ES2264263T3 - Piezas unidas por elastomero para procesos por plasma y procedimiento de fabricacion y uso de las mismas. - Google Patents
Piezas unidas por elastomero para procesos por plasma y procedimiento de fabricacion y uso de las mismas.Info
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Abstract
Un conjunto de junta elastomérica de una cámara de reacción de plasma usada en el proceso de un sustrato semiconductor, que comprende: una primera pieza (42) que tiene una superficie de unión, una segunda pieza (44) que tiene una superficie de unión en contacto con la superficie de unión de la primera pieza (42); y una junta (46) elastomérica entre la primera pieza (42) y la segunda pieza (44), fijando de forma resiliente la junta (46) elastomérica la primera pieza (42) con la segunda pieza (44) para permitir el movimiento entre la primera pieza (42) y la segunda pieza (44) durante el ciclo de temperaturas de las mismas; en el que dicha junta elastomérica está localizada en un rebajo (48) en la primera pieza (42) definido por una pared (50) que protege la junta elastomérica (46) del ataque por el medio de plasma en una cámara de reactor de plasma.
Description
Piezas unidas por elastómero para procesos por
plasma y procedimiento de fabricación y uso de las mismas.
La invención se refiere a un aparato para el
proceso por plasma de sustratos semiconductores, como por ejemplo
obleas semiconductores, y particularmente a un conjunto de junta por
elastomérico para una cámara de plasma usada en el proceso de
sustratos semiconductores.
Los electrodos usados en los reactores de
procesos por plasma para procesar sustratos semiconductores, como
por ejemplo obleas de silicio se desvelan en las patentes U.S.
número 5.074.456 y 5.569.356. La patente 5.074.456 desvela un
conjunto de electrodos para un aparato reactor de placas paralelas
en el cual el electrodo superior es de una pureza de semiconductor
y está unido a un bastidor de soporte mediante una capa de adhesivo,
soldadura o broncesoldadura. La capa de soldadura o broncesoldadura
podrá ser metales de baja presión de vapor, como por ejemplo indio,
plata y aleaciones de los mismos y las superficies unidas del
bastidor de soporte y el electrodo podrán estar revestidas con una
delgada capa de un metal, como por ejemplo titanio o níquel para
promover la humectabilidad y adhesión de la capa de unión. Se ha
encontrado que las uniones metalúrgicas, como por ejemplo las
uniones tipo In originan que el electro se tuerza debido a la
expansión/contracción térmica diferencial del electrodo y la pieza
a la cual electrodo está unido. También se ha encontrado que dichas
uniones metalúrgicas fallan a altas potencias de proceso por plasma
debido a la fatiga y/o fusión térmica de la unión.
Se han desarrollado técnicas de grabado seco por
plasma, grabado por iones reactivos y fresado iónico con objeto de
superar las numerosas limitaciones asociadas con el grabado químico
de las obleas semiconductoras. En particular, el grabado por plasma
permite acelerar en gran manera la velocidad del grabado vertical en
comparación con la velocidad de grabado horizontal, por lo que la
relación de espectro resultante (es decir la relación de altura a
la anchura de la entalla) de las características atacadas se puedan
controlar adecuadamente. De hecho, el grabado por plasma permite
que se puedan formar características muy finas con relaciones de
aspecto altas sobre películas con un grosor superior a un
micrómetro.
Durante el proceso de grabado por plasma, se
forma un plasma encima de la superficie enmascarada de la oblea
añadiendo grandes cantidades de energía a un gas a una presión
relativamente baja, dando como resultado la ionización del gas.
Mediante el ajuste del potencial eléctrico del sustrato que se va a
grabar, las especies cargadas en el plasma podrán ser dirigidas
para impactar sustancialmente de forma perpendicular sobre la oblea,
por lo que los materiales en las regiones no enmascaradas de la
oblea son retirados.
El proceso de grabado podrá hacerse más eficaz
usando gases que sean químicamente reactivos con el material que
está siendo grabado. La técnica denominada "grabado por ión
reactivo" combina los efectos del grabado energético del plasma
con el efecto de grabado químico del gas. Sin embargo, se ha
encontrado que muchos agentes químicamente activos podrán originar
un excesivo desgaste del electrodo.
Es deseable distribuir equitativamente el plasma
sobre la superficie de la oblea con objeto de obtener tasas de
grabado uniforme sobre la totalidad de la superficie de la oblea.
Por ejemplo, las patentes U.S. números 4.595.484, 4.792.378,
4.820.371, 4.960.488 desvelan electrodos en alcachofa para
distribuir el gas a través de un número de agujeros en los
electrodos. Dichas patentes describen genéricamente unas placas de
distribución del gas que tienen una disposición de aberturas
dispuestas a medida para suministrar un flujo uniforme de vapores
de gas a una oblea semiconductora.
Un sistema de grabado por ión reactivo consta
típicamente de una cámara de grabado con un electrodo superior o
ánodo y un electrodo inferior o cátodo colocados en su interior. El
cátodo está polarizado negativamente con respecto al ánodo y a las
paredes del recipiente. La oblea que va ser grabada está cubierta de
forma apropiada por una máscara y es colocada directamente sobre el
cátodo. Un gas químicamente reactivo, como por ejemplo CF_{4},
CHF_{3}, CClF_{3} y SF_{6} o mezclas de los mismos con
O_{2}, N_{2}, He o Ar se introduce dentro de la cámara de
grabado y se mantiene a una presión que es típicamente del orden de
milipascales. El electrodo superior está provisto con agujeros de
gas que permiten que el gas sea dispersado uniformemente a través
del electrodo dentro de la cámara. El campo eléctrico establecido
entre el ánodo y el cátodo disociará el gas reactivo que forma un
plasma. La superficie de la oblea es grabada por una interacción
química con los iones reactivos y por transferencia del momento de
los iones que impactan en la superficie de la oblea. El campo
eléctrico creado por los electrodos atrae a los iones hacia el
cátodo, originando que los iones impacten en la superficie en una
dirección predominantemente vertical, de forma que el proceso
produce paredes laterales grabadas verticalmente bien
definidas.
