WO2017085178A1 - Waferboot und plasma-behandlungsvorrichtung für wafer - Google Patents

Waferboot und plasma-behandlungsvorrichtung für wafer Download PDF

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WO2017085178A1
WO2017085178A1 PCT/EP2016/077985 EP2016077985W WO2017085178A1 WO 2017085178 A1 WO2017085178 A1 WO 2017085178A1 EP 2016077985 W EP2016077985 W EP 2016077985W WO 2017085178 A1 WO2017085178 A1 WO 2017085178A1
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Peter VÖLK
Uli Walk
Wolfgang Jooss
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Centrotherm Photovoltaics Ag
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Definitions

  • the present invention relates to a wafer boat and a wafer processing apparatus suitable for generating a plasma between wafers housed therein.
  • wafers often become both single-treatment processes and batch processes, i. Processes in which multiple wafers are treated simultaneously suspended. Both for individual processes and batch processes, the wafers must each be brought to a desired treatment position. In batch processes, this is usually done by the wafers are used in so-called boats, which have recordings for a variety of wafers. In the boats, the wafers are usually arranged parallel to each other. Such boats can be designed differently and often they only provide for receiving the lower edges of the respective wafers so that the wafers are upstanding. Such boats are usually passive, meaning that in addition to a holding function, they have no further function during the processing of the wafer.
  • the wafer boat is formed by a plurality of electrically conductive plates, which are usually made of graphite.
  • the plates are in
  • Substantially arranged parallel to each other, and between adjacent plates receiving slots are formed for receiving wafers.
  • the mutually facing sides of the plates each have corresponding receiving elements for wafers, so that wafers are deposited on each of these sides. can be taken.
  • As receiving elements pins are usually provided on each side of the plate facing another plate, which holders receive the wafer.
  • Adjacent plates of the wafer boat are electrically isolated from each other and between directly adjacent plates an AC voltage is usually applied in the kHz range or else in the MHz range during the process.
  • a plasma is to be formed between the plates and in particular between the wafers held on the respective plates, in order to provide a plasma treatment, for example a deposition from the plasma or a plasma nitriding of layers.
  • a plasma treatment for example a deposition from the plasma or a plasma nitriding of layers.
  • a plasma is created not only between adjacent wafers but also between adjacent plates. Due to a usually higher conductivity of the plates compared to the wafers, the
  • Plasma between the plates will therefore be denser than between the wafers, which may be detrimental to the process and homogeneity of the wafer treatment.
  • a greater effect can occur in the edge region of the wafer than in other regions of the wafer. Furthermore, this results.
  • Reverse coating of the wafer may occur, which is also referred to as encasing the coating and is caused by the plasma directly adjacent to the wafer edge.
  • the plates have in the past been pre-coated with an insulating layer, for example SiN, over the
  • Claim 1 a wafer boat according to claim 6, and a plasma treatment apparatus according to claim 8 solved.
  • Other embodiments of the invention will become apparent, inter alia, from the respective subclaims.
  • a plate element for a wafer boat for the plasma treatment of disk-shaped wafers, wherein the plate element is electrically conductive and has on each side at least one receiving unit for receiving a wafer in a wafer receiving region.
  • the plate element has at least one recess in at least one side of the plate elements and / or at least one opening in the plate element, wherein the at least one recess and / or the at least one opening in the plate element at least partially radially outside of the wafer receiving region and directly adjacent thereto ,
  • the wafer receiving area the area that is usually covered by the wafer is considered here. A small overlap of recess / opening and wafer in the recording state is possible, but not necessarily wanted.
  • Such a plate element has the advantage that it generates an attenuated plasma in use in the range of a recorded wafer, and thus can prevent or at least reduce edge effects and in particular encase of the plasma.
  • the plate element preferably has a corresponding depression on both sides.
  • the plate member has at least one
  • I should essentially comprise at least 80, preferably more than 90% or 95%. This is to ensure that the effect of an attenuated plasma is given substantially in full.
  • the plate member has a plurality of apertures each lying at least partially radially outside the wafer receiving region and adjacent thereto. With a large number of openings, it is possible with sufficient stability to surround a large peripheral area of the wafer receiving area.
  • the openings in the plate element should radially surround at least 50%, preferably at least 80%, of the wafer receiving area.
  • the wafer boat for the plasma treatment of disk-shaped wafers has a plurality of parallel plate elements of the above type, with adjacent plate elements being electrically insulated from each other.
  • Such a wafer boat makes it possible to produce a weakened plasma when used in the edge areas of recorded wafers and thus to prevent or at least reduce edge effects and, in particular, encasing the plasma.
  • the openings in adjacent Plattenelem 'ducks be arranged offset to each other to provide the Abschwumble- ungs free in edge regions of the wafer receiving portion is substantially full.
  • the plasma treatmen averaging device for disc-shaped wafer has a 'process chamber for receiving a wafer boat of the above type, means for controlling or regulating a process gas atmosphere in the process chamber, and at least one voltage source, which can be connected to the electrically conductive receiving elements of the wafer boat in a suitable way is over apply an electrical voltage between directly adjacent wafers housed in the wafer boat.
  • the wafer plasma processing apparatus has a process space for housing a wafer boat of the type described above. Further, means for controlling a process gas atmosphere are in the
  • Process space and at least one voltage source which is suitably connectable to the electrically conductive plate elements of the wafer boat, provided to directly adjacent, in the wafer boat
  • Wafer to create an electrical voltage recorded Wafer to create an electrical voltage recorded.
  • Fig. 1 is a schematic side view of a plate member for a
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the wafer boat according to FIG. 1;
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the wafer boat according to FIG. 1;
  • FIG. 3 is a schematic front view of the wafer boat according to FIG. 1;
  • FIG. 4a and 4b are enlarged perspective views of portions of
  • Fig. 5 is a schematic view of a plasma processing apparatus having wafer boat thereof shown in Fig. 1;
  • Fig. 6 is a schematic side view of an alternative plate member
  • Fig. 7 is a schematic side view of another alternative one
  • FIG. 8 is an enlarged perspective partial sectional view of a portion of the plate member of FIG. 6.
  • FIG. 1 showing a schematic side view of a plate element wafer boat 1
  • FIGS. 2 and 3 showing a top view and a front view
  • FIG Figures 4a and 4b show enlarged perspective views of portions of two adjacent plate elements of the wafer boat.
  • the same reference numbers are used in the figures as far as the same or similar elements are described.
  • the wafer boat 1 is formed by a plurality of plates 6, which are held together by contacting and clamping units and each suitable for receiving a plurality of wafers 7.
  • the illustrated wafer boat 1 is specifically for a layer deposition of a plasma, for example of Si 3 N 4 , SiN xl a-Si, Al 2 O 3, AIO x , doped and undoped poly silicon or amorphous silicon, etc., and in particular a plasma
  • the plates 6 each consist of an electrically conductive material, and are in particular formed as graphite plates, wherein depending on the process, a coating or surface treatment of the plate base material may be provided.
  • the plates 6 each have six recesses 8, which are covered in the process of the wafers, as will be explained in more detail below. Although six Aussparrungen per plate 6 are provided in the illustrated form, it should be noted that a greater or lesser number may be provided, or may be completely dispensed with the recesses.
  • the plates 6 each have parallel upper and Lower edges, (wherein in the upper edge, for example, a variety of
  • Notches may be formed to allow a position detection of the plates, as described in DE 10 2010 025 483).
  • a total of twenty-three plates 6 are provided, which are arranged via the corresponding contacting units and clamping units substantially parallel to each other to form receiving slots 1 1 therebetween. Twenty-three plates 6 thus twenty-two of the receiving slots 1 1 are formed. However, in practice, 25, 19 or 21 plates are often used, and the invention is not limited to a certain number of plates 6. An even number of disks may also be used (e.g., 20, 22, 24, 26, ).
  • the plates 6 each have at least on their side facing an adjacent plate 6 groups of three receiving elements 9, which are arranged so that they can receive a wafer 7 therebetween.
  • two wafers 7 are shown in the representation according to FIG. 1, as they are accommodated in the two left-lying groups of receiving elements 9. In the other groups, no wafers are included.
  • the groups of the receiving elements 9 are each one at a time
  • the groups of the receiving elements 9 each define a wafer receiving area, the term wafer receiving area denoting the area of the plate (including the notches 8) which is usually covered by a wafer 7 received in a respective group of receiving elements.
  • the wafers 7 can be accommodated in such a way that the receiving elements 9 each contact different side edges of the wafer 7.
