DE69920453T2

DE69920453T2 - Elektrode für plasmabehandlungsverfahren und verfahren zur herstellung und anwendung derselben

Info

Publication number: DE69920453T2
Application number: DE69920453T
Authority: DE
Inventors: John Lilleland; S. Jerome HUBACEK; S. William KENNEDY
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2019-07-01
Also published as: WO2000000998A2; JP2002519862A; JP2003133296A; US6194322B1; CN100585794C; EP1475820B1; DE69920453D1; TW423072B; KR100329974B1; KR20010071688A; US6148765A; JP2002519863A; EP1092228A2; WO2000000998A3; EP1105917A1; EP1105917B1; KR100426149B1; JP3450828B2; WO2000000999A1; DE69931168T2

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Plasmabehandlung von Halbleiter-Wafern und insbesondere eine Elektrodenbaugruppe, wobei die Elektrode an ein Tragelement geklebt/gebondet ist. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Zusammenbauen der Elektrode und zum Behandeln eines Halbleiter-Substrats mit der Elektrodenbaugruppe.
Beschreibung der zugehörigen Technik
Elektroden, welche in Plasmabehandlungsreaktoren zum Behandeln von Halbleiter-Substraten, wie zum Beispiel Silizium-Wafern verwendet werden, sind in den US-Patenten mit der Nummer 5 074 456 und 5 569 356 offenbart, wobei die Offenbarung dieser Schriften durch Bezugnahme hiermit aufgenommen wird. Das Patent '456 offenbart eine Elektrodenbaugruppe für eine Reaktorvorrichtung mit parallelen Platten, wobei die obere Elektrode die Reinheit eines Halbleiters aufweist und durch eine Klebstoff-, Löt- oder Hartlötschicht an einen Tragrahmen geklebt ist. Die Löt- oder Hartlötschicht kann aus Metallen mit einem niedrigen Dampfdruck bestehen, wie zum Beispiel Indium, Silber und Legierungen daraus, und die verklebten (gebondeten) Oberflächen des Tragrahmens und der Elektrode können mit einer dünnen Schicht aus Metall beschichtet sein, wie zum Beispiel Titan oder Nickel, um die Benetzbarkeit und die Adhäsion der Verklebungsschicht zu fördern. Man hat festgestellt, dass metallurgische Verklebungen, wie zum Beispiel In-Bonds, verursachen, dass sich die Elektrode verkrümmt, aufgrund einer unterschiedlichen thermischen Expansion/Kontraktion der Elektrode und des Teils, an welches die Elektrode geklebt ist. Man hat ferner festgestellt, dass diese metallurgischen Verklebungen (Bonds) bei großen Leistungen der Plasmabehandlung versagen, aufgrund thermischer Ermüdung und/oder eines Schmelzens der Verklebung.
Techniken zum trockenen Plasmaätzen, reaktiven Ionenätzen und Ionenfräsen sind entwickelt worden, um zahlreiche Beschränkungen zu überwinden, welche mit dem chemischen Ätzen von Halbleiter-Wafern verbunden sind. Insbesondere Plasmaätzen ermöglicht, dass die vertikale Ätzrate viel größer als die horizontale Ätzrate ausgeführt wird, so dass das resultierende Längenverhältnis (d. h. das Verhältnis der Höhe zu der Breite der resultierenden Kerbe) der geätzten Merkmale adäquat kontrolliert werden kann. Tatsächlich ermöglicht Plasmaätzen sehr feine Merkmale (Features) mit großen Längenverhältnissen, welche in Filmen mit einer Dicke von mehr als einem Mikrometer ausgebildet werden.
Während des Prozesses des Plasmaätzens wird ein Plasma über der maskierten Oberfläche des Wafers ausgebildet, durch Hinzufügen von großen Mengen an Energie zu einem Gas bei einem relativ kleinen Druck, was zu der Ionisierung des Gases führt. Durch Einstellen des elektrischen Potentials des Substrats, welches geätzt werden soll, können aufgeladene Spezien in dem Plasma derart gelenkt werden, dass sie im wesentlichen senkrecht auf den Wafer auftreffen, wodurch Materialien in den nicht maskierten Bereichen des Wafers entfernt werden.
Das Ätzverfahren kann häufig dadurch effektiver ausgeführt werden, dass Gase verwendet werden, welche chemisch reaktiv mit dem Material sind, das geätzt wird. Das sogenannte „reaktive Ionenätzen" kombiniert die energetischen Ätzwirkungen des Plasmas mit der chemischen Ätzwirkung des Gases. Man hat jedoch festgestellt, dass viele chemisch aktive Mittel einen exzessiven Elektrodenverschleiß verursachen.
Die Erfindungen entsprechend der Ansprüche 1, 10 und 20 sind durch Bezug auf den nächstliegenden Stand der Technik der US 5 569 356 charakterisiert.
Es ist wünschenswert, dass Plasma gleichmäßig über der Oberfläche des Wafers zu verteilen, um gleichförmige Ätzraten über der gesamten Oberfläche des Wafers zu erzielen. Zum Beispiel offenbaren die US-Patente mit den Nummern 4 595 484, 4 792 378, 4 820 371, 4 960 488 Brausekopf-Elektroden zum Verteilen von Gas durch eine Anzahl von Bohrungen in den Elektroden. Diese Patente beschreiben im wesentlichen Gasverteilungsplatten, welche eine Anordnung von Öffnungen aufweisen, welche zugeschnitten sind, um eine gleichmäßige Strömung von Gasdämpfen zu einem Halbleiter-Wafer zur Verfügung zu stellen.
Ein System zum reaktiven Ionenätzen besteht typischerweise aus einer Ätzkammer mit einer oberen Elektrode oder Anode und einer unteren Elektrode oder Kathode, welche darin positioniert sind. Die Kathode ist mit Bezug auf die Anode und die Behälterwände an einer negativen Spannung angeschlossen. Der Wafer, welcher geätzt werden soll, ist durch eine geeignete Maske abgedeckt und direkt auf der Kathode positioniert. Ein chemisch reaktives Gas, wie zum Beispiel CF4, CHF3, CC IF3 oder SF6 oder Mischungen daraus mit O2, N2, He oder Ar, wird in die Ätzkammer eingeleitet und auf einem Druck gehalten, welcher typischerweise in dem Millitorr-Bereich liegt. Die obere Elektrode ist mit Gasbohrungen versehen, welche dem Gas ermöglichen, dass es gleichförmig durch die Elektrode in die Kammer hinein verteilt wird. Das elektrische Feld, welches zwischen der Anode und der Kathode ausgebildet wird, wird das reaktive Gas dissoziieren, was ein Plasma ausbildet. Die Oberfläche des Wafers wird durch eine chemische Wechselwirkung mit den aktiven Ionen und durch eine Impulsübertragung der Ionen, welche die Oberfläche des Wafers treffen, geätzt. Das elektrische Feld, welches durch die Elektroden erzeugt wird, wird die Ionen zu der Kathode hin anziehen, was verursacht, dass die Ionen die Oberfläche in einer vorwiegend vertikalen Richtung treffen, so dass der Prozess genau definierte vertikal geätzte Seitenwände erzeugt.
