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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Plasmaverarbeitungskammer
zum Ätzen
eines Substrats.
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Beschreibung des Standes der
Technik
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Bei
der Herstellung von halbleiterbasierten Vorrichtungen, z. B. integrierten
Schaltkreisen oder Flachanzeigen, können Materialschichten auf
einem Substrat abwechselnd abgelagert und von diesem geätzt werden.
Es ist im Stand der Technik wohl bekannt, dass das Ätzen der
abgelagerten Schichten durch verschiedene Techniken, zu denen das
plasmagestützte Ätzen gehört, ausgeführt werden
kann. Beim plasmagestützten Ätzen erfolgt
das eigentliche Ätzen
in einer Plasmaverarbeitungskammer eines Plasmaverarbeitungssystems.
Um das gewünschte Muster
auf der Substratoberfläche
zu bilden, wird typischerweise eine geeignete Maske (z. B. eine
Photoresistmaske) bereitgestellt. Anschließend wird ein Plasma aus einem
geeigneten Ätzmittel-Ausgangsgas
oder einer Mischung von Gasen gebildet und verwendet, um Bereiche
zu ätzen,
die nicht durch die Maske geschützt
sind, wodurch das gewünschte Muster
zurückbleibt.
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Um
die Erläuterung
zu erleichtern, zeigt 1A eine vereinfachte Plasmaverarbeitungsvorrichtung 100,
die für
eine Herstellung von halbleiterbasierten Vorrichtungen geeignet
ist. Die vereinfachte Plasmaverarbeitungsvorrichtung 100 enthält eine Waferverarbeitungskammer 102 mit
einer elektrostatischen Halterung (ESC) 104. Die Halterung 104 wirkt als
eine Elektrode und unterstützt
während
der Herstellung einen Wafer 106 (d. h. ein Substrat). Ein Kantenring 108 umgibt
die Kante der Halterung 104. Bei Ätzprozessen werden mehrere
Parameter in der Plasmaverarbeitungskammer 102 genau gesteuert, um Ätzergebnisse
mit hochgenauen Toleranzen einzuhalten. Prozessparameter, die Ätzergebnisse
beeinflussen, können
die Gaszusammensetzung, Plasmaanregung, Plasmaverteilung über dem
Wafer 106 usw. enthalten. Da die Ätztoleranz (und die resultierende
Leistungsfähigkeit
der halbleiterbasierten Vorrichtung) auf derartige Prozessparameter
sehr empfindlich ist, ist ihre genaue Steuerung erforderlich.
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Die
Oberfläche
des Wafers 106 wird durch ein geeignetes Ätzmittel-Ausgangsgas
geätzt,
das in der Plasmaverarbeitungskammer 102 freigesetzt wird.
Das Ätzmittel-Ausgangsgas
kann durch einen Sprühkopf
freigesetzt werden. Das Ätzmittel-Ausgangsgas
kann außerdem
durch andere Mechanismen freigesetzt werden wie z. B. über einen
Gasring, der in der Kammer angeordnet ist, oder über Anschlüsse, die in die Wände der
Waferverarbeitungskammer 102 eingebaut sind. Bei ionengestützten Ätzprozessen
zündet
Hochfrequenzleistung (HF-Leistung), die dem Sprühkopf zugeführt wird, das Ätzmittel-Ausgangsgas,
wodurch während
des Ätzprozesses
eine Plasmawolke ("Plasma") über dem
Wafer 106 gebildet wird. Es sollte angemerkt werden, dass
andere Mittel zur Plasmaanregung außerdem verwendet werden können. Die
Anwendung von Mikrowellenenergie, die Verwendung von Induktionsspulen,
die Einleitung einer Welle, die durch eine Antenne angeregt wird,
oder eine kapazitive Kopplung mit dem Sprühkopf können außerdem verwendet werden, um
das Plasma anzuregen. Bei ionengestützten Ätzprozessen wird die Halterung 104 typischerweise
unter Verwendung einer (nicht gezeigten) HF-Leistungsversorgung
mit HF-Leistung versorgt.
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Bei
einem ionengestützten Ätzprozess
wird die lokale Ätzrate
durch die Ionenkonzentration festgelegt. Ionengestützte Ätzprozesse
werden typischerweise verwendet, um Ätzungen von Oxiden oder Polysilicium
auszuführen.
Mit anderen Worten, der Ausdruck durch Ionen gesteuerte/gestützte Ätzprozesse
bezeichnet im Allgemeinen Ätzprozesse, bei
denen das Ätzen überwiegend
durch die physikalische Reaktion der beschleunigten Plasmaionen ("Ionen") mit dem Wafer (Substrat)
ermöglicht
wird. Anwendungen des ionengestützten Ätzens enthalten z.
B. Sputtern, reaktives Ionenätzen
(RIE), chemisches Sputtern, chemisch unterstütztes physikalisches Sputtern
und physikalisch unterstütztes
chemisches Sputtern.
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Beim
ionengestützen Ätzen hat
das Anlegen von HF-Leistung an der Halterung 104 (sowie
an den Sprühkopf)
die Bildung eines elektrischen Felds und demzufolge einer Abschirmung über dem
Wafer 106 zur Folge. Das elektrische Feld, das mit der
Abschirmung 112 verbunden ist, unterstützt die Beschleunigung von
Ionen zur Deckfläche
des Wafers 106. Im Idealfall kollidieren die beschleunigten
Ionen während
des Ätzprozesses
unter einem Winkel, der im Wesentlichen rechtwinklig ist (d. h.
im Wesentlichen eine Normale ist oder etwa 90 Grad beträgt), in
Bezug auf die Oberfläche
des Wafers 106. Die beschleunigten Ionen, die mit dem Wafer 106 kollidieren,
wirken in der Weise, dass sie den Wafer 106 "physikalisch" ätzen.
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Der
Kantenring 108 ist ein Isolatormaterial, das auf einem
elektrisch schwebenden Potential ist (d. h. nicht mit HF-Leistung versorgt).
Der Kantenring 108 wird verwendet, um die Kante der Halterung 104 z.
