DE3805293A1 - Bootanordnung zum halten von halbleiterscheiben - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Halbleiterscheiben. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Bootanordnung für Halbleiter­ scheiben, die dazu dient, Halbleiterscheiben oder dgl. in extern erregten, chemischen Reaktionssystemen zu halten, bei denen das Reaktionsmittel über die Halbleiterscheiben oder Werkstücke strömt, die mit ihren Breitseiten senkrecht zur Reaktionsmittelströmung gehalten werden.

Plasmaverstärkte chemische Dampfreaktoren, bei denen Plasmareaktionsmittelgas oder -gase senkrecht zu den Breit­ flächen von in Serie angeordneten Werkstücken strömt/strö­ men, sind bekannt. Representativ für die Art von plasma­ verstärkten chemischen Dampfreaktoren, auf die die Erfin­ dung anwendbar ist, ist beispielsweise das U.S.-Patent 44 01 507 (George M. Engle et al.) vom 30. August 1983, das hier durch Bezugnahme ausdrücklich eingeführt wird. Die chemischen Reaktorsysteme von der in dem US-Patent 44 01 507 offenbarten Art verwenden eine evakuierbare Um­ hüllung, die in einem Ofen gehalten ist. In die rohrartige Umhüllung ist herausnehmbar eine Bootanordnung eingesetzt, die dazu dient, die Werkstücke senkrecht zur Strömung der gasförmigen Reaktionsmittel zu halten, die während des Abscheidungsprozesses auf die Werkstücke durch die rohr­ förmige Umhüllung geleitet werden. Ein großes Anliegen und das letztliche Ziel bei chemischen Dampfreaktorsystemen ist die Gleichförmigkeit des Prozesses. Man wünscht, eine im wesentlichen gleichförmige Dicke des auf den Werkstücken abzuscheidenden Films zu erhalten. Im Idealfalle sollte die Filmdicke auf den in den chemischen Reaktoren bearbeiteten Werkstücken eine maximale Abweichung von ±3% Scheibe zu Scheibe von einem Ende der beladenen Bootanordnung zum anderen aufweisen. Darüber hinaus wünscht man fähig zu sein, während jedes chemischen Dampfabscheidungsprozesses so viele Werkstücke wie möglich zu bearbeiten, um den Scheibendurchsatz zu maximieren.

Das am 9. September 1986 unter der Bezeichnung "Vorrichtung zum Bearbeiten von Halbleiterscheiben oder dgl." erteilte U.S.-Patent 46 10 748 (George M. Engle et al) , das hier­ mit auch durch Bezugnahme eingeführt wird, gibt eine de­ taillierte Beschreibung einer Bootanordnung, die zum Halten von scheibenförmigen Werkstücken, z.B. Halbleiterscheiben, für die Bearbeitung in plasmaverstärkten chemischen Dampf­ reaktoren geeignet ist. Die in dem U.S. Patent 46 10 748 erörterte Bootanordnung stellt zwar einen bedeutenden Fort­ schritt gegenüber dem Stande der Technik dar, doch ist eine solche Konfiguration hinsichtlich der Leichtigkeit des Auseinanderbaus zum Auswechseln von Komponenten, hinsicht­ lich einer Verformung oder eines Verziehens der Anordnung unter Temperaturschwankungen und hinsichtlich der Kompo­ nenten-Austauschbarkeit zwischen bei diversen Anwendungen zum Einsatz gelangenden Anordnungen unterschiedlicher Ab­ messungen verbesserungsfähig. Es ist ferner sehr erwünscht, über eine Bootanordnung zu verfügen, die die Verunreinigung mir Partikeln während der Behandlung minimiert.

Es besteht daher ein Bedarf für einen verbesserten Apparat, der in derzeitigen Reaktoren zur plasmaverstärkten chemischen Dampfabscheidung verwendbar ist und Abweichungen der Behandlungsgleichförmigkeit unter ±3% hält, während er gleichzeitig einen größeren Scheibendurchsatz als gegen­ wärtig mit üblichen Bootanordnungen möglich, gestattet.

