DE3811372A1 - Vorrichtung zur behandlung eines gegenstands, insbesondere halbleiterkoerpers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Gegenständen, insbesondere Halbleiterkörpern, z. B. Halb­ leiterscheiben, in einem Vakuum.

In der Halbleiterindustrie wie in anderen Industriezweigen existiert als ständiges Problem die Kontamination durch un­ erwünschte Partikel. Die Quelle der Partikel ist Legion, und Apparate- und Einrichtungshersteller suchen ständig nach Wegen, um die Kontamination zu verringern. Ein Weg, nämlich der "reine Raum" wurde im Lauf der Jahre bis zu einem Punkt verbessert, an welchem ein Raum, in welchem Halbleiterkörper bzw. Halbleiterplättchen behandelt werden, äußerst rein ge­ halten werden kann, was äußerst teuer ist, selbst wenn noch keine Einrichtung in ihm enthalten ist.

Bei Bearbeitungsvorgängen, bei welchen Halbleiterkörper unter Vakuum, z. B. durch Plasmaätzen oder -abscheidung, durch Glühen, Zerstäubung und dgl., behandelt werden, hat man die Möglichkeit, eine äußerst reine und kleine Umgebung für die Halbleiterscheiben zu erhalten. Ein Vorschlag auf diesem Gebiet ist beispielsweise aus der US-PS 44 87 678 bekannt. Bei dieser Vorrichtung sind für die Scheibchen Ladeschleusen vorgesehen, welche in Form einer oder mehrerer Zwischen­ kammern ausgebildet sind und die Behandlungskammer von der äußeren Umgebung isolieren. Hierdurch erreicht man eine gute Steuerung der lokalen Atmosphäre in unmittelbarer Nähe der Scheibchen, jedoch beeinträchtigt die Anzahl an Dichtungen und Verschlüssen, welche aufgebaut und abgebaut werden müs­ sen, um diese Steuerung zu erhalten, die Gesamtbetriebs­ sicherheit der Einrichtung und erhöht ihre Kosten. Ferner ist die Behandlungskammer infolge einer Fehlbedienung oder auch bei der routinemäßigen Instandhaltung gegenüber der Atmo­ sphäre zu öffnen. Es ist dann erforderlich, daß alle Kammern sorgfältig gereinigt werden, um die Vorzüge der verschiedenen Schleusen zu erhalten. Die Reinigung kann eine beträchtlich lange Zeit in Anspruch nehmen in Abhängigkeit vom Volumen, das gereinigt werden muß.

Bekannte Ladeschleusen sind in aller Regel durch Absperr­ schieber voneinander bzw. gegenüber dem Umgebungsdruck ge­ trennt. Diese Absperrschieber erfordern zusätzliche mechani­ sche Einrichtungen. Beispielsweise sind zusätzliche Teile erforderlich, die sich im rechten Winkel zu der Stelle bewe­ gen, durch welche die Halbleiterscheiben auf ihrem Weg zur Behandlung und von der Behandlung hindurchgelangen. Die zu­ sätzliche erforderliche Kompliziertheit der Vorrichtung er­ zeugt zusätzliche Partikel, welche die Halbleiterscheiben kontaminieren können. Das bedeutet, daß selbst dann, wenn Gase, welche schädlich für die Behandlung sind, beseitigt sind, eine Kontamination bzw. Verschmutzung der Halbleiter­ plättchen noch erfolgen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Behandlungsvorrich­ tung, insbesondere einen Plasmareaktor, zu schaffen, der zwei voneinander isolierte Kammern aufweist, die ohne die Verwendung von Schiebern voneinander isoliert sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

In vorteilhafter Weise wird durch die Erfindung eine verbes­ serte Behandlungskammer, insbesondere eine Plasmareaktions­ einrichtung, geschaffen mit minimalem Volumen für die Reini­ gung.

Außerdem wird durch die verbesserte Behandlungsvorrichtung, insbesondere Plasmareaktionseinrichtung, eine minimierte Kontamination durch Partikel erzielt.

