DE4205349C2 - Vakuum-Bearbeitungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vakuum-Bearbeitungs­ vorrichtung und insbesondere auf eine derartige Bearbei­ tungsvorrichtung, die in Halbleiter-Fertigungsprozessen, wie einem Trockenätzen, einer chemischen Dampfabscheidung, einer Aufspritz- oder Zerstäubungstechnik u. dgl. zur Anwen­ dung kommt, um ein Objekt zu behandeln, das auf einen Ob­ jekttisch gepreßt wird.

Zur besseren Verständlichkeit der Erfindung ist in Fig. 2 eine interne Studie für eine Trockenätzvorrichtung als eine Vakuum-Bearbei­ tungsvorrichtung dargestellt. Eine Reaktionskammer 1 der Trockenätzvor­ richtung ist ein luftdichter Behälter, der mit einem Gaszu­ fuhrkanal 2 sowie einer Gasabfuhröffnung 3 ausgestattet ist. Eine obere Elektrode 4 sowie ein Objekttisch 5, der als eine untere Elektrode dient, sind in einem oberen bzw. unteren Teil der Reaktionskammer 1 angeordnet. Diese Elek­ troden sind elektrisch in Reihe derart geschaltet, daß ein Hochfrequenzgenerator 6 und ein Kopplungskondensator 7 zwi­ schen die Elektroden eingefügt sind. Ein Objekt 8, d. h. ein Halbleiterplättchen (Wafer), befindet sich auf der Ober­ fläche des Objekttisches 5, wobei die Außenseite des Ob­ jekts von einem Klemmring 9 und Klemmringstiften 10, welche dem Klemmring eine Auf- und Abbewegung vermitteln können, umgeben ist. Außenseitig des Klemmtisches 5 ist eine Klemm­ ring-Antriebseinheit 11 angeordnet, die die Klemmringstifte 10 betätigt. Eine nähere Erläuterung des Mechanismus der Klemmring-Antriebseinheit 11 kann entfallen, da sich das nicht direkt auf die Erfindung bezieht.

Bei der herkömmlichen Trockenätzvorrichtung mit dem vorste­ hend beschriebenen Aufbau wird zuerst das Objekt 8 auf den Objekttisch 5 aufgebracht, während sich der Klemmring 9 in einer angehobenen Position befindet. Die Klemmringstifte 10 werden durch die Antriebseinheit 11 nach unten bewegt, hierbei kommt der Klemmring 9, der an den Stiften 10 gehal­ ten ist, mit dem Außenumfang des Objekts 8 in Berührung. Mit einem gewünschten Druck, der durch die Kraft der Klemm­ ring-Antriebseinheit 11 geregelt wird, wird das Objekt 8 auf dem Objekttisch 5 festgehalten. In die Reaktionskammer 1 wird durch den Gaszufuhrkanal 2 ein reaktionsfähiges Gas eingeleitet, und eine angemessene Gasmenge wird von der Gasabfuhröffnung 3 abgezogen, so daß im lnneren der Reak­ tionskammer 1 ein vorbestimmter Druck aufrechterhalten wird.

Durch den Hochfrequenzgenerator 6 wird eine Hochfrequenz­ spannung zwischen dem Objekttisch 5, der eine untere Elek­ trode bildet, und der oberen Elektrode 4 aufgebracht. Das Anpassen einer lmpedanz wird durch den Kopplungskondensator 7 bewirkt, so daß Plasma des reaktionsfähigen Gases in der Reaktionskammer 1 erzeugt und die Oberfläche des Objekts 8 geätzt wird. Dabei wird die Rückseite des Objekts 8 fest durch den Druck des Klemmrings 9 auf die Oberfläche des Objekttisches 5 gepreßt. Ein Thermokontakt-Gütegrad zwischen dem Objekt 8 und dem Objekttisch 5 ist hoch, und die durch das Plasma erhöhte Wärme des Objekts 8 wird in den Objekt­ tisch 5 hinein absorbiert. Wenn durch eine Bedienungsperson die Temperatur des Objekts 8 erforderlichenfalls höher oder niedriger als Raumtemperatur einzustellen ist, so wird die Temperatur des Objekttisches 5 auf einen gewünschten Wert zuvor eingestellt, so daß die Temperatur des Objekts 8 auf einen gewünschten Wert in einer kurzen Zeit wegen des Ther­ mokontakt-Gütegrades verändert werden kann.

