt.
Eine aufgebördelte Vertiefung 120 ist nahe jeder der Umfangsecken der Hebeplatte 66 definiert. Die angeschrägte Außenseitenwand 112 jedes Anschlagblocks 102 ist mit einer entsprechenden Einzelnen der aufgebördelten Vertiefungen 120 in Eingriff. Die Tiefe jeder aufgebördelten Vertiefung 120 ist so gewählt, dass eine entsprechende geneigte Fläche 122 der aufgebördelten Vertiefung 120 und die angeschrägte Außenseitenwand 112 jedes Anschlagblocks 102 einander berühren, wenn die Hebeplatte 66 mit den Anschlagblöcken 102 gesichert ist. Die Neigungswinkel jeder aufgebördelten Vertiefung 120 und der entsprechenden angeschrägten Außenseitenwand 112 ihres Anschlagblocks 102 sind angepasst, um die Sicherung der Anschlagblöcke 102 mit der Hebeplatte 66 zu unterstützen, erlauben dennoch eine leichte Beweglichkeit der Hebeplatte 66 durch eine vertikale Kraft ausreichender Größe.
Nach Montage an der Hebeplatte 66 ist die angeschrägte Fläche 118 des Durchlasses 108 im Anschlagblock 102 im Allgemeinen zwischen einer der Vertiefungen 76 in der unteren Elektrode 24 und der Werkstückhalterung 60 angeordnet. In jeder der Vertiefungen 76 ist ein Federelement 124 angeordnet, das die Form einer aus einem schraubenförmigen Draht gebildeten Kompressionsfeder aufweisen kann. Jedes Federelement 124 ist innerhalb der entsprechenden Vertiefung 76 eingeschlossen und ist zwischen der Basis 78 und der Lippe 110 des entsprechenden Anschlagblocks 102 gefangen.
Wie in 6 am Besten gezeigt ist, sind die Federelemente 124 gestreckt, wenn sich die Werkstückhalterung in der angehobenen Position befindet. Folglich sind die Hebeplatte 66 und der Werkstückring 68 der Werkstückhalterung 60 in einer elastisch schwimmenden Weise über den Trägern 62 unterstützt. Unter der mittels der Hebeplatte 66 und des Werkstückrings 68 ausgeübten Last weisen die Federelemente 124 gemeinsam eine Federkraft auf, die ausreicht, um die Hebeplatte 66 über die obere Fläche 92 der unteren Elektrode 24 zu drücken oder anzuheben.
Die angeschrägte Fläche 118 berührt die aufgebördelte Fläche 100 am Kopf 96 des Führungsstifts 86, um einen eindeutigen Stopp für die Vertikalbewegung bereitzustellen, wenn die Werkstückhalterung 60 sich in der angehobenen Position befindet. Die Neigungswinkel der aufgebörtelten Fläche 100 und der angeschrägten Fläche 118 sind so angepasst, dass jeder Anschlagblock 102 selbst zentriert auf dem entsprechenden Führungsstift 86 angeordnet ist, wenn sich die Werkstückhalterung 60 in der angehobenen Position befindet. Dies erlaubt der Werkstückhalterung 60, an einen reproduzierbaren räumlichen Ort zurückzukehren, wenn sie sich in der angehobenen Position befindet. Dies bewirkt wiederum einen reproduzierbaren Ort innerhalb des Plasmabearbeitungssystems 10 für das Werkstück 30, das von der Werkstückhalterung 60 gehalten wird.
Wie im Folgenden genauer erläutert wird, bewegt eine Bewegung des Deckels 14 in Richtung zu einer abgesenkten Position (5) die Werkstückhalterung 60 in Richtung zu einer abgesenkten Position und komprimiert somit die Federelemente 124. Wenn die Werkstückhalterung 60 abgesenkt wird, bewegt sich der Kopf 96 eines jeden der Führungsstifte 86 in seinem entsprechenden Durchlass 108 in Richtung zu der Hebeplatte 66.