Un electrodo 10 de alcachofa en un conjunto para
una grabadora de una sola oblea se muestra en la figura 1. Dicho
electrodo 10 de alcachofa se usa típicamente con un plato
electrostático que tiene un electrodo de fondo plano sobre el cual
una oblea es soportada separada entre 1 y 2 cm por debajo del
electrodo 10. Dicha disposición de plato suministra un control de
temperatura a la oblea al suministrar por su parte posterior He a
presión que controla la tasa de transferencia de calor entre la
oblea y el plato.
El conjunto de electrodos es una parte
consumible que debe ser reemplazado periódicamente. Dado que el
conjunto de electrodos está fijado a un miembro de temperatura
controlada, para facilidad del reemplazo ha sido convencional unir
metalúrgicamente la superficie superior del borde externo del
electrodo 10 de silicio a un anillo soporte 12 de grafito con indio
que tiene un punto de fusión de aproximadamente 156 grados C. Dicho
bajo punto de fusión limita la cantidad de potencia de
radiofrecuencia RF que puede ser aplicada al electrodo, dado que la
potencia de radiofrecuencia RF absorbida por el plasma origina que
el electrodo se caliente. El electrodo 10 es un disco plano que
tiene un grosor uniforme desde el borde al centro del mismo. La
brida externa sobre el anillo 12 está fijada por un anillo 16 de
agarre de aluminio a un miembro 14 de aluminio de temperatura
controlada que tiene unos canales 13 de enfriamiento por agua. El
agua se hace circular en los canales 13 de enfriamiento por unas
conexiones 13a de entrada/salida de agua. Un anillo 17 de
confinamiento de plasma constituido por una apilamiento de anillos
de cuarzo separados rodea a la periferia externa del electro 10. El
anillo 17 de confinamiento del plasma está fijado por perno a una
anillo 18 anular dieléctrico que su vez está atornillado por perno
a un alojamiento 18a dieléctrico. El objeto y función del anillo 17
de confinamiento es originar una diferencia de presión en el
reactor e incrementar la resistencia eléctrica entre las paredes de
la cámara de reacción y el plasma, confinando de dicha forma el
plasma entre los electrodos superior e inferior. Una brida
extendida radialmente hacia el interior del anillo 16 de agarre
engancha la brida externa del anillo 12 de soporte de grafito. De
dicha forma no se aplica presión de agarre directamente contra la
superficie expuesta del electrodo 10.
Un gas para el proceso procedente de un
suministro de gas se suministra al electrodo 10 a través de un
agujero 20 central en un miembro 14 controlado por temperatura.
Posteriormente el gas es distribuido a través de una o más placas
22 amortiguadoras separadas verticalmente y pasa a través de unos
agujeros de distribución de gas (no representados) en electrodo 10
para dispersar equitativamente el gas de proceso dentro de la cámara
de reacción 24. Con objeto de suministrar una conducción de calor
potenciada desde electrodo 10 al miembro 14 controlado por
temperatura, el gas del proceso podrá ser suministrado a unos
espacios abiertos rellenos entre las superficies opuestas del
miembro 14 controlado por temperatura y al anillo 12 de soporte.
Además, el paso 27 de gas conectado a un paso de gas (no
representado) en el anillo anular 18 o anillo 17 de confinamiento
permite que la presión pueda ser supervisada en la cámara 24 de
reacción. Para mantener el gas de proceso bajo presión entre el
miembro 14 controlado por temperatura y el anillo 12 de soporte, una
primera junta tórica 28 está provista entre la superficie interna
del anillo 12 de soporte y una superficie opuesta del miembro 14
controlado por temperatura y una segunda junta tórica 29 está
provista entre una parte externa de una superficie superior del
anillo 12 de soporte y una superficie del miembro 14. Con objeto de
mantener un medio de vacío en la cámara 24, unas juntas tóricas 30,
32 adicionales están provistas entre el miembro 14 controlado por
temperatura y el miembro cilíndrico 18b y entre el miembro
cilíndrico 18b y el alojamiento 18a.
El procedimiento de unión del electrodo de
silicio 10 al anillo de soporte 12 requiere el calentamiento del
electrodo a una temperatura de unión que podrá originar el pandeo o
fisuración del electrodo debido a los coeficientes de expansión
térmica diferentes del electrodo 10 de silicio y el anillo 12 de
grafito. Además, la contaminación de las obleas podría resultar de
las partículas de soldadura o contaminantes de la soldadura
vaporizada derivadas de la junta entre el electrodo 10 y el anillo
12 o del propio anillo. Durante el proceso de plasma a alta
potencia, la temperatura del electrodo podrá incluso ser lo
suficientemente alta para fundir la soldadura, lo que origina que
parte de, o todo, el electrodo 10 se separe del anillo 12. Sin
embargo, incluso si el electrodo 10 se separa parcialmente del
anillo 12, variaciones locales en la transmisión de potencia
eléctrica y térmica entre el anillo 12 y el electrodo 10 podría dar
como resultado una densidad de plasma no uninforme por debajo del
electrodo 10.
En el campo de proceso de semiconductores, se
usan generalmente cámaras de proceso al vacío para el grabado y la
deposición por vapor químico (CVD) de materiales sobre los sustratos
al suministrar un gas de grabado o de deposición a la cámara de
vacío y la aplicación de un campo de radiofrecuencia RF al gas para
energizar el gas y convertirlo en un estado de plasma. Ejemplos de
plasma acoplado por transformador (TCP, marca registrada) con
placas paralelas que también se denomina plasma acoplado (ICP) y
reactores de resonancia ciclotrón-electrón (ERC) y
componentes para los mismos se desvelan en las patentes U.S.