B. während
der Ätzprozesse
vor einem Ionenbeschuss zu schützen.
Der Kantenring 108 kann außerdem dabei helfen, den Ionenbeschuss
in Bezug auf den Wafer 106 zu fokussieren. Wie in 1A gezeigt ist,
kann die Halterung 104 von einer inneren Oberfläche 114 des
Kantenrings 108 umgeben sein. Die innere Oberfläche 114 liegt
ebenfalls innerhalb der äußeren Kante
des Wafers 106.
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Eine äußere Oberfläche 116 des
Kantenrings 108 erstreckt sich über die äußere Kante des Wafers 106 hinaus.
Ein oberer Ab schnitt der inneren Oberfläche 114 des Kantenrings 108 ist
nicht nur zu der Halterung 104, sondern auch zum Wafer 106 benachbart.
Herkömmlich
liegt eine Deckfläche 118 des Kantenrings 108 unterhalb
der Deckfläche
des Wafers 106 oder auf der gleichen Ebene wie diese.
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Ein
Hauptproblem, das mit ionengestützten Ätzprozessen
unter Verwendung einer herkömmlichen
Plasmaverarbeitungsvorrichtung verbunden ist, besteht darin, dass
die Ätzrate über dem
Wafer 106 nicht gleichförmig
ist. Insbesondere ist die Ätzrate
an Stellen nahe an den Kanten des Wafers bedeutend höher als
die Ätzrate
an Punkten nahe am Zentrum des Wafers. 1B veranschaulicht
einen Querschnitt des Wafers 106 nach Ätzprozessen, bei denen die Ätztiefe
an einem Umfangsabschnitt 120 des Wafers 106 größer ist
als an einem Mittelabschnitt 122 des Wafers 106.
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Zur
nicht gleichförmigen Ätzrate trägt hauptsächlich die
ungleichförmige
Dicke der Abschirmung 112 über der Oberfläche des
Wafers 106 bei. Wie in 1A dargestellt
ist, ist die Dicke der Abschirmung 112 (oder die Plasmadicke
an der Grenze der Abschirmung) in dem Mittelabschnitt 120 des
Wafers 106 bedeutend dicker als die Dicke (Dichte) der
Abschirmung 112 am Umfangsabschnitt 116 des Wafers 106.
Das heißt,
in der Umgebung des Bereichs mit elektronisch schwebendem Potential über dem
Kantenring 108 "krümmt" sich die Abschirmung
nahe am Umfang des Wafers 106. Die Krümmung der Abschirmung um den
Umfang des Wafers 106 bewirkt, dass eine verhältnismäßig größere Anzahl
von Ionen während
ionengestützten Ätzprozessen
nahe am Umfang des Wafers 106 kollidieren. Eine höhere Kollisionsrate
nahe am Umfang hat verhältnismäßig höhere Ätzraten
nahe am Umfang des Wafers zur Folge (siehe 1B).
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Ein
zusätzliches
Problem wird durch die Krümmung
der Abschirmung bewirkt. Insbesondere induziert die Krümmung der
Ab schirmung nahe am Umfang des Wafers 106, dass die Ionen
unter Winkeln kollidieren, die in Bezug auf die Oberfläche des Wafers 106 nicht
im Wesentlichen keine rechten Winkel sind (d. h. im Wesentlichen
keine Normale darstellen oder etwa 90 Grad betragen). Bei ionengestützten Ätzprozessen
tragen außerdem
Ionenkollisionen unter derartigen nicht rechtwinkligen Winkeln zu
höhere Ätzraten
bei. Des Weiteren haben die nicht rechtwinkligen Winkel der Ionenkollision
nahe an den Kanten eine unerwünschte "Neigungs"-Wirkung auf die
auf dem Wafer 106 geätzten
Merkmale (z. B. Einschnitte; Durchgangslöcher oder Leitungen) zur Folge.
Ein Neigen bezeichnet im Allgemeinen eine unerwünschte Wirkung während des Ätzens, wodurch eine
oder mehrere Seiten eines Merkmals im Wesentlichen nicht senkrecht
zur Oberfläche
des Wafers verlaufen. Dabei erzeugt die "Neigungs"-Wirkung am Umfang des Wafers 1206 ein
asymmetrisches Merkmal. Merkmale sollen symmetrisch sein, deswegen sind
asymmetrische Merkmale unerwünscht
und können
ernste Probleme bewirken, die einen hergestellten integrierten Schaltkreis
im Wesentlichen unbrauchbar machen.
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Eine
mögliche
Lösung,
die sich einigen Problemen zuwendet, die mit der Ungleichförmigkeit
von Ätzraten
in ionengestützten Ätzprozessen
verbunden sind, besteht darin, die Halterung zu vergrößern, so dass
sie sich über
die Kanten des Wafers hinaus erstreckt. Eine Vergrößerung der
Halterung würde
die Krümmung
der Abschirmung wirkungsvoll über
die Kanten des Wafers hinaus verschieben. Das kann eine brauchbare
Lösung
für rein
chemische Ätzanwendungen
sein. Diese Lösung
wäre jedoch
nicht brauchbar für
ionengestützte Ätzprozesse,
da der verlängerte
Abschnitt der Halterung ebenfalls den Ionen und dem Ätzprozess
ausgesetzt wäre.
Das Aussetzen der Halterung kann Partikel- und/oder Schwermetallverunreinigungen
während
der ionengestützten Ätzprozesse
bewirken. Die erweiterten Abschnitte der Halterung würden außerdem wesentlich
höheren Ätzraten
ausgesetzt sein, so dass sich die Probleme, die mit der Verunreinigung
verbunden sind, verstärken.
Des Weiteren können
die höheren Ätzraten
an den freiliegenden Abschnitten der Halterung die Halterung rasch
beeinträchtigen,
was häufig zur
Ersetzung der Halterung führen
kann, die als Verschleißteil
ein teures Teil darstellt.
