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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Veraschungsvorrichtung
zum Durchführen einer Veraschung (Verbrennung), um organische
Materialien von einem Substrat zu entfernen.
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Stand der Technik
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Im
Stand der Technik wird, um eine integrierte Schaltung auf einem
Halbleitersubstrat auszubilden, ein Resistfilm, auf welchem ein
Schaltungsmuster angeordnet ist, auf der Oberfläche eines
Halbleitersubstrats ausgebildet. Dann werden Schichten unter dem
Resistfilm, wie z. B. ein Isolationsfilm, ein Halbleiterfilm, oder
ein Metallfilm durch den Resistfilm hindurchgeätzt. Der
Resistfilm wird nach Beendigung des Ätzverfahrens von der
Substratoberfläche entfernt. Ein Beispiel eines Verfahrens
zum Entfernen des Resistfilms ist ein Trockenbearbeitungsverfahren
zum Veraschen (Verbrennen) des Resistfilms unter Verwendung des
Plasmas eines reaktiven Gases, hauptsächlich Sauerstoffplasma.
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Das
Trockenbearbeitungsverfahren verursacht in dem Resistfilm, der auf
dem Substrat angebracht ist, eine Reaktion aktiver Molekülsorten
(Radikale), hauptsächlich Sauerstoffradikale, die im Plasma
des Reaktionsgases erzeugt werden, um den Resistfilm in CO2 und H2O zu zersetzen
und zu verdampfen, damit er entfernt werden kann. Die Patentschrift
1 offenbart ein Beispiel für eine Plasmaveraschungsvorrichtung
zum Entfernen eines Resistfilms durch ein Trockenbehandlungsverfahren.
Diese Veraschungsvorrichtung wird unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
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Wie
in 9 gezeigt, umfasst eine Veraschungsvorrichtung
eine Kammer (Behandlungskammer 1), deren oberer Teil an
ein Zuführrohr 2 gekoppelt ist. Das Zuführrohr 2 ist
mit einer Plasmakammer (nicht gezeigt) verbunden, welche Plasma mittels
Mikrowellen und Reaktionsgasen (z. B. Sauerstoff, Stickstoff und
Kohlenstofftetrafluorid) erzeugt. Eine Zerstäuberplatte 3,
die eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen umfasst, ist am unteren
Ende des Zuführrohrs 2 einem Substratgestell 4 gegenüberliegend
angebracht. Eine zylindrische Diffusionsverhinderungswand 5 ist
an einer oberen inneren Oberfläche der Bearbeitungskammer 1 befestigt,
um sich um die Zerstäuberplatte 3 herum zu erstrecken.
Eine Hochfrequenzspannungsversorgung 6 ist mit dem Substratgestell 4 verbunden.
Eine Belüftungsöffnung 7 ist an der Unterseite
der Kammer 1 ausgebildet.
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Im
Folgenden wird nun das durch eine solche Veraschungsvorrichtung
durchgeführte Veraschungsverfahren beschrieben. Zunächst
wird ein Substrat (Wafer) W, des in Kammer 1 eingebracht
ist, an einer oberen Oberfläche des Substratgestells 4 angeordnet.
Das Innere der Kammer 1 wird evakuiert und eine Hochfrequenzspannung
(HF-Vorspannung) wird auf das Substratgestell 4 gegeben.
Dann wird Gas, welches Sauerstoffradikale enthält, der
Kammer 1 durch das Zuführrohr 2 aus der
Plasmakammer (nicht gezeigt) zugeführt. Das Gas, welches
Sauerstoffradikale enthält, strömt durch die Durchgangsbohrungen
der Zerstäuberplatte 3 und erreicht das Substrat
W. Das von der Zerstäuberplatte 3 nach außen
strömende Gas wird durch die Diffusionsverhinderungswand 5 zum
Substrat W hingeführt. Ein Resistfilm (nicht gezeigt),
der auf der oberen Oberfläche des Substrats W ausgebildet
ist, wird zersetzt und durch die im Gas enthaltenen Sauerstoffradikale
verdampft und dann aus der Auslassöffnung 7 abgelassen.
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In
dem integrierten Schaltkreis auf dem Halbleitersubstrat sind Schaltelemente
wie z. B. Transistoren durch eine Metallverdrahtung aus Aluminium (Al),
Kupfer (Cu) oder Ähnlichem verbunden. Einige integrierte
Schaltkreise haben Verbindungskontaktstellen, deren Oberflächen
mit Gold (Au) oder Ähnlichem bedeckt sind, oder Verbindungsanschlüsse, die
aus Lötmittel gebildet sind. Somit kann beim Herstellen
des Halbleitersubstrats während der Veraschung des Resistfilms
die Metallverdrahtung freigelegt werden und Gold oder Lötmittel
können an der Oberfläche auftreten. In solch einem
Fall wird das freigelegte Metallmaterial aufgrund chemischer Reaktionen
oder physikalischer Reaktionen gesputtert. Dies verstreut Metallatome
und die Metallatome sammeln sich an den hinteren Wänden
der Kammer 1, d. h. an der unteren Oberfläche
der Zerstäuberplatte 3 und der inneren Umfangsoberfläche
der Diffusionsverhinderungswand 5. Wird das Veraschungsverfahren
in solch einem Zustand fortgesetzt, so verbinden sich die an den
Innenwänden der Kammer 1 gesammelten Metalle mit
den Sauerstoffradikalen, welche dem Substrat W zugeführt
werden sollten. Dies führt zu einer Oxidation der Metalloberfläche
und vergrößert die Menge an deaktivierten Sauerstoffradikalen.
Folglich verringert sich die Menge an Sauerstoffradikalen, welche
das Substrat W erreichen und die Tiefe (Veraschungsrate) des Resistfilms,
die während einer bestimmten Zeitspanne bearbeitet werden kann,
verringert sich. Solch eine Veränderung in der Veraschungsrate über
die Zeit führt zu einem Problem, insofern als die Veraschungsrate
instabil wird.
