DE3854540T2

DE3854540T2 - Behandlungsapparat und Verfahren.

Info

Publication number: DE3854540T2
Application number: DE3854540T
Authority: DE
Inventors: Cecil J Davis; John I Jones; Rhett B Jucha; Lee M Loewenstein; Robert T Matthews
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1987-07-17
Filing date: 1988-06-23
Publication date: 1996-03-07
Anticipated expiration: 2008-06-24
Also published as: EP0300217A2; EP0300217B1; US4842686A; KR970000202B1; KR890002976A; DE3854540D1; JPH02146744A; EP0300217A3

Description

Hintergrund und Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Apparat und ein Verfahren zum Bearbeiten von Halbleiterscheiben entsprechend der Beanspruchung in den Ansprüchen 1 und 10.
Eines der grundlegenden Probleme bei der Herstellung integrierter Schaltungen sind Fehlerstellen, die durch die Anwesenheit kleiner Teilchen verursacht werden. Wenn beispielsweise zum Mustern einer Leiterschicht die Photolitographie rnit einer Minimumgeometrie von 0,8 um (Mikron) angewendet wird, kann die Anwesenheit eines Teilchens von 0,5 um (Mikron) die gemusterte Leitung genügend einengen, um eine Fehlerstelle zu verursachen, die verhindert, daß die Schaltung arbeitet (entweder sofort wegen eines offenen Stromkreises oder schließlich wegen der Elektromigration). Wenn in einem weiteren Beispiel ein Siliziumteilchen von 10 nm (100 Å) und der Oberfläche haftet und in einer durch Aufwachsen erzeugten Nitridschicht mit 20 nm (200 Å) enthalten ist, hat das Dielektrikum größere Chancen, an diesem Punkt durchzubrechen, auch wenn angenommen wird, daß kein nachfolgender Prozeßschritt das Silikonteilchen stört.
Dieses Problem wird wegen zwei Trends bei der Herstellung integrierter Schaltungen immer unangenehmer: Erstens wird die Größe eines "tödlichen Defekts kleiner, wenn die Bauelementabmessungen immer kleiner werden, so daß es notwendig ist, die Anwesenheit immer kleinerer Teilchen zu vermeiden. Dies macht die Aufgabe, sicherzustellen, daß ein Reinraum tatsächlich rein ist, zunehmend schwierig. Beispielswiese kann ein Reinraum der Klasse 1 (d.h mit einer Atmosphäre mit weniger als einem Teilchen pro 0,028 m³ (cubic foot)) für Teilchen von einem pm (Mikron) und größer ein Raum der Klasse 1000 oder schlechter sein, wenn Teilchengrößen bis herab zu 10 nm (100 Å) gezählt werden.
Zweitens besteht ein zunehmender Wunsch nach der Verwendung integrierter Schaltungen mit großen Abmessungen. Beispielsweise werden integrierte Schaltungen, die größer als 32 m² (50.000 square mils) sind, derzeit viel häufiger als vor fünf Jahren angewendet. Dies bedeutet, daß jeder fatale Defekt wahrscheinlich eine größere Fläche der bearbeiteten Scheibe zerstört, als dies früher der Fall war. Entsprechend einer anderen Betrachtungsweise bedeutet dies, daß nicht nur die kritische Fehlergröße abgenommen hat, sondern daß auch die kritische Fehlerdichte geringer geworden ist.
Somit sind Teilchen nicht nur eine extrem wichtige Verlustquelle bei der Produktionsausbeute integrierter Schaltungen, sondern ihre Bedeutung wird in den kommenden Jahren sehr schnell zunehmen. Es ist daher ein Ziel der Erfindung, allgemein anwendbare Verfahren zur Herstellung integrierter Schaltungen zu schaffen, die die Empfindlichkeit des Prozesses für eine Teilchenkontaminierung herabsetzen.
Eine Hauptquelle der Teilchenkontaminierung ist vom Menschen erzeugt, einschließlich der Teilchen, die vom menschlichen Körper freigegeben werden, als auch der Teilchen, die durch die Anlagenbediener aufgewirbelt werden, die sich innerhalb einer Halbleiterbearbeitungsanlage (front end) bewegen. Zur Reduzierung der Möglichkeit einer Teilchenkontaminierung durch diese Hauptquelle bestand der allgeineine Trend in der Industrie darin, mehr von automatischen Überführungsoperationen Gebrauch zu machen. Bei Anwendung solcher Operationen kann beispielsweise eine Kassette mit Scheiben in eine Maschine eingegeben werden, worauf die Maschine dann die Scheiben einzeln von der Kassette durch die Maschine (zur Durchführung der notwendigen Bearbeitungsschritte) und zurück in die Kassette überträgt, ohne daß eine manuelle Unterstützung stattfindet.
Anstrengungen auf dem Gebiet der automatischen Überführungsoperationen dienten der Hervorhebung der Bedeutung einer zweiten Teilchenquelle, nämlich von Teilchen, die von den Scheiben und dem Überführungsmechanismus während der Behandlungs- und Transportoperationen erzeugt werden. Wenn die Oberfläche der Scheibe leicht gegen irgendeine andere harte Oberfläche stößt, werden leicht Teilchen (aus Silizium, Siliziumdioxid oder anderen Materialien) freigesetzt. Die Teilchendichte innerhalb eines herkömmlichen Scheibenträgers ist typischerweise ziemlich hoch, was auf diese Teilchenquelle zurückzuführen ist. Überdies erzeugen viele bekannte Mechanismen für den Scheibentransport beträchtliche Teilchenmengen. Dieses allgemeine Problem ist in den US-Patenten 4 439 234 und 4 439 244 erörtert, die durch diesen Hinweis hiermit einbezogen werden.
Einige Arten von Scheibenbearbeitungen sind in den US-Patenten 4 293 249 von Whelan, erteilt am 6. Oktober 1991, 4 306 292 von Head, erteilt am 15. Dezember 1981, und 3 765 763 von Nygaard, erteilt am 16. Oktober 1973, gezeigt, die durch diesen Hinweis hiermit einbezogen werden.
Einfügung A: Außerdem ist in der JP-A-62-27573 eine Scheibenverarbeitungsvorrichtung offenbart, die nur eine einzige Verarbeitungskammer enthält.
Die früheren Anmeldungen des gemeinsamen Zessionars, die oben erörtert wurden, befaßten sich mit dieser Seite des Problems durch Schaffung eines Vakuum-Scheibenträgers, in dem die Teilchenerzeugung durch Abreiben der Oberfläche der Scheibe während des Transports reduziert wird. Die Lehren dieser früheren Anmeldungen ermöglichten nicht nur die Reduzierung der Teilchenerzeugung in dem Träger während des Transports und der Lagerung, sondern ergaben auch einen reduzierten Transport von Teilchen zur aktiven Fläche der Scheibe während des Transports und der Lagerung durch Halten der Scheiben mit der Oberseite nach unten in einem Hochvakuum. Dies ermöglichte ein rasches Absetzen sowohl von umgebungsbedingten als auch von transportbedingten Teilchen auf einer anderen Scheibenfläche als der aktiven Fläche.
Die Scheiben können daher transportiert, eingeladen, ausgeladen und bearbeitet werden, ohne daß sie jemals die Atmosphäre oder sogar niedrige Vakuumbedingungen sehen. Dies ist äußerst nützlich, da es bei Drücken von weniger als etwa 1,3 mPa Torr) nicht genügend Brownsche Bewegung vorhanden ist, um Teilchen mit einer Größe von mehr als etwa 10 nm (100 Å) zu halten, und diese Teilchen fallen aus dieser Niedrigdruckatmosphäre ziemlich schnell aus.
Figur 2 zeigt die Zeit, die verschieden große Teilchen benötigen, um bei Atmosphärendruck um einen Meter zu fallen. Es sei bemerkt, daß bei einem Druck von 1,3 mPa (10&supmin;³ Torr) oder weniger sogar Teilchen von 10 nm (100 Å) um einen Meter pro Sekunde fallen und größere Teilchen schneller fallen. (Große Teilchen fallen einfach ballistisch mit der Beschleunigung der Schwerkraft.) Eine Atmosphäre mit einem Druck unter 1,3 mPa (10&supmin;&sup5; Torr) bedeutet, daß Teilchen mit 10 nm (100 Å) oder mehr nur ballistisch transportiert werden können und nicht ohne weiteres durch zufällige Luftströmungen oder Brownsche Drift auf die kritische Scheibenoberfläche transportiert werden. Die Bedeutung dieser Kurve für die verschiedenen Ausführungen, die in der vorliegenden Anmeldung beschrieben werden, besteht darin, daß die früheren Anmeldungen die ersten bekannten Lehren einer Möglichkeit darstellten, Scheiben so zu bearbeiten, daß sie nie in der Luft mitgeführten Teilchen ausgesetzt sind, nämlich von dem Zeitpunkt an, an dem sie in die erste Vakuumprozeßstation geladen werden (die eine Reinigungs- und Abpumpstation sein kann), bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Bearbeitung beendet worden ist, ausgenommen dort, wo der Bearbeitungsschritt selbst höhere Drücke erfordert (beispielsweise für herkömmliche photolitographische Stationen oder für Naßbearbeitungsschritte). Dies bedeutet, daß die gesamten Möglichkeiten für eine Teilchenansammlung auf den Scheiben stark reduziert wurden.
Die oben erwähnten früheren Anmeldungen lehrten auch die Verwendung des Vakuum-Scheibenträgers zusammen mit einer Beschickungsschleuse und einem Vakuumscheibentransportmechanismus an mehr als einem Prozeßmodul zur Schaffung eines vollständigen Scheibentransportsystems mit niedriger Teilchenbelastung. Diese Vakuum-Beschickungsschleusen können zweckmäßigerweise Mechanismen zum Öffnen eines Vakuum-Scheibenträgers im Anschluß an das Abpumpen der Beschickungsschleuse, zum Entfernen von Scheiben aus dem Träger in jeder beliebigen Reihenfolge und zum Überführen einer Scheibe nach der anderen durch eine Öffnung in eine angrenzende Bearbeitungskammer aufweisen. Überdies kann der Beschickungsschleusenmechanismus den Vakuum-Scheibenträger schließen und wieder abdichten, so daß die Beschickungsschleuse selbst auf atmosphärischen Druck gebracht und der Vakuum-Scheibenträger entfernt werden kann, ohne daß das Vakuum im Vakuum-Scheibenträger unterbrochen wird. Dieser Prozeß zieht den höchstmöglichen Nutzen aus dem Absetzphänomen, das in Figur 2 dargetellt ist und später noch genauer beschrieben wird. Die Scheibe kann in einer praktisch teilchenfreien Umgebung vom Träger zur Beschickungsschleuse, in die Prozeßkammer und durch die Beschickungsschleuse zum Träger zurück, möglicherweise für eine gesamte Herstellungsablauffolge, bewegt werden.
Eine Prozeßstation (die wahlweise einen Prozeßmodul oder mehr als ein Prozeßmodul enthalten kann), enthält mehr als eine an ihr befestigte Beschickungsschleuse. Dies hat mehrere tatsächliche und mögliche Vorteile. Erstens kann die Bearbeitung an Scheiben fortgesetzt werden, die von einer Beschickungsschleuse eingeführt worden sind, während die andere Beschikkungsschleuse gerade wieder beladen wird, so daß der Durchsatz erhöht wird. Zweitens ist es bei manchen Arten mechanischer Fehlfunktionen möglich, wenigstens die im Prozeß befindlichen Scheiben aus dem Zentralmodulbereich (in eine der Beschickungsschleusen oder sogar in einen der Prozeßmodule) zu bewegen, damit sie nicht der Umgebung ausgesetzt werden, wenn es notwendig ist, den Prozeßmodul zu lüften, um die Fehlfunktion zu korrigieren. Dies bedeutet, daß sogar ziemlich schwere Fehler behoben werden können. Drittens ergibt sich ein weiterer Vorteil, wenn innerhalb jeder Beschickungsschleuse eigene Übertragungsarme vorgesehen sind, so daß beim Auftreten eines mechanischen Problems mit einem Übertragungsgerät innerhalb der Beschickungsschleuse die Prozeßstation mit der Produktion fortfahren kann, indem die Übertragung durch die andere Beschickungsschleuse erfolgt, währen die Wartung zum Korrigieren der mechanischen Fehlfunktion gerufen wird.
Die in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen verschiedenen Prozeßmodule ergeben eine außergewöhnliche Verbesserung der Modularität der Verarbeitungsausrüstung. Dies bedeutet, daß ein Reaktor in irgendeine von sehr verschiedenen Funktionen geändert werden kann, indem ein einfacher Ersetzungsvorgang durchgeführt wird. Aus der genauen Beschreibung, die anschließend folgt, ist zu erkennen, daß die meisten der verschiedenen verfügbaren Funktionen eingebaut werden können, indem lediglich Austauschvorgänge in der Scheibenaufnahme und in dazugehörigen Strukturen, d.h. in den angebauten oberen Teilchen des Reaktors, oder in den Zuführungsstrukturen, d.h. den Strukturen direkt unterhalb der Scheibe, durchgeführt werden. Die Grundstruktur der Vakuumkammer und der Scheibenübertragungsschnittstelle wird dadurch nur sehr wenig verändert.
Diese Fähigkeit bringt außerordentliche Vorteile mit sich. Erstens werden die Mindestkosten der Hinzufügung einer neuen Bearbeitungsmöglichkeit stark herabgesetzt. Zweitens wird die Flexibilität des Herstellungsraums stark erhöht, da die Maschinen zur Durchführung neuer Funktionen relativ leicht umkonfiguriert werden können. Drittens wird die Entwicklungszeit für Reaktorstrukturen stark herabgesetzt. Viertens wird auch die Einarbeitungszeit für das Personal, das einen neuen Reaktor benutzt, stark verkürzt, da viele Schlüsselfunktionen über eine große Vielfalt von Reaktoren hinweg in gleicher Weise ausgeführt werden. Fünftens werden die Fehlerkosten reduziert, da die Bedienungspersonen weniger häufig Fehler machen, die auf die Nichtvertrautheit oder auf Verwirrungen aufgrund einer Anlagenvielfalt zurückzuführen sind. Ferner sind die Kosten für das Bereithalten von Ersatzteilen reduziert. Siebtens können die Reparatur- und Wartungskosten herabgesetzt werden, da viele dieser Funktionen außerhalb des Produktionsbetriebs nach dem Einsetzen eines entsprechenden Ersatzmodtls in den Produktionsreaktor durchgeführt werden können. Achtens kann die Anwesenheit nicht benutzter oder überflüssig gewordener Maschinen im Herstellungsraum minimiert werden, da eine Maschine, die für die Durchführung einer nicht mehr benötigten Funktion konfiguriert worden ist, umkonfiguriert werden kann.
Die verschiedenen Klassen von Modulen, die hier beschrieben werden, haben den Vorteil, daß der für ihren Aufbau notwendige "Fußabdruck" minimal ist. Das bedeutet, daß beim Anbringen eines oder mehrerer Prozeßmodule der beschriebenen Art in einem Reinraum nur eine minimale Reinraumbodenfläche (die sehr teuer ist) benötigt wird.
Die Fähigkeit, Scheiben von einer Prozeßkammer zu einer anderen ohne Unterbrechung des Vakuums zu übertragen, wird durch die modulare Kompatibilität der anschließend beschriebenen Ausführungen verbessert. Insbesondere besteht einer der Vorteile der modularen Verarbeitungseinheiten der hier beschriebenen Art darin, daß eine einzige Prozeßstation vorteilhafterweise mehrere Prozeßmodule der beschriebenen Art enthalten kann, so daß die Scheiben nicht einmal die Beschickungsschleuse durchlaufen müssen, um zwischen zwei Modulen übertragen zu werden, die sich innerhalb einer gemeinsamen Station befinden.
Ein Weg, die Vorteile der verschiedenen unten erörterten Modulausführungen zu betrachten, kann darin bestehen, zu berücksichtigen, daß sie einen Reaktor mit den allerhöchsten Fähigkeiten ermöglichen, d.h. eine größere Anpassungsfähigkeit haben, als sie jemals für einen einzigen Prozeß benutzt werden kann. In diesem Licht betrachtet ist zu erkennen, daß ihre Merkmale bei der sequentiellen Bearbeitung vorteilhaft sind. Dies heißt, daß es als wünschenswert erkannt worden ist, einen oder mehrere Prozesse in der gleichen Kammer auszuführen, ohne die Scheibe zu entfernen. Die hier beschrienen Reaktorausführungen sind besonders vorteilhaft bei der Durchführung einer solchen Verarbeitung, da die "Überschuß"- Fähigkeit der Reaktorausführung bedeutet, daß es einfacher ist, ihn so aufzubauen, daß er zwei aufeinanderfolgende Schritte durchführt.
Andere und weitere Vorteile sind in und am Ende der Beschreibung der bevorzugten Ausführung angegeben.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer Beschickungsschleuse zeigt, die mit der Bearbeitung und dem Transport von integrierten Halbleiterschaltungsscheiben im Vakuum kompatibel ist,
Figur 2 ein Diagramm der Zeit zeigt, die Teilchen mit verschiedenen Größen benötigen, um durch Luft bei verschiedenen Drücken zu fallen,
Figur 3 eine Ausführungsform einer Scheibentransportstruktur in einer Prozeßstation zeigt, in der die Scheibe von dem Überführungsarm 28 auf drei Stifte gelegt wird, der durch die Zwischenkammer-Überführungsöffnung 30 aus der angrenzenden Vakuum-Beschickungsschleusenkammer 12 reicht,
Figur 4 eine genauere Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Mehrscheiben-Vakuumscheibenträgers 10 zeigt, der an die Positionsausrichtplattform 18 innerhalb einer Beschickungsschleuse ähnlich der von Figur 1 angebaut ist,
Figuren 5A und 5B eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel von Prozeßstationen zeigt, die Prozeßmodule und Scheibenüberführungsstufen sowie Beschickungsschleusen enthalten,
Figur 6 einen Aufbau für einen Prozeßmodul zeigt, der als einer der Prozeßmodule innerhalb der Prozeßstation von Figur 5A und Figur 5B verwendet werden kann,
Figur 7 den Plasmareaktor von Figur 6 in der geschlossenen Position zeigt, in der er sich während des eigentlichen Ätzprozesses befindet,
Figur 8 eine Draufsicht auf den Reaktor von Figur 6 zeigt,
Figur 9 eine verbesserte Ausführung des Prozeßmoduls von Figur 6 in einem Ausführungsbeispiel zeigt, das die Fähigkeit zur Prozeßverbesserung durch ultraviolettes Licht enthält, das in situ erzeugt wird, und das auch die Fähigkeit hat, der Scheibenfläche aktivierte Spezies zuzuführen (die von Gasströmen durch eine zusätzliche Plasmaentladung erzeugt werden, die von der Scheibenfläche entfernt ist). Der Modul ist in einer Prozeßstation dargestellt, die nur einen Modul und eine Beschickungsschleuse enthält, jedoch kann er auch in Ausführungen wie der von Figur 5A und Figur 5B benutzt werden.
Figur 10 einen tatsächlichen Aufbau einer Prozeßstation zeigt, der zur Verwirklichung einiger der beschriebenen Ausführungen angewendet werden kann,
Figur 11 ein Flußdiagramm für ein Beschickungsschleusen- Steuersystem zeigt, das einen Teilchenschutz in einem Vakuum-Prozeßsystem ergibt,
Figur 12 eine genaue Darstellung der Struktur zeigt, die zur Realisierung der Fähigkeit zur Prozeßverbesserung durch in situ erzeugtes Ultraviolettlicht in Ausführungen wie der von Figur 9 verwendet wird,
Figur 14 eine weitere Alternativausführung der Struktur von Figur 12 zeigt, in der das Plasma, das die Ultraviolettquelle liefert, zwischen Elektroden erzeugt wird, die angenähert zylindrisch verlaufen, und bei der auch die Möglichkeit vorgesehen ist, der Scheibenfläche aktivierte Spezies zuzuführen (die durch Gasströme durch eine zusätzliche Plasmaentladung entfernt von der Scheibenfläche erzeugt werden),
Figur 15 ein Beispiel einer Struktur zeigt, die aktivierte Spezies durch Gasströme durch eine Plasmaentladung erzeugt, die von der Scheibenfläche entfernt ist, was für Ausführungen wie denen von Figur 14 gilt,
Figur 16 ein Beispiel eines Moduls zeigt, daß die kombinierten Fähigkeiten des Plasmabeschusses aus einem Plasma nahe bei der Scheibenfläche und zur Erzeugung aktivierter Spezies aus einer entfernt liegenden Entladung sowie zur Beleuchtung der Scheibenfläche mit intensivem Ultraviolettlicht umfaßt,
Figur 17 ein Beispiel eines Prozeßmoduls zeigt, das zwei getrennte Gaszufuhrverteiler aufweist und besonders vorteilhaft für chemische Dampfabscheidungsoperationen unter Verwendung von Spezien aus zwei Quellen ist,
Figur 18 einen Teil eines Prozeßmoduls zeigt, der die Durchführung einer schnellen Wärmebearbeitung mit reduziertem Risiko einer Scheibenbeschädigung ermöglicht, wobei die Figuren 19A, 19B und 19C schematisch zeigen, wie der Betrieb der Wärmequelle von Figur 18 die Verteilung der Wärme auf der Scheibe verändern kann, während Figur 20 Beispielsdiagramme der Erwärmung über einen Scheibendurchmesser unter den Bedingungen der Figuren 19B und 19C zeigt,
Figuren 21A und 21B zwei Strukturen zum Reduzieren der leitenden Wärmeübertragung zwischen einer Scheibe und einem transparenten Vakuumfenster in Ausführungen zur schnellen Wärmebearbeitung zeigt, wobei Gasströmungsanschlüsse zum Zuführen eines Spülgases in den Leerraum zwischen der Scheibe und der transparenten Vakuumwand enthalten sind, während Figur 21C eine dritte Möglichkeit zur Minimierung dieser leitenden Wärmeübertragung zeigt und Figur 21D eine Beispielsvakuumabdichtung zeigt, die mit einer transparenten Vakuumwand verwendet werden kann, die großen Temperaturänderungen in einer Umgebung mit rascher Wärmebearbeitung ausgesetzt ist,
Figur 22 eine weitere Ausgestaltung einer Wärmequelle für eine schnelle Wärmebearbeitung zeigt, bei der die Gesamtbreite der Wärmequelle minimal ist,
Figur 23 die Einzelheiten eines Prozeßmoduls zeigt, der in Kombination die Fähigkeit für eine Hochtemperaturbearbeitung (und Reinigung), einen Plasmabeschuß, der Zuführung entfernt erzeugter aktivierter Spezies zur Scheibenfläche und der Beleuchtung der Scheibenfläche mit in situ erzeugtem intensiven Ultravio- lettlicht bietet,
Figur 25A und 25B einen Prozeßmodul zeigt, der die Fähigkeit zur Kanten-Vorzugsbearbeitung (und insbesondere zur Photoresistaushärtung und/oder zur Randwulstentfernung) hat,
Figur 26A einen Prozeßmodul zeigt, der eine Reinigung und eine Zerstäubungsablagerung ermöglicht, wobei Figur 26B und Figur 26C Einzelheiten des Moduls von Figur 26A einschließlich eines Systems für den Scheibentransport innerhalb des Moduls zeigen,
Figur 27 einen Prozeßmodul zeigt, der mit einem Vakuumbearbeitungssystem kompatibel ist, in dem mehrere Scheiben gleichzeitig unter Hochdruck (oder wahlweise unter Niederdruck) bearbeitet werden,
Figur 28 ein Ausführungsbeispiel eines Ionenimplantations- Prozeßmoduls zeigt, der mit einem Vakuumbearbeitungssystem kompatibel ist,
Figur 29A bis Figur 29G vergrößerte Schnittansichten der Innenwände von Prozeßgasrohren in mehreren Ausführungsformen zeigen, die in Halbleiter-Prozeßmodulen Vorteile ergeben,
Figur 30A bis Figur 30E eine Verteilerstruktur und die mit dieser Struktur erzielten verbesserten Ergebnisse in einem DESCUM- Prozeß zeigen,
Figur 31 ein Blockschaltbild eines Computer-Steuersystems zeigt,
Figur 32 einen Prozeßmodul mit entferntem und in-situ-Plasma zeigt,
Figur 33 und Figur 34 eine Beschickungsschleusenkammer zeigen, die für die Überführung von Scheiben zwischen einem Vakuumträger und der Umgebung geeignet ist,
Figur 35 und Figur 36 die den Figuren 33 bzw. 34 ähnlich sind, eine Beschickungsschleusenkammer zeigen, die für die Überführung von Scheiben zwischen einem Vakuumträger und einem Überführungsmechanismus in ein Vakuumbearbeitungssystem geeignet ist,
Figur 37 bis Figur 40 Einzelheiten eines Vakuumbearbeitungssystems zeigen, das zwei Lampenringe aufweist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Die Erfindung schafft grundlegende neue Konzepte in Verfahren und Geräten zur Halbleiterbearbeitung. Die hier bevorzugten Ausführungsformen werden nun genauer erörtert, jedoch sei bemerkt, daß die in diesen Ausführungsformen enthaltenen Konzepte auch in vielen anderen Ausführungsformen verwendet werden könnten, wobei der Schutzumfang der Erfindung nicht durch die speziellen Beispiele, die hier gezeigt sind, beschränkt ist.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Vakuum-Scheibenträgers 10 innerhalb einer Vakuum-Beschickungsschleusenkammer 12. Der Vakuum-Scheibenträger 10 ist auch in Figur 4 mit etwas genaueren Einzelheiten dargestellt.
Der Vakuum-Scheibenträger 10 ist mit geöffneter Tür 14 dargestellt. Die Tür 14 ist an einer Seite (in den Figuren 1 und 4 auf der linken Seite) des Hauptkörpers des Träger 10 mit Hilfe von (nicht dargestellten) Scharnieren gelenkig befestigt. Die Tür 14 weist eine Vakuumdichtung 13 (Figur 4) auf, wo sie mit dem Körper des Vakuum-Scheibenträgers zusammentrifft, so daß das Innere des Vakuum-Scheibenträgers 10 für mehrere Tage und möglicherweise für mehrere Vielfache von zehn Tagen ohne eine für einen Anstieg des Innendrucks über beispielsweise 133 mPa (10&supmin;&sup5; Torr) ausreichende Undichtheit gehalten werden kann, während die Außenseite des Trägers 10 der Atmosphäre ausgesetzt ist.
Der Vakuum-Scheibenträger 10 kann an eine Positionsausrichtplattform 18 angekoppelt werden. Die Positionsausrichtplattform 18 ist in Figur 1 nur zum Teil erkennbar, jedoch ist sie in Figur 4 genauer dargestellt. Wenn in der Vakuum-Beschikkungsschleusenkammer 12 ein Vakuum-Scheibenträger 10 angebracht wird, ist die Position des Vakuum-Scheibenträgers 10 daher exakt bekannt. Der Vakuum-Scheibenträger 10 weist Laschen 16 auf, die in vertikale Schlitze 17 eingreifen, die an der Positionsausrichtplattform 18 befestigt sind. Der Vakuum-Scheibenträger 10 kann in diese Schlitze eingeschoben werden, bis er auf der Positionsausrichtplattform 18 aufliegt, so daß dadurch gewährleistet wird, daß die Position des Vakuum- Scheibenträgers 10 genau bekannt ist. Es ist auch nützlich, wenn die Positionsausrichtplattform 18 zwei sich verjüngende Zapfen 21 aufweist. Wie in Figur 4 dargestellt ist, sind diese beiden Zapfen 21 konisch geformt, jedoch können sie auch andere Formen haben, beispielsweise kann der eine konisch und der andere keilförmig sein. Die Zapfen 21 sind so angeordnet, daß sie in sich verjüngende Löcher 23 in der Unterseite des Vakuum-Scheibenträgers 10 eingreifen, wenn dieser mit den mit den Schlitzen 17 in Eingriff stehenden Laschen 16 abgesenkt wird. Eine große Vielfalt anderer Anordnungen könnte zur Gewährleistung der mechanischen Ausrichtung angewendet werden. Durch die Verwendung der Schlitze 17, der Laschen 16 und der Zapfen 21 werden somit der Träger 10 und die Kammer 12 in eine Fluchtlinie gebracht (oder mechanisch aufeinander ausgerichtet).
Der Vakuum-Scheibenträger 10 weist auch eine Sicherheitsklinke 15 auf, die die Tür 14 gegen ein Öffnen aufgrund zufällig einwirkender externer Kräfte gegen ein Öffnen sichert. Eine Lasche 500 ragt von der Seite der Tür 14 ab, die von den (nicht dargestellten) Scharnieren abgewendet ist, mit denen sie am Hauptkörper des Trägers 10 befestigt ist. Die Sicherheitsklinke 15 kann auch zuin Halten der Tür 14 im geschlossenen Zustand verwendet werden, wenn der Träger 10 als ein Nicht-Vakuum-Träger verwendet wird. Die Lasche kann mit einer Sicherheitsklinke in Eingriff gebracht werden, die drehbar an der Seite (in Figur 4 der rechten Seite) des Trägers 10 befestigt ist. Unter normalen Transportbedingungen ist diese Sicherheitsklinke jedoch nicht erforderlich, da der atmosphärische Druck die Tür gegen das innere Vakuum des Vakuum-Scheibenträgers 10 geschlossen hält. Wenn der Vakuum-Scheibenträger 10 durch Eingriff der Laschen in den Schlitzen 17 innerhalb der Vakuum-Beschickungsschleusenkammer 12 angebracht wird, wirkt ein fester Finger 19 auf die Sicherheitsklinke 15 ein und dreht sie (in Figur 4 nach oben) von der Lasche 500 zu ihrer Freigabe weg, so daß die Tür 14 geöffnet werden kann. Der feste Finger 19 erstreckt sich gemäß der Darstellung von Figur 4 von der Plattform 18 aus nach oben.
Wenn der Vakkum-Scheibenträger 10 mit der Positionsausrichtplattform 18 zusammengefügt ist, wirkt auf die Tür 14 auch das Oberende der Türöffnungswelle 24 ein. Die Tür 14 kann in ihrer Unterseite mit einer (nicht dargestellten) flachen Nut versehen sein, die mit einem Finger und einem Arm 25 am oberen Ende der Türöffnungswelle 24 zusammenwirkt. Der Arm 25 ist so angeordnet, daß er die Tür 14 nahe ihrer Befestigung am Hauptkörper des Trägers 10 erfaßt, damit die Tür 14 wie gewünscht gedreht wird. Nachdem die Beschickungsschleuse so weit abgepumpt worden ist, daß der Differenzdruck die Tür 14 nicht länger geschlossen hält, kann die Tür durch Drehen der Türöffnungswelle 24 (gemäß der Darstellung von Figur 4 im Uhrzeigersinn) geöffnet werden. Die Tür kann durch Drehen der Welle 24 gemäß der Darstellung von Figur 4 entgegen dem Uhrzeigersinn geschlossen werden.
Nachdem der Vakuum-Scheibenträger 10 in der Vakuum-Beschikkungsschleusenkammer 12 (Figur 1) angebracht worden ist und der Beschickungsschleusendeckel 20 geschlossen worden ist, erfolgt zweckmäßigerweise durch den Verteiler 22 (Figur 1) innerhalb des Beschickungsschleusendeckels 20 eine Spülung (mit trockenem Stickstoff oder einem anderen sauberen Gas), was bei hohem Druck stattfinden kann. Der Verteiler 22 enthält Löcher im Deckel 20, eine Verbindung mit einer Quelle des Gases in die Löcher im Deckel 20 und Öffnungen aus den Löchern im Boden des Deckels 20. Das Gas strömt von der Quelle durch die Löcher im Deckel 20 und tritt vom Deckel 20 aus durch die Öffnungen nach unten aus. Das Gas vom Verteiler 22 erzeugt eine vertikale Strömung, die die Neigung zeigt, Teilchen nach unten zu transportieren. Der Gasstrom aus dem Verteiler 22 trägt auch dazu bei, einige der größeren Teilchen zu entfernen, die sich auf dem Vakuum-Scheibenträger 10 angesammelt haben können, während er atmosphärischen Bedingungen ausgesetzt war.
Während dieser anfänglichen Spülstufe (beispielsweise mit einer Dauer von 30 Sekunden oder mehr) wird die Kammer dann langsam auf 133 mpa (10&supmin;&sup5; Torr) oder weniger abgepumpt. Diese Abpumpstufe sollte relativ langsam durchgeführt werden, damit nicht zufällig vorhandene Teilchen aufgewirbelt werden. Bei niedrigen Drücken können Teilchen zwar aus der Luft ausfallen, jedoch sind die Teilchen am Boden der Kammer immer noch vorhanden und dürfen nicht aufgewirbelt werden, wenn dies vermieden werden kann.
Um zu gewährleisten, daß von der Luft mitgeführte Teilchen aus der Luft der Kammer ausgefallen sind, kann das Innere der Vakuum-Beschickungsschleuse dann für einige Sekunden auf 133 oder 13,3 mPa (10&supmin;³ oder 10&supmin;&sup4; Torr) gehalten werden, damit sichergestellt wird, daß alle Teilchen, die aus der Luft ausfallen können, dies auch tun.
Die Verwendung des Trägers 10 und der Kammer 12 in der oben beschriebenen Weise führt zu einer großen Reduzierung der Probleme der in der Luft mitgeführten Teilchen, die stets der vorherrschende Typ des Teilchentransports waren, so daß das Problem der ballistisch transportierten Teilchen nun zweckmäßigerweise angesprochen werden kann.
Für die Beschickungsschleuse können ein geneigter Boden und polierte Seitenwände als Abwandlung der Kammer 12 angewendet werden. Dies würde die Besetzung von Teilchen reduzieren, die an den Seitenwänden und am Boden haften und dann durch mechanische Schwingungen gestört werden können.
Es sei bemerkt, daß an das Innere der Vakuum-Beschickungsschleusenkammer 12 Vakuummeter 62 (Figur 1) angeschlossen sind. Die Vakuummeter 62 enthalten ein Hochdruckmanometer (beispielsweise ein Thermoelement), ein Niederdruckmanometer (beispielsweise ein lonisationsmanometer) und einen Differenzfühler, der exakt feststellt, wenn sich der Innendruck der Beschickungsschleuse der Atmosphäre ausgeglichen hat. Die Tür des Vakuum-Scheibenträgers 10 wird nicht geöffnet, bis diese Manometer anzeigen, daß ein gewünschter Unterdruck innerhalb der Beschickungsschleuse erreicht worden ist.
Nachdem eine Grobpumpe und deren Abtrennventil 702 (Figur 31) die Kammer auf ein geringes Vakuum abgesenkt haben, kann das Tor- oder Trennventil 39 geöffnet werden, um die Pumpe 38 mit dem Inneren der Beschickungsschleuse zu verbinden, worauf die Pumpe 38 dann so betätigt werden kann, daß sie den Druck auf 133 mpa (10&supmin;³ Torr) oder weniger bringt.
An dies ein Punkt sind die Drücke innerhalb des Vakuum-Scheibenträgers 10 und der Vakuum-Beschickungsschleusenkammer 12 mehr oder weniger ausgeglichen, und die Tür 14 kann durch Betätigen eines Türantriebsmotors 26 (Figur 1) geöffnet werden, der an die Türöffnungswelle 24 über eine Vakuumdurchführung 33 angeschlossen ist. Der Motor 26 dreht die Welle 24 gemäß der Darstellung der Figuren 1 und 4 im Uhrzeigersinn zum Öffnen der Tür 14 und entgegen dem Uhrzeigersinn zum Schließen der Tür 14. Innerhalb der Vakuum-Beschickungsschleusenkammer 12 sind auch zwei Fühlerschalter 708 (Figur 31) enthalten, damit festgestellt wird, wann die Tür 14 völlig geöffnet ist und wann die Tür 14 völlig geschlossen ist. Nachdem die Beschickungsschleusenkammer 12 abgepumpt worden ist und für ein paar Sekunden in Ruhe gelassen worden ist, wird die Türöffnungswelle 24 im Uhrzeigersinn gedreht, damit die Tür 14 geöffnet wird, bis einer der Fühlerschalter feststellt, daß die Tür völlig offen ist.
Während dieser Zeit wird der Übertragungsarm 28 in seiner Ruheposition in einer Höhe unterhalb des Bodens der Tür gehalten, so daß die Tür 14 Spielraum zum Öffnen hat. Nachdem der Fühlerschalter festgestellt hat, daß die Tür 14 völlig offen ist, kann der Übertragungsarm 28 beginnen, zu arbeiten. Zum Schließen der Tür 14 wird die Welle 24 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, bis der weitere Fühlerschalter feststellt, daß die Tür 14 geschlossen ist.
Der Übertragungsarm 28 hat zwei Freiheitsgrade. Der Arm kann sich sowohl in Vertikalrichtung als auch in horizontaler Richtung bewegen. Eine Bewegungsrichtung ermöglicht dem Übertragungsarm 28, in den Vakuum-Scheibenträger hineinzureichen oder durch eine Zwischenkammer-Übertragungsöffnung 30 in den benachbarten Prozeßmodul, beispielsweise den Prozeßmodul 570 (Figur 9), hineinzureichen. Der andere Freiheitsgrad entspricht der Vertikalbewegung des Übertragungsarms 28, der die Auswahl einer zu entfernenden Scheibe innerhalb des Vakuum- Scheibenträgers 10 oder eines Schlitzes ermöglicht, in den eine Scheibe während einer Übertragungsoperation einzuführen ist.
Ein Hubantriebsmotor 32 sorgt für das Anheben des Übertragungsarms 28, und der Armantriebsmotor 34 sorgt für das Vorstrecken und das Zurückziehen des Übertragungsarms 28. Keiner dieser Motore benötigt eine Vakuumdurchführung, da sie innerhalb des Auslaßverteilers 36 angebracht sind. Der Auslaßverteiler 36 hat gemäß Figur 1 eine zylindrische Form, und er erstreckt sich vom Boden der Kammer 12 aus nach unten. Der Auslaßverteiler führt auch durch den Boden der Kammer 12 ein kurzes Stück in die Kammer 12, wobei er an diesem Boden befestigt ist. Die Pumpe 38 befindet sich am Ende des Auslaßverteilers 36 entfernt von dessen Befestigung an der Kammer 12. Der Motor 36 ragt ebenfalls von der Kammer 12 aus nach unten. Die Pumpe 38 kann beispielsweise eine Turbomolekularpumpe sein. Der Auslaßverteiler 36 ist nicht direkt in die Vakuum- Beschickungsschleusenkammer 12 hinein geöffnet, sondern er weist rund um sein Oberende (dem Ende des Verteilers 36, das in die Kammer 12 ragt) Öffnungen 40 auf. Somit ist der Auslaßverteiler 36 so aufgebaut, daß keine Sichtlinie vom Hubantriebsmotor 32, vom Armantriebsmotor 34 oder von der Pumpe 38 zur Vakuum-Beschickungschleusenkammer 12 existiert. Dies reduziert den ballistischen Transport von Teilchen von diesen sich bewegenden Elementen in die Beschickungsschleusenkammer. Die in Figur 1 dargestellte Anordnung hat sich als nützlich erwiesen, jedoch sind auch andere Anordnungen zur Erzielung des erforderlichen Transports der Scheibe 48 möglich.
Der Hubantriebsmotor 32 ist so angeschlossen, daß er eine Teilplattform 42 aufwärts- und abwärtsbewegt, und der Armantriebsmotor 34 ist an dieser Teilplattform 42 innerhalb des Verteilers 36 befestigt. Der Motor 34 ist im Verteiler 36 befestigt. Die Antriebswelle des Motors 32 treibt eine Schraubspindel 510 an. Die Schraubspindel 510 führt durch Gewindegänge in der Teilplattform 42 zum Antreiben dieser Teilplattform 42 in Aufwärts- oder Abwärtsrichtung in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Antriebswelle des Motors 32. Drei Stäbe 520, 521 und 522 führen durch die Teilplattform 42 und können mit dieser verschiebbar in Eingriff stehen. Die Stäbe sind am oberen Ende des Verteilers 36 befestigt. An der Teilplattform 42 ist auch ein rohrförmiger Träger 46 befestigt. Diese Verbindung innerhalb des Verteilers 36 erlaubt ein einfaches Bewegen des Übertragungsarms 28 in vertikaler Richtung.
Innerhalb des Übertragungsarmträgers 44 ist eine weitere Verbindung vorgesehen, die ein sehr komkaptes Bewegen des Übertragungsarms 28 ermöglicht. Der rohrförmige Träger 46 erstreckt sich von der Teilplattform 42 aus nach oben durch das obere Ende des Verteilers 36. Der drehbare Übertragungsarmträger 44 ist für einen Antrieb durch eine (nicht dargestellte) Stange innerhalb des rohrförmigen Trägers 46 angeschlossen. Der rohrförmige Träger 46 ist an dem Armträger 44 befestigt. Somit wird die rotierende Stange durch den Armantriebsmotor 34 angetrieben, und sie treibt ihrerseits den Armträger 44; der drehbare Übertragungsarmträger 44 ist an dem rohrförmigen Träger 46 befestigt, der sich nicht dreht, sondern nur aufwärts- und abwärtsbewegt. Eine interne Kettenund Kettenradverbindung wird so eingesetzt, daß die Verbindung zwischen dem drehbaren Übertragungsarinträger 44 und dem Übertragungsarm 28 mit der doppelten Winkelgeschwindigkeit der Verbindung zwischen dem drehbaren Übertragungsarmträger 44 und dem rohrförmigen Träger 46 stattfindet. Es können natürlich auch viele andere mechanische Verbindungen als Alternative zur Erzielung dieses Ergebnisses eingesetzt werden.
Dies bedeutet, daß dann, wenn sich der drehbare Übertragungsarmträger 44 in seiner Ruheposition befindet, eine Scheibe 48 etwa über dem rohrförmigen Träger 46 gehalten wird, jedoch dann&sub1; wenn der drehbare Übertragungsarmträger 44 um 90º bezüglich des rohrförmigen Trägers 46 gedreht ist, der Übertragungsarm 28 bezüglich des drehbaren Übertragungsarmträgers 44 um 180º gedreht worden ist, so daß der Übertragungsarm entweder gerade in den Vakuum-Scheibenträger 10 oder aber gerade durch die Zwischenkammer-Übertragungstür 30 in die angrenzende Prozeßkammer ragen kann. Diese Verbindung ist in der US- Patentschrift 4 659 413 von Davis et al. vom 21. April 1987 genauer beschrieben, die durch diesen Hinweis hiermit einbezogen wird.
Der Übertragungsarm 28 besteht aus einem dünnen Federstahlteil mit einer Dicke von beispielsweise 0,76 mm (0,030 inch). Der Übertragungsarm 28 weist drei Stifte 50 (Figuren 1 und 3) auf, die dem Halten der Scheibe 48 dienen. Jeder der drei Stifte 50 enthält einen kleinen Kegel 52 (Figur 3) auf einer schmalen Schulter 1900 (Figur 3). Die kleinen Kegel 52 und die schmalen Schultern 1900 können aus einem Material bestehen, das weich genug ist, um Silizium nicht zu verkratzen. Beispielsweise können diese Teile, die die einzigen Teile des Übertragungsarms 28 sind, die die zu transportierenden Scheiben tatsächlich berühren, aus einem Hochtemperaturkunststoff (d.h. einem Kunststoff mit einer relativ niedrigen Neigung zum Ausgasen unter Vakuum) wie Ardel (einem thermoplastischen Phenylacrylat der Firma Union Carbide) oder Delrin bestehen. Es sei bemerkt, daß die Verwendung eines kleinen Kegels 52 in der Mitte jedes der drei Stifte 50 ermöglicht, sehr kleine Fehlausrichtungen der Scheibe bezüglich des Übertragungsarms 38 zu korrigieren. In anderen Worten ist das hier beschriebene System des Scheibentransports ein sehr stabiles mechanisches System, bei dem sich kleine Fehlausrichtungen während der nachfolgenden Operationen nicht summieren, sondern abgeschwächt werden. Der Kontakt zwischen der Scheibe 48 und den Stiften 50 erfolgt nur am Rand der Scheibe.
Es sei bemerkt, daß bei der Positionierung der Scheibe gemäß der Darstellung einer der drei Stifte 50 am flachen Abschnitt 56 (Figur 4) am Umfang 49 (Figur 4) der Scheibe 48 anliegt. Dies bedeutet, daß in dieser Ausführungsform die drei Stifte 50 am Übertragungsarm 28 keinen Kreis mit dem gleichen Durchmesser wie dem Durchmesser der zu behandelnden Scheibe 48 definieren.
Um sicherzustellen, daß der flache Abschnitt 56 (Figur 4) jeder Scheibe 48 die genaue Behandlung der Scheiben nicht stört, hat der Vakuum-Scheibenträger 10 eine flache Kontakt fläche 29 auf seiner inneren Rückseite, an der der flache Abschnitt 56 jeder Scheibe 48 in Anlage kommt. Elastische Elemente 27 (Figur 4) an der Innenfläche der Tür 14 drücken jede Scheibe gegen diese flache Fläche, wenn die Tür 14 geschlossen ist, so daß eine Relativbewegung der Scheiben und des Trägers während der Überführung minimiert wird, was bedeutet, daß die Scheiben nicht an den Rippen 60 reiben. Dies stellt auch sicher, daß bei geschlossener Tür 14 die Lage des flachen Abschnitts 56 jeder Scheibe 58 genau bekannt ist. Dies bedeutet, daß sich die Scheibe in einer bekannten vorbestimmten Ausrichtlage befindet.
Im Betrieb wird dann, wenn sich der Vakuum-Scheibenträger 10 bei geöffneter Tür 14 in der Vakuum-Beschickungschleusenkammer 12 befindet, der Hubantriebsmotor 32 betätigt, damit der Übertragungsarm 28 gerade bis an eine Stelle unterhalb der Höhe der ersten Scheibe 48, die entfernt werden soll, gebracht wird, worauf dann der Armantriebsmotor 34 betätigt wird, um den Übertragungsarm 28 in das Innere des Trägers 10 zu strecken. Dies ist die am weitesten links liegende Position der drei Positionen des Arms 28, die in Figur 1 dargestellt sind. Durch kurzzeitiges Betätigen des Hubantriebsmotors 32 wird der Übertragungsarm 28 geringfügig angehoben, bis die drei Stifte 50 längs seines Umfangs 49 die gewünschte Scheibe von den Rippen 60 (Figur 4) abheben, auf der sie im Vakuum-Scheibenträger 10 aufgelegen hat.
Es sei beinerkt, daß die Rippen 60 gemäß der Darstellung von Figur 4 schräg verlaufende Flächen anstelle von ebenen Flächen aufweisen, so daß der Kontakt zwischen den Rippen 60 und den auf ihnen aufliegenden Scheiben 48 ein Linienkontakt und nicht ein Flächenkontakt ist und auf die Kante der Scheibe begrenzt ist. Dies verhindert einen Kontakt zwischen dem Träger und der Scheibe auf einer beträchtlichen Fläche, möglicherweise von vielen Quadratmillimetern, jedoch erstreckt sich der angewendete "Linienkontakt" über eine viel kleinere Fläche, typischerweise von wenigen Quadratmillimetern oder weniger. Eine Alternativdefinition des in dieser Ausführungsform angewendeten Linienkontakts" besteht darin, daß der Scheibenträger die Scheibenfläche nur an Punkten berührt, die weniger als 1 mm von ihrem Rand entfernt liegen. Durch Anheben des Übertragungsarms 28 wird somit eine Scheibe erfaßt, und sie liegt dann auf den kleinen Kegeln oder schmalen Schultern 1900 der drei Stifte 50 am Übertragungsarm 28 auf.
Die Rippen 60 können innerhalb des Vakuum-Scheibenträgers 10 einen Mittenabstand von 4,75 mm (0,187 inches) haben. Dieser Mittenabstand, der geringer als die Dicke der Scheiben 48 ist, muß einen genügenden Spielraum für die Höhe des Übertragungsarms 28 zuzüglich der drei Stifte 50 lassen, jedoch muß er nicht viel größer sein. Beispielsweise hat der Übertragungsarm eine Dicke von etwa 2 mm (0,08 inch), einschließlich der Köhe der kleinen Kegel 52 an den drei Stiften 50. Die Scheibe 48 kann beispielsweise eine Dicke von 0,53 mm (0,021 inch) haben, so daß ein Spielraum von etwa 2,2 mm (0,085 inch> zur Verfügung steht. Die Dicken und die Durchmesser der Scheiben können in einem weiten Bereich verschieden sein. Gewöhnlich haben Scheiben mit größerem Durchmesser auch eine größere Dicke, jedoch ist der Vakuum-Scheibenträger 10 dieser Art für die Verwendung mit Scheiben mit größerem Durchmesser geeignet, da die Größe des Vakuum-Scheibenträgers 10 und der Mittenabstand der Rippen 60 innerhalb des Vakuum-Scheibenträgers 10 ohne weiteres entsprechend eingestellt werden können. Der Träger 10 kann auch zum Halten dünnerer Scheiben, beispielsweise aus GaAs, angepaßt werden, falls dies erwünscht ist.