4.340.462, 4.948.458, 5.200.232 y 5.820.723, del solicitante. A
causa de la naturaleza corrosiva del ambiente de plasma en dichos
reactores y el requisito de minimizar la contaminación por
partículas y/o metales pesados, es altamente deseable que los
componentes de dicho equipo exhiban una alta resistencia a la
corrosión.
Durante el proceso de sustratos semiconductores,
los sustratos son típicamente mantenidos en posición dentro de la
cámara de vacío sobre portasustratos mediante pinzas mecánicas y
pinzas electrostática (ESC). Ejemplos de dichos sistemas de agarre
y componentes para los mismos podrán encontrarse en las patentes
U.S. 5.262.029 y 5.838.529, del solicitante. El gas del proceso
podrá ser suministrado a la cámara de diversas formas como por
ejemplo mediante boquilla de gas, anillos de gas, placas de
distribución de gas, etc. Un ejemplo de una placa de distribución
de gas controlada por temperatura para un reactor de plasma acoplado
inductivamente y componentes para el mismo podrá encontrarse en la
patentes 5.863.376, del solicitante.
Se usan generalmente aluminio y aleaciones de
aluminio para las paredes de los reactores de plasma. Con objeto de
evitar la corrosión de las paredes se han propuesto diversas
técnicas para revestir la superficie de aluminio con diversos
revestimientos. Por ejemplo, la patente U.S. 5.641.375 da a conocer
que las paredes de la cámara de aluminio han sido anonizadas para
reducir la erosión y desgaste por plasma de las paredes. La patente
U.S. 5.641.375 menciona que eventualmente la capa anonizada está
bombardeada o grabada y la cámara deberá ser reemplazada. La
patente U.S. 5.680.013 menciona que una técnica para la
pulverización por llama de Al_{2}O_{3} sobre superficies
metálicas de una cámara de grabado se desvela en la patente U.S.
4.491.496. La patente U.S. 5.680.013 menciona que las diferencias
en los coeficientes de expansión térmica entre los revestimientos de
aluminio y de material cerámico, como por ejemplo óxido de aluminio
conduce a la fisuración de los revestimientos debido al ciclo
térmico y el fallo eventual de los revestimientos en medios
corrosivos. La patente U.S. 5.085.727 desvela un revestimiento de
carbón para las paredes de una cámara de plasma en el que el
revestimiento se deposita por CVD asistido por plasma.
Con objeto de proteger las paredes de la cámara,
las patentes U.S. números 5.366.585; 5.556.501; 5.788.799;
5.798.016 y 5.885.356 proponen unas disposiciones de forro. Por
ejemplo la patente 5.366.585 desvela un forro cerámico
autosoportante que tiene un grosor de al menos 0,13 cm y están
mecanizado a partir de aluminio sólido. La patente 5.366.585
también menciona el uso de capas de materiales cerámicos que están
depositadas sin consumir el aluminio subyacente y que pueden ser
provistas mediante óxido de aluminio pulverizado por llama o
pulverizado por plasma. La patente 5.556.501 desvela un forro
compatible con el proceso de polímero, cuarzo o material cerámico.
La patente 5.788.799 desvela un forro cerámico controlado por
temperatura que tiene una resistencia calefactora embebida en su
interior y el material cerámico puede ser aluminina, silicio,
titania, circonia, carburo de silicio, carburo de titanio, carburo
de circonio, nitruro de aluminio, nitruro de boro, nitruro de
silicio y nitruro de titanio. La patente 5.798.016 desvela un forro
de material cerámico, aluminio, acero y/o cuarzo, siendo el
aluminio el preferido para facilitar su mecanizado y que tiene un
revestimiento de óxido de aluminio, Sc_{2}O_{3}, o
Y_{2}O_{3}, siendo Al_{2}O_{3} el preferido para revestir el
aluminio y suministrar protección al aluminio del plasma. La
patente 5.885.356 desvela un forro cerámico de alumina y un
revestimiento cerámico de nitruro de aluminio para el pedestal de la
oblea para su uso en cámaras CVD. La patente U.S. número 5.904.778
desvela un revestimiento CVD SiC sobre SiC autoportante para su uso
como pared de la cámara, techos de la cámara o collar alrededor de
la oblea. La patente U.S. número 5.292.399 desvela un anillo SiC
que rodea un pedestal de la oblea. Una técnica para preparar SiC
sintetizado se desvela en la patente U.S. número 5.182.059.
Con respecto a los componentes del reactor de
plasma, como por ejemplo sistemas de distribución de alcachofa de
gas, se han realizado diversas propuestas con respecto a los
materiales para las alcachofas. Por ejemplo la patente U.S. número
5.569.356 del solicitante desvela una alcachofa de silicio, grafito,
o carburo de silicio. La patente U.S. número 5.888.907 desvela un
electrodo de alcachofa de carbón amorfo, SiC o Al. Las patentes
U.S. números 5.006.220 y 5.022.979 desvelan un electrodo de
alcachofa fabricado enteramente de SiC o de una base de carbón
revestido con SiC depositado por CVD para suministrar una capa
superficial de SiC altamente puro.
En vista de la necesidad de la alta pureza y
resistencia a la corrosión para los componentes del equipo de
procesado de semiconductores, existe la necesidad en la técnica de
mejoras en los materiales y/o revestimientos usados para dichos
componentes. Además, con respecto a los materiales de la cámara
cualquier material que pueda incrementar la vida en servicio de la
cámara del reactor de plasma y de dicha forma reducir los tiempos
de parada del aparato sería beneficioso por reducir los costos del
procesado de obleas semiconductoras.
