DE202006020568U1

DE202006020568U1 - Plasmaprozesssystem mit einer elektrostatischen Probenhalteanordnung

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Publication number: DE202006020568U1
Application number: DE202006020568U
Authority: DE
Original assignee: Huettinger Elektronik GmbH and Co KG
Current assignee: Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2016-07-01
Also published as: DE102006030801A1; CN201352541Y; WO2008000245A1

Abstract

Plasmaprozesssystem (1) mit mindestens einem HF-Leistungsgenerator (11), der einer Plasmakammer (9) eine HF-Leistung zuführt, und einer eine Elektrode (8), eine DC-Spannungsquelle (2) und eine in der elektrischen Verbindung zwischen Elektrode und DC-Spannungsquelle (2) angeordnete Filtereinrichtung (7) umfassenden elektrostatischen Probenhalteanordnung, wobei die Filtereinrichtung (7) zumindest ein dissipatives Bauteil (R1, R2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung (7) in einem metallischen Gehäuse untergebracht ist, das mit Masse verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Plasmaprozesssystem mit zumindest einem HF-Leistungsgenerator, der einer Plasmakammer eine HF-Leistung zuführt, und einer eine Elektrode, eine DC-Spannungsquelle und eine in der elektrischen Verbindung zwischen Elektrode und DC-Spannungsquelle angeordnete Filtereinrichtung umfassenden elektrostatischen Probenhalteanordnung.
Es ist bekannt, das Substrat, das in einem HF-Plasma einer Plasmakammer eines Plasmaprozesssystems behandelt, beispielsweise beschichtet oder geätzt wird, elektrostatisch festzuhalten (zu positionieren). Hierzu wird an eine Elektrode, an oder auf der sich das Substrat (Probe) befindet, eine DC-Spannung angelegt. Diese DC-Spannung ist eine Hochspannung und erzeugt eine elektrostatische Anziehungskraft.
Zur Erzeugung des Plasmas wird der Plasmakammer eine von einem HF-Leistungsgenerator erzeugte HF-Leistung induktiv oder kapazitiv zugeführt. Es können auch mehrere HF-Leistungen, z. B. mit unterschiedlicher Frequenz, zugeführt werden. Um negative Auswirkungen auf das Plasmaprozesssystem zu vermeiden, sollte die DC-Spannung den HF-Leistungsgenerator und die HF-Leistung (HF-Strom und/oder HF-Spannung), bzw. dadurch angeregte Schwingungen, die DC-Spannungsquelle nicht beeinflussen. Eine Beeinflussung des HF-Generators durch die DC-Spannung ist normalerweise ausgeschlossen, da es in HF-Plasmaprozesssystemen in der Regel eine galvanische Trennung zwischen der Plasmakammer und dem HF-Leistungsgenerator gibt.
DC-Spannungsquellen weisen in der Regel Ausgangsfilter auf, die meistens aus rein reaktiven Bauteilen bestehen. Diese können Schwingkreise bilden und, wenn sie angeregt werden, in Schwingungen kommen. Angeregt werden die Schwingungen z. B. durch Ein- oder Ausschalten der DC-Spannungsquelle oder durch Inhomogenitäten im Plasma und/oder durch Spannungsänderungen an der Plasmaelektrode.
Die Plasmalast kann induktiv oder kapazitiv wirken. Auch dies kann die reaktiven Bauteile in den Ausgangsfiltern zu Schwingungen anregen. Diese Schwingungen können sehr störend sein und sich in den genannten Schwingkreisen aufschaukeln und so negative Folgen haben. Diese unerwünschten Schwingungen liegen zumeist im Bereich von einigen bis mehreren 100 kHz.
Es besteht daher die Aufgabe, eine direkte oder indirekte Beeinflussung der DC-Spannungsquelle durch die HF-Leistung zu vermeiden. Hierzu wird in der US 6,921,720 eine Filteranordnung gezeigt, die aus zwei Induktivitäten in Serie und einer Kapazität nach Masse besteht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Plasmaprozesssystem mit verbesserter Entkopplung der DC-Spannungsquelle und ein Verfahren dazu bereit zu stellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß auf ebenso überraschende wie einfache Art und Weise gelöst durch ein Plasmaprozesssystem der eingangs genannten Art, bei dem die Filtereinrichtung zumindest ein dissipatives Bauteil aufweist. Durch dissipative Bauteile kann Energie verbraucht beziehungsweise entzogen werden und können daher unerwünschte Schwingungen gedämpft beziehungsweise unterdrückt werden. Der Einfluss von unerwünschten Schwingungen auf die DC-Spannungsquelle kann dadurch verringert werden. Entgegen der gängigen Praxis, Filtereinrichtungen verlustarm, also insbesondere ohne dissipative Elemente aufzubauen, werden erfindungsgemäß in der Filtereinrichtung dissipative Bauteile verwendet. Die dissipativen Bauteile (vorzugsweise Widerstände) werden vorzugsweise so dimensioniert, dass sie nur minimalen Leistungsverbrauch im Normalbetrieb, d. h. wenn keine unerwünschten Schwingungen auftreten, verursachen und Schwingungen und Störungen optimal unterdrücken, ohne sie zu reflektieren.
