DE19855655A1 - Plasmakammer mit erosionsresistenten Halteschrauben - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung ist zum Behandeln eines Wafers bei Herstellung mit einem erosiven Plasma in einer kontaminationsgesteuerten Umgebung vorgesehen. Die Vorrichtung enthält eine Kammer zum Aufnehmen des Wafers, welcher durch das Plasma behandelt werden soll, und zum Isolieren des Wafers vor Schmutzstoffen außerhalb der Kammer während der Behandlung. Die Kammer enthält ebenfalls eine oder mehrere plasmaerosionsresistente Schrauben. Jede Schraube weist einen Schaft, welcher innerhalb der Kammer derartig befestigt ist, daß der Schaft dem Plasma nicht ausgesetzt ist und einen erhöhten Kopf auf, welcher integral mit dem Schaft ist und aus dem gleichen Material wie der Schaft hergestellt ist. Der Kopf weist eine kontinuierliche, konkave Oberflächenform mit einer reduzierten Anzahl von Kanten auf, um so die Ansammlung von Ladung darauf zu reduzieren, wodurch er einer Erosion durch das Plasma widersteht.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft Plasma-Behandlungskammern, wie bei­ spielsweise solche, die zur Herstellung von integrierten Halbleiterschaltungen benutzt werden.

Fig. 1 zeigt eine Plasmakammer, welche beispielsweise zur Herstellung von in­ tegrierten Halbleiterschaltungen benutzt werden könnte. Wie gezeigt ist, wird ein Wafer (auf welchem z. B. eine oder mehrere integrierte Halbleiterschaltungen aus­ gebildet sind) zwischen ersten und zweiten Elektroden e1 und e2, welche an ge­ genüberliegenden Seiten der Kammer angeordnet sind, positioniert. Der Wafer W wird ebenfalls zwischen ebenfalls an gegenüberliegenden Seiten der Kammer be­ findlichen Nord- und Südpolen m1, m2 eines Magneten plaziert, wobei dessen Seiten orthogonal zu den Seiten sind, an welchen die Elektroden e1 und e2 ange­ ordnet sind. Ein Niederdruckgas G wird in die Plasmakammer durch eine Einlaß­ öffnung, wie beispielsweise einen Brausekopf S. eingeführt. Eine Spannungs­ quelle V legt eine oszillierende Spannung (von z. B. 13.58 MHz) an den Elektro­ den e1 und e2 an, um ein elektrisches Feld E zu erzeugen, welches zwischen den zwei Elektroden e1 und e2 ausgerichtet ist. Dies zielt darauf ab, die Moleküle des Niederdruckgases G zu veranlassen, in einer zykloiden Bewegung zu kreisen. Der Nord- und der Südpol m1 und m2 des Magneten führen ein Magnetfeld B ein, welches zwischen den zwei Polen ausgerichtet ist, wobei das Magnetfeld B ortho­ gonal zu dem elektrischen Feld E ist. Dies zielt darauf ab, die Zusammenstöße der kreisenden Moleküle zu erhöhen, wodurch sie vollständig ionisiert werden, um das Plasma P über dem Wafer W auszubilden. Ein Kühlmittel C, wie bei­ spielsweise flüssiges Helium, kann auf der Unterseite des Wafers W zirkuliert werden lassen, um ihn während der Behandlung zu kühlen.

