DE69931168T2

DE69931168T2 - Elastomer-gebundene teile fuer plasmaverfahren, deren herstellung und verwendung

Info

Publication number: DE69931168T2
Application number: DE69931168T
Authority: DE
Inventors: John San Jose LILLELAND; S. Jerome Fremont HUBACEK; S. William Redwood Shores KENNEDY; A. Robert Cupertino MARASCHIN
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2019-07-01
Also published as: CN100585794C; ES2264263T3; US6194322B1; TW423072B; WO2000000999A9; CN1167103C; AU4963699A; US6073577A; EP1105917A4; KR20030070142A; EP1105917B1; EP1092228B1; US6148765A; KR20010071688A; DE69920453D1; JP4477292B2; US20010031557A1; JP2003133296A; JP2002519862A; EP1105917A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Plasmaprozessierung von Halbleitersubstraten, beispielsweise Halbleiter-Wafern, und insbesondere ein Elastomer verbundene Baugruppe für eine Plasmaprozesskammer, die für das Prozessieren von Halbleitersubstraten verwendet wird.
Elektroden, die in Plasmaprozessreaktoren zur Prozessierung von Halbleitersubstraten, wie Silizium-Wafern, Verwendung finden, werden durch die US-Patente US 5 074 456 und US 5 569 356 offenbart. Das '456-Patent offenbart eine Elektrodenanordnung für eine Reaktionsvorrichtung vom Parallelplattentyp, wobei die obere Elektrode die Reinheit eines Halbleiters aufweist und mittels eines Klebers, eines Lötzinns oder einer Hartlotschicht an einem Tragrahmen befestigt ist. Die Lötverbindung oder die Hartlotschicht kann aus Metallen mit niedrigem Dampfdruck, beispielsweise Indium, Silber oder deren Legierungen hergestellt werden und die Verbindungsflächen auf dem Tragrahmen und den Elektroden können mit einer dünnen Metallschicht wie etwa Titan oder Nickel versehen sein, um die Benetzungsfähigkeit und das Anhaften der Verbindungsschicht zu verbessern. Es wurde erkannt, dass eine metallurgische Verbindung wie eine In-Verbindung zu einem Zerknittern der Elektrode aufgrund unterschiedlicher thermischer Expansion und Kontraktion der Elektrode und des Bauteils, an dem die Elektrode befestigt ist, führt. Es wurde ferner erkannt, dass metallurgische Verbindungen bei einer Plasma-Prozessierung mit hoher Leistung aufgrund thermischer Materialermüdung und/oder des Schmelzens der Verbindung ausfallen.
Die Techniken des Trockenplasma-Ätzens, des Ätzens mit reaktiven Ionen und des Ionenstrahlätzens (ion milling) wurden zur Überwindung der vielzähligen, mit dem chemischen Ätzen von Halbleiter-Wafern verbundenen Nachteilen entwickelt. Plasmaätzen erlaubt insbesondere, die vertikale Ätzrate höher als die horizontale Ätzrate einzustellen, so dass das resultierende Aspektverhältnis (d.h. das Verhältnis der Höhe zur Breite der resultierenden Ätzgrube) der geätzten Strukturen angemessen gesteuert werden kann. In der Tat erlaubt das Plasmaätzen die Herstellung sehr feiner Strukturen mit einem hohen Aspektverhältnis in einer Schicht mit mehr als einem Mikrometer Schichtstärke.
Beim Plasmaätzverfahren wird ein Plasma oberhalb der mit einer Maske abgedeckten Oberfläche des Wafers dadurch erzeugt, dass einem Gas mit relativ niedrigem Druck eine große Energiemenge zugeführt wird, wodurch das Gas ionisiert wird. Durch ein Anpassung des elektrischen Potentials des zu ätzenden Substrats werden geladene Teilchen im Plasma zum Wafer hingelenkt auf dem sie im Wesentlichen in Richtung der Flächennormale aufschlagen, wobei Material aus den nicht durch die Maske verdeckten Bereichen des Wafers entfernt wird.
Der Ätzprozess kann oftmals durch die Verwendung von Gasen, die mit dem zu ätzenden Material reagieren, wirksamer gestaltet werden. Das so genannte „Reaktive Ionen-Ätzen" verbindet den physikalischen Ätzprozess durch das Plasma mit dem chemischen Ätzprozess des Gases. Es wurde allerdings herausgefunden, dass viele chemisch aktive Substanzen eine übermäßige Abnutzung der Elektrode verursachen.
Es ist wünschenswert das Plasma gleichmäßig über die Oberfläche des Wafers zu verteilen, um eine über die gesamte Oberfläche des Wafers gleichmäßige Ätzrate zu erzielen. Beispielsweise offenbaren die US-Patente US 4 595 484 , US 4 792 378 , US 4 820 371 , US 4 960 488 Elektroden in der Form von Duschköpfen zur Verteilung von Gas, das aus einer Vielzahl von Löchern in den Elektroden ausströmt. Diese Patente beschreiben im Wesentlichen Gasverteilerplatten mit einer Anordnung von Öffnungen, die so angepasst sind, dass einem Halbleiter-Wafer ein gleichmäßiger Gasstrom zugeführt wird.
Ein System für das reaktive Ionenätzen umfasst typischerweise eine Ätzkammer mit einer darin angeordneten oberen Elektrode oder Anode und einer unteren Elektrode oder Kathode. An der Kathode ist im Verhältnis zur Anode und den Wandungen der Kammer eine negative Biasspannung angelegt. Der zu ätzende Wafer wird mit einer geeigneten Maske abgedeckt und direkt auf der Kathode platziert. Ein chemisch reaktives Gas, wie CF₄, CHF₃, CClF₃ und SF₆ oder eine Mischung hiervon mit O₂, N₂, He oder Ar, wird der Ätzkammer zugeführt und auf einem Druck typischerweise im Millitorr-Bereich gehalten. Die obere Elektrode weist Gaseinlassöffnungen auf, die es erlauben, das Gas durch die Elektrode gleichmäßig der Kammer zuzuführen. Das zwischen der Anode und der Kathode ausgebildete elektrische Feld bewirkt den Zerfall des reaktiven Gases und die Ausbildung des Plasmas. Die Oberfläche des Wafers wird durch die chemische Wechselwirkung mit den aktiven Ionen und durch den Momentenübertrag der auf die Oberfläche des Wafers auftreffenden Ionen geätzt. Das durch die Elektroden erzeugt elektrische Feld führt zu einer Anziehungskraft auf die Ionen durch die Kathode, was zu einem Auftreffen der Ionen auf der Oberfläche vorzugsweise in vertikaler Richtung führt, so dass das Prozessierungsverfahren klar abgegrenzte, vertikal geätzte Seitenwandungen erzeugt.
1 zeigt eine Elektrode mit Duschkopf-Form 10 in einer Ätzvorrichtung für einzelne Wafer. Eine solche Elektrode mit Duschkopf-Form 10 wird typischerweise in Verbindung mit einer elektrostatischen Spannvorrichtung umfassend eine ebene untere Elektrode, die den Wafer trägt und die in einem Abstand von ein bis zwei Zentimetern unterhalb der Elektrode 10 angeordnet ist, verwendet. Derartige Spannvorrichtungen ermöglichen eine Temperaturregelung des Wafers durch das rückseitige Zuführen von unter Druck stehendem He, wodurch die Wärmeübergangsrate vom Wafer auf die Spannvorrichtung geregelt wird.