Wie in den 3 und 3A am besten gezeigt ist, enthält die Werkstückhalterung 60 eine Zentralöffnung 130, die sich durch die gesamte Hebeplatte 66 und den Werkstückring 68 erstreckt, sowie einen Spalt 132, der sich radial von der Zentralöffnung 130 zum Außenumfang 65 der Werkstückhalterung 60 erstreckt. Die Abdeckplatte 70 ist so bemessen, dass sie eine im Wesentlichen mit der Breite des Spalts 132 identische Breite aufweist. Wenn die Werkstückhalterung 60 zu einer Bearbeitungsposition abgesenkt wird, füllt die Abdeckplatte 70 den Spalt 132, so dass die Zentralöffnung 130 von einer im Wesentlichen ebenen Fläche umgeben ist, die gemeinsam von einer oberen Fläche 134 des Werkstückrings 68 und einer oberen Fläche 136 der Abdeckplatte 70 gebildet wird. Um die notwendige koplanare Anordnung zu fördern, sind die jeweiligen Dicken der Abdeckplatte 70 und der Werkstückhalterung 60 ungefähr gleich gewählt, was erlaubt, dass die oberen Flächen 134, 136 näherungsweise bündig sind, wenn sich die Werkstückhalterung 60 in ihrer abgesenkten Position befindet. Die Zentralöffnung 130 ist in der repräsentativen Ausführungsform rund. Die Zentralöffnung 130 kann jedoch andere Formen aufweisen, wie zum Beispiel ein Rechteck.
Der Spalt 132 ist zwischen den Gegenüberliegenden Seitenwänden 133, 135 definiert, die sich über die Dicke des Werkstückrings 68 erstrecken. Die Breite des Spalts 132 in der Werkstückhalterung 60 ist so gewählt, dass ein Greiforgan durch den Spalt 132 gelangen kann und auf die Zentralöffnung 130 Zugriff hat, um unbearbeitete Werkstücke 30 zu der Werkstückhalterung 60 zu befördern und bearbeitete Werkstücke 30 von der Werkstückhalterung 60 zu entnehmen. Das Greiforgan ist operativ mit einem Roboter gekoppelt, wie zum Beispiel einem selektiv nachgiebigen Gelenk-Montageroboterarm(SCARA)-Roboter, wie einem gewöhnlichen Fachmann bekannt ist.
Die untere Elektrode 24 umfasst ferner einen abnehmbaren Elektrodenabschnitt 138, der einen Montageflansch 140 enthält, der in einer in der unteren Elektrode 24 definierten Vertiefung angeordnet ist, sowie einen Podestabschnitt 142. Der Podestabschnitt 142, der eine repräsentative Werkstückhalterung definiert, steht vom Montageflansch 140 in Richtung zur oberen Elektrode 22 hervor. Der Elektrodenabschnitt 138 ist mit herkömmlichen Befestigungsvorrichtungen an den darunterliegenden und umgebenden Rest der unteren Elektrode 24 befestigt. Die obere Fläche 92 der unteren Elektrode 24 und die obere Fläche 92 des Montageflansches 140 sind näherungsweise bündig. Der Flächeninhalt einer oberen Fläche 144 des Podestabschnitts 142, der über den umgebenden Montageflansch angehoben ist, ist näherungsweise gleich der offenen Querschnittsfläche radial innerhalb der Zentralöffnung 130. Der Durchmesser des Podestabschnitts 142 ist näherungsweise gleich dem Durchmesser der Zentralöffnung 130 des Werkstückrings 68. Der Elektrodenabschnitt 138 weist einen guten elektrischen Kontakt mit dem Rest der unteren Elektrode 24 auf, so dass der Podestabschnitt 142 und der Träger 74 sich auf im Wesentlichen auf demselben Potential befinden wie die untere Elektrode 24, wenn das Plasmabearbeitungssystem 10 in Betrieb ist und im Bearbeitungsbereich 28 ein Plasma vorhanden ist.
Die Abdeckplatte 70 umfasst einen weiteren angehobenen Bereich des Elektrodenabschnitts 138, der über die Ebene des Montageflansches hervorsteht. Die Abdeckplatte 70 und der Podestabschnitt 142 können einen einzelnen oder einteiligen angehobenen Bereich umfassen, der vom Montageflansch 140 hervorsteht. Alternativ kann die Abdeckplatte 70 ein separates Bauteil umfassen, das am Elektrodenabschnitt 138 montiert ist und in diesem Beispiel (nicht gezeigte) Anordnungsstifte oder dergleichen enthalten kann, die verwendet werden, um die Abdeckplatte 70 automatisch relativ zu der Zentralöffnung 130 in der Werkstückhalterung 60 zu positionieren.