Fig. 2 zeigt eine detailliertere Ansicht bestimmter Teile einer eigentlichen Plas­ makammer 100, wie beispielsweise die MXP Centura™, welche von Applied Materials, Inc.™, ansässig in Santa Clara, Kalifornien, vertrieben wird. Die Kammer 100 weist zylindrisch geformte Seitenwände 105 auf. Eine Kathode 110 ist am Boden der Kammer 100 angeordnet. Ein Sockel 120 ist an der Kathode 110 befestigt. (Eigentlich können zusätzliche Teile an der Kathode 110, zwischen der Kathode 110 und dem Sockel 120 angebracht werden, wie beispielsweise ein O-Ring und eine Aluminiumplatten-Zwischenschicht. Diese sind aus Gründen der Kürze weggelassen.) Der Sockel 120 ist durch Einschrauben von Schrauben durch die Löcher 122 des Sockels 120 und die Löcher 112 der Kathode 110 befe­ stigt. Ein Quarz-Sockeleinlegring, nicht gezeigt, kann nun in der Kammer 100 angeordnet werden, wobei er den Sockel 120 umgibt (zum Zweck des Verbes­ serns der Gleichmäßigkeit des Plasmagasstroms über den gesamten Wafer W). Eine transparente Quarzabdeckung oder ein Fokusring 150 kann dann an die Oberseite der Kammer 100 angebracht werden, um eine gasdichte Versiegelung auszubilden, wodurch das Plasma P innerhalb der Kammer 100 eingeschlossen und der Wafer W vor einer Kontamination von außen isoliert wird. Wie gezeigt wird die Quarzabdeckung oder der Fokusring 150 durch Einschrauben von Schrauben 130 durch Löcher 132 an der Kammer 100 oder ein anderes Teil, wel­ ches darin befestigt ist (aus Gründen der Kürze nicht gezeigt), befestigt. Eine Quarzkappe kann auf der Oberseite einer jeden Schraube 130 plaziert werden.

Der Wafer W kann an den Sockel 120 auf eine von zwei Arten befestigt werden. Der Sockel 120 kann ein elektrostatischer Spannsockel sein. Solch ein Sockel 120 kann eine elektrostatische Ladung hervorrufen, welche den Wafer W während der Behandlung in Position hält. Alternativ kann ein gewöhnlicher Sockel 120 benutzt werden. In einem solchen Fall ist der Wafer W unter Benutzung eines Klemmringes 160 an dem Sockel 120 festgeklemmt. Wie gezeigt, weist der Klemmring 160 eine Vielzahl von Spitzen 170 auf, welche sich radial in Richtung des Inneren des Ringes 160 erstrecken. Die Abmessungen des Klemmringes 160 sind derartig, daß dessen Ring 165 einen größeren Durchmesser als der Wafer W aufweist und den Wafer nicht berührt. Vielmehr sind nur die Spitzen 170 in Kontakt und berühren den Wafer W. Die Spitzen 170 weisen Löcher 172 auf, um ein Schrauben des Klemmringes 160 an den Sockel 120 zu ermöglichen, wobei (z. B. Metall) Schrauben 131 benutzt werden (welche wiederum durch nicht gezeigte Graphitstopfen abgedeckt sind), so daß die Spitzen 170 in Kontakt sind und auf den Wafer W nach unten drücken, wodurch er in Position gehalten wird.

Eine Plasmabehandlung wird gewöhnlich verwendet, um Strukturen auf einen Wafer zu ätzen, wie beispielsweise polykristallines Silizium (poly) und Oxid­ strukturen. Insbesondere werden Waferstrukturen, welche nicht geätzt werden sollen, mit einer Maske abgedeckt, während Waferstrukturen, welche geätzt wer­ den sollen, unbedeckt belassen werden. Die Behandlung, welche das Plasma verwendet, erodiert die unbedeckten Strukturen.

Ein solcher plasmaerosiver Effekt betrifft auch die verschiedenen Teile in der Kammer 100. Dies reduziert die Lebensdauer der Teile. Weil solche Teile wäh­ rend des Behandelns des Wafers erodiert werden, wird das erodierte Material der Teile darüber hinaus in die Plasmakammer 100 als Schmutzstoff eingeführt. Dies führt dazu, daß sich die Ausbeute an integrierten Halbleiterschaltungen, welche aus den behandelten Wafern ausgebildet werden, verringert. Zwei Teile, die be­ sonders dem plasmaerosiven Effekt unterliegen, sind die Schrauben 130, welche verwendet werden, um den Quarz-Fokusring oder die Abdeckung 150 (und die theoretisch verwendet werden können, um andere Objekte in der Plasmakammer 100 zu befestigen) und die Klemmringe 160.

