DE4403553A1

DE4403553A1 - Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Apparatur

Info

Publication number: DE4403553A1
Application number: DE4403553A
Authority: DE
Inventors: Sang Yun Lee; Roh Young Sung; Cheong Dai Lee; Dae Hee Kim
Original assignee: Hyundai Electronics Industries Co Ltd
Current assignee: SK Hynix Inc
Priority date: 1993-02-06
Filing date: 1994-02-04
Publication date: 1994-08-11
Anticipated expiration: 2014-02-05
Also published as: JPH06267902A; US5558736A; DE4403553C2; KR940020493A; KR960006958B1; JP3058549B2

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Elektronen-Zyklotron-Reso nanz-(ECR)-Apparatur, die bei Schritten des Ätzens und Niederschlagens bei der Herstellung einer hochintegrierten Halbleitervorrichtung verwendet wird, und insbesondere auf eine ECR-Apparatur, die in der Lage ist, einen cryoge nischen Kühleffekt zu erzielen.

Beschreibung des Stands der Technik

Im allgemeinen haben ECR-Ätzanlagen, die ein Plasma verwenden, eine Kon struktion zum Aufnehmen eines Subtrats (Wafer) in dem Herstellungsprozeß in Halbleitervorrichtungen, wobei Parameter, wie z. B. Temperatur und Radiofre quenz, die in einem Ätzschritt benötigt werden, derart gesteuert werden, daß der Wafer genau an den Ätzschritt angepaßt werden kann, und Ionen und Radi kale, die an praktischen Prozeßschritten teilnehmen, gleichförmig auftreffen, so daß sie mit den zu verarbeitenden gewünschten Zielobjekten reagieren. Eine derartige Konstruktion bringt wichtige Faktoren mit sich, welche die Überle genheit von Ätzanlagen bestimmen, und beeinträchtigt die Ergebnisse von Pro zeßschritten beachtlich. Insbesondere werden Parameter, welche die Ätzrate, Selektivität, Anisotropie und Gleichförmigkeit bestimmen, welche allesamt für die Charakteristiken für Ätzanlagen kennzeichnend sind, hauptsächlich durch eine Elektrode beeinträchtigt.

Die Elektrode ist ein Teil, die eine enge Beziehung mit dem Wagen des Wafers hat. Demgemäß sollte die Elektrode so entworfen sein, daß der Wafer auch hier sicher sitzt.

Prozesse zum Ätzen von Halbleiterelementen werden klassifiziert in einen Naßätzprozeß, wobei eine Säure verwendet wird, und einen Trockenätzprozeß wobei Plasma verwendet wird. Für die Herstellung von Gattern und Gräben mit Mikrostrukturen wird der Trockenätzprozeß verwendet, der eine hohe Anisotropie und eine Gleichförmigkeit der Ätzrate bereitstellt und ein selektives Ätzen erzielt. Als ein solcher Trockenätzprozeß sind ein ECR- Mikrowellenplasma-Ätzprozeß und ein Reaktiv-Ionen-Ätzprozeß (RIE-Prozeß) bekannt.

Das Erzielen eines stark anisotropischen Ätzens bei einer hohen Ätzrate be deutet, daß ein bei der Ätzrate und dem Seitenwandätzen vorhandener, sich widersprechender Zunahme-/Abnahmeeffekt eliminiert wird. Der RIE-Prozeß unter Verwendung von Radiofrequenzen ist so angepaßt, daß er ein anisotropes Ätzen erzielt, indem eine in den Ionen enthaltene gerichtete Energie verwendet wird. Wenn Ionen, die eine Energie eines bestimmten Pegels haben, auf ein Substrat (Wafer) auftreffen, kann ein kristalliner Defekt an einem auf dem Wafer gebildeten Film oder dem Wafer selbst auftreten. Wenn die Ionenenergie hoch ist, ist es im wesentlichen erforderlich, ein bestimmtes Gas mit den Ionen zu vermischen, so daß ein in dem Reaktiv-Ätzen auftretendes Hinterschneide phänomen verringert wird.

In dem RIE-Prozeß können jedoch eine ausreichend hohe Ätzrate und Selektivität nicht erzielt werden. Weiterhin benötigt der RIE-Prozeß eine zu sätzliche Gasinjektion zur Bildung eines Seitenwandschutzfilms. Dies führt dazu, daß der RIE-Prozeß die Probleme eines komplizierten Prozesses, eine er höhte Waferverunreinigung, eine verschlechterte elektrische Charakteristik einer letztendlich hergestellten Vorrichtung und eine verringerte Ausbeute hat.

Andererseits wurde der ECR-Mikrowellenplasma-Ätzprozeß entwickelt, um die Grenzen des oben erwähnten RIE-Prozesses zu überwinden. Der ECR-Mikro wellenplasma-Ätzprozeß erzeugt eine verringerte Verunreinigung und einen verringerten kristallinen Defekt, da er unter einem Druck ausgeführt wird, der niedriger ist als der in dem RIE-Prozeß verwendete.

