Titel

Schutzelement und Plasmaätzkammer mit einem Schutzelement

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Schutzelement für eine Durchgangsöffnung an einer Plasmabearbeitungskammer, insbesondere einer Plasmaätzkammer, das eine besonders hohe Standzeit bzw. eine besonders hohe Haftfähigkeit für beim Bearbeitungsprozess in der Plasmaätzkammer entstehende und sich am Schutzelement niederschlagende Polymere aufweist. Ferner betrifft die Erfindung eine Plasmaätzkammer einem erfindungsgemäß ausgebildeten Schutzelement.

Stand der Technik

Aus der US 2005/0145176 A1 ist eine Plasmabearbeitungskammer in Form einer Plasmabeschichtungskammer mit einem Schutzelement bekannt, das gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgebildet ist. Das in einer Durchgangsöffnung für Wafer oder ähnliche Bauteile der Plasmabeschichtungskammer einsetzbare Schutzelement deckt die den Querschnitt begrenzenden Wände der schlitz- bzw. rechteckförmigen Durchgangsöffnung an der Wand der Plasmabeschichtungskammer vollständig ab. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass der Querschnitt des Schutzelements rahmenförmig ausgebildet ist. Weiterhin ist es in der genannten Schrift bekannt, die der der Durchgangsöffnung abgewandte Außenseite des Schutzelements mit Siliziumkarbid in einem CVD-Verfahren zu beschichten.

Beim Bearbeiten von Bauteilen in der Plasmabearbeitungskammer werden die Bauteile durch die Durchgangsöffnung der Plasmabearbeitungskammer und das Schutzelement hindurch mittels einer Handlingseinrichtung zunächst in das Innere der Plasmabearbeitungskammer eingeführt, und nach der Bearbeitung wieder aus der Plasmabearbeitungskammer entnommen.

Typischerweise erfolgt beim Ätzen von Bauteilen in einer als Plasmaätzkammer ausgebildeten Plasmabearbeitungskammer gleichzeitig ein Anhaften von durch den Ätzprozess entstehenden Polymeren im Bereich des Innenraums der Plasmaätzkammer und insbesondere auch im Bereich der Durchgangsöffnung. Dies führt dazu, dass im Bereich der Durchgangsöffnung anhaftende Polymere infolge Schwerkraft unkontrolliert abfallen können und Bauteile, die sich gerade im Bereich der Durchgangsöffnung befinden, beschädigen oder vorschädigen. Daher ist es in der Praxis üblich, den Bereich der Durchgangsöffnung nach einer gewissen Standzeit bzw. nach dem Durchführen einer bestimmten Anzahl von Beschichtungsvorgängen zu reinigen. Dies erfordert einen relativ hohen Zeitaufwand und hat daher auch relativ hohe Stillstandzeiten der Anlage mit entsprechend hohen Kosten zur Folge.

Weiterhin ist es aus der US 7,220,497 B2 bekannt, Halbleitermaterialien mittels einer Yttriumoxid-Beschichtung unempfindlicher zu machen. Das Aufbringen derartiger Beschichtungen auf das eingangs erwähnte Schutzelement ist jedoch in der Praxis insofern schwierig, als dass der geschlossene Querschnitt des aufgrund der schlitzförmigen Öffnung eine relativ geringe Höhe aufweisenden Schutzelements die Zugänglichkeit zur Innenseite des Schutzelements erschwert und somit der Beschichtungsvorgang, wenn überhaupt, nur mit relativ hohem Aufwand bzw. mit relativ geringer Qualität durchführbar ist.

Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Schutzelement für eine Durchgangsöffnung an einer Plasmabearbeitungskammer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es auf überraschend einfache Art und Weise eine relativ einfache und qualitativ hochwertige Bearbeitung der Innenwand des Schutzelements ermöglicht, um dadurch das Anhaften von Polymeren, die während des Betriebs der als Plasmaätzkammer ausgebildeten Plasmabearbeitungskammer entstehen, zu erleichtern und dadurch zu verhindern, dass Polymerpartikel schnell bzw. bereits beim Vorhandensein geringer Mengen (unkontrolliert) vom Schutzelement abfallen.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, entweder durch eine geometrische Gestaltung des Schutzelements, bei der die Innenwand des Schutzelements besonders gut zugänglich ist, oder aber alternativ durch eine bestimmte Fertigungsreihenfolge des Schutzelements, bei der in einem unverformten Zustand einer Abwicklung des Schutzelements dieses an der (späteren) Innenwand gut zugänglich ist, in Kombination mit einer die Rauheit erhöhenden Oberflächenbearbeitung der Innenwand bzw. alternativ einer Beschichtung der Innenwand zur Erhöhung der Haftfähigkeit für Polymere die Standzeit des Schutzelements zu verlängern.