Fig. 3 zeigt die Anordnung der Schraube 130 und Kappe 140 im Detail. Die Schraube 130 enthält einen gewindetragenden Schaft 135 und einen Kopf 137, welcher angebracht an und integral mit der Oberseite der Schraube 130 ist. Die Schraube 130 ist vorzugsweise aus einem Polyimidmaterial, wie beispielsweise das Material, welches unter dem Markennamen Vespel™ von DuPont Engi­ neering Polymers™ angesiedelt in Newark, Delaware, vertrieben wird. Der Schraubenkopf 137 weist eine konvexe Form auf. Insbesondere weist der Schraubenkopf 137 eine Vertiefung oder einen Schlitz 139 auf, welcher darin ausgebildet ist, um eine Schraubenzieherklinge aufzunehmen. Der Schraubenkopf 137 als solcher weist scharfe "zugespitzte" Kanten 131 und 133 auf, wobei die Kanten 131 und 133 jeweils einen kleinen Oberflächenbereich aufweisen.

Die Schraube 130, insbesondere der Schraubenkopf 137, unterliegt der Erosion durch das Plasma. (Der Schaft 135 ist typischerweise vollständig in einen ande­ ren Gegenstand in der Kammer 100 eingeschraubt, wie beispielsweise das Loch 132. Folglich wird lediglich der Schraubenkopf 137 dem Plasma der Kammer 100 ausgesetzt.) In einem Ansatz die Lebensdauer der Schraube 130 zu verlän­ gern, wird eine schützende Quarzkappe 140 typischerweise über der Schraube angeordnet. Die Quarzkappe 140 weist eine Öffnung 141 auf, welche größer als der Schraubenkopf bemessen ist, so daß sie über den Schraubenkopf 137 ange­ ordnet werden kann und den Schraubenkopf 137 abdecken kann.

Es gibt verschiedene Probleme bei der Anordnung der Schraube 130 und der Quarzkappe 140. Erstens ist es schwierig eine Kappe 140 herzustellen, welche eng auf die Schraube 130 paßt. Dies hat zwei Konsequenzen. Insbesondere ist etwas Plasma in der Lage, die Schraube 130 zu erreichen und sie zu erodieren. Das erodierte Material erzeugt einen Aufbau von kontaminierenden Partikeln in der Öffnung 140. Dies verschmutzt den Wafer. Zusätzlich wird die nutzbare Le­ bensdauer der Schraube 130 auf nur ungefähr 100 Stunden begrenzt, bevor sie zu sehr erodiert ist, um wiederbenutzt zu werden.

Zweitens kann während der Benutzung die Schwingung der Kammer 100 die Kappen 140 entfernen, was bewirkt, daß eine oder mehrere beschädigt werden oder unter (oder in) einem der vielen abnehmbaren Teile der Maschine (von denen nur einige in Fig. 1 gezeigt sind) verloren gehen können. Da die Quarzkappen 140 sehr teuer sind (z. B. ca. US$ 40 pro Stück), steigert dies wesentlich die Her­ stellungskosten von integrierten Halbleiterschaltungen.

Zusätzlich wird die Kammer 100 in einer Anwendung verwendet, bei welcher die Kontamination gesteuert ist. Der Bediener der Kammer muß deshalb schützende Handschuhe während des Einführens und Einschraubens der Schrauben 130 tra­ gen. Da dies sowohl ein Anordnen der Schraube in einem Loch und ein Benutzen eines Schraubenziehers erfordert, erfordert die Bedienung eine große Menge an Zeit, wodurch die Menge an Zeit reduziert wird, in welcher die Kammer 100 für den Herstellungsprozeß benutzt werden kann.

Es ist ein Ziel der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwin­ den.