In der Trockenätzvorrichtung wird die Oberfläche eines Ob­ jekts, wie einem Siliziumwafer, durch das in der Reaktions­ kammer 1 erzeugte Plasma des reaktionsfähigen Gases geätzt, wobei sich die Temperatur des Objekts 8 während des Prozes­ ses wegen der Wärme von dem Plasma erhöht. Insofern besteht bei der Trockenätzvorrichtung ein fundamentales Problem darin, daß sich verschiedene Kennwerte, wie der Ätzgrad, die Gleichförmigkeit des Ätzgrades an der Oberfläche des Halbleiterwafers und die verschiedenen Ätzgrade in Überein­ stimmung mit Materialunterschieden einer geätzten Folie, mit einem Anstieg in der Temperatur des Objekts 8 verändern. Überlegene Kennwerte oder Eigenschaften können festgestellt werden, wenn das Objekt 8 auf eine optimale Temperatur, die höher oder niedriger als die Raumtemperatur ist, einge­ stellt wird. Wie oben erläutert wurde, ist die Temperaturre­ gelung oder -kontrolle des Objekts 8 ein sehr bedeutendes, schwerwiegendes Problem, und es wurden Bemühungen unternom­ men, die Temperatur des Objekts 8 durch Kontrolle der Dich­ te oder Festigkeit der Kontaktberührung zwischen dem Ob­ jekt 8 sowie dem Objekttisch 5 zu regeln.

Bei der oben beschriebenen Vakuum-Bearbeitungsvorrichtung wird das Objekt 8, um dessen Temperatur zu regeln, d. h. um dem Objekt 8 dieselbe Temperatur wie dem Objekttisch 5 zu vermitteln, auf den Objekttisch 5 unter Verwendung eines Mechanismus gepreßt, wobei die Klemmringstifte 10 durch die Antriebseinheit 11 auf- und abbewegt werden. Insofern ist der Aufbau der Bauteile, wie der Klemmring­ stifte 10 und der Bohrungen, durch die sich diese Stifte ziehen, kompliziert, und weil sehr viele Flächen hierbei mechanisch miteinander in Berührung sind, wird die Menge an erzeugtem Staub vergrößert. Das stellt ein Problem von Vorrichtungen zur Halbleiterfertigung dar. Eine derartige Stauberzeugung muß für zukünftige Vorrichtungen zur Herstel­ lung von Halbleiterteilen, die eine erhöhte Präzision erfor­ dern, ausreichend und wirksam unterdrückt bzw. kontrolliert werden.

Aus der US 4,306,731 ist nunmehr eine Vakuum- Bearbeitungsvorrichtung dieser Gattung bekannt. Gemäß dieser Druckschrift wird ein Halbleiterplättchen (Waver) mittels vier Blattfedern auf einen Objekttisch gespannt, deren Federkräfte im Randbereich des Halbleiterplättchens angreifen. Der Anpreßdruck auf den Objekttisch wird dabei durch die Vorspannkraft der Blattfedern bestimmt. Um ein Abnehmen des Halbleiterplättchens zu ermöglichen, sind vier pneumatische Stellvorrichtungen vorgesehen, welche die Blattfedern entgegen ihrer Vorspannkraft verbiegen und somit vom Halbleiterplättchen abheben. Dabei wird jedoch der Rückhaltering nicht verschoben.

Dieser Stand der Technik verwendet demnach eine Vielzahl von technischen Bauteilen sowie einen pneumatischen Verstellmechanismus, um ein Festlegen des Halbleiterplättchens auf dem Objekttisch zu ermöglichen.

Aus der US 3,625,848 ist es gemäß der darin enthaltenen Fig. 4 ferner für sich bekannt, durch das Vorsehen eines Elektromagneten sowie eines Permanentmagneten eine Elektrode außer Kontakt mit einer Kathode zu bringen, um so einen Energiestrahl zu erzeugen.

Schließlich zeigt die DE-OS 34 41 470 A1 eine Spannvorrichtung zum Festlegen eines zu ätzenden Halbleiterwafers, der mittels eines Klemmrings vorzugsweise aus einem Isolationsmaterial an der Spannvorrichtung gehalten ist. Insofern entspricht dieser Stand der Technik hinsichtlich der Befestigungsweise des Halbleiterwafers der in Fig. 2 dargestellten Vakuum- Bearbeitungsvorrichtung.

