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Die
Erfindung betrifft allgemein Substratverarbeitungssysteme. Insbesondere
betrifft die Erfindung ein Substratverarbeitungssystem, das eine Vielzahl
verschiedener Prozesse ausführen
kann.
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Prozesskammern
werden in der Regel zur Herstellung integrierter Schaltkreise verwendet.
In der Regel werden eine Vielzahl verschiedener Prozesse an einem
Halbleitersubstrat ausgeführt,
um Bauelemente und andere Komponenten des integrierten Schaltkreises
auszubilden. Zu diesen Prozessen können Ätzen, chemische Dampfabscheidung,
physikalische Dampfabscheidung und andere Plasma- oder Nichtplasmaprozesse
gehören.
Es können
eine Reihe zugehöriger
oder sequenzieller Prozesse an einem Halbleitersubstrat unter Verwendung
einer Fertigungsplattform ausgeführt
werden, die mehrere spezielle Verarbeitungskammern aufweist. Jede
Verarbeitungskammer auf der Plattform ist in der Regel dafür konstruiert
und konfiguriert, einen speziellen Prozess oder eine spezielle Art
von Prozess für
eine spezielle Art von Substrat auszuführen. Zum Beispiel wird in
der Regel eine Ätzkammer aus
einem Block aus Aluminium oder anderen geeigneten Materialien herausgespant
oder -gefräst,
um ein Innenvolumen auszubilden, das speziell dafür ausgelegt
ist, einen Ätzprozess
an einem Substrat einer bestimmten Größe auszuführen, und die Ätzkammer
kann Anschlüsse
für andere
Anlagenteile zum Ausführen
des Ätzprozesses – zum Beispiel
Abzugssysteme, ein Gaszufuhrsystem, Stromquellen usw. – enthalten,
die speziell zum Ausführen
des Ätzprozesses
konfiguriert sind. Die Verarbeitungskammern auf einer Plattform
lassen sich nur mit erheblichem Aufwand umkonfigurieren, damit sie
auch andere Prozesse ausführen
können.
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Da
die Verarbeitungskammern auf einer Plattform in der Regel dafür konfiguriert
sind, eine bestimmte Abfolge von Prozessen auszuführen, wird, wenn
eine andere Abfolge oder eine andere Art von Prozess benötigt wird,
eine neue Plattform mit einer neuen Verarbeitungskammer benötigt, die
für den
erforderlichen anderen Prozess konfiguriert ist. Das Ersetzen von
Fertigungsplattformen erfordert erhebliche Investitionskosten für die Fertigungsausrüstung und
andere Kosten im Zusammenhang mit Stillstandszeiten und der Installation
der neuen Plattform.
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Ein
weiteres Problem, das man in der Regel in herkömmlichen Verarbeitungskammern
antrifft, ist, dass die Abzugssysteme in der Regel kein gleichmäßiges und
effizientes Pumpen der Prozessgase aus der Verarbeitungsregion in
der Kammer zum Kammerabzugsauslass ermöglichen. In herkömmlichen Verarbeitungskammern
sind die Gleichmäßigkeit
des Prozessgasstroms und die Effizienz des Prozessgasabzugs durch
eine Vielzahl verschiedener Faktoren begrenzt, wie zum Beispiel
das Innenvolumen der Kammer, die Anordnung des Substratträgerelements in
der Kammer, die Größe des Abzugsauslasses
und die Position des Abzugsauslasses. Verarbeitungskammern haben
in der Regel ein im Wesentlichen zylindrisches Innenvolumen, das
ein festes oder bewegliches Substratträgerelement enthält. Prozessgase
werden allgemein aus dem Innenvolumen durch ein Loch in der Seite
der Verarbeitungskammer abgezogen, wie es zum Beispiel im
US-Patent Nr. 5,516,367 beschrieben
ist, oder werden durch ein Loch im Boden der Kammer unter einem
freitragenden Substratträgerelement
abgezogen, wie es zum Beispiel im
US-Patent Nr. 5,820,723 beschrieben
ist. Das Substratträgerelement
behindert oft den Strom der Abzugsgase oder führt auf sonstige Weise zu einem
ungleichmäßigen Gasabzug
aus der Prozesskammer. Dieser ungleichmäßige Abzug von Gasen kann zu
ungleichmäßigen Verarbeitungsergebnissen führen. Des
Weiteren kann der Abzugsauslass das Leiten aus der Kammer zum Abzugssystem
einschränken,
was an der Größe des Abzugsauslasses und
auch daran liegt, dass der Abzugsauslass in der Regel einen abrupten Übergang
mit der Kammerwand bildet, was einen gleichförmigen Strom der Prozessgase
zum Abzugsauslass behindert.
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WO 00/19495 beschreibt
eine Verarbeitungskammerauskleidung, die einen Plasmaeinschlussschild
mit mehreren Öffnungen
aufweist. Eine äußere Seitenwand
der Auskleidung erstreckt sich von dem Plasmaeinschlussschild aufwärts, und
ein äußerer Bund
erstreckt sich von der äußeren Seitenwand
auswärts.
Die Kammerauskleidung kann auch eine sich aufwärts erstreckende innere Seitenwand enthalten.
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EP 0 714 998 beschreibt
eine Waferverarbeitungskammer, die eine Innenfläche mit einer zylindrischen
Seitenwand aufweist. Die zylindrische Innenfläche ist mit Keramikringen ausgekleidet,
um Korrosion zu widerstehen und den Grad an Impedanz zu justieren,
dem das Plasma begegnet, wenn ein HF-Kreis sich über das Erdungspotenzial zu
schließen
versucht.
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Darum
besteht Bedarf an einer Mehrzweckkammer, die für eine Vielzahl verschiedener
Prozesse konfiguriert werden kann, einschließlich beispielsweise Ätzprozesse,
chemische Dampfabscheidungsprozesse und physikalische Dampfabscheidungsprozesse.