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Eine
tatsächliche Bearbeitung wurde kontinuierlich durchgeführt
an einer großen Anzahl von Substraten W auf welchen Metall
(hier Kupfer) durch Verwendung einer einzelnen Veraschungsvorrichtung
unter den selben Bedingungen (Zustand B) freigelegt wurde und die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben bestätigt, dass
die Veraschungsrate drastisch sinkt, während die Anzahl
der bearbeiteten Substrate W ansteigt, wie in 10 gezeigt.
Insbesondere betrug die Veraschungsrate des Substrats W, welches
nach einem Auswaschen der Veraschungsvorrichtung zuerst behandelt
wurde, 2100,5 [Å/60 sec], wohingegen die Veraschungsrate
des zwanzigsten Substrats W sich auf 1523,7 [Å/60 sec] verringerte.
Mit anderen Worten bedeutete das, dass beim Veraschungsverfahren,
welches auf das zwanzigste Substrat angewendet wurde, die Veraschungsrate
um ungefähr 30% abgesenkt war im Vergleich zur Bearbeitung
des ersten Substrats W.
- Patent-Dokument 1: Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 9-45495
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Offenbarung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Veraschungsvorrichtung bereit,
welche verhindert, dass der Wirkungsgrad bei der Bearbeitung sich
im Laufe der Zeit verringert.
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Eine
Ausführung der vorliegenden Erfindung ist eine Veraschungsvorrichtung.
Die Veraschungsvorrichtung verascht organisches Material auf einem Substrat
inklusive einem freigelegtem Metall in einer Bearbeitungskammer.
Die Veraschungsvorrichtung umfasst einen Pfad, auf welchem aktive
Molekülsorten, die der Bearbeitungskammer zugeführt
werden, hindurch treten. Der Pfad ist definiert durch eine Oberfläche,
auf welchem das auf dem Substrat durch aktive Molekülsorten
gestreute Metall angesammelt werden kann, wobei die Oberfläche
so ausgebildet ist, dass sie dieselbe Art von Metall freilegt, wie
das auf dem Substrat freigelegte Metall.
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Kurze Figurenbeschreibung
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1 ist
ein schematisches Diagramm einer ersten Ausführungsform
einer Veraschungsvorrichtung;
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2 ist
ein schematischer Querschnitt einer Kammer, die in der in 1 gezeigten
Veraschungsvorrichtung angeordnet ist;
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3(a) ist eine Querschnittsansicht einer Zerstäuberplatte,
und 3(b) ist ein Querschnitt einer
Zerstäuberplatte, in einer abgewandelten Form;
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4 ist
ein Querschnitt der Zerstäuberplatte der abgewandelten
Form;
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5 ist
ein Diagramm, welches Veränderungen in der Verarbeitungsrate
im Laufe der Zeit bei der in 1 gezeigten
Veraschungsvorrichtung zeigt.
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6 ist
eine Draufsicht, die Messpunkte zeigt;
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7 ist
ein Diagramm, welches die Messergebnisse der Veraschungstiefe bei
einem jeden Messpunkt zeigt, wenn eine Veraschungsvorrichtung nach
dem Stand der Technik verwendet wird;
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8 ist
ein Diagramm, welches die Messergebnisse der Veraschungstiefe bei
einem jeden Messpunkt zeigt, wenn die Veraschungsvorrichtung der vorliegenden
Ausführungsform verwendet wird;
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9 ist
ein schematisches Diagramm einer Veraschungsvorrichtung nach dem
Stand der Technik;
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10 ist
ein Diagramm, welches Veränderungen in der Veraschungsrate
im Laufe der Zeit zeigt, wenn eine Veraschungsvorrichtung nach dem Stand
der Technik verwendet wird.
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Bevorzugte Ausführungsform
zur Durchführung der Erfindung
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Eine
Veraschungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf
die 1 bis 3 erläutert.
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Wie
in 1 gezeigt, umfasst die Veraschungsvorrichtung
eine Kammer (Verarbeitungskammer) 11, deren oberer Teil
mit einer Plasmakammer 13 mittels eines Zuführrohrs 12 verbunden
ist. Die Plasmakammer 13 ist mit einem Magnetron 15 mittels
eines Mikrowellen-Wellenleiters 14 verbunden. Ein Mikrowellen-Transmissionsfenster 13a,
welches aus Kieselerde oder Ähnlichem besteht, unterteilt
die Plasmakammer 13 und den Mikrowellen-Wellenleiter 14.
Eine Mikrowellenenergieversorgung 16 ist mit dem Magnetron 15 verbunden.
Mikrowellen (μ-Wellen), die im Magnetron 15 erzeugt
werden, werden über den Mikrowellen-Wellenleiter 14 der Plasmakammer 13 zugeführt.
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Die
Plasmakammer 13 ist mit einer Vielzahl (drei in der Zeichnung)
von Massenstromreglern 18a bis 18c durch ein Gaseinlassrohr 17 verbunden.
Die Massenflussregler 18a bis 18c sind jeweils
verbunden mit den Gaszuführquellen 19a bis 19c.
Bei der vorliegenden Ausführungsform speichert die Gaszuführquelle 19a Sauerstoff
(O2), die Gaszuführquelle 19b speichert
Stickstoff (N2) und die Gaszuführquelle 19c speichert
Kohlenstofftetrafluorid (CF4). Die Massenflussregler 18a bis 18c regeln
die Strömungsrate des in den jeweiligen Gaszuführquellen 19a bis 19c gespeicherten
Gases. Es werden Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstofftetrafluorid
mit dem jeweiligen vorbestimmten Strömungsraten gemischt,
um ein reaktives Gas zu bilden, welches durch das Gaseinlassrohr 17 zur
Plasmakammer 13 geschickt wird.