  • a total of six groups of receiving elements 9 are provided for each receiving a wafer.
  • a plurality of recesses 10 are provided, each radially surrounding a respective wafer receiving region.
  • the recesses 10 may wafer receiving areas in each case completely surrounded, 'as shown, but it is also possible that the recesses 10, the wafer receiving areas only partly surround.
  • the recesses 10 should, however, substantially completely surround the wafer receiving regions, wherein substantially at least 90% should preferably encompass more than 95% radial surrounding, in which case optionally a plurality of depressions 10 per wafer receiving region may be provided.
  • the recesses 10 adjoin radially outwardly directly to the respective wafer receiving region, but it can in the context of
  • TöleranzabweichInstitut in use also come to a small distance between the wafer receiving area and recess 10, or to a small overlap of wafer receiving area and recess 10.
  • adjacent plates 6 in the wafer boat 1 have a distance a between them, which is increased in the region of the depressions 10 to a greater distance b.
  • the recesses 10 of adjacent plates 6 are such that they are exactly aligned with each other.
  • the distance b is twice the depth of the recesses 10 greater than the distance a.
  • recesses 10 are formed in both sides of the plates in the above description, it would also be conceivable to provide a respective recess 10 in only one side, with each wafer side then having one plate side with recess 10 facing an adjacent plate side without recess. This would result in a local increase in the distance to the simple depth of the recess.
  • the plates 6 each have a protruding contact lug 3, which serves for electrical contacting of the plates 6, as follows will be explained in more detail.
  • two embodiments of plates 6 are provided which differ with regard to the position of the contact lugs 13.
  • the contact lugs 13 are each made directly adjacent to the lower edge, while in the other embodiment they are spaced from the lower edge, the distance to the lower edge being greater than the height of the contact lugs 13 of the plates of the other embodiment.
  • the two embodiments of plates 6 are alternately arranged in the wafer boat 1. As best seen in the view of FIG. 2, thus the contact lugs 13 are directly adjacent plates 6 in the arrangement of the wafer boat 1 on different levels.
  • the contact lugs 13 are in the same plane. As a result, two spaced contact planes are formed by the contact lugs 13. This arrangement allows directly adjacent plates 6 can be applied to different potential, while each second plate can be applied to the same potential.
  • the lying in a respective contact plane contact tabs 13 are electrically connected via contact blocks 15 of a highly electrically conductive material, in particular graphite or titanium, and arranged at a predetermined distance from each other.
  • contact blocks 15 of a highly electrically conductive material, in particular graphite or titanium, and arranged at a predetermined distance from each other.
  • at least one passage opening is provided in each case.
  • the clamping element 16 may consist of electrically conductive material which is not necessary.
  • the contact blocks 15 each preferably have the same length (in the direction J which defines the distance between contact tabs 13 of the plates 6) corresponding to the width of two receiving slots 1 1 plus the width of a plate. 6
  • Spacer sleeves are formed with substantially the same length.
  • the spacer elements 22 are each arranged in the region of the respective passage openings between directly adjacent plates 6.
  • the shank parts of the clamping element 19 are each dimensioned so that they can extend through corresponding openings of all plates 6 and respective spacer elements 22 located therebetween.
  • all the plates 6 can then be fixed substantially parallel to one another.
  • there are also other clamping units with spacer elements 22 conceivable here, which arrange the plates 6 with interposed spacer elements 22 substantially parallel and jammed.
  • at 22 receiving slots and a total of 14 spacing elements 22 per slot (seven adjacent to the top edge and seven adjacent to the bottom edge) 308 spacer elements are provided.
  • the clamping elements are preferably made of an electrically insulating material, in particular an oxide ceramic, which also applies to the spacer elements 22.
  • FIGS. 6 to 8 show alternative embodiments of plates 6 which can be used to form a wafer block 1.
  • 6 shows a schematic side view
  • FIG. 8 shows an enlarged perspective partial sectional view of an alternative plate
  • FIG. 7 shows a schematic side view of a further alternative of a plate.
  • two wafers 7 received on the plates 6 are indicated.
  • wafers 7 likewise received on the plate 6 are also visible
  • wafers 7 are accommodated on both sides of the plate 6.
  • the plates 6 are similar to the previously described plates 6 (according to FIGS. 1 to 4) with respect to the material and the basic structure with recesses 8, receiving elements 9 and lugs 13.
  • each have a plurality of openings 25 instead of a recess 10 is provided.
  • a plurality of openings 25 surrounds a respective wafer receiving area of the plates 6.
  • the openings 25 adjoin the respective wafer receiving area radially outwards, but within a tolerance deviation in use it can also lead to a small distance between wafer receiving area and openings 25 , or come to a small overlap of wafer receiving area and openings 25.
  • Each plate 6 has a plurality of apertures 25 each radially surrounding a respective wafer receiving area.
  • the apertures 25 can not completely surround the wafer receiving areas, as in the cavities 10, otherwise the wafers could not contact the plates 25, the wafer receiving areas preferably at least 90% surrounded in the radial direction.
  • the effect of the openings 25 is that there is substantially no plate material (preferably less than 10% of the circumference of the wafer receiving area) in adjacent plates 6 within a wafer boat in an area directly adjacent to the wafer receiving area.
  • four identically sized openings 25 are provided along a respective side edge of a wafer receiving area. These are equally spaced, so that there are webs between them.
  • webs also form adjacent to the edge regions of the wafer receiving regions.
  • the webs are aligned with the attachment points of the receiving elements 9, which may also be attached to the plates radially outside the area enclosed by the openings 25.
  • the number of respective openings 25 may vary and, in particular
  • a single opening may also be provided adjacent the upper edge of the wafer receiving area.
  • openings 25 are shown adjacent the top edge of the wafer receiving area.
  • a single elongated opening 25 which extends substantially the entire length of the top edge.
  • two elongated openings 25 are provided adjacent the other side edges of the wafer receiving area.
  • the web formed between the openings 25 is aligned with the attachment points of the receiving elements 9.
  • Adjacent to the corners of the wafer receiving area further triangular openings 25 are provided.
  • the arrangement and number of apertures may be varied and it is also possible to combine the different types of apertures and to provide the different aperture types on different panels 6 (which are then immediately adjacent to each other in the wafer boat); Preferably, however, the openings 25 should surround the wafer receiving area at least 90% in the radial direction.
  • the openings 25 surround the wafer receiving areas less even then a radial surrounding of at least 50%, in particular of 80% should be provided.
  • the different plates 6 of a wafer boat 1 (with bottom / top contact tabs 13) located directly adjacent to each other in the wafer boat 1 are formed so that apertures 25 of one plate 6 are offset from apertures 25 of the other plate. In this way, even with a smaller percentage of the radial surrounding of the openings 25 with respect to the wafer receiving areas, it can be achieved that there is substantially no plate material (preferably less than 0% of the circumference) in adjacent plates 6 within a wafer boat in an area directly adjacent to the wafer receiving area of the wafer receiving area).
  • FIG. 5 shows a schematic side view of the treatment device 30.
  • the treatment device 30 consists of a process chamber part 32 and a control part 34.
  • the process chamber part 32 consists of a tube element 36 which is sealed on one side and forms a process chamber 38 in the interior.
  • the open end of the tubular element 36 serves to load the
  • Process chamber 38 and it can be closed and hermetically sealed via a locking mechanism, not shown, as is known in the art.
  • the tube element is made of a suitable material that does not introduce impurities into the process, is electrically insulated and can withstand the process conditions of temperature and pressure (vacuum), such as quartz.
  • the tube member 36 has at its closed end gas-tight passages for the supply and discharge of gases and electricity, which may be formed in a known manner. However, corresponding inlets and outlets could also be provided at the other end or else laterally at a suitable location between the ends.
  • the tube member 36 is surrounded by a sheath 40, which is the
  • Tube member 38 thermally insulated from the environment.
  • a heating device such as a resistance heater, which is suitable to heat the tube member 36.
  • a heating device can also be provided, for example, in the interior of the tubular element 36, or the tubular element 36 itself could be designed as a heating device.
  • an external heating device is preferred and in particular one which has different, individually controllable
  • receiving elements not shown in detail are provided, which form a receiving plane for receiving a wafer boat 1 (which is only partially shown in Fig. 5), which may be of the above type, for example.
  • the wafer boat can also be inserted into the tubular element 36 so that it rests on the wall of the tubular element 36.