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Um
einige der Probleme, die mit der Ungleichförmigkeit der Ätzrate bei
ionengestützten Ätzprozessen
verbunden sind, zu beschränken,
kann es möglich
sein, die Verteilung des Plasmas über dem Wafer zu ändern. Es
kann z. B. ein herkömmlicher "Fokussierring" über der Abschirmung angeordnet werden.
Es wird angenommen, dass bei dem Versuch, das Plasma auf dem Wafer
zu fokussieren, ein herkömmlicher
Fokussierring die Ionendichte (Plasma), die über die Kanten eines Wafers
verteilt ist, verringert. Im Erfolgsfall könnte die Reduzierung der Plasmaverteilung
eine Verringerung der Ätzraten nahe
am Umfang des Wafers zur Folge haben (d. h. die Anzahl von Ionen,
die nahe an den Kanten kollidieren, würde verringert). Die Verwendung
eines externen Elements, wie etwa ein Fokussierring, kann die Wirkung
der Krümmung
der Abschirmung geringfügig
ausgleichen. Die Einführung
eines weiteren Elements in den Ionenätzprozess kann jedoch neue Probleme
hervorrufen, die mit einer Verunreinigung und/oder kostenaufwendigen
Verschleißteilen
verbunden sind. Außerdem
kann die Verwendung eines herkömmlichen
Fokussierrings bei einigen Ionenätzanwendungen überhaupt
nicht machbar sein.
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Im
Hinblick auf das Vorhergehende besteht ein Bedarf an verbesserten
Verfahren und Vorrichtungen, um die Gleichförmigkeit der Ätzrate bei
ionengestützten
Prozessen zu verbessern.
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Das
Dokument
WO99/14788 offenbart
eine Plasmaverarbeitungskammer mit einer mit HF-Leistung versorgten
Halterung und einem HF-gekoppelten Kantenring benachbart zur Kante
des Substrats.
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Das
Dokument
EP-A-066049 offenbart
eine Plasmaverarbeitungskammer mit einer mit HF-Leistung versorgten
Halterung und einem genuteten Kantenring benachbart zur Kante des
Substrats.
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Allgemein
gesagt, die Erfindung bezieht sich auf eine Plasmaverarbeitungskammer
für eine
ionengestützte Ätzverarbeitung.
Die Vorrichtung wird betrieben, um die Gleichförmigkeit der Ätzrate über einem
Substrat (Wafer) zu verbessern.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Plasmaverarbeitungskammer nach Anspruch 1 geschaffen.
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Die
Erfindung besitzt zahlreiche Vorteile. Ein Vorteil der Erfindung
besteht darin, dass die Gleichförmigkeit
der Ätzrate über einer
Substratfläche
wesentlich verbessert wird. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht
darin, dass eine wesentliche Verbesserung der Gleichförmigkeit
der Ätzrate
erreicht wird, ohne dass eine Gefahr der Verunreinigung der Plasmaverarbeitungskammer
besteht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine Neigung von
geätzten
Merkmalen im Wesentlichen eliminiert werden kann.
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Weitere
Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden genauen
Beschreibung deutlich, die in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung
erfolgt, die anhand eines Beispiels die Prinzipien der Erfindung
erläutert.
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Die
vorliegende Erfindung wird durch die folgende genaue Beschreibung
in Verbindung mit der beigefügten
Zeichnung leicht verstanden, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche
Bauelemente bezeichnen und in der:
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1A eine
vereinfachte Plasmaverarbeitungsvorrichtung 100 darstellt,
die für
die Herstellung von halbleiterbasierten Vorrichtungen geeignet ist;
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1B einen
Querschnitt eines Wafers nach Ätzprozessen
veranschaulicht, wobei die geätzte
Tiefe an einem Umfangsabschnitt des Wafers größer ist als an einem Mittelabschnitt
des Wafers;
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2 eine
Plasmaverarbeitungsvorrichtung veranschaulicht, die einen erhöhten Kantenring
enthält;
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3 eine
Plasmaverarbeitungsvorrichtung 300 veranschaulicht, die
einen genuteten Kantenring enthält;
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4 eine
Plasmaverarbeitungsvorrichtung 400 veranschaulicht, die
einen inneren HF-gekoppelten Kantenring und einen äußeren Kantenring
enthält;
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5 eine
Plasmaverarbeitungsvorrichtung 500 veranschaulicht, die
einen HF-Koppler, einen inneren HF-gekoppelten Kantenring und einen äußeren Kantenring
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung enthält;
und
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6 einen
Abschnitt eines Querschnitts einer Plasmaverarbeitungsvorrichtung 600 veranschaulicht,
die dielektrische Füllstoffe
enthält.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft eine Plasmaverarbeitungskammer für eine ionengestützte Ätzverarbeitung.
Die Erfindung funktioniert in der Weise, dass sie die Gleichförmigkeit
der Ätzrate über einem
Substrat (Wafer) verbessert. Die Verbesserung der Gleichförmigkeit
der Ätzrate,
die durch die Erfindung geschaffen wird, verbessert nicht nur die
Fertigungsausbeute, sondern ist außerdem kosteneffektiv und birgt
keine Gefahr der Verunreinigung durch Partikel und/oder Schwermetalle.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 5 erläutert. Ein
Fachmann wird jedoch leicht anerkennen, dass die genaue Beschreibung,
die hier in Bezug auf die Zeichnung angegeben ist, lediglich für Erläuterungszwecke
dient, da die Erfindung durch die Ansprüche definiert ist.
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2 veranschaulicht
eine Plasmaverarbeitungsvorrichtung 200. Die Plasmaverarbeitungsvorrichtung 200 enthält eine
Waferverarbeitungskammer 202 mit einer elektrostatischen
Halterung (ESC) 204. Die Halterung 204 wirkt als
eine Elektrode und unterstützt
während
der Herstellung einen Wafer 206 (d. h. ein Substrat). Ein
erhöhter
Kantenring 208 begrenzt die Kante der Halterung 204 und
erstreckt sich über die
Deckfläche
des Wafers 206 hinaus nach oben.