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Die
Mikrowellen und das reaktive Gas erzeugen ein Plasma in der Plasmakammer 13,
welches Sauerstoff enthält, und Sauerstoffradikale, welche
als aktive Molekülsorten im Plasma dienen, werden durch
das Zuführrohr 12 in die Kammer 11 geschickt. Ein
Substratgestell 20 zum Halten eines Substrats W ist in
der Kammer 11 angeordnet. Eine Vakuumhilfskammer 22 ist über
den Anschluss 21 mit der Kammer 11 verbunden.
Die Vakuumhilfskammer 22 wird verwendet, um das Substrat
ohne Öffnen der Kammer 11 gegenüber der
Umgebungsluft zu beladen und zu entladen.
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Eine
Belüftungsöffnung 23 ist an der Unterseite
der Kammer 11 ausgebildet. Die Belüftungsöffnung 23 ist
mit einer Belüftungspumpe (nicht gezeigt) über
ein Belüftungsrohr 24 verbunden. Die Belüftungspumpe
reduziert den Druck in der Kammer 11. Ein Druckregler 25 ist
in dem Belüftungsrohr 24 angebracht, um den Druck
in der Kammer 11 mittels der Belüftungspumpe zu
regeln.
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Die
Mikrowellenenergieversorgung 16, die Massenstromregler 18a bis 18c und
der Druckregler 25 sind mit einer Steuereinheit 26 verbunden.
Die Steuereinheit 26 umfasst einen Speicher (nicht gezeigt).
Der Speicher speichert Informationen (Rezepturen) hinsichtlich der
Bedingungen zum Bearbeiten verschiedener Arten von Substraten. Wird
eine Rezeptur, welche mit den in der Kammer 11 geladenen Substrat
W übereinstimmt, ausgewählt, so steuert die Steuereinheit 26 die
Mikrowellenenergieversorgung 16, die Massenstromregler 18a bis 18c und
den Druckluftregler 25 basierend auf den Werten der ausgesuchten
Rezeptur.
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Der
Aufbau der Kammer 11 wird nun im Folgenden ausführlich
unter Bezugnahme auf 2 erläutert.
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Die
Kammer 11 besteht aus derselben Art von Metall wie das
Metall, welches hauptsächlich auf dem Substrat W freigelegt
wird, welches in der Kammer 11 bearbeitet wird. Weiterhin
wird dieses Metall von der inneren Oberfläche der Kammer 11 freigelegt.
Zum Beispiel gilt, dass, falls die Veraschungsvorrichtung das Veraschungsverfahren
auf dem Substrat W durchführt, auf welchem Kupfer freigelegt wird,
dass die Kammer 11 aus Kupfer gebildet ist. Dementsprechend
kann zusätzlich zu Kupfer (Cu) die Kammer 11 in Übereinstimmung
mit dem Metall, welches von dem Substrat W freigelegt wird, auch aus
Gold (Au), Lötmittel, Platin (Pt) und Iridium (Ir), ausgebildet
sein.
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Wie
in 2 gezeigt, hat das Zuführrohr 12 ein
unteres Ende, welches mit dem oberen Teil der Kammer 11 gekoppelt
ist. Eine Zerstäuberplatte (Diffusionsplatte) 31 ist
an dem unteren Ende des Zuführrohrs 12 angebracht.
Die Zerstäuberplatte 31, welche scheibenförmig
ausgebildet ist und eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen (nicht
gezeigt) aufweist, liegt dem Substratgestell 20 gegenüber.
Die Zerstäuberplatte 31 ist an dem oberen Teil
der Kammer 11 mittels Befestigungselementen 32 befestigt. Die Befestigungselemente 32 halten
die Zerstäuberplatte 31 von einer oberen inneren
Oberfläche 11a um einen vorbestimmten Abstand
beabstandet. Der Abstand zwischen der oberen Oberfläche 11a,
der Kammer 11 und der Zerstäuberplatte 31 ist
so eingestellt, dass Sauerstoffradikale, die in die Kammer 11 von
der Zuführleitung 12 geschickt werden, durch die Durchgangsbohrungen,
die in der Zerstäuberplatte 31 ausgebildet sind,
hindurch treten und durch die Lücke hindurch treten, die
zwischen der Zerstäuberplatte 31 und dem oberen
Teil der Kammer 11 ausgebildet ist, um nach außen
geführt zu werden.
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Wie
in 3(a) gezeigt, umfasst die Zerstäuberplatte 31 eine
Vielzahl von (wie in 3(a) gezeigt,
drei) Schichten 31a, 31b und 31c. Auf
dieselbe Weise wie die Kammer 11 ist auch die erste Schicht 31a,
die an der dem Substrat W (untere Seite in 2 und 3) gegenüberliegenden Seite angebracht ist,
aus derselben Art von Metall gebildet wie das Metall (z. B. Kupfer),
welches vom Substrat W freigelegt wird, und dieses Metall ist von
der Oberfläche (untere Oberfläche) der ersten
Schicht 31a freigelegt. Die zweite Schicht 31b,
welche eine obere Schicht der ersten Schicht 31a ist, ist
eine Metalloxidschicht, die z. B. aus einem Aluminiumoxyd und Yttriumoxid (Y2O3) ausgebildet
ist. Die dritte Schicht 31c, welche die obere Schicht der
zweiten Schicht 31b ist und an der Seite, an der die Sauerstoffradikale
eintreten (obere Seite in 2 und 3), angebracht ist, wird aus einer Fluoridschicht
(Fluoridfilm) ausgebildet.
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Die
Zerstäuberplatte 31 wird z. B. ausgebildet durch
Aufbringen einer Metalloxidschicht, welche die zweite Schicht 31b wird,
auf einer Metallplatte (erste Schicht 31a), welche aus
dem Metall gebildet wird, welches aus dem Substrat W freigelegt
wird. Dann wird eine Fluorierungsbehandlung an der unteren Oberfläche
der zweiten Schicht 31b durchgeführt, um die dritte
Schicht 31c auszubilden. Die Fluorierungsbehandlung kann
z. B. durch Anheben der Temperatur des jeweiligen Elements (erste
Schicht 31a und zweite Schicht 31b) und Zuführen
von Gas, welches Fluoratome enthält, durchgeführt
werden. Als anderes Beispiel kann ein Fluorplasma unter Verwendung
von Gas, welches Fluoratome enthält, hergestellt werden,
und das jeweilige Element kann in einer solchen Plasmaatmosphäre
angeordnet sein. Das Gas, welches verwendet wird, kann zumindest eines
aus der Gruppe von CF4, C2F6, C3F8,
NF3 und SF6 enthalten.