  • the wafer boat is held substantially above the receiving plane and is arranged approximately centrally in the tubular element
  • appropriate receiving elements and or a direct placement on the tubular element is thus defined in combination with the dimensions of the wafer boat, a receiving space in which a properly inserted wafer boat is.
  • the wafer boat can be traded as a whole in the loaded state into and out of the process chamber 38 via a suitable handling mechanism, not shown.
  • an electrical contact is made automatically with in each case at least one contact block 15 of each of the groups of plates 6, as is known.
  • a lower gas guide 44 and an upper gas guide 46 are further provided, each allowing the introduction and / or suction of gas.
  • the gas guides 44, 46 are provided at diametrically opposite ends of the pipe member around a To allow flow through the receiving slots of a recorded wafer boat with gas
  • the control part 34 of the treatment device 30 has a gas control unit 60, vacuum control unit 62, an electrical control unit 64 and a temperature control unit, not shown, which can all be controlled jointly via a higher-level control, such as a processor.
  • the temperature control unit is in communication with the heater unit, not shown, to primarily control the temperature of the pipe member 36 and the process chamber 38, respectively.
  • the gas control unit 60 communicates with a plurality of different gas sources 66, 67, 68, such as gas cylinders containing different gases.
  • gas sources may be di-chlorosilane, tri-chlorosilane, SiH 4 , phosphine, borane, di-borane, German (GeH 4), Ar, H 2 , TMA, NH 3 , N 2 and various other gases at respective entrances of the Provide gas control unit 60.
  • the gas control unit 60 has two outputs, wherein one of the outputs is connected to the lower gas guide 44 and the other with a pump 70 of the vacuum control unit 62.
  • Gas control unit 60 can suitably connect the gas sources with the
  • the vacuum control unit 62 consists essentially of the pump 70 and a pressure control valve 72.
  • the pump 70 is connected via the pressure control valve 72 to the upper gas guide 46 and can hereby the
  • the connection from the gas control unit 60 to the pump serves to dilute from the process chamber pumped process gas optionally with N 2 .
  • the electrical control unit 64 has at least one voltage source suitable for applying at least one high-frequency voltage to an output thereof.
  • the output of the electrical control unit 64 is connected via a line to a contacting unit for the wafer boat in the
  • the line is over a corresponding one
  • Vacuum and temperature suitable implementation through the casing 40 and introduced into the tube member 36.
  • the plasma treatment device 30 will now be explained in more detail with reference to the drawings, by way of example a plasma-assisted silicon nitride or aluminum oxide deposition in a plasma stimulated by 40 kHz being described as a treatment.
  • the treatment device 30 can also be used for other plasma-assisted deposition processes, wherein the plasma can also be excited by other frequencies, for example in the range from 20 kHz to 450 kHz or even higher.
  • a loaded wafer boat 1 of the type described above (as shown in FIG. 1) is loaded into the process chamber 38 and is closed by the closing mechanism, not shown.
  • the wafer boat 1 is loaded so that in each of the receiving slots 1 1 a total of twelve wafers, in the present example in particular Si wafers are added, in each case six on each of the plates 6.
  • the wafers are recorded so that they are pairwise opposite, as is known in the art.
  • the interior is at ambient pressure and can be purged or flooded with N 2 , for example via the gas control unit 60 (in combination with the vacuum control unit 62).
  • the tube member 36, and thus the process chamber 38, are heated by the heater, not shown, to heat the wafer boat 1 and the wafers received therein to a predetermined, process-beneficial process temperature.
  • Process chamber via the vacuum control unit 62 are pumped to a predetermined negative pressure.
  • a desired process gas such as SiH 4 / NH 3 for a silicon nitride deposition in a defined mixing ratio is initiated via the gas control unit 60 depending on the required layer properties, while the negative pressure control unit 62 further vacuum by sucking the introduced Process gas is maintained.
  • the process gas extracted via the pump 70 may be diluted with N 2 at this time, as known in the art. For this purpose, via the gas control unit 60 and the corresponding line of the pump N 2 is supplied.
  • an RF voltage having a frequency of 40 kHz is now applied to the wafer boat 1. This causes a
  • the attenuation of the distance between the plates locally causes a weakening of the distance between the plates.
  • the plasma is attenuated directly adjacent to the edge region of the wafer (radially outside the wafer), ie, it is locally less dense than in other areas between the plates 6.
  • edge effects and in particular a backside separation (wrapper) can be prevented or at least reduced.
  • a corresponding effect of attenuation of the plasma also results in the plates 6 with openings 25, since in the region of the openings 25 between the plates results in a greatly attenuated plasma. The effect may be stronger than in the wells.
  • the gas flow is maintained during the deposition process to minimize local depletion of the process gas relative to the active gas
  • the electrical control unit 64 is in turn deactivated and the gas supply is stopped, or switched back to N 2 , in order to flush the process chamber 38 and if necessary to ventilate simultaneously (equalization to the atmospheric pressure). Subsequently, the
  • Process chamber 38 are then brought back to ambient pressure.
  • the wafer boat 1 of the above type offers the advantage that an attenuated plasma is generated in the edge region (radially outside) of the wafer.
  • the plates 6 of the wafer boat 1 could have other dimensions and be sized to accommodate a different number of wafers.

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Abstract

Es ist ein Plattenelement für ein Waferboot für die Plasmabehandlung von scheibenförmigen Wafern, insbesondere Halbleiterwafern für Halbleiter- oder Photovoltaikanwendungen beschrieben. Das Plattenelement ist elektrisch leitfähig und weist an jeder Seite wenigstens eine Aufnahmeeinheit, zur Aufnahme eines Wafers in einem Waferaufnahmebereich auf. Das Plattenelement weist wenigstens eine Vertiefung in wenigstens einer Seite des Plattenelements und/oder wenigstens eine Öffnung im Plattenelement auf, wobei die wenigstens eine Vertiefung und/oder die wenigstens eine Öffnung im Plattenelement wenigstens Teilweise radial außerhalb des Waferaufnahmebereichs und direkt benachbart hierzu liegt. Es ist auch ein Waferboot beschrieben, das eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Plattenelementen des obigen Typs aufweist, wobei benachbart angeordnete Plattenelemente elektrisch zueinander isoliert sind. Ein solches Waferboot ist auch in Kombination mit einer Plasma-Behandlungsvorrichtung beschriebne, die einen Prozessraum zur Aufnahme des Waferbootes aufweist, sowie Mittel zum Steuern oder Regeln einer Prozessgasatmosphäre in dem Prozessraum und wenigstens eine Spahnungsquelle, die mit den elektrisch leitfähigen Plattenelementen des Waferbootes in geeigneter Weise verbindbar ist, um zwischen direkt benachbarten, im Waferboot aufgenommenen Wafern eine elektrische Spannung anzulegen.

Description

Waferboot und Plasma-Behandlungsvorrichtung für Wafer
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Waferboot und eine Behandlungsvorrichtung für Wafer, die zum Erzeugen eines Plasmas zwischen darin aufgenommenen Wafern geeignet sind.
In der Halbleiter- sowie der Solarzellentechnik ist es bekannt, scheibenförmige Substrate aus unterschiedlichen Materialien, die nachfolgend unabhängig von ihrer geometrischen Form und ihrem Material als Wafer bezeichnet werden, unterschiedlichen Prozessen auszusetzen.
Dabei werden die Wafer häufig sowohl Einzelbehandlungsprozessen als auch Chargenprozessen, d.h. Prozessen bei denen mehrere Wafer gleichzeitig behandelt werden, ausgesetzt. Sowohl für Einzelprozesse als auch Chargenprozesse müssen die Wafer jeweils in eine gewünschte Behandlungsposition gebracht werden. Bei Chargenprozessen geschieht dies in der Regel dadurch dass die Wafer in sogenannte Boote eingesetzt werden, welche Aufnahmen für eine Vielzahl von Wafern besitzen. In den Booten werden die Wafer in der Regel jeweils parallel zueinander angeordnet. Solche Boote können unterschiedlich aufgebaut sein, und häufig sehen sie nur eine Aufnahme der unteren Kanten der jeweiligen Wafer derart vor, dass die Wafer nach oben freistehen. Solche Boote sind in der Regel passiv, dass heißt neben einer Haltefunktion haben sie keine weitere Funktion während der Prozessierung der Wafer.