La Búsqueda Europea reveló la publicación EP 0
469 469 que desvela una película aislante elástica sobre un
susceptor para sellar herméticamente la periferia de una oblea
semiconductora colocada sobre la película aislante elástica y para
introducir gas como medio de transferencia de calor dentro del
espacio entre la película aislante elástica y la superficie
inferior de la oblea semiconductora, previniendo de dicha forma la
disminución de la eficiencia en la refrigeración.
Según la presente invención se suministra un
conjunto de junta elastomérica a para su uso en una cámara de
reacción de gas según la reivindicación 1.
La invención suministra un conjunto de junta
elastomérica de piezas en una cámara de reacción de plasma usada en
el proceso de sustrato semiconductores. Las piezas incluyen
componentes de soporte de sustrato, sistemas de distribución de
gas, forros, electrodos, ventanas, superficies de temperatura
controlada y similares. La junta elastomérica podrá comprender un
material polimérico compatible con un medio de vacío y resistente a
la graduación térmica a temperaturas máximas e incluyendo 200 grados
C. La junta elastomérica podrá incluir un material polimérico y un
agente de carga de partículas conductoras eléctrica y/o
térmicamente. El material polimérico podrá comprender piliimida,
policetona, polietercetona, polietersulfona, tereftalato de
poetileno, copolímeros de fluoroetilenpropileno, celulosa,
triacetatos o silcona. El agente de carga podrá ser partículas de
metal como por ejemplo una aleación de aluminio con entre el 5 y el
20% en peso de silicio. La junta elastomérica podrá estar situada
entre superficies concordantes que están perfiladas para suministrar
un interbloqueo y/o disposición de autoalineación.
Según una forma de realización, la invención
suministra un conjunto de electrodos para su uso en una cámara de
reacción por plasma para el procesado de sustrato semiconductores.
El conjunto de electrodos incluye un miembro de soporte que tiene
una superficie de unión, un electrodo accionado por radiofrecuencia
RF y una junta elastomérica entre ambos. El electrodo tiene una
superficie expuesta que está concebida para encararse al sustrato
semiconductor que va a ser procesado en la cámara de reacción y una
superficie de unión en un borde exterior del electrodo unido a la
superficie de unión del miembro de soporte por la junta
elastomérica. La junta elastomérica compensa las desigualdades
térmicas y/o los gardientes térmicos, dado que permite al electrodo
moverse con relación al miembro soporte durante el ciclo de
temperaturas del conjunto.
Según una forma de realización preferente,
electrodo comprende un electrodo de alcachofa y el conjunto de
electrodos está fijado de forma desmontable a un miembro controlado
por temperatura que tiene un paso de gas que suministra un gas del
proceso a una parte posterior del electrodo de alcachofa. En este
caso, el miembro controlado por temperatura podrá incluir
opcionalmente una cavidad y una o más placas amortiguadoras
localizadas en la cavidad, por medio de lo cual permite el paso de
suministro de gas del proceso dentro de la cavidad para pasar a
través de los amortiguadores y salidas del electrodo de alcachofa.
Un rebajo podrá estar localizado en el electrodo y/o el miembro de
soporte para acomodar la junta elastomérica y suministrar un sello
que se extienda completamente alrededor del borde exterior del
electrodo. El electrodo podrá comprender un disco de silicio
circular de grosor uniforme o no uniforme y la junta elastomérica
podrá comprender un material conductor eléctricamente que tenga un
agente de carga eléctricamente conductor, como por ejemplo
partículas metálicas. El agente de carga preferentemente suministra
un contacto eléctrico directo entre el electrodo y el medio de
soporte.
La invención se describirá ahora con más detalle
haciendo referencia a las figuras en las que:
La figura 1 es una vista en sección lateral de
un conjunto de electrodo de alcachofa de la técnica anterior para
el procesado de una sola oblea.
La figura 2 es una vista en sección lateral de
un conjunto de electrodo de alcachofa según una forma de realización
de la presente invención.
Y la figura 3 es una vista en sección lateral de
una parte de la disposición mostrada la figura 2.
El conjunto de electrodos de la invención supera
las desventajas del conjunto de electrodos de la técnica anterior
mostrado en la figura 1, al suministrar una acomodación mejorada de
los esfuerzos debidos al desacoplamiento térmico entre el electrodo
y el miembro de soporte que prolonga la vida del electrodo,
permitiendo al electrodo quedar expuesto a más altas temperaturas,
lo cual permite al reactor ser usado a potencias más altas,
descendiendo el coste de producción y el ensamblado del electrodo,
y suministrando un mayor grado de planicidad desde el centro hasta
la periferia externa del electrodo durante la operación del reactor,
lo cual permite un procesado por plasma más uniforme de los
sustratos semiconductores. El procesado por plasma incluye el
grabado de materiales como por ejemplo capas de óxido, la
eliminación de materiales como por ejemplo fotorresistivos, la
deposición de capas como por ejemplo SiO_{2}. Los beneficios
primarios de la invención, sin embargo, son la reducción de
tensiones en el conjunto de electrodos debidas a las diferencia de
los coeficientes de expansión térmica y/o gradientes térmicos de
los componentes del electrodo y permitir una operación con una
potencia mayor del reactor de plasma.
El conjunto de electrodos de alcachofa según la
presente invención incluye un electrodo, un miembro de soporte, y
una junta elastomérica para cubrir de forma resiliente el electrodo
al miembro de soporte. De dicha forma, la invención evita la
necesidad de unión por soldadura del electrodo a un anillo de
soporte lo que podrá conducir a diversas desventajas explicadas
anteriormente con respecto a la disposición demostrada en la figura
1.