Demgemäß besteht ein Ziel der Erfindung darin, eine ver­ besserte Bootanordnung zur Verwendung beim Behandeln von Werkstücken zu schaffen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vor­ richtung für eine verbesserte Gleichförmigkeit der Behand­ lung in einem extern erregten chemischen Reaktionsprozess zu schaffen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vor­ richtung für eine bessere Gleichförmigkeit der Ätz-Rate oder -geschwindigkeit des Atzprofils und selektiv in einem extern erregten chemischen Reaktionsprozess zu schaffen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vor­ richtung zu schaffen, die eine größere Abscheidungsrate unter Verwendung einer geringeren Spitzenleistung in einem extern erregten chemischen Reaktionsprozess ermöglicht.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Boot­ anordnung zur Verwendung in einem chemischen Reaktionspro­ zess zu schaffen, die es gestattet, eine große Anzahl von Werkstücken in einem chemischen Reaktionsprozess mit ver­ besserter Prozessgleichförmigkeit zu behandeln.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Elek­ troden-Bootanordnung zu schaffen, die es ermöglicht, eine große Zahl von Halbleiterscheiben mit ihren Breitseiten oder -flächen senkrecht zur Strömung eines Reaktionsmittels während der Behandlung in einem chemischen Reaktionsprozess so zu halten, daß verbesserte Prozesskomponenten, größere Abscheidungsraten und der Einsatz einer geringeren Spitzen­ leistung erzielt werden.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht auch noch darin, eine Bootanordnung zu schaffen, die einen zwangsweisen und zuverlässigen elektrischen Kontakt zu Scheiben-Plattenelektroden ermöglicht, während sie ein leichtes Auseinander-und Zusammenbauen erlaubt, und die sich dennoch durch einen besseren Widerstand gegen Quali­ tätsverlust während des Temperaturgangs oder Temperatur­ schwankungen, die typischerweise in einer Behandlungsse­ quenz auftreten, auszeichnet.

Die obigen und weitere, nachstehend erörterte Ziele werden mit einer Elektroden-Bootanordnung erreicht, die gemäß der Erfindung ein Paar leitender Tragglieder aufweist, von denen jedes eine Vielzahl daran gehaltener hintereinander angeordneter Elektrodenplatten aufweist und bis auf die Stellen, wo es elektrisch mit einer Elektrodenplatte ver­ bunden ist, mit einem Isoliermittel bedeckt ist. Jedes von dem Isoliermittel oder der Isoliereinrichtung koaxial um­ gebene leitende Tragglied weist einen Wärmeausdehnungs­ koeffizienten auf, der so gewählt ist, daß er im wesent­ lichen demjenigen der Isoliereinrichtung entspricht. Druck- Fittings stellen einen zwangsweisen elektrischen Kontakt zwischen den Elektrodenplatten und dem leitenden Tragglied her.

Die vorstehenden und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausfüh­ rungsform.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines Abschnittes der erfindungsgemäßen Elektroden- Bootanordnung,

Fig. 2 den Querschnitt durch den Elektroden-Bootanord­ nungsteil gemäß Fig. 1 entlang der Schnittlinie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines Teiles der Elektroden-Bootanordnung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung, und

Fig. 4 eine vergrößerte Seitenansicht, teilweise im Schnitt, die eine weitere Ausführungsform einer einzelnen, einstückigen Leiterstangenanordnung wiedergibt, die anstelle der in Fig. 1 dargestell­ ten Leiterstangenschraube oder Bolzenelemente und Mutterelemente verwendet werden kann.

Die Fig. 1 zeigt einen Teil einer Elektroden-Bootanord­ nung, die bei dem Dampfbehandlungsapparat gemäß dem U.S.- Patent 42 23 048 verwendbar ist. Die in diesem Patent beschriebene Vorrichtung ist nur eines der vielen konti­ nuierlichen oder gepulsten, mit HF betriebenen, plasma­ verstärkten oder anderweitigen chemischen Behandlungs­ systeme, bei denen die erfindungsgemäße Elektroden- Bootanordnung einsetzbar ist.

Der in Fig. 1 dargestellte Elektrodenbootteil weist eine Vielzahl hintereinander angeordneter Elektroden 22 und 24 auf. Die Elektroden 22 und 24 sind vorzugsweise aus Graphit oder einem anderen leitenden Material gefertigt, das gegen chemische Umgebungen hoher Temperatur wider­ standsfähig ist. Die Elektroden 22 und die Elektroden 24 gehören elektrisch jeweils zusammen, so daß ein HF-Plasma in dem Raum zwischen jedem alternierenden Paar von Elek­ troden 22 und 24 erzeugt werden kann. Die zu behandelnden Werkstücke oder Halbleiterscheiben 44 können an beiden Flächen einer jeden Elektrode 22 und 24 montiert werden. Sie können beispielsweise von Zapfen 16 getragen werden, die kegelförmig gestaltet sind und vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Elektroden 22 und 24 bestehen. Die Elektrodenanordnung ist von einer Vielzahl von Längs­ traggliedern getragen, die Stangen 8 a und 12 sowie koaxiale Abstandshalter 10 a und 14 umfassen. Die nicht dargestellten Endabschnitte der Längstragglieder er­ strecken sich zu nicht dargestellten Anschluß-Endelemen­ ten, die einen tragenden mechanischen Kontakt und/oder einen elektrischen Kontakt herstellen, wie dies ausführ­ licher in der US-PS 46 10 748 beschrieben ist. Die Stange 12 in Fig. 1 ist ein isolierendes Tragglied, das sich durch eine Bohrung in jeder der Elektroden 22 und 24 erstreckt. Sie weist vorzugsweise Aluminiumoxyd auf und ist koaxial von einer Vielzahl von Isolierhülsen 14 aus vorzugsweise ebenfalls Aluminiumoxyd umgeben, die eine weitere Stütze ergeben und den gewünschten Abstand zwischen den vielen Elektroden 22 und 24 aufrechterhal­ ten.

