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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen die Halbleiterherstellung
und insbesondere ein induktiv gekoppeltes Plasma-Ätzgerät und ein Verfahren
zum Kontrollieren der Oberfläche
einer Kammerinnenwand eines induktiv gekoppelten Plasma-Ätzgeräts.
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Bei
den Halbleiterherstellungsprozessen werden Ätzverfahren, eine Herstellung
von Isolierfilmen und Diffusionsvorgänge wiederholt ausgeführt. Wie
einem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt ist, gibt es zwei Arten
von Ätzverfahren:
Nassätzen
und Trockenätzen.
Ein Trockenätzverfahren
wird typischerweise unter Verwendung eines induktiv gekoppelten
Plasma-Ätzgeräts, wie
es beispielsweise in der 1 gezeigt ist, durchgeführt.
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Bei
dem in der 1 gezeigten induktiv gekoppelten
Plasma-Ätzgerät wird zunächst ein
Reaktionsgas durch eine Gaseinlassöffnung (nicht dargestellt)
in die Kammer 400 eingelassen. Dann wird ein Hochfrequenzstrom
von einer Stromversorgung (nicht dargestellt) an eine Spule 407 angelegt.
Ein Halbleiterwafer 411 wird auf einer in der Kammer 400 vorgesehenen
Spannvorrichtung 409 montiert. Die Spule 407 wird
im oberen Bereich der Kammer durch Abstandsstücke 403, die aus isolierendem
Material bestehen, gehalten. Beim Betrieb induziert ein durch die
Spule 407 fließender
Hochfrequenzstrom (RF) einen elektromagnetischen Strom in der Kammer 400 und
der elektromagnetische Strom wirkt auf das Reaktionsgas, um ein
Plasma zu erzeugen.
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Das
Plasma enthält
verschiedene Arten von Radikalen und die chemische Reaktion der
positiven/negativen Ionen wird verwendet, um den Halbleiterwafer 411 selbst
oder einen auf dem Wafer erzeugten Isolierfilm zu ätzen. Während des Ätzvorgangs
führt die
Spule 407 eine Funktion aus, die der der Primärspule eines
Transformators entspricht, während
das Plasma in der Kammer 400 eine Funktion ausführt, die
der der Sekundärspule
des Transformators entspricht. Das durch den Ätzvorgang erzeugte Reaktionsprodukt
wird durch die Ausströmöffnung 405 abgeführt.
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Beim Ätzen von
einem der kürzlich
entwickelten Materialien für
die Elemente (z. B. Platin, Ruthenium und dergleichen) kann das
erzeugte Reaktionsprodukt eine nichtflüchtige Substanz (z. B. RuO2) sein. In einigen Fällen kann das Reaktionsprodukt
an einer Wand 401 der Kammer 400 anhaften. Falls
das Reaktionsprodukt leitend ist, kann der sich auf der Wand 401 befindende
Film des Reaktionsprodukts den elektromagnetischen Strom in der
Kammer abschirmen. Als Folge wird das Plasma nicht ge zündet, nachdem
mehrere Wafer geätzt
wurden und der Ätzprozess
muss unterbrochen werden.
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Bei
einem Versuch, dieses Problem zu beheben, wurde ein Verfahren zum
Sputtern des an der Wand 401 anhaftenden Reaktionsprodukts
unter Verwendung des Plasmas entwickelt. Bei dem in der 1 gezeigten
induktiv gekoppelten Plasma-Ätzgerät erzeugt
der von dem RF-Strom induzierte elektromagnetische Strom jedoch
eine Versorgungsspannung mit einer stehenden Welle in der Nähe der Wand 401.
Dies ist problematisch, da das Abscheiden und Sputtern des Reaktionsprodukts
dadurch ungleichmäßig wird.
Genauer gesagt, wird eine relativ große Energiemenge dem Plasma
in dem Bereich zugeführt,
in dem die Amplitude der stehenden Welle groß ist. Als Ergebnis wird das
Reaktionsprodukt in diesem Bereich übermäßig gesputtert. Andererseits wird
nur eine relativ kleine Energiemenge dem Plasma in dem Bereich zugeführt, in
dem die Amplitude der stehenden Welle klein ist, d. h. im Bereich
des Knotenpunkts der stehenden Welle. Als Ergebnis wird das Reaktionsprodukt
in diesem Bereich abgeschieden. Wie oben erläutert wurde, ist das Vorhandensein
eines elektrisch leitenden Films auf der Wand 401 unerwünscht, da
er den elektromagnetischen Strom in der Kammer abschirmt und dadurch den Ätzvorgang
stoppt.