Bei einem Typ von Waferboot, das beispielsweise für eine Plasmaprozes- sierung von Wafern in der Halbleiter- oder Solarzellentechnologie verwendet wird, ist das Waferboot durch eine Vielzahl von elektrisch leitenden Platten gebildet, die üblicherweise aus Graphit bestehen. Die Platten sind im
Wesentlichen parallel zueinander angeordnet, und zwischen benachbarten Platten werden Aufnahmeschlitze zur Aufnahme von Wafern gebildet. Die zueinander weisenden Seiten der Platten besitzen jeweils entsprechende Aufnahmeelemente für Wafer, so dass an jeder dieser Seiten Wafer aufge- nommen werden können. Als Aufnahmeelemente sind üblicherweise an jeder zu einer anderen Platte weisenden Plättenseite Stifte vorgesehen, welche den Wafer aufnehmen. In jedem Aufnahmeschlitz können somit wenigstens zwei Wafer derart vollständig zwischen den Platten aufgenommen werden, dass sie einander gegenüberliegen. Benachbarte Platten des Waferbootes sind elektrisch gegeneinander isoliert und zwischen direkt benachbarten Platten wird während des Prozesses eine Wechselspannung üblicherweise im kHz- Bereich oder auch im MHz-Bereich angelegt. Hierdurch soll zwischen den Platten und insbesondere zwischen den an den jeweiligen Platten gehaltenen Wafern ein Plasma ausgebildet werden, um eine Plasmabehandlung wie zum Beispiel eine Abscheidung aus dem Plasma oder eine Plasmanitridierung von Schichten vorzusehen. Für die Anordnung der Platten zueinander werden Abstandselemente eingesetzt, die jeweils eine vorbestimmte Länge zur Einstellung vorbestimmter Abstände zwischen den Platten besitzen. Ein Beispiel eines solchen Waferbootes, das aus Platten und Abstandselementen aufgebaut ist, ist in der DE 10 201 1 109 444 A1 beschrieben.
Wie erwähnt, entsteht ein Plasma nicht nur zwischen benachbarten Wafern sondern auch zwischen benachbarten Platten. Aufgrund einer üblicherweise höheren Leitfähigkeit der Platten im Vergleich zu den Wafern kann das
Plasma zwischen den Platten daher dichter sein als zwischen den Wafern, was für den Prozess und die Homogenität der Waferbehandlung von Nachteil sein kann. Insbesondere kann im Randbereich der Wafer ein größerer Effekt auftreten als in anderen Bereichen des Wafers. Ferner ergibt sich das.
Problem, dass es zu einer Rückseitenbehandlung, insbesondere einer
Rückseitenbeschichtung des Wafers kommen kann, die auch als Umgriff der Beschichtung bezeichnet wird und durch das Plasma direkt benachbart zum Waferrand bewirkt wird. Um dieses Problem zu beseitigen wurden die Platten in der Vergangenheit mit einer isolierenden Schicht, zum Beispiel mit SiN vorbelegt, um die
Plasmaausbildung zwischen den Platten zu dämpfen. Ein solche Vorbelegung kann aber wiederum zu anderen Problemen führen und muss darüber hinaus regelmäßig insbesondere nach einer Naßreinigung der Platten in einem
Ätzbad, erneuert werden, was mit zusätzlichen Kosten verbunden ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Waferboot und eine Plasma-Behandlungsvorrichtung für Wafer vorzusehen, das bzw. die das oben genannte Probleme des Umgriffs beseitigt oder lindert.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Plattenelement nach
Anspruch 1 , ein Waferboot nach Anspruch 6, und eine Plasma-Behandlungsvorrichtung nach Anspruch 8 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich unter anderem aus den jeweiligen Unteransprüchen.
Insbesondere ist ein Plattenelement für ein Waferboot für die Plasmabehandlung von scheibenförmigen Wafern vorgesehen, wobei das Plattenelement elektrisch leitfähig ist und an jeder Seite wenigstens eine Aufnahmeeinheit zur Aufnahme eines Wafers in einem Waferaufnahmebereich aufweist. Gemäß der Erfindung weist das Plattenelement wenigstens eine Vertiefung in wenigstens einer Seite der Plattenelemente und/oder wenigstens eine Öffnung im Plattenelement auf, wobei die wenigstens eine Vertiefung und/oder die wenigstens eine Öffnung im Plattenelement wenigstens Teilweise radial außerhalb des Waferaufnahmebereichs und direkt benachbart hierzu liegt. Als Waferaufnahmebereich wird hier der Bereich angesehen, der üblicherweise vom Wafer abgedeckt wird. Ein geringer Überlapp von Vertiefung/Öffnung und Wafer im Aufnahmezustand ist möglich, aber nicht unbedingt gewollt. Ein solches Plattenelement besitzt den Vorteil, dass es im Einsatz im Rarid- bereich eines aufgenommenen Wafers ein abgeschwächtes Plasma erzeugen und somit Randeffekte und insbesondere einen Umgriff des Plasmas unterbinden oder zumindest verringen kann. Bevorzugt weist das Plattenelement auf beiden Seiten eine entsprechende Vertiefung auf. Bei einer Ausführungsform weist das Plattenelement wenigstens eine
Vertiefung auf, die den Waferaufnahmebereich im Wesentlichen vollständ ig umgibt. Hierbei soll der Begriff I m Wesentlichen wenigstens 80 bevorzugt mehr als 90% oder 95 % umfassen. Hierdurch soll sichergestellt werden, dass der Effekt eines abgeschwächten Plasmas im Wesentlich Vollumfänglich gegeben ist. )
Bei einer alternativen Ausführungsform weist das Plattenelement eine Vielzahl von Öffnungen auf, die jeweils wenigstens Teilweise radial außerhalb des Waferaufnahmebereichs und benachbart hierzu liegen . Durch eine Vielzahl von Öffnungen ist es möglich bei ausreichender Stabilität einen großen Umfangsbereich des Waferaufnahmebereichs zu umgeben. Bevorzugt sollten die Öffnungen im Plattelement wenigstens 50%, bevorzugt wenigstens 80% des Waferaufnahmebereichs radial umgeben.
Das Waferboot für die Plasmabehandlung von scheibenförmigen Wafern, weist eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Plattenelementen des obigen Typs auf, wobei benachbart angeordnete Plattenelemente elektrisch zueinander isoliert sind. Ein solches Waferboot ermöglicht wiederum , dass im Einsatz in den Randbereichen aufgenommener Wafer ein abgeschwächtes Plasma erzeugt und somit Randeffekte und insbesondere ein Umgriff des Plasmas unterbunden oder zumindest verringert werden kann.
Bei Plattenelementen mit Öffnungen können die Öffnungen in benachbarten Plattenelem'enten versetzt zueinander angeordnet sein, um den Abschwäch- ungseffekt in Randbereichen des Waferaufnahmebereichs im Wesentlichen vollumfänglich vorzusehen.
Die Plasma-Behand lungsvorrichtung für scheibenförmige Wafer weist einen ' 'Prozessraum zur Aufnahme eines Waferbootes des obigen Typs, Mittel zum Steuern oder Regeln einer Prozessgasatmosphäre in dem Prozessraum, und wenigstens eine Spannungsquelle auf, die mit den elektrisch leitfähigen Aufnahmeelementen des Waferbootes in geeigneter Weise verbindbar ist, um zwischen direkt benachbarten, im Waferboot aufgenommenen Wafern eine elektrische Spannung anzulegen.
Die Plasma-Behandlungsvorrichtung für Wafer weist einen Prozessraum zur Aufnahme eines Waferbootes des zuvor beschriebenen Typs auf. Ferner sind Mittel zum Steuern oder Regeln einer Prozessgasatmosphäre in dem
Prozessraum und wenigstens eine Spannungsquelle, die mit den elektrisch leitfähigen Plattenelementen des Waferbootes in geeigneter Weise verbindbar ist, vorgesehen, um zwischen direkt benachbarten, im Waferboot
aufgenommenen Wafern eine elektrische Spannung anzulegen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch näher erläutert; in den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Plattenelements für ein
Waferboot;
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf das Waferboot gemäß Fig. 1 ;
Fig. 3 eine schematische Vorderansicht des Waferbootes gemäß Fig. 1 ; Fig. 4a und 4b vergrößerte perspektivische Ansichten von Teilbereichen von
Plattenelementen des Waferbootes gemäß Fig. 1 ;
Fig. 5 eine schematische Ansicht einer Plasma-Behandlungsvorrichtung mit darin aufgenommen Waferboot gemäß Fig. 1 ;
Fig. 6 eine schematische Seitenansicht eines alternativen Plattenelements; Fig. 7 eine schematische Seitenansicht einer weiteren alternative eines
Plattenelements;
Fig. 8 eine vergrößerte perspektivische Teilschnittansicht eines Teilbereichs des Plattenelements gemäß Fig. 6.