Die Stange 8 a weist ein leitendes Material zum Herstellen des elektrischen Kontaktes zwischen den Elektrodenplatten 22 auf. Die Stange 8 a durchsetzt eine Bohrung in einer leitenden Schraube 32, die durch die Elektrode 22 hin­ durchgeht. Ein fester zwangsweiser elektrischer Kontakt zu der Elektrode 22 wird beispielsweise mittels einer Mutter 34 erzielt, die zusammen mit der Schraube 32 einen Druckkontakt zur Elektrode 22 herbeiführt. Die Schrauben 32 können durch Schrauben 36 an der leitenden Stange 8 a befestigt werden. Isolierhülsen 10 a halten den Abstand zwischen den Elektroden und verhindern eine aus­ gedehnte Plasmabildung an Stellen außerhalb des Raumes zwischen den Werkstücken 44. Solche falschen Plasma­ bildungen können die Qualität der Gleichförmigkeit des auf den Werkstücken 44 abgeschiedenen Films ernsthaft herabsetzen.

Es ist ein besonderes Merkmal der Erfindung, daß die lei­ tende Stange 8 a im wesentlichen den gleichen Wärmeaus­ dehnungskoeffizienten aufweist wie die Hülsen 10 a und vorzugsweise auch den Bleichen wie die Isolierstange 12 und die Hülsen 14. Durch das Vorsehen von im wesentlichen zueinander passenden thermischen Expansionskoeffizienten wird eine Verschiebung und Verformung der Elektrodenplat­ ten 22 und 24 während der großen Temperaturschwankungen und -gänge, die in Dampfbehandlungsvorrichtungen auftre­ ten, weitestgehend vermieden. Gleichermaßen bedeutungs­ voll ist es auch, daß eine Verunreinigung durch Parti­ kel, die in die auf den Werkstüken 44 abzuscheidenden Filme eingebracht werden können, drastisch reduziert wird. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist ein be­ vorzugtes Material für die Elektrodenstange 8 a ein fein­ körniges, hochfestes Graphitmaterial mit einem Wärmeaus­ dehnungskoeffizienten von etwa 7,8 ppm pro Grad Celsius. Ein solches Material ist von der Firma Poco Division of Unocal Corporation erhältlich und eine exzellente thermische Anpassung an das bevorzugte Aluminiumoxyd­ material der Stange 12 und der Abstandshaltehülsen 10 a und 14.

Falls erwünscht, können gemäß Fig. 4 die Mutter 34 und die Schraube oder der Bolzen 32 zusammen mit der Leiter­ stange 8 (sh. Fig. 1) zu einem einzelnen einstückigen Teil, nämlich einer Leiterstangenanordnung 18, zusammengepaßt werden, wodurch die Funktion der Stange 8 effektiv er­ setzt wird, während gleichzeitig alle anderen körper­ lichen oder physikalischen Notwendigkeiten oder Parameter der Stange 8 aufrechterhalten werden. Die Leiterstangen­ anordnung 18 weist ein leitendes Material zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes zwischen den Elektroden­ platten 22 auf und ist mit einem Bolzenteil 32 a, einem Mutterteil 34 a und einem Abstandshalteteil 26 versehen. Die Leiterstangenanordnungen sind, wie in Fig. 4 gezeigt, zusammengeschlossen, um einen sich ungefähr über die Länge der Bootanordnung erstreckenden kontinuierlichen leiten­ den Zug der gewünschten, durch die gewählte Zahl von Lei­ terstangenanordnungen 18 bestimmten Länge zu bilden.