Die Elektrodenanordnung ist ein Verschleißteil, das regelmäßig ausgetauscht werden muss. Die konventionelle Verbindung der Elektrodenanordnung mit dem temperaturgeregelten Element besteht zwecks des einfachen Austausches darin, die Oberfläche der äußeren Kante der Siliziumelektrode 10 metallurgisch mit dem Tragring aus Graphit 12 mit der Hilfe von Indium, das einen Schmelzpunkt von ungefähr 156°C aufweist, zu verbinden. Ein derart niedriger Schmelzpunkt begrenzt die Hochfrequenzleistung, die an die Elektrode angelegt werden kann, da die vom Plasma aufgenommene Hochfrequenzleistung zu einem Aufheizen der Elektrode führt. Die Elektrode 10 ist eine ebene Scheibe mit einer gleichmäßigen Dicke von deren Mittelpunkt bis zur deren Kante. Ein äußerer Flansch am Tragring 12 ist mittels eines Klemmrings 16 aus Aluminium an einem temperaturgeregelten Aluminiumbauteil 14, das Kühlkanäle 13 zur Wasserkühlung aufweist, befestigt. Über Wassereinlass- und Wasserauslassverbindungen 13a zirkuliert Wasser in den Kühlkanälen 13. Ein Plasmaeinschlussring 17 umfassend einen Stapel zueinander beabstandeter Ringe aus Quarz, umschließt den Außenumfang der Elektrode 10. Der Plasmaeinschlussring 17 ist mit einem dielektrischen Kreisring 18 verschraubt, der wiederum an einem dielektrischen Gehäuse 18a angeschraubt ist. Der Zweck und die Funktionsweise des Plasmaeinschlussrings 17 besteht in der Erzeugung eines Druckgefälles im Reaktor und der Erhöhung des elektrischen Widerstands zwischen den Wandungen der Reaktionskammer und des Plasmas, um so das Plasma zwischen der oberen und der unteren Elektrode einzuschließen. Ein radial nach innen gerichteter Flansch des Klemmrings 16 umfasst einen äußeren Flansch des Tragrings aus Graphit 12. Folglich wird kein unmittelbarer Klemmdruck gegen die exponierte Fläche der Elektrode 10 gerichtet.
Prozessgas von der Gasversorgung wird der Elektrode 10 durch eine Zentralöffnung 20 im temperaturgeregelten Bauteil 14 zugeführt. Das Gas wird dann durch eine oder mehrere vertikal beabstandete Prallplatten 22 verteilt und wird durch die nicht gezeigten Gasverteilungsöffnungen in der Elektrode 10 hindurchgeleitet, um das Prozessgas gleichmäßig in der Reaktionskammer 24 zu verteilen. Um eine verbesserte Wärmeleitung von der Elektrode 10 zum temperaturgeregelten Bauteil 14 zu realisieren, kann Prozessgas zur Auffüllung der freien Bereiche zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen des temperaturgeregelten Bauteils 14 und des Tragrings 12 eingeleitet werden. Zusätzlich erlaubt eine Gasdurchführung 27, die mit einer nicht gezeigten Gasdurchführung im Kreisring 18 oder dem Einschlussring 17 in Verbindung steht, die Überwachung des Drucks in der Reaktionskammer 24. Um das Prozessgas zwischen dem temperaturgeregelten Bauteil 14 und dem Tragring 12 unter Druck zu halten, wird ein erster O-Ring 28 zwischen der Innenfläche des Tragrings 12 und der hierzu gegenüberliegenden Oberfläche des temperaturgeregelten Bauteils 14 und ein zweiter O-Ring 29 zwischen dem äußeren Teil der Oberfläche des Tragrings 12 und einer dazu gegenüberliegenden Oberfläche des Bauteils 14 verwendet. Um das Vakuum in der Kammer 24 aufrechtzuerhalten, werden zusätzliche O-Ringe 30, 32 zwischen dem temperaturgeregelten Bauteil 14 und einem zylindrischen Bauteil 18b sowie zwischen dem zylindrischen Bauteil 18b und dem Gehäuse 18a verwendet.
Das Verfahren zur Verbindung der Siliziumelektrode 10 und des Tragrings 12 erfordert das Aufheizen der Elektrode auf die für die Verbindung notwendige Temperatur, was zu einem Verbiegen oder einem Bruch der Elektrode aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten der Siliziumelektrode 10 und des Tragrings 12 führen kann. Ferner kann eine Verschmutzung der Wafer durch Lötpartikel oder durch verdampfte Verunreinigungen im Lötmittel, die aus der Befestigung der Elektrode 10 am Ring 12 oder vom Ring selbst stammen, eintreten. Während der Plasmaprozessierung mit hoher Leistung kann die Temperatur der Elektrode sogar hoch genug werden, um die Lötverbindung aufzuschmelzen und eine Trennung eines Teils oder der gesamten Elektrode 10 vom Ring 12 zu bewirken. Auch bei einer teilweisen Trennung der Elektrode 10 vom Ring 12 kann eine örtliche Variation der elektrischen und thermischen Leistungsübertragung zwischen dem Ring 12 und der Elektrode 10 zu einer nicht gleichmäßigen Ausbildung des Plasmas unterhalb der Elektrode 10 führen.
Auf dem Gebiet der Halbleiterherstellung werden im Allgemeinen Vakuumprozesskammern für das Ätzen und die chemische Gasphasenabscheidung (CVD – chemical vapor deposition) von Materialien auf Substraten durch die Zuführung eines Ätz- oder Beschichtungsgases zur Vakuumkammer und die Anwendung eines Hochfrequenzfelds zur Energiezuführung zum Gas, um das Gas in den Plasmazustand zu versetzen, verwendet. Beispiele für Reaktoren mit Parallelplattenanordnungen mit einem an einen Überträger gekoppeltes Plasma (TCP^TM – transformer coupled plasma), welches auch als induktiv gekoppeltes Plasma (ICP – inducting coupled plasma) bezeichnet wird und Elektronzyklotron-Resonanz (ECR – electron-cyclotron resonance) und Komponenten für diese Reaktoren werden in den gemeinfreien US-Patenten US 4 340 462 , US 4 948 458 , US 5 200 232 und US 5 820 723 offenbart. Aufgrund der korrosiv wirkenden Plasmaumgebung in einem solchen Reaktor und der Anforderung, die Verschmutzung durch Partikel und/oder Schwermetalle zu minimieren, ist es hochgradig wünschenswert für die Komponenten dieser Einrichtungen, dass diese eine hohe Korrosionswiderstandsfähigkeit aufweisen.