In der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung sind dissipative Bauteile zulässig, da für die Ausübung der elektrostatischen Kraft außer dem Lade- und Entladestrom beim Anlegen bzw. Abschalten der Spannung kein Strom fließen muss. Während die Probe elektrostatischen gehalten wird fließt daher kein Strom durch die dissipativen Bauteile, sofern keine unerwünschten Schwingungen auftreten. Es kommt somit im Normalbetrieb allenfalls zu einer vernachlässigbaren Verlustleistung. Treten unerwünschte Schwingungen auf, so ist ein Stromfluss durch die dissipativen Bauteile erwünscht, um Schwingungen zu unterdrücken.
Die erfindungsgemäße Filtereinrichtung kann zusätzlich zu dem zumindest einen dissipativen Bauteil noch ein oder mehrere reaktive Bauteile aufweisen. Die dissipativen Bauteile können dabei in Serie zu den reaktiven Bauteilen geschaltet werden, ohne dass ein unzulässig hoher Leistungsverlust zu befürchten ist.
In einer besonders einfachen Ausführungsform kann die Filtereinrichtung ein dissipatives Bauteil in Serie zu der DC-Spannungsquelle und einen Kondensator nach Masse aufweisen. Eine solche Filtereinrichtung kann beispielsweise bis zu einer HF-Spannung von 1000 V_effeingesetzt werden, wobei typische Werte für die Kapazität C etwa 10 nF und für den Widerstand R etwa 10 kΩ–10M Ω sind.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Filtereinrichtung eine Schutzschaltung für das zumindest eine dissipative Bauteil aufweist. Durch diese Maßnahme ist die Filtereinrichtung und damit auch das Plasmaprozesssystem für HF Spannungen > 1000 V_eff einsetzbar. Durch die Schutzschaltung wird das zumindest eine dissipative Bauteil vor Überlastungen geschützt.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass die Schutzschaltung eine Spule zur Filterung eines AC-Signals, insbesondere einer HF-Spannung, einen Widerstand zur Dämpfung von AC-Signalen (Schwingungen), sowie einen Kondensator zur Entlastung des zumindest einen dissipativen Elements aufweist. Der Kondensator stellt dabei nahezu einen Kurzschluss für die Grundfrequenz des HF-Generators dar, so dass die Grundfrequenz des HF-Generators in der Filtereinrichtung zu keinen großen Verlusten führt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Filtereinrichtung in einem metallischen Gehäuse untergebracht ist, das mit Masse verbunden ist. Vorzugsweise ist dieses Gehäuse in unmittelbarer Nähe der Plasmakammer angeordnet. Dadurch werden sehr kurze HF-Verbindung, sehr gute Masseverbindungen und geringe Störungen ermöglicht.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Filtereinrichtung an der Plasmakammer angeordnet ist. Dabei kann die Filtereinrichtung direkt an der Plasmakammer mit einem oder mehreren Verbindungselementen (z. B. Schrauben oder Nieten) befestigt, insbesondere angeflanscht sein. Durch diese Maßnahme weisen die Masse der Filtereinrichtung und die Masse der Plasmakammer einen sehr geringen Widerstand für hochfrequente Ströme auf.
Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die DC-Spannungsquelle mit einem Anschluss an Masse angeschlossen ist. Vorzugsweise ist die DC-Spannungsquelle mit dem negativen Anschluss an Masse angeschlossen. Besonders vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die von der DC-Spannungsquelle zur Filtereinrichtung führende elektrische Leitung eine Abschirmung aufweist. Besonders bevorzugt ist die Abschirmung ebenfalls an Masse angeschlossen.