Selbst in dem ECR-Mikrowellenplasma-Ätzprozeß ist es jedoch unmöglich, das Seitenwandätzen und das Substratätzen individuell zu steuern. Weiterhin tritt ein sich widersprechendes Zunahme-/Abnahmephänomen, welches man typischerweise im anisotroischen Ätzen und der Ätzselektivität vorfindet, sowohl beim dem RIE-Prozeß und dem ECR-Mikrowellenplasma-Ätzprozeß auf.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, die oben erwähnten Probleme, denen man im Stand der Technik begegnet, zu lösen und eine ECR-Apparatur bereit zustellen, die in der Lage ist, die Temperatur eines Wafers cryogenisch zu senken, wodurch ein sich widersprechendes Zunahme-/Abnahmephänomen eliminiert wird, das zwischen anisotropischem Ätzen und einer Ätzselektivität auftritt.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann diese Aufgabe gelöst werden, indem eine Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Apparatur bereitgestellt wird, welche aufweist:
ein Wafergestell zum Stützen eines Wafers derart, daß der Wafer behandelt werden kann, und welches Wärme von dem Wafer absorbiert, um den Wafer zu kühlen, wobei das Wafergestell mit einem Radiofrequenzanschluß verbunden ist und mit einer Einrichtung versehen ist zum Injizieren eines Wärmeübertra gungsgases in einen unterhalb des Wafers festgelegten Bereich, wodurch eine Temperatur des Wafers und eines Kühlrohrs zum Zuführen eines Kühlmittels verringert wird; eine Hebeeinrichtung zum vertikalen Heben des auf das Wafer gestell gelegten Wafers und Legen des Wafers auf das Wafergestell; Isolierele mente zum Isolieren einer Seitenoberfläche und einer unteren Oberfläche des Wafergestells, an das eine Radiofrequenz von dem Radiofrequenzanschluß an gelegt wird; eine Wärmeübertragungs-Gasröhre, die sich durch eines der Isolierelemente erstreckt, welches in Kontakt mit der unteren Oberfläche des Wafers ist, wobei die Wärmeübertragungs-Gasröhre angepaßt ist, um ein Wärmeübertragungsgas in einen unterhalb des Wafergestells festgelegten Bereich zu injizieren; ein Kühlrohr zum Führen eines Kühlmittels, welches im Inneren des Wafergestells zirkuliert, um das Wafergestell zu kühlen; und einen Vakuumkanal und eine Pumpleitung, die beide dazu dienen, ein Gas, welches mit dem Wafer reagiert hat, durch Pumpwirkung auszustoßen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Andere Aufgaben und Gesichtspunkte der Erfindung ergeben sich aus der fol genden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, in denen:

Fig. 1 eine Grundrißansicht einer ECR-Apparatur ist, die ein Wafergestell zeigt, das einen Teil der ECR-Apparatur darstellt.

Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A′ von Fig. 1 ist;

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht eines Teils von Fig. 2 ist;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B′ von Fig. 3 ist;

Fig. 5 eine Grundrißansicht des Wafergestells von Fig. 1 ist, wobei eine in dem Wafergestell bereitgestellte Kühlleitung gezeigt ist; und

Fig. 6a und 6b schematische Ansichten sind, die einen Betrieb der ECR-Appa ratur der vorliegenden Erfindung und einen durch den Betrieb erzielten Effekt erklären.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Eine ECR-Apparatur in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist mit Bezugnahme auf Fig. 1 bis Fig. 6 dargestellt.

Fig. 1 ist eine Grundrißansicht eines Wafergestells, das einen Teil der ECR- Apparatur darstellt. Obwohl das Wafergestell, das durch die Bezugsziffer 1 be nannt ist, die gleiche Form hat, wie diejenige herkömmlicher Wafergestelle, hat es eine von den herkömmlichen Wafergestellen unterschiedliche Konstruktion. Mit anderen Worten, das Wafergestell 1 hat eine Heliumleitung und eine Kühlmittelleitung, um ein anisotropes Ätzen und eine Gleichförmigkeit des Ätzens zu verbessern. Das Wafergestell 1 hat einen Heliumeinlaß 25, der mit der Heliumleitung verbunden ist, die, wie in Fig. 4 gezeigt, radial angeordnet ist. Mit dieser Konstruktion fließt Helium von dem Heliumeinlaß 25 entlang der unteren Oberfläche des Wafergestells 1 durch die Heliumleitung, wodurch ein Kühlen des Wafergestells 1 verursacht wird. Andererseits hat das Wafergestell 1 einen Kühlmitteleinlaß 33 und einen Kühlmittelauslaß 34, zwischen dem die Kühlmittelleitung angeschlossen ist, wie in Fig. 5 gezeigt. Wenn ein Kühlmit tel, wie z. B. Kühlwasser in die Kühlmittelleitung durch den Kühlmitteleinlaß 33 eingeführt wird und dann von der Kühlmittelleitung durch den Kühlmit telauslaß 34 herausbefördert wird, wird die durch heißes Plasma erhöhte Temperatur des Wafergestells 1 verringert. Mit anderen Worten, das Kühlmittel absorbiert Wärme, die von einem Wafer zu dem Wafergestell 1 über das in dem Wafergestell 1 zirkulierende Helium übertragen wird.