Dado que el conjunto de electrodos es una parte
consumible que deberá ser reemplazada periódicamente, el electrodo
está preferentemente unido a un miembro de soporte en la forma de un
anillo que podrá ser abrazado mecánicamente a una pieza permanente
del reactor. Por ejemplo, el anillo del conjunto de electrodos podrá
ser unido de forma desmontable a un miembro de temperatura
controlada que tenga un paso de gas para suministrar entradas del
gas del proceso (por ejemplo un gas del grabado por plasma apropiado
para el grabado de dióxido de silicio u otras capas de material
sobre la oblea) que pasa dentro de una cavidad que contiene unas
placas amortiguadoras y hacia fuera a través de salidas en el
electrodo. Si se desea, sin embargo, el conjunto de electrodos podrá
tener otras disposiciones en las cuales el electrodo no sea un
electrodo de alcachofa y/o el miembro de soporte no esté en la
forma de un anillo. Por ejemplo, el electrodo podrá ser un electrodo
de alcachofa unido a una placa de soporte que tenga agujeros de
distribución del gas que comuniquen con los del electrodo. Otra
posibilidad es cuando el electrodo está unido a un miembro de
soporte en la forma de una placa, cilindro, proyecciones sobre un
miembro de base, etc.
Según una forma de realización preferente de la
invención, el miembro de soporte está en forma de un anillo que
tiene una brida extendida radialmente hacia el exterior en un
extremo del mismo para unir de forma desmontable el conjunto de
electrodos a un miembro de temperatura controlada localizado en el
interior de una cámara de reacción por plasma, por ejemplo del tipo
usado para el grabado por plasma de una sola oblea. En la condición
ensamblada, los canales de refrigeración en la superficie superior
del miembro de temperatura controlada podrán suministrar un
enfriamiento por agua del conjunto de electrodo.
El electrodo consta preferentemente de un
material conductor eléctricamente, como por ejemplo un silicio plano
(por ejemplo un silicio de un solo cristal), grafito o un disco
electrodo de carburo de silicio que tenga un grosor uniforme desde
el centro al borde exterior del mismo. Sin embargo, con electrodos
que tienen grosores uniformes, se podrán utilizar también
materiales diferentes y/o sin agujeros de distribución del gas del
proceso con el conjunto de electrodos según la invención. En una
forma de realización preferente, el electrodo es un electrodo de
alcachofa provisto con una pluralidad de pasos de descarga de gas
separados que son de un tamaño y distribución apropiados para el
suministro de un gas del proceso que es energizado por el electrodo
y forma un plasma en la cámara de reacción por debajo del electrodo.
Sin embargo, cualquier tipo de electrodo útil en un reactor de
plasma o en un medio de vacío podrá ser usado como parte de un
conjunto de electrodos según la invención, incluyendo dichos
electrodos unos electrodos de bombardeo de iones.
La junta elastomérica podrá comprender cualquier
material elastomérico apropiado, como por ejemplo un material de
polímero compatible con un medio del vacío y resistente a la
degradación térmica a altas temperaturas, como por ejemplo por
encima de 200 grados C. El material elastomérico podrá incluir
opcionalmente un agente de carga de partículas conductoras térmica
y/o eléctricamente u otro agente de carga con otras formas como por
ejemplo en malla de alambre, textil conductor tejido o no tejido,
etc. Los materiales poliméricos que podrán ser usados en miembros
de plasma por encima de 160 grados C incluyen poliimida, policetona,
polietércetona, polietérsulfona, tereftalato de polietileno,
copolímeros de fluoroetilenpropileno, celulosa, triacetatos,
silicona y caucho. Ejemplos de materiales elastoméricos de alta
pureza incluyen adhesivos de curado a temperatura ambiente de un
componente disponibles en General Electric como RTV 133 y RTV 167, y
un adhesivo termocurable (por ejemplo por encima de 100 grados C)
que puede fluir de un componente disponible en General Electric como
TSE 3221, y un elastomérico curable por adición de dos partes
disponible en Dow Corning como "SILASTIC". Un elastomérico
especialmente preferente es un elastómero que contiene
polidimetilsiloxano, como por ejemplo un elastómero curado por
catalizador, por ejemplo curado por Pt, disponible de Rhodia como
V217, un elastómero estable a temperaturas de 250 grados C y
superiores.
En el caso en el cual el elastómero es un
elastómero conductor eléctricamente, el material de carga conductor
eléctricamente podrá comprender partículas de un metal o aleación
metálica conductora eléctricamente. Un metal preferente para su uso
en un medio sensible a las impurezas de una cámara de reacción por
plasma es una aleación de aluminio, como por ejemplo una aleación
con base de aluminio que contiene silicio en un
5-20% en peso. Por ejemplo, la aleación de aluminio
podrá incluir aproximadamente un 15% en peso de silicio.
Con objeto de permanecer dentro de los límites
elásticos de la unión formada finalmente, se ha encontrado útil
suministrar uno o más rebajos en al menos uno de los miembros que
van a ser unidos. Es decir, una junta demasiado delegada podría
desgarrarse durante el ciclo térmico, mientras que una junta
demasiado gruesa podrá afectar la transmisión de potencia eléctrica
y/o el acoplamiento térmico entre las piezas que van a ser unidas.
En el caso de grabado de un electrodo de silicio a un anillo de
soporte de grafito, se suministra un rebajo en el anillo de grafito
a objeto de mantener una capa lo suficientemente delegada de
elastómero entre el electrodo y el anillo de soporte para
suministrar un acoplamiento eléctrico adecuado, pero lo
suficientemente gruesa para acomodar la no coincidencia térmica
entre el electrodo y el anillo de soporte. Por ejemplo, en el caso
de un elastómero conductor térmicamente que tenga un contenido de
agente de carga de aproximadamente 45 al 55% en volumen, y un
tamaño de partícula del agente de carga promedio de 0,7 a 2
micrómetros, el rebajo podrá tener una profundidad de
aproximadamente 50 micrómetros. En las áreas de contacto que rodean
el rebajo, el elastómero es lo suficientemente delegado para
suministrar una conductividad eléctrica más alta que la exhibida
por el elastómero en bruto, dado que las partículas individuales
sirven de puente a las superficies de contacto opuestas. Además, la
combinación de partículas con un tamaño y una profundidad del surco
apropiados permite el paso de corriente RF a través de la junta. Si
se incrementa el contenido del agente de carga por encima del 65 al
70% en volumen al suministrar un recorrido mejor de corriente
continua cc a través de la junta, dicho alto contenido de agente de
carga podría afectar adversamente la elasticidad de la junta. Sin
embargo, no es necesario usar un elastómero conductor térmica y/o
eléctricamente, dado que una potencia de RF suficiente podrá ser
suministrada al electrodo a través de un área delgada de la junta
elastomérica debido al acoplamiento capacitativo entre el electrodo
y el miembro de soporte. Dicha junta delgada también suministra una
conductividad térmica adecuada entre el electrodo y el miembro de
soporte.