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Der
erhöhte
Kantenring 208 ist typischerweise ein Isolatormaterial,
das auf einem elektrisch schwebenden Potential ist (d. h. nicht
mit HF-Leistung versorgt). Der erhöhte Ring 208 wird
verwendet, um die Kante der Halterung 204 vor einem Ionenbeschuss
wie z. B. während Ätzprozessen
abzuschirmen. Wie in 2 gezeigt ist, ist die Halterung 204 von
einer inneren Oberfläche 214 des
Kantenrings 208 umgeben. Die innere Oberfläche 214 liegt
ebenfalls innerhalb der äußeren Kante
des Wafers 206.
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Eine äußere Oberfläche 216 des
Kantenrings 208 erstreckt sich über die äußere Kante des Wafers 206 hinaus.
Ein oberer Abschnitt der inneren Oberfläche 214 des erhöhten Kantenrings 208 enthält einen
ausgesparten Bereich 218. Der Wafer 206 sitzt
in dem ausgesparten Bereich 218 und bedeckt einen Teil
des oberen Abschnitts der inneren Oberfläche 114. Eine Deck fläche 220 des
erhöhten
Kantenrings 208 liegt um einen vorbestimmten Abstand D über einer
Deckfläche
des Wafers 206. Der vorbestimmte Abstand D ändert sich
in Abhängigkeit
von der Realisierungsform und besonderer Prozesse, die ausgeführt werden.
Der vorbestimmte Abstand D liegt typischerweise in der Größenordnung
von 1 bis 10 Millimetern. Bei Ätzprozessen
werden mehrere Parameter in der Waferverarbeitungskammer 202 genau
gesteuert, um Ätzergebnisse
mit hochgenauer Toleranz aufrechtzuerhalten. Prozessparameter, die Ätzergebnisse
festlegen, können
Gaszusammensetzung, Plasmaanregung, Plasmaverteilung über dem Wafer 206 usw.
enthalten. Da die Ätztoleranz
(und die resultierende Leistungsfähigkeit der halbleiterbasierten
Vorrichtung) auf derartige Prozessparameter sehr empfindlich ist,
ist ihre genaue Steuerung erforderlich.
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Die
Oberfläche
des Wafers 206 wird durch ein geeignetes Ätzmittel-Ausgangsgas
geätzt,
das in der Waferverarbeitungskammer 202 freigesetzt wird. Das Ätzmittel-Ausgangsgas
kann über
einen Sprühkopf 210 freigesetzt
werden. Das Ätzmittel-Ausgangsgas
kann außerdem
durch andere Mechanismen wie z. B. einen Gasring, der in der Waferverarbeitungskammer 202 angeordnet
ist, oder über
Anschlüsse,
die in die Wände
der Waferverarbeitungskammer 202 eingebaut sind, freigesetzt
werden. Während
ionengestützten Ätzprozessen
zündet Hochfrequenzleistung
(HF-Leistung), die an den Sprühkopf 210 geliefert
wird, das Ätzmittel-Ausgangsgas,
wodurch während Ätzprozessen
eine Plasmawolke ("Plasma") über dem
Wafer 206 gebildet wird. Bei ionengestützten Ätzprozessen wird die Halterung 204 typischerweise
unter Verwendung einer HF-Leistungsquelle (nicht gezeigt) mit HF-Leistung
versorgt.
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In
einem ionengestützten Ätzprozess
wird die lokale Ätzrate
durch die Ionenkonzentration bestimmt. Ionengestützte Ätzprozesse werden typischerweise
verwendet, um Ätzungen
von Oxiden oder Polysilicium auszuführen. Mit anderen Worten, ionen gesteuerte/ionengestützte Ätzprozesse
bezeichnen im Allgemeinen Ätzprozesse,
bei denen das Ätzen
vorwiegend durch die physikalische Reaktion der beschleunigten Plasmaionen
("Ionen") mit dem Wafer (Substrat)
ermöglicht
wird. Zu ionengestützte Ätzanwendungen
gehören
z. B. das Sputtern, reaktives Ionenätzen (RIE), chemisches Sputtern, chemisch
unterstütztes
physikalisches Sputtern und physikalisch unterstütztes chemisches Sputtern.
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Bei
ionengestützten Ätzen hat
das Anlegen von HF-Leistung an der Halterung 204 (sowie
am Sprühkopf 210)
die Bildung eines elektrischen Felds und demzufolge einer Abschirmung 212 über dem Wafer 206 zur
Folge. Das elektrische Feld, das mit der Abschirmung 212 verbunden
ist, unterstützt
die Beschleunigung von Ionen zur Deckfläche des Wafers 206.
Der erhöhte
Kantenring 208 erstreckt sich über die Deckfläche des
Wafers 206 hinaus nach oben, wie oben angemerkt wurde.
Durch die Ersteckung über
die Deckfläche
des Wafers 206 führt
der erhöhte
Kantenring 208 eine Korrekturaktion an der Abschirmung 212 aus.
In einer Ausführungsform
wird insbesondere die Dicke (oder die Dichte) der Abschirmung 212 nahe
am Umfang des Wafers 206 im Wesentlichen zur gleichen Dicke
(Dichte) wie am Mittelabschnitt des Wafers 206. Es wird
angemerkt, dass die resultierende Abschirmung 212 unter
Verwendung des erhöhten
Kantenrings 208 über
dem Wafer 206 im Wesentlichen gleichförmig gemacht werden kann. Im
Vergleich zur Abschirmung 112 von 1A ist
somit die Abschirmung 212 wesentlich verbessert. Folglich
ist wegen der gleichförmigen
Dicke (Dichte) der Abschirmung 212 die Kollisionsrate von
Ionen mit der Oberfläche
des Wafers 206 über
die gesamte Oberfläche
des Wafers 206 wesentlich gleichförmiger als jene, die durch
herkömmliche
Lösungsansätze erreicht
wird. Des Weiteren ist der Winkel, unter dem die Ionen mit der Oberfläche des
Wafers 206 kollidieren, nicht nur an inneren Bereichen,
sondern auch an Umfangsbereichen des Wafers 206 im Wesentlichen
ein rechter Winkel. Demzufolge ist die Ätzrate über die gesamte Oberfläche des
Wafers 206 wesentlich gleichförmiger als jene, die herkömmlich erreicht
wird, und bei geätzten
Merkmalen an den Umfangsbereichen treten keine "Neigungs"-Probleme auf.