Die ECR-Apparatur weist einen Hebezapfen 6 auf, um einen aus einer Wafer zuführvorrichtung zugeführten Wafer auf das Wafergestell 1 zu legen, um den Wafer zu behandeln, und um den behandelten Wafer von dem Wafergestell 1 anzuheben, um den Wafer zu einer anderen Waferzuführvorrichtung mittels eines Waferarms zu bewegen. Die ECR-Apparatur weist weiterhin eine vier beinige Hebevorrichtung 4 auf zum vertikalen Bewegen von Klemmen 7, die so angepaßt sind, daß sie den Wafer bei einer gewünschten Position festhalten. Der Betrieb der Klemmen 7 und der vierbeinigen Hebevorrichtung 4 wird in Verbindung mit Fig. 2 im Detail beschreiben.

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A′ von Fig. 1. Die ECR- Apparatur hat in ihrem Inneren drei voneinander isolierte unterschiedliche Kammern. Mit anderen Worten, die Apparatur hat eine Heliumkammer A, die angepaßt ist, um einen Wärmeübertragungskontakt zwischen dem Wafer und dem Wafergestell, nämlich der Elektrode, zu erhöhen, eine Behandlungskam mer B, die angepaßt ist, eine Behandlung des Wafers durchzuführen, und eine Vakuumkammer C, die angepaßt ist, um eine Dämpfungsfunktion durchzufüh ren zum Eliminieren eines Taubildungsphänomens, das im Inneren der Apparatur aufgrund des cryogenischen Kühlmittels auftritt, welches unter Zwang in der Behandlungskammer B zirkuliert. Die Heliumkammer A ist der zwischen dem Wafer und dem Wafergestell 1 festgelegte und mit Helium gefüllte Raum. Die Heliumkammer A dient dazu, Wärme von dem Wafer zu dem Wafergestell 1 zu übertragen. Ein derartiger Betrieb der Heliumkammer A wird in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben.

Nun werden in den drei Kammern angeordnete Elemente der Apparatur be schrieben.

Wie oben erwähnt, weist die Apparatur das Wafergestell 1 auf zum Stützen eines Wafers darauf, so daß ein auf dem Wafer gebildeter gewisser Film einer Behandlung unterworfen werden kann, wie z. B. Ätz- und Niederschlagsprozes se unter Verwendung eines Plasmas. Ein Kühlmittelrohr 37 ist in dem Wafer gestell 1 angeordnet, um die in Fig. 4 gezeigte Kühlleitung bereitzustellen, so daß Kühlwasser in dem Wafergestell fließen kann. Ein Radiofrequenzanschluß ist mit dem Kühlmittelrohr 37 verbunden.

Der Hebezapfen 6 ist in einem zentralen Loch angeordnet, das in dem Wafer gestell 1 gebildet ist und angepaßt ist, um vertikal durch das zentrale Loch be wegt zu werden. Der Hebezapfen 6 dient als Sitz eines Wafers auf dem Wafer gestell 1 oder zum Anheben des Wafers in dem Sitz von dem Wafergestell 1, um eine glatte Bewegung des von einem Roboterarm 39 eines Waferzuführsystems zugeführten Wafers zu erzielen. Die Klemmen 7 sind an geordnet, um die periphere Kante des Wafers festzuklemmen, so daß der auf dem Wafergestell 1 sitzende Wafer in Position gehalten wird, ohne jegliche Bewegung seiner Behandlung. Wenn sich der Hebezapfen vertikal bewegt, be wegen sich die Klemmen 7 entsprechend. Die Klemmen 7 sind jedoch auf einem höheren Niveau als das des Hebezapfen 6, wenn der Hebezapfen 6 und die Klemmen 7 nach oben bewegt werden. Durch einen derartigen Niveauunter schied kann der einen Wafer zuführende Roboterarm 39 den Wafer durch einen Raum, der zwischen dem Hebearm 6 und den Klemmen 7 festgelegt ist, zu einer Position über dem Wafergestell 1 übertragen.

Eine Anordnung zum vertikalen Bewegen des Hebezapfens 6 und der Klemmen 7 wird nun beschrieben.