Wenn die Werkstückhalterung 60 zu einer Bearbeitungsposition abgesenkt wird, befördert der Kontakt zwischen dem Werkstück 30 und der oberen Fläche 144 des Podestabschnitts 142 das Werkstück 30 vom Werkstückring 68 zum Podestabschnitt 142. Die Beförderung des Werkstücks 30 wird ohne irgendeine Vorrichtung auf dem Podestabschnitt 142, der unteren Elektrode 24 oder der Basis 16 der Umhüllung 12 bewerkstelligt, die das Werkstück 30 auf den Podestabschnitt 142 lenkt. In der abgesenkten Position der Werkstückhalterung 60 ist die obere Fläche 134 des Werkstückrings 68 leicht unter die obere Fläche 144 des Podestabschnitts 142 zurückgezogen. Während der Plasmabehandlung ruht das Werkstück 30 auf der oberen Fläche 144 des Podestabschnitts 142.
Der Elektrodenabschnitt 138 und die Hebeplatte 66 sind aus einem elektrischen Leiter, wie zum Beispiel Aluminium, gefertigt. Die Kappe 72 auf der Abdeckplatte 70 und der Werkstückring 68 sind aus einem elektrischen Isolator oder einem Dielektrikum hergestellt, wie zum Beispiel Aluminiumoxid oder hochreinem Aluminiumoxid. Alternativ können die Kappe 72 auf der Abdeckplatte 70 und der Werkstückring 68 auch aus einem elektrischen Leiter, wie zum Beispiel Aluminium, gefertigt sein. Die Auswahl eines Baumaterials für die Kappe 72 der Abdeckplatte 70 und den Werkstückring 68 wird durch den Typ der Plasmaleistung, die im Plasmabearbeitungssystem 10 für einen bestimmten Plasmaprozess am Werkstück 30 benötigt wird, vorgeschrieben.
Wie in den 3A und 4 gezeigt ist, ist eine der Schiebevorrichtungen 64 räumlich nahe jeweils einer Innenecke 15 des Trennrings 26 angeordnet und, wie offensichtlich ist, nahe jeweils einer entsprechenden (nicht gezeigten) Außenecke der oberen Elektrode 22. Jede der Schiebevorrichtungen 64 enthält einen Schieberblock 150, der durch das Zusammenwirken zwischen einem Einsatz 152 und einem Schulterbolzen 154 an der oberen Elektrode 22 befestigt ist, und ein Federelement 156. Jeder der Schieberblöcke 150 weist eine im Wesentlichen überlagernde Beziehung mit einem entsprechenden Einzelnen der Anschlagblöcke 102 auf. Ein Ende des Federelements 156, das die Form einer Kompressionsfeder aufweisen kann, die aus einem schraubenlinienförmigen Draht gebildet ist, ist zwischen einem vergrößerten Kopf 158 des Schieberblocks 150 und der oberen Elektrode 22 gefangen. Der Schieberblock 150 ist aus einem isolierenden oder dielektrischen Material, wie z. B. Keramik, konstruiert, wobei der Einsatz 152 und der Schulterbolzen 154 aus einem Metall, wie z. B. einem rostfreien Stahl, gebildet sein können. Der Schulterbolzen 154 weist eine Gewindespitze auf, die in einem Gewindebolzenloch in der oberen Elektrode 22 befestigt ist. Der Schieberblock 150 jeder Schiebevorrichtung 64 ist relativ zum Schulterbolzen 154 zwischen einer ersten Position (4), in der das Federelement 156 gestreckt ist, und einer zweiten Position (5), in der das Federelement 156 komprimiert ist, beweglich. Das Federelement 156 sorgt für eine Vorbelastung auf jeden Schieberblock 150 in der ersten Position.
Wenn der Deckel 14 in Richtung zur Basis 16 bewegt wird, berührt der Schieberblock 150 jeder der Schiebevorrichtungen 64 die obere Fläche 134 des Werkstückrings 68, wobei sich die Federelemente 156 zu komprimieren beginnen. Wenn der Deckel 14 die Basis 16 erreicht, werden die Federelemente 156 weiter komprimiert, was eine erhöhte Kraft auf den Werkstückring 68 ausübt, was die Werkstückhalterung 60 veranlasst, sich in Richtung zur oberen Fläche 144 des Podestabschnitts 142 und in Richtung zur unteren Elektrode 24 zu bewegen. Wenn die Werkstückhalterung 60 sich in der vollständig abgesenkten Position befindet, berührt die angeschrägte äußere Seitenwand 114 jedes Anschlagblocks 102 den aufgebördelten Rand 90 der Vertiefung 76, wobei jeder Schieberblock 150 in seine zweite Position bewegt wird.