In der Beschreibung verwendete Begriffe wie oben, unten, links und rechts beziehen sich auf die Darstellung in den Zeichnungen und sind nicht einschränkend zu sehen. Sie können aber bevorzugte Ausführungen beschreiben. Die Formulierung im Wesentlichen bezogen auf parallel, senkrecht oder Winkelangaben soll Abweichungen von ± 3° umfassen, vorzugsweise ± 2°, ansonsten soll im Wesentlichen wenigstens 80%, bevorzugt wenigstens 90% oder 95% des angegebenen Werts umfassen. Im Nachfolgenden wird der Begriff Wafer für scheibenförmige Substrate verwendet, die bevorzugt Halbleiterwafer für Halbleiter- oder Photovoltaik- anwendungen sind, wobei aber auch Substrate anderer Materialien
vorgesehen und prozessiert werden können.
Im Nachfolgenden wird der Grundaufbau eines Waferbootes 1 für den Einsatz in einer Plasma-Behandlungsvorrichtung anhand der Figuren 1 bis 4 näher erläutert, wobei Figur 1 eine schematische Seitenansicht eines Plattenelements Waferbootes 1 zeigt, die Figuren 2 und 3 eine Draufsicht und eine Vorderansicht und die Fig. 4a und 4b vergrößerte perspektivische Ansichten von Teilbereichen von zwei benachbarten Plattenelementen des Waferbootes zeigen. In den Figuren werden dieselben Bezugszeichen verwendet, sofern dieselben oder ähnliche Elemente beschrieben werden.
Das Waferboot 1 wird durch eine Vielzahl von Platten 6 gebildet, die durch Kontaktierungs- und Spanneinheiten zusammengehalten werden und jeweils zur Aufnahme einer Vielzahl von Wafern 7 geeignet sind. Das dargestellte Waferboot 1 ist speziell für eine Schichtabscheidung aus einem Plasma, zum Beispiel von Si3N4, SiNXl a-Si, AI2O3, AIOx, dotiertes und undotiertes PolySilizium oder amorphes Silizium etc, und insbesondere eine Plasma
Nitridierung von Wafern geeignet. Die Platten 6 bestehen jeweils aus einem elektrisch leitenden Material, und sind insbesondere als Graphitplatten ausgebildet, wobei je nach Prozess eine Beschichtung oder Oberflächenbehandlung des Platten-Grundmaterials vorgesehen sein kann. Die Platten 6 besitzen jeweils sechs Aussparungen 8, die im Prozess von den Wafern abgedeckt sind, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Obwohl bei der dargestellten Form sechs Aussparrungen pro Platte 6 vorgesehen sind, sei bemerkt, dass auch eine größere oder kleinere Anzahl vorgesehen sein kann, bzw. vollständig auf die Aussparungen verzichtet werden kann. Die Platten 6 besitzen jeweils parallele Ober- und Unterkanten, (wobei in der Oberkante beispielsweise eine Vielzahl von
Kerben ausgebildet sein kann, um einer Lageerkennung der Platten zu ermöglichen, wie in der DE 10 2010 025 483 beschrieben ist).
Bei der dargestellten Ausführungsform gemäß Fig.2 sind insgesamt dreiundzwanzig Platten 6 vorgesehen, die über die entsprechende Kontaktiereinheiten und Spanneinheiten im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, um dazwischen Aufnahmeschlitze 1 1 zu bilden. Bei dreiundzwanzig Platten 6 werden somit zweiundzwanzig der Aufnahmeschlitze 1 1 gebildet. In der Praxis werden jedoch auch häufig 25, 19 oder 21 Platten verwendet, und die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Anzahl von Platten 6 beschränkt. Es können auch eine gerade Anzahl von Platten verwendet werden (z.B. 20, 22, 24, 26, ...).
Die Platten 6 weisen wenigstens jeweils auf ihrer zu einer benachbarten Platte 6 weisenden Seite Gruppen von jeweils drei Aufnahmeelementen 9 auf, die so angeordnet sind, dass sie einen Wafer 7 dazwischen aufnehmen können. Dabei sind in der Darstellung gemäß Fig. 1 zwei Wafer 7 dargestellt, wie sie in den zwei links liegenden Gruppen von Aufnahmeelementen 9 aufgenommen sind. In den anderen Gruppen sind keine Wafer aufgenommen. Die Gruppen der Aufnahmeelemente 9 sind jeweils um eine jede
Aussparungen 8 herum angeordnet, wie schematisch in Fig. 1 angedeutet ist. Die Gruppen der Aufnahmeelemente 9 definieren jeweils einen Wafer- aufnahmebereich, wobei der Begriff Waferaufnahmebereich den Bereich der Platte (einschließlich der Aussparrungen 8) bezeichnet, der üblicherweise durch einen in einer jeweiligen Gruppe von Aufnahmeelementen aufgenommenen Wafer 7 abgedeckt wird. Die Wafer 7 können derart aufgenommen werden, dass die Aufnahmeelemente 9 jeweils unterschiedliche Seitenkanten des Wafers 7 kontaktieren. Dabei sind in Längsrichtung der Plattenelemente (entsprechend den Ausnehmungen 8) insgesamt jeweils sechs Gruppen von Aufnahmeelementen 9 zum jeweiligen Aufnehmen eines Wafers vorgesehen. In jeder Seite der Plattenelemente 6 ist eine Vielzahl von Vertiefungen 10 vorgesehen, die jeweils einen jeweiligen Waferaufnahmebereich radial umgeben. Die Vertiefungen 10 können Waferaufnahmebereiche jeweils vollständig umgeben,' wie dargestellt, es ist aber auch möglich, dass die Vertiefungen 10 die Waferaufnahmebereiche nur teilweise umgeben.
Insbesondere im Bereich der Aufnahmeelemente 9 könnte aus
Stabilitätsgründen auf die Vertiefung 0 verzichtet werden. Bevorzugt sollten die Vertiefungen 10 aber die Waferaufnahmebereiche jeweils im Wesentlichen vollständig umgeben, wobei im Wesentlichen wenigstens 90% bevorzugt mehr als 95% radialen Umgebens umfassen soll, wobei dann gegebenenfalls eine Vielzahl von Vertiefungen 10 pro Waferaufnahmebereich vorgesehen sein kann. Bevorzugt grenzen die Vertiefungen 10 radial nach außen direkt an den jeweiligen Waferaufnahmebereich an, es kann aber im Rahmen von
Töleranzabweichungen im Einsatz auch zu einem geringen Abstand zwischen Waferaufnahmebereich und Vertiefung 10, bzw. zu einem geringen Überlapp von Waferaufnahmebereich und Vertiefung 10 kommen.
Wie insbesondere in der Ansicht gemäß den Fig. 4a und 4b zu erkennen ist, besitzen benachbart Platten 6 im Waferboot 1 einen Abstand a dazwischen, der im Bereich der Vertiefungen 10 auf einen größeren Abstand b vergrößert wird. Dabei sind die Vertiefungen 10 benachbarter Platten 6 derart, dass sie genau zueinander ausgerichtet sind. Hierdurch ist der Abstand b um das zweifache der Tiefe der Vertiefungen 10 größer als der Abstand a.
Obwohl bei der obigen Beschreibung Vertiefungen 10 in beiden Seiten der Platten ausgebildet sind, wäre es auch denkbar jeweils nur in einer Seite eine entsprechende Vertiefung 10. vorzusehen, wobei im Waferboot dann jeweils eine Plattenseite mit Vertiefung 10 zu eine benachbarten Plattenseite ohne Vertiefung weisen würde. Hierdurch würde sich eine lokale Erhöhung des Abstandes um die einfache Tiefe der Vertiefung ergeben.