Las superficies coincidentes del electrodo y el
miembro de soporte podrán ser planas o no planas. Por ejemplo, una
superficie coincidente podrá ser plana y la otra podrá incluir un
rebajo para recibir el material de unión, en la forma descrita
anteriormente. Alternativamente, las superficies coincidentes podrán
ser conductoras para suministrar una disposición de interbloqueo
y/o autoalineación. Con objeto de potenciar la adhesión del
material de unión elastomérico, las superficies coincidentes están
preferentemente revestidas con un cebador apropiado. Si el material
de unión es el material V217 descrito anteriormente, el cebador
podrá ser un siloxano en un disolvente alifático, como por ejemplo
el VI-SIL V-06C de Rhodia.
Se podrá aplicar el cebador como un
revestimiento delgado por cualquier técnica apropiada, como por
ejemplo con trapo, cepillo o pulverización para crear sitios de
unión en las superficies coincidentes para el material de unión
aplicado más tarde. Si el cebador contiene un disolvente, la
aplicación del cebador mediante trapo podrá potenciar la unión, al
limpiar las superficies coincidentes. Un cebador que contiene
siloxano reacciona con el aire y crea sitios de unión Si cuando se
cura en el aire a temperatura ambiente. Dichos cebadores suministran
una indicación visual de la cantidad de sitios de unión con
localizaciones con cebador excesivo que aparecen como pulvurentas.
Aunque el cebador suministra una técnica fácil y eficaz para
acondicionar las superficies coincidentes, otras técnicas de
acondicionamiento para tratar las superficies en un plasma de
oxígeno podrán utilizarse.
Con objeto de suministrar una junta elastomérica
de buena calidad, se considera deseable densificar el material de
unión elastomérico antes de aplicarlo a las superficies
coincidentes. Por ejemplo, el material de unión elastomérico podrá
ser sometido a vibración en un medio de vacío a temperatura ambiente
o temperatura elevada. Una presión de vacío por debajo de 133,3 Pa,
preferentemente por debajo de 66,65 Pa podrá ser usada para
desgasificar el material de unión. El vacío podrá ser pulsado al
ventilar una o más veces durante el tratamiento de densificación
para potenciar la ruptura de las burbujas generadas por el vacío.
Por ejemplo, un vacío de aproximadamente 26,66 Pa podrá ser pulsado
cuatro o cinco veces durante un período de tiempo de 30 minutos. La
presencia del agente de carga en el material de unión elastomérico
también sirve de ayuda para romper las burbujas formadas en el
vacío. Sin el vacío con agitación/pulsado, el material de unión
elastomérico se expande bajo el vacío hasta aproximadamente 10
veces su volumen inicial, creando de dicha forma problemas de
mantenimiento y limpieza que podrán introducir paquetes de aire
dentro del material. Dichos sitios de gas podrían formar burbujas
durante el curado del material de unión, degradando de dicha forma
la junta formada finalmente.
El enmascaramiento de las superficies
coincidentes suministra una manera útil de proteger la superficies
circundantes y eliminar el exceso de material de unión una vez que
la junta está formada. Para los materiales de alta pureza usados
como componentes de los reactores de plasma, podrán utilizarse
materiales de poliéster y/o poliimida como por ejemplo cintas
pegantes MYLAR y KAPTON con un adhesivo compatible con
silicio/grafito. En el caso de un electrodo de silicio tipo
alcachofa se considera deseable cubrir las salidas de gas sobre el
electrodo con cinta pegante MYLAR y el borde exterior del electrodo
podrá ser cubierto con una tira de cinta pegante KAPTON. En el caso
de un anillo de soporte de grafito, los bordes interno y externo
podrán ser cubiertos con tiras de cinta pegante KAPTON. Con objeto
de servir de ayuda a la retirada del exceso de material de unión
una vez que está formada la junta, se considera útil aplicar el
cebador al material de enmascaramiento para promover el pegado del
material de unión elastomérico al mismo. De esta forma, cuando el
material de enmascaramiento es eliminado de las partes unidas, el
exceso de material de unión adherido al material de enmascaramiento
es también retirado.
El material de unión elastomérico podrá ser
aplicado a una o a más de las superficies coincidentes. En el caso
de un electrodo de silicona y un anillo de soporte de grafito es
deseable aplicar el material de unión al anillo de soporte de
grafito dado que éste es más poroso. Por ejemplo, una perla de
material de unión podrá ser aplicada dentro de un rebajo extendido
completamente alrededor del anillo de soporte. La cantidad de
material de unión excede preferentemente el volumen de la junta
formada finalmente. Como ejemplo, el material de unión podrá ser
aplicado en una cantidad de aproximadamente 5 veces la cantidad
necesaria para formar la junta.
Una vez que se ha aplicado el material de unión
a, al menos, una de las superficies coincidentes, el material de
unión podrá ser sometido a una etapa de densificación. Por ejemplo,
el anillo de grafito con el material de unión aplicado al mismo
podrá ser colocado en un ambiente de vacío en la forma descrita
anteriormente para retirar las burbujas de gas introducidas durante
la tapa de aplicación del material de unión.
