DE3543588C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Anordnungen dieser Art sind aus der DE-OS 28 10 554 bekannt. Sie zeichnen sich gegenüber anderen bekannten sogenannten Bootanordnungen, z. B. gemäß US-PS 42 23 048, US-PS 42 82 077 und FR-PS 25 41 509, dadurch aus, daß mit ihnen bei der plasmaverstärkten chemischen Dampfbehandlung ein besonders hoher Prozeß-Gleichförmigkeitsgrad mit Abweichungen von maximal etwa +/- 5% auf den behandelten oder bearbeiteten Werkstück von einem Ende der beladenen Bootanordnung zum anderen erzielbar ist, eine hohe Abscheiderate bei relativ niedriger Spitzenleistung des HF-Generators erhalten wird und bei jedem Zyklus des chemischen Dampfabscheidungsprozesses besonders viele Werkstücke mit der hohen Abscheiderate behandelt werden können, so daß eine hohe Werkstückausbeute erreicht wird.

Bei den bekannten Bootanordnungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sind die einzelnen Elektrodenplatten mechanisch gleichzeitig von beiden elektrisch leitenden Schienen getragen, wobei sie sich auf der Schiene, mit der sie nicht elektrisch verbunden werden dürfen, über eine Isolation abstützen, die diese Schiene umgibt und sich zu beiden Seiten der betreffenden Elektrodenplatte bis zu den dieser benachbarten erstreckt. Dadurch besteht insbesondere bei der Dampfabscheidung von elektrisch leitendem Material die Gefahr, daß benachbarte Elektrodenscheiben, zwischen denen das Plasma erregt wird, durch Material, das auf der Isolation mit abgeschieden wird, mehr oder weniger kurzgeschlossen werden und dadurch die Plasmabildung zumindest gestört wird. Die Isolation auf den Schienen muß daher zwischen den Behandlungszyklen sehr häufig gereinigt werden, wobei trotzdem bereits während eines laufenden Zyklus eine Plasmastörung eintreten kann, die zu einer Minderung der Qualität der Abscheidung auf den Werkstücken führt. Die Auswirkungen einer Materialabscheidung bestimmter Dicke auf der Schienenisolation sind zudem um so größer je näher beieinander sich die Elektrodenscheiben befinden, so daß hiervon auch der zulässige Mindestabstand der Elektrodenscheiben und damit die Aufnahmekapazität der Bootanordnung sowie die Abscheiderate und/oder die nötige Generator-Spitzenleistung betroffen sind.

Gegenüber dem vorgenannten Stand der Technik besteht die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin, eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, bei der die Gefahr eines Nebenschlusses zwischen einander benachbarten Elektrodenscheiben durch auf deren tragende Struktur aus der Dampfphase abgeschiedenes Material zuverlässig ausgeschlossen und damit die Ausbildung eines homogenen, die Werkstücke gleichmäßig beaufschlagenden Plasmafeldes gewährleistet ist.

Die vorgenannte Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Bootanordnung haben die Elektrodenscheiben innerhalb des reaktiven Bereichs in der Reaktionskammer überhaupt keinen, also auch keinen indirekten, körperlichen Kontakt mit der elektrisch leitenden Schiene, gegen die sie zu isolieren sind, so daß auch keine strukturellen Teile für die Bildung von Nebenschlüssen zwischen benachbarten Elektrodenscheiben durch abgeschiedenes Material vorhanden sind.

Aus der US-PS 42 23 109 ist es bereits bekannt, mit zueinander parallelen Breitseiten hintereinander in einer von Ätzgas durchströmten Reaktionskammer angeordnete, zu behandelnde Werkstücke tragende Elektrodenplatten, zwischen denen ein Plasma erzeugt wird, wechselweise so mit zwei elektrisch leitenden, an eine Gleichspannungsquelle angeschlossenen Schienen zu verbinden, daß sie sowohl elektrisch als auch mechanisch nun mit einer der Schienen in Kontakt stehen und zwischen ihnen und der anderen Schiene im Freiraum vorhanden ist.

Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Anordnung gemäß dem Patentanspruch 1, wobei der Unteranspruch 2 eine bevorzugte Maßnahme im Hinblick auf die Halterung der Schienen zum Gegenstand hat und die Merkmale der Patentansprüche 3 und 4 es ermöglichen, auf besonders einfache Weise Werkstücke von unterschiedlichen Abmessungen mit der gleichen Bootanordnung in ein und demselben Behandlungszyklus und ohne die Notwendigkeit umständlicher und damit zeitraubender Umstellungsarbeiten für die Werkstückaufnahme so zu bearbeiten, daß sie von dem Plasmafeld gleichmäßig beaufschlagt werden.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine mit einer Bootanordnung ausgestattete Vorrichtung zum Teil in schematischer Darstellung und zum Teil als Blockdiagramm,

Fig. 2 die Querschnittsansicht der Anordnung nach Fig. 1 entlang der Schnittlinie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 die Draufsicht - teilweise weggebrochen - auf die in Fig. 1 dargestellte Bootanordnung,

Fig. 4 die Bootanordnung gemäß Fig. 3 in Seitenansicht,

Fig. 5 die Stirnansicht des einen Endes der Bootanordnung nach Fig. 3 und

Fig. 6 die Querschnittsansicht von dem entlang der Schnittlinie 6-6 in Fig. 5 geschnittenen Teil des Endes der Bootanordnung gemäß Fig. 4.

Die Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 10 zum Herbeiführen einer extern angeregten, nicht-thermischen chemischen Reaktion, bei der ein oder mehrere, durch den Pfeil 14 bezeichnete gasförmige Reaktanten über eine nicht dargestellte Rohrleitung, durch eine Strömungssteuereinrichtung reguliert, in Kanäle 16 und 18 einer Verschluß-Endkappe 20 einer Ofenanordnung 22 der Vorrichtung 10 gelangen. Die Ofenanordnung 22 weist O-Ringe 24 bzw. 26 auf, die eine gasdichte Abdichtung zwischen den Endkappen 20 und 28 und einem aus drei Segmenten bestehenden Heizelement 30, 32 und 34 bewirken, das ein Rohrelement 36 umgibt. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel gelangt HF-Energie für die Erregung durch Isolierstücke 38 und 40 in der Endkappe 28 in die vom Rohrelement 36 umschlossene Reaktionskammer.

Die in Fig. 1 nicht dargestellten zu behandelnden Werkstücke, z. B. Halbleiterscheiben, sind in einer Bootsanordnung 12 angeordnet, die in die von dem Rohrelement 36 umschlossene Reaktionskammer einschiebbar ist und über Elektroden 46 und 48 die HF-Energie von einem mittels eines Modulators 44 modulierten HF-Generator 42 empfängt.

Insoweit ist die Vorrichtung z. B. aus der US-PS 42 23 048 bekannt.

Gemäß Fig. 2 bis 5 sind die Elektroden 46 und 48 an einem Ende der Bootsanordnung 12 an zwei gegeneinander elektrisch isolierte Schienen 50 und 52 angeschlossen, zwischen denen die Werkstücke 54 angeordnet sind. Eine endseitige Halterung, die das Ende 58 der Bootsanordnung 12 bildet und an die die Elektroden 46 und 48 geführt sind, befindet sich außerhalb des Plasmafeldes der Vorrichtung 10. Die Reaktanten-Gasströmung ist so eingerichtet, daß das Gas in einer bestimmten Reihenfolge über die Werkstücke 54 oder um diese herum strömt und gemäß den Pfeilen 60 durch den Auslaß 62 austritt. Das beschriebene System arbeitet durch Evakuieren des Innenraumes des Rohrelementes 36, d. h. der Reaktionskammer, unterhalb Atmosphärendruck.