Vor dem Hintergrund der obigen Erläuterungen ist es daher bei einem erfindungsgemäßen Schutzelement für eine Durchgangsöffnung an einer Plasmabearbeitungskammer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen, dass das Schutzelement in einer Plasmaätzkammer angeordnet ist und entweder 1-teilig ausgebildet ist, wobei es weiterhin dazu ausgebildet ist, lediglich einen Teil der die Durchgangsöffnung begrenzenden Wände abzudecken, und wobei der Querschnitt des Schutzelements auf der einer Innenwand des ersten Abschnitts des Schutzelements zugewandten Seite eine Öffnung, insbesondere einen Schlitz aufweist, oder dass das Schutzelement wenigstens 2-teilig mit einem Zusatzelement ausgebildet ist und einen geschlossenen Querschnitt aufweist, wobei das Zusatzelement auf der einer Innenwand des ersten Abschnitts des Schutzelements zugewandten Seite eine Öffnung, insbesondere einen Schlitz überdeckt, und dass zumindest die Innenwand des Schutzelements entweder mit einer Beschichtung zur Erhöhung einer Polymerhaftung versehen ist, oder dass die Innenwand zur Erhöhung ihrer Rauheit bearbeitet ist, oder dass alternativ das Schutzelement aus einer aus einem Blechzuschnitt bestehenden Abwicklung ausgebildet ist, die im umgeformten Zustand vorzugsweise einen geschlossenen Querschnitt ausbildet, wobei der Blechzuschnitt im unverformten oder noch nicht vollständig verformten Zustand im Bereich einer Innenwand entweder mit einer Beschichtung zur Erhöhung einer Polymerhaftung versehen oder zur Erhöhung ihrer Rauheit bearbeitet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Schutzelements für eine Durchgangsöffnung an einer als Plasmaätzkammer ausgebildeten Plasmabearbeitungskammer sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Hinsichtlich der geometrischen Gestaltung des Schutzelements gibt es mehrere bevorzugte Ausgestaltungen. In einer ersten bevorzugten Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass bei einer 1-teiligen Ausbildung des Schutzelements das Schutzelement zwei gegenüberliegend angeordnete Randabschnitte zur Abdeckung von vertikal verlaufenden Seitenwänden der Durchgangsöffnung aufweist. Derartige vertikal verlaufende Abdeckabschnitte haben den Vorteil, dass damit die Positionierung des ersten Abschnitts des Schutzelements an der Oberseite des Querschnitts der Durchgangsöffnung besonders einfach und positionsgenau durchführbar ist.

Alternativ ist es auch möglich, dass bei einer wenigstens 2-teiligen Ausbildung des Schutzelements die Elemente des Schutzelements halbschalenförmig ausgebildet sind und vorzugsweise eine Trennebene aufweisen, die parallel zur Innenwand verläuft.

Bevorzugt ist es darüber hinaus, wenn im Falle einer Beschichtung diese aus einem Grundmaterial aus Yttrium oder Zirkonium gebildet ist.

Hinsichtlich der Bearbeitung zur Erhöhung der Rauheit bzw. zur Ausbildung einer relativ rauen Oberfläche an der Innenwand ist es vorgesehen, dass durch eine spanende oder auf sonstige, aus dem Stand der Technik bekannte Art und Weise durchgeführte Oberflächenbearbeitung die Oberfläche der Innenwand des Schutzelements nach der Oberflächenbearbeitung Vertiefungen mit einer Tiefe zwischen 3pm und 5pm aufweist. Bevorzugt ist es darüber hinaus vorgesehen, dass das Schutzelement aus einem Blechzuschnitt aus Aluminium bzw. aus einer Aluminiumlegierung ausgebildet ist.

Weiterhin umfasst die Erfindung auch eine Plasmaätzkammer mit einer Außenwand und einer Innenwand, zwischen denen eine schlitz- bzw. rechteckförmige Durchgangsöffnung zum Zu- und Abtransport von in der Plasmaätzkammer zu bearbeitenden Bauteilen, insbesondere von Wafern, ausgebildet ist, wobei in der Durchgangsöffnung ein erfindungsgemäß ausgebildetes Schutzelement angeordnet ist.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Plasmaätzkammer, die einen besonders einfachen Austausch des Schutzelements ermöglicht, ist es vorgesehen, dass das Schutzelement durch eine Klemmverbindung in der Durchgangsöffnung fixiert aufgenommen ist.