Die Fig. 2 zeigt den Elektroden-Bootteil der Fig. 1 im Querschnitt entlang der Schnittlinie 2-2 in Fig. 1. Eine Aussparung im unteren linken Teil der Elektrodenplatte 22 wird dafür benützt, zu ermöglichen, daß eine zweite leitende Stange 8 b und eine zweite isolierende Abstands­ haltehülse 10 b die Elektrodenplatte 22 durchsetzen kön­ nen, ohne einen elektrischen Kontakt herzustellen. Eine gleiche Aussparung wird in jeder der Elektrodenplatten benutzt, wobei die Elektrodenplatten 24 die Aussparung unten rechts haben, damit es möglich ist, einen Kontakt zu alternierenden Elektrodenplatten durch jede Elektro­ denstange 8 a und 8 b herzustellen. Durch die Verwendung der Elektrodenstange 8 a und 8 b und der beiden isolieren­ den Stangen 12 mit ihren zugehörigen Abstandshaltehülsen werden für jede Elektrodenplatte drei Haltepunkte Beschaf­ fen. Für sehr große Elektrodenplatten können weitere lsolierstangen und Abstandshaltehülsen vorgesehen werden.

Die Fig. 3 zeigt einen Teil einer Elektrodenbootanordnung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform entspricht im wesentlichen derjenigen gemäß Fig. 1 mit der Ausnahme, daß die Elektrodenstange 42 die die Elektrodenstange 8 a der Fig. 1 ersetzt hat, eine mit Gewinde versehene, für die Leitfähigkeit mit Nickel metallisierte Stange aus Aluminiumoxyd ist. Die Abstandshülse 40, die ebenfalls aus Aluminiumoxyd (alumina) besteht, trennt alternierende Paare von Elek­ trodenplatten 22, und eine Nickelmutter 34 wird jeweils dafür benutzt, einen festen elektrischen Kontakt zwischen der Elektrodenstange 42 und den Elektrodenplatten 22 her­ zustellen. Auch hier ist wieder eine wesentliche Anpas­ sung der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Elektrodenstange 42 und den Abstandshülsen 40 er­ zielt.

Bei allen bevorzugten Ausführungsformen gestattet die Verwendung der Tragstangen, isolierenden Abstandshalte­ hülsen und Gewinde-Kontaktanordnungen einen raschen Zusammenbau des Bootes und eine rasche Demontage zum Reinigen und zum Ersetzen defekter Elemente. Außerdem ist diese Art von Anordnung an Elektrodenplatten jeglicher Größe anpaßbar, so daß die meisten Komponenten aus­ tauschbar sind. Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Elektroden-Bootanordnungen ist eine Abscheidungsgleich­ förmigkeit von besser als 2% (über ein Werkstück hinweg, von Werkstück zu Werkstück und von Ladung zu Ladung) er­ zielt worden. Hinzu kommt der Vorteil eines wesentlichen Fehlens der Verunreinigung durch Partikel.

Die leitenden Stangen im Inneren der Aluminiumoxyd-Ab­ standshaltehülsen könnten auch Kovar- oder Rodar-Legie­ rungen sowie die bevorzugten Graphitmaterialien oder metallisierten Aluminiumoxyd-Materialien sein.

Claims (6)

1. Elektroden-Bootanordnung für eine chemische Dampfbe­ handlungsvorrichtung zum Behandeln von Werkstücken in einer Plasmareaktion innerhalb einer evakuierba­ ren Umhüllung, die den chemischen Dampf und die Werk­ stücke enthält, wobei die Elektroden-Bootanordnung herausnehmbar in die Umhüllung einsetzbar ist und eine Vielzahl von elektrisch leitenden Elektroden­ platten aufweist, die in Bezug aufeinander hinter­ einander angeordnet sind, gekennzeichnet durch
mindestens eine isolierende Stange, die durch die Vielzahl von Elektrodenplatten hindurchgeht,
mindestens eine leitende Stange, die durch die Vielzahl von Elektrodenplatten hindurchgeht und jede zweite von diesen elektrisch kontaktiert, und
eine Vielzahl von isolierenden Hülsen über der isolierenden Stange und über der leitenden Stange zwischen der Vielzahl von Elektrodenplatten zum Tragen derselben und zum Halten derselben im gegen­ seitigen Abstand,
wobei die isolierende Stange, die leitende Stange und die Vielzahl von isolierenden Hülsen alle im wesent­ lichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeefizienten auf­ weisen.

2. Bootanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die leitende Stange ein Graphitmaterial und die Vielzahl von isolierenden Hülsen Aluminiumoxyd aufweisen.

3. Bootanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die leitende Stange metallisiertes Aluminiumoxyd und die Vielzahl von isolierenden Hülsen Aluminiumoxyd aufweisen.

4. Bootanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Gewindeeinrichtung über der leitenden Stange zum Herstellen eines sicheren, festen elektrischen Kontaktes zu den Elektrodenplatten.

5. Bootanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichent , daß die leitende Stange Kovar aufweist.

6. Bootanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die leitende Stange Rodar aufweist.