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Unter
Bezugnahme auf 2 ist zu sehen, dass eine zylindrische
Diffusionsverhinderungswand 33 ein oberes Ende aufweist,
welches an der oberen Innenoberfläche 11a der
Kammer 11 befestigt ist. Die Diffusionsverhinderungswand 33 erstreckt
sich um die Zerstäuberplatte 31. Die Diffusionsverhinderungswand 33 hat
einen inneren Durchmesser, der so eingestellt ist, dass er geringfügig
größer ist als der äußere Durchmesser
des Substrats W, welches auf dem Substratgestell 20 gehalten
wird. Auf dieselbe Weise wie die Kammer 11 und die Spritzkammer 31 ist
auch die Diffusionsverhinderungswand 33 aus derselben Art
von Metall ausgebildet wie das Metall (z. B. Kupfer), welches an
dem Substrat W freigelegt ist und dieses Metall ist auch von der
Oberfläche der Diffusionsverhinderungswand 33 freigelegt.
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Eine
Substratführung 36 bedeckt den oberen Randbereich
des Substratgestells 20. Ein Hubbolzen 37 hat
ein distales Ende, welches im Substratgestell 20 angebracht
ist und gestützt ist, um nach oben und unten beweglich
zu sein. Eine nach oben oder unten gerichtete Bewegung des Hubbolzens 37 bewegt
das Substrat W zwischen dem Hubbolzen 37 und einer Transportvorrichtung
(nicht gezeigt) und befördert das Substrat W auf das Substratgestell 20.
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Eine
Isolationsplatte 38 ist zwischen dem Substratgestell 20 und
dem unteren Teil der Kammer 11 angeordnet. Ein Rohr 39 ist
mit dem Substratgestell 20 verbunden. Das Rohr 39 transportiert
Kühlmittel zu einem Kühlmitteldurchlass (nicht
gezeigt), der in dem Substratgestell 20 ausgebildet ist.
Dies passt die Temperatur des Substratgestells 20 an. Weiterhin
ist eine Hochfrequenz-Energieversorgung 40 mit dem Substratgestell 20 über
einen Kondensator C verbunden.
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Die
Hochfrequenz-Energieversorgung 40 stellt eine Hochfrequenz-Vorspannung
(HF-Vorspannung) an dem Substratgestell 20 bereit.
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Die
Kammer 11 ist mit Erde verbunden. Deshalb wirkt die Kammer 11 (insbesondere
ihre innere Oberfläche) als eine zum Substratgestell 20 elektrische
entgegengesetzt geladene Elektrode, auf welche die Hochfrequenz-Vorspannung
von der Hochfrequenz-Energieversorgung 40 gegeben wird.
Weiterhin ist die Kammer elektrisch mit der ersten Schicht 31a (Metallplatte)
der Zerstäuberplatte 31 über die Befestigungselement 32 verbunden.
Die Kammer 11 ist auch elektrisch mit der Diffusionsverhinderungswand 33 verbunden.
Dementsprechend dienen die Kammer 11, die Zerstäuberplatte 31 und die
Diffusionsverhinderungswand 33, welche aus derselben Art
von Metall ausgebildet sind und auf welche die Hochfrequenz-Spannung
angelegt wird, als elektrisch entgegengesetzte Elektroden zum Substratgestell 20.
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Ein
Veraschungsverfahren, welches mit einer Veraschungsvorrichtung durchgeführt
wird, die den oben erläuterten Aufbau aufweist, wird nun
erläutert.
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Zunächst
wird das Substrat W auf dem Substratgestell 20 in der Kammer 11 in
einem Zustand, bei dem die Oberfläche (Bearbeitungsoberfläche), welche
den Resistfilm (organisches Material)
umfasst, welcher zu entfernen
ist, so angeordnet, dass er nach oben ausgerichtet ist. Dann wird
der Druck in der Kammer 11 reduziert und eine Hochfrequenz-Vorspannung
(HF-Vorspannung) wird an das Substratgestell gelegt. Dann werden
Sauerstoffradikale, die im Plasma enthalten sind und in der Plasmakammer 13 erzeugt
worden sind, in die Kammer 11 geführt. Die Sauerstoffradikale
durchlaufen die Durchgangsbohrungen der Zerstäuberplatte 31 und erreichen
das Substrat. Sauerstoffradikale durchlaufen auch die Lücke
zwischen der Zerstäuberplatte 31 und der oberen
Innenoberfläche 11a der Kammer 11 und
bewegen sich in radialer Richtung. In diesem Zustand wird eine Fluoridschicht
(dritte Schicht 31c), welche als Passivierungsfilm dient,
auf der Seite der Zerstäuberplatte 31 ausgebildet,
der Sauerstoffradikale (obere Oberfläche, wie in 2 zu
sehen) zugeführt werden. Somit leistet die obere Oberfläche
der Zerstäuberplatte 31 Widerstand gegenüber
einer Oxidation und auch gegenüber einer Verbindung mit den
Sauerstoffradikalen. Dies reduziert die Menge an Sauerstoffradikalen,
die durch die Zerstäuberplatte 31 deaktiviert
werden.
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Die
sich in radialer Richtung bewegenden Sauerstoffradikale werden durch
die Diffusionsverhinderungswand 33 zum Substrat W geführt.
D. h., dass die Diffusionsverhinderungswand 33 die Bewegung
der Sauerstoffradikale in radialer Richtung einschränkt
und eine unnötige Diffusion der Sauerstoffradikale verhindert.