Eine vertikale Betätigungswelle 20 ist so angeordnet, um vertikal mit dem Hebezapfen 6 ausgerichtet zu werden. Unterhalb der Betätigungswelle 20 ist ein Doppeltakt-Luftzylinder 28 angeordnet. Mit dem Doppeltakt-Luftzylinder 28 ist das untere Ende der Betätigungswelle 20 verbunden. Wenn ein Wafer dem Wafergestell 1 zugeführt wird, wird der Luftzylinder 28 betätigt, um die Betätigungswelle 20 anzuheben, wodurch es dem Hebezapfen 6 gestattet wird, den Wafer aufzunehmen und den Wafer nach Vollendung der Behandlung ab zuheben, wodurch es dem Roboterarm 39 gestattet wird, den Wafer einer anderen Bearbeitungsstation zuzuführen. Die Klemmen 7 sind auch mit der vertikalen Betätigungswelle 20 verbunden. Um die Klemmen 7 mit der verti kalen Betätigungswelle 20 zu verbinden, ist eine vierbeinige Hebevorrichtung 4 bereitgestellt (durch eine gestrichelte Linie in Fig. 1 gezeigt), welche vier Beine hat, von denen jedes an einem Ende mit der vertikalen Betätigungswelle 20 verbunden ist und deren anderes Ende jeweils einer der Klemmen 7 ent spricht. Mit dieser Konstruktion bewegen sich die Klemmen 7 vertikal durch die vertikale Bewegung der vertikalen Betätigungswelle 20, um den Wafer fest zuklemmen und loszulösen.

Die vertikale Betätigungswelle 20 ist umgeben von Balgen 16, 17 und 23. Eine Stützplatte 31 zum Stützen der gesamten, dem Wafergestell 1 zugeordneten Konstruktion ist angeordnet, um den Mittelabschnitt der vertikalen Betäti gungswelle 20 zu durchqueren. An der Stützplatte 31 wird ein zylindrisches Stützelement 11 getragen, welches sich von der Stützplatte 31 nach oben er streckt. Im Inneren des zylindrischen Stützelements 11 ist ein Hebeblock 12 an geordnet, der einen Durchtritt hat, um es der vierbeinigen Hebevorrichtung 4 zu gestatten, sich vertikal zu bewegen, und Durchtritte zum Ausweiten einer Heliumröhre 24 und einer Kühlröhre 18. Ein zylindrisches Quarzelement 9 ist an der inneren Oberfläche des zylindrischen Stützelements 11 angeordnet.

Zum Bereitstellen einer glatten Bewegung der vertikalen Betätigungswelle 20 ist eine lineare Führungseinheit 19 mit einem T-förmigen Querschnitt unterhalb der Stützplatte 31 angeordnet. Die lineare Führungseinheit 19 ist mit der Stütztplatte 31 verbunden und mit einer Kugelbüchse 27 versehen. Führungsstangen 46 erstrecken sich nach unten von dem horizontalen Abschnitt der linearen Führungseinheit 19. An dem unteren Abschnitt der vertikalen Be tätigungswelle 20 ist ein Führungselement 36 fest montiert, welches sich durch die Führungsstangen 46 erstreckt. Das Führungselement 36 hat Führungslöcher, durch die sich die Führungsstangen 46 erstrecken. Eine Kompressionsspiral feder 22 ist zwischen dem horizontalen Abschnitt der linearen Führungseinheit 19 und dem Führungselement 36 angeordnet.

Die Kompressionspiralfeder 22 dient dazu, die angehobene vertikale Betä tigungswelle 20 nach unten zu bewegen, wenn die Behandlungskammer unter einem Vakuum gehalten wird, während Betätigungsluft von dem Luftzylinder 28 abgelassen wird. Der Luftzylinder 28 dient nur dazu, die vertikale Betäti gungswelle 20 anzuheben. Zwischen dem unteren Ende der vertikalen Betäti gungswelle 20 und dem Wellenende des Luftzylinders 28 ist eine Wellenab deckung 21 bereitgestellt zum Übertragen der Antriebsleistung von dem Luft zylinder 28 zu der vertikalen Betätigungswelle 28.

Der Balg 16 ist angeordnet, um ein Verbindungsgebiet zwischen der vertikalen Betätigungswelle 20 und dem Hebezapfen 6 zu umgeben. Der Balg 16 dient dazu, es zu verhindern, daß in die Heliumkammer A eingeführtes Helium durch das zentrale Loch des Wafergestells 1 entlang der vertikalen Betätigungswelle 20 austritt. Andererseits ist der Balg 17 so angeordnet, daß er einen Abschnitt der zwischen der vierbeinigen Hebevorrichtung 4 und der Stützplatte 31 ange ordneten vertikalen Betätigungswelle 20 umgibt.

Der Luftzylinder 28 ist bei einer gewünschten Position mittels einer unteren Vakuumaufrechterhaltungsplatte 26 befestigt, welche durch ein äußeres Ge häuse 32 gehalten wird. Der Balg 23 ist so angeordnet, daß er einen Abschnitt der vertikalen Betätigungswelle 20 umgibt, die zwischen der unteren Vakuumaufrechterhaltungsplatte 26 und der Stützplatte 31 angeordnet ist. An dem unteren Ende des äußeren Gehäuses 32 ist die untere Vakuumaufrechter haltungsplatte 26 fest montiert. Im Inneren des äußeren Gehäuses 32 wird die oben erwähnte Gesamtkonstruktion der ECR-Apparatur gehalten. Die Vakuum kammer C zur Verhinderung einer Taubildung ist zwischen der unteren Vakuumaufrechterhaltungsplatte 26 und der Stützplatte 31 im Inneren des äußeren Gehäuses 32 festgelegt.