Bei einer besonders vorteilhaften und bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Filtereinrichtung und die DC-Spannungsquelle in einem Gehäuse zusammengefasst sind. Dadurch ergibt sich ein einfacher und kostengünstiger kompakter Aufbau. Zudem werden Streufeldeinkopplungen auf die Leitung zwischen der DC-Spannungsquelle und der Filtereinrichtung, die wieder zu Störungen der DC-Spannungsquelle führen könnte, vermieden.
In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem ein Verfahren zur Entkopplung einer DC-Spannungsquelle einer elektrostatischen Probenhalteanordnung einer Plasmakammer, der zumindest ein HF-Leistungssignal zugeführt wird, von AC-Signalen, wobei AC-Signale in der elektrischen Verbindung zwischen einer Elektrode der Probenhalteanordnung und der DC-Spannungsquelle gefiltert werden und zwischen der Elektrode und der DC-Spannungsquelle Energie verbraucht und/oder entzogen wird. Dadurch können unerwünschte Schwingungen wirksam unterdrückt werden. Unerwünschte Schwingungen (AC-Signale) können beispielsweise durch die Anregung von Schwingkreisen in Ausgangsfiltern der DC-Spannungsquelle entstehen. Diese Schwingkreise können mittelbar oder unmittelbar durch das HF-Leistungssignal, Inhomogenitäten im Plasmaprozess, Ein- /Ausschaltvorgänge der DC-Spannungsquelle, externe Signalquellen etc. angeregt werden.
Ein besonders wirksamer Schutz der DC-Spannungsquelle ergibt sich, wenn Energie durch zumindest ein dissipatives Element verbraucht wird.
Um die Einsatzfähigkeit des Plasmaprozesssystems für einen großen HF-Spannungsbereich sicherzustellen, ist es vorteilhaft, wenn das zumindest eine dissipative Element vor Überlastung geschützt wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden nachfolgend mit Bezug zu den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Plasmaprozesssystems mit einer ersten Ausführungsform einer Filtereinrichtung;
2 eine zweite Ausführungsform einer Filtereinrichtung.
In der 1 ist ein Plasmaprozesssystem 1 dargestellt. Das Plasmaprozesssystem 1 umfasst eine DC-Spannungsquelle 2, die einen Netzanschluss 3 umfasst. Die Netzspannung wird durch einen Gleichrichter 4 gleichgerichtet. Dem Gleichrichter 4 ist ein Ausgangsfilter 5 nachgeschaltet. Die negative Elektrode der DC-Spannungsquelle liegt an Masse 6.
Die DC-Spannungsquelle 2 ist über eine Filtereinrichtung 7 mit einer Elektrode 8 einer Plasmakammer 9 verbunden. Durch die DC-Spannungsversorgung 2 wird an der Elektrode 8 eine elektrostatische Anziehungskraft bewirkt, die eine Probe 10 an der Elektrode 8 hält. Die DC-Spannungsquelle 2, die Filtereinrichtung 7 und die Elektrode 8 stellen daher eine Probenhalteanordnung dar. An die Elektrode 8 ist weiterhin ein HF-Leistungsgenerator 11 angeschlossen, zur kapazitiven Einspeisung einer HF-Leistung in die Plasmakammer 9 bzw. einen darin ablaufenden Plasmaprozess. Zwischen Leistungsgenerator 11 und Elektrode 8 ist in der Regel eine Impedanzanpassungsschaltung geschaltet. Die HF-Leistung ist oftmals nicht direkt an die Elektrode 8 angeschlossen, sondern an eine separate, elektrisch isolierte Elektrode oder Antennenanordnung. Auch dann wird HF-Leistung in Richtung der DC-Spannungsquelle 2 gekoppelt und die Filtereinrichtung 7 kann auch dann vorteilhaft eingesetzt werden. Es können mehrere Leistungsgeneratoren 11, z. B solche, die Leistungssignale mit unterschiedlichen Frequenzen, z. B 3,39 MHz und 13,56 MHz, generieren, an die Plasmakammer angeschlossen 9 sein.