Die Neigungswinkel des aufgebördelten Randes 90 und der angeschrägten Außenseitenwand 114 sind näherungsweise gleich oder angepasst. Wenn die Werkstückhalterung 60 sich in der abgesenkten Position befindet, ist jeder der aufgebördelten Ränder 90 in Kontakt mit der entsprechenden Außenseitenwand 114. Der Kontakt sorgt automatisch für eine Selbstzentrierung jedes Anschlagblocks 102 innerhalb seiner jeweiligen Vertie fung 76. Folglich kehrt jedes Mal dann, wenn der Deckel 14 abgesenkt wird, die Werkstückhalterung 60 an einen reproduzierbaren räumlichen Ort relativ zu der unteren Elektrode 24 und dem beweglichen Elektrodenabschnitt 138 zurück, wenn der Deckel 14 die Werkstückhalterung 60 in die abgesenkte Position bewegt. Dies sorgt wiederum für einen reproduzierbaren Ort für nachfolgende Werkstücke 30 auf dem Podestabschnitt 142 während jeder nachfolgenden Plasmabehandlung.
Wie in den 3, 3A, 7, 8A und 8B gezeigt ist, in denen ähnliche Bezugszeichen sich auf ähnliche Merkmale beziehen, und entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung enthält das Plasmabearbeitungssystem 10 ferner einen Opferring, der im Allgemeinen mit den Bezugszeichen 160 bezeichnet ist. Wenn die untere Fläche 29 des Werkstücks 30 auf der oberen Fläche 144 des Podestabschnitts 142 unterstützt ist, erstreckt sich der Opferring 160 in Umfangsrichtung um eine Außenumfangskante 31, die den Umfang des Werkstücks 30 in einer konzentrischen Beziehung zum Werkstück 30 umgibt.
Der Opferring 160 enthält einen Körper 161, der aus einem ersten Abschnitt 168, der an einer gekrümmten Schulter 164 der Hebeplatte 66 des Werkstückrings 68 montiert ist, und einem zweiten Abschnitt 170 besteht, der an einer Schulter 166 des Trägers 74 der Abdeckplatte 70 montiert ist. Der erste Abschnitt 168 umfasst einen Bogen mit größerer Bogenlänge als der Bogen, der durch den zweiten Abschnitt 170 dargestellt wird. Die gekrümmte Schulter 164, die in der Hebeplatte 66 des Werkstückrings 68 definiert ist, umgibt koaxial die Zentralöffnung 130 und schließt einen Schnittpunkt mit den Seitenwänden 133, 135, die den Spalt 132 flankieren, ab. Die gekrümmte Schulter 164, die sich auf die Zentralöffnung 130 öffnet, ist relativ zur oberen Fläche 92 des Werkstückrings 68 zurückgezogen. Die gekrümmte Schulter 166, die im Träger 74 der Abdeckplatte 70 definiert ist, ist neben die Schulter 164 gestellt, wenn die Werkstückhalterung 60 sich in der abgesenkten Position befindet, um ein vollständig kreisförmiges Objekt geometrisch zu schließen. Die Schulter 166, die sich ebenfalls auf die Zentralöffnung 130 öffnet, ist relativ zu der oberen Fläche 136 der Abdeckplatte 70 zurückgezogen. Die Abschnitte 168, 170 des Opferrings 160 können durch einen Stift-in-Buchse-Typ-Eingriff unter Verwendung von Stiften 172 bzw. 174 an der Hebeplatte 66 und dem Träger 74 befestigt sein.