Der Erfindung liegt insofern die Aufgabe zugrunde, eine Vakuum-Bearbeitungsvorrichtung derart weiterzuentwickeln, daß ein Klemmechanismus vereinfacht wird, die Wartung der Vorrichtung ohne Schwierigkeiten durchgeführt werden kann und die Flächen, die mechanisch miteinander in Berührung sind, soweit wie möglich vermindert werden, um weniger Staub dadurch zu erzeugen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst, indem ein verschiebbarer Klemmring in Form eines Permanentmagneten vorgesehen ist, der mittels einem im Objekttisch untergebrachten Elektromagneten angezogen beziehungsweise abgestoßen wird und dabei das Halbleiterplättchen am Objekttisch fixiert werden kann. Mit dieser Ausführung verringert sich nicht nur die Anzahl der einzelnen Bauelemente und die damit unmittelbar verbundene Staubentwicklung, sondern es wird durch dieses technische Merkmal die Voraussetzung für jene erfindungsgemäße Weiterentwicklung des Anmeldungsgegenstandes geschaffen, die Temperatur im Halbleiterplättchen über die Einstellung der Stromstärke im Elektromagneten durch den Anpreßdruck des Permanentmagneten zu steuern. Ein derartiger Vorteil ist mit den Ausführungsformen gemäß dem Stand der Technik nicht erzielbar.

Die Erfindung wird anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische lotrechte Schnittdarstellung einer Trockenätzvorrichtung in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 2 eine zu Fig. 1 gleichartige Schnittdarstellung einer herkömmlichen Trockenätzvorrichtung, die bereits eingangs besprochen wurde.

In den beiden Figuren bezeichnen gleiche Bezugszahlen durch­ wegs gleiche oder gleichartige Teile.

Gemäß Fig. 1 ist in den Klemmring 9A ein Permanentmagnet 9B eingebettet, der so angeordnet ist, daß seine obere Flä­ che als Nordpol und seine untere Fläche als Südpol dient. In den Objekttisch 5 ist ein Elektromagnet 12 eingeglie­ dert, dessen Spule konzentrisch zum Objekttisch liegt und dessen Polorientierung verändert werden kann. Das bedeu­ tet, daß die obere Fläche des Elektromagneten 12 zum Nord­ pol sowie die untere Fläche dieses Magneten 12 zum Südpol oder umgekehrt verändert werden kann. Auch kann die magne­ tische Kraft des Elektromagneten 12 nach Wahl festgesetzt werden, indem die durch die Spule geführte Strommenge ge­ regelt wird.

Bei der erfindungsgemäßen Trockenätzvorrichtung mit dem beschriebenen Aufbau wird zuerst das Objekt präzis im Zen­ trum des Objekttisches 5 angeordnet. Der der Magnetspule zugeführte Strom wird so geregelt, daß der obere Teil des in den Objekttisch 5 eingegliederten oder eingebetteten Elektromagneten 12 als Südpol arbeitet. Auf diese Weise wird durch die abstoßende Kraft zwischen den Magneten 12 und 9B der Klemmring 9A in eine schwebende Position ange­ hoben. Nachdem die magnetische Kraft des Elektromagneten 12 allmählich auf Null zurückgeführt ist, wird die der Spule zugeführte Strommenge allmählich erhöht, so daß die obere Fläche des Elektromagneten 12 als der Nordpol dient, wo­ mit ein Zustand aufrechterhalten wird, in welchem die Spule die gewünschte Magnetkraft erlangt. Dann wird das Objekt 8 zwischen den Klemmring 9A sowie den Objekttisch 5 mit dem gewünschten Druck, der durch die Anziehung der beiden Magneten erzeugt wird, eingebracht.

Wenn die Temperatur des Objekttisches 5 zur Raumtemperatur unterschiedlich ist, so wird der Beginn des Ätzvorgangs hinausgezögert, bis die Temperatur des Objekts 8 gleich der Temperatur des Objekttisches 5 wird. Auf diese Weise kann die Temperatur des Objekts 8 konstant und präzis auf die Temperatur des Objekttisches 5 ohne einen Temperatur­ unterschied zwischen diesen eingeregelt werden. Wenn das Objekt 8 eine hohe Temperatur hält, dann kann das Objekt 8 mit einem geringen Druck auf den Objekttisch 5 gepreßt werden. Hält das Objekt 8 eine niedrige Temperatur, so wird es auf den Objekttisch 5 mit festem Druck gepreßt, so daß die Wärme des Objekts 8 in ausreichender Weise zum Tisch 5 freigegeben werden kann. Das Objekt 8 kann auf der ge­ wünschten Temperatur durch Regelung des Drucks gehalten werden.