Die Plasmakammer 9 liegt ebenfalls an Masse 6. Die Filtereinrichtung 7 weist ein als Widerstand ausgebildetes dissipatives Bauteil R2 und ein als Kondensator ausgebildetes reaktives Bauteil C1 auf, welches ebenfalls an Masse 6 angeschlossen ist. Durch das reaktive Bauteil C1 werden AC-Signale, die beispielsweise durch Anregung des Ausgangsfilters 5 entstehen, gefiltert. Durch das dissipative Bauteil R2 werden AC-Signale gedämpft, beziehungsweise unterdrückt. Insbesondere wird in dem dissipativen Bauteil R2 Energie in Wärme umgewandelt. Dabei ist das dissipative Bauteil R2 so dimensioniert, dass AC Signale an ihm nicht reflektiert werden. Für HF-Generatoren, die bei einer Grundfrequenz von etwa 13 MHz arbeiten, sind für das reaktive Bauteil C1 10 nF und für das dissipative Bauteil R2 100 kΩ –10 MΩ typische Werte. Diese Anordnung ist nicht für beliebig hohe HF-Spannungen ausreichend, da bei etwa 1000 V_eff die Leistung, die in R2 verbraucht wird, so hoch wird, dass die Schaltung unwirtschaftlich wird. Für höhere HF-Spannungen wird daher erfindungsgemäß Folgendes vorgeschlagen: Für die HF-Spannung aus dem HF-Leistungsgenerator 11 (typ 3,39 oder 13,56 MHz) wird ein erster Filter aufgebaut, der keine oder nur wenig Leistung absorbiert. Gleichzeitig wird für die unerwünschten Schwingungen im Bereich von einigen bis 100 kHz ein zweiter Filter aufgebaut, der einen Großteil der Leistung absorbiert. Für diese beiden Anforderungen werden dissipative und reaktive Bauteile dimensioniert. Auf diese Weise werden die dissipativen Bauteile vor einer zu hohen HF-Spannung geschützt.
In der 2 ist eine solche Ausführungsform der Filtereinrichtung 7 dargestellt. Die Filtereinrichtung 7 ist in diesem Fall für höhere HF-Spannungen ausgelegt. Deshalb weist sie eine Schutzschaltung 12 für das dissipative Bauteil R2 auf. Die Schutzschaltung 12 umfasst ein als Spule ausgebildetes reaktives Bauteil L1, welches typischerweise 50 nH hat. Das reaktive Bauteil C1 weist in diesem Ausführungsbeispiele typischerweise 20 nF auf. Die Bauteile C1, L1 bilden den ersten Filter für die Grundfrequenz des HF-Leistungsgenerators 11. Die Bauteile R1, R2 und C1 bilden den zweiten Filter. Eine Dämpfung unerwünschter Schwingungen erfolgt durch das als Widerstand ausgebildete dissipative Bauteil R1, welches typischerweise 10 Ω aufweist. Das dissipative Element R2 ist typischerweise mit 100 bis 900 Ω dimensioniert und dient der Dämpfung unerwünschter Schwingungen und der Gleichstromdurchführung. Durch das reaktive Element C2, welches als Kondensator ausgebildet ist und eine Kapazität von etwa 20 nF aufweist, wird ein Kurzschluss für die Grundfrequenz des HF-Generators 11 realisiert und gleichzeitig das dissipative Bauteil R2 entlastet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6921720 [0006]

Claims

Plasmaprozesssystem (1) mit mindestens einem HF-Leistungsgenerator (11), der einer Plasmakammer (9) eine HF-Leistung zuführt, und einer eine Elektrode (8), eine DC-Spannungsquelle (2) und eine in der elektrischen Verbindung zwischen Elektrode und DC-Spannungsquelle (2) angeordnete Filtereinrichtung (7) umfassenden elektrostatischen Probenhalteanordnung, wobei die Filtereinrichtung (7) zumindest ein dissipatives Bauteil (R1, R2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung (7) in einem metallischen Gehäuse untergebracht ist, das mit Masse verbunden ist.
Plasmaprozesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung (7) ein dissipatives Bauteil (R2) in Serie zu der DC-Spannungsquelle (2) und einen Kondensator (C1) nach Masse (6) aufweist.
Plasmaprozesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung (7) eine Schutzschaltung (12) für das zumindest eine dissipative Bauteil (R2) aufweist.
Plasmaprozesssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschaltung (12) eine Spule (L1) zur Filterung eines AC-Signals, einen Widerstand (R1) zur Dämpfung von AC-Signalen, sowie einen Kondensator (C2) zur Entlastung des zumindest einen dissipativen Elements (R2) aufweist.
Plasmaprozesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung (7) an der Plasmakammer (9) angeordnet ist.
Plasmaprozesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die DC-Spannungsquelle (2) mit einem Anschluss an Masse (6) angeschlossen ist.
Plasmaprozesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung (7) und DC-Spannungsquelle (2) in einem Gehäuse zusammengefasst sind.