Es wäre
wünschenswert,
dass die Mehrzweckkammer ein effizientes und gleichmäßiges Abziehen
von Verarbeitungsgas aus der Kammer ermöglicht.
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Die
vorliegende Erfindung sucht die oben angesprochenen Probleme zu überwinden.
Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst.
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Weitere
Vorteile, Merkmale, Aspekte und Einzelheiten der Erfindung gehen
aus den abhängigen
Ansprüchen,
der Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen hervor.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Substratverarbeitungssysteme.
Insbesondere betrifft sie Substratverarbeitungssysteme, die eine
Vielzahl verschiedener Prozesse ausführen können.
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Es
wird eine Mehrzweckkammer bereitgestellt, die für eine Vielzahl verschiedener
Prozesse konfiguriert werden kann, einschließlich beispielsweise Abscheidungsprozesse
und Ätzprozesse.
Die Mehrzweckkammer bietet einen gleichmäßigen Plasmaeinschluss um ein
Substrat herum, das in der Kammer angeordnet ist, für verschiedene
Verarbeitungsbedingungen. Die Mehrzweckkammer ermöglicht auch
ein effizientes und gleichmäßiges Abziehen
des Verarbeitungsgases aus der Kammer.
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Ein
Aspekt der Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Verarbeiten eines
Halbleitersubstrat bereit, die einen Kammerkörper mit einem Innenvolumen umfasst,
das durch eine erste und eine zweite im Wesentlichen zylindrische
Region und durch gerade Seitenwände,
die sich im Wesentlichen tangential zwischen der ersten und der
zweiten zylindrischen Region erstrecken, definiert wird. Ein Substratträger ist
in dem Innenvolumen innerhalb der ersten im Wesentlichen zylindrischen
Region angeordnet, und ein Abzugssystem ist mit einem Kammerauslass
verbunden, der mit der zweiten zylindrischen Region in Strömungsverbindung
steht. Der Kammerkörper
kann eine Vielzahl verschiedener Kammerauskleidungen oder -einsätze aufnehmen,
um eine Vielzahl verschiedener Ätzprozesse
und Abscheidungsprozesse auszuführen.
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Um
die Art und Weise, in der die oben beschriebenen Merkmale, Vorteile
und Aufgaben der vorliegenden Erfindung realisiert werden, im Detail zu
verstehen, wird eine ausführlichere
Beschreibung der Erfindung, die oben kurz zusammengefasst wurde,
anhand ihrer Ausführungsformen,
die in den angehängten
Zeichnungen veranschaulicht sind, gegeben.
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Es
ist jedoch anzumerken, dass die angehängten Zeichnungen lediglich
typische Ausführungsformen
dieser Erfindung veranschaulichen und darum nicht so verstanden
werden dürfen,
als würden
sie den Geltungsbereich der Erfindung einschränken, denn die Erfindung kann
auch andere, gleichermaßen
effektive Ausführungsformen
zulassen.
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1 ist
eine schematische Ansicht eines Clusterwerkzeugsystems mit mehreren
Substratverarbeitungskammern.
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2 ist
eine Querschnittsansicht einer Mehrzweckkammer der Erfindung, die
mit einem kuppelförmigen
Deckel und Induktionsspulen dargestellt ist.
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3 ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Mehrzweckkammer
mit einer zweiteiligen Auskleidung.
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4 ist
eine Querschnittsansicht einer Mehrzweckkammer der Erfindung, die
mit einem flachen Deckel und einer kapazitiv gekoppelten Gasverteilungsplatte
dargestellt ist.
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5 ist
eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der Mehrzweckkammer
der Erfindung, die den Strom der Prozessgase durch Kammerauskleidungen
zeigt.
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6A ist
eine Draufsicht auf eine Ausführungsform
der Mehrzweckkammer der Erfindung.
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6B–6C sind
Draufsichten auf Beispiele von Mehrzweckkammern, die sich für das Verstehen
der Erfindung eignen.
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7 ist
eine Querschnittsansicht einer Mehrzweckkammer der Erfindung, die
mit einem flachen Deckel und einer Flachspule gezeigt ist.
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8 ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Mehrzweckkammer
mit einer einstückigen
Auskleidung.
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9 ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Mehrzweckkammer
mit einer einstückigen
Auskleidung, die nicht den Kammerboden bedeckt.
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1 ist
eine schematische Ansicht eines Clusterwerkzeugsystems mit mehreren
Substratverarbeitungskammern. Das Clusterwerkzeugsystem
100 ist
ein zweistufiges Vakuumverarbeitungssystem, das durch einen Hauptrahmen
oder eine Plattform
102 definiert wird, woran mehrere Module
oder Kammern angebracht sind. Ein Beispiel einer kommerziellen Ausführungsform
einer zweistufigen Vakuumverarbeitungsplattform ist die Endura
®-Plattform
von der Firma Applied Materials, Inc., Santa Clara, Kalifornien,
die im
US-Patent Nr. 5,186,718 , Tepman
und Mitarbeiter beschrieben ist.
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Das
Clusterwerkzeugsystem 100 enthält Vakuumschleusenkammern 105 und 110,
die an einer Erststufen-Transferkammer 115 angebracht sind.
Die Schleusenkammern 105 und 110 halten Vakuumbedingungen
innerhalb der Erststufen-Transferkammer 115 aufrecht,
während
Substrate in das System 100 eintreten und es verlassen.
Ein erster Roboter 120 transferiert Substrate zwischen
den Schleusenkammern 105 und 110 und einer oder
mehreren Substratverarbeitungskammern 125 und 130,
die an den Erststufen-Transferkammern 115 angebracht sind.