Während der Prozessierung von Halbleitersubstraten werden die Substrate üblicherweise in einer Vakuumkammer auf Vakuumhaltern mittels mechanischer Klemmen oder elektrostatischer Klemmung (ESC – electrostatic clamps) an Ort und Stelle gehalten. Beispiele für derartige Klemmsysteme und Komponenten hierfür finden sich in den gemeinfreien US-Patenten US 5 262 029 und US 5 838 529 . Das Prozessgas kann der Kammer in einer Vielzahl von Möglichkeiten zugeführt werden, beispielsweise über Gasdüsen, Gasringe und Gasverteilerplatten usw. Ein Beispiel für eine temperaturgeregelte Gasverteilerplatte für einen induktiv gekoppelten Plasmareaktor und Komponenten hierfür ist in dem gemeinfreien US-Patent US 5 863 376 zu finden.
Aluminium und Aluminium-Verbindungen werden üblicherweise für die Wandungen der Plasmareaktoren verwendet. Um die Korrosion der Wandungen zu verhindern, wurde eine Vielzahl von Verfahren für die Beschichtung der Aluminium-Oberfläche mit unterschiedlichen Beschichtungen vorgeschlagen. So offenbart beispielsweise das US-Patent US 5 641 375 eine Wandung der Kammer aus Aluminium, die eloxiert wurde, um die Erosion durch das Plasma und die Abnutzung der Wandungen zu verringern. Das 375-Patent gibt an, dass die eloxierte Schicht schließlich durch das Sputtern oder Ätzen abgelöst wird und die Kammern ersetzt werden müssen. Im US-Patent US 5 680 013 ist angegeben, dass ein Flammsprühverfahren von Al₂O₃ auf die Metalloberflächen einer Ätzkammer im US Patent 4 491 496 offenbart ist. Das '013-Patent besagt, dass die Unterschiede im thermischen Ausdehnungskoeffizient von Aluminium und der keramischen Beschichtung, wie etwa Aluminiumoxid, zu einer Rissbildung der Beschichtung aufgrund von Wärmebehandlungszyklen und schlussendlich zum Ausfall der Beschichtungen in einer korrodierend wirkenden Umgebung führt. Das US-Patent US 5 085 727 offenbart eine Beschichtung mit Kohlenstoff für die Behandlung in einer Plasmakammer, wobei die Beschichtung mittels plasmaunterstützter chemischer Glasphasenabscheidung (plasma assisted CVD) hergestellt wird.
Um die Wandungen zu schützen, wird in den US-Patenten US 5 366 585 , US 5 556 501 , US 5 788 799 , US 5 798 016 und US 5 885 356 vorgeschlagen, eine Auskleidung zu verwenden. Beispielsweise offenbart das '585-Patent eine freistehende keramische Auskleidung mit einer Materialstärke von wenigstens 0,13 cm (0,005 Inch), die durch mechanische Bearbeitung aus einem Aluminium-Stück hergestellt wird. Das '585-Patent erwähnt außerdem die Verwendung keramischer Beschichtungen, die ohne ein Aufzehren des darunter liegenden Aluminiums mittels eines Flammsprühverfahrens abgeschieden werden oder die Verwendung eines mittels eines Plasmasprühverfahrens hergestellten Aluminiumoxids. Das '501-Patent offenbart eine Auskleidung aus Polymer oder Quarz oder Keramik, die mit dem Prozess kompatibel ist. Das '799-Patent offenbart eine temperaturgeregelte Auskleidung aus Keramik, die einen eingebetteten Heizwiderstand aufweist, wobei als Keramik Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, Titanoxid, Zirkonoxid, Siliziumcarbid, Titancarbid, Zirkoncarbid, Aluminiumnitrid, Bornitrid, Siliziumnitrid oder Titannitrid verwendet werden kann. Das '016-Patent offenbart eine Auskleidung aus Keramik, Aluminium, Stahl und/oder Quarz, wobei Aluminium aufgrund dessen Bearbeitbarkeit bevorzugt wird und wobei das Aluminium eine Beschichtung aus Aluminiumoxid, Sc₂O₃ oder Y₂O₃ aufweist, wobei Al₂O₃ für die Beschichtung von Aluminium zum Schutz des Aluminiums vor der Plasmaeinwirkung bevorzugt wird. Das '356-Patent offenbart eine keramische Auskleidung aus Aluminium und ein keramisches Schild aus Aluminiumnitrid für die in CVD-Kammern verwendeten Sockel für die Wafer. Das US-Patent US 5 904 778 offenbart eine mittels CVD aufgebrachte Beschichtung aus SiC für freistehendes SiC, das als Wandung einer Kammer, als Abdeckung der Kammer oder als Manschette um den Wafer Verwendung findet. Das US- Patent US 5 292 399 offenbart einen Ring aus SiC, der den Sockel eines Wafers umgibt. Ein Verfahren für die Herstellung von gesintertem SiC wird durch das US-Patent US 5 182 059 offenbart.
Für die Komponenten von Plasmareaktoren wie Gasverteilungssysteme vom Duschkopftyp wurde für das Material des Duschkopfs eine Vielzahl von Vorschlägen gemacht. Beispielsweise offenbart das gemeinfreie US-Patent US 5 569 356 einen Duschkopf aus Silizium, Graphit oder Siliziumcarbid. Das US-Patent US 5 888 907 offenbart eine Elektrode in Form eines Duschkopfs aus amorphen Kohlenstoff, SiC oder Al. Die US-Patente US 5 006 220 und US 5 022 979 offenbaren eine Elektrode in Form eines Duschkopfs entweder vollständig aus SiC oder aus einer Basis aus Kohlenstoff, die mittels CVD mit einer Schicht aus SiC versehen ist, um eine Schicht aus hochreinem SiC als Oberflächenschicht zur Verfügung zu stellen.
Im Hinblick auf das Streben nach hoher Reinheit und Korrosionsresistenz der Komponenten für Einrichtungen zur Prozessierung von Halbleitern, besteht in diesem technischen Gebiet die Notwendigkeit, Materialien und/oder Beschichtungen für solche Komponenten zu verbessern. Im Hinblick auf die Kammermaterialien würde jedes Material, welches die Lebensspanne einer Plasmareaktionskammer verlängert, folglich die Stillstandszeit der Vorrichtung reduzieren und wäre vorteilhaft zur Erzielung einer Kostenreduktion bei der Prozessierung von Halbleiter-Wafern.
Aus der europäischen Forschung wurde die Druckschrift EP 0 469 469 veröffentlicht, die einen elastischen isolierenden Film auf einem Suszeptor offenbart, der die Umgebung eines Halbleiter-Wafers, der auf einem elastischen, isolierenden Film platziert ist, hermetisch abdichtet und die Zuführung eines Gases als Wärmeübergangsmedium in den Zwischenraum zwischen dem elastischen, isolierenden Film und der Unterseite des Halbleiter-Wafers, wobei eine Verringerung der Kühleffizienz vermieden werden kann.
Entsprechend führt die vorliegende Erfindung zu einer Elastomer verbundenen Baugruppe zur Verwendung in einer Plasmareaktionskammer in Übereinstimmung mit Anspruch 1.