Um die gesamte Tiefe der Wand der Plasmaätzkammer im Bereich der Durchgangsöffnung durch das Schutzelement zu schützen, ist es darüber hinaus von besonderem Vorteil, wenn das Schutzelement mit seinen beiden Stirnseiten der Form der Innenwand und der Außenwand derart angepasst ist, dass die beiden Stirnseiten entweder bündig mit der Innenwand und/oder der Außenwand abschließen oder die Innenwand und/oder der Außenwand überragen.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung, die den Ein- bzw. Ausbau des Schutzelements vereinfacht, sieht vor, dass das Schutzelement in einem Einsatzrahmen aufgenommen ist, der die Durchgangsöffnung ausbildet und der mit der Plasmaätzkammer verbindbar ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Fig. 1 zeigt in einer vereinfachten Draufsicht eine Anlage zur Durchführung von Prozessschritten an Halbleiterprodukten, insbesondere von Wafern, in einer vereinfachten Draufsicht,

Fig. 2 einen in einer Wand einer Plasmaätzkammer einsetzbaren Einsatzrahmen mit darin angeordnetem Schutzelement in einer ersten Ausführungsform des Schutzelements,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Schutzelements gemäß Fig. 2,

Fig. 4 das erste Schutzelement gemäß der Fig. 2 und 3 in einer stirnseitigen

Vorderansicht in Zusammenhang mit einem plattenförmigen zweiten Schutzelement,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung des zweiten Schutzelements gemäß der Fig. 4 und

Fig. 6 und

Fig. 7 perspektivische Darstellungen von Teilbereichen von modifizierten Schutzelementen.

Ausführungsformen der Erfindung

Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

In der Fig. 1 ist stark vereinfacht eine Anlage 100 zur Durchführung unterschiedlicher Prozess- bzw. Bearbeitungsschritte an Halbleitererzeugnissen, insbesondere Wafern W dargestellt. Die Anlage 100 umfasst eine zentral angeordnete, ringförmige Verteilstation 101 mit einer oder mehreren Handlings- Einrichtungen 102 zum Zuführen bzw. Abführen von Wafern Wzu einzelnen, am äußeren Umfang der Verteilstation 101 angeordneten Bearbeitungsstationen 105a bis 105f. Weiterhin wirkt die Verteilstation 101 mit einer Fördereinrichtung 107 zusammen, aus der zunächst unbehandelte Wafer W mittels der Handlings- Einrichtung 102 entnommen werden und nach der Durchführung der Prozessschritte wieder der Fördereinrichtung 107 zugeführt werden.

An Verteilstation 101 weist beispielhaft eine im Querschnitt bzw. in Draufsicht ringförmige Begrenzungswand 110 auf, die eine im Querschnitt runde Innenwand 111 und eine polygone Außenwand 112 aufweist. Im Bereich der jeweils ebenen Abschnitte der Außenwand 112 sind an die Verteilstation 101 die Prozessstationen 105a bis 105f angedockt bzw. mit der Verteilstation 101 verbunden. Weiterhin weist die Begrenzungswand 110 nicht dargestellte Durchbrüche bzw. Öffnungen zum Durchführen der Wafer W in und aus den Bereichen der Bearbeitungsstationen 105a bis 105f auf. Je nach Bearbeitungs- bzw. Prozessschritt kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass zwischen der Verteilstation 101 und den Bearbeitungsstationen 105a bis 105f senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 verstellbare Schleusenelemente 115 angeordnet sind, die eine Abdichtung der Bearbeitungsstationen 105a bis 105f gegenüber der Verteilstation 101 ermöglichen.

Rein beispielhaft sind die beiden Prozessstationen 105c und 105d als Plasmaätzkammern 120 ausgebildet. Auch die beiden Plasmaätzkammern 120 weisen jeweils eine Begrenzungswand 122 auf, die eine im Querschnitt runde Innenwand 123 und eine polygone Außenwand 124 ausbildet. Weiterhin ist in der Begrenzungswand 122 bzw. in einem in die Begrenzungswand 122 angeordneten Einsatzrahmen 12 eine flache bzw. schlitzförmige Durchgangsöffnung 125 ausgebildet, um mittels der Handlingseinrichtung 102 jeweils einen Wafer W in eine der Plasmaätzkammern 120 einzuschleusen bzw. nach der Behandlung aus der Plasmaätzkammer 120 auszuschleusen.