Ein reaktionsfähiges Gas, wie z. B. Cl₂ und SF₆, wird in die Reaktionskammer 1 durch den Gaszufuhrkanal 2 eingeleitet, und von der Gasabfuhröffnung 3 wird Gas abgezogen. Eine durch den Hochfrequenzgenerator 6 sowie den Kopplungskonden­ sator 7 geregelte Hochfrequenzspannung wird zwischen der oberen Elektrode 4 und dem als untere Elektrode wirkenden Objekttisch 5 angelegt. Das Plasma des reaktionsfähigen Gases wird erzeugt, so daß ein Trockenätzen an einer Flä­ che des Objekts 8, wie einem Polysiliziumfilm, durchgeführt wird. Schließlich wird das Objekt 8 aus der Reaktionskammer 1 in zu seinem Einbringen umgekehrter Weise entnommen, wo­ mit der gesamte Vorgang beendet ist.

Wenn der Permanentmagnet 9B und der Elektromagnet 12 mit zur obigen Beschreibung umgekehrter Polarität betrieben werden, kann dieselbe Wirkung erlangt werden. Der Elektro­ magnet 12 ist innenseitig des Objekttisches 5 angeordnet, er kann jedoch auch beispielsweise an dessen Peripherie angebracht sein.

Vorstehend wurde ein Beispiel für eine Trockenätzvorrichtung gemäß der Erfindung beschrieben. Der Erfindungsgegenstand kann jedoch in gleichartiger Weise auf eine Vakuum-Behand­ lungsvorrichtung Anwendung finden, wie eine mit chemischer Dampfabscheidung oder mit einer Aufstäubungstechnik arbei­ tende oder ähnliche Vorrichtung, in welcher ein Objekt bear­ beitet wird, indem es auf einen Objekttisch gepreßt wird.

Durch die Erfindung können die Menge an erzeugtem Staub und der Mechanismus, um das Objekt ein- sowie auszubringen, ohne Schwierigkeiten ohne jegliche Stifte zur sicheren La­ gerung des Klemmringes konstruiert werden. Die Erfindung ist für eine präzise Regelung der Temperatur des Objekts und für ein Aufrechterhalten der vorbestimmten Temperatur, indem der Druck des Klemmrings geregelt wird, wirksam.

Erfindungsgemäß kommt bei einer Vakuum-Bearbeitungsvorrich­ tung eine magnetisch betriebene Klemmeinrichtung zur Anwen­ dung, die mit den abstoßenden und anziehenden Kräften zwi­ schen Magneten arbeitet. Der Klemmechanismus für ein Objekt wird vereinfacht, die Wartung der Vorrichtung kann ohne Schwierigkeiten durchgeführt werden, und die Flächen, die mechanisch miteinander in Berührung sind, werden soweit wie möglich vermindert, so daß eine Vakuum-Bearbeitungs­ vorrichtung erlangt werden kann, in welcher weniger Staub erzeugt wird.

Claims (6)

1. Vakuum-Bearbeitungsvorrichtung, die umfaßt:

• - einen Vakuumbehälter (1),
• - einen in dem Vakuumbehälter angeordneten Objekttisch (5), auf dem ein Objekt (8) angeordnet ist,
• - einen Klemmring (9A), in den ein Permanentmagnet (9B) eingebettet ist und der das auf dem Objekttisch befindli­ che Objekt einem Preßdruck unterwirft, und
• - einen konzentrisch zum Objekttisch angeordneten Elektromagneten (12) mit veränderbarer Polorientierung, der eine magnetische Kraft erzeugt, um den Klemmring (9A) rechtwinklig mit Bezug zum Objekttisch (5) anzuheben oder um den Klemmring gegen das Objekt und damit das Objekt gegen den Objekttisch zu pressen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vakuumbehälter (1) mit einem Gaszufuhrkanal (2) zur Einführung eines reaktionsfähigen Gases sowie mit einer Gasabfuhröffnung (3) zur Abführung von Gas aus dem Vakuumbehälter ausgestattet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Elektromagnet (12) außenseitig des Objekttisches (5) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuum-Bearbeitungsvorrichtung eine Trockenätzvorrichtung ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuum-Bearbeitungsvorrichtung eine chemische Dampfabscheidevorrichtung ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuum-Bearbeitungsvorrichtung eine solche zur Durchführung einer Zerstäubungstechnik ist.