Die Verarbeitungskammern 125 und 130 können aus
einer Reihe von Substratverarbeitungskammern ausgewählt werden,
wie zum Beispiel Substratverarbeitungskammern zum Ätzen, chemischen
Dampfabscheiden (CVD), physikalischen Dampfabscheiden (PVD), Vorreinigen,
Entgasen, Ausrichten und so werter. Der erste Roboter 120 transferiert
auch Substrate zu bzw. von einer oder mehreren Transferkammern 135,
die zwischen der Erststufen-Transferkammer 115 und einer
Zweitstufen-Transferkammer 140 angeordnet sind.
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Die
Transferkammern 135 werden verwendet, um Ultrahochvakuumbedingungen
in der Zweitstufen-Transferkammer 140 aufrecht zu erhalten, während Substrate
zwischen der Erststufen-Transferkammer 115 und der Zweitstufen-Transferkammer 140 transferiert
werden. Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung transferiert ein zweiter Roboter 145 Substrate
zwischen den Transferkammern 135 und mehreren Substratverarbeitungskammern 150, 155, 160 und 165.
Im Gegensatz zu Verarbeitungskammern 125 und 130 können die
Verarbeitungskammern 150 bis 165 so konfiguriert
werden, dass sie eine Vielzahl verschiedener Substratverarbeitungsoperationen
ausführen.
Zum Beispiel kann die Verarbeitungskammer 150 eine CVD- Kammer sein, die
dafür konfiguriert
ist, einen dielektrischen Film abzuscheiden; die Verarbeitungskammer 155 kann
eine Ätzkammer
sein, die dafür
konfiguriert ist, Mündungen
oder Öffnungen
in einen dielektrischen Film zu ätzen,
um Zwischenverbindungs-Strukturelemente zu bilden; die Verarbeitungskammer 160 kann
eine PVD-Kammer sein, die dafür
konfiguriert ist, einen Sperrfilm zu bilden; und die Verarbeitungskammer 165 kann
eine PVD-Kammer sein, die dafür
konfiguriert ist, einen Metallfilm abzuscheiden. Wie weiter unten
noch ausführlich
beschrieben wird, kann jede der Kammern 150 bis 165 durch
einfaches Austauschen der Auskleidung problemlos umkonfiguriert werden.
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Eine
Steuereinheit 170 kann den Gesamtbetrieb des Clusterwerkzeugsystems 100 und
die einzelnen Prozesse, die in jeder der Substratverarbeitungskammern
ausgeführt
werden, steuern. Die Steuereinheit 170 kann einen (nicht
gezeigten) Mikroprozessor oder -computer und ein Computerprogramm
enthalten, das durch einen Mikroprozessor oder -computer ausgeführt wird.
Die Substrate werden durch ein (nicht gezeigtes) Förderband
oder Robotersystem, das durch die Steuereinheit gesteuert wird,
zu den Vakuumschleusenkammern 105 und 110 gebracht.
Die Roboter 120 und 145 werden ebenfalls durch
die Steuereinheit betrieben, um Substrate zwischen den verschiedenen
Verarbeitungskammern des Clusterwerkzeugsystems 100 zu
transferieren. Außerdem
kann die Steuereinheit auch andere Komponenten oder Systeme, die
mit dem Clusterwerkzeugsystem 100 verbunden sind, steuern oder
koordinieren.
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2 ist
eine Querschnittsansicht einer Mehrzweckkammer der Erfindung. 3 ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Mehrzweckkammer
mit einer zweiteiligen Auskleidung. Eine Mehrzweckkammer 200 kann
an der Plattform 102 als eine Verarbeitungskammer angebracht
und dafür
konfiguriert werden, eine Vielfalt aus einem oder mehreren speziellen
Prozessen, wie zum Beispiel Abscheidungs- oder Ätzprozesse, auszuführen. Wie
in den 2 und 3 dargestellt, enthält die Mehrzweckkammer 200 einen
Kammerkörper 202 mit
einer Kammerwand 204 und einem Kammerboden 206.
Die Kammerwand 204 erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht
von dem Rand des Kammerbodens 206. Der Kammerboden 206 enthält einen Auslass 208 zum
Abziehen von Gasen aus der Kammer. Ein Abzugssystem 210 ist
an dem Auslass 208 des Kammerbodens 206 angebracht.
Das Abzugssystem 210 kann ein Drosselventil 212 und
eine Vakuumpumpe 214 enthalten. Es kann eine Vielzahl verschiedener
auf dem freien Markt erhältlicher
Ventile und Pumpen in dem Abzugssystem 210 verwendet werden,
und der Auslass 208 kann einen herausnehmbaren Auslass
umfassen, um die Anbringung bestimmter Ventile zu ermöglichen.
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Ein
Substratträger 216 ist
ebenfalls an dem Kammerboden 206 angeordnet. Der Substratträger 216 kann
eine elektrostatische Spannvorrichtung, eine Vakuum-Spannvorrichtung
oder ein anderer Waferhaltemechanismus sein und enthält eine
Substratträgerfläche 218,
die allgemein so geformt ist, dass sie zu der Form eines darauf
getragenen Substrats passt. Wie in 2 gezeigt,
ist die Substratträgerfläche 218 allgemein
rund, um ein im Wesentlichen rundes Substrat zu tragen. Die Substratträgerfläche 218 kann
thermisch mit einem Substrattemperatursteuersystem 228 verbunden
sein, wie zum Beispiel einer Widerstandsheizspule und/oder Fluiddurchgängen, die
mit einem heizenden oder kühlenden
Fluidsystem verbunden sind. Der Substratträger 216 enthält einen
Substrathebemechanismus 220 zum Ermöglichen der Substrattransfers
auf den und von dem Substratträger 216.
Der Substrathebemechanismus 220 kann einen oder mehrere
bewegliche Hebestifte 224 enthalten, die mit einem Hebeaktuator 226 verbunden
sind. Ein Abschnitt des Substratträgers 216 kann sich
durch den Kammerboden 206 hindurch erstrecken, um ein Gehäuse für die Komponenten
des Substratträgers
zu bilden. Der Substratträger 216 kann
elektrisch mit einer (nicht gezeigten) Stromquelle verbunden sein,
um nach Bedarf eine Substratvorspannung für bestimmte Prozesse zu erzeugen.