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Angesichts
der vorstehenden Ausführungen gibt
es einen Bedarf an einem induktiv gekoppelten Plasma-Ätzgerät, das das
Abscheiden von elektrisch leitenden Reaktionsprodukten auf der Oberfläche einer
Kammerinnenwand im Wesentlichen verhindert.
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Ein
Beispiel für
eine Anordnung des Stands der Technik wird in der
US 5 650 032 A (John Howard Keller
und andere) offenbart.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Allgemein
gesprochen, stellt die vorliegende Erfindung ein induktiv gekoppeltes
Plasma-Ätzgerät zur Verfügung, das
dem Plasma in der Nähe
einer Wand der Kammer, in der das Plasma erzeugt wird, gleichmäßig Energie
zuführt.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird ein induktiv gekoppeltes Plasma-Ätzgerät, wie in den beigefügten Ansprüchen dargelegt
ist, zur Verfügung gestellt.
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Die
vorliegende Erfindung verhindert in vorteilhafter Weise das Abscheiden
von elektrisch leitenden Reaktionsprodukten, z. B. RuO2,
auf der Innenfläche
der Wand einer Kammer eines induktiv gekoppelten Plasma-Ätzgeräts. Hierdurch
wird ermöglicht, kürzlich entwickelte
Materialien für
Bauelemente, z. B. Ru, einem Plasma-Ätzvorgang zu unterziehen, ohne
dass der Plasma-Ätzvorgang
unterbrochen werden muss, um die Wände der Kammer zu reinigen,
nachdem nur einige wenige Wafer bearbeitet wurden.
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Es
ist selbstverständlich,
dass die vorstehende allgemeine Beschreibung und die folgende genaue
Beschreibung lediglich beispielhaft und erläuternd sind und die beanspruchte
Erfindung nicht einschränken
sollen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
beigefügten
Zeichnungen, die in diese Beschreibung eingegliedert sind und einen
Bestandteil der Beschreibung bilden, zeigen beispielhafte Ausführungsformen
der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erklären der Prinzipien
der Erfindung.
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1 ist
eine vereinfachte schematische Schnittansicht, die ein induktiv
gekoppeltes Plasma-Ätzgerät nach dem
Stand der Technik zeigt.
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2 ist
eine vereinfachte schematische Schnittansicht, die ein induktiv
gekoppeltes Plasma-Ätzgerät gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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3 ist
eine perspektivische Explosionsansicht einer Metallplatte, die als
Faradaysche Abschirmung wirkt, und der Komponenten zum Halten der Metallplatte
an ihrem Platz gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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4 ist
eine perspektivische Explosionsansicht einer Spule und der Komponenten
zum Halten der Spule an ihrem Platz gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Genaue Beschreibung der Erfindung
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Einige
beispielhafte Ausführungsformen
der Erfindung werden jetzt in näheren
Einzelheiten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die 1 wurde oben in dem Abschnitt "Hintergrund der Erfindung" erläutert.
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Die 2 ist
eine vereinfachte schematische Schnittansicht, die ein induktiv
gekoppeltes Plasma-Ätzgerät gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in der 2 gezeigt ist,
ist ein Halbleiterwafer 111 auf einer Spannvorrichtung 115 montiert,
die in einer Kammer 100, die von den Wänden eines Gehäuses begrenzt
ist, in der Nähe
der unteren Wand des Gehäuses
angeordnet. Eine Spule 313 wird durch Abstandsstücke 203,
die aus isolierendem Material bestehen können, auf der oberen Wand 101 der
Kammer 100 gehalten. Im Betrieb wird ein Reaktionsgas durch
eine Gaseinlassöffnung
(nicht dargestellt) in die Kammer 100 eingelassen. Eine
Hochfrequenzleistung von einer Stromversorgung (nicht dargestellt)
wird an die Spule 313 angelegt. Der durch die Spule 313 fließende Hochfrequenzstrom
(RF) induziert einen elektromagnetischen Strom in der Kammer 100 und
der elektromagnetische Strom wirkt auf das Reaktionsgas, um ein Plasma
zu erzeugen.
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Das
Plasma enthält
verschiedene Arten von Radikalen und die chemische Reaktion der
positiven/negativen Ionen wird verwendet, um den Halbleiterwafer 111 selbst
oder einen auf dem Wafer erzeugten Isolierfilm zu ätzen. Während des Ätzvorgangs führt die
Spule 313 eine Funktion aus, die der der Primärspule eines
Transformators entspricht, während das
Plasma in der Kammer 100 eine Funktion ausführt, die
der der Sekundärspule
des Transformators entspricht. Wenn das durch den Ätzvorgang
erzeugte Reaktionsprodukt flüchtig
ist, wird dieses Reaktionsprodukt durch eine Ausströmöffnung 113 abgeführt.
