DE69426079T2 - Abschattungsklammer - Google Patents

Abschattungsklammer

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Description

    1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Wafer-Klammer, die verwendbar ist in einer Plasma- Reaktionskammer, wie auch ein Verfahren zum Anklammern von Wafern.
    • 2. Stand der Technik
  • Ringklammern zum Anklammern von Wafern an Elektroden in Plasma- Ätzkammern sind in US 4 615 755 und US 5 013 400 beschrieben.
  • Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Wafer-Klammer in einer Plasma- Reaktionskammer in einem Querschnitt; dabei preßt eine Wafer-Klammer 1 einen äußeren Umfang einer Wafer 2 gegen eine Elektrode 3. Während des Verarbeitens (ätzen, beschichten usw.) der Wafern in der Kammer führen Nebenprodukte des Verfahrens zum Aufbau eines Niederschlags 4 (wie ein Polymer-Belag während des Ätzens der Wafer) auf einer Kante der Klammer 1 in Berührung mit der Wafer 2. Die Ablagerungen 4 müssen periodisch entfernt werden, um eine Partikel-Verunreinigung der Wafern zu verhindern. Aufgrund des Reibkontaktes zwischen der Klammerfläche 5 der Klammer 1 und einer oberen Fläche 6 der Wafer 2 während der Wafer-Überführung brechen nämlich Partikel des Niederschlages 4 ab und fallen auf die Fläche 6 der in Arbeit befindlichen Wafer. Dem gemäß ist es notwendig, die Plasma- Reaktionskammer häufig abzuschalten und die Wafer-Klammervorrichtung zu reinigen, um Partikel-Verschmutzungsprobleme zu vermeiden.
  • Andere Wafer-Klammereinrichtungen umfassen unterschiedlich bemessene Klammern, die die Wafer auf unterschiedliche Weise berühren. EP 0 595 307, JP 5109879 und US 4 978 412 zeigen verschiedene verbesserte Arten des Anklammerns einer Wafer an einem Gestell oder einer Elektrode. EP-A-0 595 307 wurde am 04.05.1994 nach dem Prioritätstag der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht und stellt somit einer. Stand der Technik gemäß Artikel 54 (3) EPÜ dar.
  • Beim Stande der Technik besteht die Notwendigkeit einer Wafer- Klammervorrichtung, die nicht die oben genannten Nachteile aufweist. Eine Klammer, die es erlaubt, die Plasma-Reaktionskammer deutlich länger zu betreiben, bevor ein Reinigen der Klammer notwendig wird, würde aufgrund der verringerten Partikel-Verschmutzung höherwertige Wafern liefern und insofern wirtschaftliche Vorteile erbringen, als die Einrichtung effizienter benutzbar wäre, aufgrund der verringerten Stillstandzeit zum Reinigen der Kammer und der Klammer.
  • Gemäß der Erfindung wird eine Klammer zum Anklammern einer Wafer in einer Plasma-Reaktionskammer gemäß Anspruch 1 angegeben, umfassend:
  • Ein Klammerelement mit einem Klammerteil und einem Abschattungsteil, wobei der Klammerteil eine erste untere Fläche aufweist, die derart gestaltet ist, dass sie an der oberen Hauptfläche einer Wafer entlang deren Umfang anliegt, wobei der Abschattungsteil in Bezug auf das Wafer-Zentrum des Klammerteiles radial einwärts angeordnet ist, umfassend eine zweite untere Fläche, die derart gestaltet ist, dass sie dann einen Abstand zur oberen Hauptfläche der Wafer einnimmt, wenn die obere Hauptfläche von der ersten unteren Fläche erfaßt wird, um einen kontinuierlichen Spalt zu bilden und sich vollständig um den Wafer-Umfang zwischen der oberen Hauptfläche der Wafer und dem Klammerelement zu erstrecken, um Plasma- Reaktionsablagerungen zu verhindern, die sich auf der innersten Fläche niederschlagen, welche dem Wafer-Zentrum des Abschattungsteiles zugewandt ist, gegen Berühren der Wafer während des Anklammerns mittels des Klammerteiles, wobei der Spalt eine Länge in einer Richtung parallel zur oberen Fläche der Wafer aufweist, die größer als die Höhe des Spaltes zwischen der oberen Hauptfläche der Wafer und der genannten zweiten unteren Fläche des Abschattungsteiles ist.
