WO2022057978A1 - Vorrichtung, system und verfahren zur plasmaunterstützten chemischen gasphasenabscheidung - Google Patents

Vorrichtung, system und verfahren zur plasmaunterstützten chemischen gasphasenabscheidung Download PDF

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gas
plasma
workpiece
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Mirko Tröller
Jens-Uwe FUCHS
Ralf Reize
Roland Leichtle
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centrotherm international AG
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    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67109—Apparatus for thermal treatment mainly by convection

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus, a system and a method for plasma enhanced chemical vapor deposition.
  • CVD chemical vapor deposition
  • At least one gas is provided which contains the substance to be separated.
  • the substance is deposited on the substrate through the course of a chemical reaction, which can be driven, for example, by temperature.
  • Chemical vapor deposition can be used, for example, to produce microelectronic components or optical waveguides.
  • the deposition rate can be further increased by generating a plasma based on the gas.
  • the deposition reaction can be driven effectively even at lower temperatures.
  • This variant of chemical vapor deposition is commonly referred to as plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD).
  • reaction chambers In order to reach the required process temperature, workpiece carriers for carrying the substrates, for example semiconductor wafers, are usually introduced into a reaction chamber with heatable walls. Such reaction chambers are sometimes also referred to as warm-wall reactors.
  • the heating typically takes place via resistance heating elements that are installed on or in the process chamber wall. It is an object of the present invention to further improve plasma-enhanced chemical vapor deposition, in particular to increase its efficiency.
  • a device for plasma-enhanced chemical vapor deposition has a process chamber for accommodating at least one workpiece carrier. According to the invention, the device is set up to heat the process chamber using at least one workpiece carrier that can be accommodated by the process chamber, preferably up to a process temperature for gas phase deposition.
  • Heating within the meaning of the invention is active heating, in which at least one component is used specifically for heating. Heating also includes only intermittent heating. When the process chamber is heated using at least one workpiece carrier, the workpiece carrier can be operated as a heating device, for example. In contrast, passive heating, for example via waste heat, is not heating within the meaning of the invention. Heating a process chamber by heating electrodes of a workpiece carrier as a result of plasma generation is therefore not heating within the meaning of the invention.
  • One aspect of the invention is based on the approach of designing a device for plasma-enhanced chemical vapor deposition in such a way that a process chamber for accommodating at least one workpiece carrier can be actively heated exclusively via at least one accommodating workpiece carrier.
  • the device can be designed in particular in such a way that the process chamber can be heated with the aid of the workpiece carrier independently of a process gas introduced into the process chamber and/or a vacuum generated in the process chamber.
  • a vacuum within the meaning of the invention is characterized by a pressure below the air pressure acting on the device.
  • a vacuum within the meaning of the invention denotes a negative pressure within the process chamber compared to the surroundings of the device, for example a pressure below essentially 1 bar.
  • the device can therefore be set up, for example, to operate the workpiece carrier as a heating device. Due to the fact that the process chamber can be heated using a workpiece carrier accommodated therein, there is no need for a separate heating system for the device, for example in the form of heating elements installed in the area of the process chamber or a heating cassette. As a result, the device can be designed in a simpler way and can be manufactured at lower cost. In addition, the process chamber can be operated as a so-called "cold-wall reactor", which increases operational reliability. Furthermore, by dispensing with the separate heating system, unintentional heating of the process chamber when the workpiece carrier is not inserted can be avoided, or corresponding complex safety mechanisms that prevent heating only allow when the workpiece carrier is picked up.
  • the device expediently has a control unit that is set up to control the heating of the process chamber with the aid of the at least one work piece carrier that can be accommodated.
  • the control unit can be set up in particular to operate the at least one workpiece carrier held as a heating device.
  • the control unit can be set up, for example, to connect the workpiece carrier to a current and/or voltage source, so that a heating current flows through at least part of the workpiece carrier.
  • a heating current can be a low-frequency alternating current, for example an alternating current with a frequency of less than 1 kHz, preferably about 50 Hz.
  • a part of the workpiece carrier, for example several electrodes connected in series, can serve as a heating resistor .
  • the device has a switching device that is set up to selectively connect the at least one workpiece carrier accommodated by the process chamber to at least one heating voltage source or a plasma voltage source.
  • the heater voltage The source is expediently set up to provide a low-frequency AC voltage for heating the process chamber, and the plasma voltage source is set up expediently to provide a high-frequency AC voltage for generating the plasma.
  • a low-frequency AC voltage has a frequency of 1 kHz or less, for example 50 Hz
  • a high-frequency AC voltage has a frequency of 1 kHz or more, for example 40 kHz.
  • the switching device is preferably set up to selectively integrate the workpiece carrier accommodated by the process chamber into a plasma circuit for conducting high-frequency alternating current or at least one heating circuit for conducting low-frequency alternating current.
  • the switching device can be set up to selectively switch the workpiece carrier accommodated by the process chamber into a single plasma circuit for conducting high-frequency alternating current for operation as a plasma device and into at least two, preferably parallel, heating circuits for conducting low-frequency alternating current for operation as a heating device to integrate.
  • different operating modes of the at least one workpiece carrier can be implemented.
  • the heating voltage source is set up, for example, to provide the low-frequency AC voltage with an effective voltage of 145 V and an effective current of more than 90 A, for example 120 A.
  • the plasma voltage source is set up, for example, to provide the high-frequency AC voltage with an effective voltage of 800 V to 1000 V and an effective current of less than 90 A, for example 75 A
  • the switching device has at least two switch arrangements are set up to interrupt electrically conductive connections from the at least one heating voltage source and the plasma voltage source to a power connection to which a workpiece carrier can be connected.
  • the switch arrangements can be set up to interrupt electrical lines from the at least one heating voltage source or the plasma voltage source to contact pins, also referred to as current lances, of the power connection.
  • Each of the switch arrangements can have at least one switch integrated into one of the lines.
  • the control unit for controlling the heating of the process chamber using the at least one work piece carrier that can be accommodated is preferably part of the switching device.
  • the control unit is expediently set up to control the at least two switch arrangements.
  • the control unit can be set up, for example, to open or to close the switch arrangements.
  • the control unit can be set up to disconnect the heating voltage source from the workpiece carrier and to connect the plasma voltage source to the workpiece carrier when a switching signal is present by appropriate activation of the switch arrangements.
  • the switching signal can be, for example, a switching signal generated by a user and provided via a user interface.
  • the switching signal can also be generated by the control unit, for example when the temperature of the workpiece carrier or its surroundings reaches or exceeds the process temperature.
  • the control unit can be connected to a temperature sensor for determining or is set up at least for estimating the workpiece carrier or ambient temperature.
  • the device has a power connection to which a workpiece carrier that can be accommodated by the process chamber can be connected.
  • the power connection preferably includes at least four contact pins for making electrical contact with a workpiece carrier that can be accommodated in the process chamber.
  • the contact pins can, for example, protrude from a wall of the process chamber and be arranged in such a way that they make contact with contact points provided for the electrical connection on the workpiece carrier when it is picked up by the process chamber.
  • the contact pins are designed to engage in corresponding, preferably conical, bores on the workpiece carrier.
  • the contact pins can slide into the bores when the workpiece carrier is inserted into the process chamber and thereby guide the contact pins into an intended position.
  • a particularly reliable electrical connection of the workpiece carrier to the device can thus be achieved.
  • the contact pins In order to be able to ensure minimal contact pressure of the contact pins when the at least one workpiece carrier is picked up from the process chamber, it is also conceivable for the contact pins to be spring-loaded within the process chamber.
  • the contact pins are arranged in the area of a rear wall of the process chamber. Under a rear wall is the wall of the process chamber on one side which has at least one opening for lead the workpiece carrier in the process chamber opposite to understand.
  • the contact pins are preferably arranged in such a way that the contact pins automatically contact the at least one workpiece carrier when picked up by the process chamber.
  • the contact pins can be arranged, for example, in such a way that the contact pins come into contact with corresponding contact points of the workpiece carrier at the end of the insertion of the at least one workpiece carrier into the process chamber. This makes it easier to operate the device.
  • an additional contacting step can be omitted, in which the at least one workpiece carrier that can be accommodated by the process chamber has to be actively connected to the device.
  • the process chamber is set up to accommodate two workpiece carriers, in particular next to one another.
  • the process chamber is expediently designed to be correspondingly wide for this purpose, namely at least twice as wide as an individual workpiece carrier.
  • the process chamber can also have two power connections for separately connecting each workpiece carrier. Dimensioning the process chamber to accommodate two workpiece carriers allows the throughput to be increased.
  • the process chamber has two closable openings arranged next to one another for introducing the at least one workpiece carrier into the process chamber.
  • the two openings are through a stop web, for example, doors or Flaps can strike to close the openings, separated from each other. This means that two workpiece carriers can be inserted into the process chamber or removed from the process chamber independently of one another.
  • the process chamber is of essentially rectangular design and set up to accommodate at least one workpiece carrier with an essentially rectangular cross section.
  • the process space volume is optimally matched to the profile of the workpiece carrier.
  • the dead volume in the process chamber can be minimized. This allows an optimal design of a gas discharge system, in particular of vacuum pumps, for generating a vacuum in the process chamber and enables a reduction in the consumption of process gas fed into the process chamber.
  • the process chamber has at least one reflection device which is set up to reflect electromagnetic radiation, in particular thermal radiation in the infrared range of the electromagnetic spectrum, emitted by the at least one work piece carrier back onto the work piece carrier.
  • the at least one reflection device can comprise, for example, a plurality of, preferably rectangular, metal sheets.
  • the at least one reflection device allows an even more efficient operation of the device.
  • the at least one reflection device can be used to reduce the time it takes for a predetermined process temperature to be reached in the process chamber, so that the throughput can be increased. At the same time, energy can also be saved.
  • the several metal sheets expediently form a stack with which the electromagnetic radiation is reflected particularly effectively.
  • the metal sheets can be made from different materials, each of which is particularly suitable for reflecting a specific wavelength. By stacking such metal sheets to form a reflection device, electromagnetic radiation can also be effectively reflected over a wide wavelength range.
  • the process chamber has at least three reflection devices which are arranged essentially at right angles to one another such that when the workpiece carrier is received in the process chamber they are positioned above and along two opposite longitudinal sides of the workpiece carrier.
  • the process chamber has at least three reflection devices which are arranged essentially at right angles to one another such that when the workpiece carrier is received in the process chamber they are positioned above and along two opposite longitudinal sides of the workpiece carrier.
  • the device has a gas feed system for feeding process gas into the process chamber.
  • the gas feed system preferably comprises several injectors.
  • the injectors are expediently mounted above the workpiece carrier in the area of a ceiling of the process chamber for feeding in process gas when the workpiece carrier has been picked up. arranged so that the process gas can be fed in from above.
  • the injectors can be built into the ceiling of the process chamber, for example.
  • the multiple injectors are preferably distributed along the ceiling of the process chamber, for example in the form of an injector array.
  • the plurality of injectors can be arranged in particular along an insertion direction in which the at least one workpiece carrier can be inserted into the process chamber.
  • two parallel such rows of injectors arranged one behind the other are also conceivable in order to be able to introduce two different process gases.
  • the injectors in each row are expediently connected in a fluid-conducting manner to one of two process gas supply lines and/or arranged in pairs next to an injector in the other row in order to enable equal distribution of the two different process gases.