Außerdem wird eine kompakte Einrichtung erhalten mit weniger Verbindungsstellen und Kammern als dies bei bekannten Be­ handlungsvorrichtungen der Fall ist.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist ein becherförmi­ ges Gehäuse für eine Behandlungskammer innerhalb einer etwas größeren Kammer zur Aufnahme zu behandelnder Halbleiterkörper bzw. -scheiben vorgesehen. Die größere Kammer ist durch Ober­ flächen begrenzt, die ein relativ kleines Volumen im Verhält­ nis zum Ausmaß der Fläche jener Oberflächen definieren. Mit anderen Worten, die Kammer ist bevorzugt relativ flach aus­ gebildet. Das offene Ende der Behandlungskammer ist gegen eine der Oberflächen vor Beginn der Behandlung abgedichtet. Eine biegsame Membran, welche an das becherförmige Gehäuse angebracht ist, dient als eine der Oberflächen, so daß eine Bewegung des becherförmigen Gehäuses ohne Reibung möglich ist.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dienen die Figuren der beigefügten Zeichnung. Es zeigt:

Fig. 1 eine bekannte Plasmareaktionseinrichtung;

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Plasma­ reaktionseinrichtung nach der Erfindung;

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Plasmareaktions­ einrichtung nach der Erfindung und

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Plasma­ reaktionseinrichtung nach der Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Reaktionseinrichtung, wel­ che eine Reaktionskammer 10, eine obere Elektrode 11 und eine untere Elektrode 12 aufweist. Die untere Elektrode 12 emp­ fängt Halbleiterscheiben 14 aus einer Kassette 13. Die Schei­ ben 14 werden jeweils einzeln auf die untere Elektrode 12 zur Behandlung in der Reaktionskammer 10 aufgebracht. Die Kassette 13 befindet sich in einer Ladeschleuse mit einem Schieber 15, durch welchen die Kassette 13 eingebracht und entfernt werden kann. Ferner ist ein Schieber 16 vorgesehen, durch welchen die Scheiben 14 auf die Elektrode 12 übertra­ gen werden.

Die beschriebene, die Reaktionskammer 10 enthaltende Plasma­ reaktionsvorrichtung enthält die Teile, welche für eine ein­ endige Maschine bekannt sind. Häufig ist eine zweite Lade­ schleuse 17 vorgesehen, welche die Halbleiterscheiben nach der Behandlung empfängt. Die Ladeschleuse 17 enthält eben­ falls Absperrschiebereinrichtungen, welche sie von äußeren Gasen und von Gasen innerhalb einer Kammer 18 isolieren. Wie aus der Fig. 1 zu ersehen ist, beanspruchen die Ladeschleusen und die Kammer 18 ein beträchtliches Volumen zusätzlich zu dem Volumen, welches die Reaktionskammer 10 benötigt. Außer­ dem gelangen die Halbleiterscheiben durch wenigstens einen Absperrschieber, beispielsweise durch den Absperrschieber 16, um zur Elektrode 12 zu gelangen oder von dort zu kommen. Dem­ nach existiert zusätzlich zu dem Volumen der Kammer, welche gereinigt werden muß, eine erhebliche Wahrscheinlichkeit zur Partikelbildung und zur Kontamination bzw. Verunreinigung der Halbleiterscheiben.

Diese Schwierigkeiten werden erheblich verringert bzw. ver­ mieden durch die Erfindung, von der in Fig. 2 ein Ausfüh­ rungsbeispiel dargestellt ist. Bei diesem bevorzugten Aus­ führungsbeispiel besitzt eine Plasmareaktionsvorrichtung 20 eine Reaktionskammer 21, die durch geeignete, nicht näher dargestellte Öffnungen mit Gasen versorgt und aus der durch diese Öffnungen die Gase entfernt werden. Eine Halbleiter­ scheibe 22 wird durch Zinken 23 und 24 in ihrer gewünschten Stellung gehalten. Hierbei wird die Halbleiterscheibe 22 gegen eine durchsichtige Platte 25 gehalten. In einer chemi­ schen Aufdampfeinrichtung wird die Halbleiterscheibe 22 durch eine geeignete Aufheizeinrichtung 26, welche beispielsweise mehrere Lampen aufweisen kann, aufgeheizt.

Die Reaktionskammer 21 wird von einem Bauteil 31 gebildet, welches einen hochgezogenen Kantenteil aufweist, der dicht gegen die durchsichtige Platte 25 anliegt. Der Bauteil 31 ist becherförmig ausgebildet und mit einer Stützeinrichtung 33 verbunden, die wiederum mit einer Säule 34 gekoppelt ist. Der becherförmige Bauteil 31 wird durch eine Betätigungs­ einrichtung 35, welche die Säule 34 aufwärts und abwärts be­ wegt, angehoben und abgesenkt. Die Betätigungseinrichtung 35 kann einen geeigneten Mechanismus, beispielsweise einen Linearmotor, hydraulische oder pneumatische Mittel oder auch Zahnradgetriebeeinrichtungen aufweisen. Das Volumen, welches die Stützeinrichtung 33 und den becherförmigen Bauteil 31 umgibt, wird geteilt durch eine biegsame Membran 37, welche am Außenumfang des becherförmigen Bauteils 31 befestigt ist und mit einem weiteren Bauteil 39 verbunden ist. Ein Bauteil 36 und der Bauteil 39 erstrecken sich beim dargestellten Ausführungsbeispiel rechts von der Reaktionskammer 21 und um­ fassen ein kleines Volumen, welches als Ladeschleuse dient, durch welche die Halbleiterscheiben transportiert werden. Eine große Öffnung in der Oberfläche des Bauteils 36 wird von einer Verschlußplatte 41 verschlossen. Die Verschluß­ platte 41 kann in eine Position gebracht werden, in welcher ein Spatel 42 für die Aufnahme und für den Transport der Halbleiterscheiben freigelegt wird, und aus dieser Position wieder entfernt werden. Der Spatel 42 dreht sich an einer Säule 43, welche durch den Bauteil 39 sich hindurch erstreckt.