An ihren Enden weisen die Platten 6 jeweils eine vorstehende Kontaktnase 3 auf, die für eine elektrische Kontaktierung der Platten 6 dient, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Dabei sind zwei Ausführungsformen von Platten 6 vorgesehen, die sich hinsichtlich der Lage der Kontaktnasen 13 unterscheiden . Bei einer Ausführungsform sind die Kontaktnasen 13 jeweils im direkten Anschluss an die Unterkante ausgeführt, während sie bei der anderen Ausführungsform von der Unterkante beabstandet sind, wobei der Abstand zur Unterkante größer ist als die Höhe der Kontaktnasen 13 der Platten der anderen Ausführungsform. Die zwei Ausführungsformen an Platten 6 werden in dem Waferboot 1 abwechselnd angeordnet. Wie am besten in der Ansicht gemäß Fig. 2 zu erkennen ist, liegen somit die Kontaktnasen 13 von direkt benachbarten Platten 6 in der Anordnung des Waferbootes 1 auf unterschiedlichen Ebenen. Bei jeder zweiten Platte 6 liegen die Kontaktnasen 13 jedoch in derselben Ebene. Hierdurch werden durch die Kontaktnasen 13 zwei beab- standete Kontaktebenen gebildet. Diese Anordnung ermöglicht, dass direkt benachbarte Platten 6 mit unterschiedlichem Potential beaufschlagt werden können, während jede zweite Platte mit demselben Potential beaufschlagt werden kann.
Die in einer jeweiligen Kontaktebene liegenden Kontaktnasen 13 werden über Kontaktblöcke 15 aus einem elektrisch gut leitenden Material, insbesondere Graphit oder Titan, elektrisch verbunden und mit einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet. Im Bereich der Kontaktnasen 13 und in jedem der Kontaktblöcke 15 ist jeweils wenigstens eine Durchgangsöffnung vorgesehen. Diese ermöglichen im zueinander ausgerichteten Zustand das Durchführen eines Spannelements 16, das einen Schaftteil (nicht sichtbar) und einen Kopfteil aufweist, wie zum Beispiel einer Schraube. Über ein auf das freie Ende des Schaftteils wirkendes Gegenelement, wie zum Beispiel eine Mutter 17 können' die Platten 6 dann zueinander fixiert werden. Hierbei werden die Platten in zwei unterschiedlichen Gruppen zueinander fixiert und zwar derart, dass die Platten der unterschiedlichen Gruppen abwechselnd angeordnet sind. Dabei kann das Spannelement 16 aus elektrisch leitendem Material bestehen was aber nicht notwendig ist. Die Kontaktblöcke 15 besitzen jeweils vorzugsweise dieselbe Länge (in der ichtungj die den Abstand zwischen Kontaktnasen 13 der Platten 6 definiert) und zwar entsprechend der Breite zweier Aufnahmeschlitze 1 1 plus der Breite einer Platte 6.
Ferner sind in den Platten benachbart zur Oberkante und zur Unterkante weitere Durchgangsöffnungen vorgesehen, die jeweils das Durchführen eines Spannelements 9, das einen Schaftteil (nicht sichtbar) und einen Kopfteil aufweist, wie zum Beispiel einer Schraube der Spanneinheit erlauben. Diese können wiederum mit entsprechenden Gegenelementen 20, wie zum Beispiel Muttern zusammenwirken. Bei der dargestellten Ausführungsform sind jeweils sieben Durchgangsöffnungen benachbart zur Oberkante und sieben Durchgangsöffnungen benachbart zur Unterkante vorgesehen. Dabei sind um jede Aussparung 8 jeweils vier Durchgangsöffnungen angeordnet, und zwar annähernd symmetrisch hierzu. Als weiterer Teil der Spanneinheit ist eine Vielzahl von Abstandselementen 22 vorgesehen, die beispielsweise als
Abstandshülsen mit im Wesentlichen gleicher Länge ausgebildet sind. Die Abstandselemente 22 sind jeweils im Bereich der jeweiligen Durchgangsöffnungen zwischen direkt benachbarten Platten 6 angeordnet.
Die Schaftteile der Spannelement 19 sind jeweils so bemessen, dass sie sich durch entsprechende Öffnungen aller Platten 6 sowie jeweilige dazwischen befindliche Abstandselemente 22 hindurch erstrecken können. Über das wenigstens eine Gegenelement 20, können dann alle Platten 6 im Wesentlichen parallel zueinander fixiert werden. Es sind jedoch hier auch andere Spanneinheiten mit Abstandselementen 22 denkbar, welche die Platten 6 mit dazwischen befindlichen Abstandselementen 22 im Wesentlichen parallel anordnen und verklemmen. Bei der dargestellten Ausführungsform sind bei 22 Aufnahmeschlitzen und insgesamt 14 Abstandselementen 22 pro Schlitz (sieben benachbart zur Oberkante und sieben benachbart zur Unterkante) 308 Abstandselemente vorgesehen. Die Spannelemente sind bevorzugt aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere eine Oxidkeramik, was auch für die Abstandselemente 22 gilt. Die Figuren 6 bis 8 zeigen alternative Ausführungsformen von Platten 6 die zur Bildung eines Waferboptes 1 verwendet können. Dabei zeigen Fig. 6 eine schematische Seitenansicht und Fig. 8 eine vergrößerte perspektivische Teilschnittansicht einer alternativen Platte und Fig. 7 eine schematische Seitenansicht einer weiteren alternative einer Platte. Wie bei der ersten Ausführungsform sind bei den Seitenansichten gemäß Fig. 6 und 7 jeweils zwei an den Platten 6 aufgenommene Wafer 7 angedeutet. Bei der Ansicht gemäß Fig. 8 sind ebenfalls an der Platte 6 aufgenommene Wafer 7
angedeutet, wobei Wafer 7 an beiden Seiten der Platte 6 aufgenommen sind.
Die Platten 6 gleichen den zuvor beschriebenen Platten 6 (gemäß der Figuren 1 bis 4) hinsichtlich des Materials und des Grundaufbaus mit Aussparrungen 8, Aufnahmeelementen 9 und Nasen 13. Die Platten 6 unterscheiden sich aber dahingehend, dass sie keine Vertiefungen 10 aufweisen. Vielmehr ist bei den alternativen Ausführungsformen der Platte 6 jeweils eine Vielzahl von Öffnungen 25 anstelle einer Vertiefung 10 vorgesehen. Dabei umgibt jeweils eine Vielzahl von Öffnungen 25 einen jeweiligen Waferaufnahmebereich der Platten 6. Bevorzugt grenzen die Öffnungen 25 radial nach außen direkt an · den jeweiligen Waferaufnahmebereich an, es kann aber im Rahmen von Toleranzabweichungen im Einsatz auch zu einem geringen Abstand zwischen Waferaufnahmebereich und Öffnungen 25, bzw. zu einem geringen Überlapp von Waferaufnahmebereich und Öffnungen 25 kommen .
In jeder Platten 6 ist eine Vielzahl von Öffnungen 25 vorgesehen, die jeweils einen jeweiligen Waferaufnahmebereich radial umgeben, Die Öffnungen 25 können die Waferaufnahmebereiche nicht vollständig umgeben, wie bei den Vertiefungen 10, da die Wafer sonst nicht gegen die Platten anliegen könnten Troizdem sollten die Öffnungen 25 die Waferaufnahmebereiche bevorzugt wenigstens 90% in radialer Richtung umgeben. Durch die Öffnungen 25 entsteht der Effekt, dass sich bei benachbarten Platten 6 innerhalb eine Waferbootes in einem Bereich direkt benachbart zum Waferaufnahmebereich im Wesentlichen kein Plattenmaterial gegenüberliegt (bevorzugt in weniger al 10% des Umfangs des Waferaufnahmebereichs). Konkret sind bei der Ausführungsform gemäß den Figuren 6 und 8 jeweils vier gleich große Öffnungen 25 entlang einer jeweiligen Seitenkante eines Wafer- aufnahmebereichs vorgesehen. Diese sind jeweils gleichmäßig beabstandet, sodass dazwischen Stege entstehen. Stege entstehen bei dieser Ausführungsform auch benachbart zu den Kantenbereichen der Waferaufnahme- bereiche. Die Stege sind mit den Befestigungspunkten der Aufnahmeelemente 9 ausgerichtet, wobei diese auch radial außerhalb des durch die Öffnungen 25 umschlossenen Bereichs an den Platten befestigt sein können. Natürlich kann die Anzahl der jeweiligen Öffnungen 25. variieren und insbesondere
benachbart zur oben liegenden Kante des Waferaufnahmebereichs kann auch eine einzige Öffnung vorgesehen sein.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 ist eine andere Konfiguration von Öffnungen 25 dargestellt. Insbesondere ist benachbart zur oben liegenden Kante des Waferaufnahmebereichs eine einzige langgestreckte Öffnung 25 vorgesehen, die sich im Wesentlich über die Gesamte Länge der oberen Kante erstreckt. Benachbart zu den anderen Seitenkanten des Waferaufnahmebereichs sind jeweils zwei langgestreckte Öffnungen 25 vorgesehen, die unterschiedliche Längen besitzen. Der zwischen den Öffnungen 25 gebildete Steg ist mit den Befestigungspunkten der Aufnahmeelemente 9 ausgerichtet. Benachbart zu den Ecken des Waferaufnahmebereichs sind weitere, dreiecksförmige Öffnungen 25 vorgesehen.