Nachdem der Übertragungsarm 28 die Scheibe 4 erfaßt hat, wird der Armantriebsmotor 34 betätigt, um den Übertragungsarm 28 in die Ruheposition zu bringen (die die in Figur 1 dargestellte mittlere Position ist). Dies ist die Mittelposition des Arms 28 in der Darstellung von Figur 1. Der Hubantriebsmotor 32 wird dann betätigt, um den Übertragungsarm 28 in eine Höhe zu bringen, in der er durch die Zwischenkammer- Übertragungsöffnung 30 (Figur 3) reichen kann.
Die Zwischenkammer-Übertragungsöffnung 30 ist durch einen Trennschieber 31 bedeckt. Der Schieber 31 dichtet die Zwischenkammer-Übertragungsöffnung 30 gemäß der Darstellung von Figur 3 durch einen Schiebekontakt ab. Wenn die Welle 580 gedreht wird (wie in Figur 3 dargestellt ist), bewegt die vorgesehene Verbindung den Schieber 31 (in der Darstellung von Figur 3) nach oben, so daß die Öffnung 30 bedeckt wird. Zum Öf fnen der Öffnung 30 wird die Welle 580 in der entgegengesetzten Richtung gedreht. Falls es erwünscht ist, kann die Abdichtung auch durch eine Drehbewegung erzielt werden. (Das Fehlen eines Schiebekontakts kann auch hier vorteilhaft sein, damit intern erzeugte Teilchen reduziert werden.) Der über der Zwischenkammer-Übertragungsöffnung 30 angebrachte Schieber 31 kann mit Hilfe eines Luftzylinders betätigt werden, jedoch könnte auch ein Schrittmotor als Alternative zur Anwendung kommen. Somit können insgesamt vier Motore verwendet werden: Zwei, die Vakuumdurchführungen benutzen, und zwei, die innerhalb des Auslaßverteilers 36 angebracht sind. Der Armantriebsmotor wird nun erneut betätigt, damit der Übertragungsarm 28 durch die Zwischenkammer-Übertragungstür 30 in die angrenzende Bearbeitungskammer reicht. Dies ist die in Figur 1 an, weitesten rechts liegende Position des Arms 28. Die angrenzende Verarbeitungskammer kann irgendeine von vielen Arten von Prozeßmodulen sein, beispielsweise irgendeines der hier beschriebenen Prozeßmodule, wie ein Implantationsmodul, ein Plasmaätz-Modul und ein Abscheidungsmodul oder irgendeine andere Art eines Prozeßmoduls.
Der durch die Zwischenkammer-Übertragungsöffnung 30 reichende Übertragungsarm legt eine Scheibe 48 auf Scheibenträgerstifte 53 gemäß Figur 3, die denen gleichen, die auf dem Übertragungsarm 28 selbst benutzt werden. (Es sei bemerkt, daß die Zwischenkammer-Übertragungsöffnung 30 eine ausreichende vertikale Höhe haben sollte, um eine gewisse vertikale Bewegung zuzulassen, während der Übertragungsarm 28 durch die Zwischenkammer-Übertragungsöffnung 30 reicht, so daß der Übertragungsarm 28 in vertikaler Richtung zum Anheben einer Scheibe oder zum Ablegen einer Scheibe beispielsweise auf dem Scheibenträger oder den Scheibenträgerstiften 53 innerhalb der Verarbeitungskammer bewegt werden kann.) Die Scheibe 48 wird durch den Arm 28 auf die Oberenden der Stifte 53 gelegt.
Als Alternative kann die Verarbeitungskammer eine Befestigungsvorrichtung mit im Abstand voneinander liegenden, schräg verlaufenden Rippen wie den Rippen 60 innerhalb der Übertragungsbox aufweisen, oder sie kann andere mechanische Anordnungen zum Aufnehmen der Scheibe enthalten. In jedem Fall muß die zum Aufnehmen der übertragenen Scheibe 48 verwendete Anordnung jedoch einen Spielraum unterhalb der Scheibe (zumindest im Zeitpunkt der Übertragung) haben, so daß der Übertragungsarm 28 an der Unterseite der Scheibe zu deren Anbringung oder deren Entfernen hineinreichen kann. Wenn die Scheibenträgerstifte 53 zum Aufnehmen der übertragenen Scheibe verwendet werden, kann es wünschenswert sein, eine Balgbewegung oder eine Vakuumdurchführung zur Erzielung einer Vertikalbewegung der Scheibenträgerstifte 53 innerhalb der Verarbeitungskammer vorzusehen. Wenn die Verarbeitungskammer beispielsweise ein Plasmaätz-Modul oder ein RIE-Modul (Modul zum reaktiven Ionenätzen) ist, kann ein Balg vorgesehen werden, um die Scheibe 48 in vertikaler Richtung beispielsweise auf einen Aufnehmer zu bewegen, nachdem der Übertragungsarm 28 aus dem Weg der Scheibe 48 zurückgezogen worden ist.
Die Verarbeitungskammer kann natürlich auch ein Inspektionsmodul oder ein Ablagerungsmodul sein. Eine vakuumisolierte Mikroskopobjektivlinse ermöglicht die Untersuchung der Scheiben im Vakuum und (unter Verwendung einer geeigneten gefalteten optischen Bahn) in einer Position mit der Oberseite nach unten. Wo es angebracht ist, kann somit eine sehr eingehende Untersuchung durchgeführt werden, ohne daß Arbeitszeit verlorengeht und die Reinraumqualität aufgehoben wird, was durch starken Verkehr durch einen Reinraum geschehen könnte. Der Inspektionsmodul könnte mit anderen Modulen kombiniert werden, wenn es erwünscht ist.
In jedem Fall wird der Übertragungsarm 28 zurückgezogen, und der Schieber 31 wird in die geschlossene Position zum Verschließen der Öffnung 30 bewegt, falls dies erwünscht ist. Es erfolgt dann die Bearbeitung der Scheibe 48. Nach Beendigung der Bearbeitung wird der Schieber über der Zwischenkammer- Übertragungsöffnung 30 wieder geöffnet, und der Übertragungsarm 28 wird wieder ausgestreckt, der Hubantriebsmotor 32 wird kurz betätigt, so daß der Übertragungsarm 28 die Scheibe 48 erfaßt, und der Armantriebsmotor 34 wird erneut betätigt, damit der Übertragungsarm 28 wieder zurück in die Ruheposition bewegt wird. Der Hubantriebsmotor 32 wird dann betätigt, um den Übertragungsarm 28 in die richtige Höhe zu bringen, damit die Scheibe 48 auf einen gewünschten Schlitz innerhalb des Vakuum-Scheibenträgers ausgerichtet wird. Der Armantriebsmotor 34 wird dann betätigt, um den Übertragungsarm 28 in den Vakuum-Scheibenträger 10 zu strecken, so daß die Scheibe 48, die gerade bearbeitet worden ist, über ihren zwei Rippen 60 zu liegen kommt. Der Hubantriebsmotor 32 wird dann kurz betätigt, um den Übertragungsarm 28 abzusenken, so daß die Scheibe auf ihren Rippen 60 aufliegt, worauf der Armantriebsmotor 34 betätigt wird, um den Übertragungsarm 28 in die Ruheposition zurückzuziehen. Die oben beschriebene Ablauffolge der Schritte wird dann wiederholt, und der Übertragungsarm 28 wählt eine weitere Scheibe zur Bearbeitung aus.
Es sei bemerkt, daß sich die übertragenen Scheiben bei der mechanischen Verbindung des Übertragungsarms 28 und dem drehbaren Übertragungsarmträger der oben beschriebenen Art exakt längs einer geraden Linie bewegen, wenn die Längen des Übertragungsarms und des Übertragungsarmträgers 44 von Mitte zu Mitte gleich sind. Dies ist vorteilhaft, weil es bedeutet, daß die Seite der übertragenen Scheibe nicht gegen die Seiten des Vakuum-Scheibenträgers 10 stößt oder daran reibt, wenn die Scheibe aus der Box gezogen oder in die Box geschoben wird. Dies heißt, daß der Spielraum des Vakuum-Scheibenträgers 10 relativ klein sein kann (was dazu beiträgt, die Teilchenerzeugung durch Klappern der Scheiben während des Transports im Träger zu reduzieren), ohne daß die Gefahr der Teilchenerzeugung aufgrund eines Abriebs der Scheiben an den aus Metall bestehenden Seiten der Box besteht.
Die Bearbeitung wird auf diese Weise Scheibe um Scheibe fortgesetzt, bis alle Scheiben innerhalb des Vakuum-Scheibenträgers 10 (oder zumindest so viele Scheiben wie gewünscht) bearbeitet worden sind. An diesem Punkt wird der Übertragungsarm 28 leer in seine Ruheposition zurückgeführt und unter den unteren Rand der Tür 14 abgesenkt; der Trennschieber 31 über der Zwischenkammer-Übertragungsöffnung 30 wird geschlossen. Die Welle 24 wird zum Schließen der Tür 14 gedreht und sorgt für den anfänglichen Kontakt der Vakuumdichtungen zwischen der Tür 14 und der flachen Vorderseite des Vakuum-Scheibenträgers 10, so daß der Vakuum-Scheibenträgers 10 (durch den Differenzdruck) für das Abdichten bereit ist, wenn der Druck innerhalb der Beschickungsschleuse erhöht wird. Die Vakuum- Beschickungsschleusenkammer 12 kann nun wieder unter Druck gesetzt werden. denn der Differenzfühler der Vakuummeter 62 feststellt, daß der Druck bis auf den Atmosphärendruck angehoben worden ist, kann der Beschickungsschleusendeckel 20 geöffnet werden, und der Vakuum-Scheibenträger 10 (der nun durch den Differenzdruck abgedichtet ist) kann manuell entfernt werden. Zweckmäßigerweise ist an der Oberseite des Trägers ein Klappgriff 11 angebracht, der dieses manuelle Entfernen unterstützt, ohne daß der für den Vakuum-Scheibenträger 10 innerhalb der Beschickungsschleuse notwendige Raum wesentlich vergrößert wird.
Nachdem der Vakuum-Scheibenträger 10 entfernt worden ist, kann er je nach Wunsch herumgetragen oder gelagert werden. Die Vakuumdichtung 13 hält innerhalb des Vakuum-Scheibenträgers 10 ein Hochvakuum aufrecht, so daß der Teilchentransport zu den Scheibenoberflächen (und auch die Adsorption von Verunreinigungen in der Dampfphase) minimiert wird. Die Scheibenoberflächen innerhalb des Trägers 10 liegen so, daß die Oberflächen, die zur Herstellung von Bauelementen bearbeitet werden sollen, nach unten gerichtet sind, damit verhindert wird, daß sich Teilchen auf diesen Oberflächen absetzen.
Es sei bemerkt, daß der Vakuum-Scheibenträger 10 auch elastische Elemente 27 aufweist, die in seiner Tür befestigt sind. Diese elastischen Elemente 27 üben einen leichten Druck auf die Scheiben 48 aus, wenn die Tür 14 geschlossen ist, und hindern diese somit daran, Rüttelbewegungen auszuführen und Teilchen zu erzeugen. Die elastischen Elemente 27 sind in der dargestellten Ausführungsform als Gruppe von Federn konstruiert, jedoch könnten als Alternative auch andere mechanische Strukturen (beispielsweise vorstehende Wülste aus einem elastischen Polymer) zu ihrem Aufbau angewendet werden. Wenn die verwendeten Scheiben Abflachungen aufweisen, ist an der inneren Rückseite des Vakuum-Scheibenträgers 10 eine ebene Kontaktfläche 29 vorgesehen, damit die Abflachungen der Scheiben dagegengedrückt werden.
Ferner sei bemerkt, daß die Rippen 60 an den Seitenwänden des Vakuum-Scheibenträgers 10 schräg verlaufen. Dies trägt dazu bei, daß der Kontakt mit der unterstützten Fläche der Scheibe nur längs einer Linie erfolgt und nicht auf einer beträchtlichen Fläche. Dies reduziert die Beschädigung der Scheiben und die Teilchenerzeugung während des Transports. Ferner trägt dies dazu bei, daß sich die Aufsummierung von Positionierungsfehlern aufhebt, wie erörtert wurde. Der Beschickungsschleusendeckel 20 kann ein (nicht dargestelltes) Fenster aufweisen, damit mögliche mechanische Blockierungen untersucht werden können.
Ein Vorteil solcher Ausführungsformen besteht darin, daß im Fall vieler möglicher mechanischer Fehlfunktionen die Tür des Vakuum-Scheibenträgers 10 geschlossen werden kann, bevor versucht wird, das Problem zu korrigieren. Wenn beispielsweise der Übertragungsarm 28 eine Scheibe so aufnimmt, daß sie nicht sauber auf allen drei Stiften 50 sitzt, kann der Türantriebsmotor 26 zum Schließen der Tür 14 betätigt werden, bevor versucht wird, das Problem zu korrigieren. Ebenso kann die Zwischenkammer-Übertragungsöffnung 30 geschlossen werden, wenn der Übertragungsarm 28 in die Ruheposition zurückgezogen werden kann. Es kann möglich sein, einige solcher mechanischer Fehlausrichtungsprobleme einfach durch Abweichen von der normalen Steuerfolge zu korrigieren. Beispielsweise kann die Position einer Scheibe 48 auf dem Übertragungsarm 28 in manchen Fällen dadurch eingestellt werden, daß der Übertragungsarm 28 teilweise ausgestreckt wird, so daß der Rand der Scheibe 48 gerade die Außenseite der Tür 14 oder den Trennschieber über der Zwischenkammer-Übertragungsöffnung 30 berührt. Wenn dies nicht funktioniert, kann die Vakuum-Beschikkungsschleusenkammer 12 auf atmosphärischen Druck gebracht werden (bei geschlossener Tür 14 des Vakuum-Scheibenträgers 10), und der Beschickungsschleusendeckel 20 kann geöffnet werden, so daß das Problem manuell korrigiert werden kann.
In den Figuren 6, 7 und 8 ist ein Einscheibenreaktor dargestellt, der zur reaktiven Ionenätzung benutzt werden kann. Viele der in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Prozeß module beinhalten zumindest einige der Ideen und Vorteile dieser Ausführung zusammen mit zusätzlichen Ideen und zusätzlichen Vorteilen, die daraus abgeleitet sind. Ein sehr ähnlicher Reaktoraufbau kann zum Plasmaätzen benutzt werden, d.h. zum Ätzen bei Drücken von mehr als 13 Pa (100 mTorr). Die Ausdrücke "Plasmaätzen" und "reaktives Ionenätzen" (oder "RIE") werden manchmal in der Technik voneinander unterschieden, wobei RIE dazu benutzt wird, das Ätzen unter Bedingungen zu bezeichnen, bei denen der Plasmabeschuß groß ist, d.h. bei niedrigerem Druck und bei einer auf der mit Energie versorgten Elektrode angebrachten Scheibe. Diese Unterscheidung wird in der vorliegenden Anmeldung nicht streng beachtet. Die Lehren der vorliegenden Anmeldung gelten sowohl für das Plasmaätzen als auch für das reaktive Ionenätzen gemäß der herkömmlichen Unterscheidung, obgleich einige der mehreren Merkmale, die aus der vorliegenden Anmeldung hervorgehen, im Zusammenhang des reaktiven Ionenätzprozesses vorteilhafter sind.
Figur 6 zeigt einen Prozeßmodul 104, der in einem Bearbeitungssystem verwendet werden kann, wie es in den unten noch erörterten Figuren 5A und 5B dargestellt ist.
Figur 6 zeigt einen Einscheibenreaktor, der zum rekativen Ionenätzen oder zum Plasmaätzen benutzt werden kann. Wie oben erläutert wurde&sub1; setzt der Übertragungsarm 28 eine Scheibe auf die Scheibenträgerstifte 53 (Figur 3), und er zieht sich dann zurück. An diesem Punkt wird die gesamte untere Anordnung einschließlich der Kammer 112, der Masseelektrode 110, des Prozeßgasverteilers 120, der Grundplatte 138 und des Quarzzylinders 114 nach oben bewegt, indem beispielsweise ein Luftzylinder oder eine (nicht dargestellte) Vakuumdurchführung benutzt wird. Ein Balg 124 ermöglicht diese Vertikalbewegung unter Aufrechterhaltung einer vakuumdichten Schnittstelle mit dem Inneren des Moduls 104. Diese Vertikalbewegung bewirkt, daß die Rückseite der Scheibe auf den Scheibenträgerstifteri 53 aufliegt, damit ein Kontakt mit der mit Energie gespeisten Elektrode 118 erzeugt wird, wobei an diesem Punkt die Gleitstiftträger 130, die an der Unterseite der Scheibenträgerstifte 53 befestigt sind, leicht gegen eine Blattfeder 132 zurückgezogen werden. (Anstelle der Blattfeder 132 können andere elastische Elemente benutzt werden, um eine geringe Nachgiebigkeit der Gleitstiftträger 130 zu gewährleisten, so daß die Scheibe nicht mit zu viel Kraft gegen die mit Energie versorgte Elektrode 118 gedrückt wird.)
Der letzte Abschnitt der nach oben gerichteten Bewegung dieser Anordnung veranlaßt die Dichtung 135 (Figur 6), einen Verschluß zwischen dem Quarzzylinder 114 an der Oberseite der Kammer 112 und dem Quarzteil 116 zu bilden, das die mit Energie versorgte Elektrode 118 umgibt. Wenn die Dichtung gebildet ist, ist das Innere dieser Prozeßkammer vakuumdicht gegenüber dem Rest des Inneren des Prozeßmoduls 104.
Zum Verbinden eines Heliumvorrats mit der Rückseite der Scheibe ist eine Heliumauslaßöffnung 134 vorgesehen. Dieser Heliumraum bedeutet, daß der Raum zwischen den unteren Punkten der mit Energie versorgten Elektrode 118 und der Scheibe mit Heliurn gefüllt wird und nicht unter Vakuum steht; dies gewährleistet einen ausreichend niedrigen Wärmewiderstand und einen gut wiederholbaren thermischen Kontakt zwischen der Scheibe und der mit Energie versorgten Elektrode 118. Die mit Energie versorgte Elektrode 118 kann Kühlmittelverteilerräume 136 enthalten, denen ein Kühlmittel zugeführt werden kann.
In einer Alternativausführung sind die Stifte 53 nicht an Gleitstiftträgern 130 befestigt, die von der Blattfeder 132 gehalten sind, sondern fest angebracht. Da die Heliumauslaßöffnung 134 einen guten thermischen Kontakt zwischen der Rückseite der Scheibe und der mit Energie versorgten Elektrode 118 gewährleistet, erlaubt eine Toleranz von mehreren 25 um (1/1000 inch) immer noch eine gute HF-Kopplung der mit Energie versorgten Elektrode 118 mit der Scheibe 48, und erlaubt immer noch einen guten thermischen Kontakt zwischen der mit Energie versorgten Elektrode 118 und der Scheibe 48. Eine Toleranz dieser Größe sollte einen genügend großen Spielraum für Wärmeausdehnungen der Kammerwände, Schwankungen der Abdichtungsdicke, Schwankungen der Scheibendicke usw. ermöglichen, damit eine zuverlässige Abdichtung des unteren Kammerabschnitts gegenüber dem oberen Kammerabschnitt ermöglicht wird. Es sei bemerkt, daß in dieser Ausführungsform der Quarzzylinder 114 und das Quarzteil 116 zweckmäßigerweise geringfügig verschieden geformt sind, damit die seitliche Ausbreitung des Plasmas angrenzend an die Scheibenfläche minimiert wird. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Verwendung der Gleitstiftträger 130 dem Quarzzylinder 114 ermöglicht, das Plasma dicht bei der Scheibenfläche 54 gemäß Figur 7 einzuschränken.
Figur 7 zeigt den oberen Abschnitt des Prozeßmoduls von Figur 6 in der geschlossenen Position mit einer darin zur Bearbeitung gehaltenen Scheibe 48. Nachdem der Reaktor geschlossen worden ist, kann die Heliumzufuhr durch die Heliumzufuhröffnung 134 (Figur 6) beginnen. Gleichzeitig können die gewünschten Prozeßgase durch einen Prozeßgasverteiler 120 eingeführt werden.
Der Prozeßgasverteiler 120 besteht aus Quarz, damit er keine Wirbelströme aus der vorhandenen HF-Energie aufnimmt. Wegen der stark isolierenden Oberfläche des Quarzes steht die Piasmagrenze nahe des Quarzmaterials auf einer nicht so hohen Spannung und unter einem nicht so großen Strom quer zu ihm, als es bei der Plasmagrenze nahe einem an Masse liegenden leitenden Element der Fall wäre. Dies bedeutet, daß die plasmagestützen Reaktionen nahe des Quarzmaterials in einem nicht so hohen Ausmaß als nahe bei einem an Masse liegenden leitenden Element stattfinden, so daß die Ablagerung reduziert wird. Ferner sei bemerkt, daß Quarz ein ziemlich guter Wärmeisolator ist und daß die Temperatur des Aufnehmers daher (durch die Strahlung aus dem Plasma) auf 100 oder 200ºC erhöht werden kann. Dies ist für einige Prozesse vorteilhaft, da das Anheben der Temperatur des Verteilers eine weitere Ablagerung auf ihm reduziert.
Unter typischen RIE-Betriebsbedingungen (Druck von 1,3 bis 27 Pa (10 bis 200 Mikrons) und 100 bis 800 Watt angelegter Leistung) füllt das erzeugte Plasma die Kammer zwischen der Elektrode 118 und der Masseelektrode 110 nahezu gleichmäßig aus. Der Prozeßgasverteiler 120 ragt daher in den dichtesten Teil des Plasmas hinein. Der Prozeßgasverteiler 120 ist ein Ring, dessen Durchmesser etwa den halten Durchmesser der bearbeiteten Scheibe beträgt, wobei hohle Stützen vorgesehen sind, die nach unten zu den Gasanschlüssen 140 (Figur 6) führen, die in der Grundplatte 138 befestigt sind. Für den aus Quarz bestehenden Prozeßgasverteiler 120 ist eine Schnellanschlußbefestigung vorgesehen, so daß er schnell und leicht nach Wunsch ausgetauscht werden kann.
Der Prozeßgasverteiler 120 ist zweckmäßigerweise nur beispielsweise 4 cm von der Oberfläche der Scheibe entfernt. Dieser Abstand und die genaue Form des Prozeßgasverteilers 120 sowie auch der Abstand der Gaszufuhröffnungen 122 am Prozeßgasverteiler sind nicht kritisch. Diese Parameter können auf Wunsch geändert werden, jedoch sollten sie beim Ändern so gewählt werden, daß die Diffusion der Prozeßgase und der Prozeßgasprodukte von den Gaszuführungsöffnungen 122 im Prozeßgasverteiler 120 folgendes ergeben: 1) einen diffusionsbeherrschten Transport der Prozeßgase und der Prozeßgasprodukte zur Plasmagrenze an der Oberfläche der Scheibe 48; und 2) eine ziemlich gleichmäßige Konzentration der Prozeßgase und der Prozeßgasprodukte an der Plasmagrenze nahe der Oberfläche der Scheibe 48. Beispielsweise könnte der Abstand des Prozeßgasverteilers 120 von der Scheibenfläche irgendwo im Bereich zwischen 1 und 15 cm liegen.
Unter diesen Niederdruckbedingungen und bei dem gegebenen hohen Flächenverhältnis zwischen der Fläche der mit Energie versorgten Elektrode 118, die mit dem Plasma in Kontakt steht (die in dieser Ausführung im wesentlichen gleich der Fläche der Scheibe 48 ist), und der Fläche der an Masse liegenden Elektrode (die in dieser Ausführungsform im wesentlichen gleich der Fläche der Masseelektrode 110 zuzüglich der Innenfläche der Kammer 112 und der freiliegenden oberen Fläche der Grundplatte 138 ist) erfolgt an der Scheibenoberfläche 54 ein Plasmabeschuß mit hoher Dichte. Wie dem Fachmann bekannt ist, trägt dieser Plasmabeschuß dazu bei, erwünschte Anisotropieeffekte während des Ätzens zu erzielen.
Die Masseelektrode 110 kann unter Verwendung von Kühlmittelleitungen 150 (Figur 6) gekühlt werden, die an Verteilerhohlräume innerhalb der Masseelektrode 110 angeschlossen sind. Wenn eine zusätzliche Kühlung benötigt wird, kann auch die Kammer 112 gekühlt werden. Es sei bemerkt, daß die Kühlmittelleitungen 150 flexible Schläuche sind, damit die Vertikalbewegung der gesamten unteren Ätzkammer 138 gemäß der obigen Beschreibung ermöglicht wird. Das Gaszufuhrrohr 152, das Prozeßgase durch den Gasanschluß 140 in den Prozeßgasverteiler 120 leitet, ist aus demselben Grund flexibel. Wenn sich zeigt, daß das Biegen dieser Schläuche zu einer übermäßigen Teilchenerzeugung führt, könnte dafür außerhalb des Balgs 124 durch die Seiten der Grundplatte 138 eine Gaszufuhr benutzt werden.
Figur 8 zeigt eine Draufsicht auf den Reaktor von Figur 6. In dieser Draufsicht ist die Form des Prozeßgasverteilers 120 deutlicher zu erkennen. Es ist auch zu erkennen, daß die Grundplatte 138 beträchtliche Zwischenräume rund um den Rand der Masseelektrode 110 aufweist, die einen Durchgang von den Gaszufuhröffnungen 122 (Figur 6) zu einer darunter liegenden Vakuumpumpe ergeben. Die gesamte Gasströmung in diesem Reaktor erfolgt nach unten weg von der Oberfläche der Scheibe, was zur Reduzierung von Teilchen beiträgt. Eine wahlweise anwendbare Abwandlung ist die Verwendung eines an Ort und Stelle eingesetzten Vakuumteilchenzählers in der Kammer 112, so daß jede Zunahme der Teilchenpopulation in dem kritischen Volumen festgestellt werden kann und das Öffnen der Kammer 112 verzögert werden kann, bis die Teilchenzahl einen ausgewählten Wert erreicht.
Nachdem die gewünschte Ätzoperation beendet ist, wird das durch den Prozeßgasverteiler 120 zugeführte Gas abgesperrt, und der Prozeßmodul 104 wird auf den gleichen Druck wie der Rest des Prozeßmoduls herabgepumpt (133 mpa (10&supmin;³ Torr) oder weniger)). Zur thermischen Stabilisierung des Prozeßmoduls oder zur Freigabe möglicher suspendierter Teilchen kann eine Haltezeit eingefügt werden, worauf der Prozeßmodul 104 dann geöffnet wird und der Arm 28 so betätigt wird, wie oben beschrieben wurde, um die Scheibe aus der Kammer 112 zu entnehmen. Die Position des Arms 28 in der Kammer 112 entspricht dabei der am weitesten rechts liegenden Position des Arms 28 in Fig. 1.
Es sei bemerkt, daß alle beschriebenen Operationen sehr einfach gesteuert werden können. Es werden keine Servos oder komplexe Rückkopplungsmechanismen benötigt. Alle beschriebenen Motoren sind einfache Schrittmotoren, so daß viele Module dieser Art mittels eines einzigen Computersteuersystems 206 (Figur 10) gesteuert werden können. Die mechanische Stabilität des Systems als Ganzes, d.h. die inhärente Korrektur kleiner Positionierungsfehler, die sich aus dem schrägen Verlauf der Scheibenträgerstifte 53, durch die Abschrägung der Rippen 60 im Scheibenträger und durch die ebene Kontaktfläche 29 an der Rückwand des Vakuum-Scheibenträgers 10 ergeben, trägt dazu bei, ein Aufaddieren kleiner Fehler zu verhindern und die Steuerung zu vereinfachen.
Dieser Vorteil der einfachen Steuerung wird zum Teil wegen der guten Steuerung der mechanischen Ausrichtung erzielt. Wie bemerkt wurde, stellt das Anlegen des Vakuum-Scheibenträgers 10 an die Positionsaussichtplattform 18 ein Element der mechanischen Ausrichtung dar, da der Ort der Positionsausrichtplattform 18 bezüglich des Übertragungsarms 28 genau und ständig geeicht werden kann. Der Vakuum-Scheibenträger 10 muß auch nicht hinsichtlich jeder Abmessung gesteuert werden, sondern er muß nur so gesteuert werden, daß der Ort und die Lage der Rippen 60 bezüglich des Bodens (oder eines anderen Teils) des Vakuum-Scheibenträgers 10 genau bekannt sind, der mit der Positionsausrichtplattform 18 zusammenpaßt. Wie oben beschrieben wurde, wird dies dadurch erzielt, daß Kanäle vorgesehen sind, in die der Vakuum-Scheibenträger 10 gleitet, bis er auf der Positionsausrichtplattform 18 aufliegt, jedoch könnten dafür auch viele andere mechanische Anordnungen benutzt werden. Verschiedene Arten elektronischer und mechanischer Sensoren können Informationen über die Position und den Betrieb des Systems für eine weitere Steuer- und Korrekturaktion durch das Computersteuersystem 206 liefern.
In gleicher Weise muß eine mechanische Ausrichtung zwischen der Ruheposition des tibertragungsarms 28 und den drei Stiften 50 (oder anderen Halterungen) erzielt werden, mit denen die Scheibe innerhalb der Bearbeitungskammer in Eingriff gebracht wird. Diese mechanische Ausrichtung sollte jedoch eine einmalige Einstelleichting sein. Es sei bemerkt, daß die Winkelpositionierung durch den Vakuum-Scheibenträger selbst beibehalten wird, wie erwähnt wurde, da immer dann, wenn die Tür 14 geschlossen wird, die im Inneren angebrachten Federelemente jede Scheibe 48 gegen die flache Kontaktfläche 49 des Vakuum- Scheibenträgers 10 drücken. Wahlweise könnte der Vakuum- Scheibenträger 10 mit einem Schnellverbindungs-Vakuumanschluß versehen sein, damit ein separates Abpumpen des Vakuum-Scheibenträgers 10 durchgeführt werden kann.
Es sei bemerkt, daß der beschriebene Beschickungsschleusenmechanismus nicht ausschließlich mit Vakuum-Scheibenträgern 10 benutzt werden muß, obgleich dies zweckmäßigerweise getan werden kann. Diese Beschickungsschleuse kann auch mit Scheibenträgern benutzt werden, in denen atmosphärischer Druck vorliegt. Dies ist zwar eine Alternativausführung, jedoch beinhaltet sie gemäß den obigen Erläuterungen immer noch beträchtliche Vorteile gegenüber bekannten Beschickungsschleusenoperationen, beispielsweise gemäß der US-PS 4 609 103 von Bimer et al. vom 27. August 1984, die durch diesen Hinweis hiermit einbezogen wird.
Es sei bemerkt, daß ein Vakuum-Scheibenträger 10 gemäß der Beschreibung mit unterschiedlichen Größen zum Tragen jeder gewünschten Anzahl von Scheiben aufgebaut werden kann. Außerdem kann ein Vakuum-Scheibenträger 10 dieser Art dazu benutzt werden, jede gewünschte Anzahl von Scheiben bis zu seinem Maximum zu tragen oder aufzubewahren. Dies ergibt eine zusätzliche Flexibilität bei der Einteilung und bei der Prozeß anlagenlogistik.
Figur 5A zeigt eine weitere Alternativausführung, bei der zwei Beschickungsschleusen, die jeweils einen Vakuum-Scheibenträger 10 enthalten, an eine Prozeßstation 102 angebaut sind, die vier Prozeßmodule enthält, von denen einer oder mehrere ein Prozeßmodul 104 sein können oder auch andere Prozeßmodule der hier beschriebenen Art oder beliebig andere geeignete Module sein können. Anders als bei der oben beschriebenen Ausführung wird dabei die Scheibe 48 auf eine von zwei Scheibenplattformen 105 gelegt, wenn der Übertragungsarm 28 durch die Zwischenkammer-Übertragungsöffnung 30 von einer Vakuum-Beschickungsschleusenkammer 12 in die Prozeßstation 102 hineinreicht. Diese Scheibenplattformen 105 können Träger mit Stiften ähnlich den Stiften 53 oder auch Rippenträger sein; sie können auch andere mechanische Strukturen haben, solange unterhalb der getragenen Scheibe Raum für den Übertragungsarm 28 vorhanden ist, damit er sich beim Absenken von der Scheibe löst und sich zurückzieht, nachdem er die Scheibe auf die Halter aufgelegt hat. Der verwendete Scheibenhalter sollte so ausgestaltet sein, daß er einen Linienkontakt und nicht einen Kontakt über eine beträchtliche Fläche mit der Unterfläche oder dem Rand der Scheibe bildet.
Innerhalb der Prozeßstation 102 ist eine weitere Übertragungsarmanordnung 106 angebracht. Diese Übertragungsarmanordnung gleicht allgemein dem Übertragungsarm 28, dem drehbaren Übertragungsarmhalter 44 und dem rohrförmigen Halter 46, die innerhalb der Kammer 12 benutzt werden, jedoch sind einige Unterschiede vorhanden. Erstens muß der innerhalb der Beschickungsschleuse verwendete Übertragungsarm 28 die Scheiben nur längs einer geraden Linie bewegen. Im Gegensatz dazu muß die Übertragungsarmanordnung 106 zur Auswahl eines der Prozeßmodule 104 auch die Fähigkeit haben, sich in Radialrichtung zu bewegen. Daher wird ein zusätzlicher Freiheitsgrad benötigt. Zweitens muß die Reichweite der Übertragungsarmanordnung 106 nicht die gleiche wie die des Übertragungsarms 28, des drehbaren Übertragungsarmhalters 44 und des rohrförmigen Halters 46 innerhalb der Beschickungsschleuse sein; tatsächlich kann die Reichweite der Übertragungsarmanordnung 106 größer sein, um einen angemessenen Abstand der Prozeßmodule 104 zuzulassen. Drittens muß sich die Übertragungsarmanordnung 106 in Hubrichtung nicht so weit bewegen wie der Übertragungsarm 28 in den Beschickungsschleusen. Viertens liegt bei der Übertragungsarmanordnung 106 in der dargestellten Ausführung nicht einer seiner drei Stifte 50 auf einer Scheibenabflachung an, so daß der Durchmesser des von den drei Stiften 50 gebildeten Kreises für die Übertragungsarme 28 und 128 nicht gleich ist, auch wenn sie Scheiben mit dem gleichen Durchmesser behandeln.
Der rohrförmige Halter der Anordnung 106 kann drehbar gemacht werden, und es kann ein dritter Motor zum Herbeiführen dieser Drehung vorgesehen werden. Auf diese Weise wird ein dritter Freiheitsgrad für den Übertragungsarm erhalten. Die Abmessungen des Übertragungsarms 128 der Anordnung 106 können in einfacher Weise je nach Wunsch bemessen werden. Die Übertragungsarmanordnung 106 enthält zweckmäßigerweise einen an einem Übertragungsarmhalter drehbar befestigten Übertragungsarm. Der Übertragungsarmhalter 144 ist schwenkbar an einem (nicht dargestellten) rohrförmigen Halter angebracht, und eine an dem Übertragungsarmhalter 144 befestigte interne Welle erstreckt sich durch den rohrförmigen Halter. Ein interner Kettenantrieb mit einer 2:1-Übersetzung übersetzt jede Differenzdrehung zwischen dem rohrförmigen Halter und dem Übertragungsarmhalter 144 in eine weitere Differenzdrehung, d.h über zweimal so viele Grade zwischen dem Übertragungsarmhalter 144 und dem Übertragungsarm 128. Ein unterhalb der Übertragungsarmanordnung 106 befestigter Armantriebsmotor ist so angeschlossen, daß er die Welle dreht, die an dem Übertragungsarmhalter 144 befestigt ist. Ein Armdrehmotor ist so angeschlossen, daß er den rohrförmigen Halter dreht. Ein Hubmechanismus sorgt schließlich für eine Vertikalbewegung der Übertragungsarmanordnung 106.
Es sei bemerkt, daß die erforderliche Vertikalbewegung der Übertragungsarmanordnung nicht so typisch ist, wie sie für den Übertragungsarm 28 in der Vakuum-Beschickungsschleusen kammer 12 benötigt wird, da der Übertragungsarm 128 typischerweise nicht eine von mehreren, vertikal im Abstand voneinander liegenden Scheibenpositionen wie denen im Vakuum- Scheibenträger 10 auswählen muß, sondern typischerweise lediglich dazu benutzt wird, Scheiben aus einer Anzahl möglicher Scheibenmodule zu erfassen und anzubringen, die alle etwa in der gleichen Ebene liegen. Vertikale Hubbewegungen des Übertragungsarms 128 können somit wahlweise von einem Luftzyiinder und nicht von einer Hubmotoranordnung der oben beschriebenen Art gesteuert werden.
Durch Drehen des rohrförmigen Halters der Anordnung 106 gleichzeitig mit dem Übertragungsarmhalter 144 kann die Übertragungsarmanordnung 106 ohne Verlängerung gedreht werden. Nachdem die Übertragungsarmanordnung 106 in die gewünschte Position gedreht worden ist, kann der rohrförmige Halter festgehalten werden, bis der Übertragungsarmhalter 144 gedreht wird, wobei dies bewirkt, daß sich der Übertragungsarm 128 ausstreckt, wie oben im Zusammenhang mit dem Arm 28 beschrieben wurde.
Nachdem der Übertragungsarm 28 aus einer der Vakuum-Beschikkungsschleusenkammern 12 eine zu bearbeitende Scheibe 48 auf eine der Scheibenplattformen 105 gelegt hat. Die Übertragungsarmanordnung 106 wird gedreht, falls dies notwendig ist, in einer niedrigen Position so ausgestreckt, daß der Übertragungsarm 128 unterhalb der Scheibe zu liegen kommt, dann so angehoben, daß der Übertragungsarm 128 die Scheibe 48 erfaßt, worauf er in seine Ruheposition zurückgezogen wird. Die Übertragungsarmanordnung 106 wird dann wieder gedreht, und der Übertragungsarm 128 wird ausgestreckt, so daß die Scheibe nun über einem Scheibenhalter in einem der Prozeßmodule 104 oder über der anderen Scheibenplattform 105 zu liegen kommt. Durch Absenken der Übertragungsarmanordnung 106 kann die Scheibe 48 nun auf einem Scheibenhalter innerhalb des Prozeßmoduls 104 oder auf der Scheibenplattform 105 angebracht werden, worauf sich der Übertragungsarm 128 dann zurückziehen kann.
Der Prozeßmodul 104 kann nun gegenüber der Hauptprozeßstation 102 abgedichtet werden, und eine eigene Einzelscheibenbearbeitung der Scheibe kann beginnen. Inzwischen können die Übertragungsarme 128 und 28 andere Operationen durchführen.
Wenn eine Scheibe in einem Prozeßmodul 104 vollständig bearbeitet worden ist, kann dieser Prozeßmodul 104 auf den gleichen niedrigen Druck wie im Inneren der Prozeßstation 102 herabgepumpt werden, und der Prozeßmodul 104 kann geöffnet werden. Die Übertragungsarmanordnung 106 kann nun betätigt werden, um diese Scheibe zu entnehmen und sie entweder zu einer der Scheibenplattformen 105 oder zu einem anderen Prozeßmodul 104 zu übertragen.
Ein Vorteil solcher Ausführungsformen besteht darin, daß die Prozeßmodule 104 so aufgebaut werden können, daß sie die gleiche Operation ausführen, was einen auf den Scheibentransport begrenzten Durchsatz ermöglicht, auch bei ziemlich langsamen Bearbeitungsvorgängen, wenn eine genügend große Anzahl von Prozeßmodulen 104 in der Prozeßstation 102 vorhanden ist; als Alternative können in verschiedenen Prozeßmodulen 104 auch unterschiedliche Operationen angewendet werden.
Solche Ausführungsformen erleichtern somit die Anwendung der seguentiellen Bearbeitung, die in zunehmendem Maß als wünschenswert erkannt wird, da Prozeßvariationen, die durch adsorbierte Verunreinigungen oder durch natürlichen Sauerstoff verursacht werden, eliminiert werden. Beispielsweise können zwei der Prozeßmodule im Hinblick auf ein Aufwachsen von Oxid konfiguriert werden, eine für eine Nitridabscheidung und eine für eine Polysiliziumabscheidung, damit eine vollständige, an Ort und Stelle stattfindende Herstellung von Oxinitrid-Polyzu-Poly-Kondensatoren ermöglicht wird. Das Vorsehen unterschiedlicher Prozeßschritte in den unterschiedlichen Prozeß modulen 104 bedeutet, daß viele Losaufteilungen und Prozeß variationen gleichzeitig durchgeführt werden können, indem die entsprechenden Operationen programmiert werden, ohne daß auf eine manuelle Kennzeichnung zurückgegriffen werden muß, welche Scheiben zu welchen Maschinen überführt werden sollen. Die Fähigkeit, daß in verschiedenen Prozeßmodulen 104 verschiedene Operationen ablaufen, ergibt eine zusätzliche Bearbeitungsflexibilität.
Es sei bemerkt, daß die gesamte Scheibentransportfolge völlig willkürlich ist und nach Wunsch gewählt werden kann. Beispielsweise könnten die Scheiben aus einem Vakuum-Scheibenträger 10 vollständig bearbeitet und wieder in diesen Vakuum- Scheibenträger 10 zurücktransportiert werden, und die Vakuum- Beschickungsschleusenkammer 12, die die gerade bearbeiteten Scheiben enthält, könnte gegenüber der Prozeßstation 102 abgedichtet werden, so daß die Scheiben in dem anderen Vakuum- Scheibenträger 10 in der anderen Vakuum-Beschickungsschleusenkammer 12 bearbeitet werden könnten, während der mit bearbeiteten Scheiben gefüllte Vakuum-Scheibenträger 10 aus der anderen Vakuum-Beschickungsschleusenkammer 12 entfernt wird. Die Programmierbarkeit und die wahlfreie Zugangsmöglichkeit bei dieser Anordnung könnte alternativ dazu benutzt werden, Scheiben zwischen den zwei Vakuum-Scheibenträgern 10 in beliebiger Weise hin- und herzutransportieren und auszutauschen.
Es sei bemerkt, daß diese Anordnung in keiner Weise auf zwei Vakuum-Beschickungsschleusenkammern 12 oder auf vier Prozeß module 104 beschränkt ist; die beschriebene Anordnung kann auf eine andere Anzahl von Prozeßmodulen 104 in der Station 102 oder auf eine andere Anzahl von an einer Station 102 befestigten Vakuum-Beschickungsschleusenkammern 12 oder auf die Verwendung von mehr als einer Übertragungsarmanordnung 106 innerhalb einer Station zugeschnitten werden, falls dies erwünscht ist.
Es sei bemerkt, daß die Anordnung die Scheibenausrichtung immer noch beibehält. Unter der Annahme, daß die Scheiben im Vakuum-Scheibenträger 10 so getragen werden, daß ihr abgeflachter Abschnitt 56 gegen den ebenen Kontakt an der Rückseite des Vakuum-Scheibenträgers 10 liegt, werden sie so auf die Scheibenplattform 105 gelegt, daß ihr abgeflachter Abschnitt 56 gegen die Mitte der Station 102 gerichtet ist. Die Übertragungsarmanordnung 104 bewahrt diese Orientierung, so daß dann, wenn die Scheibe 48 in einen Vakuum-Scheibenträger 10 zurückgebracht wird, ihr abgeflachter Abschnitt 56 gegen die flache Kontaktfläche 29 an der Rückseite des Vakuum- Scheibenträgers 10 gerichtet ist.
Figur 5B zeigt eine Prozeßstation 550 mit drei Prozeßmodulen 554, die irgendwelche derjenigen Prozeßmodule der hier dargestellten Art sein können, beispielsweise Prozeßmodule 104 oder andere geeignete Prozeßmodule. Die Prozeßmodule 554 können vom gleichen Typ des Prozeßmoduls sein, sie können unterschiedlich sein oder zwei können gleich und der andere unterschiedlich sein. Die Übertragungsarmanordnung 558, die der Übertragungsarmanordnung 106 von Figur 6 ähnlich ist, ist an das Übertragen der Scheibe zwischen den Prozeßmodulen 554 in jeder Reihenfolge unter der Steuerung durch das Computersteuersystem 562 angepaßt. Die Vakuum-Beschickungsschleusenkammern 565 und 566 gleichen der Kammer 12 von Figur 1. Der Arm 558 kann in die Module 554 und die Kammern 565 und 566 hineinreichen, um Scheiben zu entnehmen oder hineinzuführen (in Figur 58 ist nur eine Scheibe 48 dargestellt). Das Computersteuersystem 562 sorgt für die notwendige Steuerung der Module 554, der Anordnung 558 und der Kammern 565 und 566. Das Bewegen der Scheiben kann von jeder der Kammern 565 und 566 zu jedem Prozeßmodul 554, zwischen jedem gewünschten Prozeßmodul 554 und von jedem Prozeßmodul 554 zu jeder Kammer 565 und 566 erfolgen.
Zum Steuern des Betriebs der Beschickungsschleuse und der Prozeßkammer vor und nach Bearbeitungsvorgängen in jeder der Kammern 565 und 566 gemäß den obigen Ausführungen in Verbindung mit der Kammer 12 (Figur 1) ist zweckmäßigerweise ein eine geschlossene Schleife bildendes Teilchensteuersystem vorgesehen.
Figur 9 zeigt eine verbesserte Version des Prozeßmoduls von Figur 6 in einer Ausführung, die die Fähigkeit zur Prozeßverbesserung durch in situ erzeugtes Ultraviolettlicht, wobei ferner die Fähigkeit vorgesehen ist, aktivierte Spezies zur Scheibenfläche zu liefern, die durch Gasströme durch eine zusätzliche Plasmaentladung erzeugt werden, die von der Scheibenfläche entfernt ist. Der Modul ist in einer Prozeß station 570 gezeigt, die nur einen Modul und eine Vakuum- Beschickungsschleuse enthält, jedoch kann er auch in Ausführungen wie denen von Figur 5A und Figur 5B benutzt werden, in denen eine zentrale Handhabungskammer mit mehreren ? rozeßmodulen 104 und einer oder mehreren Vakuum-Beschickungsschleusenkammern 12 kombiniert ist.
Es sei bemerkt, daß ein Teilchenfühler 202 (Figur 9) ausdrücklich dargestellt ist, der mit dem Inneren der Vakuum- Beschickungsschleusenkammer 12 verbunden ist. Dieser Teilchenfühler 202 muß räumlich nicht sehr nahe bei der Anbauposition des Vakuum-Scheibenträgers 10 angeordnet sein, solange das Signal des Teilchenfühlers 202 eine Anzeige des Niveaus der im Inneren der Vakuum-Beschickungsschleusenkammer 12 vorhandenen Teilchen darstellt. Der Teilchenfühler 202 ist zweckmäßigerweise auf der Abströmseite der Vakuum-Beschikkungsschleuse 12 im (nicht dargestellten) Pumpenausgangsweg angeordnet. Der Teilchenfühler ist ein im Handel erhältlicher Laser-Teilchenzähler (der einzelne Teilchen feststellt), und er ist mit einem Zähler kombiniert, der ein Ausgangssignal liefert, das die über eine gewisse Zeitdauer gezählte Teilchenanzahl anzeigt. Der Ultraviolett-Plasmaraum 220 wird mit einem zur Erzeugung von Ultraviolettlicht geeigneten Gas, beispielsweise H&sub2;, Ar oder He, durch einen Ring 576 gespeist. Die Frequenz der zur Erzeugung des Ultraviolettlichts verwendeten Energie kann beispielsweise 100 khz oder 13,56 MHz betragen. Der Modul 570 enthält eine Prozeßkammer 218, in die Gas entweder durch einen Verteiler 212 oder eine Zuführung 250 eingeleitet werden kann. Beispielsweise kann durch den Verteiler 212 Ozon eingeleitet werden. Eine durchlässige Vakuumwand 238 ermöglicht das Hindurchlassen von Strahlungswärme von einem Heizmodul 572 zur darunter befindlichen Scheibe 48.
Der folgende Prozeß kann auch mit Figur 9 und mit den anderen Prozeßmodulen angewendet werden, die die Ultraviolettlicht- und die Fernplasmamöglichkeit haben.
Ein Prozeß, der mit dem Modul 570 angewendet werden kann, dient dem Ablagern von polykristallinem Silizium unter Anwendung von zusätzlich innerhalb des Moduls 570 erzeugtem Ultraviolettlicht (das optisch direkt in die Prozeßkammer 218 eingekoppelt wird) und/oder einem entfernt erzeugten Plasma aus der Fernplasmakammer 254. In die Prozeßkammer wird ein Silan- Gas eingeführt. Wenn das entfernt erzeugte Plasma nicht angewendet wird, kann das Silan-Gas auch über den Verteiler 212 in die Kammer 218 eingeleitet werden. Die Kammer sollte auf einer Ablagerungstemperatur gehalten werden. Nachdem die Scheibe in der Kammer 218 angebracht worden ist, kann auf Wunsch ein Reinigungsvorgang durchgeführt werden, indem ein geeignetes Gas benutzt wird, das mit der Scheibe und den darauffreiliegenden Schichten nicht reagiert, beispielsweise N&sub2;. Es folgt ein Beispiel dieses Prozesses: Die Scheibe wird in der Kammer angebracht. Die Kammer wird evakuiert und mit N&sub2; gespült (allgemein liegen die brauchbaren Drücke innerhalb der Kammer zwischen 13 und 100000 Pa (0,1 bis 750 Torr)). Ein entfernt erzeugtes Plasma wird innerhalb der Kammer 254 aus Silan-Gas erzeugt. Das entfernt erzeugte Plasma wird in die Kammer 218 und zu der nach unten gerichteten Fläche 54 der Scheibe 58 eingeführt. Die Kammer wird auf die Ablagerungstemperatur von beispielsweise 550 bis 700ºC erhitzt. Zusätz- Iich wird Ultraviolettenergie aus dem Raum 220 in die Kammer 218 gekoppelt, indem das darin befindliche Gas, beispielsweise H&sub2;, Ar oder He, das durch den Ring 576 eingeführt wird, unter Anwendung einer Leistung von 300 Watt bei einer Freguenz von 100 khz erregt wird. Die Reaktion ist wie folgt:

SiH&sub4; > SiH&sub2; + Si&sub2;H&sub6; > Polysilizium + H&sub2;

wobei das Licht die Ablagerung durch Erhöhen des Molekularerregungsniveaus verbessert. Die Gase und die Wärme werden abgestellt, und die Kammer wird erneut mit einem entsprechenden Gas gespült, falls dies erwünscht ist. Die Scheibe wird dann herausgenommen. Dann kann ein Reinigungsschritt durchgeführt werden, falls dies erwünscht ist, indem ein entfernt erzeugtes Plasma angewendet wird, das aus einer Mischung von HCl und HBr erzeugt wird.
Ein weiterer nützlicher Prozeß ist die Ablagerung von Siliziumnitrid. Zur Erzeugung eines entfernten Plasmas wird eine Stickstoffguelle benutzt. Die an Ort und Stelle erzeugte Ultraviolettenergie wird in die Prozeßkammer gekoppelt, wie oben erörtert wurde. In die Prozeßkammer wird eine Gasmischung aus einer Siliziumquelle, beispielsweise Dichlorsilan (DCS) eingeführt und zur Fläche 54 der Scheibe geleitet. Das entfernt erzeugte Plasma und die Ultraviolettenergie erlauben zusammen ein Anheben der Ablagerungsrate auf einen annehmbaren Wert. Es folgt ein Beispiel des Prozesses:
1. Die Scheibe wird in der Prozeßkammer mit der Oberseite nach unten angebracht, und die Kammer wird geschlossen.
2. Die Prozeßkammer wird evakuiert und dann mit einem geeigneten Gas, beispielsweise N&sub2;, gespült, falls dies erwünscht ist.
3. Aus einer Gasmischung aus DCS wird an einer entfernten Stelle ein Plasma erzeugt, und eine Stickstoffguelle, beispielsweise N&sub2; oder NH&sub3;, wird in die Prozeßkammer eingeführt.
4. Die Prozeßkammer wird auf die Ablagerungstemperatur von beispielsweise 550 bis 800ºC erhitzt.
5. Es wird Ultraviolettenergie erzeugt und in die Prozeßkarnmer gekoppelt, wo sie durch die Prozeßgase zur Erhöhung des molekularen Anregungsniveaus des DCS absorbiert wird.
6. Die Gasströme und das Erhitzen werden unterbrochen, und die Kammer wird mit einem geeigneten Gas, beispielsweise N&sub2;, gespült.
7. Die Prozeßkammer wird geöffnet, und die Scheibe wird aus der Prozeßkammer herausgenommen.
8. Die Prozeßkammer wird unter Verwendung einer Gasmischung von beispielsweise CF&sub4; und O&sub2; gereinigt.
Während der hier erörterten Reinigungsvorgänge kann die Prozeßkammer geschlossen sein.
Der Prozeßmodul 570 kann nacheinander organische Bestandteile entfernen, metallische Verunreinigungen entfernen, natürliche Oxide entfernen, oxidieren und dann einen Schutz über dem gebildeten Oxidfilm ablagern. Es folgt ein Beispiel eines solchen Prozesses:
1. Anbringen der Scheibe in der Prozeßkammer bei niedrigem Druck.
2. Entfernen organischer Verbindungen von der Scheibe unter Verwendung von zusätzlichem Ultraviolettlicht und Einführen von Ozon in die Kammer.
3. Entfernen metallischer Verunreinigungen unter Verwendung von Haliden und von Sauerstoff.
4. Entfernen der natürlichen Oxide, die durch die vorhergehenden Schritte erzeugt wurden, unter Verwendung der Fluorchemie, beispielsweise der wasserfreien HF-Technik.
5. Evakuieren und Spülen der Kammer bei höherem Druck von beispielsweise 93 kPa (700 Torr) unter Verwendung eines geeigneten Gases, das mit der Scheibe und den darauffreiliegenden Schichten nicht reagiert, beispielsweise N&sub2; oder Ar.
6. Bilden einer Oxidschicht auf der Scheibe oder wenigstens auf einem Teil durch Einführen einer Oxidationsquelle, beispielsweise O&sub2;, und Erhitzen der Scheibe beispielsweise durch Betätigen von Lampen 574 des Heizmoduls 572 zur Zufuhr von Strahlungswärme durch die Wand 238.
7. Durchführen eines Temperns, beispielsweise durch Abschalten der Oxidationsquelle und Spülen mit N&sub2; oder Ar, Abschalten der Hitze und Abkühlen der Scheibe nach dem Tempern&sub1; falls dies erwünscht ist.
8. Entfernen der Feuchtigkeit, falls erwünscht, durch Anwendung eines Spülvorgangs.
9. Evakuieren der Kammer und Spülen der Kammer mit einem geeigneten Gas, beispielsweise N&sub2; oder Ar bei niedrigem Druck von beispielsweise 100000 bis 13 Pa (750 bis 0,1 Torr).
10. Einführen eines Gases zum Ablagern in der Kammer; beispielsweise könnte zum Ablagern von polykristallinem Silizium oder von Siliziumnitrid Silan angewendet werden.
11. Erhitzen der Scheibe auf eine Ablagerungstemperatur von beispielsweise 550 bis 700º.
12. Erzeugen von zusätzlichem Ultraviolettlicht zur Erhöhung des Anregungsniveaus.
13. Entfernen der Hitze und des Ablagerungsgases und Spülen der Kammer mit einem geeigneten Gas, beispielsweise N&sub2; oder Ar, und eine weitere Ablagerung könnte Siliziumnitrid sein.
14. Nach dem Entfernen der Scheibe aus der Prozeßkammer Anwenden von entfernt erzeugtem Plasma zur Reinigung der Kammer vor der nächsten Scheibe.
Verschiedene der obigen Schritte und/oder Abschnitte könnten weggelassen werden, wenn dies durch den speziellen Prozeß erforderlich ist.
Ein weiterer Prozeß, der für den Prozeßmodul 570 von Figur 9 nützlich sein kann, ist das Ablagern von Siliziumdioxid. Die Scheibe wird in die Prozeßkammer eingeführt. Die Kammer wird evakuiert und, falls erwünscht, mit einem geeigneten Gas, beispielsweise N&sub2;, gespült. Der Druck kann sich zwischen 13 und 100000 Pa (0,1 bis 750 Torr) ändern. In der Kammer 254 wird zur Erzeugung eines Fernplasmas eine Sauerstoffquelle, beispielsweise N&sub2;O oder O&sub2;, angeregt. Eine Siliziumquelle, beispielsweise Silan oder Disilan, wird in die Kammer 218 entweder aus der Kammer 254 oder über den Verteiler 212 eingeführt. Über den Verteiler 212 wird Ozon in die Kammer 218 eingeführt. Die Scheibe wird auf eine Temperatur von beispielsweise 200 bis 500ºC erhitzt. Zur Erzielung der oben erwähnten Anregung wird im Raum 220 gemäß den obigen Ausführungen Ultraviolettlicht erzeugt. Nachdem die Ablagerung durchgeführt ist, werden das Gas und die Wärme abgestellt, und die Kammer 218 kann erneut gespült werden, falls dies erwünscht ist. Nachdem die Scheibe entfernt worden ist, kann die Kammer unter Verwendung eines an einer entfernten Stelle aus beispielsweise CF&sub4; und O&sub2; erzeugten Plasmas gereinigt werden. Der Druck kann beispielsweise 13 bis 100000 Pa (0,1 bis 750 Torr) betragen, und das Verhältnis von SiH&sub4; zu O&sub2; kann beispielsweise 1 bis 5 betragen.
In einer Klasse der hier beschriebenen Ausführungen kann ein Aufrauhungsprozeß durchgeführt werden, bei dem die aktivierten Produkte einer Quellengasströmung, die sowohl Spezien einer Fluorgasquelle oder alternativ wasserfreien HF und auch einen großen Prozentsatz Sauerstoff enthält, über eine Scheibenoberfläche auf der Abströmseite der Plasmaentladung geleitet wird, die von der Scheibenoberfläche entfernt ist. Diese Ausführung hat den Vorteil, daß ein Trockenaufrauhungsprozeß vorgesehen wird, der Silizium selektiv nicht abträgt. Diese Ausführung hat den weiteren Vorteil, daß ein Aufrauhungsprozeß einfach sequentiell mit einem nachfolgenden Prozeßschritt kombiniert werden kann. Beispielsweise kann eine in-situ-Aufrauhung zum Entfernen natürlicher Oxide angewendet werden, wobei eine reine Grenzfläche für nachfolgende Ablagerungsschritte gewährleistet wird. Der Prozeßmodul 570 von Figur 9 kann ohne Betätigen des Ultraviolettlichts benutzt werden, oder in einem Alternativfall kann ein weiterer Prozeßmodul ohne den Raum 220, den Ring 576 und die weiteren, der Erzeugung von Ultraviolettlicht im Raum 220 zugeordneten Komponenten aufgebaut werden.
Ein Aufrauhungsprozeß wurde erfolgreich wie folgt demonstriert: Prozeßgase wurden mit 3000 sccm He und 2000 sccm O&sub2; und 250 sccm CF&sub4; durch eine Entladung mit 400 W geleitet, wobei sich zeigte, daß sich eine Selektivität von 3:1 von Oxid zu Polysilizium ergab, bei einer Messung unter Verwendung eines thermischen Oxids als Vergleich mit Polysilizium auf Oxid (auf Silizium). Die Oxid-Ätzgeschwindigkeit betrug nur 0,7 nm (7 Å)/min bei Zimmertemperatur, jedoch kann diese Geschwindigkeit durch Anwendung höherer Temperaturen ohne weiteres vergrößert werden.
Die Lehre der vorliegenden Anmeldung in dieser Hinsicht besteht darin, daß ein sehr hoher Oxidanteil vorteilhafterweise zur Durchführung eines Aufrauhungsvorgangs unter Verwendung einer Gasströmung durchgeführt werden kann, die eine entfernt liegende Entladung durchlaufen hat. Die Einführung dieses hohen Sauerstoffanteils dient zur Verbesserung der Selektivität durch Absenken der Ätzgeschwindigkeit von Polysilizium. Diese Gasströme würden ohne das entfernt erzeugte Plasma nicht so gut arbeiten, da der zusätzliche Plasmabeschuß keine so hohe Selektivität erlauben würde.
Die als Beispiel angegebenen Rezepturen können in vielfältiger Weise gemäß den Lehren der vorliegenden Anmeldung abgewandelt werden. Zur Erzielung einer höheren Selektivität (von Oxid zu Silizium) kann beispielsweise ein höherer Anteil von O&sub2; angewendet werden. Ein wenig höhere Geschwindigkeiten können durch Verwendung höherer Ströme von CF&sub4; erzielt werden. Auch höhere Temperaturen erhöhen diese Geschwindigkeiten. Der Gesamtdruck von 333 Pa (2,5 Torr) kann in einem weiten Bereich verändert werden.
Eine attraktive Alternativausführung besteht darin, einen Reaktor wie den Reaktor von Figur 23 anzuwenden, mit Prozeßgasströmen aus (beispielsweise) 3000 sccm He und 3000 sccm O&sub2; und 150 sccm CF&sub4; bei einem Gesamtdruck (beispielsweise) 333 Pa (2,5 Torr) mit (beispielsweise) 400 W Hochfrequenzleistung, angewendet auf die Gasströme, zur Erzeugung aktivierter Spezies bei einer Substrattemperatur von (beispielsweise) 250ºC.
Figur 10 zeigt einen Überblick des räumlichen Aufbaus eines Mustersystems, bei dem ein einziger Prozeßmodul 204 wie dem Modul von Figur 9 angewendet wird. Die Betätigung des Beschickungsschleusendeckels 20 und des Prozeßmoduls 204 einschließlich des Scheibentransportmechanismus und des Trennschiebers 31 (Figur 3), der die Vakuum-Beschickungsschleusenkammer 12 vom Prozeßmodul trennt, werden von einem Computersteuersystem 206 gesteuert, das beispielsweise ein PC auf 8088-Basis (beispielsweise ein professioneller Computer der Firma Texas Instruments) sein kann. Das Computersteuersystem 206 sorgt für eine Steuerlogik für alle Prozesse, die an der Prozeßstation ausgeführt werden. Prozeßmenüs können an der Tastatur entwickelt, im Speicher gespeichert und vom Computersteuersystem 206 automatisch ausgeführt werden. Daher kann beispielsweise die Anzahl der Teilchen, falls solche vorhanden sind, unter der das Computersteuersystem das Öffnen des Vakuum-Scheibenträgers 10 zuläßt, programmiert werden.
Figur 11 (siehe auch Figur 31) zeigt ein Flußdiagramm des Betriebs eines solchen Computersteuersystems. Die Logik startet mit dem Schritt 800 und fährt mit den Schritten 802 und 804 fort. Nachdem der Vakuum-Scheibenträger 10 bestückt worden ist und beim Schritt 800 festgestellt worden ist, daß der Beschickungsschleusendeckel 20 geschlossen ist, wird das Rohbearbeitungs-Pumpenabtrennventil 702 im Schritt 804 geöffnet. Das Stickstoffabtrennventil 703 wird im Schritt 802 geöffnet, damit Stickstoff in die Kammer 12 (Figur 1) eingeleitet wird, um eine Gasspülung der Kammer 12 durch den Verteiler 22 (Figur 1) gemäß den obigen Erläuterungen zu erzielen.
Die Logik fährt dann von den Schritten 802 und 804, die nicht gleichzeitig durchgeführt werden müssen, zum Status 806 und zum Schritt 808 fort. Beim Schritt 808 überwacht das Computersteuersystem 206 den Druck, und es drosselt das Absperroder Trennventil 39 zur Erzielung der entsprechenden Steuerung. Die Beschickungsschleuse wird auf ein schwaches Vakuum abgepumpt. Dies ist immer noch ein höherer Druck als der Druck innerhalb des Scheibenträgers, so daß sich die Tür 14 des Vakuum-Scheibenträgers noch nicht öffnet. Beim Status 806 wird der Druck auf einem niedrigen Wert gehalten, bis der Beschickungsschleusen-Teilchenzähler 850, der den Teilchensensor 202 enthält, anzeigt, daß das Niveau der Teilchen annehmbar niedrig ist. Wenn die vom Zähler festgestellte Anzahl nicht die entsprechende Anzahl ist, kehrt die Logik in einer Schleife zum Status 806 zurück. Wenn die entsprechende Anzahl von beispielsweise Null festgestellt worden ist, verläßt die Logik die Schleife und geht zum Status 810 über. Wenn für eine vorbestimmte Zeitperiode, beispielsweise 60 Sekunden, kein Teilchen festgestellt worden ist, kann das Offnen oder Schließen des Vakuum-Scheibenträgers 10 sicher gestattet werden, Wenn aus irgendeinem Grund eine ungewöhnlich hohe Teilchenkonzentration vorliegt, wenn der Vakuum-Scheibenträger 10 in die Beschickungsschleuse eingeführt wird, werden die Scheiben 48 vom System keiner Verunreinigung ausgesetzt, bis die Gefahr der Teilchenverunreinigung unter der geschlossenen Schleife des Steuersystems gemäß der obigen Beschreibung vorüber ist.
Nachdem die Teilchensensoren 202 und 208 (Figur 9) für eine vorbestimmte Zeitperiode keine Teilchen festgestellt haben, verläßt die Logik den Status 810 und fährt mit den Schritten 812 und 814 fort. Das Absperrventil 702 wird beim Schritt 812 vollständig geöffnet. Beim Schritt 814 wird das Absperrventil 703 von dem Stickstoffversorgung geschlossen. Die Logik fährt dann mit dern Schritt 816 fort. Während sich die Logik beim Schritt 816 befindet, wird das Absperrventil 707 geöffnet, und der Druck innerhalb der Kammer 12 wird weiter herabgesetzt. Die Logik verläßt den Schritt 816 und tritt in den Status 818 ein. Der Druck innerhalb der Kammer 12 wird beim Status 818 überwacht; wenn der Druck nicht den gewünschten Wert erreicht hat, tritt die Logik in den Schritt 820 ein. Beim Schritt 820 wird die Drosselung des Absperrventils 707 eingestellt, und die Logik kehrt wieder zum Status 818 zurück. Wenn der Druck den gewünschten Wert erreicht hat, verläßt die Logik den Status 818 und geht zum Schritt 822 über. Beim Schritt 822 wird die Tür 14 geöffnet.
In der Steuerlogik kann ein weiterer Zweig hinzugefügt werden, um einen weiteren Spülzyklus zu durchlaufen, wenn das Teilchenniveau für eine gegebene Zeitdauer auf einem ungewöhnlich hohen Wert geblieben ist. Ohne Beeinträchtigung des Durchsatzes stellt dieses eine geschlossene Schleife bildende Teilchensteuersystem somit vorteilhafterweise sicher, daß das Risiko der Einführung von Teilchen während Perioden hoher Umgebungsteilchenwerte minimiert wird. Dieses eine geschlossene Schleife bildende Teilchensteuersystem bildet vorteilhafterweise auch einen Schutz gegen eine zufällige Verunreinigung, die durch einen Fehler in der Ablauffolge der Operationen in einem manuell gesteuerten System verursacht werden könnten.
Das Computersteuersystem 206 erlaubt dem Pumpsystem ferner, das Abpumpen auf den Arbeitsdruck durchzuführen und das Niveau der anwesenden Teilchen zu steuern, wenn die Tür 14 (Figur 1) geöffnet wird. Die Tür 14 des Vakuum-Scheibenträgers 10 wird durch Drehen der Welle 24 geöffnet, wie oben erläutert wurde. Solche in-situ-Teilchenzähler, beispielsweise der Zähler 850 in Figur 31, können unter Verwendung eines Resonanzkreises zum Messen der Ladungsübertragung in einem Hochspannungs-Kondensator mit Vakuumspalt oder (für genügend große Teilchen> durch Verwendung eines lasergespeisten optischen Hohlraums mit einem gefalteten optischen Vervielfachungsweg oder unter Verwendung anderer Mittel aufgebaut werden.
Der Trennschieber 31 (Figur 3) kann nun geöffnet werden, darrit der Arm 28 mit der Scheibe 48 in den Prozeßmodul überführt werden kann. Diese Doppelsperrlogik ist zweckmäßig, weil weder die Tür 14 des Vakuumscheibenträgers noch der in den Prozeßmodul führende Sperrschieber 31 geöffnet werden können, bis das Teilchenniveau in der Vakuum-Beschickungsschleusenkainrner 12 auf einem annehmoar niedrigen Niveau gemessen worden ist. Dies sind voneinander getrennte Verfahren, die unabhängig voneinander angewendet werden können, obgleich synergistische Vorteile erhalten werden, wenn beide zusammen angewendet werden. Die Scheibe 48 kann dann vom Scheibenübertragungsarm 28 aus dem Vakuum-Scheibenträger 10 entfernt werden. Das Computersteuersystem 206 (Figur 10) steuert den Übertragungsarm 28 zum Entnehmen oder Ersetzen jeder Scheibe 48 in einer beliebigen Reihenfolge, die programmiert werden kann. Die Scheibe 48 wird so überführt, daß die Seite, die gegebenenfalls aktive Schaltungskomponenten enthält, nach unter gerichtet ist.
Wahlweise können zur Steuerung der Stickstoffdusche vor dem anfänglichen Abpumpen andere Teilchenzähler (oder Teilchensensoren, die besser an das Erfassen von Teilchen bei höheren Drücken geeignet sind) angewendet werden. Dies bedeutet, daß anstelle der Anwendung der Stickstoffdusche lediglich für eine feste Zeitdauer diese Dusche verlängert werden kann, wenn die Teilchenüberwachungseinheit anzeigt, daß sich die Box in einer ungewöhnlich schmutzigen Umgebung befunden hat. Es kann sogar wünschenswert sein, die Beschickungsschleuse auf ein geringes Vakuum (unter Verwendung der Aufrauhungspumpe) abzupumpen und dann Gas durch die Stickstoffduschöffnungen einzulassen, damit eine nach abwärts gerichtete Strömung entsteht. Es kann ferner erwünscht sein, die Beschickungsschleuse von einem geringen Vakuum (beispielsweise 13 Pa (100 mTorr)) zyklisch wieder auf den atmosphärischen Druck zu bringen, indem ein weiterer Stickstoffduschzyklus ausgelöst wird, wenn der Teilchenmonitor anzeigt, daß das Teilchenniveau immer noch übergroß ist, wenn die Beschickungsschleuse einen gegebenen schwachen Unterdruck erreicht hat.
Der Teilchensensor 208 ist gemäß Figur 9 mit dem Inneren des Prozeßmoduls verbunden, was dazu benutzt wird, eine weitere Sperrlogik zu steuern. Ein großer Anteil der Teilchen, die in einem Vakuum-Prozeßsystem auftreten, wird durch die tatsächlich durchgeführten Prozesse erzeugt. Als Abwandlung wird der Trennschieber 31 (Figur 3) zum Prozeßmodul, beispielsweise zum Prozeßmodul 570 (Figur 9) zur Reduzierung der Teilchenverunreinigung aus diesen Quellen nach dem Bearbeiten einer Scheibe erst dann geöffnet, nachdem der Teilchensensor 208 anzeigt, daß ein annehmbar niedriges Niveau der Teilchen innerhab des Moduls vorhanden ist. Dies ist ein weiteres Merkmal, das getrennt von den oben erörterten anderen Merkmalen angewendet werden kann, obgleich synergistische Vorteile erhalten werden, wenn sie gemeinsam benutzt werden.
Figur 12 zeigt eine detaillierte Ansicht einer Abwandlung eines Prozeßmoduls, beispielsweise des Prozeßmoduls 570 von Figur 9, die die Fähigkeit für eine Ultraviolettverbesserung der ablaufenden chemischen Prozesse mit sich bringt. Die Fähigkeiten dieser Ausführung können in herkömmlichere Reaktorkonstruktionen ebenfalls eingebaut werden, jedoch werden sie im Zusammenhang mit einem Prozeßmodul dieses Typs beschrieben, da die beschriebenen Merkmale in diesem Zusammenhang besondere Vorteile ergeben.
Figur 12 zeigt eine Ausführungsform eines mit Ultraviolettlicht verbesserten Vakuum-Prozeßmoduls 590. Ein Prozeßgasverteiler 212 wird durch die Prozeßleitungen 216 gespeist, und er erzeugt durch Öffnungen in der Unterseite seines Rings in der oberen Kammer 218 eine nach unten gerichtete Strömung von Prozeßgasen. Der Verteiler 212 erzeugt eine nach unten gerichtete Strömung von Prozeßgasen zur oberen Kammer 218 nahe der Fläche 54 der Scheibe 48, die über dem Verteiler 212 nach unten gerichtet ist und von drei Fingern 214 getragen wird (von denen einer dargetellt ist). Die Finger 214 gleichen den Stiften 53 in Figur 3. Diese drei Finger 214 bestehen zweckmäßigerweise aus Quarz oder einem anderen sehr reinen dielektrischen Material.
Der Prozeßgasverteiler 212 ist ein Ring mit etwa dem halben Durchmesser der bearbeiteten Scheibe 48, wobei hohle Stützen vorgesehen sind, die zu den Prozeßrohren 216 führen. Er liegt mehrere, beispielsweise vier, Zentimeter von der Scheibe 48 entfernt. Die genauen Abmessungen des Prozeßgasverteilers 212 sind nicht kritisch. Diese Parameter können wunschgemäß geändert werden, jedoch sollten sie, wenn sie geändert werden, so ausgewählt werden, daß eine ziemlich gleichmäßige Konzentration der Prozeßgase und der Prozeßgasprodukte über der gesamten Scheibenfläche 54 auftritt. Beispielsweise könne der Abstand zwischen dem Prozeßgasverteiler 212 und der Scheibe 58 irgendwo im Bereich zwischen 1 bis 15 cm liegen. Die durch den Prozeßgasverteiler 212 zugeführten Prozeßgase können verschiedene Typen sein, einschließlich von Mischungen, die aktive Spezien enthalten, die von einem entfernten Plasma erzeugt werden.
Die Reaktion dieser Prozeßgase mit den Dünnschichtmaterialien auf der Scheibenfläche 54 wird durch Ultraviolettlicht verstärkt, das durch den Ultraviolett-Plasmaraum 220 abgestrahlt wird, der sich unterhalb der oberen Kammer 218 befindet. Ein zweiter Strom von Prozeßgasen wird von Öffnungen 242 geliefert, die von Rohrleitungen 230 in den Ultraviolett-Plasmaraum oder die untere Kammer 220 gespeist werden, in der ein Plasma durch HF-Leistung erzeugt wird, die an die Frontelektrode 224 angelegt wird. Das zugeführte Gas kann beispielsweise H&sub2;, Ar oder He sein. Die Frontelektrode 224 ist gelocht, damit Ultraviolettlicht hindurchgelangen kann, jedoch kann sie auch aus einer Zusammensetzung und mit einer Dicke hergestellt sein, die sie durchlässig für Ultraviolettlicht macht. Masseelektroden für dieses Plasma werden von aus Metall bestehenden Konstruktionselementen und durch die Metallwände 228 des Prozeßmoduls gebildet. Die Frequenz der an die Elektroden angelegten Leistung zur Erzeugung des Ultraviolettlichts kann beispielsweise 100 khz oder 13,56 MHz betragen. Die aus Quarz bestehende Prallwand 232, die in dieser Ausführung einen angenähert H-förmigen Querschnitt und eine etwa zylindrische Außenfläche hat, trennt die Gasströme im Ultraviolett-Plasmaraum 220 von denen in der oberen Kammer 218. In den zwei Kammern 218 und 220 gibt es somit nicht nur zwei getrennte Gasströme, wobei die obere Kammer 218 durch Öffnungen 243 zwischen dem oberen Ende der Prallwand 232 und der Scheibe 48 entlüftet werden kann und der Ultraviolett- Plasmaraum 220 durch Öffnungen 236 zwischen dem Boden der Prallwand 232 und der Quarzplatte 592 entlüftet werden kann, sondern die Kammer 218 und der Raum 220 können wahlweise sogar bei unterschiedlichen Drücken betrieben werden, solange die Druckdifferenz nicht zu einer Rückströmung in den Ablaßraum führt.
Nachdem die Scheibe auf den drei Fingern 214 angebracht und der Modul geschlossen worden ist, kann an die Frontelektrode 224 Energie zum Erzeugen eines Plasmas angelegt werden, und ein zur Erzeugung eines Ultraviolett-Plasmas geeignetes Gas wird in den Ultraviolett-Plasmaraum 220 durch Rohrleitungen 230 eingeleitet. Geeignete Gase enthalten N&sub2;, H&sub2;, O&sub2; und viele andere Spezies. Das spezielle Gas kann so gewählt werden, daß das bei einer bestimmten Anwendung gewünschte Ultraviolettspektrum angepaßt wird. Das Ultraviolettplasma kann durch Verwendung eines geeigneten Gases oder einer Mischung geeigneter Gase und entsprechender Drücke mit einer Leistung erzeugt werden, die größer als eine Minimumleistung für die bestimmte Kammerstruktur und -konstruktion, beispielsweise 50 Watt, ist.
In der Ausführung von Figur 12 liegt die Rückseite der Scheibe 48 in der Nähe einer durchlässigen Vakuumwand 238, und sie ist in einem geringen Abstand von der Vakuumwand gehalten. Dieses Merkmal betrifft insbesondere Ausführungen mit der Fähigkeit zur schnellen thermischen Bearbeitung (RTP), die unten noch genauer erläutert wird.
In der Ausführung von Figur 12 enthält die aus Quarz bestehende Prallfläche 232 ein Teil 239, das horizontal dargestellt ist und für Ultraviolett im wesentlichen durchlässig ist. Das Teil 239 bildet den Querstab in dem H-förmigen Querschnitt der Prallfläche 232. Dieses für Ultraviolett durchlässige Fenster kann aus Quarz oder Saphir oder aus einem ähnlichen Material hergestellt sein.
Figur 14 zeigt einen Prozeßmodul, der in gewisser Weise dein Prozeßmodul 590 (Figur 12) gleicht. In Figur 14 wird das Plasma im Ultraviolett-Plasmaraum 220 von zwei Elektroden 244 und 246 gespeist, die angenähert wie konzentrische Zylinder geformt sind. Zusätzlich ist auch der Gasverteiler 248 iin Ultraviolett-Plasmaraum 220 unterschiedlich von der Rohrverbindung 230 in Figur 12. Die Quarz-Prallfläche 232 in Figur 14 ist H-förmig. Der Prozeßmodul 620 enthält eine dritte Gaszuführung 250, die dazu benutzt werden kann, Spezies zuzuführen, die von einem entfernten Plasma erzeugt werden, wie unten noch erläutert wird. Die Gaszuführung 250 ist zusätzlich zum Gasverteiler 212 vorhanden, der von einem Ring in der oberen Kammer 218 gebildet ist, und eine Zuführung 256 führt Gas in den Ultraviolett-Plasmaraum 220. Ferner ist anstelle der durchlässigen Vakuumwand 238 ein HFgespeister Aufnehmer 252 vorgesehen, so daß ein Plasma in der Nähe der Scheibenfläche 54 erzeugt werden kann. Die Elektrode 244 bildet mit der Zuführung 250 einen Gleitsitz. Dieser Gleitsitz ist nicht abgedichtet, sondern lediglich nach unten hin entlüftet.
Wenn in dieser Anmeldung auf ein Plasma als "in der Nähe" einer Scheibe Bezug genommen wird, so bedeutet dies, daß das Plasma genügend nahe bei der Scheibe ist, damit die Gleich- Vorspannung am Dunkelraum am Rand des Plasmas einen ausreichenden Plasmabeschuß der Scheibenfläche induziert. Das Ausmaß des Beschusses entspricht mehr oder weniger dem Wert der Gleich-Vorspannung, und er wird durch den Druck, die Leistungswerte und in einem gewissen Maß von der Gasstromzusammensetzung gesteuert.
Figur 14 zeigt, daß ein getrennter Zuleitungsweg für aktivierte Spezies vorgesehen ist, die von einem Plasma erzeugt werden, das von der Scheibenfläche 54 entfernt ist. In dieser Klasse der Ausführungsformen ist ein Prozeßmodul so aufgebaut, daß eine integrierte Schaitungsscheibe 48 den von einem ersten Plasma erzeugten aktivierten Spezies ausgesetzt wird, das von der Scheibe entfernt ist, jedoch im Prozeßgasstrom auf der Zuströmseite zur Scheibe 48 liegt, und daß die Scheibe einem von einem zweiten Plasma erzeugten Plasmabeschuß atisgesetzt ist, das einen Dunkelraum hat, der sich im wesentlichen an die Oberfläche der Scheibe anschließt. Das in-situ- Plasma hat eine relativ niedrige Leistung, so daß das entfernte Plasma aktivierte Spezies erzeugen kann; daher können der Leistungswert und die Frequenz des in-situ-Plasmas zur Optimierung der Plasmabeschußenergie eingestellt werden.
Die beschriebenen Ausführungsformen leiten besondere Vorteile aus der Kombination eines entfernten Plasmas in der Gaszuführung mit einem in-situ-Plasma mit niedriger Leistung ab. Die Verwendung eines entfernten Plasmas bedeutet, daß eine hohe Dichte aktivierter Spezien an der Scheibenoberfläche vorgesenen werden kann, und die Verwendung des in-situ-Plasmas mit niedriger Leistung bedeutet, daß ein ausreichender Plasmabeschuß zur Verursachung eines anisotropen Ätzens zur Verfügung gestellt werden kann, während die Plasmabeschußenergie und der Fluß auf das beschränkt werden, was zur Herbeiführung des gewünschten Grades der Anisotropie notwendig ist. Vorteilhafverweise können dadurch die Beschädigungen, die durch eine übergroße Plasmabeschußenergie verursacht werden können, ohne weiteres vermieden werden. Ferner wird dadurch in vorteilhafter Weise eine Feinabstimmung der Reaktionschemie ermöglicht. Es ist erwünscht, daß der Plasmabeschuß die Oberflächenchemie genügend zur Erzielung der Anisotropie verschiebt, jedoch sind zwei Haupteinschränkungen jedes Plamaätzprozesses die Selektivität und die Steuerung der Fremdablagerung, und die Auswahl der chemischen Parameter zur Optimierung all dieser Bedingungen kann sehr eingeschränkt sein. Die Fähigkeit, die Beschußbedingungen unabhängig zu optimieren, ergibt Vorteile bei der Entwicklung optimierter chemischer Parameter, wie einige spezielle Beispiele zeigen, die unten erläutert werden. Ferner bedeutet die Fähigkeit, aktivierte Spezien mit hoher Dichte unter niedrigen Beschußbedingungen zur Verfügung zu stellen, daß Prozesse mit hohem Durchsatz unter Bedingungen mit niedrigem Beschuß ablaufen können, was vor den hier beschriebenen Prozeßmodulen nicht ohne weiteres erreicht werden konnte. Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines Plasmas mit niedriger Energie für das in-situ-Plasma besteht darin, daß die Scheibenerwärmung (die die Selektivität gegenüber Resist-Materialien herabsetzt) minimiert werden kann.
In einem typischen Anwendungsfall wird das entfernt erzeugte Plasma bei 300 W oder mehr betrieben, und das in-situ-Plasma wird bei 100 W oder weniger betrieben; es kann jedoch auch vorteilhaft sein, beispielsweise bei Kupferschichten, die mit Aluminium dotiert sind, bei höheren Leistungswerten zu arbeiten. Es sei bemerkt, daß das entfernt erzeugte Plasma bei einem Gesamtleistungswert betrieben werden kann, der viermal so hoch oder noch höher als die Leistung ist, die an das in situ-Plasma angelegt wird. In weiteren Alternativversionen kann das in-situ-Plasma bei Leistungswerten von 25 W betrieben werden. Der Vorteil der reduzierten Plasmabeschußenergie ist zum Teil unabhängig von der Erzielung einer niedrigen Leistung. Somit kann das in-situ-Plasma bei einer Gleich- Vorspannung von 250 V oder weniger betrieben werden, wobei ein typischer Wert beispielsweise zwischen 25 und 1000 Volt liegt.
Die Figuren 9 und 32 zeigen eine Übersicht eines Prozeßmoduls mit diesen Fähigkeiten. In Figur 9 ist die Kammer 254 für das entferne Plasma über ein Quarzauslaßrohr 256 mit dem Prozeßmodul verbunden.
Figur 15 zeigt eine Kammer zur Erzeugung eines entfernten Plasmas. Ein beispielsweise bei 2,45 GHz arbeitendes Magnetron 264 ist direkt mit einem Resonanzhohlraum 260 gekoppelt, der beispielsweise aus eloxiertem Aluminium besteht und der Abmessungen von etwa 38 x 76 x 229 mm (1,5 x 3 x 9 inches) hat. Ein Gaseinlaßrohr 266 ist an ein oder mehrere Massenströmungs-Steuerorgane angeschlossen, damit eine gewünschte Strömung von Prozeßgasen erhalten wird, wobei dieses Gaseinlaßrohr in einen Gasdurchlaß 270 führt, der durch den Resonanzhohlraum 260 verläuft und in ein aus Quarz bestehendes Auslaßrohr 256 führt. Anschließend durchläuft es einen abgeschirmten Raum, der einen Schutz gegen HF-Austritt aus dem Hohlraum bietet. Da der verwendete Quarz einen Außendurchmesser von weniger als eine Viertelwellenlänge hat, in diesem Beispiel etwa 25 mm (1 inch), ergibt sich eine Abschirmung 268, die in der Größenordnung einer Wellenlänge (oder mehr) eine brauchbare Entkopplung ergibt. Die Abschirmung 268 erstreckt sich um das Quarzauslaßrohr 256 und zweckmäßgerweise rund um die gesamte Länge des Auslaßrohrs 256 bis zu der Stelle, wo es in den Reaktormodul eintritt. Eine Abstimmstichleitung 272 ermöglicht eine Abstimmung des Hohlraums auf Resonanz. Vorzugsweise wird auf das Innere des Resonanzhohlraums 260 eine Stickstoffspülung angewendet, um eine Ozonerzeugung zu verhindern. Kühlleitungen (nicht dargestellt) können ebenfalls nützlich sein. Das Auslaßrohr würde beispielsweise an die Gaszuleitung 250 (Figur 9) angeschlossen sein.
In dieser Ausführung ergibt die Gasströmung durch die Gasdurchführung 270 einen beträchtlichen Anteil der Gesamtbelastung des Resonanzhohlraums des Mikrowellensystems zuzüglich des Magnetrons. Es ist daher zweckmäßig, die Leistung nicht anzulegen, bis die Gasströme und die Drücke eingestellt worden sind. In einem Prozeß, bei dem beispielsweise eine Leistung von 400 W angelegt wird, sollte der Druck wenigstens 67 Pa (500 mTorr) betragen, und die Strömungsraten sollten wenigstens bei 500 sccm liegen, bevor das Magnetron 264 eingeschaltet wird. Dies sind konservative Werte, jedoch dienen sie dazu, eine Lichtbogenbildung in dem Hohlraum oder im Magnetron zu verhindern. Bei höheren Leistungen würden natürlich höhere Minima angewendet. In beispielsweise angewendeten Prozessen, in denen eine Gesamtgasströmung von 5000 sccm angewendet wird, können Leistungen von bis zu 1000 W wahlweise zum Einsatz kommen.
Es sei bemerkt, daß der Leistungswirkungsgrad des entfernt erzeugten Plasmas durch das Volumenverhältnis der Gasdurchführung 270 zum Inneren des Resonanzhohlraums 260 beeinflußt wird. Die Gasströmungsdurchführung 270 könnte anstelle der dargestellten angenähert zylindrischen Form so modifiziert werden, daß sie eine Form hat, die das Volumen des Hohlraums mehr ausfüllt.
Anstelle eines direkten Anbaus des Magnetrons 264 an den Resonanzhohlraum 260 könnten natürlich ein Wellenleiter oder andere HF-Übertragungsstrukturen gemäß den normalen Prinzipien der Mikrowellentechnik zum Anschließen angewendet werden. Als Alternative könnte es vorteilhaft sein, den Resonanzhohlraum 260 räumlich innerhalb des Prozeßmoduls unterzubringen, um die Laufzeit zu minimieren, während der die aktivierten Spezies entspannen, rekombinieren oder abklingen können, bevor sie die Scheibenfläche erreichen.
In einer Alternativausführung kann ein herkömmliches Mikrowellenbauelement, das als Richtungsgabel mit drei Anschlüssen bekannt ist, sowohl zum Ankoppeln eines Senders als auch eines Empfängers an die gleiche Antenne ohne Ankopplung des Senders an den Empfänger verwendet werden. Es könnte zum teilweisen Entkoppeln des Magnetrons 264 vom Resonanzhohlraum 260 verwendet werden, so daß unter Bedingungen, in denen eine hohe reflektierte Leistung aus dem Hohlraum zurückkehrt, eine getrennte ohmsche Last einen Teil der Lastfunktion übernehmen könnte.
Dies hat den Vorteil, daß die Empfindlichkeit des HF-Systems auf Lastschwankungen, die durch sich ändernde Prozeßbedingungen verursacht werden, stark herabgesetzt wird. Dies hat den weiteren Vorteil, daß die HF-Energiequelle an mehr als einen der Erzeugung eines entfernten Plasmas dienenden Hohlraum angekoppelt werden kann, falls dies erwünscht ist.
In der in Figur 9 dargestellten Ausführung ist das aus Quarz bestehende Auslaßrohr 256 über eine berührungslose Gleitsitzverbindung an die dritte Gaszuführung 250 gemäß der in Figur 14 dargestellten Zuführung angeschlossen. Dieser lockere Gleitsitz ermöglicht, daß ein Teil des zugeführten Gases direkt in den Ablaßraum während der Bearbeitung ausströmt, jedoch ist dies nur ein untergeordnetes Problem. Der Vorteil der Verwendung eines Gleitsitzes besteht hier darin, daß er die Vertikalbewegung der Prozeßkammer zuläßt, während es im wesentlichen immer noch möglich ist, daß der gesamte Weg der Gasströmung von der Plasmakammer 254 durch Quarzrohrleitungen verläuft. Wie oben erörtert wurde, dient die Vertikalbewegung dazu, die Prozeßkammer zur Scheibeneinführung und zur Scheibenentfernung zu öffnen und zu schließen. Dies hat sich als ein nützliches Merkmal in der Praxis erwiesen, da viele der aktivierten Spezies, die von dem entfernten Plasma erzeugt werden, sehr aktiv sind. Diese aktiven Spezies enthalten Radikale wie O, quasi-stabile molekulare Spezies wie Oxi-Halogen-Verbindungen, Moleküle in quasi-stabilen Zuständen mit hohen Elektronenenergien und, insbesondere dicht bei dem Plasma, einen beträchtlichen Anteil ionisierter Spezies. Das Rohr zum Überführen dieser Strömung sollte sowohl so inert wie möglich sein, damit es Angriffen widersteht, als auch so rein wie möglich sein, damit Verunreinigungen der Scheibe durch Spezies minimiert werden, die von den Rohrwänden durch das Strömen der aktivierten Spezies entfernt werden können. Quarz erfüllt diese beiden Kriterien für die meisten Quellen. Wenn die Gasströmungen, die angewendet werden sollen, Fluorquellen enthalten, können die Rohrleitungen aus Saphir, aus gesintertem Alüminiumoxid oder aus Kupfer hergestellt sein. Abhängig von den angewendeten chemischen Parametern des Prozesses kann es außerdem einfacher sein, Quarz zu verwenden, wenn die Erosion des Quarzauslaßrohrs 256 und die Modifizierung der chemischen Parameter in der Gas Strömung bei dem gerade ablaufenden speziellen Prozeß toleriert werden können.
Figur 16 zeigt Einzelheiten eines weiteren Prozeßmoduls 630, der in vielen Punkten dem in Figur 1 dargestellten Modul gleicht. Eine Scheibe 48 wird gegen einen leitenden Aufnehmer 300 gehalten, der aus Aluminium oder wahlweise auch aus Silizium bestehen kann, wenn es zweckmäßig ist, die chemischen Prozeßparameter zu modifizieren (beispielsweise nahe der Scheibenfläche 54 ein fluorarmes Plasma zu erzeugen). Der Aufnehmer 300 befindet sich über der Scheibe 48, wobei die obere Kammer 280 unterhalb der Scheibe 48 liegt. Der Aufnehmer 300 wird mittels Durchführungen 302 gekühlt. Falls es erwünscht ist, kann der Aufnehmer 300 durch die Durchführungen 302 oder durch Verwendung (nicht dargestellter) Heizstäbe, die durch den Aufnehmer 300 führen, erhitzt werden. Die Scheibe 48 wird von den drei Trägerfingern 214 in Figur 16 gegen den Aufnehmer 300 so gehalten, daß ihre Fläche 54 vom Aufnehmer 300 weg nach unten zeigt.
Ein Prozeß, der in dem Prozeßmodul 630 mit Ultraviolettlichterzeugung und der Fernplasmafähigkeit, wie sie hier beschrieben wird, durchgeführt werden kann, ist beispielsweise die Ablagerung leitender Schichten. Leitende Schichten können erzeugt werden, indem organische Metallverbindungen mittels entfernt erzeugter, mit Mikrowellen aktivierter Spezien reduziert oder zersetzt werden. Beispielsweise können Zn-, Al-, In- oder Pb-Schichten erzeugt werden, indem eine Reaktion organischer Metallverbindungen wie Dimethylzink, Trimethylaluminium, Trimethylindium oder Tetramethylblei mit Radikalen wie Wasserstoff oder Argon herbeigeführt wird. In einem Ausführungsbeispiel wird ein Silizium- oder HgCdTe-Substrat (Scheibe) in die Prozeßkammer eingeführt. Die Kammer wird auf einen Druck von weniger als 1,3 x 10&supmin;&sup4; Pa (10&supmin;&sup6; Torr) evakuiert. Die Kammer wird dann mit einem geeigneten Gas, beispielsweise Wasserstoff, gespült, das mit 100 sccm durch den Mikrowellenhohlraum in die Prozeßkammer strömt, falls dies erwünscht ist. Die Kammer wird dann auf einen Druck von 40 Pa (0,3 Torr) gebracht. Das Substrat wird auf 50ºC erhitzt. Durch den Verteiler 212 wird mit beispielsweise 6,6 sccm Dimethylzink in die Kammer eingeführt. In dem entfernten Mikrowellenhohiraum können dann mit beispielsweise 6 W aktive Wasserstoffradikale erzeugt und über die Zuführung 250 in die Kammer eingeführt werden, damit sich auf dem Substrat ablagerndes metallisches Zink und aus der Prozeßkammer abgepumptes Methan entstehen. Zn-Schichten werden mit 6 nm (60 Å)/Minute mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von 25 x 10&supmin;&sup6; Ohm-cm erzeugt.
Ein Prozeß, der mit dem Prozeßmodul 630 und auch mit den anderen Prozeßmodulen mit der Fähigkeit zur in-situ-Ultraviolettenergieerzeugung angewendet werden kann, ist das Aufwachsen natürlicher Oxide auf HgCdTe. Nachdem die Scheibe in der Prozeßkammer 218 angebracht und die Kammer geschlossen worden ist, wird die Kammer auf einen gewünschten niedrigen Druck von beispielsweise 6,7 Pa (0,05 Torr) evakuiert. Eine Reinigung der Kammer kann auf Wunsch unter Verwendung eines geeigneten Gases, beispielsweise O&sub2;, oder eines inerten Gases durchgeführt werden. Ein an einem entfernten Ort aus einer Sauerstoffquelle, beispielsweise O&sub2; oder N&sub2;O, erzeugtes Plasma wird in die Kammer 218 eingeführt, damit eine Reinigung erfolgt, falls dies erwünscht ist. Das entfernt erzeugte Plasma wird abgeschaltet. Die Kammer wird evakuiert und mit O&sub2; oder einem inerten Gas gespült, falls dies erwünscht ist. Innerhalb des Raums 220 wird Ultraviolettlicht erzeugt und in die Kammer 218 gekoppelt. Das Ultraviolettlicht sorgt für die erforderliche Anregung der Gase in der Kammer 218. Das Ultraviolettlicht wird für eine entsprechende Zeitdauer, beispielsweise 1 Stunde, aufrechterhalten. Die Kammer wird dann evakuiert und mit einem geeigneten Gas, beispielsweise N&sub2;, gespült. Die Kammer wird dann geöffnet, und die Scheibe 48 wird herausgenommen.
Ein weiterer Prozeß, der mit den hier beschriebenen Prozeßmodulen mit Ultraviolettlicht und der Fähigkeit der entfernten Plasmaerzeugung durchgeführt werden kann, findet im Modul 630 statt. Die Scheibe wird in die Prozeßkammer eingeführt, und die Kammer wird geschlossen. Eine Spülung mit einem geeigneten Gas, beispielsweise N&sub2;, kann durchgeführt werden. Das entfernte Plasma wird aus N&sub2;O erzeugt und in die Kammer 218 über die Zuführung 250 eingeführt. Über den Verteiler 212 wird ein Silangas, beispielsweise SiH4, in die Kammer eingeführt. Im Raum 220 wird Ultraviolettlicht erzeugt und in die Kammer 218 gekoppelt. Es wird zum Teil von dem N&sub2;O-Gas in der Kammer 218 absorbiert. Nachdem die Ablagerung beendet ist, kann ein Reinigungsvorgang durchgeführt werden, falls dies erwünscht ist, indem ein aus SF&sub6; entfernt erzeugtes Plasma angewendet wird.
Ein Prozeßgasverteiler 212 führt der oberen Kammer 218 nahe der Scheibenfläche 54 Prozeßgase zu. Ein weiterer Prozeßgasverteiler 306 führt Gase in den Ultraviolett-Plasmaraum 220 ein, in dem ein zweites Plasma, entfernt von der Scheibenfläche 54, wahlweise durch Anlegen von HF-Leistung an die Frontelektrode 224 erzeugt wird. Die durch den Verteiler 306 strömenden Spezies und der an die Frontelektrode 224 angelegte Leistungswert sind so gewählt, daß die Scheibenfläche mit der gewünschten Wellenlänge und der gewünschten Intensität des Ultraviolettlichts bestrahlt wird. Die Quarz-Prallwand 232 lenkt den Gasstrom aus der oberen Kammer 218 und dem Ultraviolett-Plasmaraum 220 so, daß der Gasstrom durch den Ultraviolett-Plasmaraum 220 die obere Kammer 218 nicht verunreinigt, was ein ähnlicher Gasstrom wie der in Fig. 12 ist. Die dritte Gaszuführung 250 liefert einen von einer entfernt liegenden Plasmakammer aktivierten Gasstrom zur oberen Kammer 218 nahe bei der Scheibe 48. An den Aufnehmer 300 wird Spannung für das in-situ-Plasma angelegt.