  • the injectors are preferably designed like nozzles for the targeted injection of the process gas.
  • each of the injectors can be shaped, for example, in such a way that process gas can be blown into the process chamber in a jet shape, ie essentially in a straight line with only slight divergence.
  • the process gas can be riding parts in which at least one component of the process gas is to be deposited on the surface of a workpiece carried by the workpiece carrier, for example between electrodes of the at least one workpiece carrier.
  • the process gas that is fed in can be used particularly efficiently and the consumption of process gas can be reduced accordingly.
  • the nozzle-like injectors are arranged in such a way that process gas can be blown in between a plurality of parallel electrodes of the at least one removable workpiece carrier. This can facilitate the generation of a plasma between the electrodes or enables the plasma to be generated even with small amounts of gas fed in.
  • the gas that is fed in can thus flow in particular between the electrodes of the workpiece carrier and be sucked off underneath the at least one workpiece carrier that can be accommodated, without it first (unnecessarily) being distributed in the process chamber.
  • the device has a gas evacuation system.
  • the gas evacuation system preferably comprises a plurality of gas outlets which are arranged in the area of a floor of the process chamber for sucking off gas when the workpiece carrier has been picked up and below the workpiece carrier.
  • the gas outlets can be designed, for example, as openings in the process chamber floor.
  • the multiple gas outlets are preferably distributed along the floor of the process chamber, for example in the form of a gas outlet array.
  • the several gas outlets can in particular be arranged along the direction of insertion.
  • one gas outlet provided for each injector, in particular for each injector ejector pair of two parallel rows of injectors. This allows the process gas to be extracted homogeneously from the process chamber. This is particularly advantageous when the gas is fed in homogeneously via a number of injectors, since unwanted differences in concentration can be avoided.
  • a system according to a second aspect of the invention for plasma-enhanced chemical vapor deposition has a device according to the first aspect of the invention for plasma-enhanced vapor deposition and a workpiece carrier, by means of which a process chamber of the device can be heated.
  • the workpiece carrier is preferably designed to be insertable into the process chamber of the device, in particular to be received by the process chamber.
  • the workpiece carrier is expediently designed as a heating device for operation by the device.
  • the heating device can have, for example, several heating circuits formed by electrodes of the workpiece carrier.
  • the electrodes preferably serve as heating resistors to which a low-frequency AC voltage can be applied.
  • the workpiece carrier is also designed as a plasma device for operation by the device, with which a plasma can be generated in the process chamber.
  • a plasma device for operation by the device, with which a plasma can be generated in the process chamber.
  • at least two of the heating circuits can be insulated from one another and have electrodes adjacent to one another, so that a high-frequency alternating voltage can be applied between adjacent electrodes.
  • a process chamber is heated, specifically, according to the invention, with the aid of at least one workpiece that can be accommodated in the process chamber or workpiece carrier.
  • the process chamber can be actively heated by the workpiece or the workpiece carrier.
  • a heating current in the form of a low-frequency alternating current is expediently conducted through the workpiece or the workpiece carrier, for example by applying a corresponding alternating voltage to the workpiece or the workpiece carrier.
  • the AC voltage with a frequency of less than 1 kHz, for example 50 Hz can be applied to an electrode arrangement, in particular to a plurality of electrodes of the electrode arrangement that are electrically connected in series.
  • the electrodes are expediently used as heating resistors. But it is also conceivable that the workpiece serves as a heating resistor. Due to the method according to the invention, it is not necessary to resort to conventional heating systems arranged in the area of the process chamber for heating the process chamber.
  • separate heating devices can be omitted and, as a result, devices with more compact process chambers can be used.
  • This also makes it possible to shorten a period of time that is necessary to reach a process temperature provided for gas phase deposition.
  • the process complexity can be reduced with the process according to the invention. In individual applications, higher separation rates may also be possible.
  • the workpiece carrier or the workpiece can be introduced into the process chamber, for example via rollers arranged in the process chamber.
  • the workpiece carrier is preferably electrically connected to a switching device of the device, in particular automatically.
  • the workpiece carrier can be pushed into the process chamber until contact points on the workpiece carrier are in the area of a rear wall contact pins arranged in the process chamber of a power connection of the device come into contact.
  • the workpiece or the workpiece carrier is expediently operated as a plasma device after it has been heated.
  • a high-frequency AC voltage with a frequency of 1 kHz or more, for example 40 kHz, can be applied to the workpiece or the workpiece carrier, in particular the electrodes. This allows the workpiece or the workpiece carrier to be used particularly efficiently.
  • 1 shows an example of a device for plasma-enhanced gas phase deposition in a side view
  • 2 shows an example of a system for plasma-enhanced chemical vapor deposition
  • FIG. 4 shows an example of a method for plasma-enhanced chemical vapor deposition.
  • FIG. 1 shows an example of a device 1 for plasma-enhanced gas phase deposition in a side view.
  • the device 1 has a process chamber 2 for receiving at least one workpiece carrier through a closable opening 17, a gas feed system 3 for feeding at least one process gas into the process chamber 2 and a gas discharge system 4 for generating a vacuum in the process chamber 2 on.
  • the device 1 is set up to heat the process chamber 2 using at least one workpiece carrier held by the process chamber 2 .
  • the device 1 includes a power connection 5 for electrically connecting the workpiece carrier to the device 1 .
  • the power connection 5 preferably has a plurality of contact pins 7, which are sometimes also referred to as power lances.
  • the contact pins 7 are preferably arranged in such a way that a workpiece carrier introduced into the process chamber 2 comes into contact with the contact pins 7 on the rear wall 6 .
  • the power connection 5 is preferably part of a switching device (see FIG. 3) of the device 1, which is designed for this purpose. is aimed at integrating at least one of the process chamber 2 receivable workpiece carrier for heating the process chamber 2 via the power connection 5 in at least one heating circuit for conducting low-frequency alternating current.
  • the switching device can also be set up to integrate the workpiece carrier that can be accommodated via the power connection 5 into a plasma circuit for conducting a high-frequency alternating current in order to generate a plasma in the process chamber 2 .
  • Rollers 8 are preferably arranged in the process chamber 2 for introducing the at least one workpiece carrier into the process chamber 2 .
  • the rollers 8 can have a concave running surface, for example, through which the rails of the workpiece carrier are guided (see FIG. 2).
  • the rollers 8 are arranged along an insertion direction E, in which the at least one workpiece carrier can be inserted into the process chamber 2 .
  • the rollers 8 also enable the workpiece carrier to be precisely aligned in the process chamber 2 Reliably contact the end of the workpiece carrier that can be accommodated by the process chamber 2. For reasons of clarity, only one of the rollers 8 is provided with a reference number.
  • the process chamber can be evacuated via the gas evacuation system 4 2 located gas can be sucked off.
  • the gas discharge system 4 expediently has at least one vacuum pump 9 which, for example is connected to the process chamber 2 via gas discharge lines 10 .
  • the gas discharge system 4 preferably has a plurality of gas outlets 11 which emanate from a base 12 of the process chamber 2 and open into the gas discharge lines 10 . Due to the number of multiple gas outlets 11, gas located in the process chamber 2 can be sucked out evenly.
  • the uniform suction can be further improved by arranging the gas outlets 11 distributed over the floor 12 of the process chamber 2, for example as shown in Figure 1 in a row parallel to the direction of insertion E. For reasons of clarity, only one of the gas outlets 11 provided with a reference number.
  • the at least one process gas can be introduced into the process chamber 2 using the gas feed system 3 .
  • the gas feed system 3 has two gas feed lines 13 which can each be connected to a process gas supply, for example to a process gas tank or a process gas supply line.
  • the gas supply system 3 preferably also has a plurality of injectors 14 which can blow process gases carried by the gas supply lines 13 into the process chamber 2 .
  • the injectors 14, which are expediently arranged within the process chamber 2, in particular in the area of a cover 15 of the process chamber 2, can be connected to the gas supply lines 13 via injector supply lines 16, for example.
  • injector supply lines 16 for example.
  • only one of the injectors 14 and only one of the injector supply lines 16 is provided with a reference number.
  • the plurality of injectors 14 are designed in a preferred manner nozzle-like and arranged such that of the two Process gases guided by gas supply lines 13 can be blown in a targeted manner into the process chamber 2, in particular in the direction of a workpiece carrier held by the process chamber 2.
  • the injectors 14 can be lined up in the direction E of introduction, similar to the gas outlets 11 .
  • all injectors 14 assigned to a gas supply line 13 and thus to a process gas preferably form a row of their own.
  • the injectors 14 on the ceiling 15 of the process chamber 2 and the openings of the gas outlets 11 in the floor 12 of the process chamber 2 are opposite, this can maintain a homogeneous concentration of the process gas introduced in the process chamber 2 considerably easier.
  • the resulting homogeneous process conditions can ensure that workpieces processed at the same time have uniform properties.
  • the device 1 preferably has at least one reflection device 20 for reflecting electromagnetic radiation, in particular thermal radiation from the infrared range of the electromagnetic spectrum.
  • the at least one reflection device 20 is preferably formed by stacked metal sheets.
  • the multiple sheets of a stack can be made from different materials for reflecting radiation with different wavelengths, for example to be able to efficiently reflect thermal radiation over a wide wavelength range.
  • a reflection device 20 is arranged on the ceiling 15 of the process chamber 2 , in particular parallel to the ceiling 15 , so that emissions are emitted from the workpiece carrier accommodated in the process chamber 2 in the direction of the ceiling 15 electromagnetic radiation is reflected back onto the workpiece carrier. As a result, the process chamber 2 can be heated up more quickly.
  • the reflection device 20 preferably has bores in the form of passages through which the injectors 14 pass. It is also conceivable that, unlike in the example shown here, the injectors 14 end flush with the reflection device 20 .
  • FIG. 2 shows a system 50 for plasma-assisted vapor deposition.
  • the system 50 has a device 1 for plasma-enhanced gas phase deposition with a process chamber 2 from which at least one workpiece carrier 30 can be accommodated, and at least one workpiece carrier 30 .
  • the device 1 is shown in FIG. 1 in a front view and is set up to heat the process chamber 2 using the at least one workpiece carrier 30 that is accommodated.
  • the device 1 shown here is designed analogously to the device shown in FIG. 1, although the gas evacuation system is not shown for reasons of clarity. Components or groups that are covered by other components or groups are shown in dashed lines here.
  • the process chamber 2 is set up to accommodate two workpiece carriers 30 next to one another, ie two workpiece carriers 30 lined up transversely to an insertion direction (see FIG. 1).
  • the process chamber 2 expediently has two openings 17 arranged next to one another, which can be closed with the aid of doors 18.
  • the example shown is only the shown in Figure 2 left door 18 and thus covers one of the openings 17.
  • the right in Figure 2 door 18 is shown transparent.
  • the two openings 17 are preferably separated from one another by a stop web 19 for the doors 18 .
  • the process chamber 2 extends behind the stop web 19 but expediently behind both openings 17. This means that there is no gas separation between the two areas in which the workpiece carriers 30 are accommodated by the process chamber 2.
  • the device 1 is preferably provided with rollers 8 arranged in the process chamber 2 in order to facilitate the introduction of the workpiece carrier 30 .
  • the workpiece carriers 30 preferably have corresponding running rails 33 which can be guided over a concave running surface of the running rollers 8 .
  • other guidance systems for guiding the workpiece carriers 30 in the process chamber 2 are also conceivable.