Optional kann ein Aktuator zum Bewegen des Substratträgers auf
unterschiedliche vertikale Positionen vorhanden sein.
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Der
Kammerboden 206 ist so geformt, dass er die im Wesentlichen
kreisförmige
Basis des Substratträgers 216 und
den im Wesentlichen kreisförmigen
Kammerauslass 208 aufnehmen kann. Wie in 3 gezeigt,
ist die Kammerwand 204 so geformt, dass ein Innenvolumen
entsteht, das durch eine erste und eine zweite im Wesentlichen halbzylinderförmige Region 204a, 204b und
durch Seitenwandabschnitte 204c, die sich zwischen der
ersten und der zweiten halbzylinderförmigen Region erstrecken, definiert wird.
Die erste halbzylinderförmige
Region 204a hat genügend
Raum zum Montieren des Substratträgers 216, und die
zweite halbzylinderförmige
Region 204b umschließt
den Kammerauslass 208. Die erste halbzylinderförmige Region 204a ist
von einer Außenfläche des
Substratträgers 216 beabstandet,
um einen Gasdurchgang um den Körper
des Substratträgers 216 herum
zu bilden. Die zweite halbzylinderförmige Region 204b umgibt
einen Abschnitt der Abzugsregion über dem Kammerauslass 208.
Die Seitenwandabschnitte 204c definieren einen Abzugsdurchgang,
der den Gasdurchgang um den Körper
des Substratträgers 216 herum
mit der Abzugsregion über
dem Kammerauslass 208 verbindet. Das Innenvolumen enthält genügend Raum
für eine
oder mehrere Auskleidungen, die eine zylindrische Verarbeitungsregion
und eine zylindrische Abzugsregion definieren, wie weiter unten
noch ausführlicher
beschrieben wird. In einer Ausführungsform,
wie in 2 gezeigt, beseitigen die Seitenwandabschnitte 204c im Wesentlichen
jegliche Behinderung der Leitung (d. h. sie maximieren praktisch
die Leitung) zwischen dem Gasdurchgang um den Körper des Substratträgers 216 herum
und der Abzugsregion über
dem Kammerauslass 208.
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Der
Durchmesser der halbzylinderförmigen Sektion 204A ist
allgemein größer als
der Durchmesser der halbzylinderförmigen Sektion 204B.
Wenn jedoch eine wesentlich größere Vakuumpumpe
untergebracht werden muss, so muss der Durchmesser der Sektion 204B möglicherweise
vergrößert werden,
vielleicht sogar noch über
den Durchmesser der Sektion 204A hinaus.
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Ein
Schlitz 230 zum Ermöglichen
von Substrattransfers in die und aus der Kammer ist an der Kammerwand 204 an
einer Position nahe des Substratträgers 216 und über der
Substratträgerfläche 218 angeordnet.
Ein Schlitzventil 232 ist neben dem Schlitz 230 an
der Kammerwand 204 angeordnet, um Substrattransfers in
die und aus der Kammer zu ermöglichen
(d. h. wenn das Schlitzventil offen ist) und um die gewünschten
Kammervakuumpegel während der
Verarbeitung aufrecht zu erhalten (d. h. wenn das Schlitzventil
geschlossen ist). Wie in 2 gezeigt, umfasst das Schlitzventil 232 ein
Plasmaisolationsschlitzventil, das beweglich gegen eine Innenfläche der
Kammerwand 204 angeordnet ist. Das Plasmaisolationsschlitzventil
ist an einem Schlitzventilaktuator 233, wie zum Beispiel
einem pneumatischen Aktuator oder sonstigem Motor, angebracht, der
durch den Kammerboden 206 hindurch angeordnet ist. Der Schlitzventilaktuator 233 bewegt
das Schlitzventil 232 zwischen einer offenen Position und
einer geschlossenen Position.
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Ein
Kammerdeckel
234 ist in abdichtender Weise über der
Kammerwand
204 angeordnet, um eine abgeschlossene Umgebung
im Inneren der Kammer für
eine Vakuumverarbeitung zu erzeugen. Der Kammerdeckel
234 kann
abnehmbar oder an einem Abschnitt der Kammerwand
204 angelenkt
sein. Der Kammerdeckel
234 kann je nach dem Prozess, für den die
Kammer konfiguriert ist, und den gewünschten Verarbeitungsparametern
als eine Platte oder als eine Kuppel geformt sein. Wie in
2 gezeigt,
ist der Kammerdeckel
234 kuppelförmig und enthält eine
innere Spule
236 und eine äußere Spule
238, die
durch ein Stromverteilungsnetz
242 mit einer Stromquelle
240 verbunden
sind. Andere Kammerdeckeldesigns mit induktiver, kapazitiver oder
einer Kombination aus induktiven und kapazitiven Plasmaquellen können ebenfalls
als die Kammerdeckel
234 der Mehrzweckkammer
200 verwendet
werden. Es sind verschiedene induktive und kapazitive Kammerdeckeldesigns
in im
US-Patent Nr. 6,054,013 ,
Collins und Mitarbeiter, gezeigt.
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Ein
Gasverteiler 244 steht in Strömungsverbindung mit einer Gasquelle 246,
die den Vorläufer oder
die Prozessgase enthält,
die für
die Verarbeitung des Substrats in der Kammer verwendet werden sollen.