Die Dimensionierung bzw. der Querschnitt der Durchgangsöffnung 125 ist derart an den Wafer W angepasst, dass möglichst geringe Spalte beim Durchführen bzw. Transportieren des Wafers W mittels der Handlingseinrichtung 102 erzielt werden.

Beim Durchführen des Ätzprozesses der Wafer W innerhalb der Plasmaätzkammer 120 entstehen Polymerpartikel, die sich insbesondere auch im Bereich der Durchgangsöffnung 125 ansammeln bzw. niederschlagen können. Dies ist insofern nachteilhaft, als dass mit der Zeit die Dicke der Polymerschicht im Bereich der Durchgangsöffnung 125 sich vergrößert und die Gefahr besteht, dass Polymerpartikel absplittern und durch Schwerkraftwirkung auf die Wafer W gelangen und diese dadurch vorschädigen oder beschädigen. Um den Zeitpunkt derartiger Abplatzungen bzw. des Absplitterns von Polymerpartikeln aus dem Bereich der Durchgangsöffnung 125 herauszuzögern, ist im Bereich der Durchgangsöffnung 125 ein in den Fig. 2 und 3 dargestelltes Schutzelement 10 angeordnet.

Dabei ist das Schutzelement 10, wie anhand der Fig. 2 erkennbar ist, in dem plattenförmigen Einsatzrahmen 12 eingesetzt, welcher wiederum mit der Außenwand 124 der Plasmaätzkammer 120 verbunden, insbesondere verschraubt, ist. Der Einsatzrahmen 12 bildet an seiner Innenseite die Durchgangsöffnung 125 aus.

In einer ersten Ausführungsform des Schutzelements 10 gemäß der Fig. 2 und 3 ist dieses aus einem gebogenen Blechzuschnitt 14 ausgebildet und besteht aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung. Das Schutzelement 10 weist eine ebene Oberseite 15 als erstem Abschnitt 13 auf, die einer Oberseite 128 der Durchgangsöffnung 125 zugeordnet ist, zwei, vertikal verlaufenden Abschnitten der Durchgangsöffnung 125 zugeordnete Seitenabschnitte 16, 17, und zwei nach innen gezogene Randabschnitte 18, 19 auf, die sich an die Seitenabschnitte 16, 17 anschließen. Weiterhin weist das Schutzelement 10 auf der der Innenwand 123 zugewandten Seite eine erste Stirnseite 21 auf, wobei die Form der Oberseite 15 des Schutzelements 10 im Bereich der ersten Stirnseite 21 der Form der gerundet ausgebildeten Innenwand 123 angepasst ist. Auf der der ersten Stirnseite 21 gegenüberliegenden Seite ist eine zweite Stirnseite 22 mit einer geradlinig ausgebildeten Kante vorgesehen, die der Form der (geradlinig ausgebildeten) Außenwand 124 angepasst ist.

Insbesondere ist die Dimensionierung der Oberseite 15 des Schutzelements 10 derart, dass dieses mit seiner Oberseite 15 bündig mit der Innenwand 123 bzw. der Außenwand 124 der Begrenzungswand 122 der Plasmaätzkammer 120 abschließt.

Dadurch, dass die Randabschnitte 18, 19 lediglich eine relativ geringe Breite b aufweisen, ist das Schutzelement 10 als offenes Schutzelement 10 mit einem breiten Schlitz 26 ausgebildet, derart, dass eine gute Zugänglichkeit einer Innenwand 25 des Schutzelements 10 über den Schlitz 26 ermöglicht wird. Hierzu beträgt die Breite des Schlitzes 26 vorzugsweise mindestens 80% der Breite des Schutzelements 10 an dessen Oberseite 15. Dies ermöglicht es insbesondere in einer ersten Ausführungsform des Schutzelements 10, die Innenwand 25 im bereits umgeformten Zustand des Schutzelements 10 durch eine spanende oder eine sonstige geeignete Bearbeitung mit einer erhöhten Rauheit mit Vertiefungen zwischen vorzugsweise 3pm und 5pm zu versehen. Die erhöhte Rauheit führt dazu, dass ein vereinfachtes bzw. verbessertes Anhaften der angesprochenen Polymere an der Innenwand 25 ermöglicht wird. Dies wiederum verhindert ein frühzeitiges Abplatzen bzw. Lösen der Polymerpartikel von der Innenwand 25 und ein Herabfallen auf unterhalb der Innenwand 25 transportierter Wafer W.