Wenn die Sauerstoffradikale das Substrat W erreichen, so reagieren
die Sauerstoffradikale mit dem Resistfilm auf dem Substrat. Diese entfernt
den Resistfilm.
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Wie
oben beschrieben gilt beim Durchführen eines Veraschungsprozesses
auf dem Substrat W, von welchem ein Metallmaterial freigelegt worden
ist, dass Metallatome vom Substrat W verstreut werden, wenn chemische
oder physikalische Reaktionen auf der Substratoberfläche
stattfinden. Als Ergebnis dessen werden Metallatome, die vom Substrat
W verstreut werden, aufgesammelt und im Pfad der Metallatome abgeschieden,
welcher die obere innere Oberfläche 11a der Kammer 11 umfasst,
die dem Substrat W gegenüber liegt sowie eine untere Oberfläche
der Zerstäuberplatte 31, und eine innere Umfangsoberfläche 33a und
untere Oberfläche 33b der Diffusionsverhinderungswand 33.
In solch einem Zustand werden bei einer Veraschungsvorrichtung nach dem
Stand der Technik die Metallatome auf eine Weise gesammelt und abgeschieden,
die zu einer Verringerung der Veraschungsrate führt und
die Gleichmäßigkeit der Veraschungsrate in der
Ebene des Substrats W negativ beeinflusst. D. h., dass die Metallatome,
die auf diesen Oberflächen gesammelt und abgeschieden werden,
welche den Pfad der Sauerstoffradikale bilden, hinsichtlich des
Betrags der auf den Oberflächen deaktivierten Sauerstoffradikale
variieren. Dies variiert die Veraschungsrate.
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Hinsichtlich
dieses Problems ist der Pfad der Sauerstoffradikale in der Veraschungsvorrichtung
in der vorliegenden Ausführungsform, die Oberflächen enthält,
aus denen vom Substrat W gestreute Metallatome eingesammelt werden
können (die obere innere Oberfläche 11a der
Kammer 11, die untere Oberfläche der Zerstäuberplatte 31 und
die innere Umfangsoberfläche 33a und untere Oberfläche 33b der
Diffusionsverhinderungswand 33) aus der selben Art von
Metall ausgebildet wie das vom Substrat W freigelegte Metall. Zusätzlich
wird dieses Metall ursprünglich an einer jeden dieser Oberflächen
freigelegt. Somit gilt, dass selbst falls die an dem Substrat W
gestreuten Metallatome sich auf den Oberflächen sammeln,
dass die Fläche, in welchem das Metall freigelegt wird
in diesen Oberflächen sich auf geringe Weise ändert.
Dementsprechend gilt selbst dann, wenn Metallatome in der Kammer 11 gesammelt
werden, dass die Menge an Sauerstoffradikalen, die deaktiviert werden,
ungefähr genauso groß ist, als wenn sich Atome
nicht ansammeln. Somit bleibt die Menge an deaktivierten Sauerstoffradikalen
im Wesentlichen gleich, unabhängig davon, ob ein Sammeln
der Metallatome stattfindet oder unabhängig vom Veraschungsverfahren
der Vielzahl der Substrate W. Mit anderen Worten heißt
das, dass selbst falls das Veraschungsverfahren an den vielen Substraten W
durchgeführt wird, die Menge an Sauerstoffradikalen, die
das Substrat W erreichen, sich nur geringfügig ändert.
Dies hindert die Veraschungsrate daran, sich im Laufe der Zeit zu ändern.
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Weiterhin
gilt, dass selbst falls Metall, welches vom Substrat W gestreut
worden ist, auf eine nicht gleichmäßige Weise
von der oberen inneren Oberfläche 11a der Kammer 11,
der unteren Oberfläche der Zerstäuberplatte 31 und
der inneren Umfangsoberfläche 33a und der unteren
Oberfläche 33b der Diffusionsverhinderungswand 33 eingesammelt wird,
dass dieselbe Art von Metall ursprünglich von diesen Oberflächen
freigesetzt worden ist. Somit verändert sich die Fläche
der Oberflächen, von welchem Metall freigelegt wird, geringfügig
vor und nach dem Einsammeln der Metallatome. D. h., dass selbst
falls der Veraschungsprozess an vielen Substraten W durchgeführt,
die Metallverteilung im Pfad der Sauerstoffradikale im Wesentlichen
dieselbe bleibt. Weiterhin gilt, dass die Menge an Sauerstoffradikalen,
welche jeden Punkt (Messpunkt) auf dem Substrat erreichen, sich
im Laufe der Zeit geringfügig verändert. Dies
verhindert, dass sich zusätzlich zur Veraschungsrate des
gesamten Substrats W die Veraschungsrate an jedem Punkt auf dem
Substrat W im Laufe der Zeit ändert. Weiterhin verändert
sich die Metallverteilung im Pfad der Sauerstoffradikale im Wesentlichen
nicht. Dies verhindert, dass die Gleichförmigkeit der Veraschungsrate
in einer Ebene im Substrat W negativ beeinflusst wird.
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5 zeigt
die Ergebnisse eines Experiments, welches beim kontinuierlichen
Bearbeiten einer großen Anzahl von Wafern W durchgeführt
worden ist, aus welchen Kupfer unter jeweils denselben Bedingungen
(Zustand A) freigelegt geworden ist. Die Verarbeitungsbedingungen
A des Substrats W wurden so eingestellt, dass die Flussraten für
Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstofftetrafluorid jeweils bei 2400
sccm, 160 sccm, und 400 sccm lagen, der Druck in der Kammer 11 100
Pa betrug, die Leistung der Mikrowellen 2000 W betrug, die HF-Vorspannung 300
V und die Bearbeitungszeit 30 Sekunden betrug.