Eine Brausekopf-Elektrode 10 in einer Baugruppe für eine Ätzvorrichtung für einen einzigen Wafer ist in der 1 gezeigt. Solch eine Brausekopfelektrode 10 wird typischerweise mit einer elektrostatischen Spannvorrichtung (Chuck) verwendet, welche eine flache Bodenelektrode aufweist, auf welcher ein Wafer mit einem Abstand von einem bis zwei Zentimeter unterhalb der Elektrode 10 getragen wird. Solche Aufspannanordnungen (chucking arrangements) stellen durch Zuführen eines He-Druckes von der Rückseite eine Temperatursteuerung des Wafers zur Verfügung, welcher die Rate der Wärmeübertragung zwischen dem Wafer und der Spannvorrichtung (dem Chuck) regelt.
Die Elektrodenbaugruppe ist ein selbstverzehrendes Teil, welches regelmäßig ausgetauscht werden muss. Weil die Elektrodenbaugruppe an ein temperaturgeregeltes Element angeschlossen ist, ist es, zur Vereinfachung des Austausches, üblich gewesen, die obere Oberfläche der Außenkante der Siliziumelektrode 10 mit Indium, welches einen Schmelzpunkt von rund 156° Celsius aufweist, metallurgisch an einen Graphittragring 12 zu bonden. Solch ein niedriger Schmelzpunkt beschränkt das Ausmaß von HF-Leistung, welche an die Elektrode angelegt werden kann; weil die HF-Leistung, welche durch das Plasma absorbiert wird, verursacht, dass sich die Elektrode aufheizt. Die Elektrode 10 ist eine ebene Scheibe, welche eine gleichförmige Dicke von der Mitte bis zu der Kante derselben aufweist. Ein äußerer Flansch auf dem Ring 12 ist durch einen Klemmring 16 aus Aluminium an ein temperaturgeregeltes Element 14 aus Aluminium, welches Kühlkanäle 13 für Wasser aufweist, geklemmt. Wasser wird in den Kühlkanälen 13 durch Wassereinlass-/-auslassanschlüsse 13a zirkuliert. Ein Plasmaeinschlussring 17, zusammengesetzt aus einem Stapel von mit Abstand zueinander angeordneten Quarzringen, umschließt den äußeren Umfang der Elektrode 10. Der Plasmaeinschlussring 17 ist an einen dielektrischen ringförmigen Ring 18 geschraubt, welcher wiederum an ein dielektrisches Gehäuse 18a geschraubt ist. Der Zweck und die Funktion des Einschlussringes 17 sind, ein Druckdifferential in dem Reaktor zu erzeugen und den elektrischen Widerstand zwischen den Wänden der Reaktionskammer und dem Plasma zu vergrößern, um dadurch das Plasma zwischen der oberen und der unteren Elektrode einzuschließen. Ein sich radial nach innen erstreckender Flansch des Klemmrings 16 greift an dem äußeren Flansch des Graphittragrings 12 an. Somit wird kein Klemmdruck direkt gegen die ausgesetzte Oberfläche der Elektrode 10 ausgeübt.
Prozessgas aus einer Gasversorgung wird der Elektrode 10 durch eine zentrale Bohrung 20 in dem temperaturgeregelten Element 14 zugeführt. Das Gas wird dann durch eine oder mehrere vertikal mit Abstand zueinander angeordnete Ablenkplatten 22 verteilt und tritt durch Gasverteilungsbohrungen (nicht gezeigt) in der Elektrode 10, um das Prozessgas gleichmäßig in die Reaktionskammer 24 hinein zu verteilen. Um eine vergrößerte Wärmeleitung von der Elektrode 10 zu dem temperaturgeregelten Element 14 zur Verfügung zu stellen, kann das Prozessgas derart zugeführt werden, dass es geöffnete Räume zwischen entgegengesetzten Oberflächen des temperaturgeregelten Elements 14 und des Tragrings 12 ausfüllt. Zudem ermöglichen Gasdurchlässe 27, welche mit einem Gasdurchlass (nicht gezeigt) in dem ringförmigen Ring 18 oder dem Einschlussring 17 verbunden sind, dass der Druck in der Reaktionskammer 24 überwacht wird. Um das Prozessgas unter Druck zwischen dem temperaturgeregelten Element 14 und dem Tragring 12 zu halten, ist eine erste O-Ringdichtung 28 zwischen einer inneren Oberfläche des Tragrings 12 und einer entgegengesetzten Oberfläche des temperaturgeregelten Elements 14 vorgesehen, und eine zweite O-Ringdichtung 29 ist zwischen einem äußeren Teil einer oberen Oberfläche des Tragrings 12 und einer entgegengesetzten Oberfläche des Elements 14 vorgesehen. Um die Vakuumumgebung in der Kammer 24 aufrechtzuerhalten, sind zusätzliche O-Ringe 30, 32 zwischen dem temperaturgeregelten Element 14 und dem zylindrischen Element 18b und zwischen dem zylindrischen Element 18b und einem Gehäuse 18a vorgesehen.
Das Verfahren des Verklebens/Bondens der Siliziumelektrode 10 an dem Tragring 12 erfordert das Aufheizen der Elektrode auf eine Verklebungstemperatur (Bondingtemperatur), was ein Biegen oder Reißen der Elektrode verursachen kann, aufgrund von unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Siliziumelektrode 10 und des Graphitringes 12. Zudem kann eine Verunreinigung der Wafer daraus resultieren, dass Schmutzstoffe aus Lotteilchen oder verdampftem Lot aus der Verbindung zwischen der Elektrode 10 und dem Ring 12 oder aus dem Ring selbst entweichen. Während des Plasmabehandelns mit hoher Leistung kann die Temperatur der Elektrode sogar so groß werden, dass das Lot geschmolzen wird, und verursachen, dass sich ein Teil von der oder die gesamte Elektrode 10 von dem Ring 12 löst. Jedoch, sogar wenn die Elektrode 10 teilweise von dem Ring 12 getrennt wird, können lokale Variationen in der elektrischen und thermischen Leistungsübertragung zwischen dem Ring 12 und der Elektrode 10 zu einer nicht gleichförmigen Plasmadichte unterhalb der Elektrode 10 führen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Entsprechend eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine Elektrodenbaugruppe entsprechend dem Anspruch 1 dargestellt.
Entsprechend eines zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren des Herstellens einer Elektrodenbaugruppe entsprechend dem Anspruch 10 dargestellt.
Entsprechend eines dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren des Behandelns eines Halbleiter-Substrats entsprechend de Anspruch 20 dargestellt.
Insbesondere stellt die Erfindung eine Elektrodenbaugruppe zur Verwendung in einer Plasmareaktionskammer zum Behandeln von Halbleiter-Substraten zur Verfügung. Die Elektrodenbaugruppe umfasst ein Tragelement, welches eine Verklebungsoberfläche (Bondingoberfläche) aufweist, ferner eine HF-gespeiste Elektrode und eine elastomerische Verbindung dort zwischen. Die Elektrode weist eine ausgesetzte Oberfläche auf, deren Zweck es ist, dem Halbleiter-Substrat, welches in der Reaktionskammer behandelt werden soll, gegenüberzustehen, und ferner eine Verklebungsoberfläche (Bondingoberfläche) an einem äußeren Rand der Elektrode, welche mit der Verklebungsoberfläche des Tragelements durch die elastomerische Verbindung verbunden ist. Die elastomerische Verbindung kompensiert eine thermische Fehlausrichtung und/oder thermische Gradienten, weil sie ermöglicht, dass sich die Elektrode während Temperaturzyklen der Baugruppe relativ zu dem Tragelement bewegt.