  • Das Klammerelement vermag somit während einer erheblich längeren Zeitspanne ohne Partikel-Verschmutzung der Wafern zu arbeiten, verglichen mit einem Klammerelement, das einen solchen Spalt nicht umfaßt.
  • Die Erfindung gibt ferner ein Verfahren gemäß Anspruch 9 an.
  • Entsprechend den verschiedenen Merkmalen der Erfindung kann der Spalt derart bemessen werden, dass die zweite untere Fläche des Abschattierungsteiles der Klammer in einem solchen Abstand oberhalb der Wafer liegt, der etwa gleich der mittleren freien Weglänge eines Gases ist, das aktiviert ist, um ein Plasma in der Plasma-Reaktionskammer zu bilden. Die Länge kann wenigstens das zweifache oder sogar bis zum fünffachen oder mehr als die Höhe betragen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat der Spalt eine Höhe von 0,0127 bis 0,0762 cm (0,005 bis 0,030 Zoll), wobei sich die Höhe zwischen der Wafer und einer der Wafer zugewandten Fläche des Abschattungsteiles beträgt. Ist die Höhe etwa gleich einer mittleren freien Weglänge eines Reactanz-Gases, das in der Plasma-Reaktionskammer verwendet wird, so wirkt der Spalt dahingehend, dass er das Entstehen von sich bildenden Ablagerungen am Klammerelement in Richtung gegen die Wafer verhindert. Die Ablagerungen haben die Tendenz, sich in Richtungen aufzubauen, die sich parallel zur Waferoberfläche und von dieser hinweg erstrecken, wobei ein Spalt zwischen der aufgebauten Ablagerung und der Waferfläche erhalten bleibt. Die Partikel-Verschmutzung auf der Wafer läßt sich somit vermeiden.
  • Gemäß einem Gedanken der Erfindung kann das Klammerelement ein einziges Materialteil sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Klammerelement ein erstes und ein zweites getrenntes Teil umfassen, wobei das Anklammerteil ein Teil des ersten Teiles, und das Abschattungsteil ein Teil des zweiten Teiles ist. Das zweite Teil kann eine Tragfläche umfassen, die am ersten Teil befestigt ist, und eine Abschattungsfläche, die freiliegt und sich vom ersten Teil hinweg erstreckt, um der Wafer zugewandt zu sein, wobei sich der Spalt dazwischen befindet.
  • Die Plasma-Reaktionskammer kann wenigstens einen Gaseinlaß zum Einführen von Prozess-Gas in die Reaktionskammer sowie Plasma- Erzeugungsmittel zum Aktivieren des Prozess-Gases zwecks Bildens eines Plasmas in der Reaktionskammer aufweisen. Gemäß der Erfindung läßt sich somit eine Wafer in der Plasma-Reaktionskammer dadurch behandeln, dass das Klammerelement am äußeren Umfang der Wafer angeklammert wird, und die Wafer kann durch Einleiten eines Plasma-Prozess-Gases in die Plasma- Reaktionskammer behandelt werden, und das Prozess-Gas kann mit dem Plasma-Erzeugungsmittel aktiviert werden, um ein Plasma zu erzeugen, wobei die Wafer behandelt wird, (zum Beispiel geätzt, beschichtet und so weiter). Das Verfahren kann ferner einen Schritt zum Reinigen von Ablagerungen wie Polymer-Ablagerungen auf dem Klammerelement beinhalten, falls solche Ablagerungen den Spalt zwischen Wafer und Abschattungsteil des Klammerelementes im wesentlichen verschließen.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 zeigt ein herkömmliches Klammerelement, das den Außenumfang einer Wafer an einer unteren Elektrode in einer Plasma-Reaktionskammer anklammert.