Das Wafergestell 1 hat eine Verbindung mit der Heliumröhre 24 zum Injizieren von Heliumgas an der unteren Oberfläche des Wafers und eine Verbindung mit der Kühlmittelröhre 18, um das Kühlmittel in dem Wafergestell 1 zu führen. An den Verbindungen des Wafergestells 1 sind thermische Isolierelemente 13 und 29 bereitgestellt, um zu verhindern, daß Wärme von dem Wafer zu anderen Elementen durch die Verbindungen übertragen wird. Die Heliumröhre 24 und die Kühlmittelröhre 18 erstrecken sich nach unten durch das Wafergestell 1, die Stützplatte 31 und das äußere Gehäuse 32. Um Radiofrequenz an ein ge wünschtes Gebiet anzulegen, werden unerwünschte Gebiete durch elektrische Isolierelemente abgeschirmt. Eine derartige Abschirmkonstruktion wird nun be schrieben.

Da das Gebiet, an welches die Radiofrequenz anzulegen ist, das Wafergestell 1 ist, sind die Seitenoberfläche und die unter Oberfläche des Wafergestells 1 durch Isolierelemente in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ab geschirmt. Derartige Isolierelemente sind mit den Bezugsziffern 3, 5, 9, 15 und 29 bezeichnet.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird das Gas, das mit dem Wafer reagiert hat, durch den Vakuumkanal 14 und dann eine Pumpleitung 47 ausgestoßen. Somit ist es möglich, die Behandlung glatt durchzuführen.

Obwohl es nicht notwendig ist, daß die Vakuumkammer C durch ein thermi sches Isolierelement geschützt wird, da in der Vakuumkammer C kein Wärme übertragungsmedium anwesend ist, sind ihre Abschnitte, die mit der Heliumröhre 24, der Kühlmittelröhre 18 und dem äußeren Gehäuse 32, das die Behandlungskammer B hat, gegen Wärme durch Isolierelemente geschützt.

Nun wird eine Konstruktion zum Kühlen des Wafers beschrieben, und zwar in Verbindung mit Fig. 3 und Fig. 4, welche die obere Konstruktion der ECR- Apparatur veranschaulichen.

Eine kreisringförmige Rille ist an dem äußeren peripheren Abschnitt des Wafergestells 1 bereitgestellt. Ein O-Ring 10 ist in die Rille eingepaßt. Ein Wafer 45 liegt auf dem O-Ring 10. Das Wafergestell 1 hat eine Vielzahl verti kaler Durchführungslöcher 38, durch die Helium, das von der Heliumröhre 24 zu dem Wafergestell 1 über eine Röhrenbefestigung 8 eingeführt wird, die untere Oberfläche des Wafers 45 erreicht. Eine Vielzahl von Hahnelementen 40 ist an der äußeren Kante der kreisringförmigen Rille so angeordnet, daß sie verhindern, daß Helium nach außen durch die äußere Kante der kreisringförmi gen Rille austritt. Mit dieser Konstruktion erreicht das Helium nur die unter Oberfläche des Wafers 45 entlang an dem Wafergestell 1 geformter Rillen. Wie in Fig. 4 gezeigt, die eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A′ von Fig. 3 ist, wird das Helium, das in die Heliumleitung durch den Heliumeinlaß 25 eingeführt wird, in dem Wafergestell 1 radial ausgebreitet und dann der unteren Oberfläche des Wafers 45 durch die vertikalen Durchführungslöcher 38 zuge führt. Der O-Ring 10 dient dazu, ein Austreten des Heliumgases in die Behand lungskammer so weit wie möglich zu verringern. Die kreisringförmige Rille des Wafergestells 1 hat eine Trapezoidform, um zu verhindern, daß der O-Ring von der kreisringförmigen Rille aufgrund eines Schrumpfens des cryogenisch be handelten Wafers getrennt wird. Wie in Fig. 4 gezeigt, wird das Helium in das Wafergestell 1 durch die Röhrenbefestigung 8 eingeführt und dann in dem Wafergestell 1 zirkuliert. In den Zeichnungen ist kein Kühlmittelauslaß gezeigt.

Fig. 5 zeigt eine Kühlmittelleitung, entlang der das durch die Kühlmittelröhre 18 bereitgestellte Kühlmittel zirkuliert wird, den Heliumeinlaß 25 und einen Radiofrequenzanschluß 25.

Nun wird der Betrieb der ECR-Apparatur mit der oben erwähnten Konstruktion beschrieben.