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Eine
Metallplatte 217, die die Funktion einer Faradayschen Abschirmung
hat, ist zwischen der Spule 313 und der Kammer 100 angeordnet.
Bei einer Ausführungsform
ist die Metallplatte 217 mit Abstand zwischen der Spule 313 und
der oberen Wand 101 des Gehäuses angeordnet und erstreckt
sich im Wesentlichen parallel zu der Wand 101. Die Dicke der
Metallplatte 217 beträgt
vorzugsweise ungefähr 20 μm bis ungefähr 10 mm
und bevorzugt ungefähr 50 μm bis ungefähr 5 mm.
Bei einer Ausführungsform hat
die Metallplatte 217 eine Dicke von ungefähr 1,5 mm.
Ein Verbinder 207 verbindet die Metallplatte 217 elektrisch
mit der Spule 313 an einer vorbestimmten Stelle der Spule
und hat die Funktion, sicherzustellen, dass die der Metallplatte 217 in
der gleichen Ebene zugeführte
RF-Spannung gleichmäßig ist.
Da die der Metallplatte 217 in der gleichen Ebene zugeführte RF-Spannung
gleichmäßig ist,
wird dem Plasma in der Nähe
oberen Wand 101 Energie in gleichmäßiger Weise zugeführt. Als
Ergebnis dieser gleichmäßigen Energieverteilung
erfolgt das Abscheiden und Sputtern des Reaktionsprodukts gleichmäßig, so
dass keine unerwünschten
Ansammlungen des Reaktionsprodukts auf der oberen Wand 101 auftreten.
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Bei
einer Ausführungsform
verbindet der Verbinder 207 die Metallplatte 217 an
einer Stelle elektrisch so mit der Spule 313, dass eine
angemessene Vpp (Spitzenspannung) an die
Metallplatte angelegt wird. Durch ein gleichmäßiges Anlegen der Vpp an die Metallplatte 217 werden
die Ionen im Plasma beschleunigt und bombardieren die vakuumseitige Oberfläche einer
Wand der Kammer des induktiv gekoppelten Plasma-Ätzgeräts gleichmäßig, um zu verhindern, dass
das Reaktionsprodukt sich darauf ablagern kann. Bei einer Ausführungsform
ist das induktiv gekoppelte Plasma-Ätzgerät ein TOP
9400 PTX Plasma-Ätzgerät, das von
der Lam Research Corporation aus Fremont, Kalifornien, kommerziell
vertrieben wird und die beschleunigten Ionen bombardieren die vakuumseitige
Oberfläche
des TOP-Fensters gleichmäßig, um
zu verhindern, dass das Reaktionsprodukt sich darauf ablagern kann.
Bei einer alternativen Ausführungsform
verbindet der Verbinder 207 die Metallplatte mit einem
Leiter, der sich von einem Impedanzanpassungskasten zu der Spule
erstreckt.
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Die 3 ist
eine perspektivische Explosionsansicht der Metallplatte, die als
Faradaysche Abschirmung wirkt, und der Komponenten zum Halten der
Metallplatte an ihrem Platz gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Wie in der 3 gezeigt
ist, ist die Metallplatte 217 durch Schrauben 205 an
der Unterseite eines Befestigungsrahmens 201 befestigt,
der an seiner Oberseite mit Befestigungsabstandsstücke 203 versehen
ist. Der Befestigungsrahmen 201, die Befestigungsabstandsstücke 203 und
die Schrauben 205 können aus
jedem geeigneten Isoliermaterial gefertigt sein.
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Ein äußerer Ring 211,
ein innerer Ring 213 und eine Mittelscheibe 215 sind
durch Schrauben 219, die aus jedem geeigneten Isoliermaterial
hergestellt sein können,
an dem Befestigungsrahmen 201 befestigt. Der äußere Ring 211,
der innere Ring 213 und die Mittelscheibe 215 sorgen
für die
Formbeständigkeit
der Metallplatte 217 während
des Betriebs des induktiv gekoppelten Plasma-Ätzgeräts. Eine Vielzahl von radialen
Schlitzen 221 ist in der Metallplatte 217 ausgebildet.