  • Fig. 2 zeigt ein einteiliges Klammerelement gemäß der Erfindung, wobei ein Spalt zwischen der Innenkante des Klammerelementes und einer oberen Fläche der Wafer vorgesehen ist.
  • Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Klammerelementes gemäß der Erfindung, wobei das Klammerelement zwei getrennte Teile umfaßt.
    • Einzelbeschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Bei der folgenden Beschreibung wird ein Wafer-Klammerelement unter Bezugnahme auf das Anklammern einer Wafer in einer Plasma-Ätzvorrichtung beschrieben. Das Klammerelement kann jedoch auch bei anderen Plasma- Reaktionskammern verwendet werden, wobei eine Ablagerung oder andere Behandlungen vorgesehen werden.
  • Beim Plasma-Ätzen ist es häufig notwendig, Wafern mechanisch an die untere Elektrode anzuklammern, um die Wafer mit einem thermisch leitenden Gas bei höheren Drücken als die Ätzkammer zu kühlen. Das Plasma-Ätzen kann auch große Mengen polymerer Verbindungen erzeugen, die sich auf der Oberfläche der mechanischen Klammer sowie den Oberflächen der Kammer ablagern. Diese polymeren Verbindungen sind nicht so sehr auf den Kammerwänden ein Problem, sondern auf der Klammer. Die Klammer stellt wegen ihrer Bewegung bei jedem Wafer-Transfer dadurch ein Problem dar, daß sie einen Teil des Polymers zufolge des Reibens der Oberflächen abwerfen kann.
  • Bei Klammernsystemen gab es Probleme mit Partikeln, die in kurzen Zeitabständen nach der Reinigung auf die Wafer fielen. Die Abschattungsklammer gemäß der Erfindung vergrößert die Zeitspannen zwischen dem Auftreten derartiger Partikel-Probleme erheblich. Insbesondere bewältigt die Abschattungskammer das Problem des Polymers, das sich an der inneren, dem Wafer-Zentrum zugewandten Fläche der Klammer niederschlägt. Das Polymer stellt deshalb ein Problem dar, da es die Wafer berührt und da ein Risiko besteht, daß es jedesmal dann, wenn die Wafer angeklammert wird, abgeschlagen wird. Die Abschattungsklammer erlaubt es, dass das Polymer auf der inneren Fläche der Klammer wächst, die Wafer jedoch nicht berührt. Die Abschattungsklammer erreicht dies durch Hochlegen der innersten Fläche der Klammer oberhalb der Wafer. Die innerste Fläche läßt sich beispielsweise um einen Abstand oberhalb der Wafer in der Größenordnung der mittleren freien Wegstrecke des Ätzkammer-Gases anordnen. Der erste Kontaktpunkt zwischen der Wafer und der Klammer kann von der innersten Fläche um einen Abstand entfernt angeordnet werden, der gleich der zweifachen bis fünffachen Höhe entspricht, um welche die innerste Fläche angehoben wird.
  • Das Polymer, das sich auf der innersten Fläche auf der Abschattungsklammer aufbaut, baut sich in vertikaler und horizontaler Richtung auf. Das Polymer, das sich in vertikaler Richtung aufbaut, berührt schließlich die Wafer und erzeugt Partikel. Dies findet jedoch in der Größenordnung der sechsfachen Zeitspanne statt, die notwendig ist, damit die Partikel eine Partikel- Verschmutzung bei einer herkömmlichen Klammer hervorrufen, wie bei der in Fig. 1 gezeigten Klammer. Die in Fig. 1 gezeigte Klammer muss beispielsweise nach 500 Minuten des Plasma-Ätzens gereinigt werden, während es nicht notwendig ist, die Abschattungsklammer 3000 Minuten lang zu reinigen, da der enge Anfangsspalt zwischen der innersten Fläche der Abschattungsklammer und der Wafer das Polymer daran hindert, auf der innersten Fläche der Klammer zu wachsen, so daß es die Wafer berührt.
  • Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines einteiligen Klammerelementes 7 gemäß der Erfindung. Klammerelement 7 kann am Außenumfang einer Wafer 8 angreifen, wobei die Wafer 8 an einer Elektrode 9 angeklammert wird. Während des Bearbeitens von Wafern führen Nebenprodukte der Plasmabehandlung zu einem Aufbau einer Ablagerung 10 auf dem Klammerelement 7. Um das Partikel-Verunreinigungsproblem herkömmlicher Klammerelemente zu vermeiden, weist Klammerelement 7 einen Klammerteil 11 und einen Abschattungsteil 12 auf. Wie in Fig. 2 gezeigt, drückt Klammerteil 11 gegen den Außenumfang von Wafer 8, und der Abschattungsteil erstreckt sich über die Wafer 8, derart, dass ein offener Spalt 13 zwischen Wafer 8 und Abschattungsteil 12 gebildet ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist Spalt 13 derart bemessen, dass eine Innenkante 14 der Klammer 7 in einem Abstand oberhalb der Wafer 8 liegt, der etwa der mittleren freien Wegstrecke eines Gases ist, das aktiviert wurde, um in der Plasma-Reaktionskammer ein Plasma zu bilden.
  • Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines zweiteiligen Klammerelementes 15 gemäß der Erfindung. Klammerelement 15 umfaßt zwei separate Klammerelemente 16, 17. Klammerteil 11 bildet hierbei einen Teil des ersten Teiles 16, und Abschattungsteil 12 bildet einen Teil des zweiten Teiles 17. Das zweite Teil 17 umfaßt eine Tragfläche 18 sowie eine Abschattungsfläche 19. Die Tragfläche 18 ist durch geeignete Mittel am ersten Teil 16 befestigt, und die Abschattungsfläche 19 ist eine exponierte Fläche, die sich vom ersten Teil 16 hinweg erstreckt und einer von Klammerelement 15 eingespannten Wafer zugewandt ist.
  • Das Vorausgehende beschreibt die Grundlagen, bevorzugten Ausführungsformen und Funktionsweisen der vorliegenden Erfindung. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die dargestellten besonderen Ausführungsformen beschränkt. Die oben beschriebenen Ausführungsformen dienen daher lediglich zur Veranschaulichung, nicht zur Beschränkung. Man beachte, dass Abwandlungen der Ausführungsformen durch den Fachmann möglich sind, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen, so wie durch die beigefügten Ansprüche definiert.

Claims (9)

1. Klammer zum Anklammern einer Wafer in einer Plasma- Reaktionskammer, umfassend: ein Klammerelement (7), eingeschlossen einen Klammerteil (11) und einen Abschattungsteil (12), wobei der Klammerteil eine erste untere Fläche umfaßt, die derart gestaltet ist, dass sie an der oberen Hauptfläche einer Wafer (8) entlang deren Umfang anliegt, wobei der Abschattungsteil radial einwärts in Bezug auf das Zentrum der Wafer des Klammerteiles angeordnet ist und eine zweite untere Fläche aufweist, die derart gestaltet ist, dass sie in einem Abstand von der oberen Hauptfläche der Wafer liegt, wenn die obere Hauptfläche von der unteren Fläche erfaßt wird, um einen durchgehenden Spalt (13) zu bilden, der sich vollständig rund um den Waferumfang zwischen der oberen Hauptfläche der Wafer und dem Klammerelement erstreckt, um Ablagerungen (10) der Plasmareaktion, die sich auf der innersten, dem Wafer-Zentrum zugewandten Fläche des Abschattungsteiles aufbauen, daran zu hindern, mit der Wafer während deren Anklammerns durch den Klammerteil in Kontakt zu gelangen, wobei der Spalt eine Länge in einer Richtung parallel zur oberen Fläche der Wafer aufweist, die größer als die Höhe des Spaltes zwischen der oberen Hauptfläche der Wafer und der zweiten unteren Fläche des Abschattungsteiles ist.