  • the workpiece carriers 30 can also be provided with rollers that can roll on rails in the process chamber 2 .
  • sliding elements can also be provided in order to save installation space compared to the variants with rollers.
  • the process chamber 2 is preferably of rectangular design.
  • rectangular workpiece carriers 30 can be accommodated efficiently, ie unused space, also referred to as dead volume, in the process chamber 2 can be avoided or at least reduced. This in turn makes it easier to create a vacuum in the process chamber 2 and can reduce the consumption of process gas.
  • two gas feed lines 13 of a gas feed system 3 run above the process chamber 2.
  • injector feed lines 16 branch off from each gas feed line 13 on two opposite sides, preferably in pairs. This allows a particularly uniform supply of process gas for each of the two workpiece carriers 30 accommodated by the process chamber 2.
  • Injectors 14 connected to the injector supply lines 16 are preferably arranged in the region of a ceiling 15 of the process chamber 2 in such a way that two injectors 14 each can be used for inflating - sen different process gases for one of the recorded workpiece carrier 30 next to each other.
  • trimethylamine TMA
  • TMA trimethylamine
  • SiH4 monosilane
  • NH3 ammonia
  • N2O dinitrogen monoxide
  • CH4 methane
  • more than two gas feed lines 13 with corresponding injector feed lines to other injectors are also conceivable in order to be able to feed in further process gases at the same time.
  • at least one compound from a group consisting of monophosphane (PH3), diborane (B2H6) and dioxygen (O2) can be fed in as such further process gases.
  • Two reflection devices 20 arranged in the process chamber 2 are also shown in FIG.
  • Two of the reflection devices 20 are arranged in the area of the ceiling 15 of the process chamber 2, in particular above the workpiece carriers 30 when the workpiece carriers 30 are accommodated.
  • Two further reflection devices 20 are in the area of side walls 21 of the process chamber 2, with workpiece carriers 30 being accommodated, in particular along a side surface of a workpiece. piece carrier 30 arranged.
  • FIG. 3 shows an example of a switching device 22.
  • the switching device 22 is preferably set up to operate a workpiece carrier 30 that can be accommodated by a process chamber of a device for plasma-assisted vapor deposition in a first operating mode as a heating device for heating the process chamber, and to operate the workpiece carrier 30 in one to operate the second operating mode as a plasma device for generating a plasma from at least one process gas fed into the process chamber.
  • the switching device 22 expediently comprises a plurality of switch arrangements 23a, 23b, a plasma voltage source 24 for providing a high-frequency AC voltage in order to be able to generate a plasma, and at least one heating voltage source 25 for providing a low-frequency AC voltage for the process chamber to be able to heat.
  • the switching device 22 is preferably designed in such a way that the workpiece carrier 30 is electrically contacted when the workpiece carrier 30 is picked up by the process chamber. This allows the switching device 22 selectively produce an electrical connection between the plasma voltage source 24 or the at least one heating voltage source 25 and the workpiece carrier 30 .
  • the switching device 22 can have, for example, a power connection with a plurality of contact pins 7 arranged in the process chamber. With the help of the contact pins 7, for example, corresponding contact points 31 of the workpiece carrier 30 can be contacted. For reasons of clarity, only one of the contact points 31 and only one of the contact pins 7 is provided with a reference number.
  • the switching device 22 is preferably set up to first electrically connect the at least one heating voltage source 25 to the workpiece carrier 30 that can be accommodated by the process chamber, for example by closing a first switch arrangement 23a.
  • the switching device 22 can in particular be set up to integrate the workpiece carrier 30 into at least one heating circuit by establishing this electrical connection.
  • the switching device 22 can, for example, be designed in such a way that when the first switch arrangement 23a (i) is closed, low-frequency electrical alternating current flows between two poles 25a, 25b of the at least one heating voltage source 25 through a first group of electrodes 32a of an electrode arrangement of the process chamber workpiece carrier 30 that can be picked up and (ii) low-frequency electrical alternating current flows between two further poles 25c, 25d of the at least one heating voltage source 25 through a second group of electrodes 32b of the electrode arrangement.
  • the electrodes 32a, 32b of a group are each electrically connected in series. With the wiring shown in the example shown and the fact that two poles 54a and 54c are provided, four heating circuits are implemented here.
  • the workpiece carrier 30 can therefore be operated as a heating device in a first operating mode.
  • the switching device 22 is preferably also set up to separate the heating voltage source 25 from the workpiece carrier 30 that can be accommodated in the process chamber and to connect the plasma voltage source 24 electrically to the workpiece carrier 30 for this purpose, for example by opening the first switch arrangement 23a and closing a second one switch arrangement 23b.
  • the switching device 22 can in particular be set up to integrate the workpiece carrier 30 into a plasma circuit by establishing this electrical connection.
  • the switching device 22 can, for example, be designed in such a way that when the second switch arrangement 23b is closed, a high-frequency electrical alternating voltage is present between the electrodes 32a of the first group and the electrodes 32b of the second group.
  • the switching device 22 can be designed in particular such that when the second switch arrangement 23b is closed, a first pole 24a of the plasma voltage source 24 can be connected to the electrodes 32a of the first group and a second pole 24b can be connected to the electrodes 32b of the second group.
  • the workpiece carrier 30 can therefore be operated in a second operating mode as a plasma device.
  • the corresponding control of the switch arrangements 23a, 23b can be carried out by a control unit, which is not shown in FIG. 3 for reasons of clarity.
  • FIG. 4 shows an example of a method 100 for plasma-enhanced chemical vapor deposition.
  • a workpiece carrier is preferably introduced into a process chamber of a device for plasma-enhanced chemical vapor deposition.
  • the workpiece carrier can be pushed through an opening into the process chamber, for example via a guide system, for example rollers arranged in the process chamber.
  • the workpiece carrier is preferably electrically connected to a switching device of the device.
  • the workpiece carrier can be pushed into the process chamber until contact points on the workpiece carrier are in contact with contact pins of a power connection of the device arranged in the area of a rear wall of the process chamber.
  • a vacuum is preferably generated in the process chamber in a further method step S2.
  • gas located in the process chamber can be evacuated with the aid of a gas evacuation system, in particular via a number of gas outlets in the process chamber. be sucked off.
  • the provision of several gas outlets, in particular the distribution of the gas outlets over the floor of the process chamber, allows particularly efficient evacuation of the process chamber.
  • the process chamber is heated using the at least one workpiece carrier.
  • the workpiece carrier can be integrated into at least one heating circuit for conducting low-frequency alternating current by the switching device.
  • the workpiece carrier is preferably connected to at least one heating voltage source to provide a low-frequency AC voltage.
  • a low-frequency electrical alternating current can be passed through at least part of the workpiece carrier, for example through a plurality of electrodes connected in series, so that the workpiece carrier heats up at least in sections.
  • At least one process gas for example a silane such as SiH 4 , a trimethyl gas and/or nitrous oxide N 2 O, be fed into the process chamber.
  • the at least one process gas can be blown into the process chamber in a homogeneously distributed manner, in particular via a number of injectors, which are preferably arranged in the area of a ceiling of the process chamber.
  • the at least one heating voltage source is preferably separated from the at least one workpiece carrier that has been accommodated.
  • the workpiece carrier can be integrated into a plasma circuit for conducting high-frequency alternating current by the switching device will.
  • the workpiece carrier is preferably connected to a plasma voltage source to provide a high-frequency electrical alternating voltage.
  • method steps S2 to S5 are not mandatory. Rather, it is conceivable that, as indicated in FIG. 4, method steps S2 and S3 are carried out simultaneously, at least at times. Likewise, method steps S4 and S5 can also be carried out simultaneously. In this case, method step S2 is preferably carried out, ie the vacuum generated is maintained until the desired deposition has been achieved on a workpiece carried by the workpiece carrier.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1), ein System (50) und ein Verfahren (100) zur plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidung. Dabei ist eine Prozesskammer (2) zur Aufnahme wenigstens eines Werkstückträgers (30) eingerichtet. Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung (1) dazu eingerichtet, die Prozesskammer (2) mithilfe wenigstens eines von der Prozesskammer (2) aufnehmbaren Werkstückträgers (30) zu beheizen.

Description

Vorrichtung, System und Verfahren zur plasmaunterstützten che- mischen Gasphasenabscheidung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein Sys- tem und ein Verfahren zur plasmaunterstützten chemischen Gas- phasenabscheidung.
Zur Beschichtung von Substraten ist das Verfahren der chemi- schen Gasphasenabscheidung (chemical vapour deposition, CVD) bekannt. Dabei wird wenigstens ein Gas bereitgestellt, welches den abzuscheidenden Stoff enthält. Durch Ablauf einer chemi- schen Reaktion, die zum Beispiel durch Temperatur treibbar ist, wird der Stoff auf dem Substrat abgeschieden. Mithilfe der chemischen Gasphasenabscheidung können zum Beispiel mikro- elektronische Bauelemente oder Lichtwellenleiter hergestellt werden.
Die Abscheiderate lässt sich weiter erhöhen, indem auf Grund- lage des Gases ein Plasma erzeugt wird. Zudem kann dadurch die Abscheidereaktion auch bei geringeren Temperaturen bereits ef- fektiv getrieben werden. Diese Variante der chemischen Gaspha- senabscheidung wird üblicherweise als plasmaunterstützte che- mische Gasphasenabscheidung (plasma enhanced chemical vapour deposition, PECVD) bezeichnet.
Um die nötige Prozesstemperatur zu erreichen, werden Werk- stückträger zum Tragen der Substrate, zum Beispiel von Halb- leiterwafern, üblicherweise in eine Reaktionskammer mit be- heizbaren Wänden eingeführt. Solche Reaktionskammern werden gelegentlich auch als Warmwandreaktoren bezeichnet. Die Erwär- mung erfolgt dabei typischerweise über Widerstand-Heizele- mente, die an oder in der Prozesskammerwand verbaut sind. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine plasmaun- terstützte chemische Gasphasenabscheidung weiter zu verbes- sern, insbesondere deren Effizienz zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung, das System und das Verfahren zur plasmaunterstützten chemischen Gaspha- senabscheidung gemäß den Ansprüchen 1, 14 und 15.
Eine Vorrichtung gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung zur plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidung weist eine Prozesskammer zur Aufnahme wenigstens eines Werkstückträgers auf. Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, die Prozesskammer mithilfe wenigstens eines von der Prozess- kammer aufnehmbaren Werkstückträgers zu beheizen, vorzugsweise bis auf eine Prozesstemperatur zur Gasphasenabscheidung.
Ein Beheizen im Sinne der Erfindung ist ein aktives Beheizen, bei dem wenigstens ein Bauteil dediziert zum Beheizen einge- setzt wird. Unter ein Beheizen fällt dabei auch ein nur zeit- weises Beheizen. Beim Beheizen der Prozesskammer mithilfe we- nigstens eines aufgenommenen Werkstückträgers kann der Werk- stückträger so zum Beispiel als Heizeinrichtung betrieben wer- den. Ein passives Beheizen zum Beispiel über Abwärme ist dage- gen kein Beheizen im Sinne der Erfindung. Ein Erwärmen einer Prozesskammer durch Erhitzen von Elektroden eines Werkstück- trägers infolge der Plasmaerzeugung ist also gerade kein Be- heizen im Sinne der Erfindung.