Der erste Abschnitt 168 des Opferrings 160 enthält eine Rippe 176 und eine Schulter oder einen Rand 178, der radial innerhalb der Rippe 176 angeordnet ist. Die Rippe 176 des ersten Abschnitt 168 steht über den Rand 178 hervor, so dass die Umfangskante 31 des Werkstücks 30, die die obere und die untere Fläche 27, 29 des Werkstücks 30 verbindet, über dem Rand 178 liegt und radial innerhalb der Rippe 176 angeordnet ist. In ähnlicher Weise enthält der zweite Abschnitt 170 des Opferrings 160 eine Rippe 180 und eine Schulter oder einen Rand 182, der radial innerhalb der Rippe 180 angeordnet ist. Die Rippe 180 des zweiten Abschnitts 170 steht über den Rand 182 hervor, so dass die Umfangskante 31 des Werkstücks 30 über dem Rand 182 liegt und radial innerhalb des Randes 182 angeordnet ist. Die Abschnitte 168, 170 können jeweils aus mehreren Segmenten eines Materials gebildet sein (d. h. einem schmalen Segment mit einer Innenkante mit einem größeren Krümmungsradius auf einem breiten Segment mit einer Innenkante eines kleineren Krümmungsradius), oder können alternativ aus einem einzelnen integralen Materialstück gearbeitet oder gegossen sein.
Die radiale Abmessung oder Breite des Randes 178 ist so gewählt, dass nur ein dünner ringförmiger Flächeninhalt auf der unteren Fläche 29, der um die Umfangskante 31 des Werkstücks 30 läuft, vom Rand 178 kontaktiert wird. In einer Ausführungsform kann die kontaktierte Breite ein Ring sein, der sich etwa bis drei Millimeter radial nach innen von der Umfangskante 31 des Werkstücks 30 erstreckt. Der Durchmesser der Zentralöffnung 130 in der Hebeplatte 66 ist etwa gleich dem Durchmesser des Werkstücks 30 minus der radialen Abmessung der Ränder 178, 182.
Wie in 8B am besten gezeigt ist, sind die Rippen 176, 180 aufeinander ausgerichtet, ebenso wie die Ränder 178, 182, in einer im Wesentlichen kontinuierlichen ringförmigen geometrischen Form, wenn die Werkstückhalterung 60 sich in der abgesenkten Prozessposition befindet. Die Beziehung zwischen den Abschnitten 168, 170 ist in 8A gezeigt, wobei sich die Werkstückhalterung 60 in ihrem angehobenen Zustand befindet, und in 8B, wobei sich die Werkstückhalterung 60 in ihrem abgesenkten Zustand mit geschlossenem Deckel 14 und bereit zur Bearbeitung des Werkstücks 30 befindet. Die Ausrichtung der Rippen 176, 180, wenn die Werkstückhalterung 60 abgesenkt wird, definiert einen im Wesentlichen kontinuierlichen Materialring mit einer radialen Abmessung, die den Ort der Außenumfangskante des Werkstücks 30 effektiv radial nach außen in Richtung zum Außendurchmesser des Opferrings 160 schiebt. Die obere Fläche der Rippen 176, 180 kann im Wesentlichen koplanar mit der benachbarten oberen Fläche des Werkstücks 30 sein. Der Opferring 160 weist eine kontaktlose Beziehung zu dem Werkstück 30 auf, wenn sich die Werkstückhalterung 60 in ihrer abgesenkten Position befindet.
Der Opferring 160, der in einer Ausführungsform etwa zehn Millimeter breit sein kann, ist aus einem verbrauchbaren Material gebildet, das geätzt wird, wenn es dem Plasma ausgesetzt ist. Das verbrauchbare Material kann aus einem organischen Polymer oder einem weiteren Material (z. B. Silizium) in ähnlicher Zusammensetzung wie das Material des Werkstücks 30, das mittels Plasma geätzt werden soll, bestehen. Geeignete organische Polymere können Polyether-Etherketon (PEEK), Polyimid und Polyamid oder Nylon enthalten, sind jedoch nicht hierauf beschränkt. Der Opferring 160 kann aus diesem Typen von Materialien mittels Techniken hergestellt werden, die einem gewöhnlichen Fachmann vertraut sind.
Organische Polymere können besonders geeignete Materialien für die Zusammensetzung des Opferrings 160 sein, wenn z. B. das Plasma des Plasmabehandlungssystems 10 verwendet wird, um eine Schicht von Photoresist vom Werkstück 30 abzulösen. In diesem Beispiel ist das Material, das den Opferring 160 bildet, der Zusammensetzung des Materials ähnlich, das durch das Plasmaätzen vom Werkstück entfernt wird. Wenn das Material des Opferrings 160 durch Plasmaätzen erodiert wird, kann es Ätznebenprodukte bilden, die relativ flüchtig sind, und die folglich leicht aus dem Bearbeitungsbereich 28 mittels der Vakuumpumpe 36 evakuiert werden können. Dementsprechend können eine Kontamination oder ein Rest auf den Seitenwänden 13 der Vakuumumhüllung 12 und der Komponenten darin, einschließlich des Werkstückes 30 selbst, von dem Ätzen des Opferrings 160 vernachlässigbar sein.