Gemäß einer vorzuziehenden Ausführung umfasst die Elektrode eine Brausekopf-Elektrode (Showerhead-Elektrode), und die Elektrodenbaugruppe ist abnehmbar an ein temperaturgeregeltes Element angeschlossen, welches einen Gasdurchlass aufweist, der ein Prozessgas zu einer Rückseite der Brausekopf-Elektrode zuführt. In diesem Fall kann das temperaturgeregelte Element optional einen Hohlraum und eine oder mehrere Ablenkplatten, die in dem Hohlraum positioniert sind, umfassen, wobei der Gasdurchlass Prozessgas in den Hohlraum hinein zuführt, damit dieses durch die Ablenkplatten und die Auslässe der Brausekopf-Elektrode hindurchtritt. Eine Aussparung kann in der Elektrode und/oder dem Tragelement derart angeordnet sein, dass sie die elastomerische Verbindung aufnimmt und eine Dichtung zur Verfügung stellt, welche sich vollständig entlang des äußeren Randes bzw. der äußeren Kante der Elektrode erstreckt. Die Elektrode kann eine kreisförmige Siliziumscheibe einer gleichförmigen oder nicht gleichförmigen Dicke umfassen, und die elastomerische Verbindung kann ein elektrisch leitendes Material umfassen, welches einen elektrisch leitenden Füllstoff, wie zum Beispiel Metallteilchen, aufweist. Der Füllstoff stellt vorzugsweise einen direkten elektrischen Kontakt zwischen der Elektrode und dem Tragelement zur Verfügung.
Die Erfindung stellt ferner ein Verfahren des Zusammenbaus einer mit HF-Leistung versorgten Elektrode, wie zum Beispiel eine Brausekopf-Elektrode, die in einer Plasmareaktionskammer nützlich ist, zur Verfügung. Das Verfahren umfasst das Aufbringen eines elastomerischen Verklebungswerkstoffs (Bondingwerkstoffs) auf eine oder mehrere zusammenpassenden Oberflächen der Elektrode und eines Tragelements, das Zusammenfügen der Elektrode und des Tragelements und das Aushärten des Verklebungswerkstoffs, um eine elastomerische Verbindung zwischen der Elektrode und dem Tragelement auszubilden. Die zusammenpassenden Oberflächen sind vorzugsweise mit einem Haftvermittler beschichtet, welcher nachfolgend ausgehärtet wird, und/oder der Verklebungswerkstoff wird einem Verdichtungsschritt in einer Vakuumumgebung ausgesetzt, um Gasblasen zu entfernen, bevor er auf die Elektrode und/oder das Tragelement aufgebracht wird. In einer vorzuziehenden Ausführung wird der elastomerische Verklebungswerkstoff auf eine enge Aussparung in einem Graphittragring aufgebracht, und eine Siliziumelektrode wird gegen den Tragring während des Aushärtens der Verbindung gepresst.
Die Erfindung stellt ebenso ein Verfahren des Behandelns eines Halbleiter-Substrats in einer Plasmareaktionskammer zur Verfügung. Das Verfahren umfasst das Zuführen eines Halbleitersubstrats, wie zum Beispiel eines Wafers, in die Plasmareaktionskammer, das Zuführen von Prozessgas in die Kammer und das Prozessieren des Substrats durch Zuführen von elektrischer Leistung zu einer Elektrodenbaugruppe. Die Elektrodenbaugruppe umfasst eine Elektrode und ein Tragelement, und die elektrische Leistung tritt zu der Elektrode durch eine elastomerische Verbindung hindurch, welche die Elektrode mit dem Tragelement verklebt, derart, dass sich die Elektrode relativ zu dem Tragelement während Temperaturzyklen der Baugruppe bewegt. Die Elektrode kann eine Brausekopf-Elektrode sein, und das Prozessgas kann in die Kammer durch einen Gasdurchlass in einem temperaturgeregelten Element, welches in der Plasmareaktionskammer montiert ist, zugeführt werden, so dass das Prozessgas durch eine ausgesetzte Oberfläche der Brausekopf-Elektrode hindurchtritt. Das Tragelement kann ein Graphitring sein, welcher abnehmbar an das temperaturgeregelte Element angeschlossen ist, und die Elektrode kann eine Siliziumscheibe sein, welche mit dem Graphitring nur durch eine elastomerische Verbindung verbunden ist.
Die Erfindung stellt ferner eine elastomerische Verbindungsbaugruppe von Teilen in einer Plasmareaktionskammer, welche bei der Behandlung von Halbleiter-Substraten verwendet wird, zur Verfügung. Die Teile umfassen Komponenten von Substratträgern, Gasverteilungssystemen, Auskleidungen, Elektroden, Fenstern, temperaturgeregelte Oberflächen und ähnliches. Die elastomerische Verbindungsbaugruppe umfasst ein erstes Teil, welches eine Verklebungsoberfläche (Bondingoberfläche) aufweist, ein zweites Teil, welches eine Verklebungsoberfläche (Bondingoberfläche) aufweist, die an der Verklebungsoberfläche des ersten Teils angreift; und eine elastomerische Verbindung zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil, wobei die elastomerische Verbindung das erste Teil elastisch an das zweite Teil anschließt, so dass eine Bewegung zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil während Temperaturzyklen derselben ermöglicht wird. Die elastomerische Verbindung kann einen polymerischen Werkstoff umfassen, der kompatibel mit einer Vakuumumgebung ist und resistent gegen thermische Schwächung bei Temperaturen bis zu und umfassend 200° Celsius. Die elastomerische Verbindung kann einen polymerischen Werkstoff und einen Füllstoff aus elektrisch und/oder thermisch leitenden Teilchen umfassen. Der polymerische Werkstoff kann Polyimid, Polyketon, Polyetherketon, Polyether, Sulfon, Polyethylen-Terephthalat, Fluorethylen-Propylen-Copolymere, Zellulose, Triacetate oder Silikon umfassen. Der Füllstoff können Metallteilchen sein, wie zum Beispiel eine Aluminiumlegierung, welche 5 bis 20 Gew.-% Silizium aufweist. Die elastomerische Verbindung kann zwischen den zusammenpassenden Oberflächen angeordnet sein, welche konturiert sind, um eine gegenseitig verriegelnde und/oder selbstausrichtende Anordnung zur Verfügung zu stellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird nun weiter mit Bezug auf die Figuren beschrieben, in welchen:
die 1 eine seitliche geschnittene Ansicht einer Brausekopf-Elektrodenbaugruppe zum Behandeln eines einzelnen Wafers gemäß dem Stand der Technik ist;
die 2 eine seitliche geschnittene Ansicht einer Brausekopf-Elektrodenbaugruppe gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist; und
die 3 eine seitliche geschnittene Ansicht eines Teils der Anordnung, welche in der 2 gezeigt ist, ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Elektrodenbaugruppe der vorliegenden Erfindung überwindet die Nachteile der Elektrodenbaugruppe gemäß dem Stand der Technik, welche in der 1 gezeigt ist, durch Vorsehen einer verbesserten Aufnahme von Spannungen aufgrund einer thermischen Fehlausrichtung zwischen der Elektrode und dem Tragelement, was die Lebensdauer der Elektrode verlängert, durch Ermöglichen, dass die Elektrode höheren Temperaturen ausgesetzt wird, was ermöglicht, dass der Reaktor mit einer höheren Leistung gefahren werden kann, durch Vermindern der Kosten der Produktion und der Montage der Elektrode und durch Vorsehen eines größeren Ausmaßes an Ebenheit von der Mitte zu dem äußeren Umfang der Elektrode, während des Betreibens des Reaktors, wodurch eine gleichförmige Plasmabehandlung von Halbleiter-Substraten ermöglicht wird. Die Plasmabehandlung umfasst das Ätzen von Werkstoffen, wie zum Beispiel von Oxidschichten, das Strippen von Werkstoffen, wie zum Beispiel von Photoresists, das Abscheiden (Deposition) von Schichten, wie zum Beispiel SiO₂, etc. Der primäre Nutzen der Erfindung ist jedoch die Reduzierung von Spannungen in der Elektrodenbaugruppe, aufgrund eines Auseinanderklaffens von Koeffizienten der thermischen Expansion und/oder thermischen Gradienten der Elektrodenkomponenten, und das Ermöglichen eines Betriebs des Plasmareaktors mit höherer Leistung.