Ein Aspekt der Erfindung basiert auf dem Ansatz, eine Vorrich- tung zur plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidung derart auszubilden, dass eine Prozesskammer zur Aufnahme we- nigstens eines Werkstückträgers ausschließlich über wenigstens einen aufnehmbaren Werkstückträger aktiv beheizbar ist. Dabei kann die Vorrichtung insbesondere derart ausgebildet sein, dass die Prozesskammer unabhängig von einem in die Prozesskam- mer eingeleiteten Prozessgas und/oder einem in der Prozesskam- mer erzeugten Vakuum mithilfe des Werkstückträgers beheizbar ist.
Ein Vakuum im Sinne der Erfindung ist durch einen Druck unter- halb des auf die Vorrichtung einwirkenden Luftdrucks gekenn- zeichnet. Anders gesagt bezeichnet ein Vakuum im Sinne der Er- findung einen Unterdrück innerhalb der Prozesskammer gegenüber der Umgebung der Vorrichtung, zum Beispiel einen Druck unter- halb von im Wesentlichen 1 bar.
Die Vorrichtung kann also beispielsweise dazu eingerichtet sein, den Werkstückträger als Heizeinrichtung zu betreiben. Durch die Beheizbarkeit der Prozesskammer mithilfe eines darin aufgenommenen Werkstückträgers kann auf ein separates Heizsys- tem für die Vorrichtung, zum Beispiel in Form von im Bereich der Prozesskammer verbauten Heizelementen oder eine Heizkas- sette, verzichtet werden. Die Vorrichtung kann infolgedessen einfacher konzipiert und aufwandsgünstiger hergestellt werden. Zudem kann die Prozesskammer als sogenannter „Kaltwandreaktor" betrieben werden, wodurch sich die Betriebssicherheit erhöhen lässt. Des Weiteren kann durch den Verzicht auf das separate Heizsystem ein unbeabsichtigtes Beheizen der Prozesskammer bei nicht eingeführtem Werkstückträger vermieden oder auf entspre- chende aufwändige Sicherungsmechanismen, die ein Beheizen nur bei aufgenommenem Werkstückträger erlauben, verzichtet werden.
Darüber hinaus kann mit einer zur Beheizung der Prozesskammer mithilfe eines aufnehmbaren Werkstückträgers eingerichteten Vorrichtung Bauraum in der Prozesskammer eingespart und die Prozesskammer daher kompakter gestaltet werden. Damit lässt sich das zu beheizende Volumen und die darin befindliche auf- zuheizende Masse verringern. Dies ermöglicht eine Verkürzung der zum Erreichen der Prozesstemperatur benötigten Zeit bei gleicher Heizleistung. Damit lässt sich die Vorrichtung nicht nur energieeffizient betreiben, sondern das Prozessieren von Werkstücken beschleunigen und entsprechend der Durchsatz erhö- hen.
Die Vorrichtung weist zweckmäßigerweise eine Steuerungseinheit auf, die zum Steuern der Beheizung der Prozesskammer mithilfe des wenigstens einen aufnehmbaren Werkstückträgers eingerich- tet ist. Die Steuerungseinheit kann insbesondere zum Betrieb des wenigstens einen aufgenommenen Werkstückträgers als Heiz- einrichtung eingerichtet sein. Die Steuerungseinheit kann bei- spielsweise dazu eingerichtet sein, eine Verschaltung des Werkstückträgers mit einer Strom- und/oder Spannungsquelle herzustellen, sodass ein Heizstrom durch zumindest einen Teil des Werkstückträgers fließt. Ein Heizstrom kann hierbei ein niederfrequenter Wechselstrom sein, zum Beispiel ein Wechsel- strom mit einer Frequenz von weniger als 1 kHz, vorzugsweise von etwa 50 Hz. Ein Teil des Werkstückträgers, zum Beispiel mehrere in Reihe geschaltete Elektroden, kann dabei als Heiz- widerstand dienen.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und deren Weiterbildungen beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird, beliebig mitei- nander sowie mit den im Weiteren beschriebenen Aspekten der Erfindung kombiniert werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Schalteinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, den we- nigstens einen von der Prozesskammer aufgenommenen Werkstück- träger selektiv mit wenigstens einer Heizspannungsquelle oder einer Plasmaspannungsquelle zu verbinden. Die Heizspannungs- quelle ist zweckmäßigerweise zur Bereitstellung einer nieder- frequenten Wechselspannung zur Beheizung der Prozesskammer eingerichtet, und die Plasmaspannungsquelle ist zweckmäßiger- weise zur Bereitstellung einer hochfrequenten Wechselspannung zur Erzeugung des Plasmas eingerichtet. Eine niederfrequente Wechselspannung weist hierbei eine Frequenz von 1 kHz oder we- niger, zum Beispiel von 50 Hz, und eine hochfrequente Wechsel- spannung eine Frequenz von 1 kHz oder mehr, zum Beispiel von 40 kHz, auf. Die Schalteinrichtung ist vorzugsweise dazu ein- gerichtet, den von der Prozesskammer aufgenommenen Werkstück- träger selektiv in einen Plasmastromkreis zum Führen von hoch- frequentem Wechselstrom oder wenigstens einen Heizstromkreis zum Führen von niederfrequentem Wechselstrom zu integrieren. Die Schalteinrichtung kann insbesondere dazu eingerichtet sein, den von der Prozesskammer aufgenommenen Werkstückträger zum Betrieb als Plasmaeinrichtung selektiv in einen einzigen Plasmastromkreis zum Führen von hochfrequentem Wechselstrom und zum Betrieb als Heizeinrichtung in wenigstens zwei, vor- zugsweise parallele, Heizstromkreise zum Führen von niederfre- quentem Wechselstrom zu integrieren. Mithilfe der Schaltein- richtung können so verschiedene Betriebsarten des wenigstens einen aufgenommenen Werkstückträgers realisiert werden.
Die Heizspannungsquelle ist beispielsweise dazu eingerichtet, die niederfrequente Wechselspannung mit einer effektiven Span- nung von 145 V und einer effektiven Stromstärke von mehr als 90 A, zum Beispiel 120 A, bereitzustellen. Die Plasmaspan- nungsquelle ist beispielsweise dazu eingerichtet, die hochfre- quente Wechselspannung mit einer effektiven Spannung von 800 V bis 1000 V und einer effektiven Stromstärke von weniger als 90 A, zum Beispiel 75 A, bereitzustellen
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Schalteinrichtung wenigstens zwei Schalteranordnungen auf, die dazu eingerichtet sind, elektrisch leitende Verbindungen von der wenigstens einen Heizspannungsquelle und der Plasmaspan- nungsquelle zu einem Stromanschluss, an den ein Werkstückträ- ger anschließbar ist, zu unterbrechen. Die Schalteranordnungen können insbesondere dazu eingerichtet sein, elektrische Lei- tungen von der wenigstens einen Heizspannungsquelle oder der Plasmaspannungsquelle zu auch als Stromlanzen bezeichneten Kontaktstiften des Stromanschlusses zu unterbrechen. Jede der Schalteranordnungen kann dabei wenigstens einen in eine der Leitungen integrierten Schalter aufweisen. Dadurch können die wenigstens eine Heizspannungsquelle und die Plasmaspannungs- quelle unabhängig voneinander mit dem wenigstens einen auf- nehmbaren Werkstückträger verbunden werden.
Die Steuerungseinheit zur Steuerung der Beheizung der Prozess- kammer mithilfe des wenigstens einen aufnehmbaren Werkstück- trägers ist in bevorzugter Weise Teil der Schalteinrichtung. Die Steuerungseinheit ist zweckmäßigerweise dazu eingerichtet, die wenigstens zwei Schalteranordnungen zu steuern. Die Steue- rungseinheit kann beispielsweise zum Öffnen oder zum Schließen der Schalteranordnungen eingerichtet sein. Insbesondere kann die Steuerungseinheit dazu eingerichtet sein, bei Vorliegen eines Schaltsignals durch entsprechende Ansteuerung der Schal- teranordnungen die Heizspannungsquelle vom Werkstückträger zu trennen und die Plasmaspannungsquelle mit dem Werkstückträger zu verbinden. Das Schaltsignal kann beispielsweise ein von ei- nem Benutzer erzeugtes, über eine Benutzerschnittstelle be- reitgestelltes Schaltsignal sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Schaltsignal auch von der Steuerungseinheit erzeugt werden, beispielsweise wenn die Temperatur des Werkstückträ- gers oder seiner Umgebung die Prozesstemperatur erreicht oder überschreitet. Zu diesem Zweck kann die Steuerungseinheit mit einem Temperatursensor verbunden sein, der zum Ermitteln oder zumindest zum Abschätzen der Werkstückträger- oder Umgebungs- temperatur eingerichtet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vor- richtung einen Stromanschluss auf, an den ein von der Prozess- kammer aufnehmbarer Werkstückträger anschließbar ist. Der Stromanschluss umfasst vorzugsweise wenigstens vier Kontakt- stifte zum elektrischen Kontaktieren eines von der Prozesskam- mer aufnehmbaren Werkstückträgers. Dadurch können wenigstens zwei Stromkreise des Werkstückträgers unabhängig voneinander mit Strom und/oder Spannung versorgt werden.