Die radiale Abmessung der Rippen 176, 180 ist so gewählt, dass das Verschieben an den effektiven Ort der Umfangskante des Werkstücks 30 optimiert wird. Mit anderen Worten, das Werkstück 30 präsentiert dem Plasma einen größeren effektiven Durchmesser, so dass die eigentliche Zone der relativ hohen Ätzrate, die von den Werkstückkanteneffekten stammt, den Opferring 160 ätzt, statt das Werkstück 130 an seinem Umfangsrand. Die Gleichmäßigkeit der Plasmabehandlung über dem Werkstück 30 wird verbessert, da diese höhere Ätzrate radial nach außen aus dem Werkstück 30 herausgeschoben wird. Die Rippen 176, 180 werden im Bearbeitungsbereich 28 dem Plasma ausgesetzt, wenn das System 10 verwendet wird, um Plasma zu erzeugen und die obere Fläche 27 des Werkstücks 30 zu behandeln. Im Allgemeinen weist der Opferring 160 eine ringförmige geometrische Form auf, die gekennzeichnet ist durch einen Innendurchmesser ID ungefähr gleich einem Außendurchmesser der Außenumfangskante 31 des Werkstücks 30. Die Differenz des Innendurchmessers ID und des Außendurchmessers des Opferrings 160 definiert dessen effektive radiale Abmessung.
Der Opferring 160 kann verwendet werden, um den der Plasmabehandlung eigenen Kanteneffekt von der Außenumfangskante 31 des Werkstücks 30 zu einem Umfang 162 des Opferrings 160 zu verschieben. Durch diese Einrichtung, und obwohl nicht gewünscht ist, durch die Theorie beschränkt zu sein, wird angenommen, dass der Opferring 160 bewirkt, dass der Werkstückkanteneffekt am Umfang verringert oder abgeschwächt wird, indem seine eigene Behandlungsgleichmäßigkeit während der Plasmaprozesse geopfert wird, wenn der begünstigte Kanteneffekt die Ätzrate hauptsächlich über dem verbrauchbaren Material des Opferrings 160 erhöht. Folglich ist die Ätzrate über dem Werkstück 30 gleichmäßiger, da eine geringere Variation der Ätzrate zwischen den zentralen Bereichen und den Umfangskantenbereichen des Werkstücks 30 auftritt.
Die Lebensdauer des Opferrings 160 zur Aufrechterhaltung seiner Effektivität beim effektiven Verschieben des Ortes der Außenumfangskante des Werkstücks 30 kann durch sein Baumaterial und die Besonderheiten des Plasmaprozesses bedingt sein. Der Opferring 160 kann bei Bedarf ersetzt werden, da er eine verbrauchbare Komponente ist.
Der Opferring 160 stellt eine einfache und effektive Technik zum Verbessern der Gleichmäßigkeit einer Plasmabehandlung über einem Wafer in einer Anwendung auf Wafer-Ebene, wie z. B. das Plasmaätzen, das Photoresistablösen oder -entfernen, die Oberflächenreinigung, die Oberflächenaktivierung und die Dünnschichtabscheidung dar. Der Opferring 160 kann implementiert werden, ohne die Kapitalkosten für das Plasmabehandlungssystem 10 deutlich zu erhöhen. Ferner kann der Opferring 160 verwendet werden, um die Gleichmäßigkeit der Plasmabehandlung über das Werkstück zu verbessern, ohne zeitaufwändige oder teuere Ätzprozesse oder Ätzanlagen zu erfordern. Plasmabehandlungssysteme können in einer einfachen und kostengünstigen Weise mit dem Opferring 160 nachrüstbar sein, um Ätzgleichmäßigkeitsprobleme, die aus Kanteneffekten entstehen, zu bekämpfen.