Die durchsichtige Platte 25 besteht bevorzugt aus Quarz bei chemischen Aufdampfverfahren und kann aus einem anderen Material bestehen, das mit der durchzuführenden Behandlung verträglich ist. Die verschiedenen Bauteile, welche die grö­ ßere Kammer bilden, können aus Aluminium und rostfreiem Stahl bestehen. Die biegsame Membran 37 besteht bevorzugt aus einem Elastomer, obgleich auch andere Materialien, wie beispiels­ weise Metalle, verwendet werden können.

Der Betrieb der dargestellten Vorrichtung wird im Zusammen­ hang mit den Fig. 2 und 3 erläutert. Die Fig. 3 stellt den Betriebszustand dar, bei welchem der becherförmige Bau­ teil 31 von der durchsichtigen Platte 25 entfernt ist. In dieser Position ist eine einzelne Kammer vorhanden, welche umschlossen ist durch die durchsichtige Platte 25, den Bau­ teil 39, die Membran 37, den becherförmigen Bauteil 31, den weiteren Bauteil 36 und die Verschlußplatte 41. Aufgrund der Wirkung der Membran 37 und der Bewegung des becherförmigen Bauteils 31 ist dieses Volumen geringfügig erweitert gegen­ über dem Volumen, bei welchem der becherförmige Bauteil 31 dicht gegen die durchsichtige Platte 25 anliegt.

Beim Beginn eines Bearbeitungszyklusses nimmt die Vorrichtung die in der Fig. 2 dargestellte Betriebsstellung ein. Die Ver­ schlußplatte 41 wird dann geöffnet, und eine Halbleiterschei­ be wird auf den Spatel 42 aufgebracht. Die Verschlußkappe 41 wird geschlossen, und das System wird gereinigt. Anschließend bewegt sich der becherförmige Bauteil 31 von der insbesondere als Quarzfenster ausgebildeten durchsichtigen Platte nach un­ ten und der Spatel 42 wird so bewegt, daß er sich in die Re­ aktionskammer erstreckt, wobei die Halbleiterscheibe in eine Position über den Zinken 23 und 24 gebracht wird. Eine Betä­ tigungseinrichtung 48 hebt dann die Anordnung etwas an, so daß die Halbleiterscheibe von dem Spatel 42 abgehoben wird. Der Spatel wird dann wieder in seine Ausgangsposition, d. h. in der Fig. in seine rechte Position zurückgebracht. Die Be­ tätigungseinrichtung 35 hebt die Halbleiterscheibe weiter an. bis sie die durchsichtige Platte 25 berührt. Die Zinken 23, 24 verbiegen sich, und die angehobene obere Kante des becher­ förmigen Bauteils 31 berührt die durchsichtige Platte 25. Auf diese Weise wird die abgedichtete Reaktionskammer 21 gebil­ det. Die Reaktionskammer 21 wird gereinigt, und der Behand­ lungsvorgang wird durchgeführt. Anschließend wird der umge­ kehrte Vorgang für den Rücktransport der Halbleiterscheibe durch die Verschlußöffnung bei entfernter Verschlußplatte 41 durchgeführt.

Das in den Fig. 2 und 3 dargestellte Ausführungsbeispiel beinhaltet eine einendige Maschine, bei welcher die Halb­ leiterscheiben an einer Seite zugeführt und wieder entfernt werden. Die Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine kompakt aufgebaute doppelendige Maschine. Bei die­ sem Ausführungsbeispiel besitzt ein plattenförmiger Bauteil 36′ eine mittlere Öffnung 51 mit einem Spatel 52, der an einer Seite der Öffnung angeordnet ist. Der Spatel 52 dreht sich um eine Achse 53 für den Transport von Halbleiterschei­ ben in eine Kammer oder aus dieser Kammer, welche oberhalb oder unterhalb der Öffnung 51 angeordnet ist. In gleicher Weise läßt sich ein Spatel 54 um eine Achse 55 schwenken, um Halbleiterkörper von der anderen Seite her zuzuliefern bzw. an dieser anderen Seite zu entfernen. Durch die doppel­ endige Maschine läßt sich die Behandlungsrate, mit welcher die Halbleiterscheiben behandelt werden, erhöhen. Bei dem in der Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel wird diese Behandlungsgeschwindigkeit jedoch nicht unter Inkaufnahme einer erheblichen Steigerung des Volumens erreicht. Bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt eine Maschine, welche nach der Fig. 2 konstruiert ist, ein Gesamtvolumen, welches die Reaktionskammer miteinschließt, von etwa 4 Litern. Dies steht in erheblichem Gegensatz zu Maschinen herkömmlicher Bauart, welche ein Gesamtvolumen von 22 Litern und mehr um­ fassen.