Die Kontaktstifte können beispielsweise aus einer Wand der Prozesskammer herausragen und derart angeordnet sein, dass sie zur elektrischen Verbindung am Werkstückträger vorgesehene Kontaktstellen bei dessen Aufnahme von der Prozesskammer kon- taktieren. Es ist insbesondere denkbar, dass die Kontaktstifte zum Eingreifen in entsprechende, vorzugsweise konisch ausge- bildete, Bohrungen am Werkstückträger ausgebildet sind. Dadurch können die Kontaktstifte beim Einführen des Werkstück- trägers in die Prozesskammer in die Bohrungen eingleiten und die Kontaktstifte dabei in eine vorgesehene Position führen. Somit ist eine besonders zuverlässige elektrische Anbindung des Werkstückträgers an die Vorrichtung erreichbar. Um einen minimalen Anpressdruck der Kontaktstifte bei der Aufnahme des wenigstens einen Werkstückträgers von der Prozesskammer si- cherstellen zu können, ist es auch denkbar, dass die Kontakt- stifte innerhalb der Prozesskammer federgelagert sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Kon- taktstifte im Bereich einer Rückwand der Prozesskammer ange- ordnet. Unter einer Rückwand ist dabei die Wand der Prozess- kammer auf einer Seite, die wenigstens einer Öffnung zum Ein- führen des Werkstückträgers in die Prozesskammer gegenüber- liegt, zu verstehen. Dabei sind die Kontaktstifte vorzugsweise derart angeordnet, dass die Kontaktstifte den wenigstens einen Werkstückträger bei Aufnahme durch die Prozesskammer automa- tisch kontaktieren. Die Kontaktstifte können beispielsweise derart angeordnet sein, dass die Kontaktstifte am Ende des Einschieben des wenigstens einen Werkstückträgers in die Pro- zesskammer mit entsprechenden Kontaktstellen des Werkstückträ- gers in Kontakt kommen. Dadurch lässt sich der Betrieb der Vorrichtung erleichtern. Zum einen kann ein zusätzlicher Kon- taktierungsschritt wegfallen, in dem der wenigstens eine von der Prozesskammer aufnehmbare Werkstückträger aktiv mit der Vorrichtung verschaltet werden muss. Zum anderen muss nicht explizit auf die korrekte Verschaltung des Werkstückträgers geachtet werden. Diese kann sich vielmehr allein durch das vollständige Einführen des Werkstückträgers in die Prozesskam- mer ergeben.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Prozess- kammer zur Aufnahme von zwei Werkstückträgern, insbesondere nebeneinander, eingerichtet. Zweckmäßigerweise ist die Pro- zesskammer dazu entsprechend breit, nämlich wenigstens doppelt so breit wie ein einzelner Werkstückträger, ausgebildet. Ent- sprechend kann die Prozesskammer auch zwei Stromanschlüsse zum separaten Anschließen jedes Werkstückträgers aufweisen. Das Dimensionieren der Prozesskammer zur Aufnahme von zwei Werk- stückträgern erlaubt die Erhöhung des Durchsatzes.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Pro- zesskammer zwei nebeneinander angeordnete, verschließbare Öff- nungen zum Einführen des wenigstens einen Werkstückträgers in die Prozesskammer auf. Vorzugsweise sind die beiden Öffnungen durch einen Anschlagsteg, an den beispielsweise Türen oder Klappen zum Verschließen der Öffnungen anschlagen können, von- einander getrennt. Dadurch können zwei Werkstückträger unab- hängig voneinander in die Prozesskammer eingeführt oder aus der Prozesskammer entnommen werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Prozess- kammer im Wesentlichen rechteckig ausgebildet und zur Aufnahme wenigstens eines Werkstückträgers mit im Wesentlichen recht- eckigem Querschnitt eingerichtet. Dadurch ist das Prozessraum- volumen optimal auf das Profil der Werkstückträger abgestimmt. Insbesondere kann das Totvolumen in der Prozesskammer mini- miert werden. Dies erlaubt eine optimale Auslegung eines Gas- ausleitungssystems, insbesondere von Vakuumpumpen, zum Erzeu- gen eines Vakuums in der Prozesskammer und ermöglicht eine Verringerung des Verbrauchs von in die Prozesskammer einge- speisten Prozessgas.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Pro- zesskammer wenigstens eine Reflexionseinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, vom wenigstens einen aufnehmbaren Werkstück- träger emittierte elektromagnetische Strahlung, insbesondere Wärmestrahlung im Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums, zurück auf den Werkstückträger zu reflektieren. Die wenigstens eine Reflexionseinrichtung kann zu diesem Zweck beispielsweise mehrere, vorzugsweise rechteckige, Bleche um- fassen. Die wenigstens eine Reflexionseinrichtung erlaubt ei- nen noch effizienteren Betrieb der Vorrichtung. Insbesondere lässt sich mithilfe der wenigstens einen Reflexionseinrichtung eine Zeitdauer bis zum Erreichen einer vorgegebenen Prozess- temperatur in der Prozesskammer verringern, sodass der Durch- satz erhöht werden kann. Gleichzeitig kann so auch Energie eingespart werden. Die mehreren Bleche bilden zweckmäßigerweise einen Stapel, mit dem die elektromagnetische Strahlung besonders effektiv re- flektierter ist. Die Bleche können dabei aus verschiedenen Ma- terialien gefertigt sein, die jeweils zur Reflexion einer be- stimmten Wellenlänge besonders geeignet sind. Durch das Sta- peln solcher Bleche zu einer Reflexionseinrichtung ist elekt- romagnetische Strahlung auch über einen breiten Wellenlängen- bereich effektiv reflektierbar.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Pro- zesskammer wenigstens drei Reflexionseinrichtungen auf, die im Wesentlichen derart rechtwinklig zueinander derart angeordnet sind, dass sie bei aufgenommenem Werkstückträger in der Pro- zesskammer oberhalb und entlang zwei einander gegenüberliegen- den Längsseiten des Werkstückträgers positioniert sind. Dadurch kann zumindest der größte Teil der vom wenigstens ei- nen aufnehmbaren Werkstückträger emittierten elektromagneti- schen Strahlung reflektiert werden. Insbesondere lässt sich so ein großer Winkelbereich um den wenigstens einen aufnehmbaren Werkstückträger mithilfe der Reflexionseinrichtungen abdecken. Neben erhöhter Energieeffizienz und einer Beschleunigung des Heizvorgangs erlaubt die genannte Anordnung der Reflexionsein- richtungen auch eine zuverlässige Begrenzung der Wandtempera- turen der Prozesskammer.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vor- richtung ein Gaseinspeisungssystem zum Einspeisen von Prozess- gas in die Prozesskammer auf.
Das Gaseinspeisungssystem umfasst vorzugsweise mehrere Injek- toren. Die Injektoren sind zweckmäßigerweise im Bereich einer Decke der Prozesskammer zum Einspeisen von Prozessgas bei auf- genommenem Werkstückträger oberhalb des Werkstückträgers ange- ordnet, sodass Prozessgas zweckmäßigerweise von oben einspeis- bar ist. Die Injektoren können dazu beispielsweise in der De- cke der Prozesskammer verbaut sein. Das Vorsehen mehrerer In- jektoren, welche die Prozesskammer beispielsweise mit wenigs- tens einer Gaszuleitung fluidleitend verbinden, erlaubt eine besonders gleichmäßige Verteilung des einzuspeisenden Prozess- gases in der Prozesskammer. Vom Werkstückträger getragene Werkstücke sind so auch besonders gleichmäßig prozessierbar.
Dabei sind die mehreren Injektoren vorzugsweise entlang der Decke der Prozesskammer verteilt, beispielsweise in Form eines Injektorarrays. Die mehreren Injektoren können insbesondere entlang einer Einführrichtung, in welcher der wenigstens eine Werkstückträger in die Prozesskammer einführbar ist, angeord- net sein. Für jeden von der Prozesskammer aufnehmbaren Werk- stückträger kann insbesondere eine Reihe von - in Einführrich- tung - hintereinander angeordneten Injektoren vorgesehen sein. Gegebenenfalls sind auch zwei parallele solcher Reihen von hintereinander angeordneten Injektoren denkbar, um zwei ver- schiedene Prozessgase einleiten zu können. Dabei sind die In- jektoren jeder Reihe zweckmäßigerweise mit jeweils einer von zwei Prozessgaszuleitungen fluidleitend verbunden und/oder paarweise neben einem Injektor der jeweils anderen Reihe ange- ordnet, um eine Gleichverteilung der beiden unterschiedlichen Prozessgase zu ermöglichen.
Die Injektoren sind zum zielgerichteten Injizieren des Pro- zessgases vorzugsweise düsenartig ausgebildet. Im Bereich ei- ner in die Prozesskammer mündenden Austrittsöffnung kann jeder der Injektoren beispielsweise derart geformt sein, dass Pro- zessgas strahlförmig, d. h. im Wesentlichen geradlinig mit nur geringer Divergenz, in die Prozesskammer einblasbar ist. Dadurch lässt sich das Prozessgas gerade in den Bereichen be- reitsteilen, in denen wenigstens ein Bestandteil des Prozess- gases auf der Oberfläche eines vom Werkstückträger getragenen Werkstücks abgeschieden werden soll, zum Beispiel zwischen Elektroden des wenigstens einen aufgenommenen Werkstückträ- gers. Zum einen kann so das eingespeiste Prozessgas besonders effizient genutzt und der Verbrauch von Prozessgas entspre- chend verringert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die düsen- artig ausgebildeten Injektoren derart angeordnet, dass Pro- zessgas zwischen mehrere, parallel angeordnete Elektroden des wenigstens einen aufnehmbaren Werkstückträgers einblasbar ist. Dies kann das Erzeugen eines Plasmas zwischen den Elektroden erleichtern bzw. ermöglicht das Erzeugen des Plasmas bereits mit geringen Mengen an eingespeistem Gas. Das eingespeiste Gas kann so insbesondere zwischen den Elektroden des Werkstückträ- gers hindurchströmen und unterhalb des wenigstens einen auf- nehmbaren Werkstückträgers abgesaugt werden, ohne dass es sich zuvor (unnötig) in der Prozesskammer verteilt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vor- richtung ein Gasausleitungssystem auf.
Das Gasausleitungssystem umfasst vorzugsweise mehrere Gasaus- lässe, die im Bereich eines Bodens der Prozesskammer zum Ab- saugen von Gas bei aufgenommenem Werkstückträger unterhalb des Werkstückträgers angeordnet sind. Die Gasauslässe können bei- spielsweise als Öffnungen im Prozesskammerboden ausgebildet sein. Die mehreren Gasauslässe sind vorzugsweise entlang des Bodens der Prozesskammer verteilt, beispielsweise in Form ei- nes Gasauslassarrays. Die mehreren Gasauslässe können insbe- sondere entlang der Einführrichtung angeordnet sein. Vorzugs- weise ist dabei für jeden Injektor, insbesondere für jedes In- jektorpaar aus zwei parallelen Reihen von Injektoren, ein Gas- auslass vorgesehen. Dadurch lässt sich das Prozessgas homogen aus der Prozesskammer absaugen. Dies ist insbesondere bei ei- ner homogenen Gaseinspeisung über mehrere Injektoren vorteil- haft, da ungewollte Konzentrationsunterschiede vermieden wer- den können.
Ein System gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung zur plas- maunterstützten chemischen Gasphasenabscheidung weist eine Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung zur plasma- unterstützten Gasphasenabscheidung und einen Werkstückträger auf, mittels dem eine Prozesskammer der Vorrichtung beheizbar ist. Der Werkstückträger ist vorzugsweise in die Prozesskammer der Vorrichtung einführbar, insbesondere von der Prozesskammer aufnehmbar, ausgebildet. Zweckmäßigerweise ist der Werkstück- träger zum Betrieb durch die Vorrichtung als Heizeinrichtung ausgebildet. Hierzu kann die Heizeinrichtung zum Beispiel meh- rere, von Elektroden des Werkstückträgers gebildete Heizstrom- kreise aufweisen. Die Elektroden dienen dabei vorzugsweise als Heizwiderstände, an denen eine niederfrequente Wechselspannung anlegbar ist. In besonders bevorzugter Weise ist der Werk- stückträger dabei auch zum Betrieb durch die Vorrichtung als Plasmaeinrichtung ausgebildet, mit der ein Plasma in der Pro- zesskammer erzeugt werden kann. Hierzu können zum Beispiel we- nigstens zwei der Heizstromkreise voneinander isoliert sein und einander benachbarte Elektroden aufweisen, so dass zwi- schen benachbarten Elektroden eine hochfrequente Wechselspan- nung anlegbar ist.
Bei einem Verfahren gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung zur plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidung wird eine Prozesskammer beheizt, und zwar erfindungsgemäß mithilfe wenigstens eines von der Prozesskammer aufnehmbaren Werkstücks oder Werkstückträgers. Mit anderen Worten kann die Prozesskam- mer durch das Werkstück oder den Werkstückträger aktiv beheizt werden.