Es wird nun ein Prozeß beschrieben, bei dem eine Verbindung wie Zinksulfid aus einer Gasphase in einem Reaktor abgelagert wird, die mit einem Vakuum-Bearbeitungssystem kompatibel ist, das einen Vakuum-Scheibentransport enthält. Es werden zwei Gasverteiler benutzt, von denen jeder so angeschlossen ist, daß er ein oder mehrere reagierende Gase zuführt, damit die Gleichinäßigkeit verbessert und/oder eine Kernbildung in der Gasphase vermieden werden. Diese Prozeßausführung hat den Vorteil, daß II-VI-Schichten wie ZnS schnell mit guter Gleichmäßigkeit und guter Schichtqualität abgelagert werden können.
Die Ablagerung von Sulfid-, Selenid- und Telluridschichten wie CdS, ZnS, PbS, CdSe, ZnSe und andere II-IV-Kombinationen können unter Verwendung organischer Metallverbindungen und Sulfid- oder Selenidgasen erzeugt werden. Die organischen Metallverbindungen (metallorganisch) können beispielsweise aus der Gruppe mit Dimethyltellur, Dimethylzink, Trimethylaluminium, Tetrablei stammen. Das Sulfid kann beispielsweise Wasserstoffsulfid sein, und das Selenidgas kann beispielsweise Schwefelwasserstoff sein, und das Selenidgas kann beispielsweise Selenwasserstoff sein. Die erforderliche Anregung kann durch ein in die Prozeßkammer eingeführtes, in einer entfernten, mit inertem Gas arbeitenden Kammer 254 erzeugtes Plasma und/oder durch im Raum 220 erzeugtes, in die Prozeßkammer gekoppeltes Ultraviolettlicht erfolgen. Der Aufnehmer 300 kann unter Verwendung (nicht dargestellter) Heizstäbe, die durch den Aufnehmer führen, erhitzt werden. Es ist auch möglich, die abgelagerte Schicht zu dotieren, beispielsweise ZnS dotiert mit PbS. Beispielsweise wird eine Mischung aus Tetraethylblei und Dimethylzink in die Kammer durch einen Verteiler 310 eingeführt, und Schwefelwasserstoff wird durch einen zweiten Verteiler 312 eingeführt, damit eine Mischung aus ZnS und PbS (siehe Fig. 17) erzeugt wird.
In einem Ausführungsbeispiel wurde ein HgCdTe-Substrat mit einer sehr dünnen, bereits vorhandenen dielektrischen Passivierungsschicht (in diesem Fall einer dünnen Sulfidschicht mit weniger als 10 nm (100 Å)) verwendet. Durch einen Gasverteiler wurde eine H&sub2;S-Strömung mit 30 sccm erzeugt, und durch den anderen Verteiler wurde eine Dimethylzink-Strömung ((CH&sub3;)&sub2;Zn) mit zwei bis drei sccm bei einer Substrattemperatur von 50ºC und bei einem Gesamtdruck von 20 bis 27 Pa (150-200 mTorr) erzeugt. Diese Bedingungen führten zu einem Wachsen einer Schicht mit guter elektrischer Qualität bei einer Geschwindigkeit von etwa 35 nm (350 Å) pro Minute.
Wahlweise kann auch unmittelbar vor der Durchführung der ZnS-Ablagerung im gleichen Reaktor eine Passivierungsschicht erzeugt werden. Dies ist besonders vorteilhaft für die Herstellung von MIS-Gatter auf HgCdTe. In einem Ausführungsbeispiel wurde von einem HgCdTe-Substrat das natürliche Oxid mit verdünnter HCl entfernt, mit entionisiertem Wasser gespült, mit Stickstoff getrocknet und unter Vakuum in die Prozeßkammer eingeführt. Die Kammer wird mit Schwefelwasserstoff mit beispielsweise 30 sccm gespült, worauf die Kammer auf einen Druck von 27 Pa (0,2 Torr) gebracht wird und das Substrat auf eine Temperatur von 100ºC erhitzt wird. Der Schwefelwasserstoff und die Hgcdte-Fläche werden durch eine zusätzliche Ultraviolettlichtquelle beleuchtet, damit wasserstoff- und schwefelfü.hrende Spezies in angeregtem Zustand (Atome und Radikale) erzeugt werden, die Restoxide auf dem HgCeTe chemisch reduzieren und eine dünne, passivierende Sulfidschicht erzeugen. Anschließend wird über dem passivierten HgCdTe durch Einführen von Dimethylzink mit beispielsweise 2 bis 3 sccm ZnS abgelagert.
Die Aufwachsgeschwindigkeit von ZnS hat sich als sehr temperaturempfindlich erwiesen, und wahrscheinlich ist eine höhere Substrattemperatur wünschenswert. Während die Stabilität des HgCdTe-Materials die maximale Aufwachstemperatur auf 120ºC oder weniger stellt, wird es als wünschenswert betrachtet, die Aufwachstemperatur auf einen Bereich von 90º bis 120º zu erhöhen, um ein schnelles Aufwachsen einer qualitativ hochwertigen Schicht zu erzielen. Die Gasphasenreaktion dieser Gase ist zwar bei 50ºC kein großes Problem, jedoch wird es bei Temperaturen von 100-120ºC wesentlich gravierender. Ein weiterer Vorteil des Prozeßmoduls 640 in einem Aufbau für die Verwendung als Reaktor besteht in einer Vereinfachung der Anwendung dieser höheren Temperaturen, ohne daß Probleme erzeugt werden, die auf die Reaktion in der Gasphase zurückzuführen sind.
Zur Erzielung einer giatteren Schicht kann ein wäßriges Gas in die Reagenzglasströmung eingemischt werden und/oder die Reagenzgase können mit größeren Strömungsgeschwindigkeiten eingebracht werden. Geeignete wäßrige Gase würden Wasserstoff, Helium und Argon enthalten.
Das Aufwachsen einer Zinksulfidschicht unter der Beleuchtung durch eine in-situ-Ultraviolettquelle wurde ebenfalls getestet, und es hat sich gezeigt, daß die Ultraviolettbestrahlung zu einem wesentlich schnelleren Schichtwachstum führt. Die zusätzliche Ultraviolettstrahlung kann auch für andere Ablagerungen nützlich sein.
Figur 17 zeigt den Prozeßmodul 640, der als Reaktor benutzt wird. Der Reaktoraufbau eignet sich für den oben beschriebenen Ablagerungsprozeß und auch für andere Typen der Ablagerung. Die Verteiler 310 und 312 geben jeweils einen getrennten Prozeßgasstrom innerhalb einer Prallwand 314 frei, die die Gasströme nach oben zur oberen Kammer 218 nahe der Fläche der Scheibe 48 lenkt, die von drei Haltefingern 214 (von denen in Figur 17 nur einer, jedoch in Figur 3 alle drei dargestellt sind) gegen einen leitenden Aufnehmer 300 gehalten ist.
Es sei bemerkt, daß in der gezeigten Ausführung die drei Haltefinger 214 relativ lang sind und an ihren Basisteilen in gutem Abstand von der oberen Kammer 218 durch jeweilige flexible Elemente 216 unterstützt sind. Jeder Finger wird von zwei (oder mehr) (nicht dargestellten) Blattfedern gehalten, so daß der Finger in vertikaler Richtung ausgelenkt werden kann, jedoch ist er stets geneigt, die vertikale Achse beizubehalten. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, daß sie dazu beiträgt, einen Reaktor zu schaffen, in dem nahezu jede freiliegende Fläche, die sich nahe der Scheibenfläche 54 befindet, und insbesondere jede Fläche, die bezüglich der Scheibenfläche auf der Zuströmseite liegt, aus Quarz, oder, alternativ, einem anderen vergleichbaren reinen und inerten Metall besteht. Die Spezies (CH&sub3;)&sub2;Zn ist ziemlich reaktionsfähig, und eine Minimierung der freiliegenden Flächen, die nicht aus Quarz bestehen, trägt zur Vermeidung von Ablagerungen bei (die zu einer Teilchenverunreinigung führen können). Überdies wird in dieser Ausführung ein ineinanderpassendes Paar teflonbeschichteter Prallflächen 318, 320 benutzt, um die Abgasströmung vom Baig 124 zu trennen, damit eine Ablagerung auf dem Balg vermieden wird, die beim Bewegen des Balgs abspringen könnte.
Einige der in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Ausführungen machen von einer Strahlungsheizquelle zur Ermöglichung einer schnellen Erhitzung einer Scheibe und zur Erzielung des Vorteils der Hochtemperaturverarbeitung ohne die normalerweise erforderlichen langen Wärmeanstiegszeiten Gebrauch. Figur 18 zeigt eine Anordnung zur Durchführung einer schnellen thermischen Bearbeitung.
Figur 18 zeigt einen Prozeßmodul 650, in dem eine Scheibe gegen eine durchlässige Vakuumwand 238 oder dicht bei einer solchen Wand gehalten wird. Wie Figur 18 zeigt, ist in einem oberen festen Reflektor 334 (Figur 19A) ein Ring aus Heizelementen, beispielsweise aus 18 lkW-Hochtemperatur-Glühlampen 330, befestigt. Der obere feste Reflektor und ein unterer fester Ref iektor 332 tragen zur Maximierung des Aufheizwirkungsgrades bei, d.h. verbessern den Anteil der durch die Hochtemperatur-Glühlampen 330 abgestrahlten optischen Leistung, der optisch durch die durchlässige Vakuumwand 238 zur Scheibe 38 gekoppelt wird. Das Steuersystem 206 kann von Temperatursensoren Gebrauch machen, um eine Veränderung der Form des Reflektors durch Auf- und Abbewegen des Reflektors 36 zu ausgewählten Positionen zu steuern.
Figur 19A zeigt die Geometrie des oberen festen Reflektors 334 im Querschnitt. Die Oberfläche des Reflektors 334 weist nahe bei der Lampe drei gerade Linien auf, nämlich Flächen 338, 340 und 342, von denen jede angenähert kegelstumpfförmig ausgestaltet ist und so liegt, daß Licht direkt von den Hochtemperatur-Glühlampen 330 durch die Wand 238 reflektiert wird. Die optische Geometrie dieser Lichtbahn, die in dieser Ausführungsform auftritt, ist in Figur 19A dargestellt.
Die gezeigte spezielle Ausführungsform erbrachte zwar gute Resultate und Vorteile, jedoch sei bemerkt, daß eine breite Vielfalt weiterer Reflektorgeometrien anstelle der dargestellten verwendet werden kann, wobei die Vorteile der hier beschriebenen Konzepte immer noch beibehalten werden. Die Anordnung der Heizeiemente und der Reflektoren bilden ein Heizmodul. Andere Typen von Heizmodulen sind möglich, mit denen die erzeugte Wärme thermisch zur Scheibe 48 übertragen wird, wobei die Anordnung von Figur 18 ein Beispiel ist.
Ein beweglicher oberer Reflektor 336 (Figur 18) ist in vertikaler Richtung in steuerbarer Weise durch einen Antrieb 344 beweglich. Der Reflektor 36 ist innerhalb einer kreisförmigen Öffnung in der Mitte des oberen festen Reflektors 334 angeordnet. Die Bewegung des Reflektors 336 ermöglicht die Steuerung der Flächenverteilung einer Komponente des Strahlungswärmemusters, wie in Figur 19B und 19C dargestellt ist, so daß Wärmeflußverteilungen entstehen, wie sie in Figur 20 geleigt sind. Der Antrieb 334 befindet sich gemäß Figur 18 über dem Reflektor 336.
Wie in Figur 20 dargestellt ist, zeigt die obere Kurve 652 die Verteilung der Wärmeenergie vom Rand der Scheibe 48 in Figur 19A, 19B und 19C (in Figur 20 links) zur Mitte der Scheibe (in Figur 20 rechts). Die Fläche zwischen der gestricnelten Linie 654 und der durchgezogenen Linie 656 ist der Beitrag des Reflektors 336, wobei die Fläche unterhalb der ausgezogenen Linie 656 der Beitrag der festen Reflektoren 332 und 334 ist. Dies zeigt die relative Verteilung der thermischen Energie, wenn sich der Reflektor 336 in der oberen Position gemäß der Darstellung von Figur 19C befindet. Die Kurve 659 von Figur 20 zeigt die relative Verteilung der thermischen Energie, wenn sich der Reflektor 336 in der unteren Position gemäß Figur 19B befindet. Die Fläche unterhalb der ausgezogenen Linie 657 der Kurve 659 zeigt den Beitrag der festen Reflektoren, und die Fläche zwischen der ausgezogenen Linie 657 und der ausgezogenen Linie 658 ist der Beitrag des Reflektors 336.
Wenn der bewegliche obere Reflektor 336 (der an seiner Spitze eine einem Kegel gleichende Form mit einem spitzen Winkel von 90º hat) seine untere Position einnimmt, wie in Figur 19B dargestellt ist, wird dem Rand der Scheibe zusätzlich Wärme zugeführt; wenn sich der bewegliche obere Reflektor 336 in seiner oberen Position befindet, wie in Figur 19C dargestellt ist, wird diese Komponente der Strahlung vorzugsweise nicht zum Rand der Scheibe gekoppelt, so daß die Mitte der Scheibe zusätzliche Wärme empfängt. Aus Gründen der Klarheit zeigen die Figuren 19B und 19C nur die Komponente der optischen Strahlung, die parallel zu dem Lampenglühfaden abgestrahlt wird; in Figur 19B ist jedoch zu erkennen, daß das über einen signifikanten Bereich von Winkeln abgestrahlte Licht in ähnlicher Weise abgelenkt wird.
Die Reflektoren 332 und 336 sind beispielsweise aus Aluminium mit Goldbeschichtung hergestellt, und sie können durch Wasser gekühlt werden, das durch Durchführungen innerhalb der Reflektoren fließt. Der Reflektor 334 könnte mit jedem beliebigen reflektierenden Material beschichtet sein, wenn dies erwünscht ist.
Die Eingangsleistung dieser Hochtemperatur-Glühlampen 330 wird von einem der Steuersignale aus dem Computersteuersystem 206 (Figur 31) gesteuert. Allgemein wird die Leistung an den Lampen mit hoher Geschwindigkeit bis zu einem hohen Leistungswert (40 % der vollen Leistung) erhöht und auf diesem Wert für eine vom Prozeß abhängige Zeitdauer (beispielweise 15 Sekunden) gehalten. Die Leistung wird dann auf einen niedrigeren Dauerpegel zurückgefahren, bis der Prozeß beendet ist (beispielsweise auf 16 % der vollen Leistung).
Wenn gemäß einem weiteren Beispiel der bestimmte ablaufende Prozeß erfordert, daß die Scheibe während der Bearbeitung auf einer Temperatur von 600 C gehalten wird, würde die Lampenleistung nur bis auf beispielsweise 30 % der vollen Leistung eingeschaltet (d.h. bei insgesamt 5400 Watt) und auf diesem Wert gehalten, bis die Scheibe etwa die gewünschte Bearbeitungstemperatur erreicht, worauf die Leistung dann auf einen Wert zurückgefahren wird, der die Scheibe auf der gewünschten Bearbeitungstemperatur hält, bis der Prozeß beendet ist.
In einem Beispielssystem sind 18 Glühlampen mit je 1000 Watt in einem Ring in einem Reflektor (aus vergoldetem Aluminium) mit einem Durchmesser von 152 mm (6 inch) angeordnet, wobei der Reflektor einer Quarzplatte mit 152 mm (6 inch) gegenüberliegt. Der freiliegende Abschnitt der Quarzplatte bildet die durchlässige Vakuumwand 238, und sie weist eine Öffnung auf, die gerade groß genug ist, um eine Strahlungserhitztung der Rückseite einer Scheibe mit 102 mm (4 inch) zu ermöglichen, die dicht bei der Wand 238 gehalten wird.
In einer Ausführung eines Beispielsprozesses wird die Scheibe mit den gerade angegebenen Lampenleistungen auf 600ºC gehalten, während Prozeßgasströme mit 40 sccm H&sub2; und 8 sccm WF&sub6; auf die Frontseite bei einem Gesamtdruck von 67 Pa (500 mTorr) gerichtet werden. Diese chemischen Parameter ergaben erfolgreich eine qualitativ hochwertige konforme Ablagerung von Dünnschichten aus Wolfram mit 200 nm (2000 Å) pro Minute.
In einer Ausführung wird eine Kombination stationärer Reflektoren und Lampen zum schnellen Erhitzen der Scheiben auf etwa 900ºC angewendet. Die Scheiben erhitzten sich auf etwa 1100ºC mit wenigstens 200ºC pro Sekunde, ohne daß es zu irgendwelchen Versetzungen innerhalb der Kristallstruktur kam. Die Heizvorrichtung ist eine dynamische Heizquelle, die unten noch genauer beschrieben wird.
Sowohl die Intensität als auch die radiale Verteilung der einfallenden Strahlungsenergie können eingestellt werden. Die Einstellung der Eingangsleistung der Lampen kann zum Einstellen der Temperatur der Scheibe benutzt werden. Diese Ausführung macht von einer Temperaturmeßvorrichtung (beispielsweise einem optischen Permitter) zur Erfassung der Temperaturänderungen der bearbeiteten Scheibe Gebrauch. Zur Erzielung der entsprechen Strahlungsenergieverteilungen auf der Scheibe während des Aufheizens und Abkühlens muß der bewegliche Reflektor 336 lediglich eine Gesamtstrecke von etwa 38 mm (1,5 incbes) bewegt werden. Die Kurve 652 zeigt beispielsweise die Verteilung während des Aufheizens, und die Kurve 659 repräsentiert die Verteilung während des Abkühlens.
Bei der in Figur 18 dargestellten Ausführung konnte eine solche Steuerung erfolgreich demonstriert werden, daß Temperaturänderungen über den Radius der Scheibe während des Anstiegs der Scheibentemperatur mit einer Geschwindigkeit von beispielsweise 200ºC pro Sekunde bis zu einer Endtemperatur von 1100º oder mehr bei weniger als 1 % gehalten wurden.
Nach Beendigung des gewünschten Bearbeitungsvorgangs werden die Gaszufuhren unterbrochen oder wahlweise auf inerte Spezies umgeschaltet, und es kann eine Haltezeit wahlweise für ein kontrolliertes Abkühlen der teilweise hergestellten integrierten Schaltungsscheibe oder zum Absetzen möglicher schwebender Teilchen eingefügt werden, bevor die Prozeßkammer geöffnet wird. Falls es erwünscht ist, könnte auch eine Gasspülung durchgeführt werden.
In den Figuren 21A und 21B sind zwei Abwandlungen dargestellt, mit denen die leitende Wärmekopplung zwischen der Scheibe 48 und einer durchlässigen Vakuumwand 238 in einem Vakuum-Bearbeitungssystem mit der Fähigkeit zur schnellen thermischen Bearbeitung reduziert wird. Es sei bemerkt, daß die Reflektorkonfiguration, die in diesen Figuren dargestellt ist, von der in Figur 18 dargestellten Konfiguration verschieden ist.
Figur 21A zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der größte Teil der Oberfläche der Scheibe 48 keinen Kontakt mit der durchlässigen Vakuumwand 238 hat. Die durchlässige Vakuumwand 238 ist dafür so geformt, daß sie einen nach unten ragenden Ring 350 aufweist, der mit der Scheibe 48 nahe beim Umfang 49 der Scheibe 48 in Kontakt steht, wenn die Scheibe 48 von den drei Haltefingern 214 angehoben wird. Eine Spülgasleitung 352 ermöglicht die Zufuhr eines Spülgases (beispielsweise Ar, Argon) zur Rückseite der Scheibe 48.
Figur 21B zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Scheibe 48 mit der durchlässigen Vakuumwand 238 überhaupt keinen direkten Kontakt hat. Dafür berührt eine zweite durchlässige Platte 358, die dünner als die Vakuumwand 238 ist, die Scheibe 48, wenn sie von den Fingern 214 dagegengeschoben wird. Die Platte 258 ist unterhalb der Wand 238 angeordnet. Da die zweite durchlässige Platte 258 wesentlich dünner als die durchlässige Vakuumwand 238 ist, übt die zu ihr stattfindende leitende Kopplung eine geringere thermische Belastung auf die Scheibe aus als es bei einem vollen Kontakt mit der durchlässigen Vakuumwand 238 der Fall wäre. Im Ausführungsbeispiel hat die Vakuumwand eine Dicke von 12,7 mm (0,5 inches), und die zweite durchlässige Platte 358 hat eine Dicke von 15,2 mm (0,6 inches). Eine Spülgasleitung 352 ermöglicht wiederum die Zufuhr eines Spülgases (beispielsweise Ar) zur Rückseite der Scheibe 48. Es ist zweckmäßig, die zweite durchlässige Platte 358 im Abstand von der durchlässigen Vakuumwand 238 anzubringen.
Die Spülgaszufuhr in beiden diesen Ausführungsformen trägt dazu bei, eine gleichmäßige Temperaturverteilung über der Scheibe zu erreichen. Zusätzlich trägt die Spülgaszufuhr zu Bereichen nahe der durchlässigen Vakuumwand dazu bei, eine Anhäufung von Ablagerungs- oder Ätzeffekten zur Verminderung der Durchlässigkeit oder zur Erzeugung von Teilchen zu verhindern.
Figur 21C zeigt ein weiteres Verfahren zur Reduzierung der leitenden thermischen Kopplung zwischen der Scheibe und einer durchlässigen Vakuumwand 238 in einem Vakuum-Bearbeitungs- System mit der Fähigkeit zur schnellen thermischen Bearbeitung. Die Scheibe 48 wird auf drei Haltefingern 214 in einer solchen Höhe gehalten, daß dann, wenn die obere Kammer 218 geschlossen ist, die Scheibe in einem kleinen Abstand (beispielsweise 1 mm) von der Vakuumwand 238 entfernt ist.
Die Verfahren zur Reduzierung der leitenden thermischen Kopplung gemäß den Figuren 21A, 21B und 21C sind für eine Scheibenbearbeitung von Nutzen; sie können aber auch auf andere Arten von Werkstücken angewendet werden.
Da die durchlässige Vakuumwand 238, die aus Quarz hergestellt sein kann, große Temperaturschwankungen erfährt und eine Vakuumabdichtung zu einer gewöhnlich aus Metall hergestellten Kammer aufrechterhalten muß, die einen ziemlich anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, kann es vorteilhaft sein, zwischen der durchlässigen Vakuumwand 238 und dem Reaktorkörper eine spezielle Vakuumdichtung zu verwenden, wie sie in Figur 21D dargestellt ist. Solche Dichtungen (die im Handel als Helicoflex (TM)-Dichtungen bekannt sind) enthalten eine Spirale 660 aus Inconel (TM), die in einer Edelstahlhülse 662 eingeschlossen ist, wobei die Dichtfläche der Edelstahlhülse 662 von einer Weichmetallhülse 664 (beispielsweise aus Aluminium) umgeben ist. Wenn die Dichtung in den Dichtzustand versetzt wird, sorgt die plastische Verformung der aus weichem Metall bestehenden Hülse 664 für eine leckfreie Dichtung. Die elastische Verformung wird hauptsächlich durch die steife Spirale 660 aus Inconel gebildet.
Solche Dichtungen sind für die Verwendung in Ultrahochvakuumsystemen vorgeschlagen worden (die periodisch bei Temperaturen von beispielsweise 600ºF ausgebrannt werden); Hinweise hierauffinden sich in I. Sakai et al., "Sealing Concept of Elastic Metal Gasket 'Helicoflex'", 32 Vacuum 33 (1982): Hajime Ishimaru et al., "Bakable Aluminium Vacuum Chamber and Bellows with an Aluminium Flange and Aluminium Seal for Ultra High Vacuum". 26 IEEE Transactions on Nuclear Science 4000 (1979); R.B. Fleming et al., "Development of Bakable Seals for Large Non-Circular Ports on the Tokamak Fusion Test Reactor", 17 Journal of Vacuum Science and Technology 337 (1980); Hajime Ishimaru et al., "Bakable Aluminium Vacuum Chamber and Bellows with an Aluminium Flange and Aluminium Seal for Ultra High Vacuum", 15 Journal of Vacuum Science and Technoloqy, 1853 (1978); all dies wird hier durch diesen Hinweis einbezogen. Die Anmelder glauben, daß solche Dichtungen ursprünglich wegen ihrer Fähigkeit vertrieben wurden, hohe Druckdifferenzen bei relativ hohen Temperaturen (beispielsweise 316ºC (600ºF)) unter Aufrechterhaltung einer Vakuumabdichtung zuzulassen, jedoch ist nicht bekannt, daß eine solche Dichtung jemals zur Vakuumabdichtung zwischen zwei ungleichen Materialien in Umgebungen mit schnell wechselnden Temperaturen oder auch speziell für die schnelle thermische Bearbeitung in Vakuumbearbeitungssystemen vorgeschlagen worden sind.
Es sei bemerkt, daß die von den Anmeldern erzielten experimentellen Ergebnisse gezeigt haben, daß eine Elastomerdichtung im allgemeinen zufriedenstellend ist, solange das Elastomerdichtungsmaterial nicht der Strahlungshitze ausgesetzt wird.
Wie oben erwähnt wurde, enthalten die Strahlungsheizmodule zweckmäßigerweise Kühldurchgänge, da die typischerweise verwendeten Leistungspegel (12-50 kW Lampenleistung) so liegen, daß sogar ein goldbeschichteter Aluminiumreflektor sofort schmilzt. Figur 22 zeigt jedoch eine alternative Struktur, bei der dies indirekt erreicht wird. Ein Teil des Reflektors 360 enthält keine Kühldurchgänge, so daß daher die Gesamtbreite dieser Ausführung des Strahlungsheizmoduls geringer ist als sie es sonst wäre. Die Kühlung wird durch Wählen einer solchen Größe für die Seitenwände des Reflektors 360 erzielt, daß der Strahlungsheizmodul in einem Gleitsitz innerhalb des Innendurchmessers der Gehäuseanordnung 362 sitzt, das Kühldurchführungen 364 aufweist. Wenn die Lampenleistung eingeschaltet wird, heizt sich der Reflektor 360 auf und dehnt sich aus, bis seine Seitenwände in gutem Kontakt mit der Gehäuseanordnung 362 stehen; an diesem Punkt sorgt die thermische Leitung in die Gehäuseanordnung 362 für eine wirksame Kühlung, so daß das Aufheizen des Reflektors 360 von sich aus selbstbegrenzend ist. Die Basis 366 des Strahlungsheizmoduls weist eigene (nicht dargestellte) Kühldurchführungen auf, jedoch vergrößern diese Durchführungen und ihre Anschlüsse die Gesamtbreite des Heizmoduls nicht. Die Ausführungsform von Figur 22 ist somit ein Heizmodul, der in einen Standard-Vakuumflansch mit 254 mm (10 inch) paßt, während eine Strahlungsheizquelle mit einer Breite von fast 254 mm (10 inches) entsteht. Die Tiefe des Sitzes ist natürlich so gewählt, daß eine wirksame Strahlungskopplung durch die durchlässige Vakuumwand 238 erhalten wird, hinter der die obere Kammer 218 liegt. Die verbesserte Vakuumflanschkompatibilität macht diese Ausführung besonders vorteilhaft für die Verwendung zusammen mit einer Ultrahochvakuum-Bearbeitungsstation (d.h. einem Prozeßmodul, der bei Drücken von 1,3 x 10&supmin;&sup7; Pa (10&supmin;&sup9; Torr) oder weniger arbeitet).
Der in Figur 22 dargestellte Prozeßmodul enthält getrennte Energiequellen für die Erzeugung eines internen Mikrowellenplasmas an einem entfernten Ort, für die Erzeugung des in-situ-HF-Plasmas und eine Strahlungswärme, die innerhalb des Moduls auf die Prozeßkammer zur Einwirkung gebracht wird. Die Energiequellen können getrennt entweder einzeln oder in irgendeiner Kombination gesteuert werden. Der Prozeßmodul ermöglicht eine in-situ-Trockenreinigung, die Hochtemperaturentfernung von natürlichem Oxid, die verstärkte Schichtabscheidung unter Verwendung von Strahlungswärme. Er ermöglicht auch die epitaktische Schichtabscheidung bei niedriger Temperatur mit einer entfernten Plasmaquelle in Kombination mit Strahlungswärme. Ferner ermöglicht er ein Trockenätzen einschließlich isotroper und anisotroper Prozesse unter Verwendung einer Kombination des in-situ-HF-Plasmas und des entfernten Plasmas. Vorätz-, Ätz- und Nachätzprozesse, direkte Reaktionen und/oder schnelle thermische Prozesse können ebenfalls durchgeführt werden. Der Prozeßmodul kann daher mehrere unterschiedliche Prozesse durchführen, ohne daß die Scheibe bewegt wird.
Wie in Figur 23 dargestellt ist, liegt eine Scheibe 48 unterhalb einer durchlässigen Vakuumwand 238, die in einem kurzen Abstand von ihr entfernt darüber angeordnet ist. Eine Spüigasleitung 352 ist vorgesehen, um der Fläche der Scheibe 48 Gas zuzuführen, die am dichtesten bei der Wand 238 liegt. Die Anordnung der Scheibe 48, der Wand 238 und des Heizmoduls gieicht der in den Figuren 21A und 21B. In Figur 23 ist jedoch eine Siliziumelektrode 670 zwischen der Wand 238 und der Scheibe 48 vorgesehen. Diese Siliziumelektrode wird direkt geheizt, und die Scheibe wird durch Wärmeleitung geheizt. Die Siliziumelektrode 670 ist längs ihres Randes mit einem HF- Leiterring 672 verbunden. Die Spannung für das in-situ-Plasma dicht bei der Fläche 54 der Scheibe 48 wird der Siliziumelektrode 76 über den HF-Leiterring 672 zugeführt. Die Scheibe 48, die Siliziumelektrode 670 und der HF-Leiterring 672 sind elektrisch miteinander gekoppelt. Figur 23 zeigt einen Prozeßmodul 675, der sowohl ein entferntes Plasma (zugeführt durch einen Gasverteiler wie die Zuleitung 250 in Figur 16) und ein in-situ-Plasma (durch einen Gasverteiler wie den Verteiler 212 von Figur 16) aufweisen kann.
Figur 23 zeigt vier getrennte Energiequellen für intern erzeugte Ultraviolettenergie, für die Erzeugung eines entfernten MW (Mikrowellen)-Plasmas, für die Erzeugung eines in-situ-HF-Plasmas und für die Erzeugung von Strahlungswärme. Jede Quelle kann getrennt gesteuert werden, und sie kann einzeln oder kombiniert verwendet werden. Der Modul 675 kann für die Hochtemperaturentfernung natürlicher Oxide, die verbesserte Schichtablagerung unter Verwendung von Ultraviolettlicht und gleichzeitiger Verwendung von Strahlungshitze oder irgendeiner anderen Kombination von gewünschten Energiequellen, für ein bei niedriger Temperatur durchgeführtes Aufwachsen epitaktischer Schichten mittels des entfernt erzeugten MK (Mikrowellen)-Plasmas in Kombination mit Strahlungswärme oder für jede andere gewünschte Kombination von Energiequellen, für das Trockenätzen einschließlich isotroper und anisotroper Prozesse unter Verwendung des in-situ-HF-Plasmas und des entfernt erzeugten MW (Mikrowellen)-Plasmas in Kombination oder mit jeden anderen gewünschten Kombinationen von Energiequellen für Vorätz-, Ätz- und Nachätzprozesse sowie für direkte Reaktions- und/oder schnelle thermische Prozesse verwendet werden.
Der in Figur 24 dargestellte Prozeßmodul gleicht dem Prozeßmodul 675 von Figur 23, jedoch enthält er eine zusätzliche Ultraviolettlichtquelle. Der Lampenmodul 682 befindet sich über der durchlässigen Vakuumwand 238. Eine Scheibe 48 ist unterhalb der Wand 238 gemäß der Darstellung angeordnet. Eine Siliziumelektrode 670 befindet sich zwischen der Wand 238 und der Scheibe 48. Die Siliziumelektrode 670 liegt im Abstand von der Wand 238, und sie steht mit der Scheibe 48 in Kontakt. EID HF-Leiterring 672 steht mit der Siliziumelektrode 670 zur Zufuhr von HF-Leistung für die Bildung eines in-situ- Plasmas angrenzend an die Fläche 54 der Scheibe 48 in der oberen Kammer 212 in Kontakt. Eine Spülgaszuführung 352 hat die gleiche Funktion wie oben beschrieben wurde. Das entfernt erzeugte Plasma wird durch die Zuführung 250 zugeführt. Der Prozeßgasverteiler 212 liefert Prozeßgas in die Nähe der Fläche der Scheibe 48. Die Quarzprallwand 232 ist im Querschnitt H-förmig. Finger 214 halten die Scheibe 48 gegen die Elektrode 670. Der Gasverteiler 248 liefert Gas für den Ultraviolett-Plasmaraum 220. Elektroden 684 und 685, die längs der inneren und äußeren vertikalen Wände des Raums 220 angeordnet sind, liefern die notwendigen Spannungen für die Bildung des Plasmas innerhalb des Raums 220. Der untere Abschnitt des Moduls 680 gleicht allgemein dem Modul 620.
Ein Prozeß, der erfolgreich vorgeführt worden ist, ermöglicht das Ätzen von mit Kupfer dotierten Aluminiumschichten (Al:Cu), beispielsweise von stark mit Kupfer dotiertem Aluminium. Zur Erzeugung eines Plasmas und zur Erzielung eines Plasmabeschusses an der Scheibenoberfläche wird HF-Leistung benutzt, und die zugeführte Gasmischung enthält BCl&sub3;, Chlor und eine Kohlenwasserstoffquelle (beispielsweise ein Alkyl wie Methan). Abhängig vom darunterliegenden Material kann eine Nachätzstufe bei niedrigem Druck zur Entfernung von Restbestandteilen mit niedriger Flüchtigkeit benutzt werden.
Ein Ausführungsbeispiel des erörterten Prozesses wurde erfolgreich wie folgt vorgeführt: Die Ausgangsstruktur enthielt eine mit 2 % Kupfer dotierte Aluminiumschicht mit einer Dicke von 500 nm (5000 Å). Der anfängliche Gasstrom enthielt 60 sccm BCl&sub3;, 20 sccm Cl&sub2; und 5 sccm CH&sub4; bei einem Gesamtdruck von 13,3 Pa (100 mTorr) und einer angelegten HF-Leistung von 300 Watt in einem Einscheibenreaktor, bei dem die Scheibe mit der Fläche nach unten gehalten wird. Allgemein könnte die angewendete Leistung zwischen 300 und 1000 Watt betragen. In einem Beispiel für die Veränderungsmöglichkeiten der Strömungsmengen könnte Cl&sub2; eine Strömungsmenge im Bereich von 10 bis 100 sccm haben, BCl&sub3; könnte im Bereich von 60 bis 250 sccm liegen und CH&sub4; könnte zwischen 0 und 15 sccm liegen. Die obere Grenze des Drucks beträgt etwa 67 Pa (0,5 Torr).
In einer ersten Ausführung hat sich gezeigt, daß diese Bedingungen eine saubere Entfernung von Al:Cu über Oxid ergeben. In einer zweiten Ausführung hat sich gezeigt, daß beim Ätzen einer mit Kupfer dotierten Aluminiumschicht über Wolfram unter diesen Bedingungen ein gewisser Kupferrückstand zurückblieb. In dieser zweiten Ausführung wurde ein Nachätzvorgang angewendet, bei dem für die Dauer von 120 Sekunden die Gas- Strömungen auf 90 sccm BCl&sub3; und 15 sccm Cl&sub2; bei einem Gesamtdruck von 5,3 Pa (40 mTorr) geändert wurden und eine HF-Lei- Stung von 250 Watt angelegt wurde. Die resultierende Struktur zeigte nahezu vertikal geätzte Seitenwände, eine geringe oder keine Linienbreitenerosion und eine Selektivität gegenüber Photoresist von 2,5 bis 1, wobei eine saubere Oberfläche (ohne irgendwelche Kupferrückstände) zurückblieb.
Während diese Ausführung außergewöhnliche Vorteile ergab, führt jedoch eine weitere Ausführung zu weiteren Vorteilen. Der verwendete Reaktor gleicht dem in den Figuren 23 und 24 dargestellten Reaktor, der sowohl die Anwendung von Strahlungswärme als auch einen Plasmabeschuß auf die Scheibenfläche erlaubt. Während des Ätzens wird die Scheibe auf (beispielsweise) etwa 200ºC erhitzt, was Kupferrückstände hindert, an Ort und Stelle zu verbleiben.
Eine weitere vorteilhafte Anwendung der Strahungserwärmungsfähigkeit dieser Ausführungsform besteht darin, die Entfernung von Rückständen von den Kammerwänden zu verbessern. Beispielsweise kann eine sehr wirksame Kammerreinigung durchgeführt werden, nachdem die Scheibe entfernt worden ist, indem der Aufnehmer auf eine beträchtlich höhere Temperatur als die Prozeßtemperatur (beispielsweise 700ºC) erhitzt wird. Da die Verarbeitungskammer so klein ist, sind die Kammerwände zumindest in geringem Umfang thermisch mit dem Aufnehmer durch Strahlungswärmeübertragung gekoppelt. Ein Gas, das sehr aktive Dissoziationsprodukte in einem Plasma erzeugen kann, wird eingeleitet, und die Kombination der hohen Temperatur und der aktiven Spezies entfernt Rückstände sehr schnell. Geeignete Gase enthalten eine Chlorquelle wie BCL&sub3; oder eine Fluorquel- le wie SF&sub6;.
In einer Alternativausführung wird Strahlungswärme zum Erhitzen der Scheibe auf eine Temperatur von beispielsweise mehreren hundert Grad während der Bearbeitung verwendet. Dieser Prozeß kann ein sehr schnelles Ätzen von stark mit Kupfer dotiertem Aluminum (beispielsweise 2 % Kupfer) ergeben, ohne daß Kupferrückstände auf der Scheibe zurückbleiben. Beim Reinigungsvorgang müßte auch Sauerstoff angewendet werden.
Figur 25A zeigt einen Überblick über ein Modul für einen Prozeß, der Kanten bevorzugt und der zur Entfernung des Photoresist-Randwulsts und zum gleichzeitigen Einbrennen des Photoresists verwendet wird, jedoch sind die hier beschriebenen Konzepte auch auf Systeme zur Durchführung weiterer Prozeß schritte anwendbar. Figur 25A zeigt einen Prozeßmodul 690, der in dieser Ausführugnsform durch ein Quarz-Auslaßrohr 256 mit einer Fernplasmakammer 254 verbunden ist, die aktivierte Spezies im Prozeßgasstrom erzeugt, wie oben erläutert wurde. Eine konische Prallwand 400 wird dazu benutzt, erhöhte Reaktionsgeschwindigkeiten an den Rändern der Scheibe zu erzielen. Die Prallwand 400 und die Halterung 692 für einen im Querschnitt V-förmigen Kanal. Das Gas aus der an das Rohr 256 angeschlossenen Zuleitung 250 wird von dem zwischen dem Kanal 400 und dem Halter 692 gebildeten Kanal nach oben und nach außen gelenkt. Das Gas verläßt den Kanal nahe des Umfangs 49 der Scheibe 48. Die Scheibe befindet sich zwischen der Oberseite der Prallwand, deren Kegel nach unten zeigt, und einer transparenten Vakuumwand 238. Über der Wand 238 befindet sich ein Heizmodul 694.
Figur 25B zeigt eine genauere Ansicht eines Prozeßmoduls 695, das in gewisser Weise dem von Figur 25A gleicht. Diese zwei Ausführungsformen unterscheiden sich hauptsächlich darin, daß in Figur 25A die Scheibe mittels eines Strahlungsheizmoduls erhitzt wird, der die Scheibe durch die durchlässige Vakuumwand 238 beleuchtet oder alternativ einen aus Silizium bestehenden Aufnehmer beleuchtet, gegen den die Scheibe gedrückt ist, während es sich in Figur 25B einfach um einen widerstandsgeheizten Aufnehmer 252 handelt.
In Figur 25B ist der Casstrom aktivierter Spezien aus der Fernplasmakammer 254 (Figur 25A) an einen trichterförmigen Gasverteiler 416 über eine Gleitsitzverbindung 258 (ähnlich der von Figur 9) zwischen dem trichterförmigen Gasverteiler 416 und der Zuleitung 250 angeschlossen. Die Gleitsitzverbindung 258 ist vorgesehen, um die Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Prozeßmoduls 695 zuzulassen, die die Prozeßkammern der verschiedenen hier beschriebenen Module öffnet und schließt. Die Zuleitung 250, die eine Verlängerung des Rohrs 256 ist, kann, wie oben beschrieben wurde, ein Quarzrohr sein, das sich nicht bewegt, wenn sich der Reaktor öffnet und schließt. Ein Balg 414 umschließt die Gleitsitzverbindung, damit diese in wirksamer Weise gasdicht gemacht wird, ohne daß eine Gleitverbindung benötigt wird, die Teilchen einführen könnte, sondern eine Gleitsitzverbindung wie der von Figur 14 verwendet werden kann, die lediglich in einem Ablaßraum entlüftet wird.
Die allgemein konische Prallwand 400 wird innerhalb des trichterförmigen Gasverteilers 416 durch kleine (nicht dargestellte) Vorsprünge gehalten, die einen Kanal oder einen Strömungsweg 408 festlegen, dessen Dicke etwa 1 mm beträgt. Federstifte 406, die an dem trichterförmigen Gasverteiler 416 befestigt sind, halten die Scheibe 48 gegen den erhitzten Aufnehmer 252, der vorzugsweise so geformt ist, daß er eine Ausnehmung 412 aufweist, die mit einer Tiefe von etwa 12,7 mm (0,5 inch) rund um den Umfang 49 der Scheibe 48 verläuft. Diese Ausnehmung 412 erleichtert das Entfernen des Rückseitenwulsts. Wenn Photoresist aufgeschleudert wird (d.h. als Flüssigkeit auf eine rotierende Scheibe aufgebracht wird), verläuft der resultierende Randwulst normalerweise um den gesamten Rand der Scheibe, auf der Vorderseite und auf der Rückseite, obgleich auf dem größten Teil der Fläche der Rück- Seite kein Resist aufgebracht wird; das Entfernen dieses rückseitigen Wulsts ist im Trockenbearbeitungsverfahren zur Randwulstentfernung ziemlich schwierig. Ein ringförmiger Vorsprung 404, der die Ausnehmung 412 im Aufnehmer umgibt, trägt zur Verbesserung der Verweilzeit aktivierter Spezies nahe des Umfangs 49 der Scheibe bei. Dieser Randwulst ist eine Quelle von Teilchen während der Behandlung und der Bearbeitung.
Die Wahl der Temperatur wird durch die Art und den Zustand (gebrannt oder nicht gebrannt) des Photoresists bestimmt. Höhere Temperaturen ergeben schnellere Raten. Änderungen der chemischen Prozeßparameter können jedoch die Bearbeitung bei niedrigeren Temperaturen beträchtlich kompensieren. Für die Bearbeitung gemusterter, nicht gebrannter Resistschichten herkömmlicher Art hat sich gezeigt, daß die maximale Betriebstemperatur 100ºC betrug. Über dieser Temperatur beginnt der Resist zu fließen, was die Musterauflösung zerstört.
Die flacbe oder Grundseite 420 der konischen Prallwand 400 wird während der Bearbeitungsvorgänge dicht bei der Scheibe 48 gehalten. Der Radius der Grundseite 420 der konischen Prallwand 400 ist um etwa 1 mm kleiner als der Radius der Scheibe 48. Die-konische Prallwand 400 wird gewöhnlich aus Aluminium hergestellt, das auf seiner gesamten Oberfläche mit Ausnahme der flachen Basisseite 420 harteloxiert worden ist. Diese flache Basisseite 420 hat ein ausreichendes Reaktionsvermögen, um dazu beizutragen, aktive Spezies zu gettern, die am Rand der flachen Basisseite 420 vorbeidiffundieren und daher das Resistmaterial in den mehr zentral liegenden Teilen der Scheibe 48 erodieren könnten.
Auch bei anwesendem natürlichem Oxid hat diese Aluminiumfläche immer noch eine beträchtliche Fähigkeit, oxidierende Spezies wie Ozon oder einatomigen Sauerstoff abzufangen, die am Rand des Verteilers vorbeidiffundieren, so daß die Randvorzugsselektivität der Operation verbessert wird.
Die Randselektivität wird weiter verbessert, indem ein Reinigungsgas am Anschluß 410 durch die Belüftungsleitung 402 eingeleitet wird, die sich durch die konische Prallwand 400 erstreckt und in dem schmalen Raum (beispielsweise mit einer Höhe von 1 mm) zwischen der Basisseite 420 der konischen Prallwand und der Scheibenfläche 54 austritt.
Zur Beschleunigung der Reaktionsgeschwindigkeiten wird der Aufnehmer 252 auf eine Temperatur von wenigstens 100ºC erhitzt. Temperaturen von 120-130ºC sind für herkömmliche Resistmaterialien nützlich, jedoch hängt die Wahltemperatur von den besonderen Prozeßbedingungen ab. Resistmaterialien, die eine höhere Rückschmelztemperatur haben, erlauben beispielsweise eine höhere Temperatur.
Das Entfernen des Randwulsts kann in manchen Prozessen auch als Schritt zweckmäßig sein, der sich an das Veraschen anschließt, mit dem der Resist vom größten Teil der Scheibenfläche entfernt worden ist, wenn die Gesamtentfernung des Resists gewünscht wird und ein schwer schmelzbarer Randwulst nach dem Entfernen des restlichen Resists zurückbleibt, wobei die Struktur von Figur 25B wahlweise bei höheren Temperaturen wie 300ºC betrieben werden kann.
Ein Beispielsprozeß, der erfolgreich das Entfernen eines Photoresist-Randwulsts gezeigt hat, ist wie folgt: In einer Reaktorkonfiguration wie der von Figur 25B wurde ein Prozeß gasstrom mit 1000 sccm O&sub2; und 200 sccm H&sub2; und einem Gesamtdruck von 133 Pa (1 Torr) durch eine 400 W-Mikrowellenentladung auf der Zuströmseite der Scheibe aktiviert, während der Aufnehmer 252 bei 100ºC gehalten wurde. In 120 Sekunden wurde bei diesem Ausführungsbeispiel des Prozesses der Randwulst (mit einer Dicke von etwa 3 pm (Mikron)) erfolgreich entfernt, der sich aus einem Aufschleudern einer Photoresistschicht mit einer Dicke von 2 um (Mikron) ergab. Die während dieser Zeit angewendete Wärme ergab auch ein "weiches Brennen", das als zweckmäßiger Schritt bei der Photoresistbearbeitung bekannt ist.
Figur 26A zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Einscheiben- Sputter-Systems mit einer in-situ-Reinigung für Scheiben 48, die anders als bei den bisher beschriebenen Ausführungen nicht nur die obere Kammer 218 unterhalb der Scheibe 48, sondern auch einen oberen Prozeßraum 430 aufweist. Die obere Kammer 218 wird für die in-situ-Reinigung benutzt, und der obere Prozeßraum 430 wird für die Sputter-Ablagerung benutzt, jedoch sind auch andere Anwendungen der Fähigkeiten dieses Systems möglich.
Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich auch geringfügig hinsichtlich des angewendeten Scheibentransports. Der Scheibentransportarm 28 setzt die Scheibe 48 nach unten auf drei Haltefinger 214 (von denen in Figur 26B und in Figur 26C nur zwei dargestellt sind), die mechanisch von unten gestützt sind wie die drei Haltefinger 214 (Figur 12). Die Scheibe 48 wäre in der oben erläuterten Weise vom Arm 28 auf die drei Finger 214 aufgesetzt worden. Die Finger 214 werden dann nach oben bewegt, bis die Scheibe 48 den Aufnehmer 238 berührt, und die Kammer wird dann abgedichtet. Eine oder mehrere Dichtungen 911 sind zwischen dem Aufnehmer 438 und der Oberseite der vertikalen Außenwand 913 (in der Darstellung von Figur 26B) der Kammer 218 angeordnet. In der oberen Kammer 218 (Figur 26A) kann dann ein Prozeßschritt ausgeführt werden, falls dies erwünscht ist. Von drei Fingern 440 sind in Figur 26B und 26C nur zwei dargestellt. Die Finger 440 erstrecken sich (gemäß der Darstellung von Figur 26B) nach unten um den schwenkbaren Aufnehmer 438. Die Finger 440 könnten sich alternativ auch durch den Aufnehmer 438 erstrecken. Die Finger 218 und 440 sind zwar in Intervallen von 120 Grad um die gleiche vertikale Achse verteilt, jedoch sind die Finger 218 und 440 in bezug zueinander um die Achse versetzt. Wenn der Motor oder der Elektromagnet 910 betätigt wird, bewegen sich die Finger 440 längs der vertikalen Achse nach oben und erfassen die Scheibe 48 an Stellen angrenzend an ihren Umfang 49. Die Fläche 54 der Scheibe 48 ist nach unten gerichtet, und die Finger 440 erfassen die Fläche 54 nahe dem Umfang 49.
Ein Träger 912 (Figur 26B und 26C) ist am Aufnehmer 438 und an einem weiteren Motor 920 (Figur 26A) befestigt. Der Motor 920 ist an der Außenseite des Prozeßmoduls 914 befestigt, und er ist über eine Vakuumdichtung 922 (Figur 26A) am Träger 912 befestigt. Der Träger 912 ist somit an der allgemeinen Trägerstruktur des Prozeßmoduls 914 (Figur 26A) drehbar befestigt und er dreht sich um die Achse 916 (Figur 26). Wenn der Träger 920 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Achse 916 gedreht wird, wie in Figur 26B dargestellt ist, erreicht er die Position von Figur 26C, die gegenüber der Position von Figur 26B um 90 Grad verdreht ist. Der Aufnehmer 438, der Elektromagnet 910 und die Scheibe 48 werden dabei ebenfalls gedreht. Zum wahlweisen Abdecken des Zerstäubungs-Targets 432 wird eine Abdeckung 918 angebracht. Die Abdeckung 918 ist in Figur 26B in der geschlossenen Position und in den Figuren 26C und 26A in der geöffneten Position dargestellt. Die Abdeckung 918 wird von einem Motor 924 (Figur 26A) zwischen ihrer geöffneten und ihrer geschlossenen Position gedreht. Der Motor 924 ist an der Außenseite des Prozeßmoduls 914 befestigt und über eine Vakuumdichtung 926 mit der Abdeckung 918 verbunden.
Nachdem die Scheibe auf die Finger 214 durch den Arm 28 transportiert worden ist und der Arm zurückgezogen ist, werden die Finger 214 zum Anklemmen der Scheibe 48 am Aufnehmer 438 nach oben bewegt. Dies ist die in Figur 26B dargestellte Position. Während sich die Scheibe in der in Figur 26B dargestellten horizontalen Lage befindet, kann beispielsweise ein Reinigungsvorgang etwa durch Einströmen von CF&sub4;, gemischt mit O&sub2;, durch ein entferntes Plasma durchgeführt werden, und wahlweise kann eine Ultraviolettbeleuchtung an Ort und Stelle aus einem Plasma durchgeführt werden, das in der Scheibenfläche entfernt ist, wie oben erläutert wurde.
Nach dem obigen Vorgang bewegen sich die Finger 440 nach oben und klemmen die Scheibe am Aufnehmer 438 fest. Die Finger 214 werden dann abgesenkt, und die obere Kammer 218 wird geöffnet. Der Aufnehmer wird entgegen dem Uhrzeigersinn von der in Figur 26B dargestellten angenähert horizontalen Position in die in Figur 26C dargestellte angenähert vertikale Position durch den Motor 920 (Figur 26A) gedreht. Die Scheibe 48 wird in den Prozeßraum 430 überführt, indem der Aufnehmer 438 unter Verwendung des Motors 920 geschwenkt wird. Nachdem die Scheibe ihre obere, vertikale Position erreicht hat, die in Figur 26C dargestellt ist, wird zur Sicherstellung der Abtrennung von der oberen Kammer 218 eine Abdeckung 918 verwendet, die beispielsweise um eine andere Achse rechtwinklig zur Schwenkachse des Aufnehmers 438 geschwenkt werden kann.
Nachdem die Scheibe 48 in die in Figur 26C dargestellte vertikale Position gedreht worden ist, kann der Zerstäubungsmodul 930 kurzzeitig eingeschaltet werden, damit das Target durch Zerstäubung auf die Abdeckung gereinigt wird, während sich die Abdeckung 918 in der in Figur 26B dargestellten geschlossenen Position befindet. Die Abdeckung 918 wird dann in ihre geöffnete Position gemäß Figur 26C zurückgezogen. Die Zerstäubungsabscheidung geschieht unter ziemlich herkömmlichen Bedingungen. Die obere Kammer wird dabei auf einem Druck von weniger als 13 Pa (100 mTorr) (beispielsweise 40 Pa (30 mTorr)) gehalten, und die Abdeckung 918 wird zur Freilegung des Zerstäubungstargets 432 gedreht, worauf dann eine Spannung von 1000 V zwischen die Katode 436 (Figur 26A) und das Zerstäubungstarget 432 angelegt wird. Zur Verbesserung des Ablagerungswirkungsgrades kann zwischen die Scheibe 48 und das Zerstäubungstarget 432 eine kleine Vorspannung (beipsielsweise 200 V) angelegt werden. Nach Beendigung des Zerstäubungsvorgangs wird die Abdeckung geschlossen, und der Aufnehmer 438 und die Scheibe 48 werden in die in Figur 26B dargestellte Position gedreht.
Falls es erwünscht ist, in der oberen Kammer 218 einen Prozeß durchzuführen, werden die Finger 214 angehoben, und die obere Kammer 218 wird geschlossen. Die Finger 440 werden dann abgesenkt. Der gewünschte Prozeß, beispielsweise ein Reinigungsprozeß, wird dann durchgeführt. Die Scheibe kann dann aus dem Prozeßmodul 914 durch einen Arm 28, wie er oben im Zusammenhang mit den Figuren 1, 3 und 4 beschrieben wurde, aus dem Prozeßmodul 914 heraustransportiert werden.
Die Scheibe kann aber auch aus dem Prozeßmodul 914 heraustransportiert werden, indem der Übertragungsarm 28 in den Prozeßmodul 914 eindringt, nachdem der Aufnehmer 438 in die in Figur 26B dargestellte Position im Uhrzeigersinn gedreht wird. Nach Anbringung unterhalb der Scheibe 48 kann der Arm vertikal bewegt werden, bis die Stifte 50 (Figur 1 und 3) mit der Scheibe 48 in Kontakt stehen. Die Finger 440 werden dann abgesenkt, und der Arm 28 senkt sich leicht ab und verläßt den Prozeßmodul 914. Der Druck während des Zerstäubungsvorgangs könnte weniger als 27 Pa (200 mTorr) betragen.
Figur 27 zeigt einen Prozeßmodul 940, mit dessen Hilfe mehrere Scheiben 942, ähnlich der Scheibe 48, gleichzeitig bearbeitet werden können. Eine Kammer 12 und ein Arm 28 gemäß der Erörterung anhand der Figuren 1, 3 und 4 übertragen die Scheiben aus einem Träger, wie er in Figur 1 dargestellt ist, in den Prozeßmodul 940. Der Prozeßmodul 940 weist einen äußeren Stahlmantel 944 auf, der hohen Drücken, beispielsweise 10 MPa (100 Atmosphären) standhalten kann. Der Stahlmantel 944 kann beispielsweise aus Edelstahl der Serie 300 bestehen. Die Scheiben 942 werden von einem (nicht dargestellten) Arm ähnlich dem Arm 28 (Figur 1, 3 und 4) in den Prozeßmodul 940 gebracht. Die Scheiben werden in Schlitze 946 von Quarzstäben 948 eingefügt. Die Quarzstäbe 948 erstrecken sich in vertikaler Richtung durch die obere Kammer 950. Es sind zwar nur zwei Stäbe 948 in Figur 27 dargestellt, doch können zusätzliche Stäbe vorgesehen sein, beipielsweise ein auf der rechten Seite der Kammer 950 liegender Stab zum Erfassen der Scheiben 942 in der Positionierung von Figur 27. Der Abstand zwischen den Schlitzen 946 kann ausreichend sein, damit der Arm in die übereinandergestapelten Scheiben 942 zu ihrer Entnahme eingreifen kann. Der unterste Schlitz der Schlitze 946 kann alternativ jedoch in einem ausreichend großen Abstand vom Boden 952 der Kammer 950 liegen, so daß der Arm die am weitesten unten liegende Scheibe plazieren kann. Die Scheiben 942 können dann vom obersten Schlitz aus in jeden der Zwischenschlitze eingefügt werden, wobei der unterste Schlitz zuletzt beschickt wird.
Die Innenwand 957 der Kammer 950 und der unteren Kammer 955 bestehen aus Quarz. Der Raum zwischen dem Mantel 944 und der Innenwand 957 steht im Druckausgleich mit der Kammer 950 während des Hochdruckbetriebs, damit die Beanspruchung der Innenwand minimiert wird. Gesteuerte Rückschlag-Gasventile 960 und 962, die mit dem Raum zwischen dem Mantel 944 und der Innenwand 957 bzw. der Kammer 950 in Verbindung stehen, werden vom Computersteuersystem 206 dazu benutzt, den Druck so zu steuern, daß die Beanspruchung der Innenwand 957 durch die Druckdifferenz nicht zu groß wird, indem je nach Bedarf überschüssiger Druck abgelassen wird. Wenn der Druck innerhalb der Kammer 950 größer als der Druck im Raum zwischen dem Mantel 944 und der Innenwand 957 wird, betätigt das System 206 beispielsweise das Ventil 962 und entspannt den Druck, bis die Drücke auf einem entsprechenden Wert liegen, beispielsweise etwa gleich sind.
Der Boden 952 weist mehrere Löcher 965 auf, die es ermöglichen, daß sich ein der unteren Kammer 955 zugeführtes Gas nach oben in die darüberliegende Kammer 950 bewegen kann. Das Gas wird in die untere Kammer 955 über Rohre 970 bis 972 zugeführt. Die Rohre 970 bis 972 können aus irgendeinem geeigneten Material bestehen. Die Rohre 970 und 971 führen der unteren Kammer 955 Prozeßgase mit hohem Druck (10 MPa (100 Atmosphären)) zu, die in der Kammer 950 zur Durchführung des gewünschten Prozesses benutzt werden. Das Rohr 972 liefert ein Spülgas in den Raum zwischen dem Mantel 944 und der Innenwand 957. Der notwendige Unterdruck wird in der Kammer 12 durch die Pumpe 975, in der Kammer 955 durch die Pumpe 976 und in der Kammer 955 durch eine weitere (nicht dargestellte) Pumpe über das Rohr 978 erzeugt. Die Prozeßkammer 950 des Prozeßmoduls 940 wird anders als bei den anderen Prozeßmodulen durch das Aufwärtsbewegen der Scheibe in die obere Kammer nicht abgedichtet. Im Modul 940 wird die Prozeßkammer 950 durch Bewegen der Innenwand 957 nach oben abgedichtet und beim Bewegen nach unten geöffnet, wobei hierzu Bälge 981 verwendet werden. In der offenen Position hat der Übertragungsarm 28 ähnlich dem Arm 28 Zugang zur Kammer 950, damit Scheiben 942 durch die Öffnung 30 übertragen werden können, wenn der Schieber 31 offen ist (wie in Figur 27 gezeigt ist). Die Bearbeitung findet statt, wenn die Kammer 950 geschlossen ist. An der Innenwand 957 befindet sich in der Kammer 950 eine Heizvorrichtung 982, damit Wärme auf den Prozeß angewendet werden kann, der in der Kammer 950 abläuft.
Im Betrieb wird der Träger 10 geöffnet, und die Scheiben 942 werden vom Träger 10 unter Vakuum in die Kammer 950 übertragen (wie oben im Zusammenhang mit den Figuren 1, 3 und 4 beschrieben wurde). Der Schieber 31 wird dann geschlossen. In den Raum zwischen dem Mantel 944 und der Innenwand 957 und in die Kammern 950 und 955 wird über Rohre 970 und 971 Gas zugeführt. Die Kammer 950 wird dann geschlossen, und die Bearbeitung erfolgt bei hohem Druck mit dem durch die Rohre 970, 971 und 972 zugeführten Gas, das beispielsweise O&sub2;, Wasserstoff bzw. Stickstoff sein kann. Auf Wunsch kann Wärme aus der Heizvorrichtung 982 angewendet werden. Nachdem die Bearbeitung beendet ist und die Gasausströmung aus den Rohren 970 und 971 unterbrochen ist, wird die Kammer mittels eines Gases aus dem Rohr 972, beispielsweise N&sub2;, gespült. Die Kammer 950 wird dann auf das gewünschte Vakuum gebracht. Falls es erwünscht ist, kann dann ein Vakuumprozeß durchgeführt werden. Die Kammer 950 wird geöffnet, und die Scheiben werden durch die Öffnung 30 in den Träger 10 übertragen. Der Träger 10 wird geschlossen, wie oben im Zusammenhang mit den Figuren 1, 3 und 7 erörtert wurde. Der Modul 940 kann gemäß der Darstellung zwar fünf Scheiben aufnehmen, doch kann er so ausgestaltet sein, daß er mehr oder weniger Scheiben aufnehmen kann. Es können auch weniger als fünf Scheiben gleichzeitig bearbeitet werden, beispielsweise eine Scheibe.
Ein Hochdruck-Prozeßmodul, das mit einem System kompatibel ist, bei dem integrierte Schaltungscheiben hauptsächlich unter Vakuum transportiert und bearbeitet werden. Der Druckbehälter kann extrem klein sein, beispielsweise 0,2 l, d.h. unter Druck stehendes Gesamtvolumen haben, von dem nahezu alle inneren Punkte innerhalb von ein oder zwei Zentimetern von einer der Scheiben entfernt liegen, die in die Kammer eingeführt werden können.
Der Modul 940 dient auch anderen Zwecken, beispielsweise langsamen Prozessen, die reaktionsbegrenzt sind, beispielsweise das Oxidwachstum, bei dem es zweckmäßig ist, wenn mehrere Scheiben gleichzeitig bearbeitet werden. Dies kann auf Wunsch durchgeführt werden, ohne das Gas über die Rohre 970 bis 972 zugeführt wird. Somit ist der Modul 940 geeignet, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen zu bearbeiten.
Die Einschränkungen des Hochdruckbetriebs hinsichtlich der mechanischen Festigkeit sind einfacher konstruktiv zu berücksichtigen. Dies bedeutet auch, daß die Unterdrucksetzung und das Entlüften des Hochdruckmoduls schneller durchgeführt werden können. Die Fähigkeit zur Durchführung von Hochdruckbearbeitung (beispielsweise Hochdruck-Oxidationsvorgänge) in einem Modul, dar mit einem Vakuumbearbeitungssystem kompatibel ist, erhöht den Durchsatz und eliminiert den Bedarf, notwendige Oxidationsschritte außerhalb des Vakuumbearbeitungs- Systems durchzuführen.
Diese Klasse von Ausführungsformen ergibt die Möglichkeiten eines herkömmlichen Ofens (was normalerweise ein Betrieb mit hohem Teilchenanteil ist), während vorteilhafterweise die Kompatibilität mit einem Vakuumbearbeitungssystem bei niedrigem Teilchenanteil ermöglicht wird. Überdies bietet diese Klasse von Ausführungsformen vorteilhafterweise die Fähigkeiten eines herkömmlichen (normalerweise einen relativ großen Platzbedarf und einen großen Installationsaufwand erfordernden> Ofens auf einer sehr kompakten Fläche.
In einem Beispiel der Anwendung des Prozeßmoduls 940 kann HgCdTe zur Bildung von Passivierungsschichten unter Verwendung einer Oxidation oder einer Sulfidierung in der Casphase bei hohem Druck verarbeitet werden. Die HgCdTe-Substrate werden auf eine Temperatur zwischen 50 und 150ºC erhitzt, und es wird ein dünner Oxidfilm erzeugt. Aus dem Rohr 970 kann eine Schwefelquelle, beispielsweise H&sub2;S, mit beispielsweise 100 sccm bei einem Druck von 5 bis 10 MPa (50 bis 100 Atmosphären) zugeführt werden. Dadurch würde eine dünne Isolierschicht aus Sulfid entstehen. Es ist auch möglich, eine Oxidation durch Verwendung von Sauerstoff mit beispielsweise 100 sccm und Wasserstoff mit 40 sccm durchzuführen, um eine Wasserdampf/Sauerstoff-Mischung bei einem Druck von 1 bis 10 MPa (10 bis 100 Atmosphären) zu erzeugen.
Figur 28 zeigt einen Prozeßmodul 1000, der für die Verwendung als Implantationsvorrichtung geeignet ist. Eine Implantationsvorrichtung wird benutzt, um Dotierungsstoffe in die Oberfläche einer Scheibe einzubringen oder zu implantieren, beispielsweise in die Oberfläche der Scheibe 48. Die Scheibe 48 wird in dem Modul 1000 mit Hilfe eines (nicht dargestellten) Arms eingeführt, der dem oben unter Bezugnahme auf die Figuren 1, 3 und 4 erörterten Arm 28 gleicht. Die Kammer 12 und der Träger 10 werden gemäß den obigen Ausführungen unter Bezugnahme auf die Figuren 1, 3 und 4 benutzt. Mit dem Inneren des Moduls 1004 sind zur Erzielung des erforderlichen Vakuums eine Vakuumpumpe 1002 und ein Ventil 1004 angeschlossen. Falls erforderlich, können weitere Pumpen und Ventile vorgesehen sein.
Die Scheibe 48 wird in die obere Kammer 1006 mit Hilfe eines (nicht dargestellten) Arms vom Träger 10 durch die Kammer 12 und eine Tür eingeführt (die der Tür 30 von Figur 3 gleicht). Die Scheibe wird auf Finger 214 gesetzt, die aus harteloxiertem Aluminium oder aus Silizium hergestellt sein können, so daß die Finger leitend sind. Die obere Kammer 1006 wird durch die vertikal nach oben gerichtete Bewegung eines Balgs 1008 verschlossen. Die Finger 214 bewegen sich nach oben, bis die Scheibe eine Elektrode 1010 im oberen Abschnitt der Kammer 1006 berührt. Dies ist die Position der Scheibe 48, die in Figur 28 dargestellt ist. Gas, das eine in die nach unten gerichtete Fläche 54 der Scheibe 48 zu implantierende Substanz enthält, dringt über ein Rohr 1014 aus einer < nicht dargestellten) Gasquelle, beispielsweise As, in eine Heizkammer 1012 ein. In der Heizkammer 1012 wird das Gas aus dem Rohr 1014 auf die entsprechende Temperatur für das jeweilige Dotierungsmittel erhitzt, beispielsweise auf 350ºC für Arsen und 280º für Phorphor. Das Gas strömt dann nach oben durch ein Rohr 1022 in einen Mikrowellenhohlraum 1020. Über ein Rohr 1024 kann ein weiteres Gas, beispielsweise He oder Ar, in den Hohlraum 1020 eingeführt werden. Über das Rohr 1024 können auch zusätzliche Gase, beispielsweise BF&sub3;, für die Verwendung als p-Dotierungsmittel zugeführt werden. Das Gas wird in dem Hohlraum 1020 Mikrowellenenergie ausgesetzt. Im Hohlraum 1020 wird das Gas zu freien Radikalen mit einem Druck von beispielsweise 13 Pa (1 Torr). Das Gas verläßt den Hohlraum 1020 und gelangt durch ein Rohr 1026 in eine untere Kammer 1028, die unterhalb der oberen Kammer 1006 liegt. Das Rohr 1026 führt durch den zentralen Abschnitt einer Kammer 1030 unterhalb der unteren Kammer 1028. Die Kammer 1030 ist teilweise längs ihrer vertikalen Achse von Bälgen 1008 umgeben.
Das Gas strömt von der unteren Kammer 1028 durch einen aus Quarz bestehenden Duschkopf 1032 in die obere Kammer 1006. Der Brausekopf 1032 verläuft horizontal zwischen der oberen Kammer 1006 und der unteren Kammer 1028. Der Duschkopf weist eine Anzahl von Öffnungen 1036 auf, durch die das Gas in der unteren Kammer 1028 in die Kammer 1006 strömen kann. Der Duschkopf ist Teil einer aus Quarz bestehenden Prallwand 1040. Die Prallwand 1040 hat eine zylindrische Form, wobei ihre Achse vertikal durch den Mittelbereich der Kammer 1006 und der Kammer 1028 verläuft, wobei sich der Duschkopf 1032 horizontal erstreckt. Der Duschkopf 1030 kann so ausgebildet sein wie in Figur 30C dargestellt ist, falls dies erwünscht ist. Innerhalb der Kammer 1006 wird das Gas gegen die Scheibe 48 beschleunigt, damit die im Gas enthaltene Substanz in die Fläche 54 implantiert wird. Der Ionenstrom muß entsprechend dem Druck in der Kammer 1006 eingestellt werden. Rund um die Prallwand 1040 sind außerhalb der Kammer 1006 zwei Vorspannungsplatten 1042 und 1043 angeordnet. An die Platten 1042 und 1043 sind negative bzw. positive Spannungen angelegt. Die Platte 1042 befindet sich unterhalb der Platte 1043, getrennt von dieser. Unmittelbar über der Platte 1043 befindet sich ein Magnet 1048. Das Magnetfeld muß allgemein eine ausreichende Stärke haben, um freie Elektronen von der Scheibenfläche 54 zurückzustoßen. An die Elektrode 1010 wird eine positive Spannung von beispielsweise 100 bis 10000 V angelegt. Die freien Radikale werden innerhalb der Kammer 1006 gesteuert und in Richtung zu der Scheibe 48 und in diese beschleunigt. Die Elektrode 1010 kann gekühlt werden, indem ein Kühlmittel durch Öffnungen 1034 geleitet wird, falls dies notwendig ist.
Der Prozeßmodul 1000 ist mit einem System kompatibel, bei dem ein Vakuum-Scheibentransport benutzt wird, in dem Scheiben allgemein mit einer Fläche nach unten im Vakuum transportiert und bearbeitet werden.
Die Prozeßgasleitungen und die anderen Zuleitungen, Gasleitungen und Rohre, beispielsweise die Rohre 970 bis 972, die hier dargestellt sind, sind so geformt (oder beschichtet), daß sie an ihren Innenflächen kleine Nuten oder kleine Rippen aufweisen, um das Mitführen von Teilchen an der Oberfläche zu reduzieren. Die Verwendung kleiner Rippen auf der Außenfläche eines Luftfahrzeugs zur Reduzierung des Luftwiderstandes ist in "Grooves Reduce Aircraft Drag", NASA Technical Briefs 5(2), Seite 192 (1980), und in Mission Accomplished", NASA Technical Briefs 11(3), Seite 82 (1987), vorgeschlagen worden. In der vorliegenden Erfindung werden die kleinen Rippen jedoch zur Stabilisierung einer stillstehenden Grenzschicht an den Wänden der Rohre und somit zur Reduzierung der Chance benutzt, daß die durch die Rohre strömenden Gase einen ausreichend großen Druck auf ein Teilchen ausüben, das an den Wänden haftet, um es abzulösen. Für jeden gegebenen Grad der Reinheit der Prozeßgasquelle reduziert dies in vorteilhafter Weise die Anzahl der Teilchen, die in die Prozeßkammer durch Mitführung in dem Gas transportiert werden.
Mehrere Ausführungen der Form und der Größe dieser kleinen Rippen sind in den Figuren 29A, 29B, 29C, 29D, 29E, 29F und 29G dargestellt. Obwohl in den angegebenen NASA Technical Briefs die Verwendung kleiner Rippen auf der Außenfläche von Luftfahrzeugen vorgeschlagen worden ist, ist es ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß bei ihr diese Nuten oder Rippen zur Reduzierung der Chance benutzt werden, daß das durch Rohre strömende Gase einen ausreichenden Druck auf ein an den Wänden haftendes Teilchen ausübt, um es abzulösen. Die NASA-Veröffentlichungen geben an, daß die Nuten beginnende Turbulenzausbrüche begrenzen, so daß sie sich nicht ausdehnen und die ein sich bewegendes Flugzeug umgebende Grenzschicht unterbrechen können. Wie in den Figuren 29A-G dargestellt ist, sind die meisten Ausführungsformen der Nuten V-förmige, jedoch können sie auch zahlreiche andere Formen annehmen. Beispielsweise können sie abgerundete oder scharfe Spitzen mit symmetrischem oder asymmetrischem Querschnitt haben. Asymmetrische Nuten mit verschiedenen Querschnittsformen können zur Optimierung des aerodynamischen Verhaltens in regelmäßigen Folgen angeordnet sein. Bei der Erfindung werden diese Nuten oder kleinen Rippen zur Stabilisierung einer stillstehenden Grenzschicht an den Wänden der Rohre verwendet. Für einen gegebenen Reinheitsgrad der Prozeßgasquelle reduziert dies in vorteilhafter Weise die Anzahl der Teilchen, die durch Mitführung in dem Gas in die Prozeßkammer transportiert werden. In jeder der Zeichnungsfiguren 29A-29G sind zwar nur eine oder zwei Nuten oder kleine Rippen dargestellt&sub1; jedoch würden in einem Teil der Innenwand der Rohre, Zuleitungen, Verteiler usw., die im Zusammenhang mit den oben erörterten Prozeßmodulen dargestellt sind, viele solcher Nuten oder kleinen Rippen enthalten sein.
Figur 29A zeigt eine V-förmige Nut 1100 in der Wand des Rohrs 1102. Nur ein Teil des Rohrs 1102 ist in einem Schnitt längs eines Teils der Innenwand des Rohrs dargestellt, was auch für die anderen Rohre in den Figuren 29A bis G gilt. Die Nut 1100 kann eine Tiefe von 0,25 mm (0,010 inches) und eine Breite von 0,14 mm (0,045 inches) von der Spitze 1104 (auf der linken Seite von Figur 29A) zur Spitze 1006 (auf der rechten Seite von Figur 29A) haben.
In Figur 29B ist eine weitere V-förmige Nut 1110 in der Wand des Rohrs 1112 dargestellt. Die Nut 1110 hat eine Breite im Bereich von 0,25 bis 0,51 mm (0,010 bis 0,020 inches) zwischen den Spitzen 1114 (links) und 1115 (rechts), und sie hat eine Tiefe von eta 0,51 mm (0,020 inches).
In Figur 29C ragt ein Vorsprung 1120 von der Innenwand des Rohrs 1122 weg. Der Vorsprung 1120 hat einen dreieckigen Querschnitt mit einem 90 Grad-Winkel an der Spitze 1124 und einem 30 Grad-Winkel an seiner Basis an der linken Seite und einem 60 Grad-Winkel an seiner Basis an der rechten Seite. Der Abstand von der Spitze 1124 zur Basis kann beispielsweise 0,25 mm (0,01 inches) betragen, und der Abstand quer zur Basis kann beispielsweise 0,58 mm (0,023 inches) betragen. Die Nuten oder kleinen Rippen würden zwischen den verschiedenen Vorsprüngen gebildet. Ein weiterer Vorsprung 1150 in einem Rohr 1152 ist in Figur 29F dargestellt, wobei die gleiche Grundform wie beim Vorsprung 1120 vorliegt. Der Vorsprung 1150 hat die gleichen Winkel mit einem Abstand quer zur Basis von beispielsweise 1,17 mm (0,046 inches) und einer Höhe von der Basis zur Spitze 1154 von beipielsweise 0,51 mm (0,02 inches).
Ein weiterer dreieckiger Vorsprung 1130 ist in Figur 29D dargestellt. Der Vorsprung 1130 hat an seiner Spitze 1132 einen Winkel von 60 Grad und an seiner Basis auf der linken Seite einen Winkel von 40 Grad und an seiner Basis auf der rechten Seite einen Winkel von 80 Grad. Der Vorsprung ragt von der Innenwand des Rohrs 1134 weg. Die Basisstrecke der Dreiecksform kann etwa 0,71 mm (0,028 inches) betragen, während der Abstand von der Basis zur Spitze 1132 etwa 0,51 mm (0,020 inches) betragen kann. Ein weiterer Vorsprung 1160 in einem Rohr 1162 ist in Figur 29G mit der gleichen Grundform wie der Vorsprung 1130 dargestellt. Der Vorsprung 1160 hat die gleichen Winkel wie der Vorsprung 1130 mit einer Basisstrecke von beipielsweise 0,71 mm (0,028 inches) in einer Höhe von der Basis zur Spitze 1164 von beispielsweise 0,51 mm (0,02 inches).
In Figur 29E ist eine V-förmige Nut 1140 in der Innenwand des Rohrs 1142 dargestellt. Der Abstand zwischen der Spitze 1144 (links) und der Spitze 1145 (rechts) kann beispielsweise etwa 0,25 mm (0,010 inches) betragen. Die Spitzen 1144 und 1145 sind abgerundet. Die Nut 1140 kann beispielsweise eine Tiefe von 0,51 mm (0,020 inches) haben.
Eine Klasse von Prozessen, die einen sehr bedeutenden Erfolg in Reaktoren der oben beschriebenen Art ergeben haben, ist das anisotrope Ätzen mit Fluor für Materialien einschießlich feuerfester Metalle.
Es hat sich gezeigt, daß die Kombination eines Kohlenwasserstoffs mit einer Bromquelle, beispielsweise HBr oder CF&sub3;Br, sehr mächtige chemische Passivierungseigenschaften für Ätz- Vorgänge auf Fluorbasis ergibt. Eine Fluorquelle wie SF&sub6;, NF&sub3;, HF, F&sub2;, CF&sub4;, C&sub2;F&sub6;, BF&sub3; oder SiF&sub4; kann für das Ätzen auf Fluorbasis verwendet werden. Eine Ausführung, die erfolgreich vorgeführt wurde, ist beispielsweise wie folgt Die Ausgangsstruktur enthält eine dünne Wolframschicht. Die Anf;angsgasströme enthalten 50 sccm SF&sub6;, 5 sccm CH&sub4; und 15 sccm HBR bei einem Geamtdruck von 33 Pa (250 mTorr) und einer angelegten HF-Leistung von 500 Watt. Nachdem das Abtragen des Musters begonnen hat, wurde ein zusätzlicher Strom von 20 sccm WF&sub6; hinzugefügt, wie unten noch erläutert wird. Die resultierende Struktur zeigte nahezu vertikal geätzte Seitenwände, eine nur geringfügige Linienbreitenerosion sowie eine ausgezeichnete Selektivität gegenüber dem Resist. In einem weiteren Prozeß zeigte sich, daß eine Fluorquelle mit WF&sub6;, die während des Überätzens als Last wirkt, zu einer Reduzierung der Linienbreitenverluste führte.
Durch Erhöhen des Anteils von CH&sub4; und auch der Bromquelle kann eine noch robustere Passivierungswirkung erzielt werden. Es zeigte sich, daß die folgenden Bedingungen eine Linienbreitenerosion von Null erzeugen: 40 sccm SF&sub6;, 15 sccm CF&sub4; und 25 sccm HBr bei einem Gesamtdruck von 62 Pa (470 Millitorr) und einer angelegten HF-Leistung von 400 Watt. Die Anwendung eines relativ hohen Gesamtdrucks trägt zur Aufrechterhaltung der Gleichförmigkeit bei.
Wenn die Geschwindigkeit der Passivierungsablagerung weiter erhöht wird, kann eine negative Vorätzung erzielt werden. In einem Ausführungsbeipiel wurde ein Wolframfilm unter Anwendung der folgenden Anfangsgasströme geätzt: 50 sccm SF&sub6;, 18 sccm CF&sub4; und 25 sccm H8r bei einem Geamtdruck von 62 Pa (470 mTorr) und einer angelegten HF-Leistung von 400 Watt. Das angewendete Resistmuster hatte eine minimale Schrittweite von 2,7 um (1,7 um minimale Linienbreite und 1 um minimaler Abstand). Es zeigte sich, daß die Anwendung dieser chemischen Parameter eine endgültige geätzte Abstandsbreite von 0,6 bis 0,7 pm (Mikrons) ergab. Diese chemischen Parameter ergaben somit einen "negativen Ätzvorhalt" von etwa 0,15-0,2 um (Mikron). Als obere Grenze zeigten weitere Experimente, daß eine Erhöhung der Methanströmung auf 21 sccm ohne Ändern der anderen Bedingungen das Ätzen völlig unterbrach, d.h. daß die Wolframätzrate auf Null ging.
Es wurde auch festgestellt, daß diese Klasse von chemischen Parametern zur Passivierung eine sehr stark anisotrope Siliziumätzung ergibt. Ein spezielles Ausführungsbeispiel, das experimentell erfolgreich vorgeführt wurde, machte von folgenden chemischen Parametern zur Ätzung Gebrauch: Anfangsgas- Ströme mir 50 sccm SF&sub6;, 5 sccm CH&sub4; und 15 sccm HBr bei einem Gesamtdruck von 33 Pa (250 mTorr) und einer angelegten HF-Leistung von 500 Watt.
Diese Bedingungen ätzten in 25 Sekunden 3 um (Mikrons) tief in Silizium und erzeugten eine nahezu vertikale Siliziumseitenwand bei Aufrechterhaltung einer ausgezeichneten Selektivität gegenüber Resist. Diese Ätzbedingungen waren jedoch bei Oxid nicht besonders selektiv. Diese chemischen Ätzparameter sind somit äußerst nützlich für das Ätzen von Gräben. Die Vorteile von Gräben in Komponentenstrukturen sind seit langem bekannt, jedoch wurden sie gewöhnlich durch Niederdruckätzbedingungen hergestellt, die langsam ablaufen und die Neigung haben, äußerst unerwünschte Ätz-Nebeneffekte wie ein nach rückwärts gerichtetes Krümmen, ein Nuten oder Oberflächenunebenheiten am Boden des Grabens zu erzeugen. Es ist auch ein Vorteil, diese Schwierigkeiten der Niederdruckbearbeitung zu vermeiden.
Eine weitere alternative Familie chemischer Parameter beim Fluorätzen macht von einer Gasmischung Gebrauch, die eine Fluorquelle wie SF&sub6; zuzüglich einer Bromquelle wie HBr und einer sehr schwachen Sauerstoffquelle (beispielsweise Kohlenstoffmonoxid) Gebrauch. Diese chemischen Parameter ergeben ein anisotropes Fluorätzen mit hoher Geschwindigkeit bei guter Selektivität gegenüber Photoresist.
Ein Ausführungsbeispiel des erörterten Prozesses wurde gemäß folgendem erfolgreich vorgeführt: Die Ausgangsstruktur enthält eine dünne Schicht aus Wolfram, die von einer gemusterten Schicht eines entwickelten organischen Photoresists bedeckt ist. Die Anfangsgasströme enthielten 25 sccm SF&sub6;, 25 sccm HBr und 40 sccm CO bei einem Gesamtdruck von 40 Pa (300 mTorr) und einer angelegten HF-Leistung von 175 Watt. Während der Überätzperiode wird zweckmäßigerweise eine zusätzliche Strömung von 20 sccm WF&sub6; hinzugefügt. Die resultierende Struktur zeigte steil abfallende Seitenwände mit einer nur geringen Linienbreitenerosion und mit einer Selektivität von 2 zu 1 gegenüber Photoresist.
Diese chemischen Parameter können modifiziert werden, indem anstelle des Kohlenmonoxids eine andere schwache Sauerstoffquelle verwendet wird. Dies bedeutet, daß schwache Sauerstoffquellen wie N&sub2;O oder CO&sub2; dafür verwendet werden könnten. Es wäre sogar möglich, aus der Anwendung einer sehr kleinen (weniger als 1 sccm) Strömung von O&sub2; anstelle CO Nutzen zu ziehen, jedoch können sehr kleine Strömungen nur schwer in reproduzierbarer Weise mit herkömmlichen Halbleiterherstellungsanlagen kontrolliert werden.
Eine weitere alternative Familie chemischer Parameter zum Fluorätzen macht von einer Gasmischung Gebrauch, die eine Fluorguelle (beispielsweise SF&sub6;), eine Fluorsilanguelle (bei spielsweise SiF&sub4;), eine Bromquelle (beipielsweise HBr) und eine schwache Sauerstoffquelle wie Kohlenmonoxid enthält. Diese chemischen Parameter ergeben ein anisotropes Fluorätzen mit hoher Geschwindigkeit und guter Selektivität gegenüber Photoresist.
Ein Ausführungsbeispiel dieses Prozesses wurde erfolgreich wie folgt vorgeführt: Die Ausgangsstruktur enthielt eine dünne Schicht aus Wolfram, die durch eine gemusterte und entwickelte Schicht aus einem organischen Photoresistmaterial bedeckt war. Die anfänglichen Gasströme enthielten 25 sccm SiF&sub4;, 25 sccm SF&sub6;, 25 sccm HBr und 30 sccm CO bei einem Gesamtdruck von 47 Pa (350 mTorr) und einer angelegten HF-Leistung von 175 Watt. Während der Überätzperiode wurde ein zusätzlicher Strom von 30 sccm WF&sub6; zu den anderen beschriebenen Strömen hinzugefügt, um eine Resisterosion zu vermeiden. Die resultierende Struktur zeigte nahezu vertikale geätzte Seitenwände mit nur geringer Linienbreitenerosion und einer Selektivität gegen den Photoresist von eta 3 zu 1.
Zwischen dem Ende der dritten Gaszuführung 250 und der oberen Kammer 218 ist nahe der unteren Fläche 54 der Scheibe 48 ein zweistufiger Duschkopf 280 (Figur 20C) angebracht. Ein Beispiel eines solchen Duschkopfs ist in Figur 30C dargestellt. Zwei Prallwände 284 und 286 sind horizontal fest innerhalb eines Gehäuses 282 angebracht, wobei die Prallwand 286 unterhalb der Prallwand 284 liegt. Die dritte Gaszuführung 250 liegt unterhalb der Prallwand 286, und das Gas strömt von der Gaszuführung 250 nach oben durch Löcher 290 in der Prallwand 286 und durch Öffnungen 288 in der Prallwand 284. Beide Prallwände sind so angebracht, daß sie die Strömung der Prozeßgase aus der dritten Gaszuleitung 250 in die obere Kammer 218 blockieren&sub1; und die zwei Prallwände sind so aufeinander ausgerichtet, daß kein Loch 288 in der zweiten Prallwand 284 direkt mit einem Loch 290 in der ersten Prallwand 286 in einer Linie liegt. Der Duschkopf 280 kann auf Wunsch mit den Prozeßmodulen verwendet werden, die hier beschrieben sind. Das Gehäuse 282 kann mehrere Formen haben; es kann beispielsweise trichterförmig sein, wobei der enge Abschnitt des Trichters die Zuleitung 250 umgibt und die Prallwände darüber im zylindrisch geformten Abschnitt des Trichters angeordnet sind.
Der zweistufige Duschkopf ist in dieser Ausführungsform hergestellt aus "tufram-beschichtetem" Aluminium (einem mit Teflon imprägnierten (TM) anodisierten Aluminium), Telfon, oder Quarz. Erfolgreiche Experimente haben gezeigt, daß einige anderc Duschkopfgeometrien ebenfalls arbeiten (beispielsweise ein Quarzrohr mit einem kreisförmigen Ring mit Gasabgabelöchern, die von der Scheibe entfernt angeordnet sind), jedoch ist der zweistufige Brausekopf wegen seines hohen Durchsatzes und der Gleichmäßigkeit brauchbarer.
Da die Bearbeitung mit einem entfernten Plasma relativ neu ist, gibt es nur wenige Verfahren der Behandlung von Ungleichmäßigkeiten. Ein Hersteller benutzte einen einzigen Duschkopf mit ziemlich großen Löchern (einem Innendurchmesser von etwa 6,3 mm (0,25 inch)) in zwei konzentrischen Kreisen mit einem kleineren Loch (Innendurchmesser etwa 3,8 mm (0,15 inch)) in der Mitte. Obgleich dies eine Verbesserung gegenüber keinem Duschkopf darstellt, wenn ein anderes kommerzielles Photoresistabtraggerät aufgestellt wird, so ergeben sich doch höhere Abtragungsraten in der Mitte der Scheibe. Das Muster der Resistentfernung kopiert in sichtbarer Weise das Muster der Löcher im Duschkopf. Ein Diagramm der Resistabtragung quer über die Scheibe ist in Figur 30A dargestellt. Zum Vergleich sind die Ergebnisse ohne irgendeinen Duschkopf in Figur 30B dargestellt.
Die Kurven von Figur 303 zeigen, daß mit der Zunahme des Abstandes von der Mitte der Scheibe die Menge (Dicke) des entfernten Resists abnimmt. Die Kurven von Figur 30A zeigen, daß die Verwendung des zweistuf igen Duschkopfs die Gleichmäßigkeit der Resistabtragung wesentlich verbessert.
Das Fehlverhalten des einzelnen Duschkopfs ist auf die Art der Gasströmung im Reaktor zurückzuführen. Diese Strömung ist viskos und laminar, was zu einem Geschwindigkeitsprofil quer zum Rohr mit folgendem Verlauf führt:
ν(r) = < ν > (1 - r²/R²)
Nahe der Rohrwand (r=R) ist die Gasgeschwindigkeit sehr niedrig, während sich das Gas in der Mitte des Rohrs (r=0) viel schneller bewegt, nämlich bis zu zweimal der Durchschnittsgeschwindigkeit, < ν > . Wenn Gas mit einer solchen Geschwindigkeitsverteilung auf die Scheibe trifft, werden mehr Reaktionsstoffe dort transportiert, wo die Geschwindigkeit hoch ist, als dort, wo sie niedrig ist. Dies verursacht die beobachtete Ungleichmäßigkeit, jedoch lösen die hier beschriebenen Ausführungsformen dieses Problem.
Die Lösung liegt in einer Reduzierung der Geschwindigkeitsdifferenzen von einem Punkt zum anderen im Gasstrom. Dies muß auf der Abströmseite des Abgaberohrs geschehen, wo der Reaktorquerschnitt groß ist, so daß die Gasströmung nicht zu dem durch die Gleichung 1 gegebenen stetigen Zustand zurückkehrt, bevor sie die Scheibe erreicht. Da das direkt durch ein Duschkopfloch strömende Gas in seiner Geschwindigkeit nicht merklich verändert wird, darf keinem Gaspaket ein direkter oder "Sichtlinien-Durchgang" vom Auslaßrohr zur Scheibe erlaubt werden. Wenn Sichtliniendurchgänge übrig bleiben, wird das Gas vorzugsweise durch sie hindurchströmen.
Zum Verhindern eines Sichtliniendurchgangs ist ein zweiter Duschkopf oder eine zweite Prallwand erforderlich. Das wesentliche Merkmal dieser Prallwand besteht darin, daß sie die direkte Gasströmung aus dem Auslaßrohr durch den unteren Duschkopf blockiert, wie in Figur 30C dargestellt ist. Dadurch werden die Gaspakete ausreichend gemischt, so daß unterhalb der unteren Prallwand ein relativ gleichmäßiges Geschwindigkeitsprofil austritt. Die erste Duschkopfkomponente, auf die das strömende Gas trifft, kann (1) aus einer Anzahl verbundener Prallwände zum Blockieren des direkten Durchgangs des Gases durch die zweite Duschkopfkomponente oder (2) aus einer einzigen festen Prallwand zum Vollständiganhalten der Vorwärtsbewegung bestehen, wobei Geschwindigkeitsvektoren gezwungen werden, sich von der Axialrichtung in die Radialrichtung zu verändern, bevor sie auf die zweite Duschkopfkomponente auftreffen, oder (3) aus einer Zwischenstruktur zwischen (1) und (2) bestehen.
Die Ergebnisse der Verwendung einer anderen Form für die Prallwände und bes Gehäuses ist in Figur 30D dargestellt. Die Kurven von Figur 30D zeigen die verbesserte, jedoch noch nicht optimierte Veraschungsgleichmäßigkeit, die aus einer Ausführung des zweistufigen Duschkopfkonzepts resultiert, bei der der erste Duschkopf aus einer konischen Prallwand besteht, die nur das Mittelloch des zweiten Duschkopfs bedeckt. Dies kann mit Figur 30A verglichen werden, die unter Verwendung des zweiten Duschkopfs ohne die Prallwand erhalten wurde, wenn auch die speziell angewendeten chemischen Parameter verschieden waren. Dieser Duschkopf kann eine prallwandartige Wand 284 aufweisen, wie in Figur 30C dargestellt ist. Er kann auch eine untere Prallwand enthalten, die von einem Kegel gebildet ist, der über dem Ende der Zuführung 250 angeordnet ist, wobei die Spitze des Kegels nach unten gerichtet ist. Der Durchmesser des Kegels kann gerade größer als der Durchmesser der Zuführung 250 sein. Es ist auch möglich, den Kegel umzukehren. Zwei andere Duschkopfanordnungen sind ebenfalls möglich.
Die Kammerwände müssen von dem Duschkopf und der Scheibe genügend weit entfernt liegen, so daß die anschließende Verlangsamung der Gase längs der Wand die neu entstandene Gasgeschwindigkeitsverteilung vor dem Erreichen der Scheibe nicht merklich beeinflußt. Die Wirkung dieser gleichmäßigen Geschwindigkeitsverteilung besteht darin, daß eine gleichmäßig dicke Grenzschicht mit der Dicke d über der Oberfläche entsteht, wie in Figur 30E gezeigt ist, die "Boundary-Layer Theory" von H. Schlichting (7. Auflage 1979) entnommen ist, die durch diesen Hinweis einbezogen wird. Eine gleichmäßige Grenzschicht führt zu einem gleichmäßigen Transport der Reaktionsmittel zur Scheibe.
Das Material zur Bildung des Duschkopfs kann Keramik, hartanodisiertes Aluminium, Edelstahl, Teflon oder Quarz sein, wobei die Wahl von der Kompatibilität mit den Prozeßgasen abhängt. Die Abmessungen können so gewählt sein, daß sie für jede Scheibengröße passen, vorausgesetzt, daß die Reaktorwand weit genug von der Scheibe weg ist, um das gleichmäßige Geschwindigkeitsprofil nicht zu beeinflussen. Die Löcher sollten zweckmäßig groß sein (etwa 2,5 - 6,4 mm (0,1 inch - 0,25 inch)), damit keine merkliche Beeinträchtigung des Gesamtgasdurchsatzes auftritt oder ein Verlust reaktiver Spezies an seiner Oberfläche stattfindet, und damit das maschinelle Herstellen erleichtert wird. Der Abstand zwischen den zwei Duschkopfteilen sollte zumindest so groß wie der Lochdurchmesser sein. Die zwei Duschkopfteile können für eine Bearbeitung mit nach unten gerichteter Fläche orientiert sein.
Diese Klasse von Ausführungen hat somit die folgenden Vorteile: (1) Anwendung auf alle isotropen Verarbeitungen in Systemen mit schnell strömendem entfernten Plasma, (2) Förderung gleichmäßiger Bearbeitungsergebnisse, (3) Aufrechterhaltung eines hohen Reaktionsmitteldurchsatzes für hohe Ätz- und Ablagerungsgeschwindigkeiten, (4) flexible Materialwahl für die Prozeßkompatibilität, (5) Zulassung der Bearbeitung mit nach unten gerichteter Fläche.
Einige relevante Hintergrundinformationen können in dem Aufsatz von C.J. Howard in Vol. 83, J. Phys. Chem., Seite 6 (1979), gefunden werden, der hier durch diesen Hinweis einbezogen wird.
Ein hier beschriebener Prozeß ergibt einen Descum-Prozeß, bei dem es sich um einen Prozeß zum Entfernen von Polymeren oder anderen organischen Rückständen handelt. Der Prozeß macht von einem entfernten Plasma Gebrauch, das über einen Verteiler zugeleitet wird, der zur Erzielung verbesserter Ergebnisse einen zweistufigen Duschkopf (Figur 30C) enthält.
Ein allgemeines Bearbeitungserfordernis bei der Verwendung von Photoresistmaterialien ist eine Stufe, die als "Descum" bezeichnet wird. Die normale Photoresistbearbeitung ergibt kein völlig sauberes Muster nach dem Freilegen und Entwickeln des Resists. Es gibt Flächen in dem Muster, die abgetragen werden sollen und immer noch einen merklichen Rückstand an Polymerverbindungen mit hohem Molekulargewicht enthalten. Normalerweise müssen diese mittels eines aggressiven isotropen Ätzens beseitigt werden. Beispielsweise kann eine Photoresistschicht, die in unbelichteten Bereichen eine Dicke von 1,4 um (Mikron) hat, immer noch Restbestandteile von 0,5 um (Mikron) oder mehr in den Flächenbereichen haben, die abgetragen werden müssen. In herkömmlicher Weise wird dies in Form eines Naßbearbeitungsschritts durchgeführt, jedoch eröffnet die hier beschriebene Ausführung einen Weg zur Durchführung dieser Funktion in einem Trockenprozeß.