Una vez que se ha aplicado el material de unión
a, al menos, una de las superficies coincidentes, las piezas podrán
ser ensambladas de forma que las superficies coincidentes sean
presionadas conjuntamente. En el caso del electrodo y el anillo de
soporte descritos anteriormente, el electrodo podrá ser mantenido en
un elemento auxiliar y unos pasadores de plástico del elemento
auxiliar podrán usarse para guiar el anillo de soporte y ponerlo en
contacto preciso con el electrodo. Inicialmente, una ligera presión
como por ejemplo una presión manual podrá ser usada para extender
el elastómero a través de la junta que se va a formar. Una vez que
el elastómero es esparcido, una carga estática como por ejemplo un
peso de 13,608 kg podrá ser aplicada al electrodo durante el curado
de la junta.
La junta podrá ser curada a temperatura ambiente
o a una temperatura elevada en un ambiente de gas protector o
atmosférico. Por ejemplo, el conjunto podrá ser colocado en un horno
de convención y calentado hasta una baja temperatura para acelerar
el curado de la junta sin introducir esfuerzos térmicos dentro de
las piezas que se van a unir. En el caso del electrodo y el anillo
de soporte descritos anteriormente, se considera de se debe
mantener la temperatura por debajo de los 60 grados C, por ejemplo
entre 45 y 50 grados C, durante un tiempo apropiado, por ejemplo de
tres a cinco horas.
Una vez que la junta se ha sido curada para
formar la junta elastomérica, el conjunto es enfriado y el material
de enmascaramiento es retirado. Además, cualquier limpieza adicional
y/o etapas de manufactura adicional, como por ejemplo el desgaseado
en un horno de vacío podrán llevarse a cabo en función de los
requisitos de la operación de ensamblado.
La figura 2 muestra una disposición 40 de
electrodos tipo alcachofa según la invención. La disposición 40 de
electrodos incluye un electrodo 42 y un anillo 44 de soporte
conductor eléctricamente. El conjunto de electrodos podrá ser
sustituido por un conjunto de electrodos constituido por en
electrodo 10 y el anillo de soporte 12 mostrado en la figura 1. El
electrodo 40 difiere del conjunto unido con In mostrado en la figura
1 porque el electrodo 42 está unido al anillo de soporte 44 por una
junta elastomérica 46 que está localizada en un rebajo 48, en la
forma mostrada en la figura 3.
Según una forma de realización de la invención,
el rebajo 48 se extiende continuamente alrededor del anillo de
soporte 44 entre una pared interna (no representada) y una pared
externa 50 del anillo de soporte 44. Cada pared 50 podrá ser tan
delgada como sea posible, por ejemplo de una anchura de 0,76 mm lo
que permite que el elastómero forme una capa delgada (por ejemplo
de aproximadamente 2 micrómetros de grosor en el caso en el que
elastómero incluya un agente de relleno de 0,7 a 2 micrómetros) en
el área en contacto con cada pared 50 y una capa más gruesa (por
ejemplo de aproximadamente 98,4 micrómetros) en el rebajo 48. El
rebajo formado por las paredes podrá ser extremadamente poco
profundo, por ejemplo de aproximadamente 50,8 micrómetros de
profundidad, lo que suministra una junta elastomérica muy delgada
que tiene una resistencia suficiente para unir por adhesivo el
electrodo al anillo de soporte y permitir todavía el movimiento del
electrodo con relación al anillo de soporte durante el ciclo de
temperaturas del conjunto de electrodos. Adicionalmente, las paredes
del rebajo protegen la junta elastomérica del ataque por el medio
de plasma en el reactor.
Las dimensiones del conjunto de electrodos
podrán adaptarse para cumplimentar las demandas del uso pretendido
del conjunto de electrodos. Por ejemplo, si el electrodo se usa para
procesar una oblea de 203,2 mm, el electrodo podrá tener un
diámetro ligeramente menor de 228,6 mm y el anillo de soporte podrá
tener una anchura en la interfaz entre el electrodo y el anillo de
soporte ligeramente inferior a 12,7 mm. Por ejemplo, el anillo de
soporte en la interfaz podrá tener un diámetro interior de 203,2 mm
y un diámetro exterior en la interfaz de 223,5 mm. En dicho caso,
la interfaz entre el electrodo y el anillo de soporte podrá tener
una anchura de aproximadamente 10,16 mm y el rebajo podrá tener una
anchura de 8,636 mm si las paredes son de 0,762 mm de anchura.
Aunque se ha descrito un ejemplo específico de
una junta, otras juntas elastoméricas que caigan dentro del ámbito
de la invención definida en la reivindicación 1 podrán ser
utilizadas para fijar el electrodo a un miembro de soporte en una
forma de un anillo de soporte u otra configuración con la condición
de que la junta tenga una resistencia suficiente a la temperatura
elevada y las condiciones del plasma experimentadas en un medio de
un reactor de plasma. La junta elastomérica preferentemente es
compatible con el vacío y tiene una dureza suficiente, resistencia
al desgarro, elasticidad, resistencia a la degradación térmica,
conductividad térmica y/o conductividad eléctrica. En el caso en el
que electrodo sea un electrodo de alcachofa, la junta elastomérica
deberá ser capaz de resistir el peso del electrodo y la presión del
gas de proceso suministrado al electrodo de alcachofa.