Die Gasquelle 246 kann eine oder mehrere Flüssigkeitsampullen,
die einen oder mehrere flüssige
Vorläufer
enthalten, und einen oder mehrere Verdampfer zum Verdampfen der
flüssigen
Vorläufer
in einen gasförmigen
Zustand enthalten. Wie in 2 gezeigt,
kann der Gasverteiler 244 eine oder mehrere Gaseinspritzdüsen 248 enthalten,
die durch einen mittigen oberen Abschnitt des Kammerdeckels 234 hindurch
angeordnet sind. Alternativ kann der Gasverteiler einen Duschkopf-Gasverteiler
mit mehreren Löchern
zum Einleiten von Gasen in die Kammer umfassen, der an einem oberen
Abschnitt des Kammerdeckels angeordnet ist. Als eine weitere Alternative kann
der Gasverteiler einen ringförmigen
Gasverteiler mit mehreren Gasdüsen
umfassen, die umfänglich über dem
Substratträger
angeordnet sind. Optional kann eine räumlich abgesetzte Plasmaquelle 249 in
Strömungsverbindung
angeschlossen sein, um ein räumlich
abgesetztes Plasma, wie zum Beispiel ein Kammerreinigungsplasma,
einzuleiten. Wenn eine räumlich
abgesetzte Plasmaquelle 249 verwendet wird, so ist eine
entsprechende Öffnung 276 in
der Auskleidung 250 angeordnet. Wenn jedoch die räumlich abgesetzte
Plasmaquelle 249 verwendet wird, so sollte die Öffnung 276 nicht
in der Auskleidung 250 vorhanden sein.
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Die
Mehrzweckkammer 200 enthält eine Auskleidung 250,
die herausnehmbar in der Kammer angeordnet ist und die Kammer für eine spezielle Verarbeitung,
zum Beispiel einen Ätzprozess,
konfiguriert. Die Auskleidung 250 besteht aus Nickel, Aluminium
oder anderen Metallen oder Metalllegierungen, die für eine Plasmaverarbeitung
geeignet sind, und kann auch eine anodisierte Aluminiumoberfläche enthalten.
Die Auskleidung 250 kann eine einstückige Bauweise oder eine mehrstückige Bauweise
haben. Wie in 3 gezeigt, ist die Auskleidung 250 eine
zweiteilige Auskleidung, die eine obere Auskleidung 252 und
eine untere Auskleidung 254 umfasst.
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Die
Kammerauskleidung 250 definiert eine Prozessregion über der
Substratträgerfläche 218, eine
Abzugsregion über
dem Kammerauslass 208 und eine Durchgangsregion zwischen
der Prozessregion und der Abzugsregion. Die Kammerauskleidung 250 ist
in den Kammerkörper
eingesetzt. Um also die Größe oder
Form der Prozessregion, der Abzugsregion oder der Durchgangsregion
zu verändern, braucht
man nur die Kammerauskleidung 250 auszutauschen.
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Die
untere Auskleidung 254 enthält einen Wandabschnitt 256,
der einen unteren Innenabschnitt der Kammerwand 204 auskleidet.
Die untere Auskleidung 254 kann auch einen Bodenabschnitt 258 enthalten,
der im Wesentlichen den Kammerboden 206 bedeckt, der Verarbeitungsgasen
ausgesetzt sein kann. Der Bodenabschnitt 258 hat Löcher oder Öffnungen 260 und 262 zum
Aufnehmen des Substratträgers 216 bzw.
des Auslasses 208.
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Die
obere Auskleidung 252 definiert die Verarbeitungsregion
und enthält
einen Plasmaeinschlussabschnitt 264, der die Verarbeitungsregion über dem
Substratträger 216 umgibt.
Der Plasmaeinschlussabschnitt 264 hat eine im Wesentlichen
zylindrische Form, die zu einem runden Substratträger 216 passt,
und ist im Wesentlichen konzentrisch mit dem Substratträger 216 angeordnet,
um einen im Wesentlichen gleichmäßigen Durchgang
zwischen der Innenfläche
des Plasmaeinschlussabschnitts 264 und der Außenfläche des
Substratträgers 216 zu
bilden. In einer Ausführungsform
hat der Plasmaeinschlussabschnitt 264 einen Innendurchmesser
von etwa 560 mm, und der Substratträger 216 hat einen Außendurchmesser
von etwa 380 mm, um darauf ein 300 mm durchmessendes Substrat zu
tragen.
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Der
Plasmaeinschlussabschnitt 264 kann sich unter der Substratträgerfläche 218 erstrecken, um
eine gleichmäßige Plasmaverteilung über einem Substrat
während
der Verarbeitung zu verbessern. Der Plasmaeinschlussabschnitt 264 bildet
ein HF-symmetrisches
Volumen um den Substratträger 216 herum
und einen gleichmäßigen Plasmaeinschluss
um ein Substrat herum, das auf dem Substratträger angeordnet ist. Der Plasmaeinschlussabschnitt 264 enthält einen
Schlitz 265, der in Position und Größe dem Schlitz 230 an
der Kammerwand 204 entspricht, um Substrattransfers in
die und aus der Kammer zu ermöglichen.
Das Schlitzventil 232 ist zwischen dem Schlitz 265 der
oberen Auskleidung 252 und dem Schlitz 230 an
der Kammerwand 204 angeordnet.
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In
einer Ausführungsform
liegt ein im Wesentlichen halbkreisförmiger unterer Randabschnitt 266 des
Plasmaeinschlussabschnitts 264 der oberen Auskleidung 252 an
einem im Wesentlichen halbkreisförmigen
oberen Randabschnitt 268 des Wandabschnitts 256 der
unteren Auskleidung 254 an. Die obere Auskleidung 252 kann
eine Zwischenplatte 270 enthalten, die sich von einer Außenfläche des
Plasmaein schlussabschnitts zu der Innenfläche der Kammerwand 204 erstreckt.
Die Zwischenplatte 270 und die untere Auskleidung 254 definieren
die Abzugsregion über
dem Kammerauslass 208 und die Durchgangsregion zwischen
der Verarbeitungsregion und der Abzugsregion.