Eine Brausekopf-Elektrodenbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Elektrode, ein Tragelement und eine elastomerische Verbindung zum elastischen Verkleben (Bonden) der Elektrode an das Tragelement. Somit vermeidet die Erfindung die Notwendigkeit des Verbindens der Elektrode an einen Tragring durch Löten, was zu verschiedenen Nachteilen führen kann, welche mit Bezug auf die Anordnung, welche in der 1 gezeigt ist, oben diskutiert worden sind.
Weil die Elektrodenbaugruppe ein Verbrauchsteil bzw. ein sich verzehrendes Teil ist, welches regelmäßig ersetzt werden muss, ist die Elektrode vorzugsweise an ein Tragelement in Form eines Rings gebondet, welcher mechanisch an ein permanentes Teil des Reaktors geklemmt werden kann. Zum Beispiel kann der Ring der Elektrodenbaugruppe entfernbar an ein temperaturgeregeltes Element angeschlossen sein, welches einen Gasdurchlass zum zur Verfügung Stellen von Prozessgas (zum Beispiel eines geeigneten Plasmaätzgases zum Ätzen von Siliziumdioxid oder einer anderen Werkstoffschicht auf dem Wafer), welches in einen Hohlraum hineinströmt, der Ablenkplatten beinhaltet, und nach außen durch Auslässe in der Elektrode. Wenn es gewünscht wird, kann die Elektrodenbaugruppe jedoch andere Anordnungen aufweisen, in welchen die Elektrode keine Brausekopf-Elektrode ist und/oder das Tragelement nicht die Form eines Rings aufweist. Zum Beispiel kann die Elektrode eine Brausekopf-Elektrode sein, welche an eine Stützplatte gebondet/geklebt ist, die Gasverteilungsbohrungen aufweist, welche mit jenen in der Elektrode in Verbindung stehen. Eine andere Möglichkeit ist diese, in welcher die Elektrode an ein Tragelement in der Form einer Platte, eines Zylinders, von Vorsprüngen auf einem Basiselement, etc. geklebt (gebondet) ist.
Gemäß der vorzuziehenden Ausführung der Erfindung weist das Tragelement die Form eines Rings auf, welcher einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch an einer Kante desselben aufweist, zum entfernbaren Anschließen der Elektrodenbaugruppe an ein temperaturgeregeltes Element, welches in dem Inneren einer Plasmareaktionskammer positioniert ist, wie zum Beispiel der Typ, welcher zum Plasmaätzen von einem einzelnen Wafer verwendet wird. In dem zusammengebauten Zustand können Kühlkanäle in der oberen Oberfläche des temperaturgeregelten Elements eine Wasserkühlung der Elektrodenbaugruppe zur Verfügung Stellen.
Die Elektrode besteht vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, wie zum Beispiel einer ebenen Silizium- (zum Beispiel ein einkristallines Silizium), Graphit- oder Siliziumkarbidelektrodenscheibe, welche eine gleichförmige Dicke von der Mitte bis zu dem äußeren Rand derselben aufweist. Es können jedoch Elektroden, welche eine nicht gleichförmige Dicke, unterschiedliche Werkstoffe aufweisen und/oder ohne Bohrungen zum Verteilen von Prozessgas ebenso bei der Elektrodenbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. In einer vorzuziehenden Ausführung ist die Elektrode eine Brausekopf-Elektrode (Showerhead-Elektrode), welche mit einer Vielzahl von mit Abstand zueinander angeordneten Gasentladungsdurchlässen versehen ist, welche eine Größe und eine Verteilung aufweisen, welche zum Zuführen eines Prozessgases geeignet sind, welches durch die Elektrode energetisiert wird und ein Plasma in der Reaktionskammer unterhalb der Elektrode ausbildet. Es kann doch jeglicher Elektrodentyp, welcher in einem Plasmareaktor oder einer Vakuumumgebung nützlich ist, als ein Teil der Elektrodenbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wobei solche Elektroden Sputter-Elektroden umfassen.
Die elastomerische Verbindung kann jeglichen geeigneten elastomerischen Werkstoff umfassen, wie zum Beispiel einen Polymerwerkstoff, der mit einer Vakuumumgebung kompatibel und resistent gegenüber einer thermischen Schwächung bei hohen Temperaturen, wie zum Beispiel oberhalb von 200° Celsius, ist. Der Elastomerwerkstoff kann optional einen Füllstoff aus elektrisch und/oder thermisch leitenden Teilchen umfassen, oder anders geformte Füllstoffe, wie zum Beispiel ein Drahtnetz, ein leitendes Gewebe oder einen leitenden Vliesstoff, etc. Polymerische Werkstoffe, welche in Plasmaumgebungen oberhalb von 160° verwendet werden können, umfassend Polyimid, Polyketon, Polyetherketon, Polyether-Sulfon, Polyethylen-Terephthalat, Fluorethylen-Propylen-Copolymere, Zellulose, Triacetate, Silikon und Gummi. Beispiele von elastomerischen Werkstoffen hoher Reinheit umfassen bei Raumtemperatur aushärtende Einkomponentenklebstoffe, welche von General Electric als RTV 133 und RTV 167 erhältlich sind, einen fließfähigen wärmeaushärtbaren (zum Beispiel über 100° Celsius) Einkomponentenklebstoff, welcher von General Electric als TSE 3221 erhältlich ist, und ein zweiteiliges durch Beimengung aushärtbares (additional cure) Elastomer, welche von Dow Corning als „SILASTIC" erhältlich ist. Ein besonders vorzuziehendes Elastomer ist ein Polydimethylsiloxan beinhaltendes Elastomer, wie zum Beispiel ein katalytisch ausgehärtetes, zum Beispiel Pt-ausgehärtetes, Elastomer, welches von Rhodia als V217 erhältlich ist, ein Elastomer, welches bei Temperaturen von 250° Celsius und mehr stabil ist.
In dem Fall, in welchem das Elastomer ein elektrisch leitendes Elastomer ist, kann das elektrisch leitende Füllmaterial Teilchen eines elektrisch leitenden Metalls oder einer Metalllegierung umfassen. Ein vorzuziehendes Metall zur Verwendung in der für Verunreinigungen empfindlichen Umgebung einer Plasmareaktionskammer ist eine Aluminiumlegierung, wie zum Beispiel eine Aluminiumbasislegierung, welche 5 – 20 Gew.-% Silizium beinhaltet. Zum Beispiel kann die Aluminiumlegierung rund 15 Gew.-% Silizium beinhalten.