Wenn ein Wafer einer Position zugeführt wird, wo der Wafer oberhalb des Wafergestells 1 angeordnet ist, wird die vertikale Betätigungswelle 20 vertikal bewegt durch Betreiben des Luftzylinders 28 mit einem Doppeltakt, bzw. einem Doppelhub, nämlich einen primären Hub von 25 mm und einem sekundären Hub von 10 mm. Durch die vertikale Bewegung der vertikalen Betätigungswelle 20 werden die vierbeinige Hebevorrichtung 4 und das zylindrische Quarzele ment 9 vertikal bewegt. Entsprechend wird eine vertikale Antriebskraft zu den Klemmen 7 übertragen, wodurch eine vertikale Bewegung der Klemmen 7 ver ursacht wird.

Bevor der Wafer in die ECR-Apparatur durch die Waferzuführvorrichtung ein geführt wird, bewegt sich die vertikale Betätigungswelle 20 nach oben um eine dem Primärhub des Luftzylinders 28 entsprechende Länge (ungefähr 25 mm), wodurch ein Durchtritt zur Aufnahme des Wafers gebildet wird.

Nach Beendigung des obigen Betriebs wird der Wafer durch die Waferzuführ vorrichtung in der Behandlungskammer horizontal und zentral gehalten. Zu diesem Zeitpunkt bewirkt der Sekundärhub des Luftzylinders 28, daß der Hebe zapfen 6 in dem zentralen Loch des zu hebenden Wafergestells 1 positioniert wird. Hieraus folgt, daß der Hebezapfen 6 den Wafer von der Waferzuführvor richtung empfängt.

Somit kann der von einer externen Quelle zugeführte Wafer in einen Sitz an dem in der Behandlungskammer 1 angeordneten Wafergestell 1 gebracht werden. Nach Vollendung der Behandlung wird der Wafer aus der Behand lungskammer auf eine zu der oben beschriebenen Art umgekehrte Art herausge nommen.

Im Inneren des Wafergestells 1, auf das der Wafer gelegt wird, wird ein Kühlmittel von -90°C wiederholt durch die Kühlmittelröhre 18 zwangszirku liert, wodurch innerhalb einiger Minuten die Temperatur des bei Raumtempera tur zugeführten Wafers auf die gleiche Temperatur verringert wird, wie diejenige des Kühlmittels.

Da ein Wärmeübertragungseffekt zwischen dem Wafer und dem Wafergestell 1 kaum erzeugt wird, wenn die Behandlungskammer in einem Vakuumzustand gehalten wird, wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ein kleiner Raum zwischen dem Wafergestell 1 und dem Wafer bereitgestellt. In dem kleinen Raum wird Helium eingefüllt, welches eine überlegene Wärme übertragungscharakteristik hat (siehe Tabelle 1), so daß eine Wärmezirkulation gefördert wird. Das Helium wird über dem Wafergestell 1 gleichförmig verteilt durch die Heliumleitung mit Leitungsabschnitten, die sich von der Heliumröhre 24 entlang des Wafergestells 1 radial erstrecken. Demgemäß wird das Helium in dem zwischen dem Wafergestell 1 und dem Wafer festgelegten kleinen Raum diffundiert.

Ein isolierter Raum ist an dem unteren Abschnitt der ECR-Apparatur festgelegt, in welcher ein Vakuum aufrechterhalten wird zur Vermeidung eines Taubildungsphänomens, daß nämlich durch in der Luft enthaltene Feuchtigkeit Tau gebildet wird aufgrund einer durch das cryogenische Kühlmittel verur sachten Abnahme der Umgebungstemperatur.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein SP-Polyimidharz verwendet, welches einen hohen thermischen Isoliereffekt aufweist, um zu verhindern, daß die Kühlleitung mit anderen Metallelementen in Kontakt kommt, wodurch ein Wärmeverlust minimiert wird, der in Gebieten erzeugt wird, wo das in die Vakuumkammer C eintretende Kühlmittel mit den Metall elementen in Kontakt kommt. In Tabelle 1 sind Wärmeübertragungskoeffizien ten verschiedener Medien angezeigt.

Tabelle 1

Wärmeübertragungskoeffizienten verschiedener Medien k (W/m°C

Folglich kann die ECR-Apparatur der vorliegenden Erfindung eine höhere Elektronendichte erzielen als diejenige der herkömmlichen RIE-Anlagen, und zwar um ungefähr 100mal so viel bei einem niedrigen Gasdruck, der 1/100 des in den herkömmlichen RIE-Anlagen verwendeten Gasdrucks entspricht. Als ein Ergebnis kann eine erwünschte Ätzrate erzielt werden, selbst wenn eine an die Substrate angelegte Vorspannung um einige 10 Volt verringert wird.

In der ECR-Apparatur der vorliegenden Erfindung kann entsprechend die Elek trode, auf die ein Wafer gelegt wird, auf einer cryogenischen Temperatur von z. B. -90°C gehalten werden, wodurch es ermöglicht wird, die Aktivität von Radikalen zu minimieren. Als ein Ergebnis wird eine Verbesserung der Anisotropie erzielt. Es ist auch möglich, die Aktivität von Ionen mit einer Richtwirkung zu maximieren. Diese Effekte werden im Detail beschrieben.