Zweckmäßigerweise wird ein Heizstrom in Form eines niederfre- quenten Wechselstroms durch das Werkstück oder den Werkstück- träger geleitet, zum Beispiel indem eine entsprechende Wech- selspannung an das Werkstück oder den Werkstückträger angelegt wird. Beispielsweise kann die Wechselspannung mit einer Fre- quenz von weniger als 1 kHz, zum Beispiel mit 50 Hz, an eine Elektrodenanordnung, insbesondere an mehrere elektrisch in Reihe geschaltet Elektroden der Elektrodenanordnung, angelegt werden. Die Elektroden dienen dabei zweckmäßigerweise als Heizwiderstände. Es ist aber auch denkbar, dass das Werkstück als Heizwiderstand dient. Durch das erfindungsgemäße Verfahren muss zum Beheizen der Prozesskammer nicht auf konventionelle, im Bereich der Prozesskammer angeordnete Heizsysteme zurückge- griffen werden. Beispielsweise können separate Heizeinrichtun- gen entfallen und infolgedessen Vorrichtungen mit kompakteren Prozesskammern verwendet werden. Dies ermöglicht auch eine Verkürzung einer Zeitdauer, die zum Erreichen einer zur Gas- phasenabscheidung vorgesehenen Prozesstemperatur notwendig ist. Gleichzeitig lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfah- ren der Verfahrensaufwand verringern. In einzelnen Anwendungs- fällen können auch höhere Abscheideraten möglich sein.
Vor dem Beheizen der Prozesskammer kann der Werkstückträger o- der das Werkstück in die Prozesskammer eingeführt werden, zum Beispiel über in der Prozesskammer angeordnete Laufrollen. Da- bei wird der Werkstückträger in bevorzugter Weise mit einer Schalteinrichtung der Vorrichtung, insbesondere automatisch, elektrisch verschaltet. Beispielsweise kann der Werkstückträ- ger so weit in die Prozesskammer eingeschoben werden, bis Kon- taktstellen am Werkstückträger mit im Bereich einer Rückwand der Prozesskammer angeordneten Kontaktstiften eines Stroman- schlusses der Vorrichtung in Kontakt treten.
Zweckmäßigerweise wird das Werkstück oder der Werkstückträger nach dem Beheizen als Plasmaeinrichtung betrieben. Dazu kann eine hochfrequente Wechselspannung mit einer Frequenz von 1 kHz oder mehr, zum Beispiel von 40 kHz, an das Werkstück o- der den Werkstückträger, insbesondere die Elektroden, angelegt werden. Dadurch lässt sich das Werkstück oder der Werkstück- träger besonders effizient nutzen.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläu- tert. Soweit zweckdienlich, sind hierin gleich wirkende Ele- mente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbei- spiele beschränkt - auch nicht in Bezug auf funktionale Merk- male. Die bisherige Beschreibung wie auch die nachfolgende Fi- gurenbeschreibung enthalten zahlreiche Merkmale, die in den abhängigen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammenge- fasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale wie auch alle übrigen oben und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung offenbarten Merkmale wird der Fachmann jedoch auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfügen. Insbeson- dere sind alle genannten Merkmale jeweils einzeln und in be- liebiger geeigneter Kombination mit der Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, dem System gemäß dem zweiten As- pekt der Erfindung und dem Verfahren gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung kombinierbar.
Es zeigen, zumindest teilweise schematisch:
Fig. 1 ein Beispiel einer Vorrichtung zur plasmaunterstütz- ten Gasphasenabscheidung in einer Seitenansicht; Fig. 2 ein Beispiel eines Systems zur plasmaunterstützen Gasphasenabscheidung;
Fig. 3 ein Beispiel eines Systems zur plasmaunterstützten Gasphasenabscheidung; und
Fig. 4 ein Beispiel eines Verfahrens zur plasmaunterstützten Gasphasenabscheidung.
Figur 1 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung 1 zur plasmaun- terstützten Gasphasenabscheidung in einer Seitenansicht. Die Vorrichtung 1 weist eine Prozesskammer 2 zur Aufnahme wenigs- tens eines Werkstückträgers durch eine verschließbare Öff- nung 17, ein Gaseinspeisungssystem 3 zum Einspeisen wenigstens eines Prozessgases in die Prozesskammer 2 und ein Gasauslei- tungssystem 4 zum Erzeugen eines Vakuums in der Prozesskam- mer 2 auf. Die Vorrichtung 1 ist dabei dazu eingerichtet, die Prozesskammer 2 mithilfe wenigstens eines von der Prozesskam- mer 2 aufgenommenen Werkstückträgers zu beheizen.
Zu diesem Zweck umfasst die Vorrichtung 1 einen Stroman- schluss 5 zum elektrischen Anschließen des Werkstückträgers an die Vorrichtung 1. Der Stromanschluss 5 ist dabei vorzugsweise innerhalb der Prozesskammer 2, insbesondere im Bereich einer Rückwand 6 der Prozesskammer 2, angeordnet. Der Stroman- schluss 5 weist vorzugsweise mehrere Kontaktstifte 7 auf, die gelegentlich auch als Stromlanzen bezeichnet werden. Die Kon- taktstifte 7 sind in bevorzugter Weise derart angeordnet, dass ein in die Prozesskammer 2 eingeführter Werkstückträger mit den Kontaktstiften 7 an der Rückwand 6 in Kontakt tritt.
Der Stromanschluss 5 ist vorzugsweise Teil einer Schaltein- richtung (siehe Figur 3) der Vorrichtung 1, die dazu einge- richtet ist, wenigstens einen von der Prozesskammer 2 aufnehm- baren Werkstückträger zum Beheizen der Prozesskammer 2 über den Stromanschluss 5 in wenigstens einen Heizstromkreis zum Führen von niederfrequentem Wechselstrom zu integrieren. Zu- sätzlich kann die Schalteinrichtung auch dazu eingerichtet sein, den aufnehmbaren Werkstückträger über den Stroman- schluss 5 in einen Plasmastromkreis zum Führen eines hochfre- quenten Wechselstroms zu integrieren, um in der Prozesskam- mer 2 ein Plasma zu erzeugen.
Zum Einführen des wenigstens einen Werkstückträgers in die Prozesskammer 2 sind in der Prozesskammer 2 vorzugsweise Lauf- rollen 8 angeordnet. Die Laufrollen 8 können zum Beispiel eine konkave Lauffläche aufweisen, durch die Laufschienen des Werk- stückträgers geführt werden (siehe Figur 2). Die Laufrollen 8 sind dabei entlang einer Einführrichtung E, in welcher der we- nigstens eine Werkstückträger in die Prozesskammer 2 einführ- bar ist, angeordnet. Die Laufrollen 8 ermöglichen neben einem leichten Einführen des wenigstens einen Werkstückträgers in die Prozesskammer 2 auch eine präzise Ausrichtung des Werk- stückträgers in der Prozesskammer 2. Dadurch kann sicherge- stellt werden, dass die Kontaktstifte 7 vordefinierte Kontakt- stellen an einem dem Stromanschluss 5 zugewandten Ende des von der Prozesskammer 2 aufnehmbaren Werkstückträgers zuverlässig kontaktieren. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nur eine der Laufrollen 8 mit einem Bezugszeichen versehen.
Nachdem der wenigstens eine Werkstückträger in die Prozesskam- mer 2 über die Laufrollen 8 eingeführt und die Öffnung 17 der Prozesskammer 2 dicht verschlossen wurde, etwa mithilfe einer Türe oder Klappe (siehe Figur 2), kann über das Gasauslei- tungssystem 4 sich in der Prozesskammer 2 befindliches Gas ab- gesaugt werden. Das Gasausleitungssystem 4 weist dazu zweckmä- ßigerweise wenigstens eine Vakuumpumpe 9 auf, die zum Beispiel über Gasableitungen 10 mit der Prozesskammer 2 verbunden ist. Vorzugsweise weist das Gasausleitungssystem 4 zudem mehrere Gasauslässe 11 auf, welche von einem Boden 12 der Prozesskam- mer 2 ausgehen und in die Gasableitungen 10 münden. Aufgrund der Anzahl der mehreren Gasauslässe 11 kann sich in der Pro- zesskammer 2 befindliches Gas gleichmäßig abgesaugt werden. Die gleichmäßige Absaugung kann noch weiter verbessert werden, indem die Gasauslässe 11 über den Boden 12 der Prozesskammer 2 verteilt angeordnet sind, beispielsweise wie in Figur 1 darge- stellt in einer Reihe parallel zur Einführrichtung E. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nur einer der Gasauslässe 11 mit einem Bezugszeichen versehen.
Ist die Prozesskammer mithilfe des wenigstens einen von der Prozesskammer 2 aufnehmbaren Werkstückträgers bis auf eine Prozesstemperatur zur Gasphasenabscheidung aufgeheizt worden, kann mithilfe des Gaseinspeisungssystems 3 das wenigstens eine Prozessgas in die Prozesskammer 2 eingeleitet werden. Das Ga- seinspeisungssystem 3 weist dazu im gezeigten Beispiel zwei Gaszuleitungen 13 auf, die jeweils an eine Prozessgasversor- gung, etwa an einen Prozessgastank oder einer Prozessgasver- sorgungsleitung, anschließbar sind. Vorzugsweise weist das Gaszuleitungssystem 3 zudem mehrere Injektoren 14 auf, welche von den Gaszuleitungen 13 geführte Prozessgase in die Prozess- kammer 2 einblasen können. Die Injektoren 14, welche zweckmä- ßigerweise innerhalb der Prozesskammer 2, insbesondere im Be- reich eine Decke 15 der Prozesskammer 2, angeordnet sind, kön- nen dabei zum Beispiel über Injektorzuleitungen 16 mit den Gaszuleitungen 13 verbunden sein. Aus Gründen der Übersicht- lichkeit ist nur einer der Injektoren 14 und nur eine der In- jektorzuleitungen 16 mit einem Bezugszeichen versehen.
Die mehreren Injektoren 14 sind in bevorzugter Weise düsenar- tig ausgebildet und derart angeordnet, dass die von den zwei Gaszuleitungen 13 geführten Prozessgase zielgerichtet in die Prozesskammer 2, insbesondere in Richtung eines von der Pro- zesskammer 2 aufgenommenen Werkstückträgers, einblasbar ist. Die Injektoren 14 können insbesondere, ähnlich wie die Gasaus- lässe 11, in der Einführungsrichtung E aufgereiht sein. Dabei bilden alle einer Gaszuleitungen 13 und damit einem Prozessgas zugeordneten Injektoren 14 vorzugsweise eine Reihe für sich.
Wenn sich, wie im hier gezeigten Beispiel angedeutet, die In- jektoren 14 an der Decke 15 der Prozesskammer 2 und die Öff- nungen der Gasauslässe 11 im Boden 12 der Prozesskammer 2 ge- genüberliegen, kann dies das Aufrechterhalten einer homogenen Konzentration des eingeleiteten Prozessgases in der Prozess- kammer 2 erheblich erleichtern. Die sich dadurch ergebenden homogenen Prozessbedingungen können sicherstellen, dass gleichzeitig prozessierte Werkstücke einheitliche Eigenschaf- ten aufweisen.
Um die beim Beheizen der Prozesskammer erzeugte Wärme optimal nutzen zu können, weist die Vorrichtung 1 vorzugsweise wenigs- tens eine Reflexionseinrichtung 20 zur Reflexion elektromagne- tischer Strahlung, insbesondere Wärmestrahlung aus dem Infra- rotbereich des elektromagnetischen Spektrums, auf. Die wenigs- tens eine Reflexionseinrichtung 20 wird vorzugsweise von ge- stapelten Blechen gebildet. Die mehreren Bleche eines Stapels können dabei aus unterschiedlichen Materialien zur Reflexion von Strahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen gefertigt sein, um zum Beispiel Wärmestrahlung über einen breiten Wel- lenlängenbereich effizient reflektieren zu können.