Die Erfindung offenbart eine Elastomer verbundene Baugruppe für Bauteile in einer Plasmareaktionskammer zur Verwendung für die Prozessierung von Halbleitersubstraten. Die Bauteile umfassen die Komponenten des Substratträgers, des Gasverteilungssystems, der Innenverkleidung, der Elektroden, der Fenster, der temperaturgeregelten Oberflächen und dergleichen. Die Elastomerverbindung kann ein Polymermaterial umfassen, das kompatibel mit der Vakuumumgebung ist und welches widerstandsfähig gegen eine thermische Belastung bei Temperaturen von bis zu und einschließlich 200° C ist. Die Elastomerverbindung kann ein Polymermaterial umfassen und einen Füllstoff aus elektrischen und/oder thermisch leitfähigen Feststoffpartikeln. Das Polymermaterial kann Polyimid, Polyketon, Polyetherketon, Polyethersulfon, Polyethylenterephthalat, Fluoroethylenpropylen-Kopolymere, Zellulose, Triacetat oder Silikon umfassen. Der Füllstoff kann aus Metallpartikeln bestehen, beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung mit einem Gewichtsanteil von 5 bis 20 Gew.-% Silizium. Die Elastomerverbindung kann zwischen Verbindungsflächen angeordnet sein, die eine solche Umrissform aufweisen, dass ein Ineinandergreifen und/oder ein selbständiges Ausrichten ermöglicht werden.
Entsprechend einer ersten Ausgestaltung der Erfindung wird eine Elektrodenanordnung zur Verwendung in einer Plasmareaktionskammer für die Prozessierung von Halbleitersubstraten angegeben. Die Elektrodenanordnung umfasst ein Tragelement mit einer Verbindungsfläche, eine mit Hochfrequenz betriebene Elektrode und eine zwischenliegende Elastomerverbindung. Die Elektrode weist eine exponierte Oberfläche auf, die dem in der Reaktionskammer zu prozessierenden Halbleitersubstrat gegenüberliegt, und eine Verbindungsfläche an der äußeren Kante der Elektrode, die mit einer Verbindungsfläche des Tragelements über die Elastomerverbindung verbunden ist. Die Elastomerverbindung kompensiert thermische Spannungen und/oder thermische Gradienten, da diese es der Elektrode erlaubt, sich während eines Temperaturzyklus der Vorrichtung relativ zum Tragelement zu bewegen.
Entsprechend eines bevorzugten Ausführungsbeispiels umfasst die Elektrode eine duschkopfförmige Elektrode und die Elektrodenvorrichtung ist abnehmbar an einem temperaturgeregelten Bauteil befestigt, welches einen Durchgangskanal für Gas zur Zuführung von Prozessgas zur Rückseite der duschkopfförmigen Elektrode aufweist. Für diesen Fall kann das temperaturgeregelte Bauelement optional einen Hohlraum aufweisen sowie ein oder mehrere Prallplatten, die in dem Hohlraum untergebracht sind, wobei der Durchgangskanal für Gas dem Hohlraum Prozessgas zuführt, um dieses durch die Prallplatten und die Ausgänge der duschkopfförmigen Elektrode zuzuführen. Eine Ausnehmung kann in der Elektrode und/oder dem Tragelement angeordnet sein, um die Elastomerverbindung aufzunehmen und so eine Dichtung bereitzustellen, die vollständig um die Außenkante der Elektrode reicht. Die Elektrode kann eine kreisförmige Siliziumscheibe mit gleichmäßiger oder nicht gleichmäßiger Dicke umfassen und die Elastomerverbindung kann ein elektrisch leitbares Material mit einem elektrisch leitbaren Füllstoff, beispielsweise Metallpartikeln, umfassen. Der Füllstoff führt vorzugsweise zu einem direkten elektrischen Kontakt zwischen der Elektrode und dem Tragelement.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Figuren genauer beschrieben, wobei folgendes dargestellt ist:
1 zeigt eine seitliche Schnittansicht einer Anordnung einer duschkopfförmigen Elektrode für das Prozessieren eines einzelnen Wafers entsprechend dem Stand der Technik;
2 stellt eine seitliche Schnittansicht einer duschkopfförmigen Elektrodenanordnung entsprechend einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung dar; und
3 zeigt eine seitliche Schnittdarstellung eines Ausschnitts der in 2 gezeigten Anordnung.
Die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung überwindet die Nachteile der dem Stand der Technik entsprechenden Elektrodenanordnung, die in 1 dargestellt ist, indem Spannungen aufgrund unterschiedlicher thermischer Eigenschaften der Elektrode und des Tragelements abgefangen werden, wodurch die Lebensdauer der Elektrode verlängert wird, indem ferner die Elektrode höheren Temperaturen ausgesetzt werden kann, wodurch der Reaktor mit höherer Leistung betrieben werden kann, indem die Kosten für die Herstellung und den Zusammenbau der Elektrode erniedrigt werden und indem während des Betriebs des Reaktors eine verbesserte Ebenheit vom Zentrum bis zur äußeren Peripherie der Elektrode gegeben ist, wodurch eine gleichmäßige Plasmaprozessierung des Halbleitersubstrats ermöglicht wird. Das Plasmaprozessieren umfasst das Ätzen von Materialien wie Oxidschichten, das Abnehmen von Materialien wie einem Photoresist, die Abscheidung von Schichten wie SiO₂ und so weiter. Der Hauptvorteil der Erfindung ist jedoch darin zu sehen, dass Spannungen in der Elektrodenanordnung aufgrund abweichender thermischer Expansionskoeffizienten und/oder thermischer Gradienten der Bauteile der Elektrode verringert werden und der Plasmareaktor mit höherer Leistung betrieben werden kann.
Eine duschkopfförmige Elektrodenanordnung entsprechend der vorliegenden Erfindung umfasst eine Elektrode, ein Tragelement und eine Elastomerverbindung zur elastischen Verbindung einer Elektrode mit einem Tragelement. Folglich vermeidet die Erfindung die Verwendung einer Lötverbindung einer Elektrode mit einem Tragring, welche zu den voranstehend, im Hinblick auf die in 1 gezeigte Anordnung diskutierten Nachteile führen kann.
Da die Elektrodenanordnung ein Verschleißteil darstellt, welches regelmäßig zu ersetzen ist, wird die Elektrode bevorzugt mit einem Tragelement in der Form eines Rings verbunden, welcher mechanisch an einen feststehenden Teil des Reaktors angeklemmt werden kann. Beispielsweise kann der Ring der Elektrodenanordnung abnehmbar am temperaturgeregelten Bauteil befestigt werden, welches einen Gasdurchgangskanal zur Zuführung von Prozessgas (beispielsweise ein geeignetes Plasmaätzgas für das Ätzen von Siliziumdioxid oder anderen Materialschichten auf den Wafer) umfasst, welches dann in den Hohlraum übergeht, in dem sich Prallplatten befinden und dann über Auslässe aus der Elektrode austritt. Die Elektrodenanordnung kann, falls dies erwünscht ist, abweichend ausgebildet sein, wobei die Elektrode keine duschkopfförmige Elektrode ist und/oder das Tragelement nicht in der Form eines Rings ausgebildet ist. Beispielsweise kann die Elektrode eine duschkopfförmige Elektrode sein, die mit einer Stützplatte verbunden ist, welche Öffnungen zur Verteilung des Gases aufweist, welche in Verbindung mit entsprechenden Öffnungen in der Elektrode stehen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Elektrode mit einem Tragelement zu verbinden, welches in der Form einer Platte, eines Zylinders und von Vorsprüngen auf einem Grundkörper und dergleichen ausgebildet ist.
Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, ist das Tragelement in der Form eines Rings mit einem radial nach außen gerichteten Flansch an einer Kante ausgebildet, um die Elektrodenanordnung abnehmbar mit einem temperaturgeregelten Bauteil, das sich im Innern einer Plasmareaktionskammer, die für das Plasmaätzen einzelner Wafer verwendet wird, befindet, zu befestigen. Im zusammengesetzten Zustand können Kühlkanäle in der oberen Fläche des temperaturgeregelten Bauteils zur Wasserkühlung der Elektrodenanordnung verwendet werden.
Die Elektrode besteht bevorzugt aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie ebenes Silizium (beispielsweise einkristallines Silizium), Graphit oder Siliziumcarbid, wobei die Elektrodenscheibe eine gleichmäßige Stärke vom Zentrum bis zur Außenkante aufweist. Es können jedoch auch Elektroden mit nicht gleichförmiger Materialstärke, unterschiedlichen Materialien und/oder ohne Öffnung zur Verteilung des Prozessgases für eine erfindungsgemäße Elektrodenanordnung Verwendung finden. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird als Elektrode eine duschkopfförmige Elektrode verwendet, die eine Vielzahl von zueinander beabstandeter Durchgangslöcher für den Gasauslass aufweist, deren Größe und Verteilung für die Zufuhr von Prozessgas geeignet ist, dem durch die Elektrode Energie zugeführt wird und welches in der Reaktionskammer unterhalb der Elektrode ein Plasma ausbildet. Es kann jedoch jede Variante von Elektroden verwendet werden, welche für einen Plasmareaktor oder eine Vakuumumgebung geeignet sind. Diese können als Teil der Elektrodenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, dies schließt Sputterelektroden ein.
Die Elastomerverbindung kann jedes geeignete Elastomermaterial, beispielsweise ein Polymermaterial, umfassen, welches kompatibel mit der Vakuumumgebung ist und welches resistent gegen thermischen Materialverschleiß bei hohen Temperaturen wie beispielsweise oberhalb von 200° C ist. Das Elastomermaterial kann wahlweise einen Füllstoff aus elektrisch und/oder thermisch leitfähigen Partikeln oder einen anders gestalteten Füllstoff umfassen, beispielsweise ein Drahtgitter, einen gewebten oder ungewebten leitfähigen Stoff und so weiter. Polymermaterialien, die in einer Plasmaumgebung oberhalb 160° C verwendet werden können, umfassen Polyimid, Polyketon, Polyetherketon, Polyethersulfon, Polyethylen, Polyethylenterephthalat, Fluoroethylenpropylen-Kopolymere, Zellulose, Triacetat, Silikon und Gummi. Beispiele für Elastomermaterialien hoher Reinheit umfassen Einkomponentenkleber, die bei Raumtemperatur fest werden, und die von General Electric als RN 133 und RTV 167 bezogen werden können, einkomponentige, flüssige, bei Hitze aushärtende (beispielsweise über 100° C) Kleber, die von General Electric als TSE 3221 bezogen werden können, und zweikomponentige Elastomere mit zugefügtem Härter, die von Dow Corning als „SILASTIC" zu beziehen sind. Ein besonders bevorzugtes Elastomer ist die Polydimethylsiloxan, welches ein mit Hilfe eines Katalysators ausgehärtetes Elastomer umfasst, beispielsweise ein Pt-ausgehärtetes Elastomer, das von Rhodia als V217 zu beziehen ist, dies ist ein Elastomer, welches bei Temperaturen oberhalb von 250° C oder höher stabil ist.
Für den Fall, dass das Elastomer ein elektrisch leitfähiges Elastomer ist, kann das elektrisch leitfähige Füllmaterial Partikel eines elektrisch leitfähigen Metalls oder einer Metallverbindung umfassen. Ein bevorzugtes Metall für die Verwendung im Arbeitsraum einer Plasmakammer, für die jegliche Verschmutzung zu vermeiden ist, ist eine Aluminiumlegierung, wie beispielsweise ein 5–20 Gew.-% Silizium umfassende aluminiumbasierte Legierung. Beispielsweise kann die Aluminiumlegierung ungefähr 15 Gew.-% Silizium umfassen.
Um innerhalb der elastischen Grenzen der schlussendlich ausgebildeten Verbindung zu bleiben, ist es vorteilhaft, ein oder mehrere Ausnehmungen in wenigstens einem der Bauteile, die miteinander zu verbinden sind, auszubilden. Folglich kann eine zu dünn ausgebildete Verbindung während des Temperaturzyklus reißen, wobei eine zu dick ausgebildete Verbindung den Übertrag elektrischer Leistung und/oder die thermische Kopplung zwischen den zu verbindenden Teilen negativ beeinflussen kann. Im Falle des Verbindens einer Siliziumelektrode mit einem Tragring aus Graphit wird eine Ausnehmung im Graphitring vorgesehen, mit dem Zweck, eine Lage eines Elastomers zwischen der Elektrode und dem Tragring aufrechtzuerhalten, die dünn genug ist, um eine adäquate elektrische Kopplung zu bewirken, und die gleichzeitig dick genug ist, um ein unterschiedliches thermisches Verhalten der Elektrode und des Tragrings auszugleichen. Beispielsweise kann für den Fall eines thermisch leitfähigen Elastomers mit einem Füllstoffanteil von ungefähr 45 bis 55 Volumenprozent und einer durchschnittlichen Größe der Füllstoffpartikel von 0,7 bis 2 μm die Ausnehmung eine Tiefe von ungefähr 50 μm (2 mils) aufweisen. In den Kontaktbereichen, die die Eintiefung umgeben, ist das Elastomer dünn genug, um eine höhere elektrische Leitfähigkeit im Vergleich zu einem Festkörper-Elastomer aufzuweisen, da einzelne Partikel eine Verbindung zwischen den einander gegenüberliegenden Kontaktflächen bewirken. Zusätzlich erlaubt die Verbindung von Partikeln geeignet gewählter Größe mit einer geeigneten Tiefe für die Ausnehmung den Durchtritt eines hochfrequenten Stroms durch das Verbindungsteil. Wenn der Anteil des Füllstoffs auf oberhalb 65 bis 70 Volumenprozent zur Erzielung eines besseren Gleichstromdurchgangs durch das Verbindungselement erhöht wird, kann ein solchermaßen hoher Füllstoffgehalt die Elastizität des Verbindungselements negativ beeinflussen. Es ist jedoch nicht notwendig, ein elektrisch und/oder thermisch leitfähiges Elastomer zu verwenden, da eine hinreichende Hochfrequenzleistung aufgrund der kapazitiven Kopplung zwischen der Elektrode und dem Tragelement durch einen dünnen Bereich der Elastomerverbindung zur Elektrode zugeführt werden kann. Ein solch dünnes Verbindungselement führt zu einer angemessenen thermischen Leitfähigkeit zwischen der Elektrode und dem Tragelement.