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In 5 veranschaulichen
die schwarzen Kreise den Durchschnittswert der Veraschungsraten, die
bei 49 Messpunkten auf dem Substrat W gemessen wurden (siehe 6),
und welche in der Reihenfolge von der Mitte des Substrats W in Umfangsrichtung
und radialer Richtung dargestellt sind. Wie sich aus diesen Ergebnissen
anhand der schwarzen Kreise ergibt, gilt selbst dann, wenn die Bearbeitungsmenge
in der Veraschungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform
ansteigt, dass die Änderung in der Veraschungsrate klein
ist und die Veraschungsrate im Allgemeinen konstant bleibt. Genauer
gesagt gilt, dass die Veraschungsrate des Substrats W, welches zuerst
bearbeitet wurde nach dem Auswaschen der Veraschungsvorrichtung
8244,3 [Å/30 Sekunden] betrug, wohingegen die Veraschungsrate
des einhundertsten Substrats W 7791,3 [Å/30 Sekunden]. Mit
anderen Worten bedeutet dies, dass bei der Veraschungsrate der vorliegenden
Ausführungsform selbst dann, wenn das Veraschungsverfahren
an 100 Substraten durchgeführt wurde, die Veraschungsrate sich
nur um ungefähr 5% gegenüber dem zuerst bearbeiteten
Substrat senkte. Im Vergleich dazu gilt bei der Veraschungsvorrichtung
nach dem wie oben beschriebenen Stand der Technik, dass die Veraschungsrate
um fast 30% sinkt (siehe 10). Dementsprechend
ergibt sich bei der Veraschungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform,
dass es offensichtlich ist, dass Änderungen in der Veraschungsrate
gering sind und die Veraschungsrate stabil ist.
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In 5 zeigen
die schwarzen Quadrate und die schwarzen Rauten die Gleichförmigkeit
der Veraschungsrate in der Ebene des Substrats W, welche aus dem
Unterschied zwischen dem Maximal- und dem Minimalwert in der Veraschungsrate
berechnet wird, die an jedem der Messpunkte
gemessen werden.
Die schwarzen Dreiecke zeigen die Menge der auf dem Substrat erzeugten
Partikel. Wie aus diesen Ergebnissen offensichtlich wird, ist bei
der Veraschungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform
selbst dann, wenn sich die bearbeitete Menge vergrößert,
die Gleichförmigkeit der Veraschungsrate in einer Ebene
im Wesentlich die gleiche geblieben und die Menge der freigesetzten
Partikel ist extrem klein.
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Aus
dem obigen Experiment ergibt sich, dass offensichtlich ist, dass
die Veraschungsrate stabilisiert werden kann, unabhängig
von der bearbeiteten Menge der Substrate W durch Ausbilden von Oberflächen,
so dass das von den Oberflächen freigelegte Metall dasselbe
ist, wie das Metall, welches sich auf den Oberflächen ansammelt.
Dies verbessert die Zuverlässigkeit und Produktivität
der Veraschungsvorrichtung.
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Die 7 und 8 zeigen
die Ergebnisse der Experimente, die durchgeführt worden
sind, um die Veraschungstiefe aufgrund des Veraschungsverfahrens
an einem jeden Messpunkt (siehe 6) des Substrats
W zu messen, aus welchem Kupfer freigelegt wird. 7 zeigt
die Messergebnisse, die auftreten, wenn das Veraschungsverfahren
mit einer Veraschungsvorrichtung nach dem Stand der Technik im Zustand
B durchgeführt worden ist, bei dem die Flussraten für
Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstofftetrafluorid jeweils 1280
sccm, 160 sccm und 160 sccm betrugen, wobei der Druck in der Kammer 11 75
Pa betrug, die Leistung der Mikrowellen 1500 W, die HF-Vorspannung
300 V und die Bearbeitungszeit 30 Sekunden. Weiterhin zeigt 8 die
Messergebnisse die beim Durchführen des Veraschungsprozesses
auftraten, wobei die Veraschungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung
in dem oben beschriebenen Zustand A verwendet wurde.
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In
den 7 und 8 zeigen die schwarzen Kreise
die Messergebnisse eines ersten Substrats W, welches dem Veraschungsverfahren
nach Auswaschung der Veraschungsvorrichtung unterzogen wird, und
die schwarzen Quadrate zeigen die Messergebnisse für eine
höhere Ordnungszahl des Substrats W (z. B. für
das hundertste). Wie aus 7 ersichtlich, verringert sich
in der Veraschungsvorrichtung nach dem Stand der Technik die Veraschungstiefe
für höhere Ordnungszahlen des Substrats W, welches
dem Veraschungsverfahren unterzogen worden ist, vollständig
gegenüber den Veraschungstiefen für das erste
der Substrate W. Weiterhin wird bei einem Veraschungsverfahren,
welches bei einer höheren Ordnungszahl des Substrats W
durchgeführt wird, der Betrag der Verringerung in der Veraschungstiefe
zwischen einem jeden Messpunkt und die Gleichförmigkeit
der Veraschungstiefe in der Ebene des Substrats W negativ beeinflusst.
Es versteht sich, dass dies durch die Metallatome verursacht wird,
welche in nicht gleichförmiger Weise auf der inneren Wand
der Kammer 11 eingesammelt werden.
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Im
Vergleich dazu gilt, dass bei der Verwendung der Veraschungsvorrichtung
der vorliegenden Ausführungsform, wie in 8 dargestellt,
beim Vergleich der Messergebnisse des ersten der Substrate mit den
Messergebnissen einer höheren Ordnungszahl der Substrate,
sich die Veraschungstiefe geringfügig an jedem Messpunkt
verändert. Mit anderen Worten heißt das, dass
die Veraschungsrate bei einem jeden Messpunkt der höheren
Ordnungszahlen der Substrate W, welche dem Veraschungsprozess unterzogen
worden sind, im Wesentlichen dieselbe blieb wie bei dem ersten der
Substrate W. Als Ergebnis hiervon gilt, dass durch Ausbilden der
Oberfläche, auf welcher Metall angesammelt werden kann,
um so dieselbe Art von Metall freizulegen, unabhängig von der
Verarbeitungsmenge und Messpunkt des Substrats W, eine Veränderung
in der Veraschungstiefe im Laufe der Zeit verhindert wird, und dass
die Gleichförmigkeit der Veraschungstiefe in einer Ebene
daran gehindert wird, sich zu verschlechtern.