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Die
obere Auskleidung 252 kann auch einen oberen Wandabschnitt 272 enthalten,
der sich von dem Rand der Zwischenplatte 270 erstreckt,
um die übrigen
Abschnitte der Innenfläche
der Kammerwand 204 zu bedecken. Ein Bund 274 erstreckt
sich von einem oberen Rand des oberen Wandabschnitts 272 und
einem Abschnitt eines oberen Randes des Plasmaeinschlussabschnitts 264 und
ist auf einer Oberseite der Kammerwand 204 montiert. In
einer Ausführungsform
ist der Kammerdeckel in abdichtender Weise über dem Plasmaeinschlussabschnitt 264 der
oberen Auskleidung angeordnet. In einer anderen Ausführungsform
ist der Kammerdeckel in abdichtender Weise über der Kammerwand 204 angeordnet.
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4 ist
eine Querschnittsansicht der Mehrzweckkammer von 2 mit
einem flachen Deckel 334 und einem Gasverteilungs-Duschkopf 350.
Die Mehrzweckkammer 300 hat einen Mehrzweckkammerkörper 202,
wie es zuvor für
die 2 und 3 beschrieben wurde. Ein Kammerdeckel 334 ist
in abdichtender Weise über
der Kammerwand 204 angeordnet, um eine abgeschlossene Umgebung
im Inneren der Kammer für
die Vakuumverarbeitung zu erzeugen. Der Kammerdeckel 334 kann
abnehmbar oder an einem Abschnitt der Kammerwand 204 angelenkt
sein. Der Kammerdeckel 334 kann je nach dem Prozess, für den die
Kammer konfiguriert ist, und den gewünschten Verarbeitungsparametern
als eine Platte oder eine Kuppel geformt sein. Wie in 4 gezeigt,
ist der Kammerdeckel 334 von flacher Form und bedeckt die
Gasverteilungsplatte 350. Eine Elektrode 336 ist
durch ein Stromverteilungsnetz 342 mit einer Stromquelle 340 verbunden,
um eine kapazitive HF-Kopplung zu dem Plasma herzustellen. Ein Gasverteiler 344 steht
in Strömungsverbindung
mit einer Gasquelle 346, die den Vorläufer oder die Prozessgase enthält, die
für die
Verarbeitung des Substrats in der Kammer verwendet werden sollen.
Die Gasquelle 346 kann eine oder mehrere Flüssigkeitsampullen, die
einen oder mehrere flüssige
Vorläufer
enthalten, und einen oder mehrere Verdampfer zum Verdampfen der
flüssigen
Vorläufer
in einen gasförmigen
Zustand enthalten. Optional kann eine räumlich abgesetzte Plasmaquelle 349 in
Strömungsverbindung angeschlossen
sein, um ein räumlich
abgesetztes Plasma, wie zum Beispiel ein Kammerreinigungsplasma,
einzuleiten.
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5 ist
eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform der Mehrzweckkammer
der Erfindung, die zeigt, wie die Kammerauskleidung die Verarbeitungskammer
durch Konfigurieren des Verarbeitungsvolumens, des Abzugsvolumens
und des Stromes der Prozessgase definiert. Die Mehrzweckkammer 400 enthält ähnliche
Komponenten wie die Mehrzweckkammer 200, einschließlich eines
Kammerkörpers 402,
einer oberen Auskleidung 404, einer unteren Auskleidung 406,
eines Kammerauslasses 408 und eines Substratträgers 410.
Die obere Auskleidung 404 enthält einen Strömungssteuerbund 412,
der sich von einer Innenfläche
des Plasmaeinschlussabschnitts 414 der oberen Auskleidung 404 nach
Innen erstreckt. Der Strömungssteuerbund 412 ist
im Wesentlichen um die Substratträgerfläche 418 des Substratträgers 410 herum
positioniert. Der Plasmastrom oder Verarbeitungsgasstrom ist auf
den Raum zwischen der Außenfläche des
Substratträgers 410 und
der Innenfläche
des Strömungssteuerbundes 412 begrenzt.
Größe und Form
des Strömungssteuerbundes 412 können so
gestaltet sein, dass eine gewünschte
Strömungsdynamik
für bestimmte
Prozesse, die in der Kammer ausgeführt werden, berücksichtigt
wird.
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In
einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält die Durchgangsregion Fallen,
um zu verhindern, dass Plasma aus der Prozessregion in die Durchgangs-
oder Abzugsregionen entweicht. Der Plasma- oder Prozessgasstrom
kann durch einen Strömungssteuerbund 422 gesteuert
werden, der an einer Außenfläche des
Substratträgers 410 angeordnet
ist. In dieser Ausführungsform
ist der Plasmastrom oder Prozessgasstrom auf den Raum zwischen der
Innenfläche
des Plasmaeinschlussabschnitts 414 der oberen Auskleidung 404 und
der Außenfläche des
Strömungssteuerbundes 422 begrenzt.
Eine andere Ausführungsform
enthält
Strömungssteuerbünde 412 und 422,
die an der oberen Auskleidung 404 bzw. an dem Substratträger 410 angeordnet
sind, wie in 5 gezeigt. Der Plasmastrom oder
Verarbeitungsgasstrom ist so begrenzt, wie durch Pfeile A angedeutet.
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6a ist
eine Draufsicht auf eine Ausführungsform
der Kammer der Erfindung. 6a zeigt eine
Ausführungsform
der Kammer, wo die Seitenwandabschnitte 204c im Wesentlichen
tangential zu der ersten und der zweiten zylindrischen Region verlaufen.