Die miteinander zu verbindenden Flächen der Elektrode und des Tragelements können eben oder nicht eben sein. Beispielsweise kann eine der zu verbindenden Flächen eben sein und die andere kann eine Ausnehmung aufweisen, um das voranstehend beschriebene Verbindungsmaterial aufzunehmen. Alternativ können die zu verbindenden Oberflächen mit einer solchen Kontur ausgebildet werden, dass ein Ineinandergreifen und/oder eine selbstzentrierende Anordnung entsteht. Um die Adhäsionsfähigkeit des Materials für die Elastomerverbindung zu verbessern, werden die miteinander zu verbindenden Oberflächen vorzugsweise mit einer geeigneten Haftvermittlungsschicht beschichtet. Ist das Material der Verbindung das voranstehend beschriebene V217-Material, kann als Haftvermittler ein Siloxan in einem fetthaltigen Lösungsmittel wie beispielsweise VI-SIL V-06C von Rhodia verwendet werden.
Die Haftvermittlungsschicht kann als dünne Beschichtung durch ein hierfür geeignetes Verfahren, wie beispielsweise durch Aufstreichen, durch Pinselauftrag, durch Sprayen usw., aufgebracht werden, um Haftstellen auf den zu verbindenden Oberflächen für das später aufgebrachte Verbindungsmaterial herzustellen. Falls der Haftvermittler ein Lösungsmittel umfasst, kann ein Auftragen des Haftvermittlers durch Aufstreichen die Bindung durch eine Reinigung der zu verbindenden Flächen verbessern. Ein Haftvermittler, der Siloxan umfasst, reagiert mit Luft und erzeugt Si-Bindungsstellen, wenn unter Luftatmosphäre bei Raumtemperatur ein Aushärten erfolgt. Solche Haftvermittler führen zu einem sichtbaren Hinweis auf die Anzahl der Verbindungsstellen, wobei ein im Übermaß aufgebrachter Haftvermittler puderartig erscheint. Obwohl die Verwendung eines Haftvermittlers eine einfache und effiziente Technik zur Vorbereitung der zu verbindenden Flächen ist, können weitere Verfahren der Vorbehandlung verwendet werden, beispielsweise die Behandlung der Oberflächen in einem Sauerstoffplasma.
Um eine Elastomerverbindung hoher Qualität zu erzeugen, ist es wünschenswert, dass Elastomerverbindungsmaterial vor dessen Aufbringung auf die zu verbringenden Flächen zu verdichten. Beispielsweise kann das Elastomerverbindungsmaterial Schwingungen in einer Vakuumumgebung bei Raumtemperatur oder bei erhöhter Temperatur ausgesetzt werden. Ein Vakuumdruck unterhalb 133,3 Pa (1 Torr) und vorzugsweise unterhalb 66,65 Pa (500 mTorr) kann zur Ausgasung des Verbindungsmaterials verwendet werden. Das Vakuum kann pulsierend ausgebildet werden, in dem einmal oder mehrfach während der Verdichtungsbehandlung eine Ventilation vorgenommen wird, um das Aufbrechen von durch das Vakuum erzeugten Blasen zu bewirken. Beispielsweise kann ein Vakuum von ungefähr 26,66 Pa (200 mTorr) während einer Zeitdauer von 30 Minuten 4 oder 5 mal pulsiert werden. Die Anwesenheit des Füllstoffs im Elastomer-Verbindungsmaterial unterstützt darüber hinaus das Aufbrechen der im Vakuum gebildeten Blasen. Ohne eine Anregung oder Pulsierung des Vakuums dehnt sich das Elastomer-Verbindungsmaterial auf das Zehnfache des Ausgangsvolumens aus, wodurch Probleme betreffend das Aufbewahren und die Reinheit des Materials entstehen, welche wiederum die Schaffung von neuen Lufteinschlüssen im Material bewirken können. Solche Gaseinschlüsse können beim Aushärten des Verbindungsmaterials Blasen ausbilden und so zu einer Verschlechterung des schlussendlich ausgebildeten Verbindungselements führen.
Das Abdecken der miteinander zu verbindenden Oberflächen mittels Masken führt zu einem geeigneten Schutz der umgebenden Flächen und zu einer Entfernung von überschüssigen Verbindungsmaterialien nachdem das Verbindungselement ausgebildet ist. Als hochreine Materialien für die Verwendung als Komponenten in Plasmareaktoren können Polyester und/oder Polyimidmaterialien wie beispielsweise MYLAR- und KAPTON-Klebebänder mit Silizium-Graphit kompatiblen Klebern verwendet werden. Im Falle einer duschkopfförmigen Elektrode aus Silizium ist es wünschenswert, die Gasauslässe der Elektrode mit einem MYLAR-Band abzudecken und die Außenkante der Elektrode mit einem Streifen eines KAPTON-Bands zu bedecken. Im Falle eines Tragrings aus Graphit können die äußeren und die inneren Kanten mit einem Streifen eines KAPTON-Bands abgedeckt werden. Um das Entfernen von überschüssigem Verbindungsmaterial nach der Ausbildung des Verbindungselements zu unterstützen, ist es nützlich, einen Haftvermittler auf das Maskenmaterial aufzubringen, um das Anhaften des Elastomerverbindungsmaterials hieran zu verbessern. Hierdurch wird durch die Entfernung des Maskenmaterials von den miteinander verbundenen Bauteilen das überschüssige, am Maskenmaterial anhaftende Verbindungsmaterial ebenfalls entfernt.
Das Elastomer-Verbindungsmaterial kann an eine oder beide der zu verbindenden Oberflächen aufgebracht werden. Im Fall einer Siliziumelektrode und eines Tragrings aus Graphit, ist es wünschenswert, das Verbindungsmaterial auf dem Tragring aus Graphit aufzubringen, da dieser eine höhere Porosität aufweist. Beispielsweise kann ein Bett des Verbindungsmaterials in eine Eintiefung eingebracht werden, welche vollständig um den Tragring umläuft. Die Menge des Verbindungsmaterials übersteigt vorzugsweise das Volumen des später ausgebildeten Verbindungselements. Beispielsweise kann das Verbindungsmaterial in einer Menge aufgebracht werden, die dem Fünffachen der für das Verbindungselement benötigten Menge entspricht.
Nachdem das Verbindungsmaterial an wenigstens einer der zu verbindenden Flächen angebracht ist, kann das Verbindungsmaterial einem Verdichtungsschritt unterzogen werden. Beispielsweise kann der Graphitring mit dem hierauf aufgebrachten Verbindungsmaterial wie voranstehend beschrieben in ein Vakuum eingeführt werden, um Gasblasen, die während des Verfahrensschritts der Aufbringung des Verbindungsmaterials eingeführt wurden, zu entfernen.