Wie der Fachmann erkennen kann, kann die Anordnung und Anzahl der Öffnungen variiert werden und es ist auch möglich die unterschiedlichen Arten von Öffnungen zu kombinieren und die unterschiedlichen Öffnungstypen an unterschiedlichen Platten 6 (die dann im Waferboot direkt benachbart zueinander liegen) vorzusehen; Bevorzugt sollten die Öffnungen 25 aber den Waferaufnahmebereich wenigstens 90% in radialer Richtung umgeben.
Bei einer besonderen, nicht dargestellten Ausführungsform ist es möglich, dass die Öffnungen 25 die Waferaufnahmebereiche weniger umgeben, wobei auch dann ein radiales Umgeben von wenigstens 50%, insbesondere von 80% vorgesehen sein sollte. Bei dieser besonderen Ausführungsform sind die unterschiedlichen Platten 6 eines Waferbootes 1 (mit unten/oben liegenden Kontaktnasen 13), die im Waferboot 1 direkt nebeneinander liegen so ausgebildet, dass Öffnungen 25 einer Platte 6 zu Öffnungen 25 der anderen Platte versetzt sind. Hierdurch kann auch bei einem geringeren Prozentsatz des radialen Umgebens der Öffnungen 25 bezüglich der Waferaufnahme- bereiche erreicht werden, dass bei benachbarten Platten 6 innerhalb eine Waferbootes in einem Bereich direkt benachbart zum Waferaufnahmebereich im Wesentlichen kein Plattenmaterial gegenüberliegt (bevorzugt in weniger als 0% des Umfangs des Waferaufnahmebereichs).
Im Nachfolgenden wird nun der Grundaufbau einer Plasma-Behandlungsvorrichtung 30, in der ein Waferboot 1 des obigen Typs einsetzbar ist, anhand der Figur 5, die eine schematische Seitenansicht der Behandlungsvorrichtung 30 zeigt, näher erläutert.
Die Behandlungsvorrichtung 30 besteht aus einem Prozesskammerteil 32 und einem Steuerteil 34. Der Prozesskammerteil 32 besteht aus einem einseitig verschlossenen Rohrelement 36, dass im inneren eine Prozesskammer 38 bildet. Das offene Ende des Rohrelements 36 dient zur Beladung der
Prozesskammer 38 und es kann über einen nicht dargestellten Schließmechanismus verschlossen und hermetische abgedichtet werden, wie es in der Technik bekannt ist. Das Rohrelement besteht aus einem geeigneten Material, das in den Prozess keine Verunreinigungen einbringt, elektrisch isoliert ist und den Prozessbedingungen hinsichtlich Temperatur und Druck (Vakuum) standhält, wie zum Beispiel Quarz. Das Rohrelement 36 weist an seinem geschlossenen Ende gasdichte Durchführungen für die Zu- und Ableitung von Gasen sowie Strom auf, die in bekannter Weise ausgebildet sein können. Entsprechende Zu- und Ableitungen könnten aber auch am anderen Ende oder aber auch seitlich an einem geeigneten Ort zwischen den Enden vorgesehen sein. Das Rohrelement 36 ist von einer Ummantelung 40 umgeben, die das
Rohrelement 38 thermisch gegenüber der Umgebung isoliert. Zwischen der Ummantelung 40 und dem Rohrelement 36 ist eine nicht näher dargestellte Heizeinrichtung vorgesehen, wie beispielsweise ein Widerstandsheizer, der geeignet ist das Rohrelement 36 aufzuheizen. Eine solche Heizeinrichtung kann aber zum Beispiel auch im Inneren des Rohrelements 36 vorgesehen sein oder das Rohrelement 36 selbst könnte als Heizeinrichtung ausgebildet sein. Derzeitig wird aber eine außen liegende Heizeinrichtung bevorzugt und insbesondere eine solche, die verschiedene, individuell ansteuerbare
Heizkreise aufweist.
Im inneren des Rohrelements 36 sind nicht näher dargestellte Aufnahmeelemente vorgesehen, die eine Aufnahmeebene zur Aufnahme eines Waferbootes 1 (das in Fig. 5 nur teilweise gezeigt ist), das beispielsweise des obigen Typs sein kann, bilden. Das Waferboot kann aber auch derart in das Rohrelement 36 eingesetzt werden, dass es auf der Wand des Rohrelements 36 aufsteht. Dabei wird das Waferboot im Wesentlichen oberhalb der Aufnahmeebene gehalten und ist ungefähr mittig im Rohrelement angeordnet Durch entsprechende Aufnahmeelemente und oder ein direktes Aufsetzen auf das Rohrelement wird somit in Kombination mit den Abmessungen des Waferbootes ein Aufnahmeraum definiert, in dem sich ein ordnungsgemäß eingesetztes Waferboot befindet. Das Waferboot kann über einen geeigneten nicht dargestellten Handhabungsmechanismus als ganzes im beladenen Zustand in die Prozesskammer 38 hinein und aus dieser heraus gehandelt werden. Dabei wird bei einer Beladung des Waferbootes automatisch ein elektrischer Kontakt mit jeweils wenigstens einem Kontaktblock 15 jeder der Gruppen von Platten 6 hergestellt, wie es bekannt ist.
Zum Inneren des Rohrelements 36 sind ferner eine untere Gasführung 44 und eine obere Gasführung 46 vorgesehen, die jeweils das Einleiten und/oder Absaugen von Gas ermöglichen. Die Gasführungen 44, 46 sind an diametral gegenüberliegenden Enden, des Rohrelements vorgesehen um eine Durchströmen der Aufnahmeschlitze eines aufgenommenen Waferbootes mit Gas zu ermöglichen
Nachfolgend wird nun der Steuerteil 34 der Behandlungsvorrichtung 30 näher erläutert. Der Steuerteil 34 weist eine Gassteuereinheit 60, Unterdruck- Steuereinheit 62, eine elektrische Steuereinheit 64 und eine nicht näher dargestellte Temperatursteuereinheit auf, die alle gemeinsam über eine übergeordnete Steuerung, wie beispielsweise einen Prozessor angesteuert werden können. Die Temperatursteuereinheit steht mit der nicht dargestellten Heizeinheit in Verbindung, um primär die Temperatur des Rohrelements 36 bzw. der Prozesskammer 38 zu steuern bzw. zu regeln.
Die Gassteuereinheit 60 steht mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Gasquellen 66, 67, 68, wie beispielweise Gasflaschen, die unterschiedliche Gase enthalten in Verbindung, In der dargestellten Form sind drei Gasquellen dargestellt, wobei natürlich auch eine beliebige andere Anzahl vorgesehen sein kann. Beispielsweise können die Gasquellen Di-Chlorsilan, Tri-Chlor- silan, SiH4, Phosphin, Boran, Di-Boran, German (GeH4), Ar, H2, TMA, NH3, N2 und verschiedene andere Gase an entsprechenden Eingängen der Gassteuereinheit 60 bereitstellen. Die Gassteuereinheit 60 besitzt zwei Ausgänge, wobei einer der Ausgänge mit der unteren Gasführung 44 verbunden ist und der Andere mit einer Pumpe 70 der Unterdruck-Steuereinheit 62. Die
Gassteuereinheit 60 kann die Gasquellen in geeigneter Weise mit den
Ausgängen verbinden und den Durchfluss von Gas Regeln, wie es in der Technik bekannt ist. Somit kann die Gassteuereinheit 60 insbesondere über die untere Gasführung 44 unterschiedliche Gase in die Prozesskammer einleiten.
Die Unterdruck-Steuereinheit 62 besteht im Wesentlichen aus der Pumpe 70 und einem Druck-Regelventil 72. Die Pumpe 70 ist über das Druck-Regelventil 72 mit der oberen Gasführung 46 verbunden und kann hierüber die
Prozesskammer auf einen vorbestimmten Druck abpumpen. Die Verbindung von der Gassteuereinheit 60 zur Pumpe dient dazu aus der Prozesskammer abgepumptes Prozessgas gegebenenfalls mit N2 zu verdünnen.