Die radialen Schlitze 221 erstrecken sich quer zu den Abschnitten
der Spule 313 (siehe 4), um einen
intern induzierten Strom, der von dem auf der Metallplatte 217,
die ein Leiter ist, fließenden
elektrischen Strom erzeugt wird, zu unterbrechen. Dies ist erforderlich,
da der auf der Metallplatte 217 fließende Strom dazu führt, dass
die Spule 313 (siehe 2 und 4)
und die Kammer 100 (siehe 2) elektrisch
abgeschirmt werden.
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Es
wird weiter auf 3 Bezug genommen. Der Verbinder 207 verbindet
die Metallplatte 217 und die Spule 313 elektrisch
(siehe 2 und 4). Zwei Metallschrauben 209 werden
verwendet, um diese Verbindung herzustellen, wobei eine Metallschraube
die Metallplatte 217 mit dem Verbinder 207 und
die andere Metallschraube die Spule 313 (siehe 2 und 4)
mit dem Verbinder 207 verbindet.
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Die 4 ist
eine perspektivische Explosionsansicht der Spule und der Komponenten
zum Halten der Spule an ihrem Platz gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Wie in der 4 gezeigt
ist, sind zwischen der Metallplatte 217 und der Spule 313 ein
Befestigungsrahmen 201 und Befestigungsabstandsstücke 203 vor gesehen.
Die vier Enden der kreuzförmigen
Spulenmontageplatte 305 werden durch Haltefedergehäuse 301 und
Metallschrauben 303 befestigt, um die Form der Spule 313 stabil
zu halten. Wie in der 4 gezeigt ist, weist die Spule 313 drei
Wicklungen auf. Die Spule 313 muss mindestens eine Wicklung
haben, kann jedoch andererseits jede geeignete Anzahl von Wicklungen
aufweisen.
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Wie
oben im Zusammenhang mit der Beschreibung der 3 erläutert wurde,
verbindet der Verbinder 207 die Metallplatte 217 elektrisch
mit der Spule 313. Wie in der 4 gezeigt
ist, positioniert ein U-förmiges
Abstandsstück 309 die
Spulenmontageplatte 305, die Spule 313 und die
Metallplatte 217. Das U-förmige Abstandsstück 309 ist
durch eine Metallschraube 307 mit der Spule 313 verbunden.
Eine Metallschraube 209 verbindet den Verbinder 207 durch
das U-förmige
Abstandsstück 309 elektrisch mit
der Spule 313 und eine andere Metallschraube 209 verbindet
den Verbinder 207 elektrisch mit der Metallplatte 217 (siehe 3).
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Das
induktiv gekoppelte Plasma-Ätzgerät gemäß der vorliegenden
Erfindung ist sehr gut geeignet, um kürzlich entwickelte Materialien
für Bauelemente
(z. B. Platin, Ruthenium und dergleichen), die nichtflüchtige,
elektrisch leitende Reaktionsprodukte (z. B. RuO2)
erzeugen, einem Plasma-Ätzvorgang
zu unterziehen. Für
einen Fachmann ist es naheliegend, dass das induktiv gekoppelte
Plasma-Ätzgerät gemäß der vorliegenden
Erfindung auch zum Plasmaätzen
von Standardmaterialien, wie beispielsweise Metall und Polysilizium,
verwendet werden kann. Beim Plasmaätzen von Metall und Polysilizium
wird Vpp angepasst, um eine gleichmäßige und
minimale Abscheidung zu erzielen. Auf diese Weise können die
Häufigkeit,
mit der die Kammer gereinigt werden muss (Mean Wafer Between Clean
= MWBC) und die Lebenszeit des TCP-Fensters verbessert werden.
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Zusammenfassend
kann festgestellt werden, dass die vorliegende Erfindung ein induktiv
gekoppeltes Plasma-Ätzgerät zum Kontrollieren
der Innenfläche
einer Wand, die eine Kammer eingrenzt, in der ein Plasma erzeugt
wird, zur Verfügung
stellt. Die Erfindung wurde hier anhand von einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen
beschrieben. Andere Ausführungsformen
werden für
einen Fachmann beim Studium der Beschreibung und bei der praktischen
Anwendung der Erfindung ersichtlich. Beispielsweise können die
Form der als Faradaysche Abschirmung wirkenden Metallplatte und
das Anordnungsverhältnis
zwischen der Metallplatte und der Kammer entsprechend dem induktiv
gekoppelten Plasma-Ätzgerät zur Adaptierung
der vorliegenden Erfindung verändert
werden. Die oben beschriebenen Ausführungsformen und bevorzugten Merkmale
sollen lediglich als beispielhaft angesehen werden, wobei der Umfang
der Erfindung durch die beigefügten
Ansprüche
und deren Entsprechungen definiert wird.