Beim Ätzen unter Verwendung von Ionen und Radikalen können die Radikale wegen ihrer Nichtpolaritätscharakteristik nicht extern gesteuert werden, selbst wenn sich die Ionen mit einer Richtwirkung wegen ihrer Polaritätscharakteristik bewegen. Um ein Ätzen einer vertikalen Wand eines Wafers aufgrund der Radikale zu verhindern, wird die Aktivität der Radikale verringert, indem man die Temperatur der Radikale auf die cryogenische Temperatur in Übereinstim mung mit der vorliegenden Erfindung absenkt. Dank einer derartigen Verringe rung der Aktivität von Radikalen ist es möglich, eine befriedigende vertikale Wand und eine befriedigende Ätzrate zu erzielen.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist ein Bereich auf den Wafer begrenzt, so daß man aktive Keime einschließlich Ionen und Elektronen gleichförmig auf den Wafer auftreffen lassen kann, wie in Fig. 6a gezeigt. Somit entsteht nicht das Problem einer Plasmainstabilität.

Dies ermöglicht eine ideales Trockenätzen, das für die Herstellung von Halb leitervorrichtungen mit einem integrierten Mikromuster einer nächsten Gene ration vom 16M-Grad und 64M-Grad oder darüber benötigt wird.

Durch eine radioaktive Bewegungseigenschaft von Radikalen ist eine Seiten bandherstellung von integrierten Mikromustern der nächsten Generation in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung möglich. Es ist auch möglich, einander widersprechende Zunahme-/Abnahmephänomene zu eliminieren, die zwischen der Ätzrate und der Anisotropie sowie zwischen der Ätzrate und der Gleichförmigkeit bei allgemeinen Ätzanlagen auftreten. Dies erzielt nicht nur eine gewünschte vertikale Ätzung, sondern auch eine schnelle Ätzrate. Demzu folge ist es möglich, Faktoren zu eliminieren, die eine Komplexität in dem Prozeß verursachen, und zwar unter Verwendung einer herkömmlichen Dreifachschicht P/R (TLR) oder Mehrfachschicht P/R (MTR), und die Aus beute und die Produktivität herabsetzen.

Obwohl die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung zu Darstellungs zwecken offenbart wurden, wird es dem Fachmann einleuchten, daß ver schiedene Abwandlungen, Hinzufügungen und Austauschungen möglich sind, ohne daß man vom Umfang und Sinngehalt der Erfindung abweicht, wie sie in den begleitenden Ansprüchen offenbart ist.

Claims

1. Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Apparatur, welche aufweist:
ein Wafergestell (1) zum Stützen eines Wafers derart, daß der Wafer behandelt werden kann, und zum Absorbieren von Wärme von dem Wafer, um den Wafer zu kühlen, wobei das Wafergestell (1) mit einem Radiofrequenzanschluß (35) verbunden ist und mit Einrichtungen zum Injizieren eines Wärmeübertragungs gases in einen unterhalb des Wafers festgelegten Bereich versehen ist, wodurch eine Temperatur des Wafers und eines Kühlmittelrohrs zum Zuführen eines Kühlmittels abgesenkt wird;
eine Hebeeinrichtung (4, 6, 20) zum vertikalen Anheben des auf dem Waferge stell (1) liegenden Wafers und um den Wafer auf das Wafergestell (1) zu legen;
Isolierelemente (13, 29) zum Isolieren einer Seitenoberfläche und einer unteren Oberfläche des Wafergestells (1), an das eine Radiofrequenz von dem Radio frequenzanschluß (35) angelegt wird;
eine Wärmeübertragungsgasröhre (24), die sich durch eines der Isolierelemente erstreckt, das mit der unteren Oberfläche des Wafers (45) im Kontakt ist, wobei die Wärmeübertragungsgasröhre (24) ausgelegt ist, um ein Wärmeübertra gungsgas in einen unterhalb des Wafergestells (1) festgelegten Bereich zu injizieren;
eine Kühlmittelröhre (18) zum Führen eines Kühlmittels, welches im Inneren des Wafergestells (1) zirkuliert, um das Wafergestell (1) zu kühlen;
einen Vakuumkanal und eine Pumpleitung (47) jeweils zum Ausstoßen eines Gases, das mit dem Wafer reagiert hat, durch eine Pumpwirkung.

2. Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Apparatur, nach Anspruch 1, wobei die Hebeeinrichtung aufweist:
einen Doppeltaktzylinder zum Erzeugen einer vertikalen Antriebskraft;
einen Hebezapfen (6), der sich vertikal durch das Wafergestell (1) erstreckt, um vertikal bewegt zu werden, wobei die Hebeeinrichtung (4, 6, 20) ausgelegt ist, um den auf dem Wafergestell (1) liegenden Wafer vertikal anzuheben und den Wafer auf das Wafergestell (1) zu legen;
eine vertikale Betätigungswelle (20), die mit dem Zylinder (28) operativ ver bunden ist und ausgelegt ist, um die vertikale Antriebskraft des Zylinders (28) auf den Hebezapfen (6) zu übertragen, wobei die vertikale Betätigungswelle (20) durch die vertikale Antriebskraft von dem Zylinder (28) bewegt wird;
eine Hebevorrichtung (4), die fest an die vertikale Betätigungswelle (20) mon tiert ist, um durch die vertikale Bewegung der vertikalen Betätigungswelle (20) vertikal bewegt zu werden, wobei die Hebevorrichtung (4) zumindest ein Bein hat;
zumindest eine Klemme (7), die fest an ein freies Ende des Beins der Hebevor richtung (4) montiert ist und ausgelegt ist und eine periphere Kante des Wafers so festzuklemmen, daß der Wafer fortwährend ohne jegliche Bewegung in Position gehalten wird, während der Wafer behandelt wird;
eine Stütztplatte (31), die so angeordnet ist, daß sie einen Abschnitt der verti kalen Betätigungswelle (20) durchquert, die unterhalb der Hebevorrichtung (4) angeordnet ist und ausgelegt ist, das Wafergestell (1) zu stützen;
eine lineare Führungseinheit (19), die ausgelegt ist, um die vertikale Bewegung der vertikalen Betätigungswelle (20) zu führen, wobei die lineare Führungsein heit (19) mit der Stützplatte (31) einstückig ist und eine T-Form einschließlich einem horizontalen Abschnitt und einem vertikalen Abschnitt hat;
zumindest eine sich von der linearen Führungseinheit (19) nach unten er streckende Führungsstange (46);
ein Führungselement (36), das fest an der vertikalen Betätigungswelle (20) unterhalb der linearen Führungseinheit (19) montiert ist, um die Führungs stange (46) zu durchqueren, wobei das Führungselement (36) ein Führungsloch hat, durch das sich die Führungsstange (46) erstreckt; und
eine zwischen dem horizontalen Abschnitt der linearen Führungseinheit (19) und dem Führungselement (36) angeordnete Feder (22), die ausgelegt ist, um die vertikale Betätigungswelle (20) nach unten zu bewegen.

3. Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Apparatur nach Anspruch 2, wobei die vertikale Betätigungswelle (20) umgeben ist von Balgen, die ausgelegt sind, um ein Austreten des Kühlmittels entlang der vertikalen Betätigungswelle (20) zu verhindern.

4. Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Apparatur nach Anspruch 1, wobei das Wafergestell (1) eine Gasleitung hat zum Führen des Wärmeübertragungsgases und eine Vielzahl mit der Gasleitung kommunizierenden Durchgangslöchern (38), die ausgelegt sind, das Wärmeübertragungsgas von der Gasleitung zu einem unterhalb des Wafers festgelegten Bereich zu führen.

5. Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Apparatur nach Anspruch 1, welche weiter hin einen O-Ring (10) aufweist, der auf dem Wafergestell (1) angeordnet ist und ausgelegt ist, um den Wafer zu halten, so daß ein Kontakt zwischen dem Wafergestell (1) und dem Wafer minimiert wird und es verhindert wird, daß Wärmeübertragungsgas aus einer Behandlungskammer austritt, die zwischen einer oberen Oberfläche des Wafergestells (1) und einer unteren Oberfläche des Wafers (45) festgelegt ist.

6. Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Apparatur nach Anspruch 1, die weiterhin thermische Isolierelemente aufweist, welche die Wärmeübertragungsgasröhre (24) umgeben, außer in einem Abschnitt der Wärmeübertragungsgasröhre (24) in Kontakt mit dem Wafergestell (1).

7. Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Apparatur nach Anspruch 1, welche weiter hin Vakuumeinrichtungen aufweist, um das Innere der Apparatur, in der sich die Wärmeübertragungsgasröhre (24) und die Kühlmittelröhre (18) erstrecken, in einem Vakuumzustand zu halten und dadurch ein Taubildungs-Phänomen zu verhindern, das durch die Wärmeübertragungsgasröhre (24) und die Kühlmittel röhre (18) verursacht wird.

8. Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Apparatur nach Anspruch 2, welche weiter hin eine Wellenabdeckung (21) aufweist, die in einem Verbindungsgebiet zwischen der vertikalen Betätigungswelle (20) und dem Zylinder (28) bereitge stellt ist.

9. Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Apparatur nach Anspruch 2, wobei die lineare Führungseinheit (19) eine Kugelbüchse (27) hat, die ausgelegt ist, um die vertikale Bewegung der vertikalen Betätigungswelle (20) genau zu führen.

10. Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Apparatur nach Anspruch 4, wobei die Gasleitung eine Vielzahl von sich radial erstreckenden Leitungsabschnitten hat, die in dem Wafergestell (1) gebildet sind und mit den Durchgangslöchern (38) kommunizieren.

11. Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Apparatur nach Anspruch 5, wobei das Wafergestell (1) eine trapezoidförmige kreisringförmige Rille zur Aufnahme des O-Rings (10) hat.