In einer Ausführung dieses Prozesses wurde der Descum-Schritt des gemusterten Photoresists mit einer Prozeßmischung aus 1000 sccm O&sub2;, 200 sccm H&sub2; bei 100ºC und 133 Pa (1 Torr) Gesamtdruck erfolgreich vorgeführt. Die Wahl der Massenströmungen war so getroffen, daß sich eine höhere Abtragungsrate proportional zum O&sub2;-Massenfluß ergab, jedoch wurde die Gleichmäßigkeit des Abtragens quer über die Scheibe aufrechterhalten, die dem Massenfluß und dem Massendruck umgekehrt proportional ist. Der Reaktor ist so eingerichtet, daß alle Gase durch eine entfernte Plasmakammer 254 strömen, die mit 400 W betrieben wird.
Die chemischen Prozeßparameter können andererseits auch aus O&sub2; und einer oder mehreren der Spezies: N&sub2;O, H&sub2;O, H&sub2;, CF&sub4;, CHF&sub3;, HCl, HBr und Cl&sub2; bestehen. Von diesen ist H&sub2; das in einigen Fällen nützlichste hinzugefügte Gas, und zwar aus folgenden Gründen: (a) Der N&sub2;O-Zusatz verbessert die Rate nicht so sehr wie H&sub2;, insbesondere bei niedrigen Temperaturen; (b) halogenhaltige Gase beinhalten ein gewisses Risiko der nachteiligen Beeinflussung der auf dem Substrat vorhandenen Metalle. Wenn diese Einschränkungen beseitigt würden, wären CF&sub4; und CHF&sub3; eine sehr gute Wahl, da diese Descum-Raten von mehr als eine Größenordnung schneller als H&sub2; ergeben können. Das verbleibende Problem mit CF&sub4; und CHF&sub3; ist das wegen der Anwesenheit von F-Atomen vorliegende Problem der Kompatibilität mit den Reaktormaterialien. Dies könnte durch Verwendung eines Duschkopfs aus Teflon (TM) gelöst werden.
Die verwendeten Wasserstoffspezies können vorteilhafterweise an der Reaktion teilhaben, indem sie zur Öffnung ungesättigter Bindungen in dem Resistmaterial beitragen.
In Descum-Prozessen ist die Selektivität nicht außergewöhnlich kritisch, jedoch hat der beschriebene Prozeß tatsächlich keine gute Selektivität bezüglich Silizium, was ein Vorteil ist.
Der verwendete Resist war ein Standard-Positivresist. Im angegebenen Testbeispiel wurde der Resist Shipley 1813 (TM) verwendet, der mit einem MF-314-Entwickler entwickelt worden ist. Das Mustern erfolgte bei einer i-Linien-Wellenlänge für etwa 250 ms, damit Schaum ("scum") aufgrund von Unterbelichtung erhalten wird. Der Resist befand sich zum Zwecke des Studiums auf nacktem Si, jedoch würde in einem tatsächlichen Anwendungsfall der Prozeß mit einem Photoresist auf einer zu ätzenden Schicht, beispielsweise auf Aluminium, durchgeführt. Das Musterstück wurde so bearbeitet, daß ein beträchtlicher Anteil an nicht entwickeltem Photoresist zwischen gewünschten Mustern zurückblieb. Tatsächlich wird durch Messungen an SEM- Bildern geschätzt, daß bis zu 500 nm (5000 Å) Photoresist zwischen gewünschten Resistmustern verblieb, was wenigstens eine Größenordnung schlechter als das ist, was in einem tatsächlichen Fall angetroffen würde. Im vorliegenden Fall wurde der Zwischen-Schaum in 6 Minuten entsprechend der optischen Mikroskopie entfernt. In einem tatsächlichen Fall, bei dem ihr 50 nm (500 Å) Schaum typischerweise vorhanden ist, würde die Bearbeitung weniger als 1 Minute in Anspruch nehmen.
Ein allgemeines Problem bei Prozessen, bei denen von einem entfernten Plasma zur Erzeugung aktivierter Spezies für Ätz- oder Ablagerungsanwendungen Gebrauch gemacht wird, ist die schlechte Prozeßgleichmäßigkeit über die Fläche der Scheibe. Dies ist eine Folge der Gashydrodynamik, die die Bildung einer Grenzschicht aus stagnierendem Gas unmittelbar über der Oberfläche der Scheibe verursacht. Das stagnierende Gas behindert die Übertragung von Reaktionsmitteln und von Produkten zu und von der Scheibe. Die Probleme werden bei der Photoresistveraschung veranschaulicht, bei der das Abtragen des Resist unmittelbar unter dem Entladungsrohreingang zur Reaktionskammer mehrere Male höher ist als am Rand der Scheibe. In diesem Fall vereitelt die schlechte Gleichmäßigkeit die Verwendung einer solchen Ausrüstung für Entschlammungsanwendungen. Die Lehre der vorliegenden Anmeldung, einen speziell ausgebildeten, zweistufigen Duschkopf als Gasverteiler in Fernplasmaanwendungen zu benutzen, ergibt den Vorteil einer stark verbesserten Gleichmäßigkeit.
In Figur 31 ist ein Blockschaltbild der elektrischen Instrumentierung und des Steuersystems 700 für ein Vakuumbearbeitungssystem dargetellt. Das System kann von einem Computersteuersystem 206 gesteuert werden, bei dem es sich um einen PC auf 8088-Basis oder speziell um einen professionellen Computer der Firma Texas Instruments handeln kann. Das coinputer- Steuersystem kann so programmiert sein, daß es bedarfsweise eine spezielle Prozeßfolge ausführt. Sobald der Prozeß eingeleitet ist, überwacht und steuert das Computersteuersystem 206 den Prozeßablauf.
Das System hat mehrere Prozeßüberwachungsinstrumente, die dem Steuersystem 206 Eingangssignale zuführen, und auf der Basis dies er Eingangssignale und der vorprogrammierten Prozeßfolge liefert das Steuersystem 206 Ausgangssignale entweder zu Steuerorganen oder direkt zu speziellen Komponenten. Jedes der Eingangs- und Ausgangssignale des Computersteuersystems 206 wird nun anschließend beschrieben.
Nachdem der Vakuum-Scheibenträger 10 (Figur 1) in der Vakuum- Beschickungsschleusenkammer 12 angebracht worden ist und der Beschickungsschleusendeckel 20 geschlossen ist, beginnt er mit der automatisierten Prozeßfolge. Die Zusammenwirkung der Tastatur mit dem Computersteuersystem einschließlich der Prozeßfolge und des Starts ist menügesteuert. Während der anfänglichen Startfolge werden vor Beginn des eigentlichen Bearbeitungsvorgangs die Rohpumpe, die Turbomolekularpumpe, und, falls notwendig, eine Cryo-Vakuumpumpe angelassen.
Die Reinigungs- und Abpump-Funktionsfolge ist in Figur 11 dargestellt; wo es angebracht ist, wird darauf Bezug genommen. Wenn der Prozeß 800 beginnt, sendet das Computersteuer- System ein Signal zum Grobpumpensteuerorgan für die Beschikkungsschleuse 701, die, wie im Schritt 804 gezeigt ist, ein Signal aussendet, damit das Beschickungsschleusen-Trennventil 702 der Grobpumpe geöffnet wird, Die Grobpumpe beginnt dann in der Vakuum-Beschickungsschleusenkammer 12 ein Vakuum zu erzeugen.
Wie im Schritt 802 dargestellt ist, sendet das Steuersystem 206 dann ein Signal zum Öffnen des Beschickungsschleusen- Stickstoffkühlventils 703. Dies startet einen Stickstoffspülvorgang der Beschickungsschleusenkammer 12, damit Teilchen, die die Außenfläche des Vakuum-Scheibenträgers 10 verunreinigt haben, von der Oberfläche weggeblasen und damit durch das Vakuumsystem entfernt werden können. Ferner können dadurch auch Teilchen entfernt werden, die ihren Weg in die Vakuum-Beschickungsschleusenkammer 12 während der Beschikkungsfolge gefunden haben.
Das Steuersystem 206 liefert dann ein Druckeinstellsignal zum Beschickungsschleusen-Drucksteuerorgan 704, das dem Beschikkungsschleusen-Drucksteuerventil 705 während dieses Stickstoffspülvorgangs elektrische Signale zuführt, wie durch den Schritt 808 angegeben ist.
Der Beschickungsschleusen-Teilchenfühler 202 und der Teilchenzähler 850 liefern ein Eingangssignal an das Computersteuersystem entsprechend der Anzahl der Teilchen, die er während dieses Spülvorgangs festgestellt hat, wie im Schritt 806 angegeben ist. Wenn der Teilchenzähler 850 für die Dauer einer vorbestimmten Zeitperiode keine Teilchen festgestellt hat, wie durch den Schritt 810 angegeben ist, sendet das Steuersystem 206 ein Signal zum Schließen des Beschickungsschleusen-Stickstoffspülventils 703, wie im Schritt 814 angegeben ist, sowie zum vollständigen Öffnen des Beschickungsschleusen-Drucksteuerventils 705, wie im Schritt 812 angegeben ist, wobei das Senden des Signals über das Beschickungsschleusen-Drucksteuerorgan 704 erfolgt, das den Spülvorgang beendet.
Wie im Schritt 816 angegeben ist, sendet das Steuersystem 206 dann ein Signal zum Beschickungsschleusen-Turbopumpensteuerorgan 706, das das Beschickungsschleusen-Turbopumpentrennventil 707 öffnet.
Die Turbomolekularpumpe fährt mit dem Abpumpen der Beschikkungsschleuse fort, bis das Vakuum in der Beschickungsschleuse gleich oder größer als das im Vakuum-Scheibenträger 10 ist Das Vakuum in der Vakuumbeschickungsschleuse wird als eine Eingangsgröße an das Computersteuersystem von dem Beschickungsschleusen-Vakuummesser 62 angelegt, wie im Schritt 818 gezeigt ist.
Nachdem das Vakuum einen genügend niedrigen Wert erreicht hat, sendet das Steuersystem 206 ein Signal zum Vakuum-Scheibenträgertürmotor 707, damit die Vakuum-Scheibenträgertür 14 vollständig geöffnet wird, wie im Schritt 822 gezeigt ist.
Die Tür 14 bleibt normalerweise offen, bis die letzte Scheibe die Prozeßfolge beendet hat.
Die Scheibe 48 kann dann aus einem Scheibenträger 10 in jeder gewünschten Reihenfolge mittels des Übertragungsarms 28 zur Prozeßkammer bewegt werden, der vom Steuersystem 206 gesteuert wird. Bevor das Steuersystem 206 dem Übertragungsarm 28 gestattet, sich zu bewegen, müssen die Vakuum-Scheibenträgertürfühler 708 anzeigen, daß die Vakuum-Scheibenträgertür 14 vollständig offen ist. Das Steuersystem 206 sendet ein Signal zum Übertragungsarmsteuerorgan 709, damit der Scheibenübertragungsarm 28 von seiner Ruhepositian in eine Position unterhalb und in große Nähe, jedoch ohne Berührung der zur Bearbeitung ausgewählten Scheibe, bewegt wird, die in das Steuersystem 206 eingeführt wurde.
Wenn sich der Übertragungsarm 28 unter der Scheibe befindet, sendet der Übertragungsarmfühler 710 ein Signal zum Steuersystem 206, das anzeigt, ob an dieser Stelle eine Scheibe vorhanden ist oder nicht. Der Übertragungsarmfühler 710 ist ein kapazitiver Näherungsdetektor. Wenn eine Scheibe als anwesend festgestellt wird, sendet das Steuersystem zum Übertragungsarmsteuerorgan 709 ein Signal, das diesem getattet, die Übertragungsfolge fortzusetzen. Der Übertragungsarm 28 bewegt sich vertikal nach oben und hebt die Scheibe 48 von den Rippen 60 ab.
Der Übertragungsarm 28, der nun die Scheibe auf den drei Stiften 50 trägt, wie im Zusammenhang mit den Figuren 1, 3 und 4 beschrieben wurde, bewegt sich horizontal aus dem Vakuum-Scheibenträger 10. Nachdem der Übertragungsarm 28 vom Vakuum-Scheibenträger 10 freigekommen ist, positioniert das Übertragungsarmsteurorgan 709 den Übertragungsarm 28 an der entsprechenden Vertikalposition, damit er durch die Trennschleuse 31 (Figur 3) gelangen und eine Position über den drei schräg verlaufenden Stiften 53 in der Prozeßkammer erreichen kann.
Falls erwünscht, hat die Prozeßkammer einige Zeit vor dem Versuch, die Scheibe 48 durch die Trennschleuse 31 zu bewegen und allgemein am Ende der letzten Bearbeitungsfolge einen ebensolchen Abpump- und Spülprozeß wie die Beschickungsschleusenkammer gemäß der obigen Beschreibung erfahren. Das Steuersystem 206 sendet ein Signal zum Prozeßkammer-Drucksteuerorgan 711, das seinerseits ein Signal zum Öffnen des Prozeßkammer-Grobpumptrennventils 712 sendet. Das Steuersystem 206 sendet dann ein Signal zum Öffnen des Stickstoffspülventils 713, und es sendet ein Sollpunktsignal zum Prozeßkammer-Drucksteuerorgan 714, das seinerseits das Prozeß kammer-Drosselventil 715 zur Aufrechterhaltung des geeigneten Vakuums in der Prozeßkammer während des Stickstoff spülprozesses steuert. Dieser Spülprozeß wird fortgesetzt, bis der Prozeßteilchenzähler 208 für die Dauer einer vorbestimmten Zeitperiode gemäß der Überwachung durch das Steuersystem 206 keine Teilchen feststellt.
Sobald dieser Zustand erreicht ist, schließt das Steuersystem das Prozeßkammer-Stickstoffkühlventil 713, und das Prozeßkammer-Drucksteuerorgan 714 schließt das Prozeßkammer-Trennventil 715. Das Steuerssytem 206 liefert ein Signal zum Prozeß kammer-Turbopumpensteuerorgan 716, das dann das Prozeßkammer- Turbopumpentrennventil 717 öffnet. Der Prozeßkammer-Vakuumfühler 718 liefert eine Vakuuminformation an das Steuersystem 206.
Sobald das in der Prozeßkammer durch das Signal vom Vakuumfühler 718 angezeigte Vakuum und das vom Vakuumfühler 62 angezeigte Beschickungsschleusenvakuum unter einem vorbestimmten Wert liegen, sendet das Steuersystem ein Signal zum Öffnen des Trennschiebers 31.
Bezug nehmend auf die Übertragungsfolge bewegen sich der Übertragungsarm 28 zusammen mit der Scheibe 48 in horizontaler Richtung durch den Trennschieber 31 und in die Prozeßkammer. Der Übertragungsarm 28 wird dann abgesenkt, und die Scheibe 48 setzt sich auf den drei sich verjüngenden Stiften 53 in der Prozeßkammer ab. Der Übertragungsarm 28 wird genügend weit abgesenkt, so daß der Übertragungsarmfühler 710 anzeigen sollte, daß die Scheibe vom Arm entfernt worden ist. Wenn der Übertragungsarmfühler 710 anzeigt, daß die Scheibe 48 nicht mehr auf dem Übertragungsarm 28 vorhanden ist, sendet das Steuersystem 206 ein Signal zum Übertragungsarmsteuerorgan 709, das den Übertragungsarm 28 veranlaßt, sich aus der Prozeßkammer durch den Trennschieber zurück in seine Ruheposition zu bewegen. Sobald diese Folge beendet ist, sendet das Steuersystem 206 ein Signal zu den (nicht dargestellten) Balgluftzylindern, das deren nach oben gerichtete Bewegung hervorruft und die Prozeßkammer als Vorbereitung auf den Beginn der Prozeßfolge schließt.
Das Steuersystem 206 kann so programmiert werden, daß es jede der durchgeführten Prozeßoperationen ohne Rücksicht auf die verwendete Konfiguration des Vakuumprozessors steuert. Das Steuersystem 206 kann die gewünschte Scheibentemperatur durch eines von mehreren Verfahren abhängig von der Konfiguration des Vakuumprozessors einstellen. In einem Fall, bei dem der Vakuumprozessor ein widerstandsgeheiztes Substrat benutzt, wird das Steuersystem 206 mit der Temperaturinformation aus dem Temperatursensor für das erwärmte Substrat versehen, und es liefert ein Steuersignal an das Temperatursteuerorgan 724 des erwärmten Substrats, das die Energieversorgung 725 des erwärmten Substrats steuert. In einer weiteren Ausführung liefert das Steuersystem ein Eingangssignal an das Steuerorgan 721 für die Strahlungsheizlampen-Energieversorgung, das die Größe der Leistung und die Geschwindigkeit der Eingangsleistungsänderung zu den Strahlungsheizlampen aus der Lampenenergieversorgung 722 steuert. In einer weiteren Ausführung liefert das Steuersystem 206 ein Eingangssignal an die Wärmetauscher-Steuerventile 723, die den Kühlwasserstrom zum Substrat steuern. Bei Verwendung eines Mikrowellenplasmas empfängt das Steuersystem ferner Mikrowellenplasma-Temperaturinformationen von dem Mikrowellenplasma-Temperaturfühler 726, und es sendet seinerseits ein Steuersignal an das Energieversorgungs-Steuerorgan 727 für das Mikrowellenplasma, das die Mikrowellenplasma-Energieversorgung 728 zur Erzielung der richtigen Plasmatemperatur steuert.
In nahezu allen Prozessen werden ein oder mehr Prozeßgase zur Erzielung der gewünschten Ergebnisse benutzt. Das Steuersystem 206 sendet zum Anschlußverteiler-Ventilsteuerorgan 729 ein Steuersignal, das steuern kann, welches der Anschlußverteilerventile 730 benutzt wird und welche Gase mit welcher Strömungsmenge durch jedes der Ventile demzufolge strömen dürfen.
In mehreren Ausführungsformen zur Verbesserung der Scheibenbearbeitung wird eine in-situ-Ultraviolettenergie angewendet. Das Steuersystem 206 steuert das UV-Abstimmorgan 731, damit die Impedanz der UV-Kammer angepaßt wird (UV bedeutet hier Ultraviolettlicht). Außerdem liefert das Steuersystem ein Signal zum UV-Energieversorgungssteuerorgan 732, das die UV- Sendeleistung 733 einstellt.
In einigen Ausführungen macht der Prozessor von einer HF- Energie mit niedriger Leistung Gebrauch, um geladene Teilchen zur Oberfläche der Scheibe 48 zu beschleunigen. Das Steuersystem 206 liefert Eingangssignale an einen HF-Tuner 734, damit die Impedanz des Senders an die Impedanz der HF-Elektroden in der Prozeßkammer angepaßt werden kann (HF bedeutet hier Hochfrequenz).
Wenn zur Erzeugung eines Plasmas oder zum Aufheizen eines Substrats in der Prozeßkammer HF-Energie verwendet wird, liefert ein HF-Temperaturfühler ein Signal zum Steuersystem 206, das der Temperatur der HF-Elektrode in der Prozeßkammer entspricht. Das Steuersystem liefert ein Signal über das HF-Energieversorgungssteuerorgan 735, das seinerseits ein Signal an die HF-Energieversorgung 736 liefert, das die Ausgangsleistung des Senders zur Erzielung der richtigen HF- Elektrodentemperatur einstellt.
Wenn der Prozeß beendet ist, schließt das Steuersystem die entsprechenden Anschlußverteilerventile 730 und schaltet die entsprechenden, oben erörterten Energieversorgungen ab.
Falls erwünscht, löst das Steuersystem 206 bei Beendigung der Bearbeitung einen Prozeßkammer-Reinigungszyklus aus, wie oben beschrieben wurde. Dieser Reinigungszyklus kann für die Dauer einer festen Zeitperiode oder bis zu dem Zeitpunkt fortgesetzt werden, an dem der Prozeßkammer-Teilchenzähler 208 für eine vorbestimmte Zeitdauer 0 Teilchen anzeigt.
Das Steuersystem 206 schließt dann das Stickstoffkühlventil 713, und der Abpumpprozeß geht weiter, wenn das Steuersystem die Unterdruckdifferenz zwischen der Beschickungsschleuse und der Prozeßkammer überwacht. Wenn die Eingangssignale vom Prozeßkammer-Vakuumfühler und vom Beschickungsschleusen- Vakuumfühler zum Steuersystem 206 anzeigen, daß die Unterdruckdifferenz zwischen den zwei Kammern kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, sendet das Steuersystem ein Signal zum Öffnen der Prozeßkammer durch Abwärtsbewegen der Bälge. Nachdem die Prozeßkammer geöffnet ist, sendet das Steuersystem 206 ein Signal an das Übertragungsarmsteuerorgan 709, damit die Scheibe 48 aus der Prozeßkammer entnommen und zurück in den Vakuum-Scheibenträger gelegt wird.
Ein Übertragungsarmsteuerorgan 709 veranlaßt den Übertragungsarm 728, sich von seiner Ruheposition horizontal durch den Trennschieber zu einem Punkt unterhalb der Scheibe 48 in der Prozeßkammer zu bewegen. Der Scheibenübertragungsarmfühler 710 liefert an das Steuersystem ein Signal, wenn er die Nähe der Scheibe 48 feststellt. Nach Empfang dieses Signals bewegt sich der Übertragungsarm 28 nach oben und hebt die Scheibe 48 von den sich verjüngenden Stiften 53 ab. Der Übertragungsarm 28 bewegt sich dann durch den Trennschieber 31 in die Vakuum-Beschickungsschleusenkammer 12. Das Übertragungsarmsteuerorgan 709 veranlaßt den Übertragungsarm 28 dann, sich in vertikaler Richtung zu der Vertikalposition des Schlitzes nach oben oder nach unten zu bewegen, aus dem die Scheibe ursprünglich entnommen wurde.
Sobald der Übertragungsarm 28 die richtige Vertikalposition erreicht hat, bewegt er sich horizontal in den Vakuum-Scheibenträger 10. An dieser Stelle befindet sich die Scheibe 48 gerade geringfügig über den Rippen 60, die sie innerhalb des Vakuum-Scheibenträgers 10 tragen. Das Übertragungsarmsteuerorgan 709 lenkt den Übertragungsarm 28 so, daß sich dieser vertikal nach unten zu einer Stelle bewegt, an der sich die Scheibe auf die Rippen 60 auflegen kann. Der Übertragungsarm 28 fährt dann mit seiner Abwärtsbewegung fort und hält an einer vorbestimmten Stelle unterhalb der Scheibe 48 an. Das Steuersystem tastet dann den Übertragungsarmfühler 710 ab, um festzustellen, ob sich die Scheibe nicht mehr in der Nähe des Übertragungsarms 28 befindet. Ist dies nicht der Fall, wird der Übertragungsarm in horizontaler Richtung aus dem Vakuum- Scheibenträger in seine Ruheposition bewegt. Der Übertragungsarm kann dann zu einer anderen Scheibe im Vakuum-Scheibenträger bewegt werden und mit dem Vorgang des Entneiirnens dieser Scheibe aus dem Scheibenträger sowie der Bearbeitung und der Ersetzung beginnen. Dieser Ablauf kann für jede der Scheiben wiederholt werden, die vom System 206 gemäß der Programmierung gewünscht wird, unabhängig von ihrer Position im Träger.
In einer wahlweise eingesetzten Ausführung für Prozesse, die eine niedrige Feuchtigkeit in Kombination mit einem hohen Vakuum erfordern, kann der Vakuumprozessor von Cryovakuumpumpen Gebrauch machen. Diese Cryopumpen werden in ähnlicher Art und Weise wie die Turbomolekularpumpen entsprechend der obigen Beschreibung eingesetzt. Die zugehörigen Steuerorgane sind in Figur 31 als Beschickungsschleusensteuerorgan 737 und als Prozeßkammer-Cryopumpensteuerorgan 738 dargestellt. Diese Steuerorgane steuern das Beschickungsschleusen-Cryopumpen trennventil 739 bzw. das Prozeßkammer-Cryopumpentrennventil 740. Die Cryopumpe wird dazu benutzt, Feuchtigkeit aus dem in der Kammer vorhandenen Gas zu entfernen. Dies ist für einen Prozeß von Nutzen, der mit HgCdTe in Beziehung steht.
Wenn alle Scheiben fertig bearbeitet und in den Vakuum-Scheibenträger zurücktransportiert worden sind, meldet das Steuersystem dem Vakuumscheibentürmotor 707, die Tür 14 zu schließen. Das Steuersystem 206 prüft dann die Vakuum-Scheibenträgertürfühler 708, um festzustellen, daß die Tür 14 tatsächlich geschlossen ist. Das Steuersystem schließt dann das Beschickungsschleusen-Grobpumptrennventil 702, das Beschikkungsschleusen-Turbomolekularpumpentrennventil 707 oder das Beschickungsschleusen-Cryopumpentrennventil 739 unter Verwendung der entsprechenden Beschickungsschleusenorgane 702, 706 und 737. Außerdem schließt das Steuersystem das Prozeßkammer- Grobpumptrennventil, das -Turbomolekularpumpentrennventil oder das -Cryopumpentrennventil über die entsprechenden Prozeßkammersteuerorgane 711, 716 und 738. Ferner schließt es den Trennschieber 31. Das Steuersystem sendet dann ein Signal zum Öffnen der Entlüftungsventile 741, die ermöglichen, daß die Beschickungsschleusenkammer 12 und die Prozeßkammer auf den atmosphärischen Druck zurückkehren. Der Deckel 20 kann dann den Beschickungsschleusendeckel öffnen, und der Vakuum- Scheibenträger 10 kann herausgenommen werden.
In Figur 32 ist ein Prozeßmodul 1300 dargestellt. Dieser Prozeßmodul weist ein Fernplasma und ein in-situ-Plasma auf. Der Scheibenträger 10, ein Arm (wie der Arm 28) und die Kammer 12 werden dazu benutzt, die Scheibe 48 und den Träger 10 zum Prozeßmodul 1300 zu transportieren, der mit einem Gasverteiler 1302 dargestellt ist, der an einem Gasverteilerring 1304 befestigt ist, der im oberen Teil der oberen Prozeßkammer 1306 angeordnet ist. Der Gasverteiler 1302 führt das Gas für das in-situ-Plasma über den Ring 1304 zu. Der Ring 1304 ist um die vertikale Achse der Kammer 1306 angeordnet. Die Auslässe des Rings 1304 sind von mehreren Öffnungen 1310 in der Unterseite des Rings 1304 gebildet. Die vertikalen Wände der Kammer 1306 können aus Quarz bestehen, und sie bilden einen Zylinder um die vertikale Achse der Kammer 1306. Der Boden der Kammer 1306 ist eine Elektrode 1312. Die Oberseite der Kammer 1306 ist in der (gemäß der Darstellung von Figur 31) geschlossenen Position eine Elektrode 1314. Ein (nicht dargestellter) Wärmetauscher kann für die Elektrode 1314 vorgesehen sein, falls dies erwünscht ist, damit eine Umgebungstemperatur von beispielsweise 25ºC aufrechterhalten wird.
Die Kammer 1306 wird durch einen Balg 1316 geöffnet und geschlossen. Der Balg 1316 bewegt die vertikalen Wände der Kammer 1306 nach oben und in Kontakt mit der Elektrode 1314 oder einem angrenzenden Abschnitt des Moduls 1300. Eine (nicht dargetellte) Dichtung kann an der Stelle vorgesehen sein, an der die vertikale Wand der Kammer 1306 in Kontakt kommt. Der Balg bewegt die Kammer 1306 nach oben zum Schließen der Kammer und nach unten zum Öffnen der Kammer. In der offenen Position kann der Arm die Scheibe 48 vom Träger durch die Kammer 12 und in die Kammer 1306 auf Finger oder Stifte 1320 bewegen. Diese Finger 1320 gleichen den Fingern 214 (Figur 12) und den Stiften 53 (Figur 3). Wenn die Kammer 1306 geschlossen ist, bewegen sich die Finger 1320 nach oben, um die Scheibe 48 in Kontakt mit der Elektrode 1314 zu bringen.
Das Fernplasma wird im Boden der Kammer 1306 längs der vertikalen Achse durch ein Rohr 1322 zugeführt. Das Rohr 1322 verläuft von einem Fernplasmagenerator 1326 und durch die Elektrode 1312 in die Kammer 1306. Das Rohr 1322 bildet einen Gleitsitz 1328 mit der Elektrode 1312, damit die Vertikalbewegung der Kammer 1306 einschließlich der Elektrode 1312 ermöglicht wird. Unterhalb der Elektrode 1312 befindet sich eine Kammer 1330, die an eine Pumpe 1332 und ein Ventil 1334 angeschlossen ist. Somit wird eine allgemein nach unten erfolgende Gasströmung durch die Kammern 1306 und 1330 erzeugt. Das in-situ-Plasma wird durch das Anlegen entsprechender Spannungen zwischen die Elektroden 1312 und 1314 erzeugt. Die Spannung ist dabei eine HF-Spannung, damit die gewünschte Anregung des Gases in der Kammer 1306 erhalten wird. Die Pumpe 1332 und das Ventil 1334 sorgen für das gewünschte Vakuum in der Kammer 1306. Dieses Fernplasma vom Generator 1326 und das in der Kammer 1306 erzeugte in-situ-Plasma werden bei der Einwirkung auf die Fläche 54 vereinigt. Der Verteiler 1302 weist einen Gleitsitz mit der Elektrode 1312 auf. Der Verteiler 1302 erstreckt sich längs der vertikalen Wand der Kammer 1306. Der Prozeßmodul 1300 kann verschiedene Prozesse ausführen.
Ein Prozeß, der erfolgreich mit den Prozeßmodulen durchgeführt wurde, die sowohl ein Fernplasma als auch ein in-situ- Plasma aufweisen, ist das Ätzen von mit Silizium dotiertem Aluminium, beispielsweise von Aluminium, das mit 1 % Silizium dotiert ist. Es wurde eine synergistische Ätzratenverbesserung von mehr als der doppelten Summe ihrer einzelnen Ätzraten für ein kombiniertes Mikrowellen- und HF-Ätzen unter folgenden Bedingungen erhalten: Gasströme mit 80 sccm BCl&sub3; und 20 sccm Cl&sub2; und 1000 sccm He bei einem Gesamtdruck von 133 Pa (1 Torr), einer HF-Leistung von 225 W (angelegt zur Erzeugung eines Plasmas nahe der Fläche der Scheibe) bei einer Frequenz von 13,56 MHz und einer Mikrowellenleistung von 400 W bei einer Frequenz von 2450 MHZ. Die verwendete Temperatur war eine Umgebungstemperatur von etwa 25ºC. Diese Ergebnisse wurden erhalten, obwohl sie auf Ätzgeschwindigkeiten beruhten, die nicht sehr hoch waren, da die Gasströme nicht für die besonderen angewendeten Bedingungen optimiert waren, jedoch zeigte sich ein synergistischer Vorteil bei der Kombination dieser zwei Effekte. Die Gasmischung kann insgesamt durch das Rohr 1322 in die Kammer 1306 eingeleitet werden, oder es kann ein Teil der Gasmischung einschießlich eines oben nicht erwähnten anderen Gases durch den Ring 1304 eingeführt werden. Ferner kann eine Kohlenwasserstoffquelle, beispielsweise Methan, durch den Ring 1304 eingeführt werden, oder das Methan könnte ein Teil des entfernt erzeugten Plasmas sein.
Ein weiterer für den Prozeßmodul 1300 nützlicher Prozeß ist die Ablagerung von polykristallinem Silizium. Eine Gasmischung aus einem inerten Gas und einer Siliziumquelle, beispielsweise SiH&sub4; und/oder Si&sub2;H&sub6; wird mit dem Fernplasma und mit dem in-situ-Plasma zur Erzielung einer verbesserten Ablagerungsgeschwindigkeit gegenüber der Summe der Geschwindigkeiten im in-situ-Plasma und im Fernplasma bei getrennter Anwendung verwendet. Als Beispiel beträgt die HF-Leistung in der Prozeßkammer 100 Watt bei 13,56 MHz, und der Fernplasmagenerator wird mit 400 Watt bei 2450 MHZ betrieben. Die Gase sind Helium bei 1000 sccm und SiH&sub4; bei 50 sccm. Argon ist ein weiteres Beispiel eines inerten Gases, das verwendet werden kann. Der Druck kann 133 Pa (1 Torr) betragen, und die Temperatur kann 25ºC betragen. Das SiH&sub4; wird durch den Ring 1304 in die Prozeßkammer eingeführt, und die übrigen Gase durchlaufen den Generator 1326. Diese Ergebnisse wurden erhalten, obwohl sie nicht für die speziell angewendeten Bedingungen optimiert worden sind, jedoch zeigten sie den synergistischen Vorteil beim Kombinieren der zwei Effekte. Eine Oberflächenbeschädigung kann durch Erhöhen des Drucks auf mehr als 133 Pa (1 Torr) reduziert werden. Dieser Prozeß führt wegen eines synergistischeneffekts zwischen dem Fernplasma und dem in situ-Plasma zu verbesserten Ergebnissen. Die Oberflächenbeschädigung wird minimiert, während die Ablagerungsgeschwindigkeit verbessert wird. Das Fernplasma und das in-situ- Plasma können getrennt gesteuert werden. Dieser Prozeß kann mit Silizium-, GaAs- und HgCdTe-Substraten angewendet werden.
Ein weiterer mit dem Prozeßmodul 1300 nützlicher Prozeß ist das Ablagern von Siliziumoxid. Eine Gasmischung aus Helium, O&sub2; und SiH&sub4; wird mit dem Fernplasma und dem in-situ-Plasma dazu benutzt, eine verbesserte Abscheidungsgeschwindigkeit gegenüber der Summe der Geschwindigkeiten bei der getrennten Anwendung des in-situ-Plasmas und des Fernplasmas zu erhalten. Als Beispiel beträgt die HF-Leistung in der Prozeßkammer 100 Watt bei 13,56 MHz, und der Fernplasmagenerator wird mit 400 Watt bei 2450 MHZ betrieben. Die Gase sind Helium mit 1000 sccm, O&sub2; bei 100 sccm und SiH&sub4; bei 50 sccm. Der Druck kann 133 Pa (1 Torr) betragen, und die Temperatur kann 25ºC betragen. Das SiH&sub4; wird über den Ring 1304 in die Prozeßkammer eingeführt, und die übrigen Gase durchlaufen den Generator 1326. Eine Oberflächenbeschädigung kann durch Erhöhen des Drucks auf einen Wert von mehr als 133 Pa (1 Torr) reduziert werden. Die Temperatur kann innerhalb des Bereichs von 25 bis 400ºC liegen. Dieser Prozeß ergibt bessere Resultate wegen eines synergistischen Effekts zwischen dem Fernplasma und dem in-situ-Plasma. Diese Ergebnisse werden erhalten, obgleich sie nicht für die speziell angewendeten Bedingungen optimiert wurden, jedoch zeigen sie den synergistischen Vorteil der Kombination dieser zwei Effekte. Die Oberflächenbeschädigung wird minimiert, während die Ablagerungsgeschwindigkeit verbessert wird. Das Fernplasma und das in-situ-Plasma können getrennt gesteuert werden. Dieser Prozeß kann mit Silizium-, GaAs- und HgCdTe-Substraten benutzt werden.
Ein weiterer mit dem Prozeßmodul 1300 zweckmäßiger Prozeß dient der Ablagerung von Siliziumnitrid. Eine Gasmischung aus Helium, einem Gas aus der Gruppe aus N&sub2; und NH&sub3; und einem Gas aus einer Gruppe von SiH&sub4; oder SiH&sub2;Cl&sub2; wird mit dem Fernplasma und dem in-situ-Plasma zur Erzielung einer verbesserten Ablagerungsgeschwindigkeit gegenüber der Summe der Geschwindigkeiten bei getrennter Verwendung des in-situ-Plasmas und des Fernplasmas benutzt. Als Beispiel beträgt die HF-Leistung in der Prozeßkammer 100 Watt bei 13,56 MHz, und der Fernplasmagenerator wird mit 400 Watt bei 2450 MHZ betrieben. Die verwendeten Gase waren Helium mit 1000 sccm, ein Gas aus einer Gruppe von N&sub2; und NH&sub3; bei 100 sccm und ein Gas aus einer Gruppe aus SiH&sub4; oder SiH&sub2;Cl&sub2; bei 50 sccm. Der Druck kann 133 Pa (1 Torr) betragen, und die Temperatur kann 25ºC betragen. Das SiH&sub4; oder SiH&sub2;Cl&sub2; wird über den Ring 1304 in die Prozeßkammer eingeführt, und die übrigen Gase durchlaufen den Generator 1326. Eine Oberflächenbeschädigung kann durch Erhöhen des Drucks auf mehr als 133 Pa (1 Torr) reduziert werden. Die Temperatur kann im Bereich von 25 bis 400ºC liegen. Dieser Prozeß ergibt verbesserte Res-ultate wegen eines synergistischen Effekts zwischen dem Fernplasma und dem in-situ-Plasma. Diese Resultate werden erhalten, obwohl sie nicht für die speziell angewendeten Bedingungen optimiert worden sind, jedoch zeigen sie den synergistischen Vorteil beim Kombinieren dieser zwei Effekte. Die Oberflächenbeschädigung wird minimiert, während die Ablagerungsgeschwindigkeit verbessert wird. Das Fernplasma und das in-situ-Plasma können getrennt gesteuert werden. Dieser Prozeß kann mit Silizium-, GaAs- und HgCdTe-Substraten angewendet werden.
Ein weiterer mit dem Prozeßmodul 1300 brauchbarer Prozeß ist das Ätzen von GaAs. Eine Gasmischung aus Helium, CH&sub4; und einem Gas aus einer Gruppe aus CF&sub4; oder F&sub2; wird mit dem Fernplasma und dem in-situ-Plasma zur Erzielung einer verbesserten Ätzgeschwindigkeit gegenüber der Summe der Geschwindigkeiten bei getrennter Anwendung des in-situ-Plasmas und des Fernplasmas angewendet. Als Beispiel beträgt die HF-Leistung in der Prozeßkammer 100 Watt bei 13,56 MHz, und der Fernplasmagenerator wird mit 400 Watt bei 2450 MHZ betrieben. Die verwendeten Gase waren Helium bei 1000 sccm, CH&sub4; bei 250 sccm und CF&sub4; oder F&sub2; bei 100 sccm. Der Druck kann 133 Pa (1 Torr) betragen, und die Temperatur kann 25ºC betragen. Das CH&sub4; wird über den Ring 1304 in die Prozeßkammer eingeleitet, und die übrigen Gase durchlaufen den Generator 1326. Dieser Prozeß erbringt verbesserte Resultate wegen eines synergistischen Effekts zwischen dem Fernplasma und dem in-situ-Plasma. Diese Resultate wurden erhalten, obwohl sie nicht für die speziell angewendeten Bedingungen optimiert wurden, jedoch zeigen sie den synergistischen Vorteil des Kombinierens dieser zwei Effekte. Die Oberflächenbeschädigung wird minimiert, während die Ätzgeschwindigkeit verbessert wird. Das Fernplasma und das in-situ-Plasma können getrennt gesteuert werden. Die resultierende Ätzung ist besonders anisotrop. Der Grad der Aniostropie kann durch die relativen HF-Plasma- und Mikrowellenen-Energiewerte sowie des Drucks gesteuert werden.
Ein weiterer mit dem Prozeßmodul 1300 brauchbarer Prozeß ist das Ätzen von ZnS oder HgCdTe, das zumindest einen Teil einer Scheibe bildet. Eine Gasmischung aus einer Quelle aus atomarem Fluor gemischt mit einem inerten Träger wie Helium wird zur Erzeugung eines Fernplasmas benutzt. Ein in-situ-Plasma wird wenigstens aus den Produkten des Fernplasmas und einer alkylhaltigen Spezies erzeugt. Die zur Erzeugung des Fernplasmas und des in-situ-Plasmas verwendeten Leistungen werden zur Erzielung verbesserter Ätzgeschwindigkeiten getrennt gesteuert. Das Fernplasma und das in-situ-Plasma erzeugen eine Ätzgeschwindigkeit, die größer als die Summe der Ätzgeschwindigkeiten des in-situ-Plasmas und des Fernplasmas-bei getrennter Anwendung ist. Zur Erzeugung eines in-situ-Plasmas in Verbindung mit dem Fernplasma wird eine relativ niedrige HF-Leistung angewendet, damit ein teilweise isotropes Ätzen mit einer relativ hohen Ätzgeschwindigkeit erhalten wird. Da das Fernplasma und das in-situ-Plasma getrennt gesteuert werden können, können eine verbesserte Profilkontrolle und verbesserte Ätzselektivitäten erzielt werden. Ein in-situ- Descum-Vorgang kann vor dem Ätzen durchgeführt werden, und es kann eine Nachätzveraschung unter Verwendung eines Fernplasmas durchgeführt werden, das aus einer Sauerstoffquelle erzeugt wird. Der alkylhaltige Prozeß kann beispielsweise Methan, Äthan, Methylfluorid, Methylchlorid, Methyljodid oder Methylbromid sein. Die Quelle des atomaren Fluors kann beipielsweise Fluorid, CF&sub4;, SF&sub6;, NF&sub3;, C&sub2;F&sub6; oder eine andere gasförmige Fluorverbindung sein, die ihre Fluoratome in Anwesenheit eines Plasmas freigibt. Die verwendete Leistung kann beispielsweise 250 Watt oder weniger für HF und 400 Watt für MW sein. Die Strömungsgeschwindigkeiten können 100 sccm für CF&sub4;, 125 sccm für CH&sub4; und 1000 sccm für Helium sein. Der Druck kann beispielsweise 107 Pa (0,8 Torr) betragen. Die Oberflächenbeschädigung wird minimiert, während die Ätzgeschwindigkeit verbessert wird. Das Fernplasma und das in-situ-Plasma können getrennt gesteuert werden. Das resultierende Ätzen ist teilweise anisotrop. Der Grad der Anisotropie kann durch die relativen HF-Plasma- und Mikrowellen- Energiewerte ebenso wie der Druck gesteuert werden.
Ein weiterer mit dem Prozeßmodul 1300 zweckmäßiger Prozeß ist das Veraschen von Photoresist. Eine Gasmischung aus Sauerstoff und einem das Veraschen verstärkenden Gas, beispielsweise ein oder mehr Gase aus der Gruppe von CF&sub4;, CHF&sub3;, H&sub2;, H&sub2;O, HCl, HBr, Cl&sub2; und N&sub2;O, wird mit dem Fernplasma und dem in-situ-Plasma zur Erzeugung einer verbesserten Veraschungsgeschwindigkeit gegenüber der Summe der Geschwindigkeiten des in-situ-Plasmas und des Fernplasmas bei getrennter Anwendung benutzt. Beispielsweise beträgt die HF-Leistung in der Prozeßkammer 225 Watt bei 13,56 MHz, und der Fernplasmagenerator wird mit 400 Watt bei 2450 MHZ betrieben. Die verwendeten Gase waren CF&sub4; mit 43 sccm und Sauerstoff mit 996 sccm. Der Druck kann 84 Pa (0,63 Torr) betragen, und die Temperatur kann 25ºC betragen. Das gesamte Gas kann durch den Fernplasmagenerator 1326 strömen. Dieser Prozeß ergibt verbesserte Resultate wegen eines synergistischen Effekts zwischen dem Fernplasma und dem in-situ-Plasma. Diese Resultate werden erhalten, obwohl sie nicht für die speziell angewendeten Bedingungen optimiert worden sind, jedoch zeigen sie den synergistischen Vorteil der Kombination dieser zwei Effekte. Die Oberflächenbeschädigung wird minimiert, während die Veraschungsgeschwindigkeit verbessert wird. Das Fernplasma und das in-situ-Plasma können getrennt gesteuert werden. Das resultierende Veraschen ist teilweise anisotrop. Der Grad der Anisotropie kann durch die relativen HF-Plasma- und Mikrowellen-Leistungswerte ebenso wie der Druck gesteuert werden.
Ein weiterer mit dem Prozeßmodul 1300 zweckmäßiger Prozeß ist das Ätzen von Siliziumnitrid. Eine Fluor- und Helium-Quelle werden mit dem Fernplasma und dem in-situ-Plasma zur Erzeugung einer verbesserten Ätzgeschwindigkeit gegenüber der Summe der Geschwindigkeiten des in-situ-Plasmas und des Fernplasmas bei getrennter Anwendung benutzt. Als Beispiel beträgt die HF-Leistung in der Prozeßkammer 225 Watt bei 13,56 MHz, und der Fernplasmagenerator wird mit 400 Watt bei 2450 MHZ betrieben. Die verwendeten Gase waren eine Fluorgasquelle, beispielsweise CF&sub4; bei 200 sccm und Helium bei 1000 sccm. Andere Fluorquellen können F&sub2;, CHF&sub3;, C&sub2;F&sub6;, SF&sub6; oder F&sub3; einzeln oder in irgendeiner Kombination mit CF&sub4; sein. Der Druck kann 93 Pa (0,7 Torr) betragen, und die Temperatur kann 25ºC betragen. Dieser Prozeß ergibt verbesserte Resultate wegen eines synergistischen Effekts zwischen dem Fernplasma und dem in-situ-Plasma. Diese Ergebnisse wurden erhalten, obwohl sie nicht für die speziell angewendeten Bedingungen optimiert worden sind, jedoch zeigen sie den synergistischen Vorteil der Kombination dieser zwei Effekte. Die Oberflächenbeschädigung wird minimiert, während die Ätzrate verbessert wird. Das Fernplasma und das in-situ-Plasma können getrennt gesteuert werden. Das resultierende Ätzen ist teilweise anisotrop. Der Grad der Anisotropie kann durch die relativen HF-Plasma- und Mikrowellenen-Energiewerte sowie durch den Druck gesteuert werden.
Ein weiterer mit dem Prozeßmodul 1300 zweckmäßiger Prozeß ist das Ätzen von polykristallinem Silizium. Eine Fluor- und Heliumquelle wurden mit dem Fernplasma und mit dem in-situ- Plasma zur Erzeugung verbesserter Ätzgeschwindigkeiten angewendet, die zweimal der Summe der alleinigen Anwendung des Fernplasmas und des in-situ-Plasmas entsprach. Als Beispiel beträgt die HF-Leistung in der Prozeßkammer 225 Watt bei 13,56 MHz, und der Fernplasmagenerator wird mit 400 Watt bei 2450 MHZ betrieben. Die verwendeten Gase waren eine Fluorgasquelle, beispielsweise CF&sub4; bei 200 sccm und Helium bei 1000 sccm. Andere Fluorquellen können F&sub2;, CHF&sub3;, C&sub2;F&sub6;, SF&sub6; oder NF&sub3; allein oder in irgendeiner Kombination mit CF&sub4; sein. Der Druck kann 93 Pa (0,7 Torr) betragen, und die Temperatur kann 25ºC betragen. Dieser Prozeß ergibt verbesserte Resultate wegen eines synergistischen Effekts zwischen dem Fernplasma und dem in-situ-Plasma. Diese Resultate werden erhalten, obgleich sie nicht für die speziell angewendeten Bedingungen optimiert worden sind, jedoch zeigen sie den synergistischen Vorteil der Kombination dieser zwei Effekte. Die Oberflächenbeschädigung wird minimiert, während die Ätzrate verbessert wird. Das Fernplasma und das in-situ-Plasma können getrennt gesteuert werden. Das resultierende Ätzen von polykristallinem Silizium ist teilweise anisotrop. Der Grad der Anisotropie kann durch die relativen HF-Plasma- und Mikrowellen-Energiewerte sowie durch den Druck gesteuert werden.
Als weiterer Prozeß, bei dem ein Fernplasma und ein in-situ- Plasma angewendet werden, ist das Ätzen von mit Kupfer dotierten Aluminiumschichten. Der Prozeß wird beispielsweise im Modul 1300 oder im Modul 680 von Figur 24 ausgeführt. Eine Chlorquelle, die beispielsweise Cl&sub2;, CCl&sub4; oder SiCl&sub4; sein kann, und eine Kohlenwasserstoffquelle, beispielsweise CH&sub4; und BCl&sub3;, werden angewendet. Der Kohlenwasserstoff kann weggelassen werden, jedoch ergibt sich dabei ein Linienbreitenverlust. Als Beispiel kann die zwischen die Elektroden innerhalb der Prozeßkammer angelegte HF-Leistung etwa 250 Watt bei 13,5 MHz betragen. Der Fernplasmagenerator kann mit einer Leistung von 400 Watt bei einer Frequenz von 2450 MHZ betrieben werden. Der Druck innerhalb der Prozeßkammer, beispielsweise der Kammer 1306 (Figur 32) kann 20 Pa (0,15 Torr) betragen. Die Temperatur in der Prozeßkammer kann die Umgebungstemperatur von beispielsweise etwa 25ºC sein. Die verwendeten Gase können BCl&sub3; mit 80 sccm, Cl&sub2; (Chlor) mit 10 sccm und eine Kohlenwasserstoffquelle, beispielsweise CH&sub4; (Methan) bei 5 sccm sein. Diese Ergebnisse wurden erhalten, obgleich sie auf Ätzgeschwindigkeiten basieren, die nicht sehr hoch waren, da die Strömungen für die speziell angewendeten Bedingungen nicht optimiert waren, jedoch zeigten sie den synergistischen Vorteil der Kombination dieser zwei Effekte. Das Gas aus dem Gasverteiler 1302 und dem Rohr 1322 kann das gleiche oder verschieden sein, je nach Wunsch. Dieser Prozeß macht es möglich, daß auf den sich ergebenden geätzten Flächen reduzierte Rückstände, beispielsweise Kupferchlorid, vorhanden sind. Das Ätzen wird durch die Anwendung sowohl des Fernplasmas als auch des in-situ-Plasmas verstärkt. Dies erlaubt die Anwendung einer niedrigeren HF- Leistung, was die Oberflächenbeschädigung reduziert und die Geschlossenheit des Photoresists aufrechterhält. Der Druck sollte innerhalb eines Bereichs von weniger als geringfügig über 133 Pa (1 Torr) bis weniger als 133 Pa (1 Torr) liegen.