Según la invención, el uso de un material
elastomérico para fijar el electrodo al anillo de soporte ofrece
ventajas en comparación con los electrodos unidos con indio con
respecto a reducir la posibilidad de rotura del electrodo, reducir
la posibilidad del despegue del electrodo del anillo de soporte
debido a fatiga térmica, reducir la distorsión y de dicha manera
mejorar el contacto térmico entre el anillo de soporte y el miembro
controlado por temperatura durante el ciclo de temperaturas del
conjunto de electrodos, mejorar el suministro de potencia eléctrica
por el electrodo y mantener un buen acoplamiento
capacitativo/contacto eléctrico entre el electrodo y el anillo de
soporte, reducir la contaminación en la cámara de partículas o
impurezas y/o incrementar la capacidad de potencia debido a la
habilidad del conjunto de electrodos de resistir temperaturas
mayores.
El aparato según la invención es útil para el
procesado de obleas, como el grabado por plasma, deposición, etc,
en un procesador múltiple o de una sola oblea. Por ejemplo, el
aparato podrá ser usado para grabar o depositar PBSG, óxidos como
dióxido de silicio térmico u óxidos pirolíticos y material
fotorresistivo. El aparato podrá mantener niveles deseables de
perfil de contacto submicrométrico, CD y baja contaminación de
partículas. Con respecto al grabado BPSG, se podrán conseguir tasas
de grabado de aproximadamente 8000 A/min y se podrá mantener un
grabado un informe en aproximadamente el 4% de la vida del electrodo
mayor de 30.000 minutos de RF, mientras que los conjuntos de
electrodos unidos por In podrán requerir su reemplazo tras 2400
minutos de RF. Tasas de grabado fotoresistente de aproximadamente
800 A/min podrán mantenerse mientras que se graba el dióxido de
silicio a aproximadamente 6000 A/min. Con respecto a medidas en
línea CD, mediciones por SEM de obleas grabadas durante 200 segundo
para suministrar vías en dióxido de silicio podrán suministrar CD
de centro y borde menores de 0,02 micrómetros.
Claims (18)
1. Un conjunto de junta elastomérica de una
cámara de reacción de plasma usada en el proceso de un sustrato
semiconductor, que comprende:
una primera pieza (42) que tiene una superficie
de unión,
una segunda pieza (44) que tiene una superficie
de unión en contacto con la superficie de unión de la primera pieza
(42); y
una junta (46) elastomérica entre la primera
pieza (42) y la segunda pieza (44), fijando de forma resiliente la
junta (46) elastomérica la primera pieza (42) con la segunda pieza
(44) para permitir el movimiento entre la primera pieza (42) y la
segunda pieza (44) durante el ciclo de temperaturas de las mismas;
en el que
dicha junta elastomérica está localizada en un
rebajo (48) en la primera pieza (42) definido por una pared (50)
que protege la junta elastomérica (46) del ataque por el medio de
plasma en una cámara de reactor de plasma.
2. El conjunto de junta elastomérica de la
reivindicación 1, en el que el rebajo (48) se extiende entre la
pared interna y la pared externa (50).
3. El conjunto de junta elastomérica de la
reivindicación 1 o 2, en el que la junta elastomérica (46) comprende
un material polimérico compatible con un medio de vacío y es
resistente a la graduación térmica a temperaturas hasta e
incluyendo 200 grados C, comprendiendo el material polimérico
poliimida, policetona, polietércetona, polietérsulfona, tereftalato
de polietileno 20, copolímeros de fluoroetilenpropileno, celulosa,
triacetatos o silicona.
4. El conjunto de junta elastomérica según una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la junta
elastomérica (46) incluye un agente de carga de partículas
conductoras eléctrica y/o térmicamente.
5. El conjunto de junta elastomérica según una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la junta
elastomérica (46) incluye un agente de carga de una malla de
alambre, un textil tejido o no tejido.
6. El conjunto de junta elastomérica según una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la junta
elastomérica (46) incluye un agente de carga de partículas
metálicas.
7. El conjunto de junta elastomérica de la
reivindicación 6, en el que las partículas de metal comprenden
aluminio o una aleación de aluminio.
8. El conjunto de junta elastomérica de la
reivindicación 7, en el que el agente de carga metálica comprende
una aleación de silicio aluminio.
9. El conjunto de junta elastomérica de la
reivindicación 8, en el que la aleación de silicio aluminio incluye
del 5 al 20% en peso de silicio.
10. El conjunto de junta elastomérica según una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la junta
elastomérica incluye un agente de carga que tiene un tamaño de
partícula de 0,7 a 2 micrómetros.
11. El conjunto de junta elastomérica según una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la junta
elastomérica (46) incluye un agente de carga conductor térmica y/o
eléctricamente en una cantidad del 45 al 55% en volumen.
12. El conjunto de junta elastomérica según una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la junta
elastomérica (46) está provista entre superficies coincidentes de
las piezas primera y segunda (42, 44).
13. El conjunto de junta elastomérica la de la
reivindicación 12, en el que las superficies coincidentes están
contorneadas para suministrar una disposición de interbloqueo y/o
autoalineación.
14. El conjunto de junta elastomérica según una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la
primera pieza (42) está fijada de forma desmontable a un miembro
controlado por temperatura en una parte interior de una cámara de
reacción de plasma.
15. El conjunto de junta elastomérica según una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la
segunda pieza (44) comprende un electrodo de alcachofa.
16. El conjunto de junta elastomérica según una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la junta
elastomérica (46) comprende un material elastomérico conductor
térmicamente en una interfaz entre la primera pieza (42) y la
segunda pieza (44), incluyendo el material elastomérico un agente de
carga conductor eléctricamente que suministra un recorrido
conductor térmicamente entre la primera pieza (42) y la segunda
pieza (44).
17. El conjunto de junta elastomérica la de la
reivindicación 16, en el que un rebajo (48) está provisto en la
interfaz y el agente de carga comprende partículas conductoras
eléctrica y/o térmicamente, teniendo las partículas un tamaño
promedio de al menos cinco veces menor que una profundidad del
rebajo en la interfaz.
18. El conjunto de junta elastomérica según una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la
primera pieza (42) comprende un electrodo y la segunda pieza (44)
comprende un miembro de soporte.
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