Um innerhalb der elastischen Grenzen der endgültig ausgebildeten Verbindung zu verbleiben, hat man es als nützlich herausgefunden, eine oder mehrere Aussparungen in wenigstens einem der Elemente, welche verbunden werden sollen, vorzusehen. Das bedeutet, eine zu dünne Verbindung könnte während der thermischen Zyklen reißen, wohingegen eine zu dicke Verbindung die elektrische Leistungsübertragung und/oder die thermische Kopplung zwischen den Teilen, welche verbunden werden sollen, beeinträchtigen könnte. In dem Fall des Anschließens einer Siliziumelektrode an einen Graphittragring kann eine Aussparung in dem Graphitring vorgesehen sein, zum Zwecke des Haltens einer ausreichend dünnen Schicht eines Elastomers zwischen der Elektrode und dem Tragring, um eine adäquate elektrische Kopplung/Verbindung zur Verfügung zu stellen, noch dick genug, um einen thermischen Versatz zwischen der Elektrode und dem Tragring aufzunehmen. Als ein Beispiel kann, in dem Fall eines thermisch leitenden Elastomers, welches einen Füllstoffinhalt von rund 45 bis 55 Vol.-% aufweist und eine Durchschnittsfüllteilchengröße von 0,7 – 2 Mikrometer, die Aussparung eine Tiefe von rund 2 Mils (rund 50 Mikrometer) aufweisen. In Kontaktflächen, welche die Aussparung umschließen, ist das Elastomer dünn genug, um eine größere elektrische Leitfähigkeit zur Verfügung zu stellen als das massige Elastomer aufweist, weil die individuellen Teilchen die entgegengesetzten Kontaktoberflächen überbrücken. Zudem ermöglicht die Kombination der Teilchen mit geeigneter Größe und die Kerbentiefe den Durchtritt von HF-Strom durch die Verbindung. Wenn der Füllstoffgehalt auf rund 65 – 70 Vol.-% vergrößert wird, um einen besseren Gleichstromweg durch die Verbindung zur Verfügung zu stellen, könnten solche höhere Füllstoffgehalte die Elastizität der Verbindung nachteilig beeinflussen. Es ist jedoch nicht notwendig, ein elektrisch und/oder thermisch leitendes Elastomer zu verwenden, weil eine ausreichende HF-Leistung zu der Elektrode durch einen dünnen Bereich der Elastomerverbindung zugeführt werden kann, aufgrund der kapazitiven Kopplung zwischen der Elektrode und dem Tragelement. Solch eine dünne Verbindung stellt ebenso eine adäquate thermische Leitfähigkeit zwischen der Elektrode und dem Tragelement zur Verfügung.
Die gegenstückigen/zusammenpassenden Oberflächen der Elektrode und des Tragelements können eben oder nicht eben sein. Zum Beispiel kann eine gegenstückige Oberfläche eben sein, und die andere kann eine Aussparung zum Aufnehmen des Verklebungswerkstoffs (Bondingwerkstoffs) umfassen, wie oben beschrieben worden ist. Alternativ können die gegenstückigen Oberflächen konturiert sein, um eine gegenseitig verriegelnde und/oder selbstausrichtende Anordnung zur Verfügung zu stellen. Um die Adhäsion des elastomerischen Verklebungswerkstoffs zu verbessern, sind die gegenstückigen Oberflächen vorzugsweise mit einem geeigneten Haftvermittler beschichtet. Wenn der Verklebungswerkstoff der oben beschriebene Werkstoff V217 ist, kann der Haftvermittler ein Siloxan in einem aliphatischen Lösungsmittel, wie zum Beispiel VI-SIL V-06C von Rhodia, sein.
Der Haftvermittler kann als eine dünne Beschichtung durch jede geeignete Technik aufgebracht werden, wie zum Beispiel durch Streichen, Bürsten, Sprühen, etc., um Verklebungsstellen auf den gegenstückigen Oberflächen für den später aufgebrachten Verklebungswerkstoff zu erzeugen. Wenn der Haftvermittler ein Lösungsmittel beinhaltet, kann die Aufbringung des Haftvermittlers durch Streichen die Verklebung durch Reinigen der gegenstückigen Oberflächen verbessern. Ein Siloxan beinhaltender Haftvermittler reagiert mit Luft und erzeugt Si-Verklebungsstellen, wenn er in Luft bei Raumtemperatur ausgehärtet wird. Solche Haftvermittler stellen eine visuelle Anzeige des Ausmaßes der Verklebungsstellen zur Verfügung, wobei überschüssige Haftvermittlerpositionen pulverig erscheinen. Obwohl der Haftvermittler eine leichte und effektive Technik zum Konditionieren der gegenstückigen Oberflächen zur Verfügung stellt, können andere Konditionierungstechniken, wie zum Beispiel das Behandeln der Oberflächen in einem Sauerstoffplasma, verwendet werden.
Um eine elastomerische Verbindung hoher Qualität zur Verfügung stellen, ist es wünschenswert, den Elastomerwerkstoff zur Verklebung vor seiner Aufbringung auf die gegenstückigen Oberflächen zu verdichten. Zum Beispiel kann der Elastomerwerkstoff zur Verklebung einer Vibration in einer Vakuumumgebung bei Raumtemperatur oder bei einer erhöhten Temperatur ausgesetzt werden. Ein Vakuumdruck unterhalb von 1 Torr, vorzugsweise unterhalb von 500 mTorr, kann verwendet werden, um den Verklebungswerkstoff zu entgasen. Das Vakuum kann durch Entlüften für einmal oder mehrere Male während der Verdichtungsbehandlung gepulst werden, um das Aufbrechen der Blasen, welche in dem Vakuum erzeugt wird, zu verstärken. Als ein Beispiel kann ein Vakuum von rund 200 mTorr vier- oder fünfmal über einer Zeitspanne von 30 Minuten gepulst werden. Das Vorhandensein eines Füllstoffes in dem elastomerischen Verklebungswerkstoff hilft ebenso beim Aufbrechen der Blasen, welche in dem Vakuum ausgebildet werden. Ohne das erregte/gepulste Vakuum expandiert der Elastomerwerkstoff zur Verklebung unter Vakuum auf rund das Zehnfache seines Ausgangsvolumens, wodurch er Lagerungs- und Reinigungsprobleme verursacht, welche neue Lufttaschen in den Werkstoff einführen können. Solche Gasstellen können Blasen während des Aushärtens des Verklebungswerkstoffs ausbilden und somit die endgültig geformte Verbindung schwächen.