Die Bezugnahme hierin auf Ausdrücke, wie z. B. ”vertikal”, ”horizontal”, und dergleichen sind lediglich beispielhaft und keinesfalls einschränkend, um einen dreidimensionalen Bezugsrahmen zu etablieren. Der Ausdruck ”horizontal”, wie er hier verwendet wird, ist als eine Ebene im Wesentlichen parallel zu einer Ebene definiert, die eine der gegenüberliegenden Flächen der Elektroden 22, 24 unabhängig von der Orientierung enthält. Der Ausdruck ”vertikal” bezieht sich auf eine Richtung senkrecht zu der Horizontalen, wie sie eben definiert worden ist. Ausdrücke wie ”oben”, ”unten”, ”auf”, ”über”, ”unter”, ”Seite” (wie in ”Seitenwand”), ”höher”, ”niedriger”, ”oberhalb”, ”unterhalb” und ”unter” sind in Bezug auf die horizontale Ebene definiert. Es ist klar, dass verschiedene andere Bezugsrahmen verwendet werden können, ohne vom Erfindungsgedanken und Umfang der Erfindung abzuweichen, wobei ein gewöhnlicher Fachmann erkennen wird, dass der definierte Bezugsrahmen relativ und nicht absolut ist.
Während die Erfindung anhand einer Beschreibung verschiedener Ausführungsformen erläutert worden ist, und während diese Ausführungsformen beachtlich genau beschrieben worden sind, ist es nicht die Absicht der Anmelder, den Umfang der beigefügten Ansprüche auf solche Einzelheiten zu beschränken oder in irgendeiner Weise zu begrenzen. Zusätzliche Vorteile und Modifikationen sind für Fachleute offensichtlich. Die Erfindung ist in ihren breiteren Aspekten daher nicht auf die spezifischen Einzelheiten, die repräsentative Vorrichtung und die Verfahren sowie die erläuternden Beispiele, die gezeigt und beschrieben sind, beschränkt. Dementsprechend können Abweichungen von solchen Einzelheiten vorgenommen werden, ohne vom Erfindungsgedanken oder Umfang des allgemeinen erfinderischen Konzepts der Anmelder abzuweichen. Der Umfang der Erfindung selbst soll nur durch die beigefügten Ansprüche definiert sein.
Zusammenfassung
Vorrichtung und Verfahren zum Verbessern der Behandlungsgleichmäßigkeit in einem Plasmaprozess. Ein Opferkörper (104), der sich während der Plasmabearbeitung um eine Außenumfangskante (31) des Werkstücks (30) erstreckt, besteht aus einem mittels Plasma entfernbaren Material. Der Opferkörper (104) kann mehrere Abschnitte (168, 170) enthalten, die so angeordnet sind, dass sie eine kreisförmige geometrische Form definieren. Der Opferkörper (104) dient dazu, den effektiven Außendurchmesser des Werkstücks (30) zu erhöhen, was bewirkt, dass die schädlichen Kanteneffekte, die der Plasmabearbeitung zu eigen sind, abgeschwächt werden, indem die Ätzrate nahe der Außenumfangskante (31) des Werkstücks 30 effektiv reduziert wird.

Claims

Vorrichtung zur Verwendung bei der Plasmabearbeitung eines Werkstücks, das eine Außenumfangskante aufweist, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Opferkörper, der aus einem mittels Plasma entfernbaren Material besteht, wobei der Opferkörper so ausgeführt ist, dass er um die Außenumfangskante des Werkstücks angeordnet ist, so dass ein Außendurchmesser des Werkstücks effektiv vergrößert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Opferkörper mehrere Abschnitte enthält, die so ausgeführt sind, dass sie eine ringförmige geometrische Form aufweisen, wenn sie in einer nebeneinanderliegenden Beziehung platziert sind, wobei die mehreren Abschnitte so konfiguriert sind, dass sie konzentrisch mit dem Werkstück angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Opferkörper aus einem organischen Polymer besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das organische Polymer Polyether-Etherketon (PEEK), Polyimid oder Polyamid ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Opferkörper aus einem Material besteht, das eine Zusammensetzung ähnlich einem Material aufweist, das einen Teil des dem Plasma ausgesetzten Werkstücks bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Opferkörper eine ringförmige geometrische Form aufweist, sowie einen Innendurchmesser, der etwa gleich einem Außendurchmesser der Außenumfangskante des Werkstücks ist.