Dieses und weitere Ziele werden durch die Erfindung erreicht. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine Vorrichtung zum Behandeln eines Wafers unter Herstellung mit einem erosiven Plasma in einer kontaminationsgesteuerten Um­ gebung vorgesehen. Die Vorrichtung enthält eine Kammer zum Aufnehmen des Wafers, welcher durch das Plasma behandelt werden soll, und zum Isolieren des Wafers vor Schmutzstoffen außerhalb der Kammer während der Behandlung. Die Kammer enthält ebenfalls eine oder mehrere plasmaerosionsresistente Schrauben. Jede Schraube weist einen Schaft auf, welcher innerhalb der Kammer derartig befestigt ist, daß der Schaft nicht dem Plasma ausgesetzt ist, und einen erhöhten Kopf, welcher damit integral und aus dem gleichen Material wie der Schaft herge­ stellt ist. Der Kopf weist eine kontinuierliche, konkave Oberflächenform mit ei­ ner reduzierten Anzahl von Kanten auf, um so die Ansammlung von Ladung dar­ auf zu reduzieren, wodurch einer Erosion durch das Plasma widerstanden wird.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung wer­ den nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer konventionellen Plasmakammer;

Fig. 2 eine auseinandergezogene Ansicht einer konventionellen Plasmakammer;

Fig. 3 eine konventionelle Schrauben-und-Kappen-Anordnung; und

Fig. 4 eine Schraube gemäß der Erfindung.

Diese Erfindung basiert auf der Feststellung, daß die Schraubenschlitzkanten (z. B. Schlitz 139, Kanten 131 und 133) am meisten dem Angriff durch die Plasmaero­ sion unterliegen. Insbesondere ist es bekannt, daß das Magnetfeld B eine Net­ todrift in dem Plasma P bewirkt, welche aus geladenen Ionen besteht. Als Ergeb­ nis sammelt sich eine positive Nettoladung an einem der magnetischen Pole an, und eine negative Nettoladung sammelt sich an dem anderen magnetischen Pol an. Dies kann eine Ladung auf jedes Objekt in der Kammer 100, wie beispiels­ weise den Wafer W oder die Schrauben 130, induzieren. Wie gut bekannt ist, neigt eine negative Ladung dazu, sich an einem Punkt eines Gegenstandes zu konzentrieren, welcher ein geringes Volumen und einen kleinen Oberflächenbe­ reich aufweist, wie beispielsweise die Ränder der Schraubenschlitze. Die hoch­ konzentrierte angesammelte Ladung an den Schraubenschlitzkanten erhöht dra­ matisch die Plasmaerosion daran. Es ist als solches wünschenswert, solche Kan­ ten von der Schraube 130 zu entfernen.

Fig. 4 zeigt eine Schraube 200 gemäß der Erfindung. Die Schraube ist in der Form von einer "Daumen"-Maschinenschraube, obwohl andere Schraubenausführungsformen möglich sind. Die Schraube 200 weist einen gewindetragenden Schaft 235 auf, welcher befestigt an und integral mit einem erhöhten Kopf 237 ist. Beispielsweise sind sowohl der Schaft 235 als auch der Kopf 237 integral aus dem gleichen plasmaerosionsresistenten Material hergestellt, wie beispielsweise ein Polyimidmaterial.

Beispielsweise weist der Kopf 237 der Schraube 200 eine Länge von ungefähr l1 ≈ 8 mm auf, obwohl die Länge vorzugsweise 5 mm oder mehr ist. Der Schrau­ benkopf 237 ist eine kontinuierliche konkave Rotationsoberfläche, in diesem Fall ein Zylinder, obwohl andere Formen von Rotationsoberflächen möglich sind, wie beispielsweise Kuppelformen. Der Radius der Schraube 200 ist ungefähr r1 ≈ 5 mm, obwohl jeder Radius von 1-50 mm verwendet werden kann.