Die Bootanordnung 12 weist zwei Endteile 56 und 64 mit endseitigen Halteeinrichtungen auf, zwischen denen die elektrisch leitenden Schienen 50 und 52 starr gehalten sind. Jeder Endteil 56 und 64 ist mit zwei Rädern 66 versehen, die mittels Lagern 68 und Wellen 70 axial daran montiert sind. Die Räder 66, die beispielsweise aus einem Keramikmaterial hergestellt sein könne, laufen auf der Innenwand des Rohrelements 36, damit die Bootanordnung 12 mit Werkstücken 54 leicht in die Vorrichtung 10 eingesetzt und aus dieser entfernt werden kann. Die Endteile 56 und 64 können ebenfalls aus Keramik hergestellt sein, so daß die leitenden Schienen 50 und 52 elektrisch gegeneinander isoliert sind. Jede der Schienen 50 und 52 ist gemäß Fig. 5 mittels Befestigungsschrauben 72 am Endteil befestigt und weist eine Vielzahl von an ihr starr angebrachten leitenden Vorsprüngen 74 auf, die mit einer Nut 76 versehen sind. In die Nuten 76 und in ineinandergeschachtelter Anordnung jeweils scheibenförmige, also einen im wesentlichen runden Außenumriß entsprechend dem Innenumriß der Reaktionskammer aufweisende Elektrodenplatten eingesetzt, die nachstehend als Elektrodenscheiben bezeichnet werden und in der Zeichnung mit der Bezugszahl 78 belegt sind. Jede der Elektrodenscheiben 78 ist an einem zugehörigen Vorsprung 74 so angebracht, daß sich alternierende Elektrodenscheiben 78 an der gleichen Schiene 50 bzw. 52 befinden und von den benachbarten Elektrodenscheiben 78 elektrisch isoliert sind. Die einzelnen Elektrodenscheiben 78 können aus irgendeinem passenden leitenden Material, z. B. Graphit, bestehen, und sind elektrisch mit ihrer jeweiligen Schiene 50 oder 52 verbunden. Die Elektroden 46 und 48 sind direkt an die Schienen 50 und 52 angeschlossen.

Jede Elektrodenscheibe 78 hat einen zum Innenumriß des Rohrelements 36 konformen Außenumriß und weist vom Innenumfang des Rohrelements 36 einen vorbestimmten Abstand auf, damit das gasförmige Reaktionsmittel gleichmäßig durch das Rohrelement 36 und über jedes der an den breitseitigen Oberflächen der Elektrodenscheiben 78 gehaltenen Werkstücke strömen kann. Die einzelnen Elektrodenscheiben 78 weisen am Umfang jeweils einen zungenartigen Ansatz 87 auf, der in die Nut 76 eines zugehörigen Vorsprungs 74 paßt, und sie sind mit diesen Ansätzen bezüglich der Schienen 50 und 52 alternierend angeordnet. Jede Elektrodenscheibe 78 hat zusammengehörende Paare von Bohrungen 88, die in ihrer Breitseite in radialer Richtung angeordnet sind und jeweils einen Haltestift 90 aufnehmen können. Während der Behandlung werden die Werkstücke 54 durch Auflage auf und zwischen zugehörige Paare von Stiften 90 an den Oberflächen der Elektrodenscheiben 78 so gehalten, daß ihre Oberflächen zu der Strömung des gasförmigen Reaktionsmittels senkrecht sind. Die Werkstücke 54 können daher auch an den beiden entgegengesetzten Oberflächen jeder Elektrodenscheibe 78 angebracht werden. Ein Vorteil der geschilderten Anordnung besteht darin, daß durch Versetzen der Stifte 90 in andere Bohrungspaare Werkstück- Scheiben von verschiedener Größe unter Verwendung einer einzigen Elektrodenscheiben-Bootanordnung 12 behandelt werden können. Die Elektrodenscheiben-Bootanordnung 12 kann beispielsweise für die Behandlung von Werkstücken von 76 mm, 100 mm, 125 mm und 150 mm in einem Rohrelement 36 von 200 mm Durchmesser verwendet werden. Außerdem kann ein sehr gleichmäßiger Abstand zwischen den einzelnen Elektrodenscheiben 78 und damit zwischen den Breitseiten der in der Bootanordnung 12 angeordneten Werkstücke aufrechterhalten werden. Dadurch kann eine sehr gute Gleichmäßigkeit oder Gleichförmigkeit des Prozesses im Bereich von 3-5% erzielt werden. Die Elektrodenscheiben- Bootanordnung 12 ermöglicht auch hohe Abscheidungsraten mit einer relativ niedrigeren Spitzenleistung des HF-Generators. Sie ist zu Abscheideraten von 0,06 µm/min fähig. Außerdem ergeben die hohen Abscheideraten einen großen Durchsatz bei dem System sowie eine gute Werkzeugausbeute. Hinzu kommt, daß mit der Elektrodenscheiben-Bootanordnung 12 in der Vorrichtung 10 mehr Werkstücke 54 gehalten werden können, als in den meisten, wenn nicht allen, gegenwärtig benutzten Bootanordnungen.