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3 veranschaulicht
eine Plasmaverarbeitungsvorrichtung 300.
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Die
Plasmaverarbeitungsvorrichtung 300 enthält eine Plasmaverarbeitungskammer 302 mit
einer elektrostatischen Halterung (ESC) 304. Die Halterung 304 wirkt
als eine Elektrode und unterstützt während der
Herstellung einen Wafer 306 (d. h. ein Substrat). Ein genuteter
Kantenring 308 umgibt die Kante der Halterung 304.
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Der
genutete Kantenring 308 ist typischerweise aus einem Isolatormaterial,
das auf einem schwebenden elektrischen Potential ist (d. h. nicht mit
HF-Leistung versorgt). Der genutete Kantenring 308 wird
verwendet, um die Kante der Halterung 304 vor einem Ionenbeschuss
wie z. B. während Ätzprozessen
zu schützen.
Wie in 3 gezeigt ist, ist die Halterung 304 von
einer inneren Oberfläche 310 des Kantenrings 308 umgeben.
Die innere Oberfläche 310 liegt
außerdem
innerhalb der äußeren Kante
des Wafers 306. Eine äußere Oberfläche 312 des
genuteten Kantenrings 308 erstreckt sich über die äußere Kante
des Wafers 306 hinaus. In einer Ausführungsform befindet sich eine
obere Oberfläche 314 des
genuteten Kantenrings 308 im Wesentlichen auf derselben
Ebene wie eine obere Oberfläche 316 des
Wafers 306. Eine obere Oberfläche des genuteten Kantenrings 308,
die sich benachbart zur Kante des Wafers 306 befindet,
hat jedoch einen genuteten Bereich 318. Wie in 3 gezeigt
ist, ist der genutete Bereich 318 durch einen ersten geneigten
Abschnitt 320, einen zweiten geneigten Abschnitt 322 und
eine Bodeneinkerbung 324, die den ersten und den zweiten geneigten
Abschnitt 320 und 322 verbindet, defi niert. Die
geneigte Oberfläche 320 verbindet
die obere Oberfläche 314 mit
dem teilweise überdeckten
Bereich 322.
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Wie
oben erläutert
wurde, hat das Anlegen von HF-Leistung an die Halterung 306 die
Bildung eines elektrischen Felds und demzufolge eine Abschirmung über dem
Wafer 306 zur Folge. Das elektrische Feld, das mit der
Abschirmung verbunden ist, unterstützt die Beschleunigung von
Ionen zu der Deckfläche
des Wafers 306. Der genutete Kantenring 308 stellt
den genuteten Bereich 318 bereit, der im Wesentlichen unter
der Kante des Wafers 306 liegt. Wie in 3 dargestellt
ist, kann sich der genutete Bereich 318 an der Kante des
Wafers außerdem
weiter unter die Bodenfläche
des Wafers 306 erstrecken. Bei einer Alternative könnte sich
der genutete Bereich lediglich etwa zur Bodenfläche des Wafers 306 erstrecken.
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Durch
das Bereitstellen eines genuteten Bereichs führt der genutete Kantenring 308 eine
Korrekturaktion an der Abschirmung über dem Wafer 306 aus.
Insbesondere die Dicke (oder Dichte) der Abschirmung nahe am Umfang
(an den Kanten) des Wafers erhält
einen Wert, der wesentlich näher
an der Dicke (Dichte) der Abschirmung direkt über der Halterung 304 liegt.
Es wird vermutet, dass der genutete Bereich des genuteten Kantenrings 308 die
Abschirmung wirkungsvoll ausdehnt, so dass sie über der Kante des Wafers 306 flacher
wird.
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Als
ein Ergebnis der verbesserten Gleichförmigkeit der Dicke (Dichte)
der Abschirmung über dem
Wafer 306 ist die Kollisionsrate von Ionen mit der Oberfläche des
Wafers 306 über
der gesamten Oberfläche
des Wafers 306 gleichförmiger
als jene, die durch herkömmliche
Lösungsansätze erreicht wird.
Des Weiteren ist der Winkel, unter dem die Ionen mit der Oberfläche des
Wafers 306 kollidieren, am Kantenbereich des Wafers in
stärkerem
Maße ein rechter
Winkel als der Winkel, der durch die Plasmaverarbeitungsvorrichtung 100 in 1A erreicht wird.
Demzufolge ist die Ätzrate über die
gesamte Oberfläche
des Wafers 306 gleichförmiger
als die herkömmlich
erreichte Rate und bei geätzten
Merkmalen treten an den Umfangsbereichen keine "Neigungs"-Probleme auf.
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4 veranschaulicht
eine Plasmaverarbeitungsvorrichtung 400.
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Die
Plasmaverarbeitungsvorrichtung 400 enthält eine Waferverarbeitungskammer 402 mit
einer elektrostatischen Halterung (ESC) 404. Die Halterung 404 wirkt
als eine Elektrode und unterstützt während der
Herstellung einen Wafer 406 (d. h. ein Substrat). Ein innerer
HF-gekoppelter Kantenring 408 begrenzt eine Kerbe 410 der
Halterung 404 und schafft einen HF-gekoppelten Bereich, der sich über die
Kanten des Wafers 406 hinaus erstreckt. Ein äußerer Kantenring 412 begrenzt
den inneren HF-gekoppelten Kantenring 408 und eine äußere Kante
der Halterung 404.
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Der
innere HF-gekoppelte Kantenring 408 wird verwendet, um
die Kerbe 410 der Halterung 404 vor einem Ionenbeschuss
wie z. B. während Ätzprozessen
zu schützen.