Alternativ bzw. zusätzlich zu einer erhöhten Rauheit des Innenwandabschnitts 25 kann es auch vorgesehen sein, die Innenwand 25 zur Erhöhung seiner Hafteigenschaften mit einer zusätzlichen Beschichtung 27 zu versehen, insbesondere aus Yttrium oder Zirkonium als Grundmaterial bestehend.

Um einen einfachen Austausch des Schutzelements 10 zu ermöglichen, beispielsweise um das Schutzelement 10 zu reinigen bzw. durch ein neues, ohne Polymeranhaftungen versehenes Schutzelement 10 zu ersetzen, ist es vorgesehen, dass die Dimensionierung des Schutzelements 10 derart ist, dass das Schutzelement 10 insbesondere durch die Seitenabschnitte 16, 17 und die Randabschnitte 18, 19 über eine Klemmverbindung 28 in der Durchgangsöffnung 125 des Einsatzrahmens 12 gehalten ist.

Um weiterhin auch die der Oberseite 128 gegenüberliegende Unterseite 129 (Fig. 2) der Durchgangsöffnung 125 zu schützen bzw. abzudecken, kann es entsprechend der Darstellung der Fig. 4 und 5 vorgesehen sein, das Schutzelement 10 mit einem die Unterseite 124 überdeckenden, plattenförmigen Zusatzelement 30 zu verbinden. Rein der besseren Erkennbarkeit des Zusatzelements 30 wegen ist dieses in der Darstellung der Fig. 4 in geringem Abstand zum Schutzelement 10 dargestellt. Im Einbauzustand in der Durchgangsöffnung 125 sind die genannten Elemente jedoch in Anlagekontakt zueinander angeordnet. Dadurch ist das Schutzelement 10 zweiteilig ausgebildet. Hierzu weist das Zusatzelement 30, das auf der der Innenwand 25 zugewandten Wand 31 ebenfalls entsprechend mit einer rauen Oberfläche versehen ist bzw. mit einer Beschichtung 27 ausgestattet ist, einen Absatz 32 auf, der das Zusatzelement 30 in einen rechteckförmigen ersten Abschnitt 34 und einen zweiten Abschnitt 36 unterteilt. Der zweite Abschnitt 36 weist wie das Schutzelement 10 im Bereich der ersten Stirnseite 21 eine gerundet ausgebildete Kante 38 auf, die fluchtend zur Oberseite 15 des Schutzelements 10 verläuft.

Um eine definierte (Anschlag-) Position des Zusatzelements 30 in der in der Fig. 5 durch den Doppelpfeil 42 gekennzeichneten Richtung fluchtend zum Schutzelement 10 zu ermöglichen, kann es entsprechend der Fig. 6 und 7 auch vorgesehen sein, dass modifizierte Zusatzelemente 30a, 30b verwendet werden, die jeweils auf der den Randabschnitten 18, 19 zugewandten Seite Ausklinkungen bzw. Vorsprünge 44 aufweisen, die mit gegengleichen Ausklinkungen 46 an einem entsprechend modifizierten Schutzelement 10a, 10b Zusammenwirken.

Das soweit beschriebene Schutzelement 10, 10a und 10b bzw. die Zusatzelemente 30, 30a, 30b können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.

So ist es beispielsweise denkbar, bei einer 2-teiligen Ausbildung des Schutzelements 10, 10a, 10b die Elemente des Schutzelements 10, 10a, 10b halbschalenförmig auszubilden, wobei eine Trennebene vorzugsweise parallel zur Innenwand 25 verläuft.

Auch ist es denkbar, die Maßnahmen zur Erhöhung der Rauheit der Innenwand 25 bzw. das Aufbringen der Beschichtung 27 an dem Schutzelement 10, 10a, 10b in einem noch nicht (vollständig) umgeformten Zustand des Schutzelements 10, 10a, 10b an einer Abwicklung des Blechzuschnitts 14 durchzuführen, und das Schutzelement 10, 10a, 10b erst anschließend vollständig umzuformen. Dabei kann das Schutzelement 10, 10a, 10b bzw. die Abwicklung des Blechzuschnitts 14 auch eine Form aufweisen, die im umgeformten Zustand des Schutzelements 10, 10a, 10b alle Wände der Durchgangsöffnung 125 überdeckt, d.h. einen geschlossenen Querschnitt ausbildet. Im Falle einer Beschichtung 27 kann es dabei von Vorteil sein, diese nicht im Bereich von noch auszuführenden Verformungen des Blechzuschnitts 14 vorzusehen, um ein Abplatzen der Beschichtung 27 in den Biegebereichen des Blechzuschnitts 14 zu verhindern.