Das Abdecken mit einer Maske (Masking) der gegenstückigen Oberflächen stellt einen nützlichen Weg des Schützens der umschließenden Oberflächen und des Entfernens von überschüssigem Verklebungswerkstoff, nachdem die Verbindung ausgebildet worden ist, dar. Für die hochreinen Werkstoffe, welche als Komponenten des Plasmareaktors verwendet werden, können Polyester- und/oder Polyimid-Werkstoffe, wie zum Beispiel MYLAR- und KAPTON-Tapes, welche silizium-/graphitkompatiblen Klebstoff aufweisen, verwendet werden. In dem Fall einer Brausekopf-Elektrode aus Silizium ist es wünschenswert, die Gasauslässe auf der Elektrode mit MYLAR-Tape abzudecken, und die Außenseitenkante der Elektrode kann mit einem Streifen KAPTON-Tape abgedeckt werden. In dem Fall eines Graphittragrings können die inneren und äußeren Kanten mit Streifen aus KAPTON-Tape abgedeckt werden. Um bei dem Entfernen von überschüssigem Verklebungswerkstoff zu helfen, nachdem die Verbindung ausgebildet worden ist, ist es nützlich, einen Haftvermittler auf das Abdeckmaterial (Masking-Material) aufzubringen, um das Anhaften des Elastomerwerkstoffs zur Verklebung daran zu fördern. Auf diese Art und Weise wird, wenn der Abdeckungswerkstoff von den verklebten Teilen entfernt wird, der überschüssige Verklebungswerkstoff, welcher an dem Abdeckungsmaterial anhaftet, ebenso entfernt.
Der elastomerische Verklebungswerkstoff kann auf eine oder beide der gegenstückigen Oberflächen aufgetragen werden. In dem Falle einer Siliziumelektrode und eines Graphittragrings ist es wünschenswert, den Verklebungswerkstoff auf den Graphittragring aufzutragen, weil dieser poröser ist. Zum Beispiel kann eine Wulst aus Verklebungswerkstoff in eine Aussparung hinein aufgetragen werden, welche sich vollständig um den Tragring herum erstreckt. Die Menge an Verklebungswerkstoff überschreitet vorzugsweise das Volumen der endgültig geformten Verbindung. Zum Beispiel kann der Verklebungswerkstoff in einer rund fünffachen Menge der Menge aufgetragen werden, welche notwendig ist, um die Verbindung auszuformen.
Nachdem der Verklebungswerkstoff auf wenigstens eine der gegenstückigen Oberflächen aufgetragen worden ist, kann der Verklebungswerkstoff einem Verdichtungsschritt unterzogen werden. Zum Beispiel kann der Graphitring mit dem Verklebungswerkstoff, welcher auf diesem aufgetragen ist, in einer Vakuumumgebung platziert werden, wie vorher beschrieben worden ist, um Gasblasen, welche während des Schrittes des Auftragens des Verklebungswerkstoffes eingeführt worden sind, zu entfernen.
Nachdem der Verklebungswerkstoff auf wenigstens eine der gegenstückigen Oberflächen aufgetragen worden ist, können die Teile zusammengebaut werden, derart, dass die gegenstückigen Oberflächen zusammengepresst werden. In dem Fall der Elektrode und des Tragrings, welche oben beschrieben worden sind, kann die Elektrode in einer Spannvorrichtung/Montagevorrichtung gehalten werden, und die Plastikstifte der Spannvorrichtung können verwendet werden, um den Tragring in einen präzisen Kontakt mit der Elektrode zu führen. Anfänglich kann ein leichter Druck, wie zum Beispiel ein Handdruck, verwendet werden, um das Elastomer über der Verbindung, welche geformt werden soll, zu verteilen. Nachdem das Elastomer verteilt worden ist, kann eine statische Belastung, wie zum Beispiel ein 30 Pfund (Pound) Gewicht auf die Elektrode während des Aushärtens der Verklebung aufgebracht werden.
Die Verklebung kann bei Raumtemperatur oder einer erhöhten Temperatur in einer atmosphärischen oder einer Schutzgasumgebung ausgehärtet werden. Zum Beispiel kann die Baugruppe in einem Konvektionsofen angeordnet werden und auf eine niedrige Temperatur erwärmt werden, um das Aushärten der Verklebung zu beschleunigen, ohne thermische Spannungen in die Teile einzuführen, welche verbunden werden sollen. In dem Fall der Elektrode und des Tragrings, welche oben beschrieben worden sind, ist es wünschenswert, die Temperatur unterhalb von 60° Celsius zu halten, zum Beispiel auf 45 – 50° Celsius, über eine geeignete Zeit hinweg, zum Beispiel für 3 bis 5 Stunden.
Nachdem die Verklebung ausgehärtet worden ist, um die elastomerische Verbindung auszubilden, wird die Baugruppe gekühlt und das Abdeckungsmaterial (Masking-Material) wird entfernt. Ferner können jegliche Schritte des Reinigens und/oder weitere Herstellungsschritte, wie zum Beispiel das Ausgasen in einem Vakuumofen, in Abhängigkeit der Anforderungen des Betriebs der Baugruppe ausgeführt werden.
Die 2 zeigt eine Brausekopf-Elektrodenanordnung 40 in Übereinstimmung mit einer Ausführung der Erfindung. Die Elektrodenanordnung 40 umfasst eine Elektrode 42 und einen elektrisch leitenden Tragring 44. Die Elektrodenbaugruppe kann mit der Elektrodenbaugruppe, welche aus der Elektrode 10 und dem Tragring 12 gebildet wird, die in der 1 gezeigt ist, ersetzt werden. Die Elektrode 40 unterscheidet sich von der In-gebondeten Baugruppe, welche in der 1 gezeigt ist, darin, dass die Elektrode 42 an den Tragring 44 durch eine elastomerische Verbindung 46 gebondet ist, welche in einer Aussparung 48 angeordnet sein kann, wie in der 3 gezeigt ist.
In Übereinstimmung mit einer Ausführung der Erfindung erstreckt sich die Aussparung 48 kontinuierlich um den Tragring 44 herum, zwischen einer inneren Wand (nicht gezeigt) und einer äußeren Wand 50 des Tragrings 44. Jede Wand 50 kann so dünn wie möglich sein, zum Beispiel rund 30 Mils dick, was ermöglicht, dass das Elastomer eine dünne Schicht (zum Beispiel rund 2 Mikrometer dick in dem Fall, in welchem das Elastomer einen Füllstoff in der Größe von 0,7 – 2 Mikrometer umfasst) in der Fläche ausbildet, welche in Kontakt mit jeder Wand 50 steht, und eine dickere Schicht (zum Beispiel rund 0,0025 Inch) in der Aussparung 48. Die Aussparung, welche durch die Wände ausgebildet wird, kann extrem eng sein, zum Beispiel rund 2 Mils tief, was eine sehr dünne elastomerische Verbindung zur Verfügung stellt, welche eine ausreichende Festigkeit aufweist, um die Elektrode an den Tragring adhäsiv zu bonden, und noch eine Bewegung der Elektrode relativ zu dem Tragring während der Temperaturzyklen der Elektrodenbaugruppe zu ermöglichen. Zudem können die Wände der Aussparung die elastomerische Verbindung vor einem Angriff durch die Plasmaumgebung in dem Reaktor schützen.
Die Abmaße der Elektrodenbaugruppe können angepasst werden, um den Anforderungen der beabsichtigen Verwendung der Elektrodenbaugruppe gerecht zu werden. Als ein Beispiel, wenn die Elektrode verwendet wird, um einen 8-Inch-Wafer zu prozessieren, kann die Elektrode einen Durchmesser aufweisen, welcher leicht kleiner als 9 Inches ist, und der Tragring kann eine Breite an der Schnittstelle zwischen der Elektrode und dem Tragring aufweisen, welche etwas kleiner als 0,5 Inch ist. Zum Beispiel kann der Tragring an der Schnittstelle einen inneren Durchmesser von 8 Inches und einen äußeren Durchmesser einer Schnittstelle von 8,8 Inches aufweisen. In solch einem Fall kann die Schnittstelle zwischen der Elektrode und dem Tragring eine Breite von rund 0,4 Inch aufweisen, und die Aussparung kann eine Breite von 0,34 Inch aufweisen, wenn die Wände 0,030 Inch breit sind.