Durch die Erfindung wird mithin eine kompakte Vorrichtung geschaffen, welche eine relativ reine Umgebung für die Halb­ leiterscheiben vorsieht, ohne daß eine ernsthafte Gefahr für das zu reinigende Volumen beim Öffnen des Systems be­ steht. Man erhält somit eine Maschine, die relativ kompakt ist, wenig Aufwand bei der Herstellung erfordert und in gleicher Weise verwendet werden kann wie herkömmliche Maschi­ nen. Außerdem ist die Gefahr der Partikelverunreinigung erheblich verringert durch den Wegfall von Absperrschiebern und durch den Transport bzw. die Bewegung der Halbleiter­ scheiben in der Art, daß keinerlei Flächen vorhanden sind, die in reibendem Kontakt miteinander stehen.

Verschiedene Abänderungen der beschriebenen Ausführungsformen sind möglich. Beispielsweise können die Kammern mit Gasen versorgt werden bzw. aus den Kammern können Gase entfernt werden. Hierzu können geeignete bekannte Mittel verwendet werden. Bei dem in den Fig. 2 und 3 dargestellten Aus­ führungsbeispiel befindet sich eine Kammer unterhalb der Halbleiterscheibe. Bei der Erfindung kann jedoch ebenso eine Reaktionskammer über der Halbleiterscheibe, insbesondere für die Verwendung in einer Plasmareaktionseinrichtung, angeord­ net sein. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel bildet der becherförmige Bauteil 31 die untere Elektrode, an deren unterem Teil die Membran 37 befestigt ist. Anstelle der in der Fig. 4 dargestellten Anordnung der Spateln 52 und 54 an entgegengesetzten Seiten der mittleren Öffnung 51 können die Spateln auch an jeder beliebigen anderen Stelle angeord­ net sein. Anstelle des Verschwenkens der Spateln können lineare Bewegungen der Spateln, beispielsweise durch Betäti­ gung von der Seite her, vorgesehen sein.

Man erhält somit eine kompakte Anordnung von Ladeschleuse und Behandlungskammer, in welcher ein beweglicher Teil als Verschluß dient für sowohl das Schleusenvolumen als auch das Behandlungsvolumen, in welchem der Gegenstand behandelt wird. Der bewegliche Teil ist über eine flexible bzw. bieg­ same Membran, welche eine nichtgleitende Abdichtung vor­ sieht, mit feststehenden Bauteilen verbunden.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Behandlung eines Gegenstands, insbesondere mit einer Plasmaglimmentladung, gekennzeichnet durch

• - eine Einrichtung (36, 39), deren Weite größer ist als ihre Höhe und welche an ihrer Unterseite eine Öffnung aufweist zum im wesentlichen Umschließen eines ersten Volumens;
• - ein erstes Bauteil (31) mit einer maximalen Weite, die ge­ ringer ist als die maximale Weite der Öffnung, und mit einem abstehenden Kantenteil, und
• - ein biegsames Abdichtmittel (37), das die Einrichtung (36, 39) zum Umschließen des ersten Volumens und das erste Bauteil (31) miteinander verbindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Betätigungseinrichtung (48) außerhalb des ersten Volumens vorgesehen ist, durch welche der erste Bau­ teil (31) durch die Öffnung bewegt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der abstehende Kantenteil des ersten Bauteils (31) an einen oberen Flächenteil der Einrichtung (36, 39) zum Umschließen des ersten Volumens anlegbar ist zum Bilden eines zweiten, kleineren Volumens (21), in welchem der Gegen­ stand behandelt, insbesondere der Glimmentladung ausgesetzt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einrichtung (36, 39) zum Umschließen des ersten Volumens eine zusätzliche Öffnung aufweist, die von der Öffnung an der Unterseite entfernt liegt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ferner eine Transporteinrichtung (42, 43) vorgesehen ist zur Bewegung des zu behandelnden Gegenstan­ des innerhalb des ersten Volumens.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Transporteinrichtung (42, 43) den Gegenstand nichtlinear bewegt.