Gemäß Fig. 5 und 6 weist jeder Endteil, z. B. der Endteil 56, Seitenteile 92 und 94 auf, die in vorragende Endarme 98 und 100 auslaufen, die unter entsprechenden Winkeln so ausgebildet sind, daß die Schienen 50 und 52 in bezug aufeinander innerhalb schlitzartiger Nuten im Abstand gehalten sind, um alternierend die ineinandergeschachtelten Elektrodenscheiben 78 aufzunehmen.

Die erfindungsgemäße Elektrodenscheiben-Bootanordnung kann je nach Bedarf zur Abscheidung von elektrisch leitenden Niederschlägen, z. B. eines Metalls vom Aluminium-Typ und von hochtemperaturbeständigen, schwer schmelzbaren Metallen und deren Siliciden wie Wolfram- oder Titan-Silicid, oder auch zum Abscheiden von isolierenden Filmen eingesetzt werden.

Claims (4)

1. Anordnung zum Halten von Werkstücken, insbesondere Halbleiterscheiben, bei der Behandlung in einer der Länge nach von Reaktandengas durchströmten rohrförmigen Reaktionskammer einer Vorrichtung zum Herbeiführen einer extern angeregten, nicht-thermischen chemischen Reaktion, wobei die in die Reaktionskammer einschiebbare Anordnung elektrisch leitende, runde Elektrodenscheiben (78) aufweist, die mit zueinander etwa parallelen Breitseiten im gegenseitigen Abstand hintereinander angeordnet sind, an ihren Breitseiten die zu behandelnden Werkstücke (54) tragen und abwechselnd elektrisch mit der einen bzw. anderen von zwei die Elektrodenscheiben (78) tragenden, starren, elektrisch leitenden Schienen (50, 52) der Anordnung verbunden sind, die sich, jeweils durch eine Halterung (56, 64) voneinander isoliert gehalten, parallel zueinander in der Längsrichtung der Reaktionskammer erstrecken und mit der einen (48) bzw. anderen (46) Klemme eines HF-Generators (44) verbunden sind und auf die die Elektrodenscheiben (78) einzeln jeweils unter Herstellung eines Halteschlusses quer zu ihnen aufsetzbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrodenscheibe (78) nur von derjenigen Schiene (50 bzw. 52) getragen ist, mit der sie elektrisch verbunden ist, und zwischen ihr und der anderen Schiene (52 bzw. 50) ein Freiraum vorhanden ist, daß die Elektrodenscheiben (78) zum Herstellen des Halteschlusses und des elektrischen Kontaktes mit der zugehörigen Schiene (50, 52) jeweils einen vom Umfang nach außen vorragenden, zungenartigen Ansatz (87) aufweisen, daß im gegenseitigen Abstand entlang den Schienen (50, 52) mit diesen elektrisch verbundene Vorsprünge (74) zum Halten und Kontaktieren der Elektrodenscheiben (78) angeordnet sind, daß jeder Vorsprung (74) in der Mitte eine durchgehende Nut (76) aufweist, in die der Ansatz (87) paßt, und daß die Halterung für die Schienen (50, 52) aus diese endseitig haltenden Endteilen (56, 64) besteht, die in der Betriebsstellung der Anordnung in der Reaktionskammer außerhalb des reaktionsaktiven Bereichs in dieser angeordnet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endteile (56, 64) aus Keramikmaterial bestehen.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrodenscheibe (78) zur versetzbaren Aufnahme zweier Stifte (90) zum Halten der Werkstücke (54) an ihren Breitseiten eine Vielzahl von Bohrungspaaren (88) aufweist, die radial über ihre Breitseiten verteilt sind und durch sie hindurchgehen.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (90) auf beiden Breitseiten der Elektrodenscheiben (78) vorragend in die Bohrungspaare (88) einsetzbar sind.