Wie in 4 gezeigt ist, befindet sich die Kerbe 410 der
Halterung 404 benachbart zu einer inneren Oberfläche 414 und
einer Bodenfläche 416 des
inneren HF-gekoppelten Kantenrings 408. Die innere Oberfläche 414 liegt
ebenfalls innerhalb der äußeren Kante
des Wafers 406. Eine äußere Oberfläche 418 des
inneren HF-gekoppelten Kantenrings 408 erstreckt sich über die äußere Kante
des Wafers 406 und über
eine äußere Kante 420 der
Halterung 404 hinaus. Ein oberer Abschnitt der inneren Oberfläche 414 des
HF-gekoppelten Kantenrings 408 enthält einen ausgesparten Bereich 414.
Der Wafer 406 sitzt in dem ausgesparten Bereich 414 und überdeckt
den Saum zwischen der inneren Oberfläche 414 des inneren
HF-gekoppelten Kantenrings 408 und der äußeren Oberfläche der
Halterung 404, die sich benachbart zu dem inneren HF-gekoppelten Kantenring 408 befindet.
Eine Deckfläche 422 des
inneren HF-gekoppelten Kantenrings 408 befindet sich im
Wesentlichen in derselben Höhe
wie eine Deckfläche
des Wafers 406. Die äußere Oberfläche 418 des inneren
HF-gekoppelten Kantenrings 408 befindet sich in einem vorbestimmten
Abstand X von der Kante des Wafers 406. Der vorbestimmte
Abstand X kann in Abhängigkeit
von der Realisierungsform und speziellen Prozessen, die ausgeführt werden,
variieren. Ein Wert von 1 bis 2 Zentimeter ist typischerweise für die meisten
Prozesse als der vorbestimmte Abstand X geeignet.
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Der äußere Kantenring 412 wird
verwendet, um die äußere Oberfläche 418 der
Halterung 404 abzuschirmen. Die Anordnung des äußeren Kantenrings 412 und
des inneren HF-gekoppelten Kantenrings 408 verhindert außerdem jegliche
offenen Säume
zu der Halterung 404. Das für den äußeren Kantenring 412 verwendete
Material ist ein Isolator oder ein dielektrisches Material (z. B.
Keramik, Quarz oder Polymer). Das Material für den äußeren Kantenring 412 kann
keine wesentliche HF-Kopplung von der Halterung 406 schaffen.
Dadurch sollte der äußere Kantenring 412 während der Ätzverarbeitung
nicht wesentlich verbraucht werden. Eine Füllerschicht aus dielektrischem
(oder Isolator-)Material kann zwischen der Halterung 404 und
dem äußeren Kantenring 412 vorgesehen
sein, um so sicherzustellen, dass zwischen dem äußeren Kantenring 412 und
der Halterung 406 keine HF-Kopplung besteht. Das Material
für die
Füllerschicht
kann z. B. aus einer Vielzahl von geeigneten Materialien ausgewählt sein,
zu denen Keramik, Quarz, Teflon oder Polymere gehören.
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Das
Anlegen von HF-Leistung an die Halterung 406 hat die Bildung
eines elektrischen Felds und demzufolge einer Abschirmung 424 über dem
Wafer 406 zur Folge. Das elektrische Feld, das mit der
Abschirmung 424 verbunden ist, unterstützt die Beschleunigung von
Ionen zur Deckfläche
des Wafers 406. Der innere HF-gekoppelte Kantenring 408 ist aus
einem Material hergestellt, das geeignete Eigenschaften besitzt,
so dass ein Teil der an die Halterung 404 gelieferten HF-Energie über den
inneren HF-gekoppelten Kantenring 408 HF-gekoppelt wird.
Der HF-gekoppelte Kantenring 408 kann aus einer Vielzahl
von Materialien hergestellt sein, die bei der Plasmaverarbeitung
keine Verunreinigung bewirken. Zu Beispielen geeigneter Materialien
gehören
Halbleitermaterialien (z. B. Siliciumcarbid) oder dielektrische Materialien,
wobei die Leitfähigkeit
des Materials durch Dotieren oder dergleichen gesteuert werden kann.
Das Material des inneren HF-gekoppelten Kantenrings 408 und
seine Leitfähigkeit
werden in Abhängigkeit
von dem gewünschten
Grad der HF-Kopplung ausgewählt.
Die HF-Kopplung kann typischerweise verbessert werden, indem entweder
ein dünnerer
innerer HF-gekoppelter Kantenring 408 verwendet wird oder
die Leitfähigkeit
des Materials, das für
den inneren HF-gekoppelten
Kantenring 408 verwendet wird, vergrößert wird. Wenn der innere HF-gekoppelte
Kantenring 408 beim Ätzen
des Wafers 406 geätzt
wird, sollte er keine Verunreinigungen erzeugen und sollte kein
zu teures Material sein, da eine periodische Ersetzung erforderlich
ist. Das Material für
den äußeren Kantenring 412 schafft
dagegen keine wesentliche HF-Kopplung
von der Halterung 406 und deswegen sollte größtenteils
keine periodische Ersetzung erforderlich sein.
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Der
HF-gekoppelte Kantenring 408 schafft vorteilhaft einen
mit HF-Leistung gekoppelten Bereich, der sich über die Kante des Wafers 406 hinaus erstreckt,
so dass die resultierende Abschirmung 424 eine im Wesentlichen
gleichförmige
Dicke über
die gesamte Oberfläche
des Wafers 406, einschließlich über die Kante des Wafers 406 besitzt.
Durch das Vorsehen eines erweiterten mit HF-Leistung gekoppelten
Bereichs führt
der HF-gekoppelte Kantenring 408 über dem Wafer 406 eine
Korrekturaktion an der Abschirmung 424 aus. Insbesondere
die Dicke (oder Dichte) der Abschirmung 424 nahe am Umfang
(an den Kan ten) des Wafers wird im Wesentlichen gleich der Dicke
(oder Dichte) der Abschirmung 424 direkt über der
Halterung 406. Es wird angemerkt, dass die resultierende
Dicke (Dichte) der Abschirmung 424 die Gleichförmigkeit
der Abschirmung 424 über
dem Wafer 406 wesentlich verbessert. Im Vergleich zu der Abschirmung 112 von 1A ist
somit die Abschirmung 424 über dem Wafer 406 wesentlich
besser.