Während ein spezifisches Beispiel einer Verbindung beschrieben worden ist, können andere elastomerische Verbindungen verwendet werden, um die Elektrode an ein Tragelement in der Form eines Tragringes oder einer anderen Ausführung anzuschließen, vorausgesetzt, die Verbindung weist eine ausreichende Festigkeit bei den erhöhten Temperaturen und Plasmazuständen, welchen sie in der Umgebung eines Plasmareaktors ausgesetzt ist, auf. Die elastomerische Verbindung ist vorzugsweise vakuumkompatibel, weist eine ausreichende Zähigkeit, Reißfestigkeit, Elastizität, einen Widerstand gegen thermische Schwächung, eine thermische Leitfähigkeit und/oder elektrische Leitfähigkeit auf. In dem Fall, in welchem die Elektrode eine Brausekopf-Elektrode ist, muss die elastomerische Verbindung in der Lage sein, dem Gewicht der Elektrode und dem Gasdruck des Prozessgases, welches der Brausekopf-Elektrode zugeführt wird, zu widerstehen.
Gemäß der Erfindung bietet die Verwendung eines Elastomerwerkstoffes, um die Elektrode an dem Tragring anzuschließen, Vorteile im Vergleich zu mit Indium gebondeten Elektroden, im Hinblick auf die verminderte Wahrscheinlichkeit des Brechens der Elektrode, die verminderte Wahrscheinlichkeit des Lösens der Verklebung der Elektrode von dem Tragring aufgrund thermischer Ermüdung, eine verminderte Verwindung und somit einen verbesserten thermischen Kontakt zwischen dem Tragring und dem temperaturgeregelten Element, während des Temperaturdurchlaufes der Elektrodenbaugruppe, eine verbesserte elektrische Leistungszufuhr zu der Elektrode durch Beibehalten eines guten kapazitiven Koppelkontakts/elektrischen Kontakts zwischen der Elektrode und dem Tragring, eine verminderte Verunreinigung der Kammer durch Teilchen oder Unreinheiten und/oder eine vergrößerte Leistungsfähigkeit, aufgrund der Fähigkeit der Elektrodenbaugruppe, höheren Temperaturen zu widerstehen.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist nützlich zum Prozessieren von Wafern, wie zum Beispiel beim Plasmaätzen, bei der Abscheidung (Deposition), etc., bei der Prozessierung/Behandlung von mehreren oder einzelnen Wafern. Zum Beispiel kann die Vorrichtung zum Ätzen oder Abscheiden von BPSG, von Oxiden, wie zum Beispiel thermisches Siliziumdioxid oder pyrolytischen Oxiden und Photoresist-Werkstoffen verwendet werden. Die Vorrichtung kann gewünschte Niveaus von Submicron-Kontaktprofilen, CDs und eine geringe Teilchenkontaminierung aufrecht erhalten. Im Hinblick auf das Ätzen von BPSG können Ätzraten von rund 8000 Å/min erreicht werden, und die Gleichförmigkeit des Ätzens kann mit rund 4 Prozent über der Lebensdauer der Elektrode von mehr als 30000 HF-Minuten beibehalten werden, wohingegen In-verklebte/Ingebondete Elektrodenbaugruppen einen Austausch schon bei 2400 HF-Minuten erfordern können. Photoresist-Ätzraten von rund 800 Å/min können beibehalten werden, während Siliziumdioxid bei rund 6000 Å/min geätzt wird. Im Hinblick auf CD-Linien-Messungen (CD line measurements) können Messungen durch SEM (Abtastelektronenmikroskop, Scanning Electron Microscope) von Wafern, die über 200 Sekunden geätzt worden sind, um Bohrungen (vias) in Siliziumdioxid zur Verfügung zu stellen, Mitten- und Kanten-CDs (center/edge CDs) von weniger als 0,02 Mikrometer zur Verfügung stellen.

Claims

Eine Elektrodenbaugruppe, welche für eine Plasmareaktionskammer, welche bei der Behandlung von Halbleitersubstraten verwendet wird, verwendbar ist, umfassend: ein Tragelement; eine HF-angesteuerte Elektrode (42), welche eine mit HF-Leistung versorgte Oberfläche auf einer Seite derselben aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragelement eine Klebstelle aufweist, die gesagte HF-angesteuerte Elektrode eine Klebstelle an einer äußeren Kante auf einer Seite aufweist, die der mit HF-Leistung versorgten Oberfläche entgegengesetzt ist, und im Eingriff mit der Klebstelle des Tragelements steht, eine elastomere Verbindung (46) zwischen der äußeren Kante der Elektrode (42) und dem Tragelement, dadurch gekennzeichnet, dass die elastomere Verbindung (46) ein ausgehärteter Elastomer-Verklebungswerkstoff oder Klebemittel ist, welches die Elektrode (42) elastisch an das Tragelement anschließt, so dass eine Bewegung zwischen der Elektrode (42) und dem Tragelement während periodischen Temperaturdurchläufen derselben ermöglicht wird.
Eine Elektrodenbaugruppe gemäß Anspruch 1, wobei das Tragelement entfernbar an ein temperaturgesteuertes Element (14) in einem Innenraum einer Plasmareaktionskammer angeschlossen ist, das Tragelement einen Tragring (44) aufweist, der an das temperaturgesteuerte Element (14) angeklemmt ist, die Elektrode (42) eine Brausekopf-Elektrode (42) umfasst, und das temperaturgesteuerte Element (14) einen Gasdurchlass umfasst, welcher ein Prozessgas zu der Brausekopf-Elektrode (42) zuführt.
Eine Elektrodenbaugruppe gemäß Anspruch 2, wobei das temperaturgesteuerte Element (14) einen Hohlraum und wenigstens eine Ablenkplatte (22), die in dem Hohlraum positioniert ist, umfasst, der Gasdurchlass (20) das Prozessgas derart zuführt, dass es durch die Ablenkplatte hindurchtritt, bevor es zu der Brausekopf-Elektrode (42) geleitet wird.
Eine Elektrodenbaugruppe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die elastomere Verbindung (46) einen elektrisch leitenden elastomeren Werkstoff in einer Schnittstelle zwischen der Elektrode (42) und dem Tragelement umfasst, der elastomere Werkstoff ein elektrisch leitendes Füllmaterial umfasst, welches einen Weg für einen elektrischen Strom zwischen der Elektrode (42) und dem Tragelement zur Verfügung stellt.
Eine Elektrodenbaugruppe gemäß Anspruch 4, wobei eine Aussparung (48) in der Schnittstelle vorgesehen ist, und das Füllmaterial elektrisch und/oder thermisch leitende Teilchen aufweist, und die Teilchen eine Durchschnittsgröße haben, welche wenigstens 5 mal kleiner als die Tiefe der Aussparung (48) in der Schnittstelle ist.
Eine Elektrodenbaugruppe gemäß Anspruch 5, wobei die Aussparung (48) eine gleichförmige Tiefe in dem Tragelement aufweist, die Aussparung (48) zwischen Wänden des Tragelements positioniert ist, die Wände eine Dicke aufweisen, welche größer als die Tiefe der Aussparung (48) aber kleiner als das 25-fache der Tiefe der Aussparung (48) ist.