2. Klammer nach Anspruch 1, wobei die Länge wenigstens zweimal größer als die Höhe ist.
3. Klammer nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, wobei das Klammerelement (15) ein erstes und ein zweites, voneinander getrenntes Teil aufweist, und wobei Klammerteil (11) Teil des ersten Teiles (16), und Abschattungsteil (12) Teil des zweiten Teiles (17) ist.
4. Klammer nach Anspruch 3, wobei das zweite Teil eine Tragfläche (18) und eine zweite untere Fläche (19) aufweist, und wobei die Tragfläche am ersten Teil vorgesehen ist.
5. Klammer nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, wobei der Spalt eine Höhe von 0,0127 bis 0,0762 cm (0,005 bis 0,030 Zoll) zwischen der Wafer und der Wafer zugewandten zweiten unteren Fläche des Abschattungsteiles hat.
6. Klammer nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, wobei das Klammerelement (7) eine erste, eine zweite und eine dritte Fläche (7b, 11, 12) aufweist, die konzentrisch angeordnet und vertikal versetzt sind und die sich um dessen untere Seite herum erstrecken, wobei die erste Fläche (12) am Abschattungsteil und entsprechend der zweiten unteren Fläche angeordnet ist, die zweite Fläche (11) am Klammerteil und entsprechend der ersten unteren Fläche angeordnet ist, und die dritte Fläche (7b) radial außerhalb in Bezug auf das Wafer-Zentrum von der zweiten Fläche, vertikal versetzt und unterhalb dieser angeordnet ist.
7. Plasma-Reaktionskammer mit einem Wafer-Klammerelement (7) gemäß Anspruch 1, das die Partikel-Verschmutzung von Wafern minimiert, die in einer Wafer-Reaktionskammer behandelt werden und das ein weniger häufiges Reinigen des Klammerelementes erlaubt, wobei die Plasma-Reaktionskammer wenigstens einen Gaseinlaß zum Einleiten von Prozess-Gas in die Reaktionskammer, und ein Plasma- Erzeugungssystem zum Aktivieren des Prozess-Gases aufweist, um ein Plasma in der Reaktionskammer zu bilden.
8. Kammer nach Anspruch 7, wobei das Klammerelement ein erstes und ein zweites separates Teil umfaßt, wobei Klammerteil (11) Teil des ersten Teiles (16), und Abschattungsteil (12) Teil des zweiten Teiles (17) ist.
9. Verfahren zum Behandeln einer Wafer in einer Plasma- Reaktionskammer, die wenigstens einen Gas-Einlass zum Einleiten von Prozess-Gas in die Reaktionskammer sowie eine Plasma- Erzeugungseinrichtung zum Aktivieren des Prozess-Gases aufweist, um ein Plasma in der Reaktionskammer zu bilden, mit den folgenden Verfahrensschritten:
Es wird ein Klammerelement gemäß Anspruch 1 am Umfang einer Wafer in der Plasma-Reaktionskammer angeklammert, wobei das Klammerteil gegen die obere Hauptfläche des Umfangs der Wafer angeklammert wird, und wobei sich der Abschattungsteil über die Wafer mit einem Spalt zwischen Wafer und Abschattungsteil erstreckt, wobei der Spalt mit dem Innenraum der Plasma-Reaktionskammer in leitender Verbindung steht und derart bemessen ist, dass ein Aufbau von Niederschlägen auf der Innenkante des Klammerelementes daran gehindert wird, die Wafer während des Anklammerns zu berühren, wobei sich der Abschattungsteil über die Wafer derart erstreckt, dass der Spalt zwischen der Wafer und dem Abschattungsteil offen ist und mit dem Innenraum der Plasma-Reaktionskammer in leitender Verbindung steht, und
Behandeln der Wafer durch Einleiten eines Plasma-Prozess-Gases in die Plasma-Reaktionskammer und Aktivieren des Prozess-Gases mit dem Plasma-Erzeugungsmittel zum Bilden von Plasma.
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