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Als
ein Ergebnis der gleichförmigen
Dicke (Dichte) der Abschirmung 424 über dem Wafer 406 ist
die Kollisionsrate von Ionen mit der Oberfläche des Wafers 406 über der
gesamten Oberfläche
des Wafers 406 wesentlich gleichförmiger als jene, die durch
herkömmliche
Lösungsansätze erreicht
wird. Des Weiteren ist der Winkel, unter dem die Ionen mit der Oberfläche des
Wafers 406 kollidieren, im Wesentlichen nicht nur an inneren
Bereichen, sondern auch an Umfangsbereichen des Wafers 406 ein
rechter Winkel. Demzufolge ist die Ätzrate über die gesamte Oberfläche des
Wafers 406 gleichförmiger
als jene, die herkömmlich
erreicht wird, und bei geätzten Merkmalen
an den Umfangsbereichen treten keine "Neigungs"-Probleme auf.
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5 veranschaulicht
eine erfindungsgemäße Plasmaverarbeitungsvorrichtung.
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Die
Plasmaverarbeitungsvorrichtung 500 enthält eine Waferverarbeitungskammer 502 mit
einer elektrostatischen Halterung (ESC) 504. Die Halterung 504 wirkt
als eine Elektrode und unterstützt während der
Herstellung einen Wafer 506 (d. h. ein Substrat). Ein innerer
HF-gekoppelter Kantenring 508 begrenzt eine Kante 510 der
Halterung 504 und schafft einen HF-gekoppelten Bereich, der sich über die
Kanten des Wafers 506 hinaus erstreckt. Ein äußerer Kantenring 512 begrenzt
den inneren HF-gekoppelten Kantenring 508 und eine äußere Kante
der Halterung 504. Wie in 5 gezeigt
ist, begrenzt der äußere Kantenring 512 außerdem einen
HF-Koppler 514.
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Eine
Deckfläche
des HF-Kopplers 514 ist direkt unter einer Bodenfläche des
inneren HF-gekoppelten Kantenrings 508 positioniert. Der
innere HF-gekoppelte Kantenring 508 schirmt den HF-Koppler 514 vor
dem Ätzprozess
(d. h. vor dem Ionenbeschuss) ab. Der innere HF-gekoppelte Kantenring 508 und
der HF-Koppler 514 werden verwendet, um eine Kerbe 516 der
Halterung 504 vor einem Ionenbeschuss abzuschirmen.
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Wie
in 5 gezeigt ist, ist der HF-Koppler 514 so
positioniert, dass sich die Kerbe 516 der Halterung 504 benachbart
zu einer inneren Oberfläche 518 und
einer Bodenfläche 520 des
HF-Kopplers 514 befindet. Die innere Oberfläche 518 liegt
ebenfalls innerhalb der äußeren Kante
des Wafers 406. Ähnlich wie
der innere HF-gekoppelte Kantenring 508 erstreckt sich
eine äußere Oberfläche 522 des HF-Kopplers über die äußere Kante
des Wafers 506 und über
eine äußere Kante 522 der
Halterung 504 hinaus.
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Der
HF-Koppler 514 ist aus einem Material mit geeigneten Eigenschaften
hergestellt, so dass ein Teil der HF-Energie, die an die Halterung 504 geliefert
wird, an den inneren HF-gekoppelten Kantenring 508 HF-gekoppelt
wird. Der HF-Koppler 514 kann aus einer Vielzahl von Material
hergestellt sein. Der HF-Koppler 514 bietet vorteilhaft
eine größere Flexibilität zum Einstellen
des Betrags der Energie, die über
die Kanten des Wafers 406 hinaus HF-gekoppelt wird. Das
kann durch Auswählen
des Materials für
den HF-Koppler 514 in Bezug auf das ausgewählte Material
für die
Halterung 504 und den inneren HF-gekoppelten Kantenring 508 erreicht
werden.
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Der
HF-Koppler ist aus einem gut leitenden Material (z. B. Aluminium)
hergestellt, das von einer Beschichtung aus dielektrischem Material
(z. B. eloxiertes Aluminium) umgeben ist. Die HF-Kopplung kann somit
verbessert werden, indem ent weder eine dünnere Schicht der Beschichtung
verwendet wird oder die Leitfähigkeit
des für
den HF-Koppler 514 verwendeten Materials erhöht wird.
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Wie
in 5 gezeigt ist, besitzt ferner der äußere Kantenring 512 einen Überlappungsabschnitt 524,
der sich über
die Deckfläche
des inneren HF-gekoppelten Kantenrings 508 hinaus erstreckt.
Der Überlappungsabschnitt 524 schirmt
sämtliche
offenen Säume
ab, die möglicherweise
vorhanden sind. Das ergibt einen besseren Schutz für die äußere Oberfläche der
Halterung 504 sowie die äußere Oberfläche 522 des HF-Kopplers 514.
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Wie
oben erläutert
wurde, hat das Anlegen von HF-Leistung an die Halterung 504 die
Bildung eines elektrischen Felds und demzufolge einer Abschirmung über dem
Wafer 506 zur Folge. Das elektrische Feld, das mit der
Abschirmung verbunden ist, unterstützt die Beschleunigung von
Ionen zu der Deckfläche
des Wafers. Der innere HF-gekoppelte Kantenring 508 schafft
einen HF-gekoppelten Bereich, der sich über die Kante des Wafers 506 hinaus erstreckt,
so dass die resultierende Abschirmung über der gesamten Oberfläche des
Wafers 506, einschließlich über der
Kante des Wafers 506 eine im Wesentlichen gleichförmige Dicke
besitzt. Durch das Vorsehen eines erweiterten HF-gekoppelten Bereichs
führt der
HF-gekoppelte Kantenring 508 eine Korrekturaktion an der
Abschirmung über
dem Wafer 506 aus. Insbesondere in einer Ausführungsform
erhält
die Dicke (oder Dichte) der Abschirmung nahe am Umfang (an den Kanten)
des Wafers im Wesentlichen den gleichen Wert wie die Dicke (Dichte)
der Abschirmung direkt über
der Halterung. Wie oben erläutert
wurde, verbessert die resultierende Dicke (Dichte) der Abschirmung
die Gleichförmigkeit
der Abschirmung über
dem Wafer 506 wesentlich. Deswegen ist im Vergleich zu
der Abschirmung 112 von 1A die
Abschirmung über
dem Wafer 506 wesentlich verbessert.