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Die
vorliegende Ausführungsform hat die unten beschriebenen
Vorteile.
- (1) Ein Pfad für die Sauerstoffradikale
wird in der Behandlungskammer 11 ausgebildet. Der Pfad wird
festgelegt durch die Oberflächen, auf welchen sich Metallatome,
die vom Substrat W gestreut werden, ansammeln können (bevorzugterweise
die obere innere Oberfläche 11a der Kammer 11,
die untere Oberfläche der Zerstäuberplatte 31 und
die innere Umfangsoberfläche 33a und untere Oberfläche 33b der
Diffusionsverhinderungswand 33), wobei die Oberflächen
so ausgebildet sind, dass sie ein Metall freilegen, welches dasselbe
ist, wie das vom Substrat W freigesetzte Metall. Somit gilt, dass
selbst falls die Metallatome, die von dem Substrat W gestreut werden, sich
auf den Oberflächen ansammeln, die Fläche, in
welchem ein Metall freigelegt wird, sich im Pfad der Sauerstoffradikale
nur geringfügig ändert. Dementsprechend gilt,
dass selbst falls Metallatome in der Kammer 11 gesammelt
werden, die Menge der deaktivierten Sauerstoffradikale ungefähr
dieselbe ist, als wenn die Metallatome nicht gesammelt würden.
D. h., dass selbst falls das Veraschungsverfahren an einer großen
Anzahl an Substraten W durchgeführt wird, die Anzahl von Sauerstoffradikalen,
welche das Substrat W erreichen, sich nur geringfügig ändert.
Somit wird die Veraschungsrate auf optimale Weise daran gehindert,
sich im Laufe der Zeit zu ändern. Selbst wenn eine große
Anzahl an Substraten W, aus welchen Metall freigesetzt wird, bearbeitet
wird, gilt somit, dass die Veraschungsrate auf optimale Weise stabil
bleibt.
- (2) Die Kammer 11 umfasst die Diffusionsverhinderungswand 33,
welche zylindrisch ist und welche eine unnötige Diffusion
von Sauerstoffradikalen in einen Zustand verhindert, der die Zerstäuberplatte 31 umgibt.
Dementsprechend verhindert die Diffusionsverhinderungswand 33 eine
unnötige Diffusion der Sauerstoffradikale, die von der Zerstäuberplatte 31 nach
außen diffundieren, und führt dem Substrat W auf
effektive Weise Sauerstoffradikale zu.
- (3) In der Zerstäuberplatte 31 wird die Fluoridschicht
(dritte Schicht 31c) auf der Oberfläche ausgebildet,
welche als Einlassseite für Sauerstoffradikale gilt. Die
Fluoridschicht dient als Passivierungsfilm, so dass die obere Oberfläche
der Zerstäuberplatte 31 einer Oxidation widersteht. Als
Ergebnis hiervon binden sich die Sauerstoffradikale auf leichte
Weise an die obere Oberfläche der Zerstäuberplatte 31.
Dementsprechend wird die Menge der in der Zerstäuberplatte 31 deaktivierten
Sauerstoffradikalen aufgrund der Bildung der Fluoridschicht effektiv
verringert. Dies verbessert die Veraschungsrate auf profunde Weise.
- (4) Die Kammer 11, die Zerstäuberplatte 31,
und die Diffusionsverhinderungswand 33 dienen als elektrisch
entgegengesetzte Elektroden zu dem Substratgestell 20,
auf welches eine Hochfrequenzvorspannung von der Hochfrequenzenergieversorgung 40 angelegt
wird. Dementsprechend bewegen sich die vom Substrat W gestreuten
Metallatome zu den entgegengesetzten Elektroden hin. Dies stellt
auf weitere Weise sicher, dass die Metallatome, die vom Substrat
W gestreut werden, sich im Pfad der Sauerstoffradikale auf den Oberfläche
ansammeln, auf welcher Metall freigelegt wird (die obere innere
Oberfläche 11a der Kammer 11, die untere
Oberfläche der Zerstäuberplatte 31, die
innere Umfangsoberfläche 33a der Diffusionsverhinderungswand 33 und die
untere Oberfläche 33b).
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Die
oben beschriebene Ausführungsform kann wie unten beschrieben
verändert werden.
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Die
Schichtstruktur der Zerstäuberplatte 31 in der
oben erläuterten Ausführungsform ist nicht auf besondere
Weise beschränkt. Z. B. kann, wie in 3(b) gezeigt,
die Zerstäuberplatte 31 ausgebildet sein durch
Anbringen einer Fluorschicht (dritte Schicht 31c) auf der
Seite einer Metallplatte (erste Schicht 31a), auf welcher
Sauerstoffradikale eintreffen (obere Oberfläche) und welche
aus einem Metall ausgebildet ist, das aus dem Substrat W freigelegt wird.
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Die
dritte Schicht 31c, die aus einer Fluorschicht ausgebildet
wird und welche in 3(a) gezeigt ist,
kann weggelassen werden. In solch einem Fall dient die zweite Schicht 31b,
die durch eine Metalloxidschicht ausgebildet ist, als Passivierungsschicht.
Ein solcher Aufbau würde auch die Menge an deaktivierten
Sauerstoffradikalen in der Zerstäuberplatte 31 im
Vergleich zu einem Aufbau, bei welchem die Zerstäuberplatte 31 nur
durch die erste Schicht 31a gebildet wird, verringern.
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Alternativ
dazu können die zweite Schicht 31b und die dritte
Schicht 31c, die in 3(a) gezeigt sind,
weggelassen werden. Bei einem solchen Aufbau würden die
Kammer 11, die Zerstäuberplatte 31 und
die Diffusionsverhinderungswand 33, von denen jeweils Metall
freigelegt wird, auch verhindern, dass sich die Veraschungsrate
im Laufe der Zeit ändert.