Ein weiterer zweckmäßiger Prozeß ist das Überätzen eines Wolfrainmaterials (einer Schicht) zur Erzielung einer Selektivität gegenüber Siliziumdioxid und der gewünschten Anisotropie. Eine Fluorquelle, die beispielsweise CF&sub4;, C&sub2;F&sub6;, HF, F&sub2;, NF&sub3; oder SF&sub6; sein kann, eine Kohlenwasserstoffquelle, beispielsweise CH&sub4;, und HBr werden angewendet. Der Kohlenwasserstoff und HBR können weggelassen werden, jedoch ergibt sich eine verbesserte Ätzung, wenn sie vorhanden sind. Der Kohlenwasserstoff führt eine Seitenwandpassivierung während des Ätzvorgangs durch, das den Linienbreitenverlust reduziert. Als Beipiel wird zunächst der Hauptteil der Wolframschicht abgeätzt, indem beispielsweise einer der hier beschriebenen Wolframätzprozesse angewendet wird. Nach diesem Schritt geht das Ätzen unter Verwendung des Fernplamas und des in-situ- Plasmas unter den anschließend als Beispiel angegebenen Bedingungen weiter. Die HF-Leitung beträgt 50 Watt in der Prozeßkammer bei einer geeigneten Frequenz, und der Fernplasmagenerator wird mit 400 Watt betrieben. Die Gase können eine Fluorgasquelle, beispielsweise SF&sub6; mit 40 sccm, eine Bromquelle, beipielsweise HBR mit 13 sccm, und eine Kohlenwasserstoffquelle, beispielsweise CH&sub4; (Methan) mit 5 sccm sein. Der Druck kann 17 Pa (0,13 Torr) betragen, und die Temperatur kann 25ºC betragen. Dieser Prozeß ergibt verbesserte Resultate wegen eines synergistischen Effekts zwischen dem Fernplasma und dem in-situ-Plasma, was eine verbesserte Selektivität gegenüber Siliziumdioxid und Photoresist ergibt. Das Ätzen wird auch dadurch verbessert, daß die Mikrowellen (MW)- und die Frequenz (HF)-Leistung während der Plasmaerzeugung getrennt eingestellt werden können. Der Druck sollte zwichen etwa 13 Pa (0,1 Torr) und etwa 666 Pa (5 Torr) liegen.
Es hat sich gezeigt, daß eine Kombination eines Kohlenwasserstoffs mit einer Bromquelle sehr mächtige passivierende chemische Parameter für Ätzvorgänge auf Fluorbasis ergibt. Beipielsweise wurde eine Ausführungsform gemäß folgendem erfolgreich vorgeführt: Die Ausgangsstruktur enthielt eine dünne Wolframschicht. Die Anfangsgasströme enthielten 50 sccm SF&sub6;, 5 sccm CH&sub4; und 15 sccm HBr bei einem Gesamtdruck von 33 Pa (250 mTorr) und einer angelegten HF-Leistung von 500 Watt. Nachdem die Freilegung des Musters begonnen hat, wurde eine zusätzliche Strömung mit 20 sccm WF6 hinzugefügt, wie unten noch ausgeführt wird. Die resultierende Struktur zeigte nahezu vertikale geätzte Seitenwände mit nur geringer Linienbreitenerosion und eine ausgezeichnete Selektivität gegenüber dem Resist.
Durch Erhöhen des Anteils von CH&sub4; und auch dem Anteil der Bromquelle kann eine noch robustere Passivierungswirkung erhalten werden. Es zeigte sich, daß die folgenden Bedingungen beispielsweise eine Linienbreitenerosion von Null ergaben: 40 sccm SF&sub6;, 15 sccm CF&sub4; und 25 sccm HBr bei einem Gesamtdruck von 63 Pa (470 mTorr) und einer angelegten HF-Leistung von 400 Watt. Die Anwendung eines relativ hohen Gesamtdrucks trägt zur Aufrechterhaltung der Gleichmäßigkeit bei.
Wenn die passivierende Ablagerung weiter vergrößert wird, kann ein negativer Ätzvorhalt erzielt werden. In einem Ausführungsbeispiel wurde eine dünne Wolframschicht unter Verwendung der folgenden Anfangsgasströme geätzt: 50 sccm SF&sub6;, 18 sccm CF&sub4; und 25 sccm HBr bei einem Gesamtdruck von 63 Pa (470 mTorr) und einer angelegten HF-Leistung von 400 Watt. Das verwendete Resistmuster hatte eine minimale Schrittweite von 2,7 um (Mikron), eine minimale Linienbreite von 1,7 um (Mikron) und einen minimalen Zwischenraum von 1 um (Mikron). Es zeigte sich, daß die Anwendung dieser chemischen Parameter letztendlich geätzte Zwischenräume von 0,6 bis 0,7 um (Mikron) ergaben. Somit sorgten diese chemischen Parameter für einen negativen Ätzvorhalt von etwa 0,15 - 0,2 um (Mikron). Als obere Grenze zeigten weitere Experimente, daß eine Vergrößerung der Methanströmung auf 21 sccm ohne Änderung der anderen Bedingungen das Ätzen vollständig zum Stillstand brachte, d.h., daß die Wolframätzrate auf Null zurückging.
Es wurde auch festgestellt, daß diese Klasse der passivierenden chemischen Parameter ein stark anisotropes Siliziumätzen ergab. Ein spezielles Ausführungsbeispiel, das erfolgreich experimentell vorgeführt wurde, machte von chemischen Ätzparametern wie folgt Gebrauch: Die Anfangsgasströme enthielten 50 sccm SF&sub6;, 5 sccm CH&sub4; und 15 sccm HBr bei einem Gesamtdruck von 33 Pa (250 mTorr) und einer angelegten HF-Leistung von 500 Watt.
Diese Bedingungen führten zu einem Ätzen mit einer Tiefe von 3 Mikron in Silizium in 25 Sekunden, und sie erzeugten eine angenähert vertikale Siliziumseitenwand, während sie eine ausgezeichnete Selektivität gegenüber dem Resist aufrechterhielten. Jedoch waren diese Ätzbedingungen nicht besonders selektiv gegenüber Oxid. Diese chemischen Ätzparameter sind jedoch äußerst nützlich für das Ätzen von Gräben. Die Vorteile von Gräben in Bauelementstrukturen sind seit langem erkannt, jedoch wurden sie üblicherweise durch NiederdruckÄtzbedingungen hergestellt, die langsam ablaufen und die Neigung zeigen, äußerst unerwünschte Ätzprodukte wie ein rückläufiges Krümmen, ein Nuten oder Vorsprünge am Boden des Grabens zu erzeugen. Es ist auch ein Vorteil, daß die Schwierigkeiten der Niederdruckbearbeitung vermieden werden.
Eine andere alternative Familie der chemischen Parameter zum Fluorätzen macht von einer Gasmischung Gebrauch, die eine Fluorquelle wie SF&sub6; und eine Bromquelle wie HBr sowie eine sehr schwache Sauerstoffquelle (beispielsweise Kohlenstoffmonoxid) enthält. Diese chemischen Parameter ergeben ein anisotropes Fluorätzen mit hoher Geschwindigkeit und guter Selektivität gegen Photoresist.
Ein Ausführungsbeispiel des erörterten Prozesses wurde wie folgt erfolgreich demonstriert: Die Ausgangsstruktur enthielt eine dünne Schicht aus Wolfram, die mit einer gemusterten Schicht aus einem entwickelten organischen Photoresist bedeckt war. Die Anfangsgasströme enthielten 25 sccm SF&sub6;, 25 sccm HBr und 40 sccm CO bei einem Gesamtdruck von 40 Pa (300 mTorr) und einer angelegten HF-Leistung von 175 Watt. Während der Überätzperiode wird zweckmäßgerweise ein zusätzlicher Strom mit 20 sccm WF&sub6; hinzugefügt. Die resultierende Struktur zeigte steil abfallende Seitenwände mit nur geringer Linienbreitenerosion und einer Selektivität gegenüber Photoresist von etwa 2 zu 1.
Diese chemischen Paraineter könnten modifiziert werden, indem für das Kohlenstoffmonoxid eine andere schwache Oxidquelle verwendet wird. Dies heißt, daß schwache Oxidquellen wie N&sub2;O oder CO&sub2; dafür verwendet werden könnten. Es wäre sogar möglich, einen Vorteil zu gewinnen, indem eine sehr kleine (weniger als 1 sccm) O&sub2;-Strömung anstelle von CO verwendet wird, jedoch sind sehr kleine Ströme schwierig reproduzierbar mit herkömmlichen Halbleiterherstellungsanlagen zu steuern.
Eine weitere alternative Familie chemischer Parameter zum Fluorätzen macht von einer Gasmischung Gebrauch, die eine Fluorquelle (wie SF&sub6;) und ein Fluorsilan (beispielsweise SiF&sub4;) und eine Bromquelle (wie HBR) und eine schwache Sauerstoffquelle wie Kohlenstoffmonoxid enthält. Diese chemischen Parameter ergeben ein anisotropes Fluorätzen mit hoher Geschwindigkeit bei guter Selektivität gegenüber Photoresist.
Ein Ausführungsbeispiel dieses Prozesses wurde wie folgt erfolgreich demonstriert: Die Ausgangsstruktur enthielt eine dünne Wolframschicht, die mit einer gemusterten und entwikkelten Schicht aus organischem Photoresistmaterial bedeckt war. Die Anfangsgasströme enthielten 25 sccm SiF&sub4;, 25 sccm SF&sub6;, 25 sccm HBr und 30 sccm CO bei einem Gesamtdruck von 47 Pa (350 mTorr) und einer angelegten HF-Leistung von 175 Watt. Während der Überätzperiode wurde ein zusätzlicher Strom mit 30 sccm WF&sub6; zu den anderen beschriebenen Strömen hinzugefügt, damit die Resisterosion vermieden wird. Die resultierende Struktur zeigte nahezu vertikale geätzte Seitenwände, eine nur geringe Linienbreitenerosion und eine Selektivität gegenüber Photoresist von etwa 3 zu 1.
Ein weiterer Prozeß, der sich für die Verwendung mit dem Prozeßmodul 1300 eignet, ist ein Siliziumnitridätzen bei niedrigem Druck. Dieser Ätzvorgang macht von einer Fernplasma-Gasmischung aus SF&sub6; mit 100 sccm und He mit 5000 sccm Gebrauch. Das Substrat hat eine Temperatur von 25ºC. Ein HF-Plasma wurde nicht erzeugt. Die Ätzgeschwindigkeit von Siliziumnitrid betrug 3,7 um (37 Å) pro Minute. Es wurde beobachtet, daß Siliziumdioxid nicht geätzt wurde. Eine zusätzliche Fluorquelle wie F&sub2;, CF&sub4; oder C&sub2;F&sub6; könnte verwendet werden. Diese zusätzlichen Quellen können die Selektivität des Ätzvorgangs gegenüber Siliziumoxid reduzieren. Die Ätzgeschwindigkeit kann durch die zusätzliche Verwendung eines in-situ-HF-Plasmas vergrößert werden. Dieser Prozeß ist auch für die Bearbeitung von GaAs und HgCdTe brauchbar.
Nachdem einer der oben beschriebenen Wolframätzvorgänge den größten Teil der Wolframschicht abgeätzt hat, kann in einem weiteren Prozeß der hier beschriebene Prozeß dazu benutzt werden, einen Ätzvorgang durchzuführen, der sowohl anisotrop abläuft und selektiv gegenüber Siliziumdioxid und Photoresist ist, indem sowohl ein Fernplasma als auch ein in-situ-Plasma angewendet werden. Die verwendete Gasmischung enthielt SF&sub6; bei 40 sccm, HBr bei 13 sccm und eine Kohlenwasserstoffquelle, beispielsweise CH&sub4; (Methan) bei 5 sccm. Der Druck betrug 17 Pa (0,13 Torr), und die Temperatur betrug 25ºC (Umgebung). Die HF- und die W-Leistung, die zur Erzeugung des in-situ- Plasmas und des Fernplasmas angewendet wurden, betrug 40 bzw. 400 Watt. Das in-situ-Plasma und das Fernplasma erzeugen einen synergistischen Effekt, der verbesserte Ätzcharakteristiken einschließlich der Selektivität und der Anisotropie ergibt. Dies umfaßt die getrennte Steuerung der Erzeugung des Fernplasmas und des in-situ-Plasmas.
In Figur 33 ist ein Scheibenträger 10 dargestellt, bei dem die Tür 14 offen ist. Der Übertragungsarm 28 ist dargestellt, wie er eine Scheibe 48 zwischen dem Träger 10 und einer Plattform 1500 überträgt. Der Arm 28 arbeitet so, wie iin Zusammenhang mit den Figuren 1, 3 und 4 erörtert wurde. Der Arm 28 befindet sich innerhalb einer Beschickungsschleusenkammer 1502, die der Kammer 12 gleicht. Die Plattform 1500 kann gelenkig gelagert sein, damit sie längs ihrer Bodenseite von einer vertikalen Position in die in Figur 33 dargestellte horizontale Position gedreht werden kann. Die Plattform würde innerhalb der Kammer 1502 eine Dichtung bilden. Dies würde gestatten, daß mit Hilfe einer Pumpe 1504 in der Kammer 1502 ein Vakuum erzeugt wird. Als Alternative kann eine Tür oder ein Trennschieber (nicht dargestellt) enthalten sein, damit eine verchließbare Öffnung durch die Kammer 1502 für die Erstreckung des Arms zur Plattform 1500 entsteht. Der Träger 10, der Scheiben im Vakuum enthält, wird in der Kammer 1502 angebracht. Die Kammer 1502 wird mittels der Pumpe 1504 auf das gewünschte Vakuum abgepumpt. Ein Teilchenzähler ähnlich dem Zähler 850 kann zur Überwachung der Teilchen innerhalb der Kammer 1502 verwendet werden. Die Tür 14 würde nicht geöffnet, bis die gewünschten Teilchenbedingungen erhalten sind, wie oben im Zusammenhang mit den verschiedenen Figuren einschließlich der Figuren 11 und 31 erläutert wurde. Falls erwünscht, kann ein Spülvorgang durchgeführt werden. Sobald das gewünschte Vakuum erreicht ist, wird die Tür 14 geöffnet. Die Kammer 1502 wird dann zum Umgebungsdruck entlüftet, indem ein Reinigungsgas, beispielsweise N&sub2; (Stickstoff), eingeleitet wird. Die Plattform, die Tür oder der Trennschieber werden geöffnet. Der Arm 28 kann in dem Träger 10 unter eine Scheibe 48 reichen. Der Arm wird zum Anheben der Scheibe geringfügig angehoben. Dies ist die in Figur 33 am weistesten links liegende Position. Der Arm wird durch die Öffnung 1510 in der Kammer 1502 nach außen bewegt. Die Scheibe 48 berührt an ihrem Umfang 49 drei Stifte 50 (von denen in Figur 33 nur zwei dargestellt sind). Die Scheibe ist mit ihrer Fläche 54 dargestellt, in und/oder auf der Bauelemente oder integrierte Schaltungen gebildet sind. In der am weitesten rechts liegenden Position in Figur 33 liegt der Arm gemäß der Darstellung über der Plattform 1500. Die Plattform 1500 hat drei Stifte (von denen in Figur 33 nur zwei dargetellt sind), die den Stiften 53 in den Figuren 1, 3 und 4 ähnlich sind. Der Arm wird ein wenig abgesenkt, um die Scheibe 58 auf die Stifte 1512 zu legen.
Die Scheibe kann dann mittels eines weiteren Transportmechanismus 1512 aufgenommen werden. Der Transportmechanismus 1512 kann ein weiterer Transportarm ähnlich dem Arm 28 oder ein geeigneter Mechanismus sein. Alle Scheiben können einzeln nacheinander zur Plattform 1500 transportiert werden. Im Alternativfall könnte eine Scheibe innerhalb eines nicht im Vakuum befindlichen Bearbeitungssystems (das nicht dargetellt ist) bearbeitet werden, nachdem sie vom Mechanismus 1520 dort hintransportiert worden ist, worauf sie zur Plattform 1500 zurückgeführt und dann in den Träger 10 bewegt wird. Die nächste Scheibe könnte dann zur Plattform 1500 aus dem Träger 10 transportiert werden. Falls es erwünscht ist, den Träger 10 zu schließen, ist es notwendig, die Plattform, die Tür oder den Trennschieber zu schließen. In der Kammer 1512 wird ein Vakuum erzeugt, und die Kammer wird unter Verwendung eines Gases, beispielsweise N&sub2;, erneut gespült. Der Teilchenzähler kann vom Computersteuersystem 206 überwacht werden, und die Tür 14 wird geschlossen, nachdem die gewünschten Bedingungen erfüllt sind. Das Computersystem 206 (Figur 10 und 31) sorgen für die notwendige Steuerung des Arms 28 und der Kammer 1502.
Die in Figur 34 dargestellte allgemeine Konfiguration gleicht der von Figur 33. Die Scheiben (beispielsweise die Scheibe 48) werden jedoch nicht auf eine Plattform gelegt, sondern in einem nicht unter Vakuum stehenden Träger 1540 mittels des Arms 28 angebracht. In dem Träger 1540 können ein oder mehrere Scheiben (oder alle) angebracht werden. Der Träger 1540 befindet sich auf einem Halter, der beispielsweise von der Kammer 1502 wegragt. Ein Transportmechanismus 1542, bei dem es sich um einen Roboterarm handeln kann, weist eine Hand 1544 und eine Klaue 1546 auf, die den Träger 1540 erfassen und zu der (nicht dargestellten) nicht unter Vakuum stehenden Bearbeitungsausrüstung bewegen kann, die beispielsweise für die Photglithographie vorgesehen sein kann. Der Träger 1540 kann außerdem von anderen Mitteln, beispielsweise manuell, bewegt und ersetzt werden. Die Abpumpfolge und der allgemeine Betrieb sind oben im Zusammenhang mit Figur 33 erläutert worden.
Die Übertragungsmechanismen gemäß den Figuren 35 und 36 gleichen allgemein denen der Figuren 33 bzw. 34. Es ist ein Scheibenträger 10 dargestellt, dessen Tür 14 offen ist. Eine dargestellte Plattform 1600 empfängt eine Scheibe 48 vom Arm 28. Der Arm 28 wirkt so, wie oben im Zusammenhang mit den Figuren 1, 3 und 4 erläutert wurde. Der Arm 28 befindet sich innerhalb einer Beschickungsschleusenkammer 1602, die der Kammer 12 gleicht (die in den Figuren 1, 3 und 4 dargestellt ist). Die Plattform 1600 gleicht der Plattform 1500 von Figur 33, und sie dreht sich längs ihrer Unterseite von der vertikalen Position in die in Figur 35 dargestellte horizontale Position. Die Plattform würde in der Kammer 1602 eine Dichtung bilden. Dies würde die Erzeugung eines Vakuums durch eine Pumpe 1604 in der Kammer 1602 ermöglichen. Alternativ kann eine Tür oder ein Trennschieber (nicht dargestellt) vorgesehen sein, damit eine abdichtbare Öffnung durch die Kammer 1602 für den Arm zum Erstrecken zur Plattform 1600 entsteht. Der Scheiben unter Vakuum enthaltende Träger 10 wird in die Kammer 1602 eingebracht. Die Kammer 1602 wird von der Pumpe 1604 auf das gewünschte Vakuum abgepumpt. Ein Teilchenzähler, der dem Zähler 850 gleicht, kann zur Überwachung der Teilchen innerhalb der Kammer 1602 benutzt werden. Die Tür 14 würde nicht geöffnet, bis die gewünschten Teilchenbedingungen erhalten sind, die hier im Zusammenhang mit den verschiedenen Figuren einschließlich der Figuren 11 und 31 erläutert wurden. Sobald das gewünschte Vakuum vorhanden ist, wird die Tür 14 geöffnet. Die Kammer 1602 kann durch Einleiten eines Reinigungsgases, beispielsweise N&sub2; (Stickstoff), gespült werden, wie oben im Zusammenhang mit der Kammer 12 und den Prozeß modulen erläutert wurde. Die Plattformtür oder der Trennschieber wird geöffnet. Der Arm 28 kann in den Träger 10 unter eine Scheibe 48 reichen. Der Arm wird zum Anheben der Scheibe geringfügig nach oben bewegt. Dies ist die in Figur 35 am weitesten links liegende Position. Der Arm wird durch die Öffnung 1610 in der Kammer 1603 nach außen bewegt. Die Scheibe ruht auf drei Stiften 50 (von denen in Figur 35 nur zwei dargestellt sind). In der in Figur 35 am weitesten rechts liegenden Position ist der Arm 28 über der Plattform 1600 dargestellt. Die Plattform 1600 weist drei Stifte 1612 (von denen in Figur 36 nur zwei dargestellt sind) ähnlich den Stiften 53 der Figuren 1, 3 und 4 auf. Der Arm wird zum Anbringen der Scheibe 48 auf den Stiften 1612 geringfügig abgesenkt.
Die Scheibe 48 kann dann von einem weiteren Transportmechanismus erfaßt werden, der innerhalb des Vakuumgehäuses 1621 angebracht ist. Dieses Gehäuse 1621 gleicht nicht den hier dargestellten standardisierten Modulen, die im Grunde alle die gleiche Form, den gleichen Übertragungsmechanismus und den gleichen Schließmechanismus aufweisen. Der Transportmechanismus kann ein weiterer, dem Arm 28 ähnlicher Transportarm oder ein anderer geeigneter Mechanismus sein. Alle Scheiben könnten nacheinander jeweils einzeln zur Plattform 1600 transportiert werden. Als Alernative könnte eine Scheibe in dem nicht standardisierten Bearbeitungsmodul (der mit Ausnahme der Kammer 1621 nicht dargestellt ist) unter Vakuum nach der Transportierung durch den Mechanismus bearbeitet werden, dann zur Plattform 16 zurückgeführt und in den Träger 10 gebracht werden. Die nächste Scheibe könnte dann zur Plattform 16 vom Träger 10 aus übertragen werden. Wenn es erwünscht ist, den Träger 10 zu schließen, müssen auch die Plattform, die Tür oder der Trennschieber geschlossen werden. In der Kammer 1602 wird ein Vakuum erzeugt, und die Kammer wird unter Verwendung eines Gases, beispielsweise N&sub2;, gespült. Ein Teilchenzähler kann vom Computersteuersystem 206 überwacht werden, und die Tür 14 wird geschlossen, nachdem die gewünschten Bedingungen eingetreten sind. Die Scheiben können durch den Arm 28 mit ihrer Fläche nach unten in der beschriebenen Art transportiert werden. Das Computersteuersystem 206 (Figur 10 und 31) würde die notwendige Steuerung für den Arm 28 und die Kammer 1602 bewirken.
Der in Figur 36 dargestellte allgemeine Aufbau gleicht dem von Figur 35. Die Scheiben, beispielsweise die Scheibe 48, werden jedoch nicht auf eine Plattform gelegt, sondern vom Arm 28 in einen nicht abdichtbaren Träger 1640 gebracht. Eine oder mehrere Scheiben (oder auch alle) können in den Träger 1640 eingebracht werden. Ein Transportmechanismus 1642 weist eine Hand 1644 und eine Klaue 1646 auf, mit deren Hilfe der Träger 1640 erfaßt und zur Bearbeitungsanlage bewegt werden kann, bei der es sich nicht um den hier dargestellten standardisierten Modul handelt. Der Träger 1640 kann auch mit Hilfe anderer Mittel, beispielsweise manuell, bewegt und ausgetauscht werden. Die Abpumpfolge und der allgemeine Betrieb wurden oben allgemein im Zusammenhang mit Figur 35 erläutert.
In Figur 37 ist ein Prozeßmodul 2000 dargestellt. Viele Bauteile des Prozeßmoduls 2000 gleichen den Bauteilen anderer oben erörterter Module. Der Träger 10 und die Kammer 12 arbeiten so, wie oben im Zusammenhang mit den Figuren 1, 3 und 4 erläutert wurde. Die Scheibe 48 befindet sich gemäß der Darstellung im Träger 10 in ihrer am weitesten links liegenden Position und beim Übergang innerhalb der Kammer 12 in ihrer mittleren Position. Die Art der Teilchenkontrolle, die oben im Zusammhang mit Figur 11 erläutert wurde, kann auch beim Modul 2000 und den anderen hier erläuterten Modulen angewendet werden. In ihrer am weitesten rechts liegenden Position befindet sich die Scheibe 48 in einer Prozeßkammer 2002. Ein Fernplasmagenerator 2010 erzeugt unter Verwendung von Mikrowellenenergie ein Fernplasma aus einer Gasmischung, die durch ein Rohr 2012 zugeführt wird. Die Zuleitung 250 führt das Fernplasma vom Generator 2010 der Kammer 2002 zu. Rohre 2020 und 2022 sind über einen Vakuumanschluß mit dem Ultraviolettraum 2024 bzw. mit der Kammer 2002 verbunden. Die Rohre 2020 und 2022 sind an Gasverteilerringe 2026 bzw. 2028 angeschlossen. Unterhalb der Kammer 2002 befindet sich ein Raum 2024. Eine Quarz-Prallwand 2030 trennt den Raum 2024 von der Kammer 2002. Die Zuleitung 250 weist mit der Quarz-Prallwand 2030 einen Gleitsitz auf. Die Quarz-Prallwand 2030 hat einen H-förmigen Querschnitt, wobei sich die Zuleitung 250 durch die Mitte der Querverbindung erstreckt. Der Ring 2026 befindet sich im Raum 2024, und der Ring 2028 befindet sich in der Kammer 2002.
Der Modul 2000 ist mit einer Pumpe 2040 und einem Ventil 2042 versehen. Die Quarz-Prallwand bildet einen Teil der Seiten und des Bodens der Kammer 2002. Die Quarz-Prallwand ist in Figur 37 in ihrer oberen oder geschlossenen Position dargestellt. Der Balg 2032 ermöglicht eine Vertikalbewegung der Quarz-Prallwand 2030. Über der Kammer 2002 ist ein Heizmodul 2050 angeordnet. Eine durchlässige Platte 2052 trennt den Heizmodul 2050 von der Kammer 2002. Die Wärme vom Heizmodul 2050 wird durch Strahlung durch die Platte 2052 hindurch zur Scheibe 48 gekoppelt. Die Platte 2052 bildet die Oberseite der Kammer 2002 in der in Figur 37 dargestellten geschlossenen Position. Die Scheibe 48 ist mit ihrer Fläche 54 nach unten gerichtet unmittelbar unterhalb der Platte 2052 angeordnet.
Der Heizmodul 2050 ist mit zwei Ringen 2060 und 2062 aus Heizelementen versehen. Der Ring 2060 liegt außerhalb des Rings 2062. Jeder Ring besteht aus mehreren Heizlampen, beispielsweise 24 im Ring 2060 und 12 im Ring 2062. Die Ringe können getrennt gesteuert werden. Ein Reflektor 2070 kann die Wärme von den Ringen 2060 und 2062 durch die Platte 2052 lenken. Der Heizmodul 2050 wird im Zusammenhang mit den Figuren 38, 39 und 40 genauer erläutert. Die Figuren 38, 39 und 40 zeigen Abwandlungen des Grund-Prozeßmoduls 2000, der in Figur 37 dargestellt ist. Die Erläuterung der Figuren 38, 39 und 40 wird daher hauptsächlich auf die Unterschiede zwischen den Figuren gerichtet.
Figur 38 zeigt den Prozeßmodul 2000 mit dem Heizmodul 2050 und zwei Lampen 2100 und 2102 aus dem Ring 2060 sowie zwei Lampen 2104 und 2106 aus dem Ring 2062. Der Reflektor 2070 ist ebenfalls in Figur 38 dargetellt. Die an die Lampen des Rings 2060 und des Rings 2062 angeschlossenen Energieversorgungen werden vom Computersteuersystem 206 getrennt gesteuert. Dies ermöglicht es, daß eine größere Vielfalt von Heizkonf igurationen bedarfsweise zur Verfügung steht. Zwischen den Ringen 2060 und 2062 und einem Abschnitt des Reflektors 2070 sowie der Platte 2052 befindet sich ein Heizraum 2110. Der Heizraum befindet sich über der Platte 2052, und er erstreckt sich seitlich darüber hinaus. Die Zuleitung 250 und die Ringe 2026 und 2028 sind so angeordnet, wie oben im Zusammenhang mit Figur 37 erläutert wurde. Die Quarz-Prallwand 2030 ist im Querschnitt dargestellt. Gemäß der Darstellung erstreckt sich eine vertikale Achse 2120 durch einen Mittelabschnitt des Moduls 2000. Die Zuleitung 250, die Prallwand 2030, die Ringe 2026 und 2028, die Platte 2052, der Reflektor 2070 und die Ringe 2060 und 2062 verlaufen konzentrisch um die Achse 2120. Die Prallwand 2030 und die Ringe 2026 und 2028 werden durch Bälge 2032 vertikal längs der Achse 2120 bewegt. Die Kammer 2002 ist in der geschlossenen Position dargestellt, wobei der Quarzzylinder 2210 an einem festen oberen Halter 2212 anliegt. Eine Dichtung 2214 der hier beschriebenen Art kann vorgesehen sein, um die notwendige Trennung zwischen der Kammer 2002 und dem Rest des Inneren des Moduls 2000 zu erreichen. Von der Pumpe 2040 (Figur 37) wird eine allgemein nach unten verlaufende Strömung aus der Kammer 2002 erzeugt.
Zwei Elektroden 2230 und 2232 bilden die vertikalen Wände des Raums 2024. Die Elektroden 2230 und 2232 sind konzentrisch zur Achse 2120 verlaufende Zylinder. Die Elektrode 2230 ist um die Elektrode 2232 herum angeordnet. Die Elektroden 2230 und 2232 liefern die notwendige Energie zum Anregen des in den Raum 2024 vom Ring 2036 eingeführten Gases, wie oben im Zusammenhang mit den anderen Prozeßmodulen erläutert wurde, die die Fähigkeit zur Erzeugung von Ultraviolettlicht haben. Die elektrische Kontaktierung der Elektroden 2230 und 2232 erfolgt über Leiter 2240 und 2242. Die zugeführte Energie würde von einer Energieversorgungsquelle kommen, die von dem Computersystem 206 gesteuert wird, wie oben erläutert wurde. Eine Fühlergruppe 2244 erstreckt sich längs der Innenwand der Prallwand 2030 nach oben über die Oberseite der Prallwand und horizontal in die Kammer 2002. Am horizontalen Abschnitt der Gruppe 2244 sind mehrere Temperaturfühler 2246 angeordnet (von denen in den Figuren 38, 39 und 40 drei dargestellt sind, obgleich sich die Anzahl ändern kann). Die Fühler 2246 liegen unmittelbar unterhalb der Fläche 54 der Scheibe 48 zum Messen der Temperatur in dem Bereich, in dem sie angeordnet sind. Eine Öffnung 2250 in der Platte 2052 erstreckt sich vom Umfang der Platte 2052 aus horizontal zur Mitte und dann nach unten zur unteren Fläche der Platte 2052. Die Öffnung 2250 wird unten noch genauer erläutert. Finger 2260 (von denen in Figur 38 nur einer der drei Finger dargestellt ist) halten die Scheibe 48 gegen die Platte 2052; sie gleichen den Finfern 53. Die Gruppe 2244 kann auch mit den anderen hier dargestellten Heizmodulen benutzt werden, beispielsweise mit denen, die in den Figuren 18 und 19 dargestellt sind.
Der Reflektor 2070 weist einen kegelstumpfförmigen Abschnitt mit einer abgeflachten Spitze 2272 auf, wobei sich eine kegelförmige Fläche 2274 von der flachen Spitze 2272 weg nach oben erstreckt. Die Mitte der flachen Spitze 2272 fällt mit der Achse 2120 zusammen. Die Oberflächen des Reflektors 2070 werden nun erörtert; es sei bemerkt, daß sie in Figur 38 im Querschnitt dargestellt sind. Eine weitere kegelförmige Fläche 2276 erstreckt sich von der Achse 2120 mit einem größeren Winkel als die Fläche 2274 und von der Achse 2120 weg. Von der Fläche 2276 erstreckt sich eine Fläche 2278 senkrecht zur Achse 2120 zu einer kegelförmigen Fläche 2280. Die Fläche 2280 verläuft von der Fläche 2278 weg nach unten und von der Achse 2120 nach außen zu einer horizontalen Fläche 2282. Die horizontale Fläche 2282 verläuft von der Fläche 2280 nach außen senkrecht zur Achse 2120 zu einer weiteren kegelförmigen Fläche 2284. Von der Fläche 2282 verläuft die Fläche 2284 nach unten und von der Achse 2120 aus nach außen. Der am weitesten außen liegende Teil der Fläche 2284 liegt etwa auf der gleichen Strecke längs der Achse 2102 wie die Spitze 2272. Die Flächen 2274 und 2276 treffen sich etwa an derselben Strecke längs der Achse 2120, an der die Fläche 2282 liegt. Die Spitze 2272 und die Flächen 2274, 2276, 2278, 2280, 2282 und 2284 bilden den oberen Abschnitt des Reflektors 2070. Die Spitze 2272 liegt im Abstand von der Platte 2052.
Der untere Teil des Reflektors 2070 weist eine zylindrische Fläche 2090 auf, die konzentrisch um die Achse 2120 verläuft. Das untere Ende der Fläche 2090 verläuft unterhalb der Scheibe 48 und ist von der Kammer 2002 durch einen ringförmigen Fuß 2292 der Platte 2052 getrennt, der sich jenseits der Scheibe 48 nach unten erstreckt. Der Fuß 2292 verläuft außerhalb des Umfangs der Scheibe 48 im Abstand von dieser. In anderen Worten heißt dies, daß der Fuß 2292 vom Hauptkörper der Platte 2052 aus nach unten über eine Strecke längs der Achse 2120 verläuft, die größer als die Scheibe 48 ist, wie in Figur 38 dargestellt ist. Von der Fläche 2290 aus weist der Reflektor 2070 eine konische Fläche 2300 auf, die sich nach oben und von der Achse 2120 weg erstreckt. Eine horizontale Fläche 2302 verläuft senkrecht zur Achse 2120 von ihrer Verbindung mit der Fläche 2300 nach außen. Die oberen und unteren Abschnitte des Reflektors sind nicht miteinander verbunden, obwohl sie jeweils eine kontinuierliche Fläche bilden. Die Fläche 2284 verläuft etwa um die gleiche Strecke längs der Achse 2120 wie die Fläche 2274 und die Heizelemente aus den Lampen 2100 und 2102. Die Fläche 2284 kann in einem solchen Winkel verlaufen, daß Wärme von den Lampen 2100 und 2102 etwa parallel zur Fläche 2300 und auf die Scheibe reflektiert wird, wobei eine größere Konzentration der Wärme gegen den an deren Umfang angrenzenden Bereich gelenkt wird. Die Heizelemente aus den Lampen 2104 und 2106 verlaufen etwa über die gleiche Strecke längs der Achse 2120 wie die Flächen 2276 und 2280. Die Flächen 2276 und 2280 reflektieren die Wärme von den Lampen 2104 und 2106 auf die Scheibe 48, wobei eine größere Konzentration der Wärme von den Lampen gegen den Mittelbereich der Scheibe gelenkt wird. Die Fläche 2300 kann in einem solchen Winkel verlaufen, daß die Wärme nach oben und gegen die Achse 2120 und auf die Fläche 2276 reflektiert wird. Die Fläche 2302 lenkt Wärme auch nach oben für eine Reflexion nach unten. Die Fläche 2290 lenkt zusätzliche Wärme in horizontaler Richtung gegen die Achse 2120 und auf den Rand. Allgemein lenken die Flächen und die Spitze des Reflektors 2070 Wärme durch den Raum 2110, damit der Scheibe 48 eine maximale Wärmemenge zugeführt wird. Der hier dargestellte spezielle Reflektor 2070 ist nur eine mögliche Ausführung eines Reflektors für den Heizmodul 2050. Da die Scheibe 48 an der Platte 2052 anliegt, ist die nach oben gerichtete Fläche der Scheibe 48 während Ablagerungsvorgängen geschützt.
Der Modul 2000 gemäß den Figuren 39 und 40 zusammen mit dem Heizmodul 2050 und dem Reflektor 2070 gleicht dem von Figur 38, so daß er hier nicht näher erläutert wird. Die Ringe 2026 und 2028, die Prallwand 2030, die Platte 2052, die Zuleitung 250 und im allgemeinen die gesamte Konstruktion des unteren Teils des Moduls 2000 sind etwa gleich, so daß hier nur Modifikationen beschrieben werden.
In Figur 39 liegt zwischen der Scheibe und der Platte 2052 eine Elektrode 2310. Die Platte 2052 ist leitend und kann beispielsweise aus Graphit oder Silizium hergestellt sein. Ein Leiter 2312 ist an der Elektrode 2310 in der Nähe ihres Randes befestigt. Finger 2260 bringen die Scheibe 48 mit der Elektrode 2310 in Kontakt, wenn die Kammer 2002 geschlossen wird, wie in Figur 39 dargestellt ist. Es sei bemerkt, daß die Finger 2260 eine Kerbe 2330 aufweisen, in denen die Scheibe liegen kann, wobei die oberen Enden der Finger an der Platte 2052 anliegen und die Scheibe gegen die Elektrode 2310 (oder gemäß der Darstellung von Figur 38 gegen die Platte 2054) gehalten wird. Es könnten jedoch auch die Stifte 53 der Figuren 1, 3 und 4 benutzt werden. Die Wärme vom Modul 2050 wird auf die Elektrode 2310 mit Ausnahme am Umfang der Scheibe 48 mittels einer Fläche 2290 gelenkt, die die Wärme gegen die Achse 2120 richtet. Die Sensoren 2246 haben die gleiche Funktion zur Erfassung der Temperatur der Scheibe an verschiedenen Stellen, beispielsweise angrenzend am Umfang, etwa beim halben Radius und angrenzend an die Mitte. Diese Anordnung ermöglicht die Anwendung eines in-situ-Plasmas. Die HF- Leistung würde dabei an die Elektrode 2310 und an einen zylindrischen kalter 11 angelegt. Dies würde das HF-verstärkte Plasma gemäß den obigen Ausführungen für die Anwendung bei den oben beschriebenen Prozessen und für die oben beschriebenen Kammerreinigungsvorgänge ermöglichen.
In Figur 40 haben die Finger 2260 eine tiefere Kerbe 2332 als die Kerbe 2330, die es ermöglicht, daß die Spitzen der Finger 2260 an der Platte 2310 anliegen, während die Scheibe 48 durch einen Zwischenraum 2234 im Abstand von der Platte 2310 verbleibt. Die Öffnung 2250 in der Platte 2052 liefert ein Spülgas, beispielsweise ein inertes Gas wie Helium und H&sub2;, zu der nach oben gerichteten Fläche der Scheibe 48, was das Bilden von Ablagerungen auf dieser Seite der Scheibe verhindert. Die Fühler 2246 haben dieselbe Funktion wie in den Figuren 38 und 39. Die Fläche 2290 des Reflektors 2070 erstreckt sich weit genug nach unten, um Wärme auf den Umfang der Scheibe 48 zu lenken. Die verschiedenen Modifikationen des Moduls 2000, die in den Figuren 37, 38, 39 und 40 dargestellt sind, zeigen die Flexibilität des grundlegenden Modulkonzepts mit der verbesserten Erwärmung am Umfang der Scheibe.
Wenn oben nichts anderes angegeben ist, können die für das HF-Plasma und das W-Plasma sowie für das Ultraviolettlicht angewendeten Leistungs- und Frequenzwerte in großem Umfang verändert werden, was auch für die anderen Prozeßparameter gilt. Der Ausdruck "niedriger Druck" bedeutet hier einen Druck, der geringer als der Umgebungsdruck ist.
Alle hier beschriebenen Prozeßmodule können mit einer oder mit mehreren Kammern 12 und Armen 28 gemäß den Figuren 1, 3, 4, 5A und 5B eingesetzt werden. Hier wurden zwar Beispiele mit Silizium, GaAs und HgCdTe veranschaulicht, jedoch können Scheiben aus anderen Materialien wie Germanium und dergleichen hergestellt werden. Die Scheiben können viele verschiedene Konfigurationen haben, beispielsweise aus einem Teil aus Kristallmaterial oder aus kleinen Kristallen auf einem größeren Substrat. Das gemäß der hier vorliegenden Beschreibung erzeugte Plasma enthält freie Radikale. Obwohl hier Scheiben wie die Scheibe 48 beschrieben wurden, können auch andere Arten flacher Werkstücke bei den hier erörterten Verfahren benutzt werden.
Das Ergebnis der Bearbeitung der Scheibe 48 können beispielsweise elektronische Baueinheiten, beispielsweise integrierte Schaltungen oder diskrete Halbleiterbauelemente, sein. Sobald die Bearbeitung beendet ist, werden die Scheiben in einzelne Bauelemente geteilt. Die Schaltungen und Bauelemente werden in Gehäuse eingeschlossen, beispielsweise wie in dem US- Patent 4 465 898 für Orcutt und andere vom 14. August 1984 und 3 439 238 für Birchler und andere am 15. April 1969 beschrieben ist, die hier durch Bezugnahme einbezogen werden. Diese Gehäuse werden dann bei der Herstellung gedruckter Schaltungsplatten angewendet. Die gedruckten Schaltungsplatten, die ohne die im Gehäuse eingebauten integrierten Schaltungen und Bauelemente ihre beabsichtigten Funktionen nicht ausführen können, sind die elektrischen Baugruppen in Computern, Photokopiergeräten, Druckern, Telekommunikationsgeräten, Rechnern und allen anderen elektronischen Geräten, die ein wesentlicher Bestandteil des Elektronik- und Informationszeitalters sind. Elektronische Geräte können somit ohne die Schaltungen und Bauelemente nicht arbeiten.
Die vorliegende Anmeldung beschreibt ein Bearbeitungssystem und mehrere Klassen von Prozeßstationen sowie mehrere Klassen von Bearbeitungsverfahren, die jeweils zahlreiche zusätzliche Merkmale aufweisen, die weitere Vorteile ergeben.
Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß die insitu-Erzeugung von Ultraviolettlicht einen relativ hohen Prozentsatz von Ultraviolett-Photonen ergibt, die zur Scheibenfläche hin erzeugt werden.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß Sicherheitsrisiken des Personals in bezug auf Ultraviolett-Verbrennungen stark reduziert werden.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie einen in-situ-Reinigungsschritt ermöglicht, bei dem organisches Material entfernt wird.
Es ist noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß die Wellenlänge unabhängig von der atmosphärischen Absorption gewählt werden kann, die Wellenlängen abschneidet, die kürzer als 250 nm sind.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Möglichkeit der Ultraviolettlicht-Erzeugung in wirtschaftlicher Weise hinzugefügt werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist besonders vorteilhaft, wenn gewünscht wird, kürzere Wellenlängen (höhere Frequenzen) für die Verwendung als Ultraviolettenergie zu verwenden, da deren Verwendung ein höheres Verhältnis der vom Plasma abgegebenen optischen Leistung zu der an das Plasma angelegten HF- Ansteuerung erhalten werden kann und daher das Zerstäuben der Elektrode reduziert werden kann, weil die Ionenenergie für einen gegebenenen Leistungswert niedriger ist.
Die optionale Verwendung einer durchlässigen Sperre zwischen dem das Ultraviolletlicht erzeugenden Plasma und der Scheibe in der vorliegenden Erfindung kann besonders vorteilhaft sein, weil von den Elektroden durch Zerstäubung abgetragenes Material daran gehindert wird, die Scheibe zu verunreinigen.
Es ist außerdem ein Vorteil, daß das System die Möglichkeit ergibt, die Leistungsfähigkeit mehrerer verschiedener Verarbeitungsschritte einschließlich der Trockenreinigung organischer Materialien, der in-situ-Entfernung nativer Oxide oder durch Ultraviolettlicht verstärkter Ablagerungen oder Aufwachsungen von Silicium (polykristallin oder epitaktisch), Metallen- Oxiden und anderer Dielektrika zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung ergibt vorteilhafterweise auch die Fähigkeit- die Verarbeitungskammer in kürzerer Zeit zu reinigen, als es sonst erforderlich wäre, so daß dadurch die Zykiuszeit für die Prozeßkammer verbessert und der Durchsatz erhöht wird.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Ultravioletterzeugung in situ eine relativ hohe Wirksamkeit ergibt, d.h. daß ein hoher Prozeßsatz der erzeugten Ultra violett-Photonen zur Halbleiterscheibenfläche gelangt.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß Sicherheitsgefährdungen des Personals gegenüber Ultraviolettverbrennungen stark reduziert sind.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie einen Reinigungsschritt in situ ermöglicht, mit dem organisches Material entfernt wird.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Wellenlänge unabhängig von der atmosphärischen Absorption ausgewählt werden kann, die Wellenlängen abschneidet, die kleiner als etwa 250 nm sind.
Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß eine Vorrichtung geschaffen wird, die die getrennte Steuerung von drei Energiequellen ermöglicht, beispielsweise zum schnellen Strahlungserhitzen, für ein Fernplasma und für ein in situ- Plasma.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Ultraviolettfähigkeit in wirtschaftlicher Weise hinzugefügt werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist besonders vorteilhaft, wenn für die Verwendung als Ultraviolettenergie kürzere Wellenlängen (höhe Frequenzen) gewünscht werden, da die Verwendung von Entladungen bei höheren Frequenzen einen verbesserten optischen Wirkungsgrad ergeben können, d.h. ein höheres Verhältnis der vom Plasma abgestrahlten optischen Energie zur HF- Ansteuerung, die an das Plasma angelegt wird, und weil dadurch das Zerstäuben der Elektrode reduziert wird, weil die Tonenenergie für einen gegebenen Energiepegel geringer ist.
Die optionale Verwendung einer transparenten Barriere zwischen dem zur Ultravioletterzeugung eingesetzten Plasma und der Halbleiterscheibe ist bei der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft, weil von den Elektroden durch Zerstäubung abgetragene Materialien daran gehindert werden, die Halbleiterscheibe zu verunreinigen.
Es ist auch ein Vorteil, daß das System die Fähigkeit zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit mehrerer verschiedener Prozeßschritte vorsieht, einschließlich einer Trockenreinigung organischer Materialien, einer in situ-Entfernung nativer Oxide und eines mit Ultraviolettlicht verstärkten Ablagerns oder Aufwachsens von Silizium (polykristallin oder epitaktisch), von Metallen, Oxiden oder anderen Dielektrika.
Die vorliegende Erfindung sieht in vorteilhafter Weise auch die Fähigkeit vor, die Kammer in einer kürzeren Zeit zu reinigen, als sie sonst benötigt werden könnte, so daß dadurch die Zyklus zeit der Prozeßkammer verbessert wird und ein erhöhter Durchsatz erhalten wird.