In dieser Ausführungsform
maximieren die Seitenwandabschnitte 204c effektiv die Leitung
zwischen dem Gasdurchgang um den Körper des Substratträgers 216 herum
und der Abzugsregion über dem
Kammerauslass 208. In einer Ausführungsform für eine Kammer,
die dafür
konfiguriert ist, ein 300 mm durchmessendes Substrat zu verarbeiten,
ist ein Durchmesser d3 (zum Beispiel etwa 560 mm) der ersten zylindrischen
Region mindestens etwa 180 mm (etwa 47%) breiter als ein Durchmesser
d1 (zum Beispiel etwa 380 mm) des Körpers des Substratträgers 216,
um einen genügenden
Abstand zwischen der Kammerwand und dem Substratträger zu bilden, um
einen gleichmäßigen Strom
der Prozessgase zum Kammerauslass zu ermöglichen, und die zweite zylindrische
Region, die den Kammerauslass umgibt, hat einen Durchmesser d4 von
etwa 340 mm, um die Anbringung eines 320 mm durchmessenden Auslassventils
zu ermöglichen.
In dieser Ausführungsform
ist der Durchmesser d3 (etwa 560 mm) der ersten zylindrischen Region
mindestens etwa 65% breiter als ein Durchmesser d4 (etwa 340 mm)
der zweiten zylindrischen Region.
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In
einer anderen Ausführungsform
für eine Kammer,
die dafür
konfiguriert ist, ein 300 mm durchmessendes Substrat auf einem Substratträger mit
einem Durchmesser d1 von etwa 380 mm zu verarbeiten, beträgt der Durchmesser
d3 der ersten zylindrischen Region mindestens etwa 456 mm und ist
mindestens etwa 76 mm (etwa 20%) breiter als der Körper des
Substratträgers.
Der Durchmesser d3 (etwa 456 mm) der ersten zylindrischen Region
ist mindestens etwa 30% breiter als der Durchmesser d4 (etwa 340
mm) der zweiten zylindrischen Region. Die inneren Kammerabmessungen
der obigen Ausführungsformen
können
auch als Innenabmessungen der Kammerauskleidung verwendet werden,
um im Wesentlichen ähnliche
Ergebnisse zu erreichen. Die Kammerabmessungen können auch entsprechend den
Prozessanforderungen, wie zum Beispiel der Wafergröße, und
wirtschaftlichen Einschränkungen, wie
zum Beispiel Beschränkungen
hinsichtlich der Aufstellfläche
des Systems, der Reinraumfläche,
den Abzugspumpenkosten usw., variiert werden.
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6b zeigt
ein Referenzbeispiel einer Kammer, wo die Seitenwandabschnitte 204c im
Wesentlichen tangential zu der zweiten zylindrischen Region verlaufen
und an der ersten zylindrischen Region anliegen. Die Seitenwandabschnitte 204c können im
Wesentlichen parallel verlaufen. In einem Beispiel ist die Breite
w1 zwischen den Innenflächen
der Seitenwandabschnitte 204c neben der ersten zylindrischen
Region mindestens so breit wie ein Durchmesser d1 des Körpers des
Substratträgers 216.
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6c zeigt
ein Referenzbeispiel einer Kammer, wo die Seitenwandabschnitte 204c an
den zwei zylindrischen Regionen anliegen. In dem in 6c gezeigten
Beispiel sind die Innenflächen
der Seitenwandabschnitte 204c entlang Linien angeordnet,
die tangential zu einem Umfang des Körpers des Substratträgers 216 und
einem Innenumfang des Kammerauslasses 208 verlaufen. In
einem Beispiel ist die Breite w1 zwischen den Innenflächen der
Seitenwandabschnitte 204c neben der ersten zylindrischen
Region mindestens so breit wie ein Durchmesser d1 des Körpers des Substratträgers 216.
Des Weiteren ist die Breite w2 zwischen den Innenflächen der
Seitenwandabschnitte 204c neben der zweiten zylindrischen
Region mindestens so groß wie
der Innendurchmesser d2 des Kammerauslasses 208.
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7 ist
eine Querschnittsansicht der Mehrzweckkammer von 2 mit
einem flachen Deckel 534 und Gasverteilungsdüsen 548,
die durch die Kammerseitenwand hindurch angeordnet sind. Die Mehrzweckkammer 500 hat
einen Mehrzweckkammerkörper 202,
wie zuvor für 2 beschrieben. 8 ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Mehrzweckkammer
mit einer einstückigen
Auskleidung.
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Ein
Kammerdeckel 534 ist in abdichtender Weise über der
Kammerwand 204 angeordnet, um eine abgeschlossene Umgebung
im Inneren der Kammer für
die Vakuumverarbeitung zu bilden. Der Kammerdeckel 534 kann
abnehmbar oder an einem Abschnitt der Kammerwand 204 angelenkt
sein. Der Kammerdeckel 534 ist flach und liegt unter einer Flachspule 536,
die durch ein Stromverteilungsnetz 542 mit einer Stromquelle 540 verbunden
ist. Ein Gasverteiler 544 mit einer Gasquelle 549 kann
eine oder mehrere der Gaseinspritzdüsen 548 enthalten, die
durch die Seitenwand hindurch umfänglich über dem Substratträger 216 angeordnet
sind.
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Die
Mehrzweckkammer 500 enthält eine Auskleidung, die herausnehmbar
in der Kammer angeordnet ist und die Kammer für eine bestimmte Verarbeitung,
zum Beispiel einen Ätzprozess,
konfiguriert. Die Auskleidung besteht aus Nickel, Aluminium oder
anderen Metallen oder Metalllegierungen, die für eine Plasmaverarbeitung geeignet
sind, und kann auch eine anodisierte Aluminiumoberfläche enthalten.
Die Auskleidung kann von einstückiger
Bauweise oder von mehrstückiger
Bauweise sein. Wie in 8 gezeigt, ist die Auskleidung
eine einstückige Auskleidung 652.
Die Auskleidung 652 enthält einen Wandabschnitt 672,
der die Kammerwand 204 auskleidet. Die Auskleidung 652 kann
auch einen Bodenabschnitt 658 enthalten, der im Wesentlichen
den Kammerboden 206 bedeckt, der Verarbeitungsgasen ausgesetzt
sein kann. Der Bodenabschnitt 658 hat Löcher oder Öffnungen 660 und 662 zum
Aufnehmen des Substratträgers 216 bzw.
des Auslasses 208. Die Auskleidung 652 enthält einen
Plasmaeinschlussabschnitt 664, der eine Verarbeitungsregion über dem Substratträger 216 umgibt.