Vorrichtung zur Plasmabearbeitung eines Werkstücks, das eine Außenumfangskante, eine erste Fläche und eine zweite Fläche, die durch die Außenumfangskante verbunden sind, aufweist, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Vakuumumhüllung, die so konfiguriert ist, dass sie ein Plasma enthält, wobei die Vakuumumhüllung ein Trägerpodest enthält, das so ausgeführt ist, dass es die zweite Fläche des Werkstücks berührt und unterstützt, wenn die erste Fläche des Werkstücks dem Plasma ausgesetzt ist; und einen Opferkörper, der aus einem mittels Plasma entfernbaren Material besteht, wobei der Opferkörper sich um die Außenumfangskante des auf dem Podest unterstützten Werkstücks erstreckt, so dass ein Außendurchmesser des Werkstücks effektiv erhöht wird.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Opferkörper mehrere Abschnitte enthält, die so angeordnet sind, dass sie eine ringförmige geometrische Form aufweisen, wenn sie nebeneinanderliegend platziert sind, wobei die mehreren Abschnitte so konfiguriert sind, dass sie konzentrisch mit dem Werkstück angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, ferner umfassend: einen Wafer-Hebemechanismus, der innerhalb der Vakuumumhüllung angeordnet ist, wobei der Wafer-Hebemechanismus eine Waferhalterung enthält, die zwischen einer ersten Position, in der die Waferhalterung das Werkstück in einer kontaktlosen Beziehung zu dem Trägerpodest hält, und einer zweiten Position, in der die Waferhalterung die zweite Fläche des Werkstücks in einer Kontaktbeziehung zu dem Trägerpodest platziert, beweglich ist, wobei der erste Abschnitt des Opferkörpers von der Waferhalterung getragen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der zweite Abschnitt benachbart zu dem Trägerpodest montiert ist, und wobei der zweite Abschnitt unbeweglich ist, wenn die Waferhalterung zwischen der ersten und der zweiten Position bewegt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Opferkörper aus einem organischen Polymer besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das organische Polymer Polyether-Etherketon (PEEK), Polyimid oder Polyamid ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Opferkörper aus einem Material besteht, das eine Zusammensetzung ähnlich einem Material aufweist, das einen Teil des dem Plasma ausgesetzten Werkstücks bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Opferkörper eine ringförmige geometrische Form aufweist, sowie einen Innendurchmesser, der etwa gleich einem Außendurchmesser der Außenumfangskante des Werkstücks ist.
Verfahren zum Plasmaätzen eines Werkstücks, das eine erste Fläche, eine zweite Fläche und eine Außenumfangskante, die die erste und die zweite Fläche verbindet, aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Anordnen eines Opferkörpers, der aus einem mittels Plasma entfernbaren Material besteht, um die Außenumfangskante des Werkstücks; Beaufschlagen der ersten Fläche des Werkstücks und des Opferkörpers mit einem Plasma; und Verschieben der maximalen Ätzrate von einem Ort der ersten Fläche des Werkstücks zu einem anderen Ort auf dem Opferkörper.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend: Unterstützen der ersten Fläche des Werkstücks auf einem Trägerpodest, das innerhalb einer Vakuumumhüllung angeordnet ist, die das Plasma während des Ätzprozesses einschließt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Opferkörper in mehrere Abschnitte unterteilt ist, die dann, wenn sie ausgerichtet sind, eine ringförmige geometrische Form definieren, ferner umfassend: vorübergehendes Unterstützen des Werkstücks auf einem Wafer-Hebemechanismus, der innerhalb der Vakuumumhüllung angeordnet ist; Bewegen des Wafer-Hebemechanismus, um das Werkstück vom Wafer-Hebemechanismus zum Trägerpodest zu befördern; und wenn das Werkstück befördert wird, Ausrichten wenigstens eines der Abschnitte des Opferkörpers auf wenigstens einen weiteren Abschnitt des Opferkörpers, um eine im Wesentlichen kontinuierliche ringförmige geometrische Form zu definieren.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner umfassend: Unterstützen des Werkstücks auf dem Trägerpodest, während die erste Fläche des Werkstücks geätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend: Erodieren des Materials des Opferkörpers durch die Beaufschlagung mit dem Plasma; und Ersetzen des Opferkörpers durch einen weiteren Opferkörper, nachdem eine ausreichende Erosion des Opferkörpers stattgefunden hat.