Eine Elektrodenbaugruppe gemäß Anspruch 4, wobei die Aussparung (48) sich kontinuierlich um das Tragelement herum erstreckt, und die Elektrode (42) nur durch die elastomere Verbindung (46) an das Tragelement angeklebt ist.
Eine Elektrodenbaugruppe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die elastomere Verbindung (46) ein katalytisch gehärtetes Elastomer-Kunstharz umfasst.
Eine Elektrodenbaugruppe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Elektrode (42) eine Siliziumelektrode (42) umfasst, und das Tragelement einen Graphit-Tragring (44) umfasst.
Ein Herstellungsverfahren einer Elektrodenbaugruppe zur Verwendung in einer Plasmareaktionskammer, gezeichnet durch die folgenden Schritte: das Aufbringen eines elastomeren Verklebungswerkstoffes auf eine oder mehrere Klebstellen eines Tragelements und einer HF-angesteuerten Elektrode (42); das Ausbilden einer Baugruppe aus dem Tragelement und der Elektrode (42), derart, dass der elastomere Verklebungswerkstoff die Klebstellen des Tragelements und der Elektrode (42) verbindet; und das Aushärten des elastomeren Verklebungswerkstoffs, so dass eine elastomere Verbindung (46) zwischen der Elektrode (42) und dem Tragelement ausgebildet wird, wobei die elastomere Verbindung (46) eine Bewegung der Elektrode (42) relativ zu dem Tragelement während periodischen Temperaturdurchläufen derselben ermöglicht.
Das Verfahren aus Anspruch 10, ferner umfassend das Vorbereiten des elastomeren Verklebungswerkstoffs durch Mischen von wenigstens zwei Komponenten eines Elastomers mit einem optionalen elektrisch leitenden Füllmaterial und durch Verdichten des elastomeren Verklebungswerkstoffs in einer Vakuumumgebung bei Umgebungstemperaturen oder bei Temperaturen oberhalb oder unterhalb der Umgebungstemperatur.
Das Verfahren aus Anspruch 10 oder 11, ferner umfassend das Aufbringen eines Abdeckungswerkstoffs auf die Oberflächen der Elektrode (42) und des Tragelements, derart, dass die Klebstellen entblößt bleiben, und das optionale Beschichten der von dem Abdeckungswerkstoff entblößten Bereiche mit einem Haftvermittlerwerkstoff, wobei übermäßiger elastomerer Verklebungswerkstoff, welcher aus der elastomeren Verbindung (46) heraus gequetscht worden ist, entfernt wird, wenn der Abdeckungswerkstoff von der Elektrode (42) und dem Tragelement entfernt wird.
Das Verfahren aus Anspruch 10, 11 oder 12, wobei das Tragelement einen Tragring (44) umfasst, welcher eine ringförmige Aussparung (48) aufweist, die sich vollständig um den Tragring (44) herum erstreckt, der elastomere Verklebungswerkstoff in einem solchen Ausmaß aufgebracht wird, dass die elastomere Verbindung die Aussparung (48) ausfüllt und dünn genug ist, um Wärme von der Elektrode (42) zu dem Tragring (44) zu leiten.
Das Verfahren aus einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei der elastomere Verbindungswerkstoff ein elektrisch leitendes Füllmaterial umfasst, und der elastomere Verbindungswerkstoff an die Verklebungsoberflächen derart aufgebracht wird, dass er einen im wesentlichen direkten elektrischen Kontakt zwischen der Elektrode (42) und dem Tragelement zur Verfügung stellt.
Das Verfahren aus einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Elektrode (42) im wesentlichen aus einem einkristallinen oder polykristallinen Silizium besteht, und das Tragelement im wesentlichen aus Graphit besteht, und wobei die Siliziumelektrode (42) an das Graphit-Tragelement nur durch die elastomere Verbindung (46) angeklebt ist.
Das Verfahren aus einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei die Elektrode (42) eine Siliziumscheibe einer gleichförmigen oder nicht gleichförmigen Dicke aufweist, und das Tragelement einen Graphit-Tragring (44) aufweist, wobei das Verfahren das Ausrichten der Elektrode (42) und des Tragrings (44) in einer Aufspannvorrichtung umfasst, welche einen ausreichenden Druck aufbringt, um überschüssigen Verklebungswerkstoff nach außen aus einer Schnittstelle zwischen der Elektrode (42) und dem Tragring (44) herauszudrücken, ferner das Aufheizen der Baugruppe in einem Ofen bei einer Temperatur, welche hoch genug ist, um das Aushärten des elastomeren Verklebungswerkstoffes zu beschleunigen, aber niedrig genug, um die thermische Expansion der Elektrode (42) oder des Tragrings (44) zu minimieren.
Das Verfahren aus einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei der elastomere Verklebungswerkstoff in eine Aussparung (48) eingefüllt wird, welche derart in ihrer Größe bemessen ist, dass sie eine ausgehärtete elastomere Verbindung (46) zur Verfügung stellt, welche eine ausreichende Bewegung zwischen der Elektrode (42) und dem Tragelement zur Verfügung stellt, um das Abreißen der Verbindung als ein Ergebnis von unterschiedlicher thermischer Expansion oder Kontraktion der Elektrode (42) und des Tragelements, während der Verwendung der Elektrodenbaugruppe in einem Plasmareaktor, zu vermeiden.
Das Verfahren aus einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei der elastomere Verklebungswerkstoff eine Viskosität aufweist, welche ausreichend ist, um ein Selbstnivellieren und -ausbreiten des Verklebungswerkstoffs auf den gepaarten Oberflächen zu erreichen, und wobei das Verfahren ferner das Entgasen des Verklebungswerkstoffs durch Anordnen der Baugruppe in einer Vakuumumgebung umfasst.
Das Verfahren aus einem der Ansprüche 10 bis 18, ferner umfassend das Aufbringen eines Haftvermittlerwerkstoffs auf die gepaarten Oberflächen oder das Plasmabehandeln der gepaarten Oberflächen.
Ein Verfahren des Behandelns von Halbleitersubstraten in einer Plasmareaktionskammer, wobei eine Elektrodenbaugruppe eine HF-angesteuerte Elektrode (42) aufweist, die durch eine elastomere Verbindung (46) an ein Tragelement angeklebt ist, umfassend: das Zuführen eines Halbleitersubstrats zu der Plasmareaktionskammer; das Zuführen von Prozessgas in einen Innenraum der Plasmareaktionskammer, welche einen Elektrodenaufbau gemäß Anspruch 1 umfasst.
Das Verfahren aus Anspruch 20, wobei das Halbleitersubstrat einen Silizium-Wafer umfasst, und das Verfahren das Ätzen einer dielektrischen oder leitenden Werkstoffschicht auf den Wafer umfasst.
Das Verfahren aus Anspruch 20 oder 21, wobei das Verfahren das Abscheiden einer Werkstoffschicht auf dem Halbleitersubstrat umfasst.
Das Verfahren aus Anspruch 20, 21 oder 22, wobei die Elektrode (42) eine Silizium-Brausekopf-Elektrode umfasst, und das Tragelement einen Graphitring (44) umfasst, wobei Prozessgas zu der Brausekopf-Elektrode (42) zugeführt wird.