Der Plasmaeinschlussabschnitt 664 hat eine im Wesentlichen
zylindrische Form, die zu einem runden Substratträger 216 passt, und
ist im Wesentlichen konzentrisch mit dem Substratträger 216 angeordnet,
um einen im Wesentlichen gleichmäßigen Durchgang
zwischen der Innenfläche des
Plasmaeinschlussabschnitts 664 und der Außenfläche des
Substratträgers 216 zu
bilden.
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Der
Plasmaeinschlussabschnitt 664 kann sich unter der Substratträgerfläche 218 erstrecken, um
eine gleichmäßige Plasmaverteilung über einem Substrat
während
der Verarbeitung zu verbessern. Der Plasmaeinschlussabschnitt 664 bildet
ein HF-symmetrisches
Volumen um den Substratträger 216 herum
und einen gleichmäßigen Plasmaeinschluss
um ein Substrat herum, das auf dem Substratträger angeordnet ist. Der Plasmaeinschlussabschnitt 664 enthält einen
Schlitz 665, der in Position und Größe dem Schlitz 230 an
der Kammerwand 204 entspricht, um Substrattransfers in
die und aus der Kammer zu ermöglichen.
Das Schlitzventil 232 ist zwischen dem Schlitz 265 der
Auskleidung 652 und dem Schlitz 230 an der Kammerwand 204 angeordnet.
Ein Bund 674 erstreckt sich von einem oberen Rand des Wandabschnitts 672 und
ist an einer Oberseite der Kammerwand 204 montiert. In
einer Ausführungsform
ist der Kammerdeckel in abdichtender Weise über dem Plasmaeinschlussabschnitt 664 der oberen
Auskleidung angeordnet. In einer anderen Ausführungsform ist der Kammerdeckel
in abdichtender Weise über
der Kammerwand 204 angeordnet.
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Die
Auskleidung 652 kann auch eine Zwischenplatte 670 enthalten,
die sich von einer Außenfläche des
Plasmaeinschlussabschnitts zu der Innenfläche der Kammerwand 204 erstreckt.
Die Zwischenplatte 670 und die Auskleidung 652 definieren die
Abzugsregion über
dem Kammerauslass 208 und die Durchgangsregion zwischen
der Verarbeitungsregion und der Abzugsregion.
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Wie
in 9 gezeigt, können
die herausnehmbaren Auskleidungen den Kammerboden frei lassen. Die
in 9 gezeigte Auskleidung ist eine einstückige Auskleidung 752.
Die Auskleidung 752 enthält einen Wandabschnitt 772,
der die Kammerwand 204 auskleidet. Die Auskleidung 752 enthält einen
Plasmaeinschlussabschnitt 764, der eine Verarbeitungsregion über dem
Substratträger 216 umgibt. Der
Plasmaeinschlussabschnitt 764 hat eine im Wesentlichen
zylindrische Form, die zu einem runden Substratträger 216 passt,
und ist im Wesentlichen konzentrisch mit dem Substratträger 216 angeordnet,
um einen im Wesentlichen gleichmäßigen Durchgang
zwischen der Innenfläche
des Plasmaeinschlussabschnitts 764 und der Außenfläche des Substratträgers 216 zu
bilden.
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Der
Plasmaeinschlussabschnitt 764 kann sich unter der Substratträgerfläche 218 erstrecken, um
eine gleichmäßige Plasmaverteilung über einem Substrat
während
der Verarbeitung zu verbessern. Der Plasmaeinschlussabschnitt 764 bildet
ein HF-symmetrisches
Volumen um den Substratträger 216 herum
und einen gleichmäßigen Plasmaeinschluss
um ein Substrat herum, das auf dem Substratträger angeordnet ist. Der Plasmaeinschlussabschnitt 764 enthält einen
Schlitz 765, der in Position und Größe dem Schlitz 230 an
der Kammerwand 204 entspricht, um Substrattransfers in
die und aus der Kammer zu ermöglichen.
Das Schlitzventil 232 ist zwischen dem Schlitz 765 der
Auskleidung 752 und dem Schlitz 230 an der Kammerwand 204 angeordnet.
Ein Bund 774 erstreckt sich von einem oberen Rand des Wandabschnitts 772 und
ist an einer Oberseite der Kammerwand 204 montiert. In
einer Ausführungsform
ist der Kammerdeckel in abdichtender Weise über dem Plasmaeinschlussabschnitt 764 der oberen
Auskleidung angeordnet. In einer anderen Ausführungsform ist der Kammerdeckel
in abdichtender Weise über
der Kammerwand 204 angeordnet.
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Die
Auskleidung 752 kann auch eine Zwischenplatte 770 enthalten,
die sich von einer Außenfläche des
Plasmaeinschlussabschnitts zu der Innenfläche der Kammerwand 204 erstreckt.
Die Zwischenplatte 770 und die Auskleidung 752 definieren die
Abzugsregion über
dem Kammerauslass 208 und die Durchgangsregion zwischen
der Verarbeitungsregion und der Abzugsregion.
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Obgleich
sich das oben Dargelegte auf die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung bezieht, können
andere und weiterführende Ausführungsformen
der Erfindung ersonnen werden, ohne dass vom grundlegenden Geltungsbereich
der vorliegenden Erfindung abgewichen wird; und der Geltungsbereich
der vorliegenden Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche definiert.
Insbesondere versteht es sich, dass die verschiedenen Kammerauskleidungen
und -deckel, die im vorliegenden Text offenbart sind, "gemischt und angepasst" werden können, so
dass verschiedene Kammerkonstruktionen entstehen, ohne dass der
Kammerkörper verändert werden
muss.