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Bei
der oben erläuterten Ausführungsform muss die
Zerstäuberplatte 31 nicht aus einer Metallplatte
(erste Schicht 31a) gebildet sein, die aus derselben Art
Metall als das aus dem Substrat W freigelegte Metall ausgebildet
ist. Z. B. kann in der Zerstäuberplatte 31 das
oben beschriebene Metall gesputtert, plattiert, versprüht,
oder dampfabgeschieden werden, um einen Film auf einer Oberfläche
(die dem Substrat zugewandte Oberfläche) auf welcher sich Metallatome,
die aus dem Substrat W gestreut worden sind, ansammeln können.
Genauer gesagt, kann z. B. unter Bezugnahme auf 4 das
oben beschriebene Metall auf eine Oberfläche gesprüht
werden (untere Oberfläche), die dem Substrat W gegenüber
liegt, einer Metallplatte 41a (z. B. Aluminiumplatte),
die aus einem vorbestimmten Metall ausgebildet ist. Dies bildet
einen Metallfilm 41b mit dem oben beschriebenen Metall
auf der Oberfläche aus.
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In
der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Bildung
der dritten Schicht 31c der Zerstäuberplatte 31 (Fluorbehandlung)
durch eine Vorrichtung, welche sich von der Veraschungsvorrichtung unterscheidet,
ausgeführt. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht
auf eine solche Weise beschränkt. Z. B. kann, nachdem an
der Veraschungsvorrichtung die Zerstäuberplatte 31,
die aus der ersten Schicht 31a und der zweiten Schicht 31b aufgebaut
ist, angebracht worden ist, die Zerstäuberplatte 31 in
der Veraschungsvorrichtung eine Fluorbehandlung erfahren, welche
ein fluorhaltiges Plasma verwendet.
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Alternativ
kann in der Kammer 11, die aus derselben Art von Metall
ausgebildet ist, wie das Metall, das aus dem Substrat W freigelegt
ist, z. B. eine Oberflächenoxidationsbehandlung auf einer
anderen Oberfläche als jener, welche dem Substrat gegenüberliegt,
durchgeführt werden.
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In
der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Diffusionsverhinderungswand 33 vollständig aus
dem Metall, welches aus dem Substrat W freigelegt ist, gebildet.
Jedoch ist es nur notwendig, dass das Metall von Oberflächen
freigelegt wird, an denen die vom Substrat gestreut Metallatome
angesammelt werden (innere Umfangsoberfläche 33a und
untere Oberfläche 33b). Dementsprechend gilt z.
B., dass die gesamte Diffusionsverhinderungswand 33 aus
einem vorbestimmten Metall (z. B. Aluminium) ausgebildet sein kann)
und Aufsprühen oder Ähnliches durchgeführt
werden kann, um einen Metallfilm aus dem oben beschriebenen Metall
nur auf der inneren Umfangsoberfläche 33a und
der unteren Oberfläche 33b der Diffusionsverhinderungswand 33 auszubilden.
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Die
Befestigungselemente 32 der oben beschriebenen Ausführungsform
können aus derselben Art von Metall wie das vom Substrat
freigelegte Metall ausgebildet sein.
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In
der oben beschriebenen Ausführungsform kann die Diffusionsverhinderungswand 33 weggelassen
werden.
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In
der oben beschriebenen Ausführungsform müssen
die Kammer 11, die Zerstäuberplatte 31 und die
Diffusionsverhinderungswand 33 nicht mit der Erde verbunden
sein.
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In
der oben beschriebenen Ausführungsform wird die vorliegende
Erfindung durch eine Veraschungsvorrichtung zum Entfernen des Resistfilms von
einem Halbleiter-Wafer W realisiert. Jedoch kann die vorliegende
Erfindung in einer Veraschungsvorrichtung zum Entfernen eines Films
oder organischen Materials, welche entfernbar sind, wenn Plasma
oder Radikale verwendet werden, realisiert sein.
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In
der oben beschriebenen Ausführungsform wird die vorliegende
Erfindung in einer Veraschungsvorrichtung, welche Sauerstoffplasma
verwendet, realisiert. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht beschränkt
auf eine solche Vorgehensweise und kann dadurch realisiert sein,
dass in einer Veraschungsvorrichtung andere Arten von Plasma (z.
B. Wasserstoffplasma) verwendet werden.
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In
der oben beschriebenen Ausführungsform wird die vorliegende
Erfindung durch eine Plasmaveraschungsvorrichtung, welche Sauerstoffplasma verwendet,
realisiert. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht beschränkt
auf eine solche Vorgehensweise und kann z. B. in einer Lichtanregungs-Veraschungsvorrichtung,
welche Sauerstoffradikale durch eine Bestrahlung von Ozongas mit
ultravioletten Strahlen erzeugt, realisiert sein.
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In
der oben beschriebenen Ausführungsform kann der Aufbau
der Veraschungsvorrichtung wie erforderlich verändert werden.
Z. B. können die Anzahl der Arten von zugeführtem
Gas erhöht werden.
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Zusammenfassung
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Veraschungsvorrichtung,
welche verhindert, dass die Veraschungsrate sich im Laufe der Zeit ändert.
Die Veraschungsvorrichtung verascht in einer Bearbeitungskammer
(11) organisches Material auf einem Substrat (W), welches
ein freigelegtes Metall umfasst. Die Veraschungsvorrichtung umfasst
einen Pfad, der in der Bearbeitungskammer (11) ausgebildet
ist und durch welche der Bearbeitungskammer (11) zugeführte
aktive Molekülsorten hindurch treten. Der Pfad ist definiert
durch eine Oberfläche (11a; 31a; 33a; 33b),
auf welcher sich vom Substrat (W) durch die aktiven Molekülsorten
gestreutes Material ansammeln kann, wobei die Oberfläche
so ausgebildet ist, dass sie ein Metall freilegt, welches von derselben
Art ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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