Der Radius r1 und die Länge l1 der Schraube 200 werden derartig ausgewählt, daß der Schraubenkopf 237 per Hand bewegt werden kann. Insbesondere wird die Schraube 200, da der Schlitz beseitigt wurde, vorzugsweise manuell in das aufnehmende Loch (z. B. das Loch 132, 152 oder 112) eingeschraubt. Das ist vorteilhaft. Da der Bediener die Schrauben 200 per Hand einführen muß, ist es einfacher dies manuell als mit einem Schraubenzieher zu tun. Darüber hinaus erlaubt es die vergrößerte Höhe l1 der Schraube 200, der Schraube 200 einer grö­ ßeren Erosion ausgesetzt zu sein, bevor sie nicht mehr länger nutzbar ist. Diese Verbesserungen haben die Lebensdauer der Schraube 200 auf ungefähr 300 Stun­ den bis zum Versagen erhöht.

Die Schrauben 200 können in der Kammer 100 (Fig. 2) benutzt werden, um im Grunde genommen jedes Objekt darin oder daran einzuschrauben, wie beispiels­ weise den Sockel 120, den Quarz-Fokusring oder die Abdeckung 150, den Klemmring 160, etc. Wie zuvor, führt der Bediener den gewindetragenden Schaft 235 in das Loch 112, 132, 152 oder 172 ein. Dann dreht der Bediener einfach den Kopf 237 der Schraube manuell bis die Schraube festgezogen ist, z. B. bis der Schaft 235 abgeschirmt vor dem Aussetzen mit dem Plasma in der Kammer 100 ist. Vorzugsweise trägt der Bediener während dieser Bedienung Handschuhe, um ein Kontaminieren der Kammer 100 zu vermeiden.

Die obige Diskussion ist rein beispielhaft für die Erfindung. Fachleute können sich zahlreiche alternative Ausführungsbeispiele ausdenken, ohne von dem Geist und dem Umfang der folgenden Ansprüche abzuweichen.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Behandeln eines Wafers bei Herstellung mit einem erosiven Plasma in einer kontaminationsgesteuerten Umgebung, wobei die Vorrichtung umfaßt:
eine Kammer zum Aufnehmen eines Wafers, welcher durch das Plasma be­ handelt werden soll, und zum Isolieren des Wafers während der Behandlung vor Schmutzstoffen außerhalb der Kammer, und
eine oder mehrere plasmaerosionsresistente Schrauben, wobei jede einen Schaft aufweist, welcher innerhalb der Kammer derartig befestigt ist, daß der Schaft nicht dem Plasma ausgesetzt ist und einen erhöhten Kopf, welcher in­ tegral mit dem Schaft und aus dem gleichen Material wie der Schaft herge­ stellt ist, wobei der Kopf eine kontinuierliche, konkave Oberflächenform mit einer reduzierten Anzahl von Kanten aufweist, um so die Ansammlung von Ladung darauf zu reduzieren, wodurch sie der Erosion durch das Plasma wi­ derstehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der plasmaerosionsresistente Schrauben­ kopf eine Rotationsoberfläche ist und mindestens 5 mm über den Schaft her­ vorsteht, um so das manuelle Einschrauben der Schraube zu erleichtern.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die plasmaerosionsresistente Schraube aus einem Material hergestellt ist, welches einer Erosion durch das Plasma widersteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Material ein Polyimid ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4 weiterhin umfassend:
einen Einlaß in die Kammer zum Einführen eines Niederdruckgases in die Kammer, welches zu einem Plasma ionisiert werden soll,
ein Paar Elektroden an ersten und zweiten gegenüberliegenden Seiten der Kammer zum Erzeugen eines elektrischen Feldes in einer ersten Richtung,
ein Magnet mit einem Nord- und einem Südpol auf dritten und vierten gegen­ überliegenden Seiten der Kammer, wobei die dritten und vierten Seiten or­ thogonal zu den ersten und zweiten Seiten sind, zum Erzeugen eines Magnet­ feldes in einer Richtung, welche orthogonal zu der ersten Richtung ist, und
einen Gegenstand, welcher ein darin ausgebildetes Loch umfaßt, durch wel­ ches der Schaft der Schraube eingeführt wird, um so den Gegenstand an der Kammer zu befestigen, wobei der Schaft vor dem Plasma, welches in der Kammer gebildet wird, abgeschirmt ist.