Nachdem das Verbindungsmaterial an wenigstens einer der zu verbindenden Flächen aufgebracht ist, können die Bauteile zusammengeführt werden, beispielsweise indem die zu verbindenden Oberflächen aufeinander gepresst werden. Für den Fall der voranstehend beschriebenen Elektrode und des Tragrings kann die Elektrode in einer Halterung befestigt werden und Plastikstifte der Halterung können dazu verwendet werden, den Tragring zu einem präzisen Kontakt mit der Elektrode zu führen. Anfangs kann ein leichter Druck, beispielsweise ein Druck der durch die Hand aufgebracht wird, dazu verwendet werden, das Elastomer in der herzustellenden Verbindung zu verteilen. Nachdem das Elastomer verteilt ist, kann eine statische Belastung, beispielsweise durch ein Gewicht von 13,608 kg (30 pound), auf die Elektrode während des Aushärtens der Verbindung einwirken.
Das Aushärten der Verbindung kann bei Raumtemperatur oder bei einer erhöhten Temperatur in einer Normalatmosphäre oder unter einer Schutzgasatmosphäre vorgenommen werden. Beispielsweise kann die Anordnung in einen Konvektionsofen eingebracht werden und bei einer niedrigen Temperatur erwärmt werden, um das Aushärten der Verbindung ohne die Erzeugung von thermischen Spannungen in den zu verbindenden Bauteilen zu beschleunigen. Für den Fall der voranstehend beschriebenen Elektrode und des Tragrings ist es wünschenswert, eine Temperatur unterhalb von 60° C, beispielsweise 45 bis 50° C, für eine geeignete Zeitdauer, beispielsweise 3 bis 5 Stunden, aufrechtzuerhalten.
Nachdem die Verbindung zur Ausbildung eines Elastomerverbindungselements ausgehärtet ist, wird die Anordnung gekühlt und das Maskenmaterial wird entfernt. Weiterhin können zusätzliche Reinigungs- und/oder weitere Herstellungsschritte, wie beispielsweise ein Ausgasen in einem Vakuumofen, ausgeführt werden, in Abhängigkeit der Anforderungen beim Betrieb der Vorrichtung.
2 zeigt eine duschkopfförmige Elektrodenanordnung 40 in Übereinstimmung mit der Erfindung. Die Elektrodenanordnung 40 umfasst eine Elektrode 42 und einen elektrisch leitfähiger Tragring 44. Die Elektrodenanordnung kann anstelle der in 1 gezeigten Elektrodenanordnung verwendet werden, welche eine Elektrode 10 und einen Tragring 12 umfasst.
Die Elektrode 40 unterscheidet sich von der In-verbundenen Anordnung gemäß der Darstellung in 1 dadurch, dass die Elektrode 42 durch eine Elastomerverbindung 46 die, wie in 3 dargestellt, in einer Ausnehmung 48 untergebracht ist, mit dem Tragring verbunden ist.
In Übereinstimmung mit einer Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die Eintiefung 48 an einem Stück um den Tragring 44 zwischen einer nicht gezeigten Innenwandung und einer Außenwandung 50 des Tragrings 44. Jede Wandung 50 kann so dünn wie möglich sein, beispielsweise mit einer Breite von ungefähr 30 mils, wodurch es dem Elastomer erlaubt wird, eine dünne Schicht auszubilden (beispielsweise mit einer Schichtstärke von ungefähr 2 μm für den Fall eines Elastomers umfassend einen Füllstoff mit einer Größe von 0,7 bis 2 μm) in jenem Bereich, in dem ein Kontakt mit jeder Wandung 50 besteht und eine dicke Schicht (beispielsweise ungefähr 98,4 μm (0,0025 Inch)) in einer Ausnehmung 48. Die Ausnehmung, die durch die Wandungen gebildet wird, kann extrem flach ausgebildet sein, beispielsweise ungefähr 50,8 μm (2 mils), was zu einer sehr dünnen Elastomerverbindung führt, die eine genügend hohe Haltekraft zur Verbindung der Elektrode mit dem Tragring aufweist und gleichzeitig eine Bewegung der Elektrode relativ zum Tragring während des Temperaturzyklusses der Elektrodenanordnung erlaubt. Außerdem schützen die Wandungen der Ausnehmung die Elastomerverbindung gegen die Einwirkung der Plasmatmosphäre im Reaktor.
Die Maße der Elektrodenanordnung können entsprechend angepasst werden, um den Anforderungen an die beabsichtigte Verwendung der Elektrodenanordnung zu genügen. Wird beispielsweise die Elektrode zur Prozessierung eines 203,2 mm (8 Inch) Wafers verwendet, kann die Elektrode einen Durchmesser von etwas weniger als 228,6 mm (9 Inch) aufweisen und der Tragring kann eine Breite an der Übergangsfläche zwischen der Elektrode und dem Tragring von etwas weniger als 12,7 mm (0,5 Inch) aufweisen. Beispielsweise kann der Tragring an der Übergangsfläche einen Innendurchmesser von 203,2 mm (8 Inch) aufweisen und einen Außendurchmesser an der Übergangsfläche von 223,5 mm (8,8 Inch). Für diesen Fall kann die Übergangsfläche zwischen der Elektrode um dem Tragring eine Breite von ungefähr 10,16 mm (0,4 Inch) aufweisen und die Ausnehmung kann eine Breite von 8,636 mm (0,34 Inch) aufweisen, wenn die Wandungen eine Breite von 0,762 mm (0,030 Inch) haben.
Während ein spezifisches Beispiel für das Verbindungselement beschrieben wurde, können andere Elastomerverbindungen, die unter den Schutzbereich der durch Anspruch 1 definierte Erfindung fallen, verwendet werden, um die Elektrode an einem Tragelement in der Form eines Tragrings oder in einer anderen Ausbildung zu befestigen, vorausgesetzt, dass die Verbindung eine hinreichende Festigkeit bei erhöhten Temperaturen und gegenüber den Plasmabedingungen, die in einem Plasmareaktor auftreten, hat. Die Elastomerverbindung ist vorzugsweise vakuumkompatibel und hat eine hinreichende Festigkeit, Druckfestigkeit, Elastizität, Widerstandskraft gegen thermische Ermüdung, thermische Leitfähigkeit und/oder elektrische Leitfähigkeit. Für den Fall, dass als Elektrode eine duschkopfförmige Elektrode verwendet wird, muss die Elastomerverbindung in der Lage sein, das Gewicht der Elektrode aufzunehmen und dem Gasdruck des über die duschkopfförmige Elektrode zugeführten Prozessgases zu widerstehen.