Im gezeigten Beispiel ist eine Reflexionseinrichtung 20 an der Decke 15 der Prozesskammer 2, insbesondere parallel zur De- cke 15, angeordnet, sodass vom in der Prozesskammer 2 aufge- nommenen Werkstückträger in Richtung der Decke 15 emittierte elektromagnetische Strahlung zurück auf den Werkstückträger reflektiert wird. Dadurch lässt sich die Prozesskammer 2 schneller aufheizen.
Um das Einspeisen von Prozessgas in die Prozesskammer 2 nicht zu beeinträchtigen, weist die Reflexionseinrichtung 20 vor- zugsweise Bohrungen im Form von Durchgriffen auf, welche von den Injektoren 14 durchgriffen sind. Dabei ist es auch denk- bar, dass, anders als im hier gezeigten Beispiel, die Injekto- ren 14 bündig mit der Reflexionseinrichtung 20 abschließen.
Figur 2 zeigt ein System 50 zur plasmaunterstützten Gasphasen- abscheidung. Das System 50 weist Vorrichtung 1 zur plasmaun- terstützten Gasphasenabscheidung mit einer Prozesskammer 2, von der wenigstens ein Werkstückträger 30 aufnehmbar ist, und wenigstens einen Werkstückträger 30 auf. Die Vorrichtung 1 ist in Figur 1 in einer Frontalansicht dargestellt und dazu einge- richtet, die Prozesskammer 2 mithilfe des wenigstens einen aufgenommenen Werkstückträgers 30 zu beheizen.
Die hier gezeigte Vorrichtung 1 ist analog zur in Figur 1 ge- zeigten Vorrichtung ausgebildet, wobei jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit auf eine Darstellung des Gasausleitungssys- tems verzichtet wurde. Bauteile oder -gruppen, die von anderen Bauteilen oder -gruppen verdeckt werden, sind vorliegend ge- strichelt dargestellt.
Im vorliegenden Beispiel ist die Prozesskammer 2 dazu einge- richtet, zwei Werkstückträger 30 nebeneinander, d. h. zwei quer zu einer Einführungsrichtung (siehe Figur 1) aufgereihte Werkstückträger 30, aufzunehmen. Zum Einführen der Werkstück- träger 30 weist die Prozesskammer 2 zweckmäßigerweise zwei ne- beneinander angeordnete Öffnungen 17 auf, die mithilfe von Tü- ren 18 verschließbar sind. Im gezeigten Beispiel ist nur die in Figur 2 linke Türe 18 dargestellt und verdeckt damit eine der Öffnungen 17. Die in Figur 2 rechte Türe 18 ist transpa- rent dargestellt.
Die beiden Öffnungen 17 sind vorzugsweise durch einen An- schlagsteg 19 für die Türen 18 voneinander getrennt. Die Pro- zesskammer 2 erstreckt sich hinter dem Anschlagsteg 19 zweck- mäßigerweise jedoch hinter beiden Öffnungen 17. D. h., dass keine Gastrennung zwischen den beiden Bereichen, in denen die Werkstückträger 30 von der Prozesskammer 2 aufgenommen sind, vorliegt.
Die Vorrichtung 1 ist vorzugsweise mit in der Prozesskammer 2 angeordneten Laufrollen 8 versehen, um das Einführen der Werk- stückträger 30 zu erleichtern. Die Werkstückträger 30 weisen dabei in bevorzugter Weise entsprechende Laufschienen 33 auf, die über eine konkave Lauffläche der Laufrollen 8 führbar sind. Alternativ sind aber auch andere Führungssysteme zum Führen der Werkstückträger 30 in der Prozesskammer 2 denkbar. Zum Beispiel können auch die Werkstückträger 30 mit Laufrollen versehen sein, die auf Laufschienen in der Prozesskammer 2 ab- rollen können. In einer anderen Variante können auch Gleitele- mente vorgesehen sein, um Bauraum gegenüber den Varianten mit Laufrollen zu sparen.
Wie in Figur 2 ebenfalls gut erkennbar ist, ist die Prozess- kammer 2 vorzugsweise rechteckig ausgebildet. Dadurch können rechteckige Werkstückträger 30 effizient aufgenommen werden, d. h. nicht genutzter, auch als Totvolumen bezeichneter Raum in der Prozesskammer 2 vermieden oder zumindest verringert werden. Dies wiederum erleichtert das Erzeugen eines Vakuums in der Prozesskammer 2 und kann den Verbrauch von Prozessgas senken. Zwei Gaszuleitungen 13 eines Gaseinspeisungssystems 3 verlau- fen im gezeigten Beispiel oberhalb der Prozesskammer 2. Zweck- mäßigerweise gehen von jeder Gaszuleitung 13 jeweils auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten Injektorzuleitungen 16 ab, und zwar bevorzugt paarweise. Dies erlaubt eine besonders gleichmäßige Prozessgaseinspeisung für jeden der zwei von der Prozesskammer 2 aufgenommenen Werkstückträger 30. An die In- jektorzuleitungen 16 angeschlossene Injektoren 14 sind dabei vorzugsweise derart im Bereich einer Decke 15 der Prozesskam- mer 2 angeordnet, dass jeweils zwei Injektoren 14 zum Einbla- sen unterschiedlicher Prozessgase für einen der aufgenommenen Werkstückträger 30 nebeneinanderliegen. Infolgedessen kann zum Beispiel durch wenigstens einen Injektor 14 Trimethylamin (TMA) und durch wenigstens einen weiteren Injektor 14 Mono- silan (SiH4), Ammoniak (NH3), Distickstoffmonoxid (N2O) oder Methan (CH4) eingespeist werden.
Alternativ sind aber auch mehr als zwei Gaszuleitungen 13 mit entsprechenden Injektorzuleitungen zu weiteren Injektoren denkbar, um gleichzeitig weitere Prozessgase einspeisen zu können. Vorteilhafterweise kann als solche weiteren Prozess- gase wenigstens eine Verbindung aus einer Gruppe bestehend aus Monophosphan (PH3), Diboran (B2H6) und Disauerstoff (02) ein- gespeist werden.
In Figur 2 sind auch vier in der Prozesskammer 2 angeordnete Reflexionseinrichtungen 20 gezeigt. Zwei der Reflexionsein- richtungen 20 sind im Bereich der Decke 15 der Prozesskam- mer 2, bei aufgenommenen Werkstückträgern 30 insbesondere oberhalb der Werkstückträger 30, angeordnet. Zwei weitere Re- flexionseinrichtungen 20 sind im Bereich von Seitenwänden 21 der Prozesskammer 2, bei aufgenommenen Werkstückträgern 30 insbesondere entlang jeweils einer Seitenfläche eines Werk- stückträgers 30, angeordnet. Dadurch kann von den Werkstück- trägern 30 beim Beheizen der Prozesskammer 2 emittierte elekt- romagnetische Strahlung auf die Werkstückträger 30 zurück re- flektiert werden.
Der gleiche Effekt kann auch erzielt werden, wenn anstelle von zwei Reflexionseinrichtungen 20 im Bereich der Decke 15 ledig- lich eine Reflexionseinrichtung 20 vorgesehen ist, die sich im Wesentlichen über die gesamte Breite der Prozesskammer 2 er- streckt. Somit ist bereits eine Ausführung mit wenigstens drei Reflexionseinrichtungen 20 vorteilhaft.
Figur 3 zeigt ein Beispiel einer Schalteinrichtung 22. Die Schalteinrichtung 22 ist vorzugsweise dazu eingerichtet, einen von einer Prozesskammer einer Vorrichtung zur plasmaunter- stützten Gasphasenabscheidung aufnehmbaren Werkstückträger 30 in einem ersten Betriebsmodus als Heizeinrichtung zum Beheizen der Prozesskammer zu betreiben, und den Werkstückträger 30 in einem zweiten Betriebsmodus als Plasmaeinrichtung zur Erzeu- gung eines Plasmas aus wenigstens einem in die Prozesskammer eingespeisten Prozessgas zu betreiben.
Die Schalteinrichtung 22 umfasst dazu zweckmäßigerweise meh- rere Schalteranordnungen 23a, 23b, eine Plasmaspannungs- quelle 24 zur Bereitstellung einer hochfrequenten Wechselspan- nung, um eine Plasma erzeugen zu können, und wenigstens eine Heizspannungsquelle 25 zur Bereitstellung einer niederfrequen- ten Wechselspannung, um die Prozesskammer beheizen zu können.
Die Schalteinrichtung 22 ist in bevorzugter Weise derart aus- gebildet, dass der Werkstückträger 30 bei der Aufnahme des Werkstückträgers 30 von der Prozesskammer elektrisch kontak- tiert wird. Dadurch kann die Schalteinrichtung 22 selektiv eine elektrische Verbindung zwischen der Plasmaspannungs- quelle 24 oder der wenigstens einen Heizspannungsquelle 25 und dem Werkstückträger 30 herstellen. Die Schalteinrichtung 22 kann zu diesem Zweck beispielsweise einen Stromanschluss mit mehreren in der Prozesskammer angeordnete Kontaktstiften 7 aufweisen. Mithilfe der Kontaktstifte 7 können zum Beispiel entsprechende Kontaktstellen 31 des Werkstückträgers 30 kon- taktiert werden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nur eine der Kontaktstellen 31 und nur einer der Kontaktstifte 7 mit einem Bezugszeichen versehen.
Die Schalteinrichtung 22 ist vorzugsweise dazu eingerichtet, zunächst die wenigstens eine Heizspannungsquelle 25 mit dem von der Prozesskammer aufnehmbaren Werkstückträger 30 elektrisch zu verbinden, beispielsweise durch Schließen einer ersten Schalteranordnung 23a. Die Schalteinrichtung 22 kann insbesondere dazu eingerichtet sein, durch Herstellen dieser elektrischen Verbindung den Werkstückträger 30 in wenigstens einen Heizstromkreis zu integrieren.
Die Schalteinrichtung 22 kann beispielsweise derart ausgebil- det sein, dass bei Schließen der ersten Schalteranordnung 23a (i) niederfrequenter elektrischer Wechselstrom zwischen zwei Polen 25a, 25b der wenigstens einen Heizspannungsquelle 25 durch eine erste Gruppe von Elektroden 32a einer Elektrodenan- ordnung des von der Prozesskammer aufnehmbaren Werkstückträ- gers 30 und (ii) niederfrequenter elektrischer Wechselstrom zwischen zwei weiteren Polen 25c, 25d der wenigstens einen Heizspannungsquelle 25 durch eine zweite Gruppe von Elektro- den 32b der Elektrodenanordnung fließt. Wie in Figur 3 gut er- kennbar ist, sind die Elektroden 32a, 32b einer Gruppe jeweils elektrisch in Reihe geschaltet. Mit der im gezeigten Beispiel gezeigten Verschaltung und dadurch, dass zwei Pole 54a und 54c vorgesehen sind, werden vorliegend vier Heizstromkreise reali- siert.
Da die Elektroden 32a, 32b bei geschlossener erster Schalter- anordnung 23a als Heizwiderstände wirken können, ist der Werk- stückträger 30 daher in einem ersten Betriebsmodus als Heiz- einrichtung betreibbar.
Die Schalteinrichtung 22 ist vorzugsweise des Weiteren dazu eingerichtet, die Heizspannungsquelle 25 vom von der Prozess- kammer aufnehmbaren Werkstückträger 30 zu trennen und dafür die Plasmaspannungsquelle 24 elektrisch mit dem Werkstückträ- ger 30 zu verbinden, beispielsweise durch Öffnen der ersten Schalteranordnung 23a und Schließen einer zweiten Schalterano- rdnung 23b. Die Schalteinrichtung 22 kann insbesondere dazu eingerichtet sein, durch Herstellen dieser elektrischen Ver- bindung den Werkstückträger 30 in einen Plasmastromkreis zu integrieren.