Claims

1. Vorrichtung zur Verarbeitung von Halbleiterscheiben unter Vakuum, enthaltend:

(a) eine erste Kammer (590);

(b) eine zweite Kammer (218) innerhalb der ersten Kammer (590) und einen in der zweiten Kammer (218) angebrachten Scheibenträger (214), der eine Halbleiterscheibe (48) tragen kann;

(c) erste Gasströmungsdurchführungen (212), die so angeordnet sind, daß sie der Halbleiterscheibe ein Gas zuführen;

(d) zweite Gasströmungsdurchführungen (230), die so angeordnet sind, daß sie ein Gas einer dritten Kammer (220) zuführen, die in der ersten Kammer (590) enthalten ist;

(e) eine Ultraviolettenergiequelle (224) unterhalb der Halbleiterscheibe und innerhalb der dritten Kammer (220) zum Beleuchten der nach unten gerichteten Fläche (54) der Halbleiterscheibe (48) mit Ultraviolettenergie;

(f) einem Vakuumerzeugungssystem in Strömungsverbindung mit der ersten Kammer (590);

wobei die zweite Kammer (218) und die dritte Kammer (220), die den ersten Gasströmungsdurchführungen (212) bzw. den zweiten Gasströmungsdurchführungen (230) zugeordnet sind, jeweils in Strömungsverbindung mit der ersten Kammer (590) stehen und bei den gleichen oder verschiedenen Drücken betreibbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Scheibenträger so ausgeführt ist, daß er die Halbleiterscheibe derart hält, daß eine Seite der Scheibe, auf der Schaltungselemente gebildet werden sollen, nach unten gerichtet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner enthaltend eine strahlungsenergiequelle, die strahlungsmäßig mit der Halb- leiterscheibe gekoppelt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, ferner enthaltend eine transparente Vakuumwand, die die Strahlungsenergiequelle von der Halbleiterscheibe trennt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner enthaltend:

(a) eine außerhalb der Vorrichtung angeordnete Gasversorgung;

(b) eine außerhalb der Vorrichtung angeordnete Mikrowellenenergiequelle;

(c) einen Mikrowellenhohlraum, der außerhalb der zweiten Kammer (218) angeordnet und mit dieser und mit der Gasversorgung sowie der Mikrowellenenergiequelle verbunden ist, wobei die von der Mikrowellenenergiequelle gelieferte Energie das Gas aus der Gasversorgung anregt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner enthaltend eine Elektrode zur Erzeugung eines Plasmas durch Anlegen von Energie an die Elektrode in der dritten Kammer.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner enthaltend ein dünnes Fenster, das im wesentlichen für Ultraviolettlicht durchlässig ist und die zweite Kammer von der dritten Kammer trennt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher das dünne Fenster der Ultraviolettenergiequelle aus Quarz besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das dünne Fenster der Ultraviolettenergiequelle aus Saphir besteht.

10. Verfahren zum Verarbeiten von Halbleiterscheiben, enthaltend die Schritte:

(a) Überführen einer Halbleiterscheibe (48) in eine zweite Kammer (218), die in einer ersten Kammer (590) enthalten ist;

(b) Einführen erster Prozeßgase durch erste Gasströmungsdurchführungen (212) in die zweite Kammer (218);

(c) Einführen zweiter Prozeßgase durch zweite Gasströmungsdurchführungen (230) in eine dritte Kammer (220), die in der ersten Kammer (590) enthalten ist;

(d) Beleuchten der nach unten gerichteten Fläche (54) der Halbleiterscheibe (48) mit Ultraviolettlicht, das durch ein in der dritten Kammer (220) erzeugtes Plasma erzeugt wird;

wobei die erste Kammer (590) mit einem Vakuumerzeugungssystem in Strömungsverbindung steht und die zweite Kammer (218) und die dritte Kammer (220), die den ersten Gasströmungsdurchführungen (212) bzw. den zweiten Gasströmungsdurchführungen (230) zugeordnet sind, jeweils mit der dritten Kammer (590) in Strömungsverbindung stehen und bei den gleichen oder verschiedenen Drücken betreibbar sind.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem die Halbleiterscheibe so gehalten wird, daß eine Seite, auf der Schaltungselemente gebildet werden sollen, nach unten gerichtet ist.