Die elektrische Steuereinheit 64 weist wenigstens eine Spannungsquelle auf, die geeignet an einem Ausgang derselben wenigstens eine Hochfrequenzspannung anzulegen. Der Ausgang der elektrischen Steuereinheit 64 steht über eine Leitung mit einer Kontaktiereinheit für das Waferboot in der
Prozesskammer in Verbindung. Die Leitung ist über eine entsprechende
Vakuum- und temperaturtaugliche Durchführung durch die Ummantelung 40 und in das Rohrelement 36 eingeführt.
Nachfolgend wird nun der Betrieb der Plasma-Behandlungsvorrichtung 30 unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, wobei beispielhaft als Behandlung eine durch Plasma unterstützte Siliciumnitnd oder Aluminiumoxid- abscheidung in einem durch 40 KHz angeregten Plasma beschrieben wird. Die Behandlungsvorrichtung 30 kann aber auch für andere durch Plasma unterstützte Abscheidungsprozesse eingesetzt werden, wobei das Plasma auch durch andere Frequenzen zum Beispiel im Bereich 20 kHz bis 450 kHz oder auch höher angeregt werden kann.
Zunächst wird davon ausgegangen, dass ein beladenes Waferboot 1 des oben beschrieben Typs (gemäß Fig. 1 ) in die Prozesskammer 38 geladen ist und diese durch den nicht dargestellten Schließmechanismus verschlossen ist. Dabei ist das Waferboot 1 so beladen, dass in jedem der Aufnahmeschlitze 1 1 insgesamt zwölf Wafer, im vorliegenden Beispiel insbesondere Si- Wafer, aufgenommen sind und zwar jeweils sechs an jeder der Platten 6. Dabei sind die Wafer so aufgenommen, dass sie sich paarweise gegenüber liegen, wie es in der Technik bekannt ist.
In diesem Zustand befindet sich der Innenraum auf Umgebungsdruck und kann beispielsweise über die Gassteuereinheit 60 (in Kombination mit der Unterdruck-Steuereinheit 62) mit N2 gespült bzw. geflutet werden. Das Rohrelement 36 und somit die Prozesskammer 38 werden über die nicht gezeigte Heizeinrichtung erwärmt, um das Waferboot 1 und die darin aufgenommenen Wafer auf eine vorbestimmte, für den Prozess vorteilhafte Prozesstemperatur zu erwärmen.
Wenn die vorbestimmte Temperatur des Waferbootes 1 und damit der ganzen Einheit (Waferboot 1 , Wafer und Rohrelement 36) erreicht ist, kann die
Prozesskammer über die Unterdruck-Steuereinheit 62 auf einen vorbestimmten Unterdruck abgepumpt werden. Beim Erreichen des vorbestimmten Unterdrucks wird über die Gassteuereinheit 60 ein gewünschtes Prozessgas wie zum Beispiel SiH4/NH3 für eine Siliciumnitridabscheidung in einem definierten Mischungsverhältnis in Abhängigkeit von den geforderten Schichteigenschaften eingeleitet, während über die Unterdruck-Steuereinheit 62 weiterhin der Unterdruck durch Absaugen des eingeleiteten Prozessgases aufrecht erhalten wird. Das über die Pumpe 70 abgesaugte Prozessgas kann zu diesem Zeitpunkt mit N2 verdünnt werden, wie es in der Technik bekannt ist. Hierfür wird über die Gassteuereinheit 60 und die entsprechend Leitung der Pumpe N2 zugeführt.
Über die elektrische Steuereinheit 64 wird nun eine HF-Spannung mit einer Frequenz von 40KHz an das Waferboot 1 angelegt. Diese bewirkt eine
Plasmazündung des Prozessgases zwischen den Platten 6 und insbesondere zwischen den im Waferboot 1 aufgenommenen Wafern und es kommt zu einer durch Plasma unterstützte Siliciumnitridabscheidung auf den Wafern. Hierbei entsteht im Bereich der Vertiefungen 10 in den Plattenelementen 6 durch die Abstandserhöhung lokal eine Abschwächung des zwischen den Platten gebildeten Plasmas. Somit wird das Plasma direkt benachbart zum Randbereich der Wafer (radial außerhalb des Wafers) abgeschwächt, d. h. es ist lokal weniger Dicht als in anderen Bereichen zwischen den Platten 6. Hierdurch können Randeffekte und insbesondere eine Rückseitenabscheidung (Umgriff) verhindert oder wenigstens reduziert werden. Ein entsprechender Effekt einer Abschwächung des Plasmas ergibt sich auch bei den Platten 6 mit Öffnungen 25, da im Bereich der Öffnungen 25 zwischen den Platten ein stark abgeschwächtes Plasma ergibt. Der Effekt kann dabei stärker sein als bei den Vertiefungen.
Die Gasströmung wird während des Abscheideprozesses aufrecht erhalten, um eine lokale Verarmung des Prozessgases bezüglich der aktiven
Komponenten zu vermeiden. Nach einer ausreichenden Abscheidezeit für die gewünschte Schichtdicke wird die elektrische Steuereinheit 64 wiederum deaktiviert und die Gaszuführung gestoppt, bzw. wieder N2 umgestellt, um die Prozesskammer 38 zu spülen und gegebenenfalls gleichzeitig zu belüften (Angleichung an den Atmosphärendruck). Anschließend kann die
Prozesskammer 38 dann wieder auf Umgebungsdruck gebracht werden. Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, bietet das Waferboot 1 des obigen Typs den Vorteil, dass im Randbereich (radial außerhalb) der Wafer ein abgeschwächtes Plasma erzeugt wird.
Die Platten 6, die Behandlungsvorrichtung 30 und das Waferboot 1 wurden anhand bestimmter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, ohne auf die konkret dargestellten
Ausführungsformen begrenzt zu sein. Insbesondere könnten die Platten 6 des Waferbootes 1 andere Abmessungen aufweisen und für die Aufnahme einer anderen Anzahl von Wafern dimensioniert sein.

Claims

Patentansprüche
Plattenelement für ein Waferboot für die Plasmabehahdlung von scheibenförmigen Wafern, insbesondere Halbleiterwafern für Halbleiteroder Photovoltaikanwendungen, wobei das Plattenelement elektrisch leitfähig ist und an jeder Seite wenigstens eine Aufnahmeeinheit zur Aufnahme eines Wafers in einem Waferaufnahmebereich aufweist, gekennzeichnet durch wenigstens eine Vertiefung in wenigstens einer Seite des Plattenelements und/oder wenigstens eine Öffnung im
Plattenelement, wobei die wenigstens eine Vertiefung und/oder die wenigstens eine Öffnung im Plattenelement wenigstens Teilweise radial außerhalb des Waferaufnahmebereichs und direkt benachbart hierzu liegt.
Plattenelement nach Anspruch 1 , wobei das Plattenelement auf beiden Seiten eine entsprechende Vertiefung aufweist.
Plattenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vertiefung den Waferaufnahmebereich im Wesentlichen vollständig umgibt.
Plattenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Plattenelement eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die jeweils wenigstens Teilweise radial außerhalb des Waferaufnahmebereichs und benachbart hierzu liegen.
Plattenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Öffnungen im Plattelement wenigstens 50%, bevorzugt wenigstens 80% des Waferaufnahmebereichs radial umgeben.
Waferboot für die Plasmabehandlung von scheibenförmigen Wafern , insbesondere Halbleiterwafern für Halbleiter- oder Photovoltaikanwendungen, das folgendes aufweist: eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Plattenelementen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei benachbart angeordnete Plattenelemente elektrisch zueinander isoliert sind.
Waferboot nach Anspruch 6, wobei Öffnungen in benachbarten
Plattenelementen versetzt zueinander angeordnet sind.
Plasma-Behandlungsvorrichtung für scheibenförmige Wafer, insbesondere Halbleiterwafer, die folgendes Aufweist:
einen Prozessraum zur Aufnahme eines Waferbootes nach einem der vorhergehenden Ansprüche;
Mittel zum Steuern oder Regeln einer Prozessgasatmosphäre in dem Prozessraum; und
wenigstens eine Spannungsquelle, die mit den elektrisch leitfähigen Aufnahmeelementen des Waferbootes in geeigneter Weise verbindbar ist, .um zwischen direkt benachbarten, im Waferboot aufgenommenen Wafern eine elektrische Spannung anzulegen.
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