Die Schalteinrichtung 22 kann beispielsweise derart ausgebil- det sein, dass bei Schließen der zweiten Schalteranordnung 23b eine hochfrequente elektrische Wechselspannung zwischen den Elektroden 32a der ersten Gruppe und den Elektroden 32b der zweiten Gruppe anliegt. Zu diesem Zweck kann die Schaltein- richtung 22 insbesondere derart ausgebildet sein, dass bei Schließen der zweiten Schalteranordnung 23b ein erster Pol 24a der Plasmaspannungsquelle 24 mit den Elektroden 32a der ersten Gruppe und ein zweiter Pol 24b mit den Elektroden 32b der zweiten Gruppe verbindbar ist.
Da die Elektroden 32a der ersten Gruppe und die Elektroden 32b der zweiten Gruppe wie in Figur 3 gezeigt vorzugsweise abwech- selnd angeordnet sind und bei geschlossener zweiter Schalter- anordnung 23b somit hochfrequente elektrische Felder zur Er- zeugung eines Plasma erzeugen können, ist der Werkstückträ- ger 30 daher in einem zweiten Betriebsmodus als Plasmaeinrich- tung betreibbar.
Die entsprechende Steuerung der Schalteranordnungen 23a, 23b kann von einer Steuerungseinheit durchgeführt werden, die in Figur 3 jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht darge- stellt ist.
Figur 4 zeigt ein Beispiel eines Verfahrens 100 zur plasmaun- terstützten chemischen Gasphasenabscheidung.
Vorzugsweise wird in einem Verfahrensschritt S1 wenigstens ein Werkstückträger in eine Prozesskammer einer Vorrichtung zur plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidung einge- führt. Zu diesem Zweck kann der Werkstückträger zum Beispiel über ein Führungssystem, beispielsweise in der Prozesskammer angeordnete Laufrollen, durch eine Öffnung in die Prozesskam- mer eingeschoben werden. Dabei wird der Werkstückträger in be- vorzugter Weise mit einer Schalteinrichtung der Vorrichtung elektrisch verschaltet. Beispielsweise kann der Werkstückträ- ger so weit in die Prozesskammer eingeschoben werden, bis Kon- taktstellen am Werkstückträger mit im Bereich einer Rückwand der Prozesskammer angeordneten Kontaktstiften eines Stroman- schlusses der Vorrichtung in Kontakt stehen.
Ist der wenigstens eine Werkstückträger von der Prozesskammer aufgenommen worden, d. h. vollständig eingeführt, wird in ei- nem weiteren Verfahrensschritt S2 vorzugsweise ein Vakuum in der Prozesskammer erzeugt. Dabei kann sich in der Prozesskam- mer befindliches Gas mithilfe eines Gasausleitungssystems, insbesondere über mehrere Gasauslässe in der Prozesskammer, abgesaugt werden. Das Vorsehen von mehreren Gasauslässen, ins- besondere die Verteilung der Gasauslässe über den Boden der Prozesskammer, erlaubt dabei eine besonders effiziente Evaku- ierung der Prozesskammer.
In einem weiteren Verfahrensschritt S3 wird die Prozesskammer mithilfe des wenigstens einen aufgenommenen Werkstückträgers beheizt. Zu diesem Zweck kann der Werkstückträger durch die Schalteinrichtung in wenigstens einen Heizstromkreis zum Füh- ren von niederfrequentem Wechselstrom integriert werden. Vor- zugsweise wird der Werkstückträger dabei mit wenigstens einer Heizspannungsquelle zur Bereitstellung einer niederfrequenten Wechselspannung verbunden. Dadurch kann ein niederfrequenter elektrischer Wechselstrom durch zumindest einen Teil des Werk- stückträgers, zum Beispiel durch mehrere in Reihe geschaltete Elektroden, geführt werden, sodass sich der Werkstückträger zumindest abschnittsweise erhitzt.
Hat die Temperatur innerhalb der Prozesskammer, insbesondere die Temperatur des Werkstückträgers, eine vorgegebene Prozess- temperatur erreicht oder überschritten, kann in einem weiteren Verfahrensschritt S4 wenigstens ein Prozessgas, zum Beispiel ein Silan wie SiH4, ein Trimethylgas und/oder Lachgas N2O, in die Prozesskammer eingespeist werden. Das wenigstens eine Pro- zessgas kann dabei insbesondere über mehrere Injektoren, die vorzugsweise im Bereich einer Decke der Prozesskammer angeord- net sind, homogen verteilt in die Prozesskammer eingeblasen werden.
Vorzugsweise wird in einem weiteren Verfahrensschritt S5 die wenigstens eine Heizspannungsquelle vom wenigstens einen auf- genommen Werkstückträger getrennt. Stattdessen kann der Werk- stückträger durch die Schalteinrichtung in einen Plasmastrom- kreis zum Führen von hochfrequentem Wechselstrom integriert werden. Vorzugsweise wird der Werkstückträger dabei mit einer Plasmaspannungsquelle zur Bereitstellung einer hochfrequenten elektrischen Wechselspannung verbunden. Dadurch können zwei Bauteile oder Bauteilgruppen, insbesondere zwei verschiedene Elektrodengruppen, mit zwei verschiedenen Potenzialen belegt werden, sodass sich hochfrequente elektrische Wechselfelder zwischen den Elektroden zur Erzeugung eines Plasmas aus dem wenigstens einen eingespeisten Prozessgas ausbilden.
Die voranstehend beschriebene Reihenfolge der Verfahrens- schritte S2 bis S5 ist dabei nicht zwingend. Vielmehr ist es denkbar, dass, wie in Figur 4 angedeutet, die Verfahrens- schritte S2 und S3 zumindest zeitweise gleichzeitig ausgeführt werden. Ebenso können auch die Verfahrensschritte S4 und S5 gleichzeitig ausgeführt werden. Dabei wird der Verfahrens- schritt S2 vorzugsweise so lange ausgeführt, d. h. das er- zeugte Vakuum so lange aufrechterhalten, bis die gewünschte Abscheidung auf einem vom Werkstückträger getragenen Werkstück erzielt wurde.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung
2 Prozesskammer 3 Gaseinspeisungssystem
4 Gasausleitungssystem
5 Stromanschluss
6 Rückwand
7 Kontaktstift 8 Laufrolle
9 Vakuumpumpe
10 Gasableitung
11 Gasauslass
12 Boden 13 Gaszuleitung
14 Injektor
15 Decke
16 Injektorzuleitung
17 Öffnung 18 Tür
19 Anschlagsteg
20 Reflexionseinrichtung
21 Seitenwand
22 Schalteinrichtung 23a, 23b Schalteranordnung
24 Plasmaspannungsquelle
24a, 24b Pol
25 Heizspannungsquelle
25a-d Pol
30 Werkstückträger
31 Kontaktstelle 32a, 32b Elektrode
50 System 100 Verfahren
S1-S5 Verfahrensschritt

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zur plasmaunterstützten chemischen Gaspha- senabscheidung, mit einer Prozesskammer (2) zur Aufnahme wenigstens eines Werkstückträgers (30), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Vorrichtung (1) dazu eingerichtet ist, die Pro- zesskammer (2) mithilfe wenigstens eines von der Prozess- kammer (2) aufnehmbaren Werkstückträgers (30) zu beheizen.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Schalteinrichtung (22), die dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen aufnehmbaren Werkstückträger (30) se- lektiv mit wenigstens einer Heizspannungsquelle (25) oder einer Plasmaspannungsquelle (24) zu verbinden.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schalteinrichtung (22) wenigstens zwei Schalter- anordnungen (23a, 23b) aufweist, die dazu eingerichtet sind, elektrisch leitende Verbindungen von der wenigstens einen Heizspannungsquelle (25) und der Plasmaspannungs- quelle (24) zu einem Stromanschluss (5), an den ein Werk- stückträger (30) anschließbar ist, zu unterbrechen.
4. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Stromanschluss (5) mit wenigstens vier Kontaktstif- ten (7) zum elektrischen Kontaktieren des wenigstens einen aufnehmbaren Werkstückträgers (30).
5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kontaktstifte (7) im Bereich einer Rückwand (6) der Prozesskammer (2) angeordnet sind.
6. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Prozesskammer (2) zur Aufnahme von zwei Werk- stückträgern (30) eingerichtet ist.
7. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Prozesskammer (2) zwei nebeneinander angeordnete, verschließbare Öffnungen (17) zum Einführen des wenigstens einen Werkstückträgers (30) in die Prozesskammer (2) auf- weist.
8. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Prozesskammer (2) wenigstens eine Reflexionsein- richtung (20) aufweist, die dazu eingerichtet ist, vom we- nigstens einen aufnehmbaren Werkstückträger (30) emit- tierte elektromagnetische Strahlung zurück auf den Werk- stückträger (30) zu reflektieren.
9. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Prozesskammer (2) drei Reflexionseinrichtun- gen (20) aufweist, die im Wesentlichen derart rechtwinklig zueinander angeordnet sind, dass sie bei aufgenommenem Werkstückträger (30) in der Prozesskammer (2) oberhalb und entlang zwei einander gegenüberliegenden Längsseiten des Werkstückträgers (30) positioniert sind.
10. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ein Gaseinspeisungssystem (3) zur Einspeisung von Prozess- gas in die Prozesskammer (2), wobei das Gaseinspeisungs- system (3) mehrere Injektoren (14) aufweist, die im Be- reich einer Decke (15) der Prozesskammer (2) zum Einspei- sen von Prozessgas bei aufgenommenem Werkstückträger (30) oberhalb des Werkstückträgers (30) angeordnet sind.
11. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ein Gaseinspeisungssystem (3) zur Einspeisung von Prozess- gas in die Prozesskammer, wobei das Gaseinspeisungssys- tem (3) mehrere düsenartig ausgebildete Injektoren (14) zum zielgerichteten Injizieren von Prozessgas aufweist.
12. Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die düsenartig ausgebildeten Injektoren (14) derart angeordnet sind, dass Prozessgas zwischen mehrere, paral- lel angeordnete Elektroden (32a, 32b) des wenigstens einen aufnehmbaren Werkstückträgers (30) einblasbar ist.
13. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ein Gasausleitungssystem (4) zur Erzeugung eines Vakuums in der Prozesskammer (2), wobei das Gasausleitungssys- tem (4) mehrere Gasauslässe (11) aufweist, die im Bereich eines Bodens (12) der Prozesskammer (2) zum Absaugen von Gas bei aufgenommenem Werkstückträger (30) unterhalb des Werkstückträgers (30) angeordnet sind.
14. System (50) zur plasmaunterstützten chemischen Gasphasen- abscheidung mit einer Vorrichtung (1) nach einem der vo- rangehenden Ansprüche und einem Werkstückträger (30), mit- tels dem eine Prozesskammer (2) der Vorrichtung (1) be- heizbar ist.
15. Verfahren (1) zur plasmaunterstützten chemischen Gaspha- senabscheidung, bei dem eine Prozesskammer (2) mithilfe wenigstens eines von der Prozesskammer (2) aufnehmbaren Werkstücks oder Werkstückträgers (30) beheizt wird (S3).
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