Gemäß der Erfindung führt die Verwendung eines Elastomermaterials zur Befestigung einer Elektrode an einem Tragring im Vergleich zu mittels Indium verbundenen Elektroden zu Vorteilen im Hinblick auf die verringerte Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls der Elektrode, die reduzierte Wahrscheinlichkeit eines Ablösens der Elektrode vom Tragring aufgrund thermischer Ermüdung, die reduzierte Verformung und folglich eines besseren thermischen Kontakts zwischen dem Tragring und dem temperaturgeregelten Bauteil während eines Temperaturzyklus der Elektrodenanordnung, die verbesserte Zuführung elektrischer Leistung zur Elektrode durch das Aufrechterhalten einer guten kapazitiven Kopplung bzw. eines guten elektrischen Kontakts zwischen der Elektrode und dem Tragring, die reduzierte Verschmutzung der Kammer durch Partikel und Verunreinigungen und/oder die erhöhte Leistungsfähigkeit aufgrund der Eigenschaft der Elektrodenanordnung, höheren Temperaturen zu widerstehen.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist geeignet für die Prozessierung von Wafern, beispielsweise durch Plasmaätzen, Schichtabscheiden usw. jeweils für das Prozessieren von mehreren oder einzelnen Wafern. Beispielsweise kann die Vorrichtung für das Ätzen oder die Schichtabscheidung von BPSG, Oxiden wie thermisches Siliziumdioxid oder pyrolytischer Oxide und Photoresistmaterialien verwendet werden. Die Vorrichtung kann ein erwünschte Kontaktprofile im Submikronbereich aufrechterhalten sowie erwünschte CDs und eine geringe Teilchenkontamination. Im Hinblick auf das Ätzen von BPSG können Ätzraten von ungefähr 8000 A/min erzielt werden und die Gleichmäßigkeit der Ätzung kann bei ungefähr 4 % für eine Lebensdauer der Elektrode von mehr als 30000 Minuten Hochfrequenzanwendung aufrechterhalten werden, wobei Elektrodenanordnungen mit einer In-Verbindung eines Austausches nach weniger als 2400 Minuten Hochfrequenzanwendung bedürfen. Eine Ätzrate für Photoresist von ungefähr 800 A/min kann aufrechterhalten werden und für Siliziumdioxid eine Ätzrate von ungefähr 6000 A/min. Im Hinblick auf CD-Linienmessungen und Messungen mit einem Rasterelektronenmikroskop von Wafern, die für 200 Sekunden zur Herstellung von Via-Löchern in Siliziumdioxid geätzt wurden, können zu einem CD im Zentrum und an den Kanten von weniger als 0,02 μm führen.

Claims

Eine durch ein Elastomer verbundene Baugruppe einer Plasmareaktionskammer, die beim Behandeln von Halbleitersubstraten verwendet wird, umfassend: ein erstes Teil (42), welches eine Verbindungsoberfläche aufweist; ein zweites Teil (44), welches eine Verbindungsoberfläche aufweist, die an der Verbindungsoberfläche des ersten Teils (42) angreift; und eine Elastomerverbindung (46) zwischen dem ersten Teil (42) und dem zweiten Teil (44), wobei die Elastomerverbindung (46) das erste Teil (42) elastisch an dem zweiten Teil (44) anschließt, so dass sie eine Bewegung zwischen dem ersten Teil (42) und dem zweiten Teil (44) während Temperaturwechseln derselben ermöglicht; wobei die genannte Elastomerverbindung in einer Aussparung (48) in dem ersten Teil (42) angeordnet ist, die durch eine Wand (50) gebildet wird, welche die Elastomerverbindung (46) vor Angriffen durch die Plasmaumgebung in der Plasmareaktionskammer schützt.
Die mit einem Elastomer verbundene Baugruppe aus Anspruch 1, wobei die Aussparung (48) sich zwischen einer inneren Wand und der äußeren Wand (50) erstreckt.
Die durch ein Elastomer verbundene Baugruppe aus Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Elastomerverbindung (46) einen Polymerwerkstoff umfasst, der mit einer Vakuumumgebung kompatibel ist und gegenüber einem thermischen Abbau resistent ist bis zu Temperaturen von und umfassend 200° C, wobei der Polymerwerkstoff Polyimid, Polyketon, Polyetherketon, Polyethersulfon, Polyethylen-20-Terephthalat, Fluorethylen-Propylen-Copolymere, Zellulose, Triacetate oder Silikon umfasst.
Die durch ein Elastomer verbundene Baugruppe aus einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elastomerverbindung (46) einen Füllstoff aus elektrisch und/oder thermisch leitenden Teilchen umfasst.
Die durch ein Elastomer verbundene Baugruppe aus einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elastomerverbindung (46) einen Füllstoff aus einem Drahtnetz, gewebtem oder gewirktem Stoff umfasst.
Die durch ein Elastomer verbundene Baugruppe aus einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elastomerverbindung (46) einen Füllstoff aus Metallteilchen umfasst.
Die durch ein Elastomer verbundene Baugruppe aus Anspruch 6, wobei die Metallteilchen Aluminium oder eine Aluminiumlegierung umfassen.
Die durch ein Elastomer verbundene Baugruppe aus Anspruch 7, wobei der metallische Füllstoff eine Aluminiumsiliziumlegierung umfasst.
Die durch ein Elastomer verbundene Baugruppe aus Anspruch 8, wobei die Aluminiumsiliziumlegierung 5 bis 20 Gew.-% Silizium umfasst.
Die durch ein Elastomer verbundene Baugruppe aus einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elastomerverbindung einen Füllstoff umfasst, der eine Teilchengröße von 0,7 bis 2 Mikrometer aufweist.
Die durch ein Elastomer verbundene Baugruppe aus einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elastomerverbindung (46) einen elektrisch und/oder thermisch leitenden Füllstoff in einer Menge von 45 bis 55 Vol.-% umfasst.
Die durch ein Elastomer verbundene Baugruppe aus einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elastomerverbindung (46) zwischen zusammenpassenden Oberflächen des ersten und zweiten Teils (42, 44) vorgesehen ist.
Die durch ein Elastomer verbundene Baugruppe aus Anspruch 12, wobei die zusammenpassenden Oberflächen derart konturiert sind, dass sie eine gegenseitig verriegelnde und/oder selbstausrichtende Anordnung zur Verfügung stellen.
Die durch ein Elastomer verbundene Baugruppe aus einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Teil (42) entfernbar an ein temperaturgeregeltes Element in einem Innenraum einer Plasmareaktionskammer angeschlossen ist.
Die durch ein Elastomer verbundene Baugruppe aus einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Teil (44) eine Brausekopfelektrode umfasst.
Die durch ein Elastomer verbundene Baugruppe aus einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elastomerverbindung (46) einen thermisch leitenden Elastomerwerkstoff in einer Schnittstelle zwischen dem ersten Teil (42) und dem zweiten Teil (44) umfasst, wobei der Elastomerwerkstoff einen elektrisch leitenden Füllstoff umfasst, der einen thermisch leitenden Weg zwischen dem ersten Teil (42) und dem zweiten Teil (44) zur Verfügung stellt.
Die durch ein Elastomer verbundene Baugruppe aus Anspruch 16, wobei eine Aussparung (48) in der Schnittstelle vorgesehen ist, und der Füllstoff elektrisch und/oder thermisch leitende Teilchen umfasst, wobei die Teilchen eine mittlere Größe aufweisen, die wenigstens fünfmal kleiner ist als die Tiefe der Aussparung in der Schnittstelle.
Die durch ein Elastomer verbundene Baugruppe aus einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Teil (42) eine Elektrode umfasst, und das zweite Teil (44) ein Tragelement umfasst.