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Als
ein Ergebnis der gleichförmigen
Dicke (Dichte) der Abschirmung über
dem Wafer 506 ist die Kollisionsrate von Ionen mit der
Oberfläche
des Wafers 506 über
der gesamten Oberfläche
des Wafers 506 wesentlich gleichförmiger als jene, die durch
herkömmliche
Lösungsansätze erreicht
wird. Des Weiteren ist der Winkel, unter dem die Ionen mit der Oberfläche des
Wafers 506 kollidieren, nicht nur in inneren Bereichen,
sondern auch in Umfangsbereichen des Wafers 506 im Wesentlichen
ein rechter Winkel. Demzufolge ist die Ätzrate über der gesamten Oberfläche des
Wafers 506 gleichförmiger
als jene, die herkömmlich
erreicht wird, und an den Umfangsbereichen treten bei geätzten Merkmalen
keine "Neigungs"-Probleme auf.
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6 veranschaulicht
einen Abschnitt einer Plasmaverarbeitungsvorrichtung 600.
Die Plasmaverarbeitungsvorrichtung 600 enthält eine
Waferverarbeitungskammer 602 mit einer elektrostatischen Halterung
(ESC) 604 (wobei lediglich eine Seite eines Querschnitts
gezeigt ist). Die Halterung 604 wirkt als eine Elektrode
und unterstützt
während
der Herstellung einen Wafer 606 (d. h. ein Substrat). Ein
innerer HF-gekoppelter Kantenring 608 begrenzt die Kante
der Halterung 604 und schafft einen HF-gekoppelten Bereich,
der sich über
die Kante des Wafers 606 hinaus erstreckt. Ein äußerer Kantenring 610 begrenzt
die Kanten des inneren HF-gekoppelten Kantenrings 608.
Ein HF-Koppler 612 ist unter dem HF-gekoppelten Kantenring 608 positioniert
und begrenzt eine Kante der Halterung 604. Ein dielektrischer
Füllstoff 614 ist
unter dem inneren HF-gekoppelten Kantenring 608 positioniert
und begrenzt den HF-Koppler 612. Eine Bodenfläche des
dielektrischen Füllstoffs 614 befindet
sich benachbart zu einer oberen Kante der Halterung 604.
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Ein
dielektrischer Füllstoff 614 kann
vorteilhaft eine noch größere Flexibilität beim Fokussieren der
Menge von HF-Ener gie, die HF-gekoppelt wird, schaffen. Der dielektrische
Füllstoff 614 kann
die Kopplung in Bezug auf den äußeren Kantenring 610 minimal
machen. Der dielektrische Füllstoff 614 kann z.
B. aus einem geeigneten Isolatormaterial wie z. B. Keramik, Teflon
und Polymer hergestellt sein. Der Umfang der Isolierung kann außerdem gesteuert werden,
indem die Dicke des ausgewählten
Materials für
den dielektrischen Füllstoff 614 gewählt wird.
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Ein
dielektrischer Füllstoff 616 ist
unter dem äußeren Kantenring 610 positioniert.
Der dielektrische Füllstoff 616 begrenzt
eine äußere Kante
der Halterung 106. Der dielektrische Füllstoff 616 ist vorteilhaft
so positioniert, dass er die HF-gekoppelte Halterung 604 von
einem geerdeten Bereich eines äußeren Erdungsring 618 isoliert.
Der äußere Erdungsring 618 ist
typischerweise in der Nähe
einer Wand des Waferverarbeitungssystems 602 positioniert.
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Wie
oben in Bezug auf die 4 und 5 erläutert wurde,
wird durch das Vorsehen eines erweiterten HF-gekoppelten Bereichs,
der sich über
die Kanten des Wafers 606 hinaus erstreckt, eine Korrekturaktion
an der Abschirmung über
dem Wafer 606 ausgeführt.
Demzufolge ist die Ätzrate über der gesamten
Oberfläche
des Wafers 606 gleichförmiger als
jene, die herkömmlich
erreicht wird, und an den Umfangsbereichen treten bei geätzten Merkmalen keine "Neigungs"-Probleme auf. Außerdem können durch
das Überlappen
der Spalte, die in dem System vorhanden sein können, dielektrische Füllstoffe 614 und 616 einen
noch besseren Schutz für
die Halterung 604 schaffen.
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Die
verschiedenen Kantenringe, die oben erläutert wurden, können unter
Verwendung von Material hergestellt werden, das verhältnismäßig preisgünstig ist,
und können
einfach hergestellt und/oder ersetzt werden. Dieses Material kann
aus einer Vielzahl von Materialien ausgewählt werden, die für einen bestimmten Ätzprozess
kompatibel sind.
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Die
Erfindung hat zahlreiche Vorteile. Ein Vorteil der Erfindung besteht
darin, dass die Gleichförmigkeit
der Ätzrate über einer
Substratoberfläche wesentlich
verbessert ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin,
dass die wesentliche Verbesserung bei der Gleichförmigkeit
der Ätzrate
erreicht wird, ohne dass eine Gefahr der Verunreinigung der Verarbeitungskammer
besteht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein Neigen bei
geätzten
Merkmalen im Wesentlichen eliminiert werden kann.
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Obwohl
lediglich eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung genau beschrieben wurde, sollte klar
sein, dass die vorliegende Erfindung in vielen anderen spezifischen
Formen ausgeführt
werden kann, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Deswegen
sollten die vorliegenden Beispiele als veranschaulichend und nicht
als einschränkend
betrachtet werden und die Erfindung sollte nicht auf die hier angegebenen
Einzelheiten beschränkt
werden, sondern kann im Umfang der beigefügten Ansprüche modifiziert werden.